Основы метрологии и контроль качества Конспект лекций

для студентов специальности:

1-08 01 01-02 «Профессиональное обучение (радиоэлектроника)»

Факультет Профессионального образования

Кафедра Общетехнических дисциплин

Курс 2

Экзамен 4

Всего аудиторных часов по дисциплине 82

Форма получения образования дневная

Всего часов по дисциплине 130

Составил: С.Н. Павлович, кандидат технических наук, профессор

Минск

2013

Введение

Целью дисциплины «Основы метрологии и контроль качества» является изучение основных вопросов метрологии и измерительной техники общего применения, стандартизации, управления качеством продукции и ее сертификации.

Основные задачи изучения «Основ метрологии и контроля качества» определяются требованиями к подготовке инженеров-педагогов специальности 1- 08 01 01 02, установленными в квалификационных характеристиках.

В результате изучения предмета студенты должны:

знать:

- основы теории погрешностей и метрологического обеспечения разработки и производства продукции;

- принципы построения и структурные схемы конкретных типов современных электро- и радиоизмерительных приборов, установок и систем общего назначения;

- государственную систему стандартизации, основные категории и виды стандартов;

- сертификацию изделий, процессов и услуг;

- современное состояние и перспективы развития измерительной техники;

уметь:

- технически и метрологически правильно выбирать метод измерений и измерительную аппаратуру для решения практических измерительных задач;

- методически правильно выполнять измерения, оценивать точность и оформлять результаты измерений;

- грамотно эксплуатировать применяемую электро- и радиоизмерительную аппаратуру;

- эффективно использовать стандарты всех категорий и правильно применять основные методы стандартизации;

- пользоваться каталогами и справочной литературой.

Материал дисциплины базируется на знании общеобразовательных и общетехнических предметов: физики, математики, электротехники, радиоэлектроники и является базовым для изучения специальных дисциплин.

Конспект лекций составлен в соответствии с учебной программой предмета, разработанной к.т.н., профессором Павловичем С.Н. и утвержденной ректором МГВРК в 2013 г., и состоит из следующих трех разделов:

1. Основы метрологии;

2. Измерения;

3. Основы стандартизации и управление качеством продукции.

Метрология, стандартизация, сертификация и краткий исторический обзор их развития. Производство продукции сопровождается большим числом всевозможных измерений, посредством которых определяется соответствие изготовленных деталей и изделий в целом требованиям конструкторской документации. Подсчитано, что доля затрат на измерительную технику составляет не менее 15 % затрат на оборудование в машиностроении и свыше 25 % в радиоэлектронной, самолетостроительной, химической и некоторых других отраслях промышлен­ности.

Теоретической базой измерений и измерительной техники является метрология (в переводе с греческого слово теtrоп означает мера и logos – наука, учение) - это нау­ка об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором результаты измерений выражаются в узаконенных единицах, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы. В этом понятии единства измерений отметим два момента:

1. Результаты измерений должны быть выражены в узаконенных единицах, то есть в тех единицах, размер которых принят в установленном порядке (в большинстве стран мира законодательно принята международная система единиц СИ - система интернациональная; в Республике Беларусь эта система принята Постановлением Совета Министров от 31.12.1996 г. № 856 «О единицах измерений, применяемых на территории Республики Беларусь);

2. Погрешность результата измерения не выходит с заданной вероятностью за некоторое указанное значение. Это означает, что результат измерения физической величины, выполненного в какое-то время в каком-то месте, должен соотноситься с с результатом измерения этой же величины, выполненного в другом месте и в другое время, в рамках указанной погрешности (оценки точности) результатов измерений.

В задачи метрологии входит не только решение теоретических вопросов, но и установление обязательных правил, требований и организационных мероприятий для достижения и обеспечения единства измерений.

Термин «Стандартизация» возник в глубокой древности. Объектами фактической стандартизации первоначально были единицы длины, массы и объема, наиболее распространенные в древности. В разных странах устанавливались различные системы мер, без которых невозможна трудовая деятельность. В Древней Руси, как и в других странах мира, меры были примитивны и в разных районах определялись по-разному, что затрудняло торговлю и обмен товарами. Первые сведения о стандартных решениях на общегосударственном уровне относятся к середине XVI века (например, для контроля диаметров пушечных ядер на заводах вводились единые стандартные калибры).

В России регулярный надзор за мерами и весами начался с 1845 года. Для этого были изготовлены образцы русских мер - платиновая сажень и платиновый фунт, которые стали прообразами государственных эталонов единиц длины и массы. В 1892 г. президентом Главной палаты мер и весов, первого в мире научного метрологического учреждения, был назначен выдающийся русский ученый Д.И. Менделеев, который по праву считается основоположником метрологии.

Одним из первых законодательных документов Советской власти, который имел большое значение для стандартизации и метрологии, был декрет «О введении международной метрической системы мер и весов», подписанный В.И. Лениным 14 сентября 1918 г.

В 1925 году в СССР был создан Комитет по стандартизации под пред­седательством В.В. Куйбышева. Комитетом были введены общесоюзный стандарт в металлургии, машиностроении, энергетике, сельском хозяйстве - важнейших отраслях народного хозяйства.

Термин «стандартизация» можно рассматривать с различных точек зрения. По мнению советского ученого, лауреата Нобелевской премии, академика Н.Н.Семенова, стандартизация - это наука о формах наиболее эффективной организации производства, а также потребления его продуктов. Она соединяет воедино такие основные направления, как экономика, технология и фундаментальная наука.

В настоящее время общепризнанно, что стандартизация представляет собой науку, имеющую свои цели, принципы, методы, свою теорию и практику.

Стандартизацию можно рассматривать также и как и вид деятельности. В СССР с 1 января 1987 г. был введен в действие комплекс стандартов ГОСТ 1 «Государственная система стандартизации», где стандартизация определена как деятельность, заключающаяся в нахождении решений для повторяющихся задач в сфере науки, техники и экономики, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области».

В соответствии со стандартом Республики Беларусь СТБ 1.0-96 «Стандартизация - деятельность, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области путем установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач».

Характерной чертой современной мировой экономики является международное разделение труда, в результате чего имеет место специализация стран по выпуску определенных видов продукции.

Доля продукции, поставляемой на экспорт, у многих промышленно развитых стран составляет (25-50) % от общего объема производства. В создании благоприятных условий для торгово-промышленного сотрудничества между странами большая роль принадлежит качеству продукции. А одной из наиболее широко применяемых форм подтверждения качества продукции является ее сертификация - процедура, в результате проведения которой подтверждается определенным образом соответствие продукции (процесса или услуги) всем требованиям, ко­торые выдвигает потребитель.

Наиболее простой и древней формой такого подтверждения являлось устное заверение продавца покупателю о том, что предлагаемая ему продукция соответствует требованиям, выдвигаемым покупателем.

С развитием стандартизации производитель продукции стал утвер­ждать, что его продукция соответствует требованиям принятых нормативных документов, которые служат гарантией качества.

Проведя сертификацию продукции, изготовитель повышает ее конкурентоспособность на рынке сбыта, так как потребитель сертифицированной продукции получает большие гарантии в стабильности характеристик качества продукции. Если потребитель сертифицированной продукции использует ее для производства новых изделий, то наличие сертификата позволяет ему отказаться от проведения сплошного выходного контроля, дополнительных испытаний и т.д.

Термин «сертификация» происходит от латинских слов cerfum - верно и facere - делать. Сертификат трактуется как удостоверение (письменное свидетельство). В соответствии со стандартом Республики Беларусь СТБ 5.1.01 - 96 «Сертификация - это процедура, посредством которой третья сторона письменно удостоверяет, что продукция, процесс или услуга соответствует конкретному стандарту или другому нормативному документу».

Сертификация продукции в современном представлении сначала вво­дилась в отдельных странах. Так были созданы национальные системы сертификации во Франции, Великобритании, Германии и Канаде. Эти системы включают испытание образцов продукции и контроль за выпуском сертифицированной продукции. В национальных правилах сертификации вводились требования, направленные на защиту собственных производителей от конкуренции со стороны производителей других стран. Из-за различия в правилах национальной сертификации часто возникали сложности, связанные с экспортом продукции из одной страны в другую. Задача защиты рынка решалась и через создание региональных систем сертификации, что не соответствовало интересам экономически развитых стран, так как ограничивало их экспорт­ные возможности.

Усложнение изделий и их производства, развитие международной торговли и стандартизации привело к необходимости разработки единых международных правил и процедур сертификации. Поэтому в начале 60-х годов Международной организацией по стандартизации (ИСО) совместно с Международной электротехнической комиссией (МЭК) были начаты работы по обобщению опыта стран в области сертификации и в результате были разработаны общие принципы организации национальных систем сертификации и единые процедуры проведения сертификации, известные как международные стандарты ИСО серии 9000 и рекомендованные к применению международному сообществу. Специальным комитетом по вопросам сертификации в рамках ИСО было разработано Положение о создании Международной системы сертификации изделий электронной техники в рамках МЭК.

В последние годы в мире постоянно растет число компаний и предприятий, сертифицировавших свои системы качества в соответствии с требованиями семейства стандартов ИСО 9000. Сертификация систем качества в Республике Беларусь проводится органами по сертификации систем качества, аккредитованными в установленном порядке.

Под управлением качеством продукции понимается система действий, которые выполняются при создании и эксплуатации продукции в целях установления и поддержания необходимого уровня ее качества. Таким образом, объектом управления является качество изделий, а управлению подвергаются процессы их создания и эксплуатации.

Основой управления качеством продукции, инструментом не только технологической, но и экономической деятельности стала метрология, стандартизация и сертификация продукции. А это требует специальных знаний в данной области как среди потребителей, так и среди большого числа производителей товаров и услуг. Отсюда вытекает настоятельная необходимость приобретения базовых знаний, умений и навыков в области стандартизации, метрологии, управления качеством продукции и ее сертификации учащимися и студентами по техническим и экономическим специальностям.

Роль измерений в науке, технике и народном хозяйстве. Современная метрология как наука, опирающаяся на достижения других наук, методы и средства измерений, используется во всех областях человеческой деятельности. Нет ни одной такой области, где можно было бы обойтись без количественных оценок значений физических величин, получаемых в результате измерений. Измерения являются основой познания природы человеком и научных знаний; используются для учета материальных ресурсов, обеспечения требуемого качества продукции, совершенствования технологий, автоматизации производства, обеспечения безопасности людей и их имущества. Так например, достижение требуемого качества необходимы правильное определение параметров используемых материалов и изделий, поддержание заданных технологических режимов, обеспечение правильной обработки результатов измерений и т.п. Нарушение единства измерений, неправильная их организация и недостаточная точность могут привести к большим материальным потерям и даже стать причиной катастроф.

Повышение значения измерений в современном производстве требует все большей доли затрат на метрологическое обеспечение в общем объеме капитальных вложений. Например, в последние годы существования СССР на метрологическое обеспечение уходило до 15 % всех затрат на выпуск продукции, а на метрологическое обеспечение программы «Аполлон» ушло порядка 60 % от стоимости всей программы; в Японии в некоторых областях промышленности затраты на метрологическое обеспечение в 2 – 2,5 раза выше, чем затраты на выпуск продукции, что гарантирует ее высокое качество.

Основные термины и определения в области метрологии и измерений

Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Найденное значение физической величины называют результатом измерения или (при многократных измерениях одной и той же величины) наблюдением.

Физическая величина - характеристика одного из свойств физического объекта, общая в качественном отно­шении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.

Предметы и явления природы характеризуются свойствами, которые могут поддаваться их количественной оценке. Для обозначения таких свойств введено понятие физическая величина. Значит физическая величина (ФВ) - это свойство, в качественном отношении общее многим физическим объектам (предметам, системам, процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Это относится к тем свойствам, которые для одного объекта могут быть в определенное число раз больше или меньше, чем для другого. Для выражения количественного различия между одноименными физическими величинами используют понятие «размер физической величины».

Размер физической величины - это количественная характеристика ее. Он существует объективно, независимо от того, знаем мы его или нет. Целью измерения физической ветчины и является определение ее размера (численного ее значения). Таким образом, размер физической величины X представляет собой произведение некоторого числа п (целого или дробного), называемого числовым значением физической величины, на значение а одноименной величины, размер которой принят за единицу:

X = п  а .

Значение физической величины - оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Так как размер физической величины не зависит от выбранного размера единицы измерения, то числовые значения будут тем больше, чем меньше размер единицы. Например, мощность Р = 10 л.с. = 7355 Вт.

Средства измерений - технические средства, применяемые в измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики.

Закон Республики Беларусь «Об обеспечении единства измерений» (1995 г.). Он устанавливает основы законодательной метрологии и направлен на обеспечение единства измерений, правовой защиты юридических и физических лиц от последст­вий неточных и неправильных измерений Закон регулирует от­ношения между государственными органами управления Рес­публики Беларусь и субъектами хозяйствования по вопросам изготовления, ремонта, продажи, импорта и проката средств из­мерений.

Применение настоящего Закона признано обеспечивать развитие научных п технических знаний, экономического про­гресса на основе единообразия единиц и национальных эталонов измерений, совершенствования методов и средств измерений и повышения их точности, выраженных в узаконенных единицах величин.