10. Метрологическая экспертиза на базе конструкторской и технологической документации

10.1. Постановка и решение задач метрологической экспертизы изделий на базе конструкторской документации

Контроль решений конструкторов, принятых при проектировании изделий, с точки зрения возможности измерения параметров проводился всегда в обязательном порядке. Формально такой контроль входил в непосредственные обязанности разработчиков, а также в обязанности контролирующих и утверждающих документацию лиц. Объективно этот процесс не являлся метрологической экспертизой в полном смысле слова из-за отсутствия систематизированного подхода и недостаточной метрологической подготовки конструкторов. Чем полнее проведена экспертиза объекта, тем выше эффективность дальнейшей разработки объекта и тем грамотнее будет осуществлено его метрологическое обеспечение.

Эффективность метрологической экспертизы тем выше, чем раньше она начата, так как ошибки метрологического плана и их последствия легче устранить при раннем обнаружении. Метрологическую экспертизу сложного изделия необходимо начинать еще до разработки основной конструкторской документации объекта и проводить на всех этапах разработки, анализируя все документы, начиная с заявки на разработку, технического задания на проектирование и технического предложения.

На «предпроектных» этапах в документах фиксируют только основные параметры будущего изделия. Это дает возможность предварительно оценить контролепригодность будущего изделия и перспективы метрологического обеспечения его производства на завершающей стадии с использованием универсальных средств измерений, или средств измерений, разработанных для контроля параметров изделия-прототипа. Оценки носят предварительный характер, поскольку ни конкретные значения параметров, ни их реализация на будущем изделии точно неизвестны. Вопросы метрологического обеспечения производства на промежуточных стадиях (производство деталей и сборочных единиц) на данном этапе не рассматриваются из-за отсутствия необходимой информации.

Экспертиза изделия на этапах разработки проектной и рабочей документации (технического проекта, сборочных чертежей и чертежей деталей, пояснительной записки, технических условий, программы и методики испытаний) отличается тем, что появляются новые задачи, а условия задач, поставленных на предыдущих этапах, приобретают более наполненную форму и решения могут быть более конкретными.

Поскольку при метрологической экспертизе изделий на основе проектной и рабочей документации принципиально невозможно решить все задачи, поставленные РМГ 63, постановку задач и полноту их решения эксперт определяет самостоятельно в соответствии с доступной ему конкретной информацией.

Например, чтобы оценить рациональность номенклатуры измеряемых параметров, необходимо иметь все нормированные параметры, номенклатуру выбранных для измерений параметров и на базе функционального анализа изделия (анализа влияния точности всех нормированных параметров на выходные характеристики изделия) подтвердить или опровергнуть рациональность выбранной для измерений номенклатуры параметров.

Без полностью разработанных методик выполнения измерений не могут быть решены такие задачи, как анализ оптимальности требований к точности измерений, объективности и полноты требований к точности средств измерений, соответствия фактической точности измерений требуемой. В обязанности конструктора не входит выбор средств измерений и методик выполнения измерений. Исключения составляют случаи, когда в конструкторскую документацию входят описания процессов контроля, например для приемки или испытаний изделия.

Структуру экспертизы изделий удобно рассмотреть на примере экспертизы простейших изделий – деталей. Чертежи деталей представляют собой самый массовый вид конструкторской документации. Привлечение метрологов к экспертизе деталей по их чертежам в большинстве тривиальных случаев нецелесообразно. Основной объем метрологической экспертизы деталей должен выполняться самими разработчиками и только при появлении сомнений в достаточности собственной квалификации для решения сложных метрологических задач следует приглашать эксперта-метролога.

Перед исполнителями метрологической экспертизы изделий могут быть поставлены следующие задачи:

• оценка оформления метрологических требований (задача нормоконтроля);

• определение номенклатуры экспертируемых требований и норм;

• выделение из экспертируемых требований и норм очевидно контролепригодных;

• определение требований и норм, контролепригодность которых вызывает сомнения;

• разработка структуры методик контроля сомнительных требований и норм;

• выявление дефектных требований и норм;

• корректирование дефектных требований и норм;

• разработка методик контроля корректированных требований и норм (при необходимости);

• оформление результатов экспертизы (предварительное);

• контроль результатов экспертизы (самоконтроль);

• окончательное оформление результатов экспертизы.

Выявление требований и норм, контролепригодность которых очевидна или сомнительна, в каждом конкретном случае базируется на решении задачи определения контролепригодности параметра. Эта задача в свою очередь делится на две:

• оценка инструментальной доступности параметра;

• определение возможности обеспечения требуемой точности измерений.

Нормативные документы на чертежи деталей не предусматривают возможности включения в них описаний методик выполнения измерений (МВИ). Однако без выяснения контролепригодности параметров экспертизу нельзя считать законченной, а это в свою очередь требует разработки МВИ.

Специфика экспертизы деталей заключается в том, что для определения контролепригодности экспертируемых параметров необходимо сначала предложить методику выполнения измерений для контроля каждого из исследуемых на контролепригодность параметров, а затем проверить возможность обеспечения контроля с помощью предложенной самим экспертом МВИ. Следует понимать принципиальные различия между официальным описанием МВИ, отвечающим требованиям гост 8.010, и «виртуальной МВИ», которую эксперт-метролог обозначает при экспертизе, чтобы убедиться в принципиальной контролепригодности параметра.

В ходе решения задач контролепригодности можно рассматривать использование типовых (аттестованных) МВИ, оригинальных МВИ, предложенных экспертом и предусматривающих применение универсальных средств измерений, а также оригинальных МВИ основанных на применении специальных средств измерений, которые следует разработать и аттестовать к началу производства изделия. Очевидно, что эксперт не обязан и не может в ходе экспертизы разработать конструкторскую документацию на нестандартное средство измерений, предназначенное специально для обеспечения контролепригодности конкретного параметра. Однако эксперт в состоянии оценить возможность проектирования такого средства измерений и даже предложить его «схемное решение». Такое «схемное решение» должно послужить для разработки технического задания на соответствующее нестандартное средство измерений, а также для оценки (прогнозирования) методических погрешностей измерений с использованием этого средства.

При оценке точности измерений геометрических параметров необходимо учитывать погрешности базовых поверхностей. В случае неконтролепригодности из-за неудовлетворительных соотношений между нормами точности геометрических параметров эксперт может предложить корректировку норм до соотношений, которые обеспечат контролепригодность параметров.

Стандарт организации или методические указания на проведение метрологической экспертизы изделий должны включать рекомендации по выбору и описанию МВИ в рамках самой метрологической экспертизы.

Если в описаниях МВИ ориентироваться на ГОСТ 8.010, то они должны включать:

• назначение МВИ;

• нормы погрешностей измерений или значения характеристик погрешностей;

• требования к средствам измерений и вспомогательным устройствам или тип средства измерений и обозначения НД, где эти требования изложены;

• метод измерений;

• требования безопасности;

• требования к квалификации операторов;

• условия измерений;

• подготовку к выполнению измерений;

• порядок выполнения измерений;

• обработку (вычисление) результатов измерений;

• оформление результатов измерений;

• контроль погрешности МВИ с указанием метода и периодичности (при необходимости).

Из подробного описания МВИ можно сделать вывод о контролепригодности параметров, однако при экспертизе детали оно представляется избыточным. Контролепригодность по условиям инструментальной доступности параметра при экспертизе детали в большинстве случаев считается очевидной, поскольку выбор средства измерений изначально определяется их диапазоном измерений и конструкцией чувствительных элементов.

Неочевидные случаи (нормы, контролепригодность которых вызывает сомнения) эксперт анализирует отдельно. Проверку возможности получения сигнала измерительной информации от объекта (доступа чувствительных элементов средств измерений к контролируемым поверхностям) и возможности манипулирования первичными преобразователями в ограниченном пространстве проводят на основании информации о конструктивных особенностях средств измерения, в том числе нестандартизованных.

Для анализа контролепригодности параметра по нормам точности из всех разделов МВИ по ГОСТ 8.010 можно выбрать те, которые устанавливают нормы погрешностей измерений и оценки значений ожидаемых погрешностей. В них войдут краткие описания средств измерений и (при необходимости) вспомогательных устройств, характеристика метода измерений (для обеспечения возможности оценки значений ожидаемых методических погрешностей), описания условий измерений и требований к квалификации операторов.

При обнаружении неконтролепригодных параметров нормы точности параметров детали могут быть поставлены под сомнение, если излишне большие погрешности измерений обусловлены неудачным выбором измерительных баз. Конструкторы часто назначают высокие требования к точности параметров расположения относительно грубых баз, что приводит к неопределенности результатов измерений, которая может превосходить значения допустимых погрешностей измерений. Поэтому проверка контролепригодности геометрических параметров детали включает в себя контроль точности измерительных баз, в том числе и контроль правильности соотношений между допусками размеров, формы, расположения и высотными параметрами шероховатости исследуемых и базовых поверхностей.

Для оценки правильности соотношений между допусками размеров, формы и расположения, а также между лимитирующими параметрами макрогеометрии поверхностей и высотными параметрами их шероховатости (параметрами микрогеометрии) можно использовать материалы соответствующего модуля.

Формальный подход к экспертизе деталей подразумевает контроль всех без исключения точностных требований, что требует переработки огромного объема информации. Рациональное уменьшение объема работ вполне осуществимо при выполнении метрологической экспертизы только основных функционально важных параметров изделия и тех параметров, контролепригодность которых вызывает сомнения. Выделение основных параметров серийно выпускаемых изделий должно осуществляться на основе требований к их функциональной взаимозаменяемости. Метрологическая экспертиза, направленная на обеспечение функциональной взаимозаменяемости, предусматривает назначение на каждый функционально важный параметр экономически оптимального допуска, обеспечивающего качественную работу всего изделия в целом при приемлемых затратах на обработку детали.

Необходимость оптимизации норм точности может возникнуть, если при метрологической экспертизе чертежей деталей будут обнаружены:

• назначенные конструктором избыточно жесткие допуски (высокие требования к точности, не имеющие достаточных обоснований);

• не увязанные между собой допуски, входящие в конструкторские, технологические и/или измерительные размерные цепи;

• размеры и допуски, назначенные конструктором без учета возможностей современных средств измерения.

Необходимость корректировки норм точности может возникнуть в результате ошибок, допущенных при метрологической экспертизе на предшествующих этапах проектирования, или если экспертиза на этих этапах не проводилась.

Выделение параметров, контролепригодность которых является сомнительной, требует от эксперта определенного опыта работы с универсальными и нестандартизованными средствами измерений. Анализу подлежит возможность применения реально существующих нестандартизованных средств измерений, а также и «схемные решения» вновь предлагаемых средств измерений, которые необходимо разработать специально для решения данной конкретной измерительной задачи.

Важнейшим промежуточным результатом метрологической экспертизы детали является выбор методик измерительного контроля геометрических параметров. К сожалению, эта информация практически нигде не фиксируется и потому при разработке операций контроля параметров для технологических процессов всю эту работу заново выполняет технолог, метрологическая квалификация которого существенно ниже, чем у эксперта-метролога. В результате эксперту-метрологу приходится повторно выполнять ту же работу при экспертизе технологических процессов, устраняя ошибки, допущенные разработчиком операций измерительного контроля. Оптимальным вариантом является фиксация промежуточных результатов метрологической экспертизы и передача их технологу как исходных материалов для разработки операций измерительного контроля в технологических процессах.

Можно предложить такую последовательность работ при назначении методики выполнения измерений:

1. Выбор вида средства измерения, устройств базирования и вспомогательных устройств (накладной или станковый прибор с «двухточечной» или «трехточечной» схемой чувствительных элементов и т.д.).

2. Выбор схем измерения и контроля (определяют число контрольных точек или контрольных сечений, их расположение на измеряемой детали, вспомогательные манипуляции, например такие, как поиск «точки возврата» при выходе на экстремальный размер и т.д.).

3. Определение числа повторных наблюдений при измерении одной и той же величины (при необходимости), выбор методов математической обработки и форм представления результатов измерений.

4. Установление соответствия погрешности измерения требованиям достоверности и эффективности контроля (необходимо убедиться в том, что погрешность измерения не превышает допустимой, а также в том, что выбранная методика измерения может быть обеспечена наиболее простыми, удобными и надежными средствами измерений).

5. Внесение корректив в методики измерения и контроля (если это необходимо).

6. Фиксация методики измерительного контроля с учетом схемы измерений и средств измерений.

Последнее действие не является обязательным, если ориентироваться на нормативные требования к конструкторским документам. Однако поскольку положительным итогом метрологической экспертизы является подтверждение контролепригодности параметров, практически все описанные задачи приходится решать.

Если метрологическую экспертизу деталей осуществляют с привлечением конструктора-разработчика, то с ним согласуют номенклатуру геометрических параметров, подлежащих измерительному контролю, и при необходимости уточняют требования к точности параметров. Если конструкция изделия не позволяет обеспечить эффективный и достоверный контроль заданных параметров, следует проанализировать возможности коррекции баз, расширения допусков, изменения отдельных размеров, требований к форме и расположения поверхностей, шероховатости и т.д.

Для обеспечения квалифицированной метрологической экспертизы деталей необходимо конкретные требования к ее проведению регламентировать в специально разработанном документе (например, в стандарте организации). Эксперта надо снабдить методическими материалами, содержащими описание аттестованных методик выполнения измерений с указанием погрешностей измерения при использовании различных вариантов методик по типу РД 50-98 – 86 «Методические указания. Выбор универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм (по применению ГОСТ 8.051-81)». Полезным был бы также альбом применяемых на предприятии нестандартных средств измерений с указанием их метрологических характеристик и конструктивных особенностей. Такой комплект документов является достаточным для проверки контролепригодности большинства норм точности, устанавливаемых в чертежах деталей.

Промежуточные результаты метрологической экспертизы должны включать информацию по каждому из рассмотренных параметров и заканчиваться заключением о его контролепригодности. Они могут быть оформлены в виде карточек экспертизы (по одной на каждый параметр), отдельных разделов экспертного заключения, либо строк специально подготовленной таблицы. Состав информации по каждому параметру может быть практически одинаков. Форма сводной таблицы, которую можно использовать для описания промежуточных результатов метрологической экспертизы, представлена в соответствующем модуле.