Министерство образования и науки Российской Федерации

Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова

Зыбцев ю.К. Метрология

И

Техническое регулирование

Конспект лекций

(Учебное пособие для студентов инженерных специальностей

всех форм обучения)

Барнаул

2010

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное учебное пособие представляет собой изложение лекций, читавшихся и читаемых автором по общепрофессиональной дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов различных специальностей и направлений, в том числе специальностей «Электроснабжение» (Э), «Машины и технология литейного производства» (ЛП), «Машины и технология обработки металлов давлением» (ОМД), «Оборудование и технология сварочного производства» (СП), «Автоматизированный электропривод промышленных установок и технологических комплексов» (ЭТ), «Вычислительные машины и комплексы, системы и сети» (ВМКС).

Пособие обновлено по состоянию на начало 2010 года.

ВВЕДЕНИЕ

1 Цели и задачи изучения дисциплины

Метрология, стандартизация и сертификация – это, с одной стороны, разные виды научно-технической и производственной сфер трудовой деятельности со своими предметами, целями и методами, но, с другой стороны, они между собой тесно связаны, взаимообусловлены и направлены на решение общей фундаментальной задачи современности – обеспечение высокого качества, эффективности, экономичности и безопасности продукции, работ и услуг. Лишнее тому подтверждение – становление законодательной базы для данных видов деятельности и объединение последних двух в один – техническое регулирование.

Не в последнюю очередь возросшая важность указанных видов деятельности вызвала необходимость повсеместного введения в высших учебных заведениях естественно-научной, технической и управленческо-экономической направленности изучения их основ. Именно поэтому в Государственных образовательных стандартах второго поколения, введённых в 2000 году, была предусмотрена, как обязательная, дисциплина общеобразовательного цикла под названием «Метрология, стандартизация и сертификация».

Цель изучения данной дисциплины – дать будущему специалисту любого профиля необходимый минимум знаний, умений и навыков в указанных в названии дисциплины сферах деятельности. Эти знания и умения найдут применение как при изучении студентом других учебных дисциплин, так и при его будущей практической деятельности в качестве специалиста: исследователя, конструктора, инженера, технолога, менеджера, при этом он «на равных» сможет общаться со специалистами в области метрологии и технического регулирования при решении практических проблем.

2 Из истории становления и развития метрологии, стандартизации и сертификации

В настоящее время научно-техническая и производственная деятельность человека не мыслима без измерений и стандартизации. Измерения дают объективную и достоверную количественную информацию о свойствах как природных, так и техногенных объектов, с которыми человек имеет дело в своей деятельности. Стандартизация или, более широко, техническое регулирование устанавливает рациональную и оправданную упорядоченность в деятельности человека через установление согласованных требований, норм, правил. Более того, принципы и методы стандартизации в явной или неявной форме действуют практически во всех видах человеческой деятельности: образовании, медицине, торговле, юриспруденции, и даже в культуре, политике и быту. Поскольку люди трудовой деятельностью занимаются уже в продолжении не одной тысячи лет, то и с какими-то измерениями и элементами стандартизации они имели дело уже давно.

Измерениями человечество занялось ещё на заре своей хозяйственной деятельности, так как начала появляться потребность получать ответы не только на вопросы «что это?», «какое оно?», «где оно?», но и на вопрос «сколько его?», когда речь шла не о штучных предметах. Однако долгие тысячелетия люди обходились измерением ограниченного числа величин: длины (расстояния, высоты, глубины), площади, объёма (вместимости), плоского угла, веса (массы), времени. Но с началом научно-технической и промышленной революций, примерно с 16 – 17 вв., число измеряемых величин начало резко возрастать: скорость и ускорение, частота (Галилей); температура (Галилей, Торричели); атмосферное давление (Торричели); масса, сила, энергия (Ньютон); плотность и концентрация веществ (еще алхимики); давление и вязкость жидкостей (Паскаль); теплоёмкость и теплопроводность тел (18 век); электрические заряд и потенциал (Кулон, Вольта теплоёмкость и теплопроводность тел (), электрические заряд и потенциал ()тиячи лет, то и какими-то идах человеческой деятельн); электрический ток (Ампер); магнитная индукция и напряжённость магнитного поля (Фарадей, Эрстед); яркость света, освещённость (19 век) и многие другие. В настоящее время известно и применяется более трёх сотен физических величин. Появление новых областей естествознания влечёт за собой и появление новых величин.

Как должно быть известно любому выпускнику школы, измерение не возможно без наличия соответствующей единицы измерения, единицы соответствующей величины. Таких единиц в старые времена было множество, хотя самих измеряемых величин было немного. Такой парадокс объясняется тем, что в отличие от величин, которые существуют в природе объективно и вне зависимости от воли человека, их единицы устанавливаются людьми произвольно и стихийно, одновременно и независимо в разных местах и в разное время. В качестве единиц (их материального воплощения – мер) чаще всего использовали части человеческого тела (фут, локоть, ярд, сажень), предметы домашнего обихода (кружка, ведро, баррель – бочка), плоды растений (дюйм – длина трех ячмённых зёрен, карат – масса зерна цератонии, гран – масса зерна пшеницы), природные явления (час – 1/12 часть дня или ночи). Эти единицы были не только многочисленны, но часто одни и те же единицы не совпадали по размеру в разных местах, их размер менялся со временем, и они, конечно, не были в должной мере систематизированы. Так, например, в конце 18 века только в Европе разных по размеру фунтов – единиц массы – насчитывалось более 390! Тем не менее важность существования и применения единиц измерения, их эталонов (мер) была понята людьми довольно давно, и, недаром, право учреждать их и следить за их применением брали себе всякого рода правители - князья, короли, цари, императоры, султаны, церковные иерархи, и, конечно, не без пользы для себя.

Развитие науки и техники, промышленности и торговли с неизбежностью потребовали наведения порядка с единицами измерений. Планомерным и результативным этот процесс становится в 18 – 19 веках. Наиболее ярким достижением в этом деле была разработка метрической системы мер во Франции в конце 18 века (правда, она касалась только «старых» величин). В основу этой системы были положены «естественные» единицы: длины – метр (одна сорока- миллионная часть длины Парижского меридиана), площади – ар (площадь квадрата со стороной , равной 10 метрам), объёма жидких и сыпучих веществ – литр (объём, равный 1 кубическому дециметру), объёма дров – стер (объём, равный 1 кубическому метру), массы (веса) – грамм (масса одного кубического сантиметра чистой воды при температуре 4 ºС), а также десятичное соотношение кратных и дольных единиц с исходными.

В России упорядочение единиц измерений и их мер началось в начале 19 века. К концу этого века (20 мая 1875 г.) Россия совместно с 16 другими государствами подписала Метрическую конвенцию, установившую метрическую систему мер и весов для всеобщего применения. В России эта система для факультативного применения была введена в 1899 г., для обязательного – в 1918 г. В 1893 г. была учреждена Главная палата мер и весов в Санкт-Петербурге, которой в течение 14 лет руководил Д.И. Менделеев – признанный «отец» российской метрологии, и которая послужила основой современной системы метрологических органов и организаций в стране.

К середине 19 века закончился «дикий» период развития метрологии, и она вступила в научный период своего существования. Сферой действия метрологии становится не только планомерная работа по установлению систем единиц физических величин и созданию эталонной базы измерений, но и разработка общей теории измерений, в том числе теории погрешностей, создание сети органов метрологического контроля и надзора как на государственном и международном уровнях, так и на местном, содействие становлению развитого приборостроения, упорядочение метрологической терминологии. В настоящее время метрология, как отрасль научного знания и практической деятельности, представлена множеством национальных и международных органов и организаций, во главе которых стоит Генеральная конференция по мерам и весам, создана разветвлённая сеть эталонов, принята единая Международная система единиц (СИ).

Не менее сложный и длительный путь в своём становлении и развитии прошла также стандартизация. Следует только сразу отметить, что стандартизация в своей сути – это не просто изобретение человека. Стандартизация присуща самой природе как неживой, так и живой. Примеров естественных стандартных систем можно назвать множество. Это, в частности, периодическая система химических элементов, открытая, но вовсе не созданная Д.И. Менделеевым, – элементов (атомов) чуть больше сотни, а веществ (молекул) множество; система кристаллического строения твёрдых тел – всё многообразие кристаллических тел укладывается всего в несколько типов кристаллических решёток; система взаимосвязи живых организмов – группы, классы, отряды, виды; человеческая речь – 30 – 50 звуков-фонем и бесконечное разнообразие слов; системы обычаев и норм поведения людей в обществе. Стандартными являются также изобретённые уже людьми осознанно системы религиозных догм, письменность, нотная грамота, телеграфная азбука Морзе, математическая и химическая символика и т.п.

В рамках данной дисциплины стандартизация понимается в узком смысле, как упорядочение и рационализация деятельности в научно-технической сфере и материальном производстве. Элементы такой стандартизации начали появляться с переходом от мануфактурного производства продукции к промышленному, в частности, они применялись уже на Тульских оружейных заводах ещё в начале 18 века. Систематическое и плановое становление стандартизации в мире началось век спустя. Ярким примером этого можно назвать деятельность американского изобретателя и инженера того времени Эли Уитни, осуществившего первое в мире серийное производство сборочных изделий (ружей для армии Соединённых штатов в количестве 16 тыс. шт.) на основе изобретённого им принципа взаимозаменяемости. В настоящее время стандартизацией в той или иной мере занимаются в любой мало-мальски развитой в техническом отношении стране. Более того, количество действующих в стране стандартов – это один из важнейших показателей научно-технического развития страны. В России на начало 21 века действовало более 25 тысяч только международных и государственных стандартов.

Стандартизация обеспечивает не только общую техническую рациональность и эффективность научно-технической и производственной деятельности, но и качество продукции, её безопасность для человека и природы. Эта сторона стандартизации оказалась к настоящему времени настолько важной и востребованной, что выделилась в особый вид деятельности – сертификацию. В наиболее развитых в техническом и экономическом отношениях странах сертификация, как самостоятельный вид деятельности, сформировалась в 50 – 60-х годах 20 века. В России это произошло позднее – в 90-х годах. Правда, уже в 70-х годах тогда ещё в Советском Союзе была развёрнута деятельность по управлению и оценке качества продукции и услуг через систему присвоения им особого отличия – Знака качества. Проводилась эта деятельность под претензионным лозунгом: «Советское – значит самое лучшее!».

Особые роль и значимость метрологии, стандартизации и сертификации для страны, её науки, экономики, благосостояния населения были закреплены благодаря вводу в действие в 1993 году трёх законов: Закона РФ «Об обеспечении единства измерений», Закона РФ «О стандартизации» и Закона РФ «О сертификации продукции и услуг». Последние два закона с 1 июля 2003 года заменены на Закон РФ «О техническом регулировании»; с 1 января 2009 года вступила в силу новая редакция закона об обеспечении единства измерений.