2.2.1. Выбор точности измерений.
В общем случае оптимальный выбор норм точности измерений базируется на составлении и анализе целевых функций, характеризующих уровень оптимальности решения задач.
Например, при выборе норм точности измерений, результаты которых используются при учетных операциях, и погрешность измерений М характеризует прямые потери учитываемого продукта, целевая функция имеет вид:
где
Cп - стоимость единицы (кг, м3) учитываемого продукта;
V - количество продукта, измеряемое одним прибором за масштабную единицу времени (месяц, год и т.д.);
Cр - затраты на разработку (приобретение), применение и метрологическое обслуживание (поверку, аттестацию, ремонт) прибора, обеспечивающего измерение количества учитываемого продукта с погрешностью, не превышающей .
Оптимальным является такое значение погрешности , при котором достигается минимум целевой функции, т.е. искомое значение дает решение уравнения:
при
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.
2.2.2. ВЫБОР СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.
При контроле параметра требования к достоверности следующие: вероятности ложного и необнаруженного отказов по результатам контроля параметра выбранным средством измерений не должны быть выше допустимых значений. Задаваясь допускаемыми значениями вероятностей ложного и необнаруженного отказов, можно устанавливать требования к погрешностям выбираемых средств измерений, для наиболее распространенных законов распределений отклонений контролируемых параметров.
При отсутствии информации о законах распределений контролируемого параметра и погрешностей измерений целесообразно использовать коэффициент точности kT
,
где
И - допуск на отклонение контролируемого параметра;
- суммарная погрешность результата измерений.
Порядок выбора средств измерений следует начинать с определения исходных данных и требований к ограничительным характеристикам.
Параллельно выбираются минимальное, номинальное, максимальное значения, частотный диапазон, допустимое время на измерение.
При правильном выборе исключается избыточность по точностным характеристикам выбираемых средств измерений. Далее по существующим методикам рассчитывают допускаемое значение суммарной погрешности результатов измерений.
При отсутствии полной исходной информации значение R = 1/kT определяется в зависимости от важности точности измерительной информации при контроле параметра путем выбора из ряда 0,5; 0,4; 0,3; 0,25; 0,2; 0,15; 0,1.
2.2.3. УСТАНОВЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ НОМЕНКЛАТУРЫ ХАРАКТЕРИСТИК ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ.
Все практически используемые характеристики погрешности измерений могут быть разбиты на две группы.
К первой группе относятся характеристики, задаваемые в виде требований или допускаемых значений (норм) в конструкторско-технологической документации, нормативных документах, а также предписываемые методиками выполнения измерений на основании их метрологической аттестации. Основной областью применения характеристик этой группы являются массовые технические измерения.
Ко второй группе относятся характеристики, оцениваемые непосредственно в процессе выполнения измерений и обработки их результатов. Основной областью их применения являются измерения, выполняемые при проведении научных исследований и метрологических работ.
Во всех случаях номенклатура выбираемых характеристик погрешностей измерений должна обеспечивать возможность сопоставления и совместного использования результатов измерений, достоверную оценку качества и эффективности решаемых измерительных задач.
Вероятностные характеристики, задаваемые в виде требований к измерительным процессам, нормируются и указываются в технической документации пределами допускаемых значений.
Вероятностные характеристики, приписываемые методикам выполнения измерений на основании их метрологической аттестации, указываются в виде наибольших возможных или приписанных значений.
Статистические характеристики, оцениваемые непосредственно в процессе выполнения измерений и обработки их результатов, указываются в виде выборочных оценок соответствующих характеристик.
Границы, в пределах которой погрешность измерений находится с заданной вероятностью P, целесообразно нормировать в тех случаях, когда результаты измерений являются окончательными.
Интервальные характеристики погрешности получаются весьма грубыми.
Там, где в номенклатуру показателей входят точечные характеристики погрешности измерений, целесообразно указывать теоретический вид или качественное описание распределения генеральной совокупности, а также число n данных.
2.2.4. РАЗРАБОТКА И АТТЕСТАЦИЯ МЕТОДИК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ.
Методика выполнения измерений (МВИ) - это совокупность метода, технических средств и правил подготовки и проведения измерений, обработки и представления их результатов.
Правила измерений - это комплекс требований к содержанию, последовательности и условиям выполнения всех операций (действий), обеспечивающих полное решение данной измерительной задачи.
К техническим средствам, являющимся вторым элементом МВИ, относятся как собственно средства измерений, так и вспомогательные устройства, необходимые для подготовки и выполнения измерений.
Совокупность приемов использования принципов и средств измерений называется методом измерений.
Для прямых измерений, где физический принцип, как правило, однозначно определяется принципом действия измерительного прибора, совокупность методических приемов (описание метода) носит метрологический характер.
Методы косвенных измерений, как правило, отражают в своем названии физический принцип, на котором они основаны, и содержат большой комплекс технических приемов его использования.
Разработка МВИ включает в себя следующие основные этапы:
1. Выбор метода и средств измерений;
2. Разработка измерительной схемы;
3. Разработка процедуры измерений;
4. Разработка проектов нормативных документов.
В зависимости от сложности используемых методов измерений примененяют 3 способа аттестации МВИ - расчетный, расчетно-экспериментальный и экспериментальный.
Расчетный способ аттестации МВИ применим для простейших измерений. Погрешность измерений целиком определяется инструментальной составляющей и нормированных в технической документации на применяемое средство измерений метрологических характеристик. Эта аттестация МВИ сводится к определению максимально возможного для заданных условий измерений интервала, в котором с заданной вероятностью лежат практически реализующиеся значения погрешности измерения.
При расчетно-экспериментальной аттестации МВИ часть составляющих погрешностей оценивается расчетным путем, а часть выявляется и оценивается экспериментально. В основе этого способа лежит поэлементный анализ возможных причин, источников и факторов, обуславливающих погрешности измерения. Полнота выявления этих факторов определяет достоверность результатов аттестации МВИ. Этот способ используют, когда нормированных в технической документации на средства измерений метрологических характеристик недостаточно для достоверных оценок реальной точности измерений, выполняемых по аттестуемой МВИ, а экспериментальную проверку точности измерений осуществить технически невозможно.
Суть экспериментального способа аттестации МВИ заключается в прямом непосредственном сравнении результатов измерений, выполняемых при помощи более точных методов и средств. Основная трудность этого способа заключается в обоснованном выборе точности средств аттестации, числа измерений в каждой аттестуемой точке, воспроизводимых значений влияющих величин.
2.3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.
Интеллектуальная техника измерений качества по программной технике базируется на независимой от исполнителя однозначном описании процессов измерений, испытаний, обеспечения качества, включая программные средства вычислительной техники.
Программирование может осуществляться на машинном языке, языке ассемблера, языках высокого уровня.
Основное преимущество языка ассемблера по сравнению с языками высокого уровня заключается в возможности эффективного использования особенностей МП. При этом можно получить программы, оптимальные с точки зрения занимаемого ими объема памяти и времени выполнения.
Ручное программирование в машинных кодах (командах) можно применять для небольших задач Поскольку каждый МП имеет свою систему команд, то языки низкого уровня ориентированы на конкретные МП и поэтому называются также машинно-ориентированными языками.
Для устранения указанных недостатков прибегают к представлению команд МП их мнемоническими обозначениями. Язык низкого уровня, в котором используются мнемонические обозначения команд и символические имена адресов и операндов, называется языком ассемблера. При работе с МП программирование на языке ассемблера является наиболее распространенным.
Помимо языков низкого уровня существуют также языки высокого уровня. В этих языках команды, представляемые условными обозначениями, определяют действия, ориентированные на эффективное решение задач определенного класса. В последнее время большую популярность приобретают объектно-ориентированные языки программирования, позволяющие составлять прикладное программное обеспечение, ориентированное на создание развитого графического интерфейса. Программирование в этом случае значительно упрощается.
Различают 5 основных классов средств программирования: редактирующие программы; транслирующие программы; программы-загрузчики; моделирующие программы и отладочные программы.
Редактирующие программы облегчают создание исходной программы. Транслирующие программы переводят исходную программу на машинный язык (ассемблеры, компиляторы и интерпретаторы).
Загрузчики переносят объектную программу из внешней памяти в память ЭВМ.
Моделирующие программы позволяют проверить объектную программу при отсутствии ЭВМ.
Отладочные программы облегчают процесс отладки.
Все эти средства делятся на кросс-средства и резидентные средства. Кросс-средства - это программы, которые позволяют осуществить разработку программ на другой, как правило, более мощной ЭВМ. Резидентные средства - это программы, которые выполняются на той ЭВМ, для которой разрабатывается.