Okrepilov Quality Management

объективной измерительной информации не представляется воз- можным.

В решении задачи обеспечения качества измерений основная роль принадлежит метрологии – науке об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. Решение задачи достигается путем создания государственных эталонов, «при- вязки» к ним проводимых измерений и установления различных ме- трологических правил и норм по отношению к измерениям и сред- ствам измерений. Если не соблюдается единство измерений, даже самые «тонкие» измерения, проводимые с помощью правильно по- добранныхсредствизмерений, недадутнеобходимыхрезультатов.

Единство измерений – это состояние измерений, характеризу- ющееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных едини- цах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не вы- ходят за установленные пределы. [232]

Иными словами, единство измерений основано на четырех ос- новных принципах:

–результаты выражены в узаконенных единицах;

–размер единиц, хранимых средствами измерений, равен раз- мерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами;

–погрешности результатов измерений известны;

–погрешностиизмеренийневыходятзаустановленныепределы. Без выполнения этих условий невозможно добиться единства

измерений. Наиболее важным условием обеспечения единства из- мерений является «привязка» измерений к государственным этало- нам, что, в соответствии со стандартами ИСО серий 9000, является обязательным условием в обеспечении качества продукции.

В соответствии с Законом РФ «Об обеспечении единства изме- рений» единство измерений сегодня рассматривается как одно из важнейших условий эффективности исследования и разработок, управления производством и другими объектами, диагностики и лечения болезней, достоверного учета материальных и энергетиче- ских ресурсов, контроля качества продукции, условий безопасно- сти труда и охраны окружающей среды, надежности работы связи и транспорта, обороны государства, а ГСИ должна трактоваться как государственная система управления деятельностью по обеспече- нию единства измерений.

421

14.7. Метрологическое обеспечение испытаний

Качество продукции и услуг зависит от многих факторов. Одно изпервыхместпозначимостизанимаетсостояниеметрологическо- го обеспечения испытаний продукции. Достоверность результатов испытанийпродукцииявляетсяважнейшейхарактеристикойихка- чества и в значительной мере определяется уровнем метрологиче- ского обеспечения испытаний. [279]

Вцеляхсовершенствованияметрологическогообеспеченияис- пытаний, проводимых в испытательных лабораториях, необходимо систематически проводить анализ состояния измерений, контроля

ииспытаний. При этомнеобходимоопиратьсяна следующиеосно- вополагающие нормативные документы Росстандарта:

–МИ 2117–90 «Организация метрологического обеспечения при внедрении стандартов ИСО серии 9000»;

–МИ 1317–2004 «ГСИ. Результаты и характеристики погреш- ности измерений. Форма представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроля их параметров»;

–МИ 1967–89 «Выбор методов и средств измерений при раз- работке методик выполнения измерений. Общие положения»;

–МИ 2240–92 «ГСИ. Анализ состояния измерений, контроля

ииспытаний на предприятии, в организации, в объединении. Ме- тодика и порядок проведения работы»;

–МИ 2386–96 «ГСИ. Анализ состояния средств измерений, контроля и испытаний в центрах (лабораториях), осуществляющих сертификацию продукции и услуг. Методика проведения работы»;

–МИ 2304–94 «ГСИ. Метрологический контроль и надзор, осуществляемые метрологическими службами юридических лиц».

Анализ метрологического обеспечения испытаний продукции включает в себя ряд типовых процедур:

1. Анализсостояниядействующейнапредприятии(ворганизации) документации, регламентирующейметодикииспытанийпродукции.

2. Анализ фактического оснащения испытательных процедур техническими средствами.

3. Анализ организационной структуры и эффективности дея- тельности метрологической службы предприятия (организации) и фактического состояния средств измерений и испытаний.

4. Анализ состояния системы контроля достоверности резуль- татов испытаний.

422

Методикиизмерений

С 01.04.2010 г. введен в действие ГОСТ Р 8.563-2009 «ГСИ. Методики (методы) измерений», устанавливающий общие положе- нияитребованиякихразработке, аттестации, стандартизацииипри- менениюметодикизмеренийиметрологическомунадзорузаними.

Методика (метод) измерений – это совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получе- ние результатов измерений с установленной погрешностью или с погрешностью, не превышающей допустимых пределов (норм точ- ности измерений).

Таким образом, методики измерений, отвечающие современ- ным требованиям, играют решающую роль в обеспечении единства измерений.

Измерения, выполняемые в различных сферах, делятся на из- меренияпростыеиизмерения, представляющиесобойсложныеиз- мерительные процедуры.

Погрешности так называемых простых измерений, а это, как правило, прямые однократные измерения, определяются погреш- ностями применяемых средств измерений и не требуют разработки методик выполнения измерений.

Измерения, представляющиесобойсложныеизмерительныепро- цедуры, – это многократные прямые или косвенные процедуры. Для оценки их погрешности знания только погрешности применяемых средств измерений являются недостаточными. ГОСТ Р 8.563-2009 распространяетсяпреждевсегонаизмерительныепроцедуры.

Разработку методик измерений осуществляют на основе ис- ходных данных, которые могут быть приведены в техническом за- дании, технических условиях.

Разработка методик измерений включает в себя следующее:

–формулирование измерительной задачи;

–выбор метода и средств измерений;

–установление последовательности и содержания операций при подготовке и выполнении измерений;

–организациюипроведениетеоретическихиэкспериментальных исследованийпооценкепоказателейточностиразработаннойметоди- ки измерений, экспериментальное опробование методик измерений, анализсоответствияпоказателейточностиисходнымтребованиям;

–разработку процедур и установление нормативов контроля точности получаемых результатов измерений;

423

– разработку проекта документа на методику измерений.

Для разработки методик измерений одним из основных ис- ходных требований является требование к точности измерений. Требования к точности измерений устанавливаются в виде преде- лов допускаемых значений характеристик абсолютной или относи- тельной погрешности измерений.

Способы выражения требований к точности измерений в за- висимости от использования результатов измерений приведены в Рекомендации МИ 1317 «ГСИ. Результаты измерений и характе- ристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле параметров».

Вряде нормативных документов приводятся требования к точ- ности измерений в наиболее распространенных технологических процессах. Так, в машиностроении действует ГОСТ 8.051-81 «ГСИ. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм»; присанитарномконтролеиспользуютГОСТ27384-87 «Вода. Нормыпогрешностиизмеренийпоказателейсоставаисвойств».

Часто на практике в качестве исходных данных для установле- ния требований к точности измерений при контроле используют допуск на контролируемый параметр. Считается удовлетворитель- ным соотношение между пределом допускаемой погрешности из- мерений и границей симметричного поля допуска 1:5.

Выбор метода измерений во многом зависит от измеряемой ве- личины. При этом предпочтительным является метод прямых из- мерений, при котором искомое значение величины находят непо- средственно из опытных данных.

Однако в силу тех или иных причин приходится применять косвенные методы измерений. При косвенных методах измерений искомое значение величины находят на основании известной за- висимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Впроцессе косвенных измерений обычно имеют место откло- нения от строгой зависимости измеряемой величины от величин, подвергаемыхпрямым измерениям. Это обстоятельство приводит к появлению методических составляющих погрешности измерений.

Средства измерений являются основой методик измерений, их метрологические характеристики существенно влияют на погреш- ность измерений.

424

Номенклатураметрологическиххарактеристиксредствизмере- ний регламентирована в ГОСТе 8.009-72 «ГСИ. Нормируемые ме- трологические характеристики средств измерений».

Для разработки методики измерений одним из основных ис- ходных требований является требование к точности измерений. Требования к точности измерений устанавливают в виде пределов допускаемых значений характеристик абсолютной или относитель- ной погрешности измерений.

Наиболее распространенным способом выражения требований к точности измерений являются границы допускаемого интервала, в котором с заданной вероятностью Р должна находиться погреш- ность измерений.

Процедурыоцениванияпогрешностейизмерениямогутбытьрас- четными, экспериментальнымиилирасчетно-экспериментальными.

Расчетные методы оценивания погрешности измерений пред- почтительны при наличии исходной информации, достаточной для получения результатов расчета с необходимой точностью.

Экспериментальные методы оценивания погрешности измере- ний могут быть применены при выполнении следующих условий:

–имеются средства измерений контролируемой величиныс по- грешностью, которую можно считать не существенной в реальных условияхэкспериментапооцениваниюпогрешностиизмерений;

–имеется возможность создать все комбинации внешних вли- яющих величин и значений самой измеряемой величины.

Обычно прямое экспериментальное оценивание погрешности измерений в реальных условиях измерений весьма затруднено.

Необходимо также иметь в виду, что экспериментальное оце- нивание погрешности измерений и ее составляющих дает прибли- женные результаты.

Наиболее рациональной процедурой оценивания погрешности измерений при разработке большинства методик измерений явля- ется расчетно-экспериментальная процедура.

14.8. Принципы выбора средств измерений

Качество измерений зависит от правильности выбора средства измерений (СИ). При выборе средств измерений приходится учи- тывать ряд факторов: [393]

–измеряемую физическую величину;

–метод измерения, реализуемый в среде измерений;

425

–диапазон и погрешность СИ;

–условия проведения измерений;

–допускаемую погрешность измерений;

–стоимость средства измерений;

–простоту их эксплуатации;

–ресурс средств измерений;

–потери из-за погрешностей измерений (брак I и II рода). Отсутствие единого фактора, по которому можно сравнивать

средства измерений, затрудняет решение задачи, поэтому выбор средствизмеренийзависитотрешаемойизмерительнойзадачи, при этом иногда приходится отдавать предпочтение одним факторам и пренебрегать другими.

Основными характеристиками средств измерений являются их погрешности. Они наиболее существенно влияют на качество из- мерений, поэтомупривыборесредствизмеренийихрассматривают в первую очередь.

Два основных принципа выбора средств измерений:

1) экономический подход (наиболее оптимальный, так как учи- тывает практически все показатели). При этом необходимо иметь

ввиду:

–повышение точности измерений позволяет тщательнее регу- лировать производственный процесс;

–более точные измерения позволяют сократить допуск на из-

делие;

–повышение точности измерений приводит к уменьшению долей необнаруженного и ложного брака.

Пример. Введение контроля температуры в теплицах позволяет поддерживатьнеобходимыйтепловойрежим, чтоприводиткповы- шению урожайности овощей не менее чем на 5%. Скажем, в тепли- цахвыращивается1000 товощейзагод. Цена1 кговощейсоставляет 30 руб. Необходимо оценить, какие затраты на приобретение аппа- ратуры контроля температуры будут рациональны при условии их окупаемости в течение одного года.

Учитывая, что повышение урожайности составляет 5%, т.е. 50 т (1000´0,05). Стоимостное выражение составляет 30´50000=1,5 млн руб. Затраты на приобретение аппаратуры будут рациональны, если они менее 1,5 млн руб. (срок окупаемости – 1 год).

Сувеличениемпогрешностиизмеренийпотерирастут(рис. 4.14);

вто же время затраты на измерения снижаются. Как правило, одна

426

из этих зависимостей имеет явно нелинейный характер, поэтому их сумма, т. е. суммарныеиздержкивпроизводстве, зависящиеотточ- ности измерений, имеет экстремум.

Потери от брака, затраты

Суммарные

затраты

Потери от брака

Затраты на измерения

Рис. 4.14. Зависимость затрат от погрешности измерений

Экономически оптимальная точность измерений технологиче- ского параметра соответствует минимуму суммы потерь из-за по- грешностиизмеренийизатратнаизмерения, включаязатратынаме- трологическое обслуживание средств измерений. Оптимальная точ- ностьизмеренийсоответствуетсреднеквадратическойоценке(СКО) погрешности.

Зависимость потерь от погрешности измерений и зависимость затрат на измерения определяются на практике неточно, что вы- зывает неопределенность соответствующей характеристики опти- мальной погрешности измерений.

Процедуры по оптимизации точности измерений завершаются разработкой мероприятий по приближению точности измерений к оптимальной и по оценке экономического эффекта от их реализа- ции. Мероприятия заключаются в основном в совершенствовании методикизмеренияиприборногопарка, атакжевсовершенствова- нии метрологического обслуживания средств измерений. На завер- шающей стадии работ по оптимизации точности измерений основ- ные вопросы должны решаться квалифицированным экспертом.

2) вероятностныйподходзаключаетсяввыбореточностисредств измерений по заданному допуску на контролируемый параметр из- делияипозаданнымзначениямбракаконтроляI иII рода(необна- руженный и ложный брак).

427

Если контроль осуществляется абсолютно точными средства- ми измерений, все изделия, находящиеся в поле допуска, были бы признаны годными, а изделия, у которых измеряемый пара- метр превышает допуск, были бы признаны негодными. Из-за существования погрешности измерений при контроле часть не- годных изделий будет признана годными (брак контроля II рода), а часть годных изделий – негодными (брак контроля I рода). На брак контроля влияет: рассеяние действительных значений контролируемого параметра; установленный допуск на контро- лируемый параметр; закон распределения погрешностей изме- рений и рассеяния действительного значения контролируемого параметра.

Построеныграфикизависимостивероятностибракаконтроляот технологического рассеяния контролируемого параметра, погреш- ностиизмерений, допусканаконтролируемыйпараметр(рис. 4.15).

Р1

Р2

6S

t=2S С t=2S

Рис. 4.15. Зависимость брака контроля от характеристик измерения

На рисунке использованы следующие обозначения: Р1 – брак контроля I рода;

Р2 – брак контроля II рода;

изд – допуск на контролируемый параметр изделия;t – предельная погрешность измерения;

428

S – среднееквадратическоеотклонениепогрешностиизмерения; С – вероятный выход размера контролируемого параметра за

границу поля допуска у неправильно принятых изделий.

14.9. Экономические проблемы метрологии

Проблема взаимосвязи уровня метрологического обеспечения и показателей качества является весьма актуальной. Основным по- казателем метрологического обеспечения является точность изме-

рений. [175]

При исследовании влияния точности измерений на технико- экономические показатели производства необходимо рассмотреть всю метрологическую цепочку, начиная с рабочего эталона и за- канчивая параметрами качества продукции. Показатель потерь от погрешности измерений П включает в себя три слагаемых:

гдеПо– экономическиепотериотложнойбраковкиэталонов, воз- никающие за счет непроизводительных расходов на их настройку, регулировку и повторную аттестацию;

Пр – экономические потери от ложной браковки рабочих средств измерений (далее – РСИ), проявляющиеся в виде непро- изводительных затрат на их ремонт, настройку, поверку (если стои- мость этих средств невелика, то происходит окончательная браков- ка и потери равны стоимости, за вычетом цены реализации);

Пнх – народно-хозяйственные потери, неправильно принятые РСИ поступают в производство для реализации процессов измере- ний, а поскольку они имеют погрешность выше нормативной, то этоприводиткувеличениюПнх. Приэтомнельзязабывать, чтопо- тери возникают и от погрешности, находящейся в нормированных пределах.

Удобство представления потерь в виде трех слагаемых заклю- чается в том, что возникает возможность пользоваться лишь теми составляющими, которые нужны в конкретном случае. Для рабочих эталоновнеобходимоучитыватьвсетрисоставляющие, дляэталонов показатель Пнх рассчитывается, а для оценки эффективности рабо- чихсредствиметодовизмеренийучитываютсятолькопотериПнх.

Концепция возникновения потерь по поверочной схеме (рис. 4.16) при практических технико-экономических расчетах должна иметь аналитические выражения.

429

Весьма существенным при построении экономико-математи- ческой модели возникновения потерь является положение об учете как нормативных, так и сверхнормативных потерь.

Рис. 4.16. Схема возникновения сверхнормативных экономических потерь от погрешности измерений при метрологическом обслуживании средств измерений

Анализ нормативных документов и других публикаций по эко- номике метрологического обеспечения показал, что вопросы ком- плексного учета потерь по поверочной схеме и при контроле ка- чества в них не рассматривались. В немногочисленных статьях по оценке потерь от погрешности измерений учитывались лишь по- следствияотвыходапогрешностизанормированныепределытоль- ко для рабочих средств измерений (РСИ).

Поэтому системное рассмотрение измерений позволяет не только провести комплексную оценку экономических потерь, но и определить вклад каждой ступени поверочной схемы на изменение конечного результата.

Для того чтобы построить экономико-математическую модель возникновения потерь, следует рассмотреть поверочную схему, со- стоящую из вторичного эталона, рабочего эталона и РСИ.

Механизм возникновения экономических потерь исследуют отдельно по трем уровням:

–при передаче размера физической величины от вторичного эталона рабочему эталону;

–при поверке РСИ по рабочему эталону;

–при контроле качества продукции РСИ.

430