Методички 3-й курс 1-й семестр / ДЛЯ ТЕХ КТО МЕТРОЛОГИЮ ЗАВАЛИЛ / sergeev_a_g_metrologiya_istoriya_sovremennost_p

Глава 10. Метрология вокруг нас

Для повышения точности измерений в спорте применяют новинки радиотелеметрии, лазерной, ультразвуковой и инфракрасной техники, радиоизотопы, фотограмметрию и оптико-электронные системы, которые в эксплуатации должны проходить обязательное метрологическое обслуживание.

Говоря о связи медицины с метрологией, нельзя упускать из виду и фармакологию. Ведь методы точного взвешивания и дозирования совершенствовались не только в лабораториях физиков и химиков, но и в медицинских учреждениях, аптеках – «точно, как в аптеке». Правда, сегодня готовые лекарства (таблетки, капсулы, ампулы и т. п.) вытесняют приготовляемые прямо в аптеках. Но это означает только то, что точные измерения выполняются в основном на фармацевтических фабриках. Все средства измерений, применяемые при изготовлении лекарств, поверялись и поверяются органами Государственной метрологической службы.

Союз медицины, спорта, измерительной и вычислительной техники стал возможен благодаря объединению разных специалистов: медиков, кибернетиков, электронщиков, математиков, метрологов, психологов, социологов. Стандартизация и унификация методов работы медицинских служб и спортивных организаций приводят также к тесному международному сотрудничеству. Международные спортивные связи очевидны и установлены давно. С 2000 г. МБМВ совместно с Международной федерацией клинической химии, Международным сотрудничеством по аккредитации лабораторий и Всемирной организацией здравоохранения работает по созданию инфраструктуры совместимых и прослеживаемых к эталонам измерений в лабораторной медицине. Эта работа будет иметь решающее значение для точной диагностики и контроля здоровья.

10.5. Метрологическое обеспечение информационных, автоматизированных измерительных и игорных систем

Информационная измерительная система (ИИС) – это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для полу- чения измерительной информации, ее преобразования и обработки

304

10.5.Метрологическое обеспечение информационных, ... систем

ñцелью предоставления потребителю (в том числе ввода в АСУ) в требуемом виде или автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации. Подобные конфигурацию и назначение, но используемые только в автоматическом режиме имеют автоматизированные измерительные системы (АИС). Обе измерительные системы – ИИС и АИС – появились как средства измерений в начале 60-х годов ХХ в. и быстро превратились в измерительный инструмент, применяемый при научных исследованиях, управлении сложными объектами в промышленности и на транспорте, в технической диагностике, в медицине и т. д.

Ñпомощью ИИС и АИС в настоящее время в нашей стране и за рубежом осуществляется примерно 50% всех измерений. Это определяется прежде всего двумя факторами. Во-первых, эволюцией объекта измерения, когда наряду с измерениями значений физических величин (т. е. отдельно взятых свойств объектов и явлений) возникла необходимость комплексного измерения значений величин для оценки состояния объектов и явлений в целом или управления ими. Во-вторых, большой распространенностью ИИС и АИС, вызванной общей тенденцией развития измерительной техники, проявляющейся в переходе к методам проектной компоновки при построении средств измерений (СИ). В этом плане ИИС и АИС, создаваемые на базе агрегатных средств, позволяют существенно расширить возможности СИ при относительно ограниченной их номенклатуре.

Вместе с тем ИИС и АИС обладают рядом особенностей, которые не позволяют традиционными методами осуществлять их метрологическое обеспечение.

Современное поколение ИИС и АИС характеризуется большой гибкостью структуры, что позволяет из ограниченного числа компонентов создавать различные по назначению системы. Особенно распространены гибкие системы в научных исследованиях, где большое число задач требует частого и быстрого изменения структуры ИИС и АИС.

Компоненты современных ИИС и АИС являются средствами системного применения, выполненными в виде унифицированных функциональных модулей (УФМ), из которых каждый выполняет одну определенную функцию. Принципиально важно, что в соста-

305

Глава 10. Метрология вокруг нас

ве ИИС и АИС могут применяться не только измерительные, но и вычислительные и другие УФМ. С точки зрения специфики метрологического обеспечения модули можно разбить на четыре группы: 1) датчики; 2) преобразователи (в том числе генераторные); 3) устройства обработки; 4) устройства предоставления информации.

Особенности ИИС и АИС как объектов метрологического обеспечения проявляются в многофункциональности, многоканальности, неразрывности с объектом и агрегатном принципе построения. Кроме измерительных функций ИИС и АИС выполняют также информационные и вычислительные, что также сказывается на особенностях их метрологического обеспечения.

Многоканальность определяется большим количеством измеряемых физических величин или внутренними параллельными каналами передачи информации. В обоих случаях при метрологическом обеспечении требуется учитывать взаимное влияние каналов.

В большинстве случаев ИИС и АИС не выпускаются как завершенное изделие, а комплектуются из СИ или УФМ. Чаще всего компоновка системы осуществляется непосредственно на объекте эксплуатации, что вызывает необходимость решения целого ряда организационных, правовых и технических вопросов метрологического обеспечения.

После установки ИИС и АИС на объекте эксплуатации съем их без демонтажа объекта становится практически невозможным. Это требует разработки специфических процедур осуществления метрологического надзора.

Как правило, измерительные системы, установленные на объекте, характеризуются существенной пространственной распределенностью, что усложняет учет влияния условий эксплуатации данных систем на их метрологические характеристики.

Для ввода в эксплуатацию ИИС и АИС должны пройти государственные приемочные испытания или метрологическую аттестацию. Вид применяемой процедуры зависит от формы выпуска этих измерительных систем. В связи с тем что в большинстве случаев они неотделимы от объекта, их поверку необходимо осуществлять непосредственно на объекте. При этом возможны два способа проверки: комплектно или покомпонентно. Естественно, что более досто-

306

10.5. Метрологическое обеспечение информационных, ... систем

верной является комплектная поверка, однако технически ее значи- тельно сложнее реализовать. Для этого необходимы либо встроенные в систему образцовые средства, либо передвижные. При поэлементной поверке каждый компонент может быть снят с объекта и поверен традиционным способом в соответствующем органе метрологической службы.

Применение в составе ИИС и АИС вычислительных средств требует решения новой задачи – оценки свойств программных и технических средств обработки результатов измерений, влияющих на конечную погрешность. Эта процедура, которую называют аттестацией программ, имеет целью определение характеристик алгоритмов, реализованных с использованием конкретных программ и вычислительных средств, влияющих на погрешность измерения.

Интегрируя общеметрологические проблемы, возникающие в процессе реализации метрологического обеспечения ИИС и АИС, можно сформулировать проблему расширения границ области метрологии:

Øструктурный или технический переход от средств измерений

êалгоритмам и программам, средствам обработки данных, устройствам управления;

Øфункциональное распространение методов метрологии на контроль, испытания, диагностику, обнаружение, распознавание образов, управление и связь.

Многие элементы метрологического обеспечения ИИС и АИС используются и в таком новом для метрологии направлении, как игорный бизнес. В странах, где имеется жесткий государственный контроль за состоянием игровых автоматов с денежным выигрышем (ИАДВ), он осуществляется, как правило, органами метрологической службы (Германия, Испания, Нидерланды, Венгрия, Болгария). В России эта деятельность проводится Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии через сеть 76 аккредитованных им центров испытаний игровых автоматов (ЦИИА), созданных на базе центров метрологии и стандартизации регионов. В функции ЦИИА входит проведение испытаний и метрологического контроля ИАДВ. Для этого разработано специализированное испытательное и контрольное оборудование.

307

Глава 10. Метрология вокруг нас

Возникла необходимость в разработке также системы учета результатов метрологического контроля ИАДВ. Для решения этой задачи был создан автоматизированный информационный ресурс, вошедший в банк данных (БД) ИАДВ. Внедрение любой автоматизированной системы (АС) ставит своей целью решение задач в области оптимизации работы, учета и контроля, данная система не исклю- чение.

При разработке АС предусматривалось решение таких задач,

êàê:

Øобеспечение быстрого и удобного доступа к обновленным реестрам ИАДВ и выписки из реестра игровых автоматов;

Øунификация и объединение результатов проведенного контроля в единой базе – банке данных ИАДВ;

Øобеспечение доступности результатов контроля для государственных органов, работающих в сфере государственного надзора за игорным бизнесом;

Øформирование единой статистики по ИАДВ в пределах России. Банк данных игровых автоматов включает в себя следующие

элементы:

Øреестр утвержденных типов ИАДВ;

Øбазу цифровых идентификаторов тестера для контроля ИАДВ;

Øинформационно-справочную систему по приему, хранению

èобработке информации «АВТОМАТКОНТРОЛЬ–ЦЕНТР» (далее –

ÈÑÑ «АВТОМАТКОНТРОЛЬ–ЦЕНТР»);

Ø информационно-справочную систему по хранению, обработке и передаче информации «АВТОМАТКОНТРОЛЬ–РЕГИОН» (далее – ИСС «АВТОМАТКОНТРОЛЬ–РЕГИОН»);

Øсистему заказа и учета контрольных этикеток;

Øсправочно-поисковую систему;

Øформирователь отчетов.

Каждый из элементов наделен набором доступных ему функций. Так, для контролирующих органов это подача через ВНИИМС запроса в БД игровых автоматов и получение ответа на него. Для ЦИИА это подача заявки на контрольные этикетки и удовлетворение ее, получение выписки из реестра и обновление его в виде файлов выгрузки БД к программе ИСС «АВТОМАТКОНТРОЛЬ–РЕ-

308

10.5. Метрологическое обеспечение информационных, ... систем

ГИОН», получение обновленной базы контрольных сумм для тестера модели ДМ32, используемого при контроле ИАДВ, формирование отчетов по результатам проведенного контроля.

Каждый центр работает со своей копией программного продукта ИСС «АВТОМАТКОНТРОЛЬ–РЕГИОН» и наделен широкими возможностями по фильтрации и поиску информации в имеющейся у него базе. ВНИИМС как головная организация отвечает за ведение бумажной копии реестра, за своевременное обновление базы цифровых дайджестов для тестера ДМ32, обновление реестра, обслуживание запросов от ЦИИА и контролирующих органов, выда- чу поручений на резервирование контрольных этикеток.

Работа системы осуществляется по следующей схеме. Инфор- мационно-справочная система по приему, хранению и обработке информации состоит из двух частей: ИСС «АВТОМАТКОНТ- РОЛЬ–ЦЕНТР» и ИСС «АВТОМАТКОНТРОЛЬ–РЕГИОН». Первая из них отвечает за сбор информации от ЦИИА о проведенном контроле и генерацию приложений для обновлений реестра игровых автоматов. Впоследствии эти приложения передаются в ЦИИА для обновления локальной копии реестра ИАДВ. Общая база по контролю за ИАДВ на территории Российской Федерации формируется в программе ИСС «АВТОМАТКОНТРОЛЬ–ЦЕНТР» и доступна контролирующим органам и другим ЦИИА только через его запросы во ВНИИМС. ИСС «АВТОМАТКОНТРОЛЬ–РЕГИОН» позволяет ЦИИА своевременно производить обновление реестра, вести локальную базу по контролю, осуществляемому этим центром, генерировать внутренние и внешние отчеты для ВНИИМС.

Обмен данными между ВНИИМС и ЦИИА осуществляется по электронной почте, путем обмена файлами выгрузки. Такой способ выбран из-за отсутствия стабильного выделенного канала для доступа к Интернету в регионах, когда при обмене приходится передавать большие объемы данных, и необходимости выполнения требования по защищенности передаваемой информации.

Создание и развитие БД ИАДВ позволяют охватить весь пере- чень легальных игровых автоматов на территории Российской Федерации и дать исчерпывающий отчет о состоянии дел в области метрологического контроля за игорным бизнесом.

309

Глава 10. Метрология вокруг нас

10.6. Метрологическое обеспечение транспорта

Состояние метрологического обеспечения на автомобильном, авиационном, железнодорожном и судовом транспорте существенно влияет на экономику страны. Анализ состояния измерений в этих отраслях проводят в целях установления соответствия применяемых средств измерений и методик их выполнения современным требованиям. В процессе анализа устанавливают влияние состояния измерений на основные показатели деятельности предприятия (ка- чество, учет, производительность, экономия сырья и материалов, соблюдение правил охраны труда, техники безопасности и экологи- ческих требований), внедрение метрологических стандартов, оснащенность предприятий отраслей средствами измерения и их метрологического обслуживания.

На автомобильном транспорте, например, степень оснащенности предприятий средствами измерений составляет 0,24–0,94 % (в среднем 0,59 %), коэффициент использования их – от 0,4 до 1,0 (в среднем – 0,88), а коэффициент интегральной загрузки – не более 0,25.

Известно, что проблема повышения эксплуатационной надежности и долговечности автомобиля также неразрывно связана с совершенствованием методов и средств диагностирования. В настоящее время источники информации о техническом состоянии автомобиля весьма разнообразны: 60–70% этой информации поступает от водителей, 15–20% – от квалифицированных механиков и 15– 20% – от средств инструментального диагностирования. Однако достоверность информации от водителей не превышает 40%, от механиков – 60%, в то время как от диагностических средств – на уровне 90%. Отсюда следует, что, не пренебрегая источниками субъективной информации, необходимо шире использовать инструментальные средства и принципы оценки точности и достоверности информационных процессов. Однако при общей нехватке диагностического оборудования в отрасли не соблюден основной метрологический принцип – единство измерений. В частности, анализ точностных характеристик методов измерения диагностических параметров показывает, что погрешность этих измерений в различ- ных организациях варьирует в широких пределах и составляет: по

310

10.6. Метрологическое обеспечение транспорта

мощности двигателя – от 5 до 15%; по расходу топлива – от 0,2 до 2%; по системе зажигания – от 2 до 10%; по системе питания – от 5 до 30%; по цилиндропоршневой группе, газораспределительному и кривошипно-шатунному механизмам – от 10 до 30%; по системе смазывания – от 5 до 20%; по системе охлаждения – от 20 до 50%.

Для экономики особенно ощутимы потери от перерасхода топлива из-за неисправностей отдельных элементов транспортных средств, которые в условиях эксплуатации весьма существенны (табл. 10.4).

Кроме того, транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания являются одним из серьезных источников загрязнения воздуха. Автомобильный транспорт из блага превращается по этой причине в глобальное бедствие. Удельный вес, например, автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы крупных городов мира составляет 40–60%. В общем загрязнении атмосферного воздуха токсичными выбросами доля двигателей с искровым зажиганием составляет 96,2%, а доля дизельных двигателей – 3,8%. Отрабо-

Таблица 10.4

Влияние неисправностей узлов и агрегатов автомобилей с дизелями на расход топлива

311

Глава 10. Метрология вокруг нас

тавшие газы не являются единственным источником загрязнения воздуха. Они составляют 65%. Доля газов, выделенных из картера,

– 20%, доля углеводородов, образующихся в картере, – 9%, а в топливном баке – 6%. Компонентами отработавших газов являются оксид углерода, оксид азота, углеводороды, оксиды серы, соединения свинца и др. Наиболее опасными для здоровья человека являются оксид углерода и оксид азота.

Недостаточное метрологическое обеспечение транспорта приводит к авариям и катастрофам. Основные причины, вызывающие дорожно-транспортные происшествия (ДТП) на автомобильном транспорте, приведены в табл. 10.5.

При метрологическом обеспечении транспорта решаются следующие задачи: выбор, обоснование точности и достоверности измерений; нормирование предельных, допустимых значений контролируемых параметров; управление характеристиками достоверности при эксплуатации; оценка влияния наработки транспортных средств на изменение метрологических показателей контроля и диагностирования.

Таблица 10.5

Основные причины дорожно-транспортных происшествий, вызванных технической неисправностью автомобиля

312

10.7.Метрология в строительстве

10.7.Метрология в строительстве

Когда дискутируют о древности той или иной профессии, часто упоминают о стандартизации кирпичей и блоков, использованных в Древнем Египте при строительстве пирамид. Но прежде чем изготовить стандартные кирпичи, их размеры необходимо было измерить с заданной точностью. Тем самым метрология являлась неотъемлемым атрибутом строительства. Именно в строительстве, видимо, зародились и первые средства измерения – отвес, мерная линейка, циркуль, угломер, которые использовались еще и при сооружении ковчега Завета, возведении скинии, первых храмов.

О роли метрологии в строительстве можно судить и по древнейшим египетским пирамидам (рис. 10.1). Самыми известными и наиболее исследованными на сегодня являются пирамиды, названные по именам трех фараонов IV династии: Хуфу, Хифра и Менкаура. Погречески эти имена звучат как Хеопс, Хефрен и Микерин (рис. 10.2). Самая высокая из них – пирамида Хеопса высотой 146,6 м (часть верхушки утеряна, и сегодня высота составляет 137,3 м) и длиной стороны основания 230,3 м. У пирамиды Хефрена эти размеры равны соответственно 143,5 и 215 м, у пирамиды Микерина – 66,4 и 108 м.

Комплекс пирамид в Гизе является загадкой и в наше время. Непонятно, например, почему грани пирамид имеют разный угол наклона: у пирамиды Хеопса он равен 51°52′, у Хефрена – 53°12′, а у Микерина – 51°; почему пирамиды имеют форму кристалла; по- чему они расположены в этом месте, а не в другом; почему строительные блоки имеют определенное соотношение сторон, а не иное?

Рис. 10.1. Схемы Великих пирамид Египта

313