Важность метрологии

     

      Учебники метрологии обычно начинаются с указания на ее важность. Как и вообще многие учебники, да и не только учебники... Объясняя важность метрологии, упоминают улетевшие не туда космические корабли и водителей, неправомочно наказанных за вождение в пьяном виде. Есть вещи и поважнее, но самое важное - то, что метрология пронизывает не только всю технику, но и всю жизнь. При том, что все мы занимаемся измерениями, сама метрология остается за кадром - мы пользуемся ее результатами, но не замечаем, что за ними стоит. Само по себе это не страшно до момента, когда незнание этой скрытой части реальности начинает мешать нам жить. К сожалению, это происходит на каждом шагу.

     

      Например, когда умело стоящие весы в магазине или правильный безмен на базаре помогают продавцу обвешивать покупателя. Или когда мы видим в газете или Интернете "данные опроса", которые никакими данными не являются, а являются бредом, или простой ложью, или попыткой манипуляции. Или когда мы отвечаем на вопросы очередного "теста" и надеемся за десять минут узнать все на свете - и дату смерти, и какая женщина (какой мужчина) сделает вас счастливым, и какой дар у вас есть. Или когда правильные декларации и популистские эпатажи маскируют ложь и подлость политика - очередного народного кумира. Или - что, наверное, страшнее всего, ибо от этого труднее всего защититься - красивые слова прикрывают отсутствие любви там, где мы ее искали. И через какое-то время поняли, что нашли только красивые слова.

     

      Нормальный инженер относится к метрологии как к чему-то важному, но проблемы создающему не каждый день. Берем штангенциркуль и меряем. Ну, можно еще сказать два слова о нониусе. Так и живет он себе, "счастливый от ерунды" (No МВ), до момента, когда-либо обнаруживает, что точности прибора не хватает, либо что токарь делает точно по чертежу, а ОТК не пропускает. Причем в одной смене брак стабильно 5%, а в другой - стабильно 30%, и в одной отклонение размера все время в одну сторону, а в другой - куда попало. Или летом брак один, а зимой другой, когда дождик - один, когда сухо - другой и так далее. Серьезная проблема с метрологией у технаря возникает, если он начинает заниматься совсем новым объектом, например "измерять" царапину на крышке консервной банки, которая нужна для того, чтобы банка открывалась. Глубина царапины должна выдерживаться с высокой точностью, и с тем более высокой точностью измеряться. И не только глубина, но и профиль и главное - что такое глубина, если не известен профиль, а? Вообще многие современные красивые штучки базируются на строгой технологии и, часто, на более совершенной метрологии.

     

      Физик относится к метрологии с большим пиететом, нежели инженер - ему чаще, чем технарю, для решения своих задач приходится решать новые метрологические задачи. Обычно это происходит, когда приходится измерить некоторую величину на краю освоенного диапазона - либо если она очень мала, либо очень велика, либо ее надо измерить с очень высокой точностью, либо в каких-то необычных условиях. Ниже мы обсудим это подробнее.

     

      И в физике, и в технике по мере развития области и постановки новых либо продвижения старых задач, вопросы измерений (точности, диапазона, необычных условий) возникают всегда. С другой стороны, увеличение точности измерений само по себе достаточно часто приводит к новым результатам. Хотя тут надо быть осторожным - увеличение количества данных иногда (особенно при не вполне корректной обработке или предварительном отборе) позволяет обнаружить "закономерности" и там, где их нет.

     

      В технике увеличение точности измерений позволяет применять более "строгие" технологии, которые, в свою очередь, часто позволяют упростить и удешевить конструкцию. Естественно, возможность точных измерений - не единственное условие применения строгих технологий. Примеры применения таких технологий - гибкие заушники очков без винтов и других узлов вращения, вообще замена узлов вращения гибкими элементами, банки с крышкой с линией разрыва, приклееные крышечки на "ванночках" с продуктами.

     

      В социологии и психологии, как уже отмечалось, метрология занимает большее место, чем в физике и технике - просто потому, что большого объема теорий (как в физике) или большого объема конструирования (как в технике) в них нет. Ну и остается мерить все подряд, то есть что заказчику взбредет в голову. Или что считает важным сам социолог, если у него каким-то чудом остаются силы на науку и если удалось получить грант. Важность метрологии в этом случае примерно такова, как в физике - то есть она важна для понимания этого мира. Улетевший не туда космический корабль можно всуе не упоминать - власть, понятное дело, не только не допускает социологов к старовому ключу, но и вообще в их советах не нуждается. Был в истории России момент, когда граждане реально кого-то там выбирали, тогда рейтинги и были нужны. Потом социологические данные какое-то время были нужны жуликам и манипуляторам.

      http://www.hrights.ru/text/sob/index.htm

      http://www.koob.ru/paramonov_kirichenko/metodi_falsifikacii

      Но те времена прошли, вертикаль построена и стоит на изумление соседям и оторопь россиянам.

     

      Метрологические проблемы в психологии представляются еще более важными, ибо на основе психологических измерений (тестов) люди делают какие-то выводы о себе и о других и могут предпринимать какие-то реальные действия.

     

     

      Общие вопросы измерений

     

     

      Когда измерение становится проблемой

     

      Во-первых, когда предполагается измерять какую-то новую величину. Тут есть тонкость - что значит "новая величина"? Физики и инженеры считают, что существует то, что можно измерить. В величину, которую мы раньше не измеряли - в каком смысле она существовала? В физике и технике величина может быть определена формулой, функцией. Пусть например мы давно измеряем ток и напряжение, но не разу не измеряли мощность, хотя и знаем, что это такое, умеем написать уравнение. Можно поставить задачу - сделать прибор, измеряющий мощность. Эта задача может быть решена по крайней мере двумя принципиально различными способами: аналоговым - посредством такого беленького вращающегося диска (узнаете?) и цифровым - дискретизацией функций "напряжение от времени" и "ток от времени" с перемножением и интегрированием по периоду. Или по какому-то другому времени, если нам нужен счетчик потребления электроэнергии.

     

      Аналогичные ситуации возможны с любой величиной, для которой написано уравнение, хотя вовсе не всегда физикам нужен специальный прибор для измерений, "реализующий" эту формулу в железе и кремнии. В социологии ситуация иная - величины задаются не формулами, а либо согласованным способом диагностирования (анкетами), либо неким социолого-филологическим консенсусом, то есть близким пониманием самих исследователей. Степень такого консенсуса может быть разной, от полного единогласия до полного непонимания, то есть наличия двух противоречащих одно другому пониманий. Соответственно, в этом случае возникает проблема согласования пониманий, которой нет или почти нет в физике и технике. Но и при наличии полного взаимопонимания (или если исследователь один и ни с кем ничего согласовывать не собирается) остается задача превращения интуитивного понимания исследователя в "индикаторы" - то есть те или иные числовые данные, которые мы согласились считать ответами на те проблемы, которые интересовали или мучили социолога или его заказчика.

     

      Во-вторых, измерение становится проблемой, когда предполагается измерять известную величину вне освоенной области измерений. Если измеряемая величина представлена одномерной шкалой, то предполагается измерять необычно маленькую или необычно большую величину. В социологии измерение малых величин, то есть малых относительных количеств добрых граждан, каким-то определенным образом отвечающих на определенный вопрос, решается увеличением выборки.

     

      В-третьих, когда предполагается измерять известную величину внутри освоенного диапазона, но с более высокой, чем освоено, точностью. В социологии увеличение точности также решается увеличением выборки - при условии, что мы верим в репрезентативность выборки и в то, что наши вопросы диагностируют именно то, что мы под этим интуитивно понимаем.

     

      В-четвертых, когда предполагаются измерения в необычных условиях, причем "необычные условия" можно понимать пятью разными способами.

     

      Первый вид необычных условий - измерения при необычных значениях других параметров того же объекта или сигнала. Например, обычное значение мощности и с обычной точностью, но на необычной частоте. Или обычное значение тока, частоты или параметров импульса, но на высоком потенциале (относительно земли). В социологии большинство опросов проводится с людьми старше 18 лет. Понятно, что великое множество вопросов не может быть задано детям, не потому, что они глупые, а потому, что они не вовлечены во взрослую жизнь. Но скажем вопрос об общей удовлетворенностью жизнью задать можно и дошкольнику - но как? Как его задать, чтобы результат можно было сопоставить с результатами для взрослых? Далее - а как задать этот вопрос младенцу? Сюда можно отнести разработку новых шкал для уже известных величин.

     

      Второй вид необычных условий - измерения за малое время (с высокой скоростью) или с высокой частотой повторения. Это очень распространенная в технике ситуация, например, что при полете Шаттла производится 50 000 измерений в секунду. В социологии - например, тоже необходимость получения данных быстро. На перемене между двумя уроками провернуть анкету в сто вопросов.

     

      Третий вид необычных условий - когда надо произвести одновременно много измерений, например, снять температурное поле, то есть значения температур объектов во многих точках. Для этого можно применить термокраски, изменяющие (обратимо или необратимо) цвет по достижении определенной температуры

      http://articles.pakkermash.ru/show_art.php?art=197

      или тепловизор

      http://ufn.ru/ru/articles/2006/12/d/

     

      Четвертый вид необычных условий - измерения с особо малым влиянием на объект. И не просто, как во всей метрологии, точности ради, а в системе промышленного шпионажа или если объект шибко уникален - "неразрушающие методы". В социологии незначительность влияния на объект - одна из важнейших задач, стоящая много острее, нежели в технике и физике. Хотя бы потому, что в анкете много вопросов, а задание каждого вопроса - это влияние!

     

      Пятый вид необычных условий - особые внешние условия. Например, при высокой температуре, при высокой радиации, при высоком давлении или в вакууме, в агрессивной среде. Или, например, измерить вес быстродвижущегося объекта. Трейлера, грузовой платформы, да в составе состава, или вовсе - летящего. НЛО, например. В социологии - например, изучение политических взглядов бомжей или скорости распространения в социуме технологических ноу-хау наркоманов. Или чего угодно в "горячих точках"...

     

      Шестой, патологический, но встречающийся вид необычных условий - не те приборы. В каких ситуациях можно амперметром измерять напряжения? А наоборот? А в какой ситуации человек может измерить радиацию без приборов? И как? В социологии это получение "социологических данных" без разработки инструментария. Например, пользуясь интуицией. Это отчасти шутка, а отчасти и нет - потому что от нас, социологов, иногда хотят высказывания мнений по вопросам, которые мы не изучали. Таких ситуаций надо стараться избегать, но если юная особа, трепеща, спрашивает, как мы полагаем, любит ли народ президента так же трепетно, как она, приходится отвечать.

     

      Когда случился Чернобыль, один мой бывший сотрудник, живший в за городом (на станции Удельная), в деревянном доме с верандой, приехал утром на работу весь зеленый и трясущийся и заикаясь, произнес: "Я ночью вышел... на веранду, а там мянтай лежит... и светится..." Еле уговорили мы его, что если бы его минтай светился из-за радиации, то доза была бы такая, что он в обнимку с "мянтаем" и остался бы лежать. Что его рыба просто протухла - как та осетрина. Для тех, кто не въехал - это и был шестой вариант измерений в необычных условиях. Минтай как прибор, правда измеряющий не то, что имелось в виду.

     

      С другой стороны, известен способ измерения температуры на слух - если про резком вращении головы слышен стук, значит на улице холодно: стучат по черепу замерзшие уши. Или - кроме шуток - известны способы определения на слух химсостава: чистая кристаллическая сера, если зажать кусок в кулак, потрескивает из-за неравномерного расширения, пруток олова, в отличие от свинцово-оловяного припоя, при изгибании похрустывает.

     

      Как ни странно, метрологу может потребоваться некоторая фантазия. Однажды автору была одним архитектором высказана мысль, что "архитектура, разумеется, гораздо шире, чем математика". Автор интуитивно придерживался несколько иного мнения, но как действительно определить "широту области"? После некоторого размышления собеседнику был предложен способ оценки: по количеству кафедр в самом крупном вузе СССР. Собеседник согласился и оказалось, что в МГУ на направлении "математика" Мехмата имеется 17 кафедр, а в МАРХИ на направлении "архитектурное проектирование" 10 кафедр.