Метрологическая экспертиза технической документации. Учебное пособие по дисциплине «Метрология. Стандартизация. Сертификация»

компьютеров. В их числе разработанные в ФГУП «ВНИИМС» автоматизированные базы данных:

технические характеристики средств измерений, включенных в Государственный реестр средств измерений;

поверочные работы, проводимые органами государственной метрологической службы;

нормативная, методическая и справочная документация

вобласти метрологии.

2.ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

ИПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

2.1. Анализ рациональности номенклатуры измеряемых параметров

Метрологическую экспертизу целесообразно начинать с выявления номенклатуры подлежащих измерению параметров, анализа и оценивания рациональности этой номенклатуры. Такой анализ в общем случае включает:

1. Рассмотрение возможности замены качественных требований (при их наличии) требованиями к физическим величинам, проверяемым путем измерений. Как правило, такая возможность имеется. Например, требование «вал должен легко вращаться на опорах» может быть заменено требованием к значению момента силы трения; «глубокие раковины на обработанных поверхностях не допускаются ...» — требованием к размерам раковин и их числу на единице площади; «изделие установить вертикально» — требованием к угловому отклонению.

Такая замена невозможна для требований к свойствам, которые не могут быть выражены физическими величинами (например, вкусу, запаху). Следует, однако, учитывать, что в некоторых случаях замена хотя и возможна, но нецелесообразна,

11

если параметры не ответственны и не оправдывают дополнительных затрат на проведение измерительного контроля.

2. Установление корректности выражения требований к измеряемой величине, исключающей возможность различного их толкования. Как правило, для выражения технических требований должны использоваться стандартизованные термины. Специфические термины, допускающие возможность различного толкования, следует определять или пояснять.

Примеры:

требование «биение втулки не более...» некорректно, так как неясно, к какой поверхности втулки установлено требование. Также неясно, идет ли речь о полном радиальном биении или о радиальном биении в заданном сечении. В этом случае можно предложить указать поверхность, к которой установлено требование, и термин «биение» заменить стандартизованным термином по ГОСТ 24642-81 («полное радиальное биение»);

требование «нагрев подшипника не более ... °С» допускает возможность различного толкования. Необходимо изменить формулировку требования, чтобы было ясно, установлено ли требование к температуре подшипника, или к разности температур подшипника и окружающей среды, или к отклонению температуры от исходного значения.

Измеряемую величину можно истолковать по-разному вследствие того, что она имеет разные размеры в различных состояниях объекта. Необходимо обращать внимание на полноту сведений об измеряемом параметре, учитывающих свойства объекта, и на параметры его состояния.

Например, в машиностроении обычно ставят задачи измерений линейных размеров при температуре 20 °С.

3. Анализ достаточности номенклатуры измеряемых параметров. При таком анализе необходимо убедиться, что установлены требования: ко всем параметрам продукции, влияющим на соответствие этой продукции своему

12

назначению; ко всем параметрам условий испытаний, влияющим на точностные характеристики испытаний; ко всем параметрам технологического процесса, влияющим на показатели качества готовой продукции, а также убедиться в достаточности требований по контролю условий безопасности труда, загрязнения окружающей среды, учета количества готовой продукции и других материальных ценностей.

Сложность этой задачи не позволяет выработать единого подхода, пригодного для всех видов продукции. При решении этой задачи следует учитывать также, что не всегда измеряемые параметры являются показателями качества продукции. Например, в ТУ в разделе «Технические требования» установлены требования к прочности пленки, которая подтверждается измерением силы, прикладываемой к пленке. Следует рассмотреть возможность подтверждения установленных требований к прочности пленки не только измерением силы, но и измерением толщины пленки и равномерности этой толщины по всей поверхности пленки.

4.Обоснование номенклатуры контролируемых параметров может быть приведено в отчете НИР, предшествующей постановке продукции на производство, в пояснительной записке эскизного или технического проекта, в справке по метрологическому обеспечению и в других документах, При проведении МЭ этих документов оценивают правильность обоснования этой номенклатуры и правильность выбора номенклатуры измеряемых (контролируемых) параметров.

5.Установление недостающих технических требований к контролируемым параметрам, невыполнение которых может привести к несоответствию продукции своему назначению.

Выявление требований, контроль которых необязателен. Нередко разработчики документации пытаются идти по пути максимального контроля всех параметров изделий, не принимая во внимание трудоемкость

измерительных процессов. В среднем трудоемкость

13

контрольно-измерительных операций составляет около 10 % общей трудоемкости изготовления изделий, а в ряде случаев — значительно выше. Лишними являются требования к параметрам, практически не влияющим на качество продукции. Сокращение номенклатуры измеряемых параметров может осуществляться на основе анализа зависимости между подлежащими контролю параметрами.

Примеры:

в сборочном чертеже на редуктор установлено требование к зазору, при этом доступ к точке затруднен. В этом случае можно отказаться от измерения зазора, если в чертеже установлены требования ко всем влияющим на зазор размерам и правилен расчет размерной цепи, замыкающим размером которой является зазор;

можно отказаться от измерения параметра, если технологический процесс обеспечивает невыход параметра за пределы поля допуска.

6. Проверка наличия норм точности на контролируемые параметры.

Пример:

при требованиях к параметрам «толщина ленты 2 мм», «напряжение питания 27 В » следует предложить указать допускаемое отклонение.

Часто при указании норм точности прибегают к кратким записям, что приводит к возможности различного толкования этого требования. Например, в случае требования «Температура (60-80) ± 3 °С» неясно, является ли интервал от 60 до 80 °С диапазоном допустимых значений параметра, а ±3 °С пределами допустимых значений погрешности измерений, или же указанный интервал является диапазоном регулирования параметра, а ±3 °С предельным отклонением параметра от установленного значения. В этих случаях необходимы разъяснения разработчика документации.

7. Проверка соответствия норм точности на контролируемые параметры нормативным документам

14

(стандартам). Это задача нормоконтроля, но при ошибочном установлении норм точности на контролируемые параметры можно неправильно сделать вы бор метода и средств измерений.

8.Установление взаимной увязки допусков нормируемых параметров. Такая проверка проводится с целью исключения ситуации, когда изменение одного параметра в пределах допуска влечет за собой выход погрешности измерения другого параметра за до пускаемые пределы. Эта задача является актуальной, например, при МЭ чертежей при установлении взаимной увязки допусков размера, формы, расположения и шероховатости поверхностей.

9.Установление правильности формы записи измеряемых параметров. Требования к измеряемым параметрам в документации могут быть выражены указанием номинального значения с допускаемыми отклонениями (например, 20 кг ± 1 кг). Такая форма записи не должна применяться для указания номинального, максимального, минимального или предельного значения физической вели чины. Не следует записывать, например, «номинальное (максимальное, минимальное) значение входного напряжения (10 ± 2) В».

Кроме этого, допускается указание значения параметра в виде предельных значений (например, от 10 до 15 кг), а также в виде максимального (минимального) значения (например, «не более 250 мм», «не менее 100 мм»).

Не следует применять словосочетания «не хуже (не лучше)», «хуже (лучше)», «не уже (не шире)» для количественной оценки требований к параметрам в виде максимального или минимального значения.

При проведении МЭ необходимо оценить обоснованность выбранной формы указания измеряемого параметра.

Форма «не более....» должна применяться, если допустимы все значения меньше указанного значения; форма «не менее....» — если допустимы все значения больше указанного значения. Например, некорректно указание

15

требований в виде «толщина покрытия на изделии не более…», так как такое требование предполагает, что можно и не покрывать это изделие.

Формы «от....до....» или сочетание номинального значения с допускаемыми отклонениями должны применяться, если недопустимы не большие и не меньшие значения параметров.

Словосочетания «не более» («не менее»), «более» («менее») не имеют смысла по отношению к двум или более числовым значениям одного параметра, в том числе перед числовым значением со знаком «±» (например, неправильно указывать ........ частота настройки не более (38 ± 0,02) мГц» или «....остаточное выходное напряжение не более ±0,5 В»).

2.2. Оценивание требований к точности измерений

Точность измерений — одна из характеристик качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Количественной характеристикой точности является погрешность измерений или неопределенность измерений.

Если установлены требования к измеряемым величинам, то для решения вопросов: какими средствами измерений осуществлять контроль, какие выбрать МВИ, необходимо установить обоснованную точность измерений.

В соответствии с МИ 1317-2004 «ГСИ. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров» в качестве характеристик требуемых показателей точности используют допускаемые характеристики погрешностей измерений или нормы погрешности измерений.

Особенностями этой задачи является то, что при ее решении наряду с метрологическими аспектами следует учитывать, с одной стороны, затраты на измерения, а с другой, последствия, обусловленные погрешностями измерений. Последствиями от погрешности измерений являются

16

вероятности ошибок первого и второго рода (из-за погрешности измерений при контроле изделий, параметры которых находятся близко к границам допускаемых значений, могут браковаться часть годных изделий и приниматься в качестве годных часть бракованных изделий). Повышая точность измерений, можно уменьшить эти неблагоприятные последствия, но это связано с дополнительными затратами.

В РМГ 63-2003 указано:

«Оптимальной в экономическом смысле считается погрешность измерений, при которой сумма потерь от погрешности и затрат на измерения будет минимальной.

Оптимальная погрешность во многих случаях выражается следующей зависимостью:

где: опт —- граница оптимальной относительной погрешности измерений;— граница относительной погрешности измерений, для

которой известны потери (П) и затраты (3).

Так как обычно потери и затраты могут быть определены лишь весьма приближенно, то точное значение 0ПТ найти практически невозможно. Поэтому погрешность может считаться практически близкой к оптимальной, если выполняется следующее условие:

где ОПТ — приближенное значение границы оптимальной относительной погрешности измерений, вычисленное по приближенным значениям потерь (П) и затрат

(3)».

Допускаемая погрешность измерений может быть установлена государственными стандартами или другими

17

нормативными документами. Например, при линейных измерениях решение этой задачи сводится к проверке правильности нормирования допускаемой погрешности измерений в соответствии с ГОСТ 8.051—81 и ГОСТ 8.549-86, при измерении отклонения формы и расположения поверхности

— ГОСТ 28187-89, при определении содержания компонентов в воде — ГОСТ 27384-2000 «Нормы точности измерений состава и свойств воды».

Требования к характеристикам погрешности измерений могут быть регламентированы в отраслевых документах (например, в теплоэнергетике используют РД 34.11.321-96 «Нормы точности измерений технологических параметров тепловых электростанций»).

Требования к характеристикам погрешности измерений можно установить исходя из требований к достоверности измерительного контроля, вероятностей ошибок контроля первого и второго рода или требований к погрешности испытаний (если такие данные имеются). Формулы, устанавливающие связь погрешности измерений с показателями достоверности контроля и с погрешностью испытаний, приведены в МИ 1317-2004, в ГОСТ 8.051-81 и др.

Часто на практике для установления требований к характеристикам погрешности измерений используют отношение погрешности измерений к допуску на контролируемый параметр. Приемлемые соотношения границы погрешности измерений и границы поля допуска на измеряемый параметр 0,2-0,3,

а для обоснованных случаев 0,4-0,5. При отсутствии указаний о допуске на контролируемый параметр требования к погрешности измерений могут быть установлены исходя из возможности различить при контроле единицу в последней значащей цифре нормы на контролируемый параметр.

При установлении полноты учета основных требований к показателям точности измерений можно воспользоваться рекомендациями, изложенными в МИ 1317-2004.

18

Характеристики погрешности измерений могут быть выражены в абсолютной или относительной форме.

Погрешность измерений и ее составляющие (систематическая и случайная погрешности) могут быть представлены в виде интервальной оценки (± , Р) или в виде среднего квадратаческого отклонения ( ).

Если в документации приведены интервальные характеристики погрешности (границы, в пределах которых погрешность находится с заданной вероятностью), необходимо проверить обоснованность выбранного значения доверительной вероятности. Как правило, для обычных измерений принимают вероятность Р = 0,95, а для более ответственных Р = 0,99 и выше.

Выбор характеристик погрешности измерений зависит от назначения результатов измерений. Если результаты измерений являются окончательными, используются независимо от других результатов, то применяют в основном интервальные характеристики погрешности — границы, в пределах которых погрешность находится с заданной вероятностью.

Если результаты измерений могут быть использованы совместно с другими результатами, а также при расчетах погрешностей величин, функционально связанных с данными результатами (например, результатами косвенных измерений), то в качестве характеристик погрешностей измерений следует применять среднее квадратическое отклонение (СКО). Для этих случаев целесообразно указывать характеристики неисключенной систематической и случайной составляющих погрешности измерений.

В качестве характеристик случайной составляющей погрешности измерений используют СКО случайной составляющей погрешности измерений ( ). В качестве характеристик систематической составляющей погрешности измерений используют СКО значений неисключенной составляющей систематической погрешности или границы, в

19

которых неисключенная систематическая составляющая погрешности измерений находится с заданной вероятностью.

Характеристики погрешностей измерений должны быть выражены числом, содержащим не более двух значащих цифр. Третий, не указываемый, разряд округляется в большую сторону (п. 3.4 МИ 1317-2004). Остальные округления делаются в соответствии с правилами округления.

Оценивание соответствия точности измерений заданным требованиям

Если погрешность измерений указана в документации, то при МЭ она сравнивается с установленной допускаемой погрешностью. Так, приписанная погрешность измерений, приведенная в методике выполнения измерений (МВИ), сравнивается с установленными требованиями к погрешности измерений. Например: в ТУ на химический продукт указано, что массовая доля примесного компонента не должна превышать 0,5 %; установленная норма погрешности измерений ±0,01 %. Следовательно, при контроле этого примесного компонента необходимо использовать МВИ с приписанной погрешностью измерений, не превышающей установленную норму ±0,01 %.

Если в проверяемой документации приводится обработка результатов измерений с целью установления показателей точности измерений, необходимо проанализировать способ обработки и правильность математических моделей и формул, используемых при оценивании показателей точности измерений.

Если специалист, проводящий МЭ сомневается в достоверности приписанных характеристик погрешности измерений или правильности выводов о соответствии погрешности измерений установленным нормам, то он должен оценить погрешность измерений назначенным СИ в реальных условиях применения этого СИ.

Способы оценивания характеристик погрешностей измерений приведены в ряде НД, например, в ГОСТ 8.207-76 «ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов измерений. Основные

20