Учебники и справочники / Основы квалиметрии. Учебное пособие

через искусственно созданное замкнутое пространство внешней среды, в котором реализуется процесс производства и потребления продукции.

Квнутренним опасностям относятся опасности, потенциально заложенные в самой продукции, т.е. обусловленные ее составом, структурой и исходными материалами, к внешним – опасности, возникающие в результате проявления новых свойств под воздействием различных внешних факторов.

В зависимости от вида опасностей различают следующие подгруппы показателей безопасности:

механическая опасность; электрическая нестабильность; термическая неустойчивость; склонность к возникновению пожара; склонность к возникновению взрыва; химическая опасность; биологическая активность; радиационная активность.

Механическая опасность подразделяется на механическую нестабильность и склонность к механическим колебаниям.

Кмеханической нестабильности относятся следующие единичные показатели:

изнашиваемость; деформируемость; коррозионная неустойчивость;

способность загрязнять рабочую зону пылью и механическими отходами.

Склонности к механическим колебаниям

подразделяется на шумность и виброактивность.

Электрическая нестабильность включает следующие единичные показатели:

59

электрическая агрессивность; электропроницаемость; способность поражения электрическим током.

Термическая неустойчивость включает следующие единичные показатели:

перегреваемость; переохлаждаемость; термоэлектрическая возбудимость; термохимическая агрессивность.

Склонность к возникновению пожара включает следующие единичные показатели:

способность самовозгорания; способность возгорания от внешнего источника

(теплового, электрического, механического и др.)

Склонность к возникновению взрыва включает следующие единичные показатели:

склонность к взрыву от внутреннего источника определенного вида;

склонность к взрыву от внешнего источника определенного вида.

Химическая активность включает следующие единичные показатели:

химическая активность; разлагаемость органических материалов; разлагаемость специальных сред.

Биологическая активность включает следующие единичные показатели:

биоразлагаемость; биоагрессивность.

Радиационная активность включает следующие единичные показатели:

излучаемость радиоактивных веществ; возбудимость электромагнитного поля.

60

Перечень перечисленных показателей безопасности является примерным, и он может быть уточнен в зависимости от вида продукции и ее специфических особенностей, а также от условий производства и использования.

В некоторых случаях для технических изделий определяют уровень безопасности по коэффициенту безопасности.

Коэффициент безопасности определяется отношением количества показателей (требований) безопасности, соответствующих нормативно-технической документации по безопасности труда оцениваемой продукции, к общему количеству номенклатуры показателей безопасности относящихся к данному виду продукции:

где N б - количество показателей (требований)

безопасности в соответствии с нормативно-технической документацией на данную продукцию;

N 0 - общее количество номенклатуры показателей на

данный вид продукции.

Если коэффициент безопасности меньше единицы, то необходимо проводить мероприятия по его улучшению.

Уровень безопасности изделия определяется как отношение коэффициентов безопасности оцениваемого и базового образцов:

В качестве базового образца принимается реальный образец, утвержденный в качестве эталона.

Применяемость показателей безопасности в

61

зависимости от вида продукции (сырье, материалы, продукты) определяется действующими международными и отечественными стандартами и рекомендациями. Так, например, к показателям безопасности пищевых продуктов относятся содержание: тяжелых металлов (цинк, кадмий, свинец и т.п.); радионуклидов (цезий, стронций и т.д.); пестицидов; микотоксинов и т.д.

2.10 Показатели экономного расходования ресурсов

Показатели экономного расходования сырья и материалов, топлива, энергии и трудовых ресурсов характеризуют те свойства изделия, которые отражают его техническое совершенство по количеству потребляемых в процессе производства ресурсов. Группа показателей экономного расходования ресурсов включает две подгруппы показателей:

экономичности энергопотребления; экономичности потребления изделием материальных и

трудовых ресурсов.

К единичным показателям экономичности потребления относятся:

коэффициент полезного действия; удельный расход электроэнергии;

расход топлива при заданном режиме эксплуатации изделия.

Коэффициент полезного действия – это отношение полезной работы ко всей энергии, полученной системой (машиной).

Коэффициент полезного действия определяется как:

где Ап - полезная работа;

А- энергия, полученная системой (машиной);

Ав - теряемая энергия или мощность от действия сил

сопротивления.

Для реальной машины коэффициент полезного действия всегда меньше единицы.

Удельный расход электроэнергии определяют как отношение абсолютных значений энергозатрат на величину главного параметра или полезного эффекта от эксплуатации данного изделия. В качестве главного параметра может быть принята номинальная мощность, производительность, надежность или другие характеристики.

Удельный расход электроэнергии для технических изделий определяется выражением:

где W - номинальная мощность двигателя;

Q - расход энергии (удельный) на единицу мощности двигателя;

K и . д - коэффициент использования двигателей; K в - коэффициент пересчета единиц времени;

Р э - эксплуатационная производительность.

Выбор главного параметра является важным этапом при оценке качества продукции. Очень часто вместо главного параметра используют величину полезного эффекта. Например, для электрических машин таким эффектом является величина потребляемой энергии за определенный промежуток времени. Для грузовых автомобилей полезным эффектом является его пробег в

63

тоннокилометрах за срок службы до капитального ремонта. К единичным показателям экономичности потребления

изделием материальных и трудовых ресурсов относятся: удельный расход сырья (воды, пара, сжатого воздуха,

световой и тепловой энергии и т.д.); удельный расход материалов;

потери сырья при регламентированных условиях эксплуатации изделия;

потери материалов при регламентированных условиях эксплуатации и т.д.

2.11Экологические показатели

Экологические показатели характеризуют уровень вредного воздействия на окружающую среду в процессе эксплуатации изделия.

К этой группе показателей относятся:

содержание вредных веществ в составе продукций и ее отходах;

вероятность выброса вредных частиц, газов, излучений при производстве, хранении, транспортировании, потреблении и утилизации продукции.

Например, к экологическим показателям относят: токсичность выделяющихся веществ, способность

выделяющихся веществ, влиять на органолептические свойства элементов окружающей среды, стабильность выделений вредных веществ;

способность создавать электромагнитное поле диапазона радиочастот, радиационная активность, способность загрязнять окружающую среду пылью;

способность препаратов микробиологического синтеза выделять биологически активные микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности.

64

Номенклатура экологических показателей зависит от вида продукции и ее особенностей, поэтому невозможно установить единую номенклатуру экологических показателей для всех без исключения видов продукции.

При определении экологических показателей качества новой продукции находят относительные показатели, то есть отношения фактических значений экологических показателей, например, концентрации вредных веществ или уровней вредных воздействий на природную среду к их предельно допустимым значениям. При этом должны соблюдаться следующие условия:

где С1, С2,…,Сn – концентрации вредных веществ;

ПДК1, ПДК2,…, ПДКn – предельно допустимые концентрации соответствующих вредных веществ;

В1, В2,…,Вn – фактические уровни вредных воздействий;

ПДУ1, ПДУ2,…, ПДУn – предельно допустимые уровни вредных воздействий на природную среду.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ и предельно допустимые уровни вредных воздействий на окружающую среду регламентируются системой государственных стандартов в области охраны природы и экономного использования природных ресурсов (группа стандартов Т58) и другими нормативными документами и санитарно-гигиеническими (САНПИН).

Особую группу составляют экономические показатели качества, исключительная ценность которых состоит в их

65

универсальности, т.е. применяемости к любому виду продукции (услуг), а также в том, что они определяют (раскрывают) связь качества продукции (услуги), себестоимости (цены производства) и цены (рыночной цены). Качество продукции (услуги), ее потребительские свойства во многом определяют как цену производства (и себестоимость), так и рыночную цену (цену). Повышение качества продукции (услуги) требует дополнительных затрат (издержек производства), что приводит к росту себестоимости (цены производства). Повышенный спрос на продукцию (услуги) высокого качества приводит к росту цен (рыночных цен).

К экономическим показателям качества относят затраты на разработку, изготовление и испытания опытных образцов, себестоимость изготовления продукции, затраты

1.расходуемая при использовании;

2.расходующая свой ресурс (рис. 3).

В свою очередь первая группа подразделяется на следующие подгруппы: сырье и природное топливо; материалы и продукты и расходные изделия.

Ко второй группе относят две подгруппы: ремонтируемые и неремонтируемые изделия.

К первой подгруппе первой группы относят все полезные ископаемые, жидкое, твердое и газообразное топливо, естественные строительные материалы, драгоценные минералы, прочие неметаллические ископаемые, сельскохозяйственную продукцию, цветы,

66

лекарственные растения, сырьевые продукты животноводства, шелководства, пчеловодства, звероводства и охоты, рыболовства и т.д.

Во вторую подгруппу включают искусственное топливо, смазочные масла и смазки, различные химические продукты, материалы для текстильной и легкой промышленности, материалы строительной индустрии, лесоматериалы, электро- и радиотехнические материалы, кино- и фотоматериалы, медицинские препараты, пищевые продукты и т.п.

Промышленная продукция

Рис. 3. Классификация промышленной продукции

К третьей подгруппе относят кондитерские изделия, аптекарские и парфюмерно-косметические товары в промышленной упаковке, банки консервов, жидкое топливо в бочках, баллоны с газами, проволоку и кабели в катушках

ив бобинах и т.д.

Впервую подгруппу второй группы включают

67

электровакуумные и полупроводниковые приборы, резисторы, конденсаторы, болты, гайки, шайбы, подшипники, шестеренки, кирпичи, керамические плитки, керамическую и фаянсовую посуду и т.д.

К второй подгруппе второй группы относят технологическое оборудование различных отраслей промышленности, автоматизированные линии и автоматизированные комплексы, сельскохозяйственные машины, транспортные машины, измерительные приборы, средства автоматизации и систем управления, радиоэлектронные и электронные приборы, кинофотоаппаратуру, медицинские и бытовые приборы и аппараты, пушно-меховые изделия, швейные и трикотажные изделия, мебель и т.д.

При выборе показателей качества промышленной продукции желательно ориентироваться на таблицу применяемости показателей качества, которая представлена

втаблице 2.

Втаблице 2 знак (+) обозначает применяемость, знак (-)

– не применяемость, знак (+) - ограниченную применяемость соответствующих показателей качества.

Пример 4. Выбрать группы показателей качества молочных продуктов.

Решение.

1.Молочные продукты относятся к подгруппе «материалы и продукты».

2.В соответствии с таблицей применяемости показателей качества выбираем следующие группы показателей:

- показатели назначения; - показатели надежности (сохраняемости);

- эргономические показатели (органолептические); - эстетические показатели; - показатели технологичности;

- показатели транспортабельности;

68

-патентно-правовые показатели;

-экологические показатели;

-показатели безопасности.

3. Надо иметь в виду, что эргономические, эстетические, патентно-правовые, экологические и показатели безопасности имеют ограниченное применение, поэтому выбор этих групп показателей зависит от цели поставленных задач и экспериментатор вправе сам определять выбирать ли ему эти показатели или нет.

70

3ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА

3.1Методы измерения показателей качества

Под измерением понимается совокупность операции, имеющих целью определения значения величины. Такое определение дает Международный словарь основных и общих терминов метрологии, выпущенный Международной организацией по стандартизации (ИСО) от имени семи международных организаций, участвовавших в создании словаря: Международное бюро мер и весов (МБМВ), Международная электротехническая комиссия (МЭК), Международная федерация клинической химии (МФКХ), ИСО, Международный союз по теоретической и прикладной химии (ИЮПАП) и Международная организация законодательной метрологии (МОЗИ).

Измерения могут выполняться как с помощью специальных технических средств, имеющих нормированные метрологические характеристики (средств измерений), так и без них. Соответственно различают инструментальный и экспертный методы измерения.

Измерения инструментальным методом в зависимости от отношения времени, затрачиваемого на ручные операции tp, к общему (суммарному) времени измерения tΣ подразделяются

0,02≤ t p ≤0,5, то измерения считаются автоматизированными. t

Если t p < 0,02, то измерения считаются автоматическими. t

При автоматических измерениях роль оператора почти

71

исключена. Следовательно, результат измерения не зависит от квалификации экспериментатора, его настроения и сосредоточенности. Такие измерения являются наиболее ценными. Целесообразность автоматизации измерения должна быть технико - экономически обоснована в каждом конкретном случае, ибо увеличивается их стоимость.

При автоматических измерениях часть измерительных операций выполняет оператор, что снижает качество измерений, делает их менее производительными, но гораздо дешевле.

Самыми простыми и наиболее распространенными являются измерения вручную. В этом случае особенно велика роль субъективного фактора.

Экспертный метод измерений применяют тогда, когда применение более объективных методов с использованием средств измерений невозможно, сложно или экономически необоснованно. Экспертные методы получили наибольшее распространение в парфюмерной, пищевой промышленности, в социологии, в спорте, медицине и т. д. Очень часто к нему прибегают при измерении эстетических и эргономических показателей качества продукции. Количество экспертов при этом может варьировать от одного до нескольких тысяч человек. Так, например, социологические исследования строятся на массовых опросах населения, или отдельных его социальных групп.

Разновидностью экспертного метода являются органолептические измерения, основанные на использовании органов чувств человека: зрения, слуха, осязания, обоняния и вкуса.

Комбинаторный метод измерения сочетает инструментальные и органолептические измерения. Например, качество пищевых продуктов определяется комбинаторным методом: физико – химические показатели

72

(влажность, зольность, кислотность и т. п.) определяются инструментальными методами, а вкус, цвет, запах с помощью органолептических показателей.

3.2 Измерительные шкалы

Термин «шкала» происходит от латинского слова «Scala», что в переводе означает лестница.

Шкалой измерений называют принятый по соглашению порядок определения и обозначения всевозможных проявлений (значений) конкретного свойства (величины). В соответствии с логической структурой проявления свойств, различают пять основный типов шкал измерений: наименований, порядка, интервалов (разностей), отношений и абсолютные шкалы.

Шкала наименований. Это самые простые шкалы, которые отражают качественные (не количественные) свойства. Их элементы характеризуются только соотношениями эквивалентности (равенства) и сходства конкретных качественных проявлений свойства.

Эти шкалы не имеют нуля и единицы измерений, в них отсутствуют отношения сопоставления типа «большеменьше». Неприменимо понятие линейности (или нелинейности). На шкале наименований нельзя производить арифметические действия.

Возможно применение неопределенности результата измерений. Измерение сводится к сравнению измеряемого объекта с эталонным и выбору одного из них (или двух соседних) совпадающего с измеряемым. При построении шкалы наименований важную роль играют выбор логики построения и принцип кодирования. Например, на шкале классификации цвета объектов, их располагают в порядке близости (схожести). Роль кода играет номер образца цвета.

73

Или шкала (классификация) растений, созданная Карлом Линнеем базируется на следующих признаках: строении цветков (и других репродуктивных органов), плодов, расположении листьев и т. д. Кодом является многоступенчатое латинское название.

Измерения в шкалах наименований выполняются довольно часто, чем кажется. Результаты качественного анализа (определение группы крови, примененного яда) – это измерения в шкале наименований.

Шкала порядка.

Шкала порядка. Сравнение одного размера с другим по принципу «что больше» или «что лучше» производится по шкале порядка. Эти шкалы принципиально нелинейны. Поэтому они не имеют единиц измерений Более подробная информация насколько больше ил во сколько раз лучше иногда не требуется. Например, можно визуально сравнить габариты двух изделий и вынести суждение о том, что больше и что меньше. Подобным образом решаются многие задачи выбора: кто сильнее? как проще? и т.п.

При этом число сравниваемых между собой размеров может быть достаточно большим. Расположенные в порядке возрастания или убывания, они образуют шкалу порядка. Так, во многих конкурсах и соревнованиях мастерство исполнителей и спортсменов определяется их местом, занятом в итоговой таблице. Построив людей по росту, пользуясь шкалой порядка, можно сделать вывод о том, кто выше, однако сказать насколько выше или во сколько нельзя.

Расстановка размеров по мере возрастания или убывания для получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием.

По шкале порядка сравниваются между собой размеры, которые остаются сами неизвестными. Результатом сравнения является ранжированный ряд.

74

Математической моделью теоретического сравнения между собой двух размеров одной меры по шкале порядка служит неравенство

а результат сравнения – решение о том, какой размер больше другого или они равны между собой. Если все расчеты верны, то результат вычислений – решение - является правильным.

В отличие от этого результат экспериментального сравнения двух размеров (результат измерения) согласно основному постулату метрологии является случайным, т. е. решение о том, какой размер больше другого или они равны между собой оказывается как правильным, так и неправильным.

Измерения по шкале порядка являются самыми несовершенными, наименее информативными. Они не дают ответа на вопрос о том, на сколько или во сколько раз один размер больше другого.

На шкале порядка могут выполняться лишь некоторые логические операции. Например, если первый размер больше второго, а второй больше третьего, то и первый больше третьего. Если два размера меньше третьего, то их разность меньше третьего.

Эти свойства шкалы называются свойствами транзитивности. В то же время на шкале порядка не определены (не могут выполняться) никакие арифметические действия.

Структурная схема измерения по шкале порядка состоит из устройства сравнения (компаратора) и устройства принятия решения (рис.4). Во многих случаях в качестве компаратора выступает человек. В таких же случаях он же принимает решение.

75

Рис.4. Структурная схема измерений по шкале порядка.

Измерения по шкале порядка широко используются при контроле. Здесь поверяемый размер Q1 сравнивается с контрольным Q2. Результатом измерения служит решение о том, годно или негодно изделие по контролируемому размеру.

Особое место занимает сравнение с размером равным нулю. Он называется обнаружением. Таково, например, обнаружение на фоне помех. Результатом обнаружения служит решение о том, есть сигнал или нет. Средства измерений, предназначенные для обнаружения называются индикаторами.

Результат измерения и результат обнаружения являются случайными. Этим любой результат измерения отличается от результата вычислений, полученного теоретическим путем. На результат вычислений не оказывает помехи в обычном их понимании, а ошибки допущенные человеком или компьютером могут быть устранены путем многократных проверок. Поэтому результат вычислений не является случайным (если не являются случайными исходные данный). Следовательно, результат теоретического сравнения двух размером не является случайным результатом измерения.

Реперные шкалы.

Для облегчения измерений на шкале порядка можно зафиксировать некоторые опорные точки в качестве «реперных». Такая шкала называется реперной.

76

Точкам реперных шкал могут быть проставлены цифры, называемые баллами.

По реперным шкалам измеряются:

интенсивность землетрясений по 12ти балльной международной шкале MSK – 64 (табл.3),;

сила ветра по шкале Бофорта (табл. 4).; сила морского волнения; чувствительность фотопленки; степень торошения льда; твердость минералов и т.д.

Например, для оценки скорости (силы) ветра в баллах по его действию на наземные предметы или по волнению на море была составлена условная шкала Ф Бофортом в 1805 г. Соотношения между баллами и скоростью ветра на высоте 10

м была принята в 1946 г. по международному соглашению. Недостатком реперных шкал является неопределенность

интервалов между реперными точками. Поэтому баллы нельзя складывать, вычитать, умножать или делить. Измерительная информация, полученная по шкале порядка непригодна для математической обработки. Невозможно и внесение в результат измерения поправки, ибо если сами сравниваемые размеры неизвестны, то внесение поправки не вносит ясности.

Таблица 3