Метрологическое обеспечение качества продукции. Учебное пособие

В. А. Патричным1 утверждается, что показатель информационной способности учитывает следующие факторы:

–характеристики измеряемого объекта;

–метрологические и технические характеристики средств измерений;

–степень связи между объектом и средством измерений;

–оперативность измерения по каждому параметру;

–полноту информации по всем параметрам;

–основные показатели надежности средств измерений. Рассмотрим правомерность таких утверждений по всем пере-

численным признакам.

Во-первых, из многочисленных технических характеристик объекта учитывается лишь среднее квадратичное отклонение измеряемой величины, а экономическая сущность не рассматривается.

Во-вторых, из метрологических характеристик рассматривается только среднее квадратическое отклонение погрешности измерений, а другие технические характеристики не учитываются.

В-третьих, в формуле расчета информационной способности не отражается ни одного показателя, описывающего взаимосвязь объекта со средством измерений.

В-четвертых, оперативность получения информации не зависит от количества измерений и информации в одном измерении, поэтому никоим образом не связана с информационной способностью.

В-пятых, информация получается в битах, что совершенно не характеризует количественные и качественные свойства конкретного объекта. Например, если известны значения напряжения и тока, то можно оценить потребляемую мощность для взаимных расчетов. Но значения напряжения и тока, полученные в битах, не дают информации о потребляемой мощности, за которую нужно заплатить.

В-шестых, из расчетных выражений, приведенных в работе «Экономика метрологического обеспечения качества продукции и ресурсосбережения»2, следует, что информационная способность зависит от средних квадратических отклонений измеряемого параметра и погрешности измерений и впрямую отношения к надежности не имеет.

Кроме этих возражений, можно привести еще одно: для непрерывных измерительных процессов информационную способность

1Патричный В. А. Указ. соч.

2Патричный В. А. Указ. соч.

61

определить нельзя. Например, при измерении температуры, давления, расхода отсутствует понятие производительности средств измерений и, соответственно, информационной способности.

Однако, если ту же температуру измерить через некоторые интервалы времени, информационную способность можно вычислить. Получается, что при непрерывном измерении параметра информационная способность стремится к нулю, но если данный параметр контролировать дискретно тем же самым средством, то информационная способность отличается от нуля. Результаты опять противоречивые, так как очевидно, что непрерывное измерение параметра лучше характеризует состояние объекта. Таким образом, можно сделать вывод о некорректности применения показателя информационной способности в качестве коэффициента эквивалентности при оценке эффективности метрологического обеспечения производственных систем.

Возможно, информационный подход применим при научных исследованиях, но это предположение требует весомого основания.

Точность является одним из основных, но далеко не единственным показателем качества средств измерений.

Из групп показателей качества (назначения, надежности, эргономические, эстетические, технологичности, транспортабельности, унификации, патентно-правовые, экологические и безопасности) эргономические, эстетические, патентно-правовые, экологические показатели и показатели безопасности при приведении вариантов в сопоставимый вид не рассматриваются. Это объясняется наличием, кроме экономического, других видов эффектов, не выражаемых в стоимостной оценке: социального, экологического, научно-технического и т. д.

2 . 4 . О п р е д е л е н и е з а т р а т н а м е т р о л о г и ч е с к о е о б е с п е ч е н и е п р о и з в о д с т в а

При оценке экономической эффективности работ по метрологическому обеспечению производства необходимо рассчитывать затраты. Общие компоненты затрат для работ по метрологическому обеспечению совпадают с принятыми в отраслях промышленности. При этом следует различать затраты в сфере производства средств измерений и затраты при их эксплуатации.

62

На этапе производства затраты состоят из себестоимости средств измерений и капитальных вложений на их разработку и производство. Необходимость учитывать себестоимость средств измерений возникает лишь в том случае, когда предприятие изготовляет для своих нужд узкоспециальные так называемые нестандартизованные приборы. Капитальные вложения при этом включают в себя единовременные затраты на пополнение основных и оборотных фондов, а также предпроизводственные затраты на метрологические НИОКР. Но в подавляющем большинстве случаев оснащение технологических процессов осуществляется серийно выпускаемыми средствами измерений, поэтому затраты на метрологическое обеспечение производства включают в себя текущие издержки эксплуатации и единовременные затраты, связанные с приобретением этих средств. Текущие годовые издержки эксплуатации Иt в году t содержат следующие составляющие:

где Иповt – затраты на поверку или аттестацию средства измерений; Иремt – затраты на текущий ремонт и техническое обслуживание; ИЗПt – затраты на основную и дополнительную заработную плату с отчислениями на социальное страхование оператора, обслуживающего средства измерений, – амортизационные отчисления (без учета отчислений на реновацию); ИЭt – затраты на электроэнергию, газовые смеси, вспомогательные материалы; ИHt – накладные расходы.

В составе формулы (2.22) есть слагаемое, учитывающее накладные расходы. Если мероприятия по совершенствованию метрологического обеспечения носят локальный характер и не оказывают влияния на состав накладных расходов, то при сравнении вариантов они не учитываются.

Формула (2.22) справедлива для всех технических средств метрологического обеспечения (эталонов, образцовых и рабочих средств измерений, стандартных образцов) с учетом следующих замечаний.

Для государственного эталона Иповt = О, так как это средство высшей точности, оно не поверяется. В процессе эксплуатации эталона проводятся метрологические исследования его характеристик, но затраты на эти исследования отражаются в показателе заработной платы ИЗПt сотрудников, обслуживающих эталон. В накладные расходы могут быть включены затраты на ремонт, амортизацию и электроэнергию.

63

Для образцового средства измерений ИЗПt представляет собой зарплату поверителя, выполняющего поверочные работы, а для рабочего средства это – зарплата оператора, производящего контрольно-из- мерительные операции.

В состав единовременных затрат Кt, осуществляемых в году t, входят следующие компоненты:

где Ксиt – затраты на приобретение, доставку, монтаж и наладку средств измерений, а также коммутирующих элементов и средств вычислительной техники; Кздt – стоимость строительства или реконструкции зданий и сооружений метрологической службы, а также приобретения необходимых технических и транспортных средств; Кобt – затраты на обучение и подготовку кадров, осваивающих новые средства измерений; Ксоцt – расходы на предотвращение отрицательных социальных и экологических последствий; Клt – остаточная стоимость основных фондов, выбывающих в году t.

Однако при расчете затрат на метрологическое обеспечение производства, особенно в сложных информационно-измерительных системах, возникает методическая трудность, связанная с выделением доли стоимости технических средств на измерение данного параметра. Возникает известная проблема долевого участия, но не в общем эффекте, в общих затратах. Формула (2.22) и состав единовременных затрат (2.23) справедливы для оценки расходов при эксплуатации одного средства измерений или парка их. Но если необходимо определить затраты на измерение какого-либо параметра, что требуется для решения задачи оптимизации точности, то эти расчетные выражения следует модифицировать. Например, в обработке поступающей измерительной информации участвует ЭВМ. Возникает проблема отнести долю стоимости вычислительной техники на измерительные операции вообще и на данный параметр в частности.

Поэтому капитальные вложения в году t, связанные с приобретением, доставкой, наладкой и монтажом технических средств и необходимые для измерения данного параметра, определяются па формуле

64

где Цi – цена i-го средства измерений или другого технического средства, выполняющего измерительную функцию только по данному параметру; Цj – цена j-го средства измерений или другого технического средства, выполняющего измерительные функции для ряда параметров или выполняющего, помимо измерительных, другие функции; Sj – коэффициент, учитывающий долю затрат, приходящихся на выполнение измерений по данному параметру; р – количество технических средств, участвующих в измерении данного параметра; f – количество технических средств, выполняющих измерительные функции для ряда параметров или выполняющих другие функции; µ – коэффициент, учитывающий увеличение затрат, связанное с доставкой, наладкой и монтажом измерительных каналов.

Например, упоминавшаяся ЭВМ служит не только для обработки измерительной информации, но и ведет расчет оптимальных режимов, выдает управляющие воздействия, передает информацию на разные уровни управления и т. д.

Анализ ряда АСУТП показал, что затраты на наладку и монтаж канала составляют 20–25 % стоимости технических средств, входящих

вканал. С учетом транспортных расходов можно принять µ = 1,3.

Вданном случае под выполняемыми функциями (кроме измерительных) имеются в виду функции коммутации, управления, регулирования, информационные, технологической защиты и др. Следовательно, второе слагаемое формулы (2.24) отражает лишь ту долю затрат, которая связана с измерением конкретного параметра.

Для того чтобы определить значение коэффициента Sj, необходимо рассмотреть две типичные ситуации:

– когда средство измерений или другое техническое средство

всоставе канала используется для измерения ряда параметров;

– если техническое средство выполняет, кроме измерительных, другие функции.

В первом случае долевой коэффициент определяется соотношением

где gj – весомость данного параметра, для которого потери неизвестны; l – число параметров, для измерения которых используется одно средство измерений.

65

Если весомость всех параметров близка или неизвестна, а также при предварительных расчетах можно принять Sj = 1/l. Аналогично для второго случая запишем

где n – общее число входных и выходных каналов, реализуемых техническим средством; m – число только измерительных каналов, реализуемых техническим средством.

При предварительных расчетах Sj = m/(n ∙ l). Все текущие издержки, связанные с эксплуатацией технического средства, также необходимо умножать на коэффициент Sj. Исключение составляют затраты на заработную плату, которые распределяются пропорционально доле времени для измерения параметра.

Рассмотренные расчетные выражения касались того случая, когда все компоненты текущих издержек и единовременных затрат известны, т. е. средства метрологического обеспечения существуют и известны их эксплуатационные технико-экономические показатели. Однако при метрологическом обеспечении новых технологических процессов возникают ситуации, когда нужно проектировать средства измерений с метрологическими характеристиками, отличными от имеющихся. Кроме этого, возможны ситуации, когда на этапе конструкторской проработки нужно выбрать наилучший вариант из альтернативных. В этих случаях необходимо иметь данные о цене средств измерений и величине эксплуатационных издержек хотя бы приближенно, но достаточно оперативно.

Несколько иная ситуация складывается при обосновании оптимальной точности измерений, когда по ряду точностных и стоимостных характеристик средств измерений необходимо построить зависимость затрат на измерения от погрешности. Построение такой непрерывной зависимости позволит определить минимальный уровень затрат на измерения при заданной оптимальной точности.

Общность этих двух задач заключается в нахождении стоимостных показателей через технические с помощью прогноза укрупненным методом. Основной составляющей затрат является стоимость средств измерений, поэтому будут рассматриваться методы приближенного расчета их цен. Эти методы в общем случае можно разделить на две

66

большие группы: нормативно-параметрические методы; методы, основанные на использовании экономических параметров новой техники.

При выборе конкретного метода следует учитывать, какая исходная информация имеется для укрупненного расчета цены новых средств измерений. Для потребителя информационной основой служат каталоги, прейскуранты цен на средства измерений. В них указываются оптовые цены и технические характеристики этих средств. Поэтому ясно, что вторая группа методов, основанная на применении экономических параметров, в данном случае неприемлема.

Экономическими параметрами являются полная себестоимость, удельный вес стоимости материалов и комплектующих изделий, заработная плата и сумма общезаводских расходов – показатели, известные лишь производителю, но не потребителю новой техники. Поскольку потребитель средств измерений такой информации не имеет, указанные методы укрупненного определения цен не могут быть применены.

Технические характеристики аналогов новых средств измерений из каталогов и прейскурантов известны, поэтому целесообразно воспользоваться нормативно-параметрическими методами приближенного расчета цены. Наиболее важно при этом обоснованно выбрать аналоги, так как схожесть признаков влияет на точность расчета.

Для определения цены используются конструктивные и эксплуатационные признаки сопоставимости. К конструктивным признакам сопоставимости относятся: принцип действия, исполнение, структурная схема, используемые материалы и т. д. Эксплуатационные признаки включают в себя требования к надежности, точности, быстродействию, диапазону, производительности и т. д.

Нормативно-параметрические методы применяются для функционально однородных изделий с закономерной связью цен и техникоэкономических параметров, образующих параметрический ряд.

Использование параметрических методов в ценообразовании является прогрессивным направлением, позволяющим быстро и надежно определять цены, отказавшись от трудоемких калькуляционных расчетов. Группа нормативно-параметрических методов включает в себя следующие методы:

–по удельной себестоимости единицы массы новой техники;

–по удельным техническим параметрам;

–построение функциональной или корреляционной зависимости цены от технических параметров;

–агрегатный и нормативный;

–использование соотношения зарубежных цен.

67

Применение метода, основанного на удельной себестоимости, предполагает наличие прямой пропорциональной зависимости себестоимости и, соответственно, цены техники от массы. Такое предположение справедливо для металлоемкой техники (литейное, кузнечно-прессовое, полиграфическое оборудование), но для средств измерений этот метод неприемлем, поскольку масса входящих в них материалов не определяет себестоимости устройств. Особенно характерно это для средств, построенных на базе микроэлектроники микропроцессорной техники.

Метод удельных технических параметров является наиболее простым из всех параметрических методов. В его основе лежит отношение цены к основному техническому параметру. При этом методе сопоставляются удельные показатели по новому изделию и изделиюаналогу, имеющему прейскурантную цену. Недостатком метода является его низкая точность, так как расчет производится лишь по одному параметру, без учета комплекса оставшихся, которые могут быть также весьма важными.

Более сложным, дающим достаточно точные и надежные результаты является метод, основанный на функциональной или корреляционной зависимости цены от технических параметров выпускаемой техники. Преимущество данного метода в возможности определения цены техники, укладывающейся в параметрические ряды, на самых ранних стадиях, еще до проектирования. Если пользоваться аппаратом регрессионного анализа, то полученные результаты будут весьма точными. С другой стороны, потребитель средств измерений не может каждый раз для определения цены строить регрессионные модели с применением ЭВМ, потому что это достаточно трудоемкий процесс. Следовательно, нужно найти упрощенный способ построить функциональную зависимость цены от технических характеристик средств измерений.

Агрегатный и нормативный методы заключаются в определении цены изделия на базе цен составляющих элементов или расчете нормативной себестоимости и норматива рентабельности. При наличии каталогов и прейскурантов эти методы неприменимы, поскольку в них такая информация отсутствует.

Использование соотношения зарубежных цен применяется в тех случаях, когда новый аналогичный прибор за рубежом уже выпускается и его цена, а также цена прибора прежнего типа известны. Такая ситуация при выпуске средств измерений возникает крайне редко, поэтому метод не может быть рекомендован для

68

ориентировочного расчета цен. Как показал анализ, наиболее приемлемым методом укрупненной оценки стоимости средств измерений является использование функциональной или корреляционной зависимости цены от их технических параметров.

Рассмотрим пример определения цены термосопротивлений в зависимости от их технических характеристик. Промышленностью выпускается более 500 модификаций термосопротивлений, отличающихся по классу точности, длине чувствительного элемента, массе, конструкции, диапазону измерений. Экономический анализ показал, что стоимость термосопротивлений практически не зависит от класса точности, но связана с длиной чувствительного элемента и материалом защитной арматуры.

Все платиновые термосопротивления в зависимости от материала защитной арматуры можно разделить на две группы. В первую группу входят средства измерений с арматурой из меди, латуни и низколегированной стали, во вторую – с арматурой из высоколегированной нержавеющей стали. Стоимость термосопротивлений для обеих групп растет с увеличением длины чувствительного элемента. Следовательно, они образуют параметрический ряд, главным классификационным признаком которого является длина чувствительного элемента Lч.

На основании анализа экономических данных, приведенного ранее, было установлено, что существует корреляционная связь между ценой и длиной монтажной части термопары, близкая к линейной.

Модель оптовой цены Ц имеет вид

где а0, а1 – неизвестные коэффициенты, определяемые по методу наименьших квадратов; Lм – длина монтажной части термопары.

Решая систему нормальных уравнений, полученных по методу наименьших квадратов, для параметрического ряда из пяти термопар получим

Для оценки точности полученной модели используем коэффициент отклонения Коткл, определяемый по формуле

69

где Цф – фактическая оптовая цена термопары. Для экономических расчетов достаточна точность 8–10 %, поэтому полученный результат можно считать удовлетворительным.

Рассмотренные два примера характеризуются взаимосвязью цены с техническими параметрами средств измерений.

В случае когда необходимо провести технико-экономическое обоснование точности измерений или оптимизацию значения погрешности, цена должна быть связана с показателями точности. Поскольку погрешность является одной из основных технических характеристик средств измерений, методика установления такой взаимосвязи не отличается от методики, рассмотренной в примерах. Например, по предварительному анализу стоимостных и точностных показателей электронных вольтметров установлено, что их зависимость выражается формулой

где а – коэффициент, отражающий затраты на создание вольтметров; b – коэффициент, учитывающий, скорость возрастания стоимости от

значения погрешности; – относительная погрешность. Рассмотренные примеры позволяют производить приближен-

ную оценку затрат Ксиt. Все остальные составляющие формулы (2.23) определяются по существующим нормам или по экономическим показателям аналогичных вариантов. Показатели, входящие в выражение (2.22), рассчитываются укрупненными методами калькуляции.

70