Никуличева Н.Г. и др. Метрологическое обеспечение и контроль качества материалов и изделий

Подождите немного. Документ загружается.

♦ организация и проведение контроля показателей достоверности

результатов измерений, в частности организация и проведение

измерений в других местах (межлабораторное сличение).

Структура метрологического обеспечения измерений приведена на

рисунке 1.1.

Научной основой метрологического обеспечения является метрология –

наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах

достижения требуемой точности.

Рис. 1.1 Структура метрологического обеспечения измерений

Важной особенностью метрологического обеспечения измерений

является его нормативная основа. В Российской Федерации создана и

действует Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ),

представляющая собой комплекс нормативных документов межрегионального

и межотраслевого уровней, устанавливающих правила, нормы, требования,

направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране (при

требуемой точности), утверждаемых Федеральным агентством по техническому

Научная

основа

Нормативная

основа

Техническая

основа

Организационная

основа

Метрология

Государствен-

ная система

обеспечения

единства

измерений

Комплекс

государствен-

ных метроло-

гических систем

Сеть

государственной

и ведомственных

метрологических

служб

Метрологическое

обеспечение

регулированию и метрологии. Ряд положений ГСИ установлен в ГОСТ Р 8.000 -

2000 «ГСИ. Основные положения». Объектами ГСИ являются:

- единицы физических величин;

- государственные эталоны и общесоюзные поверочные схемы;

- методы и средства поверки средств измерений;

- номенклатура и способы нормирования метрологических характеристик

средств измерений;

- нормы точности измерений;

- способы выражения и формы представления результатов и показателей

точности измерений;

- методики выполнения измерений;

- методики оценки достоверности и формы представления данных о

свойствах веществ и материалов;

- требования к стандартным образцам свойств веществ и материалов;

- термины и определения в области метрологии;

- организация и порядок проведения государственных испытаний средств

измерений, поверки и метрологической аттестации средств измерений и

испытательного оборудования; калибровки средств измерений,

метрологической экспертизы нормативно-технической, проектной,

конструкторской и технологической документации, а также экспертизы и

данных о свойствах используемых материалов и веществ.

Теоретической основой метрологического обеспечения является

комплекс государственных систем:

• государственных эталонов единиц физических величин,

состоящая из 114 государственных и более 250 вторичных

эталонов;

• передачи размеров единиц физических величин от эталонов к

рабочим средствам измерений;

• разработки, постановки на производство и выпуска в обращение

средств измерений;

• государственных испытаний средств измерений;

• государственной поверки и калибровки средств измерений;

• стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;

• стандартных справочных данных о физических константах и

свойствах веществ и материалов.

Организационной основой метрологического обеспечения является

метрологическая служба Российской Федерации. Она состоит из

Государственной метрологической службы (ГМС), возглавляемой

Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

(Ростехрегулирование), а также метрологических служб государственных

органов управления Российской Федерации и юридических лиц, образующих

покрывающую всю страну сеть учреждений и организаций. В своей работе

метрологическая служба Российской Федерации базируется на основных

положениях законодательной метрологии.

1 .2 Н а у ч н о -т е х н и ч е с к и е о с н о в ы м е т р о л о г и ч е с к о г о

о б е с п е ч е н и я

На современном этапе развития народного хозяйства метрологическое

обеспечение из чисто прикладного, направленного в основном на обеспечение

совершенствования процессов разработки, производства и эксплуатации

измерительных приборов и систем, превратилось в активный и реальный

инструмент, обеспечивающий создание эффективных технологических

процессов, внедрение гибких автоматизированных производств, достоверную

оценку и контроль качества готовой продукции.

В свете новых задач метрологическое обеспечение может быть

определено как комплекс организационно-технических мероприятий,

обеспечивающих получение и использование результатов измерений требуемой

точности. К числу этих мероприятий, специфичных для практики

метрологического обеспечения качества выпускаемой продукции относятся:

• выбор номенклатуры параметров материалов, изделий, процессов,

подлежащих оценке при измерениях, испытаниях, контроле;

• выбор номенклатуры и числовых значений показателей точности

(достоверности) результатов измерений, испытаний и контроля,

форм их представления, обеспечивающих оптимальное решение

задач, для которых эти результаты предназначены;

• метрологическая экспертиза проектной, конструкторской и

технологической документации с целью контроля правильности

результатов решения двух предыдущих задач;

• планирование процессов измерений, испытаний и контроля,

разработка и метрологическая аттестация методик измерений,

испытаний и контроля;

• обеспечение процессов измерений, испытаний и контроля

соответствующими техническими средствами (выбор средств

измерений из числа серийно выпускаемых или разработка и

аттестация нестандартизованных средств измерений);

• поддержание технических средств (средств измерений,

испытательного оборудования, средств контроля) в метрологически

исправном состоянии;

• выполнение процессов измерений, испытаний и контроля,

обработка их результатов (в тех случаях, когда это требуется);

• обучение и повышение метрологической квалификации инженерно-

технических работников, связанных с получением и

использованием результатов измерений, испытаний и контроля.

Комплекс указанных мероприятий по метрологическому обеспечению

осуществляют технические службы предприятия, связанные с обработкой

информации, с нормативным и приборным обеспечением процессов ее

получения.

♦ Выбор рациональной номенклатуры измеряемых (контролируемых)

величин, параметров осуществляют конструкторы, разработчики новых

материалов, изделий или процессов на основе изучения и моделирования их

(материалов, изделий или процессов) свойств.

♦ Выбор норм точности осуществляют те, для кого они

предназначены и кто будет производить, обмениваться (при торговле) или

использовать новые вещества, изделия, процессы.

♦ Метрологическую экспертизу – профессионально подготовленные

группы экспертов, включающие конструкторов, технологов и специалистов

ведомственных метрологических служб.

♦ Планирование и проведение измерений, испытаний и контроля –

научно-технический персонал, разрабатывающий и осуществляющий

технологические процессы изготовления материалов и изделий.

♦ Обеспечение процессов измерений, испытаний и контроля

техническими средствами – в централизованном порядке министерства,

являющиеся разработчиками средств измерений, испытаний и контроля; в

децентрализованном (например, нестандартизованные средства измерений и

контроля, испытательное оборудование) – предприятия и организации,

выполняющие операции измерений, испытаний и контроля.

♦ Поддержание технических средств в исправном состоянии –

технические службы, осуществляющие поверку, аттестацию и ремонт средств

измерений, испытаний и контроля.

1.2.1 Установление рациональной номенклатуры измеряемых

(контролируемых) параметров

Для установления рациональной номенклатуры измеряемых

(контролируемых) параметров, подлежащих контролю при изготовлении

комбикормов технологу (разработчику технологических процессов их

изготовления) необходимо в общем случае располагать следующей

информацией:

1) значениями допусков ( х

нi

, х

вi

) на те параметры (Х

), которые

априорно предполагается оценивать при контроле изделий;

2) числовыми характеристиками распределений значений

параметров в пределах заданных допусков при серийном

изготовлении изделий – средними значениями х

и средними

квадратическими отклонениями от средних значений

хi

;

3) видами законов распределения значений параметров;

4) данными о наличии корреляционных связей между параметрами

и значениями попарных (r

) коэффициентов корреляции;

5) допускаемыми значениями вероятностей ошибок контроля

первого (Р

1д

) и второго (Р

2д

) рода.

6) Простейшая реальная задача, решение которой необходимо для

рационального выбора номенклатуры контролируемых

параметров, исключения избыточных значениями допусков

7) ( х

нi

, х

вi

) на те параметры (Х

), которые априорно предполагается

оценивать при контроле изделий;

8) числовыми характеристиками распределений значений

параметров в пределах заданных допусков при серийном

изготовлении изделий – средними значениями х

и средними

квадратическими отклонениями от средних значений

хi

;

9) видами законов распределения значений параметров;

10) данными о наличии корреляционных связей между параметрами

и значениями попарных (r

) коэффициентов корреляции;

11) допускаемыми значениями вероятностей ошибок контроля

первого (Р

1д

) и второго (Р

2д

) рода.

Простейшая реальная задача, решение которой необходимо для

рационального выбора номенклатуры контролируемых параметров при

разработке нормативных документов заключается в следующем: требуется

определить вероятность того, что если измеренное в процессе контроля изделия

значение параметра Х

(Х

) лежит в границах заданных допусков, то и значение

параметра Х

(Х

) также лежит в границах заданных для него допусков.

События, соответствующие наименьшему значению этой вероятности,

определяются неравенствами:

н2

(х

н1

)

≤

(х

)

≤

в2

(х

в1

)/ х

(х

) = х

н1

(х

н2

), (1.1)

н2

(х

н1

)

≤

(х

)

≤

в2

(х

в1

)/ х

(х

) = х

в1

(х

в2

), (1.2)

из которых следует: значение параметра Х

(или Х

)находится в пределах

заданных допусков х

н2

(или х

н1

), х

в1

(или х

в2

), когда (при условии, что)

измеренное значение другого параметра Х

(или Х

) лежит на нижней (1) или

верхней (2) границах допусков.

Общим принципом решения задачи является определение условных

вероятностей:

(х

н2

≤

в2

/х

= х

н1

); (1.3)

(х

н2

≤

в2

/х

= х

в1

); (1.4)

или

(х

н1

≤

в1

/х

= х

н2

); (1.5)

(х

н1

≤

в1

/х

= х

в2

). (1.6)

Если полученные значения вероятностей Р

и Р

больше или равны

допускаемому значению Р

, то целесообразно осуществлять контроль лишь

параметра Х

, не контролируя параметр Х

, т.е. параметр Х

из

рационализированной номенклатуры исключается. Если Р

и Р

больше или

равны Р

, то исключается параметр Х

Значение Р

может быть принято равным:

= 1 – Р

(1.7)

где Р

- вероятность ошибки контроля второго рода исключаемого параметра.

Вероятность ошибки контроля первого рода при этом можно не

учитывать, так как при выходе значений оставшегося контролируемого

параметра за границы допусков уже будет брак.

В ряде случаев может оказаться, что все вероятности Р

, Р

больше Р

. Тогда вопрос об исключении решается, исходя из технико-

экономических соображений. Например, путем сопоставления сложности или

стоимости процессов контроля.

1.2.2 Выбор точности измерений

В общем случае оптимальный выбор норм точности измерений

базируется на сопоставлении и анализе целевых функций, характеризующих

уровень оптимальности решения задач, для которых предназначены результаты

измерений, и зависящих от значений погрешностей измерений. Если имеется

возможность оценить прямой экономический выигрыш от повышения точности

измерений, то в качестве целевой функции F

целесообразно выбрать функцию

затрат, связанных с использованием результатов измерений ограниченной

точности (погрешности ∆) и проведением комплекса организационно-

технических мероприятий по повышению точности измерений (разработкой и

аттестацией более совершенных методик выполнения измерений,

приобретением и применением средств измерений повышенной точности, их

метрологическим обслуживанием). Естественно, при этом накладываются

ограничения на практически возможный уровень точности измерений,

обусловленный точностными возможностями рабочих средств измерений.

Например, при выборе норм точности измерений, результаты который

используются при учетных операциях, и погрешность измерений ∆

характеризует прямые потери учитываемого продукта, целевая функция имеет

вид:

= С

•

∆+С

(1.8)

где С

– стоимость единицы (кг, м

) учитываемого продукта;

V - количество продукта, измеряемое одним прибором за масштабную единицу

времени (месяц, год и т.д.); С

– затраты на разработку (приобретение),

применение и метрологическое обслуживание (поверку, аттестацию, ремонт)

прибора, обеспечивающего измерение количества учитываемого продукта с

погрешностью, не превышающей ∆.

Следует отметить, что потери при учете, связанные с положительными и

отрицательными погрешностями применяемых средств измерений, не

компенсируются.

И в том, и в другом случае предприятие поставщик несет примерно

одинаковые убытки.

При отрицательных погрешностях за счет прямых потерь продукта, при

положительных – за счет санкций, штрафов и т.п.

Оптимальным является такое значение погрешности ∆, при котором

достигается минимум целевой функции, т.е. искомое значение ∆

дает решение

уравнения:

∆

∂

∆

∂

∆

∂

∆

∂

0. (1.9)

В тех случаях, когда экономические потери, связанные с погрешностью

измерений, оценить невозможно, в качестве целевых функций используют

критерии оптимальности (качества) решения задач, для которых предназначены

результаты измерений. Наличие взаимосвязи этих критериев с погрешностью

измерений позволяет осуществить целенаправленный выбор таких значений

погрешности, которые обеспечивают требуемые (заданные) значения

критериев.

1.2.3 Установление рациональной номенклатуры характеристик

погрешности измерений

Каждый результат измерений, предназначенный для практического

использования, должен сопровождаться указанием значений характеристик

погрешности измерений, на основе которых он получен.

Все практически используемые характеристики погрешности измерений

могут быть разбиты на две группы, отличающиеся областью применения и

способами выражения.

К первой группе относятся характеристики, задаваемые в виде

требований или допускаемых значений (норм) в конструкторско-

технологической документации, нормативных документах, а также

приписываемые методикам выполнения измерений на основании их

метрологической аттестации.

Характеристики этой группы являются вероятностными, отражающими

вероятностные свойства генеральной совокупности случайной величины –

погрешности измерений. Значения этих характеристик (пределы допускаемых

значений или максимально возможные значения) приписываются всей

возможной совокупности результатов измерений, выполняемых по

определенным, фиксируемым в технической документации правилам или по

аттестованным методикам выполнения измерений.

Основной областью применения характеристик этой группы являются

массовые технические измерения, выполняемые при технологической

подготовке производства, в процессе производства (испытаниях, контроле),

эксплуатации и потребления продукции.

Ко второй группе относятся характеристики, оцениваемые

непосредственно в процессе выполнения измерений и обработки их

результатов. Данные характеристики являются статистическими

(выборочными) оценками характеристик погрешности первой группы и

отражают близость отдельного результата измерений (для которого они

оценены) к истинному значению измеряемой величины. Основной областью их

применения являются измерения, выполняемые при проведении научных

исследований и метрологических работ (например, определения свойств и

состава стандартных образцов, аттестации средств измерений.

В зависимости от назначения результатов измерений, сложности и

ответственности решаемых с их использованием задач номенклатура

выбираемых характеристик погрешности измерений может быть различной.

Однако во всех случаях она должна обеспечивать возможность сопоставления и

совместного использования результатов измерений, достоверную оценку

качества и эффективности решаемых измерительных задач. Это означает, что

выбираемые характеристики должны быть связаны с соответствующими

критериями качества и эффективности решения этих задач.