Шмидт-Ковалерова.МСС-лекции1-2014
.pdfтовления детали или изделия. Он может бать ручным, автоматизирован- ным и автоматическим.
6.В зависимости от места проведения различают подвижный и ста- ционарный контроль.
Подвижный контроль проводится непосредственно на рабочих мес- тах, где изготавливается продукция (у станка, на сборочных и настроечных стендах и т.д.).
Стационарный контроль проводится на специально оборудованных рабочих местах. Он применяется при необходимости создания специаль- ных условий контроля; при наличии возможности включения в технологи- ческий цикл стационарного рабочего места контролёра; при использовании средств контроля, которые применяются только в стационарных условиях; при крупносерийном и массовом производстве.
7.По объекту контроля отличают контроль качества выпускаемой продукции, товарной и сопроводительной документации, технологическо- го процесса, средств технологического оснащения, прохождения реклама- ции, соблюдения условий эксплуатации, а также контроль технологиче-
ской дисциплины и квалификации исполнителей.
8.По числу измерений отличают однократный и многократный кон-
троль.
9.По способу отбора изделий, подвергаемых контролю, отличают сплошной и выборочный контроль.
Сплошной (стопроцентный) контроль всех без исключения изготов- ленных изделий применяется при индивидуальном и мелкосерийном про- изводстве, на стадии освоения новой продукции, по аварийным парамет- рам (размерам), при селективной сборке.
Выборочный контроль проводится во всех остальных случаях, чаще всего при крупносерийном и массовом производстве. Для сокращения за- трат на контроль большой партии изделий (которую в математической ста- тистике принято называть генеральной совокупностью) контролю подвер- гается только часть партии – выборка, формируемая по определённым пра- вилам, обеспечивающим случайный набор изделий. Если число бракован- ных изделий в выборке превышает установленную норму, то вся партия (генеральная совокупность) бракуется.
2.4.4. Методики выполнения измерений и контроля
Методика выполнения измерений (МВИ) – совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов изме- рений с известной точностью. Методики разрабатывают и используют для выполнения измерений с погрешностью, характеристики которой не хуже гарантированной в научно-технической документации на МВИ.
Повышение результатов измерений с известной погрешностью или с погрешностью, не превышающей допустимых пределов, является одним из
40
важнейших условий обеспечения единства измерений. С этой целью раз- рабатываются методики выполнения измерений (МВИ).
Из определения следует, что под МВИ понимают технологический про- цесс измерения, поэтому не следует смешивать МВИ и документ на МВИ.
Не все МВИ могут быть описаны или регламентированы документом на МВИ. Например, такие простейшие измерения, как измерения давления с помощью показывающих манометров, электрических величин щитовыми приборами, линейно-угловые измерения, измерения массы и многих дру- гих величин с помощью простых средств измерений, не требуют докумен- тированных МВИ. Необходимость документации МВИ устанавливает раз- работчик конструкторской, технологической или проектной документации. Или же разработку документа на МВИ может потребовать заказчик.
В 1972г. был утвержден первый государственный стандарт, касающийся Методик выполнения измерений МВИ – ГОСТ 8.010–72 «ГСИ. Общие тре- бования к стандартизации и аттестации методик выполнения измерений».
Положения Федерального закона «Об обеспечении единства измере- ний» (1993г.) выдвинули ряд новых требований. В связи с этим был разра- ботан государственный стандарт РФ – ГОСТ Р 8.563–96 «ГСИ. Методики выполнения измерений», введенный в действие с 1 июля 1997г. С этого времени ГОСТ 8.010–72 утратил силу на территории РФ.
ГОСТ Р 8.563–96 устанавливает общие положения и требования к ме- тодикам выполнения измерений МВИ, к их разработке, аттестации, стан- дартизации и метрологическому надзору за ними. Основные положения разработки и аттестации МВИ изложены в рекомендации МИ 2377–96 «ГСИ. Разработка и аттестация методик выполнения измерений».
Методика выполнения измерений (МВИ) – совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измере- ний с известной точностью.
Аттестация МВИ – процедура установления и подтверждения соот- ветствия МВИ предъявляемым к ней метрологическим требованиям.
Методики выполнения измерений МВИ в зависимости от сложности и области применения излагают в:
•отдельном документе (стандарте, инструкции, рекомендации и т.п.);
•разделе или части документа (раздел стандарта, технических усло- вий, конструкторской, технологической, проектной или эксплуатационной документации).
Необходимость регламентации Методики выполнения измерений МВИ в соответствующем документе устанавливает разработчик конструк- торской, технологической, проектной или эксплуатационной документа- ции.
Метрологическая служба юридического лица, осуществляющая атте- стацию Методик выполнения измерений МВИ, применяемых в сфере рас- пространения государственного контроля и надзора, должна быть аккреди-
41
тована на право проведения аттестации МВИ в соответствии с правилами ПР 50.2.013–97 «ГСИ. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право аттестации методик выполнения измерений и проведения метрологической экспертизы документов». Кроме того, такие Методики выполнения измерений МВИ подвергаются экспертизе в Госу- дарственном научном метрологическом центре (ГНМЦ).
При положительных результатах аттестации:
•документ, регламентирующий Методики выполнения измерений (МВИ), утверждают в установленном порядке;
•в таком документе (кроме государственного стандарта) указывается «МВИ аттестована» с обозначением предприятия (организации), метроло- гическая служба (МС) которого осуществлена аттестация, либо ГНМЦ или органа Государственной метрологической службы (ГМС), выполнившего аттестацию МВИ;
•для МВИ, применяемой в сфере распространения государственного метрологического контроля и надзора (кроме МВИ, регламентируемых в государственных стандартах), оформляют свидетельство об аттестации МВИ установленной формы, для других МВИ такое свидетельство оформ- ляют по требованию заказчика.
Аттестованные Методики выполнения измерений МВИ, применяемые
всфере распространения государственного контроля и надзора, подлежат государственному метрологическому надзору в соответствии с правилами ПР 50.2.002–94 «ГСИ. Порядок осуществления государственного метроло- гического надзора за выпуском, состоянием и применением средств изме- рений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами и соблюдением метрологических правил и норм».
Метрологический надзор за аттестованными Методиками выполнения измерений МВИ осуществляют МС юридических лиц, применяющих МВИ, в соответствии с рекомендациями МИ 2304–94 «ГСИ. Метрологиче- ский контроль и надзор, осуществляемые метрологическими службами юридических лиц».
Процедура разработки методики выполнения измерений (МВИ):
•разработка, согласование и утверждение технического задания (ТЗ) на разработку методики выполнения измерений;
•формирование исходных данных для разработки МВИ;
•выбор (разработка) метода и средств измерений (СИ);
•проведение испытаний и утверждение типа СИ;
•разработка методов оперативного контроля точности измерений;
•выбор (разработка) методов и средств поверки (калибровки) СИ;
•разработка и экспертиза документа на методики выполнения измере- ний МВИ;
•стандартизация методики выполнения измерений МВИ;
42
•аттестация методики выполнения измерений МВИ;
•утверждение документа на методики выполнения измерений МВИ. Разработка, согласование и утверждение ТЗ на разработку методики
выполнения измерений МВИ осуществляются в случаях, когда предпола- гается регламентировать методики выполнения измерений МВИ в отдель- ном документе. Типичные требования, указываемые в ТЗ на методики вы- полнения измерений МВИ, приведены в ГОСТ Р 8.563–96. В их числе сле- дующие:
•назначение методики выполнения измерений МВИ, из которого можно установить возможность использования методики выполнения из- мерений МВИ в сферах распространения Государственного метрологиче- ского контроля (надзора) ГМКН;
•пределы измерений;
•характеристики точности измерений;
•характеристики объекта измерений (например, температура жидко- сти, давление или уровень которой измеряется);
•условия измерений (температура, влажность, давление окружающего воздуха, характеристики источника питания СИ, наличие внешних элек- тромагнитных полей, вибрация в местах установки СИ и др.);
•вид индикации и форма регистрации результатов измерений;
•требования к автоматизации измерительных процедур;
•требования к обеспечению безопасности выполнения работ;
•другие требования в соответствии со спецификой методики выпол- нения измерений МВИ.
Формирование исходных данных для разработки МВИ
В дополнение к информации, приведенной в ТЗ, в числе исходных данных могут потребоваться следующие сведения:
•о наличии СИ, в том числе утвержденных типов;
•о наличии других технических средств, в том числе средств вычис- лительной техники, которые могут быть использованы при измерениях;
•о наличии эталонов, стандартных образцов состава и свойств ве- ществ и материалов, аттестованных смесей для поверки (калибровки) СИ, которые могут быть использованы в методики выполнения измерений МВИ;
•о квалификации операторов, выполняющих измерения;
•другие данные в соответствии со спецификой методики выполнения измерений МВИ.
Выбор (разработка) метода и средств измерений
В большинстве случаев выбор метода и СИ представляет собой мно- говариантную задачу. Ее рациональное решение соответствует минималь- ным затратам на измерения, включая затраты на метрологическое обслу-
43
живание СИ, при условии выполнения заданных требований к методики выполнения измерений МВИ, в том числе требований к точности измере- ний. Обычно эту задачу решают итерационным путем. Предварительно выбирают метод и СИ, которые могут быть применены в заданных услови- ях, т.е. метод и СИ заведомо удовлетворяют всем требованиям (кроме точ- ности измерений, которая предполагается удовлетворительной). Далее проводят оценивание точности измерений.
Если оцененные характеристики точности измерений не превышают допускаемых пределов и незначительно меньше этих пределов, то точ- ность измерений считают удовлетворительной и ее характеристики припи- сывают данной методики выполнения измерений МВИ.
Если оцененные характеристики точности измерений существенно меньше допускаемых пределов (например, составляют менее 0.5 предела допускаемых значений), то выбранный метод и СИ нерациональны по эко- номическим соображениям. В этом случае целесообразно выбрать менее точный метод и СИ, если затраты на измерения, включая затраты на мет- рологическое обслуживание этих СИ, существенно меньше, чем в предва- рительном варианте. Далее проводят новое оценивание характеристик точ- ности измерений и сравнивают их с допускаемыми пределами.
Если оцененные характеристики превышают пределы допускаемых значений, то необходимо выбрать более точные метод и СИ и произвести оценивание характеристик точности измерений.
При выборе (разработке) более точных методов и СИ целесообразно использовать рекомендации МИ 2301–94 «ГСИ. Обеспечение эффективно- сти измерений при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности». При разработке МВИ целесообразно также использовать МИ 1967–89 «ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения».
Проведение испытаний и утверждение типа СИ должно быть преду- смотрено, если предполагается использование методики выполнения изме- рений МВИ в сферах распространения ГМКН, а типы используемых в ней СИ не утверждены и не внесены в Государственный реестр СИ.
Выбор (разработка) методов и средств поверки (калибровки) СИ осу- ществляются, если для СИ, используемых в МВИ, отсутствуют норматив- ные или рекомендательные документы на методики поверки.
Разработка методов оперативного контроля точности измерений
Оперативный контроль нарушения точности результатов измерений в автоматизированных системах может осуществляться с помощью косвен- ных показателей:
•по результатам тестирования автоматизированных систем управле- ния или их подсистем;
44
•по невязкам в балансе материальных и энергетических потоков в системах трубопроводов или сетях;
•по расхождениям показаний дублирующих приборов;
•по выходу измеренных значений параметров за установленные гра- ницы при нормальном протекании технологического процесса, что может фиксироваться СИ других параметров;
•по превышению скорости изменения результатов измерений макси- мально физически возможной скорости изменения параметра.
Разработка и экспертиза документа на МВИ. Положения, изложенные
вдокументе на МВИ, должны обеспечивать при их соблюдении выполне- ние требований к точности измерений и другим регламентированным ха- рактеристикам МВИ.
Метрологическая экспертиза МВИ – это анализ и оценка выбора ме-
тодов и СИ, операций и правил проведения измерений и обработки их ре- зультатов с целью установления соответствия МВИ предъявляемым мет- рологическим требованиям.
Проекты государственных стандартов, в которых излагаются МВИ, предназначенные для применения в сферах распространения ГМКН, должны подвергаться метрологической экспертизе в ГНМЦ. Данную экс- пертизу не проводят, если ГНМЦ ранее аттестовал стандартизуемую МВИ.
Другие документы на МВИ, применяемые в сферах распространения ГМКН, подвергают метрологической экспертизе в ГНМЦ по согласованию между Госстандартом России и министерством (ведомством) или предпри- ятием и ГНМЦ.
Документы на МВИ, не используемые в сферах распространения ГМКН, подвергают метрологической экспертизе в порядке, предусмотрен- ном в министерстве (ведомстве) или на предприятии.
Стандартизация МВИ осуществляется в соответствии с положениями Национальной системы стандартизации и требованиями ГОСТ Р 8.563–96. После разработки государственного стандарта в пояснительной записке к комплекту документов, представляемых в Госстандарт России для утвер- ждения стандарта, должны указываться выводы по результатам проведен- ных исследований, аттестации или экспертизы МВИ. Эти сведения прове- ряются НИИ Госстандарта, подготавливающим проект стандарта к утвер- ждению, на соответствие МВИ предъявляемым требованиям.
Требования к методикам выполнения измерений
При проведении метрологической экспертизы особое внимание уде- ляют выбору методик выполнения измерений, которые должны обеспечи- вать контролепригодность с учетом требований к точности параметров и их инструментальной доступности на объекте. При возможности исполь- зования конкурирующих МВИ следует выбирать не ту методику, которая обладает самой высокой точностью, а такую, которая требовала бы наи-
45
меньших затрат с учетом имеющихся материальных ресурсов, либо позво- ляла минимизировать затраты на проектирование процессов измерений при необходимости приобретения и/или разработки новых средств измере- ний.
Общие требования, предъявляемые к методике выполнения измере- ний, можно сформулировать в следующем виде:
•обеспечение требуемой точности измерений;
•обеспечение экономичности измерений;
•обеспечение безопасности измерений;
•обеспечение представительности (валидности) результатов измере-
ний.
Поскольку идеальным результатом измерения является истинное зна- чение физической величины, которое получить невозможно, то оптималь- ным результатом измерения будет являться такой, который может адек- ватно заменить недостижимое истинное значение. Этот подход зафиксиро- ван в стандартном определении действительного значения физической ве- личины и может использоваться для формулирования цели измерения.
Цель любого измерения – получение действительного значения изме-
ряемой ФВ, то есть такого значения, которое достоверно представляло бы истинное значение измеряемой ФВ. Различают значения, которые соответ- ствуют по–разному поставленным измерительным задачам: одни могут быть приняты за действительное значение корректно нормированной ФВ, другие – за достоверную оценку ненормированной измеряемой ФВ.
Точность является необходимым условием для использования резуль- татов измерений. Несоблюдение этого условия делает невозможным полу- чение действительного значения измеряемой физической величины. Обеспечение точности измерений заключается в установлении требуемого соотношения допустимой погрешности измерений [ ] и значения предела реализуемой в ходе измерений погрешности :
≤ [ ].
Запас точности измерений (избыточная точность) как правило оказы- вается нерациональным, поскольку предельное соотношение = [ ] обес- печивает достоверность измерительной информации, а уменьшение по- грешности измерений ведет к резкому росту затрат на их выполнение.
Экономичность измерений – не абсолютное требование, по экономич- ности можно сравнивать только конкурентоспособные МВИ, гарантирую- щие необходимую точность. При оценке экономичности измерений учи- тывают производительность и себестоимость измерительной операции, не- обходимую квалификацию оператора, наличие конкурирующих СИ, цену универсальных СИ, стоимость разработки и изготовления специального (нестандартизованного) СИ, возможность многоцелевого использования данных СИ и др.
46
При рассмотрении безопасности измерений следует анализировать опасности, связанные с измеряемым объектом, а также те, которые могут нести средства измерений. Опасны такие явления, связанные с измеряе- мыми величинами, как высокие давления, механические и электрические напряжения, сила электрического тока, радиоактивность и многие другие. Источниками опасности применяемых средств измерений могут быть ис- пользуемые для измерительных преобразований подвижные механические элементы, высокие давления и электрические напряжения, когерентные пучки оптических частот и другие энергетически насыщенные явления.
Обеспечение представительности (валидности) результатов измерений выходит за рамки разработки МВИ в узком смысле. Представительность результатов многократных измерений одной и той же ФВ связано с числом измерений и с выбранной доверительной вероятностью. При измеритель- ном контроле представительными можно считать результаты, которые по- зволяют создать адекватную модель контролируемого объекта по изме- ряемым параметрам. (Метрологическое моделирование рассмотрено в от- дельном модуле). Необходимы разные подходы к обеспечению представи- тельности при измерительном контроле объекта, на котором воспроизво- дится множество номинально одинаковых ФВ и при измерительном кон- троле множества номинально одинаковых объектов. Принципиально отли- чаются также задачи измерений разных ФВ или изменяющейся ФВ.
При многократных измерениях одной и той же ФВ представительность результата измерений обусловлена его достоверностью и связана с числом наблюдений при измерениях – чем больше (в разумных пределах) наблюде- ний в серии, тем более четко проявляются систематические составляющие погрешности измерений и тем достовернее становятся статистические оцен- ки средних квадратических значений и границ случайной погрешности. Представительность результата измерений при многократных наблюдениях одной и той же ФВ зависит также от выбранной доверительной вероятности. Уровень представительности тем выше, чем больше вероятность накрытия истинного значения полученной в ходе измерений интервальной оценкой.
Примерами соответствия «один объект – одна ФВ» являются масса те- ла, сопротивление резистора, температура плавления вещества. Ситуацию «один объект – множество номинально одинаковых ФВ» можно рассмот- реть на примере таких геометрических параметров детали, как расстояние между номинально плоскими гранями, «диаметры» номинально цилинд- рической поверхности в разных сечениях, угол между номинально пло- скими гранями. Отличаются (пусть незначительно) коэффициенты пре- ломления одной оптической детали, локальные плотности неоднородного материала, параметры твердости поверхности на разных участках после одинаковой термообработки и т.д.
При измерительном контроле объекта с множеством номинально одинаковых ФВ представительными можно считать те результаты, кото-
47
рые с достаточной полнотой характеризуют исследуемый объект. Предста- вительность в таком случае обеспечивается достаточным числом измере- ний и правильным выбором контрольных точек (контрольных сечений).
Нарушение представительности при измерении номинально одинако- вых физических величин может быть обусловлено неидеальностью объек- та измерения. Так, реальная поверхность шейки вала может отличаться от прямого кругового цилиндра, например наличием конусообразности или бочкообразности в продольном сечении, овальности или огранки в попе- речном сечении или другими погрешностями формы. В подобном случае представительность результатов зависит не только от числа и расположе-
ния контрольных сечений, но и от методических погрешностей измере-
ний и обеспечивается только при их удовлетворительных (пренебрежимо малых) значениях. Наибольшую опасность представляют невыявленные методические погрешности, например такие, как отклонения от круглости в виде нечетной огранки при двухконтактной схеме измерений.
Множество номинально одинаковых ФВ на множестве однородных (номинально одинаковых) объектов – массы однотипных деталей в партии, геометрические размеры и твердость их одинаковых поверхностей, выход- ные напряжения одинаковых источников постоянного тока (батареек), фо- кусные расстояния однотипных линз, т.е. любые комбинации двух преды- дущих ситуаций.
Представительность результатов измерительного контроля номиналь-
но одинаковых ФВ, принадлежащих разным объектам, включает две очевидные составляющие: представительность результатов измеритель- ного контроля каждого из объектов и представительность выборки из партии объектов.
Представительность результатов измерений разных ФВ или изменяю- щейся ФВ можно свести к задачам различения отдельных измеряемых ве- личин, причем глубина изучения каждой из величин и их отличий опреде- ляются поставленными задачами исследований.
При наличии нескольких конкурирующих вариантов, выбор конкрет- ной МВИ начинают с проверки удовлетворения главных требований – обеспечения достаточной точности и представительности. Затем можно сопоставлять МВИ по неметрологическим свойствам (производительность, себестоимость измерений, уровень безопасности и др.). Выбор зависит от конкретных требований и ресурсов, в соответствии с которыми и опреде- ляют критерии для оценки конкурентоспособных МВИ.
2.5. Средства измерений
Средствами измерений называют применяемые при измерениях тех- нические средства, имеющие нормированные метрологические свойства. В этом определении основную смысловую нагрузку, вскрывающую метроло-
48
гическую суть средств измерений (СИ), несут слова «нормированные мет- рологические свойства». Наличие нормированных метрологических свойств означает, во-первых, что средство измерений способно хранить или воспроизводить единицу (или шкалу) измеряемой величины, и, во- вторых, размер этой единицы остается неизменным в течение определен- ного времени.
Если бы размер единицы был нестабильным, нельзя было бы гаранти- ровать требуемую точность результата измерений.
Отсюда следуют три вывода:
•измерять можно лишь тогда, когда техническое средство, предназна- ченное для этой цели, способно хранить единицу, достаточно стабильную (неизменную во времени) по размеру;
•техническое средство непосредственно после изготовления еще не является средством измерения; оно становится таковым только после пе- редачи ему единицы от другого, более точного средства измерений (эта операция называется калибровкой);
•необходимо периодически контролировать размер единицы, храни- мый средством измерения, и при необходимости восстанавливать его прежнее значение путем проведения новой калибровки.
По назначению различают рабочие средства измерений, применяемые для проведения технических измерений, и метрологические, предназна- ченные для проведения метрологических измерений.
Метрологические средства измерений называются эталонами.
По метрологическому назначению средства измерений делятся на об- разцовые и рабочие.
Образцовые предназначены для поверки по ним других средств изме- рений как рабочих, так и образцовых менее высокой точности.
Рабочие средства измерений предназначены для измерения размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека.
Сущность разделения средств измерений на образцовые и рабочие со- стоит не в конструкции и не в точности, а в их назначении.
К средствам измерения относятся:
1. Меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы мер (гири, кварцевые генераторы и т. п.). Меры, воспроизводящие физические величины одного размера, называются однозначными. Много- значные меры могут воспроизводить ряд размеров физической величины, часто даже непрерывно заполняющих некоторый промежуток между опре- деленными границами. Наиболее распространенными многозначными ме- рами являются миллиметровая линейка, вариометр и конденсатор пере- менной емкости.
49