Обработка результатов прямого измерения

Для уменьшения влияния случайных ошибок необходимо произвести измерение данной величины несколько раз. Предположим, что мы измеряем некоторую величину x. В результате проведенных измерений мы получили значений величины :

x₁, x₂, x₃, ... x_n. (2)

Этот ряд значений величины x получил название выборки. Имея такую выборку, мы можем дать оценку результата измерений. Величину, которая будет являться такой оценкой, мы обозначим . Но так как это значение оценки результатов измерений не будет представлять собой истинного значения измеряемой величины, необходимо оценить его ошибку. Предположим, что мы сумеем определить оценку ошибки Δx . В таком случае мы можем записать результат измерений в виде

µ = ± Δx (3)

Так как оценочные значения результата измерений и ошибки Δx не являются точными, запись (3) результата измерений должна сопровождаться указанием его надежности P. Под надежностью или доверительной вероятностью понимают вероятность того, что истинное значение измеряемой величины заключено в интервале, указанном записью (3). Сам этот интервал называется доверительным интервалом.

Например, измеряя длину некоторого отрезка, окончательный результат мы записали в виде

l = (8.34 ± 0.02) мм, (P = 0.95)

Это означает, что из 100 шансов – 95 за то, что истинное значение длины отрезка заключается в интервале от 8.32 до 8.36 мм .

Таким образом, задача заключается в том, чтобы, имея выборку (2), найти оценку результата измерений , его ошибку Δx и надежность P.

Эта задача может быть решена с помощью теории вероятностей и математической статистики.

В большинстве случаев случайные ошибки подчиняются нормальному закону распределения, установленного Гауссом.

Под метрологическим обеспечением (МО) понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерении. Основной тенденцией в развитии метрологического обеспечения является переход от существовавшей ранее сравнительно узкой задачи обеспечения единства и требуемой точности измерений к принципиально новой задаче обеспечения качества измерений.

Объектом метрологического обеспечения являются все стадии жизненного цикла (ЖЦ) изделия (продукции) или услуги. Под ЖЦ понимается совокупность последовательных взаимосвязанных процессов создания и изменения состояния продукции от формулирования исходных требований к ней до окончания эксплуатации или потребления.

«Предмет метрологического обеспечения измерений составляют измерения», выполняемые на определенном объекте.

Основными задачами метрологического обеспечения есть:

• повышение качества продукции, эффективности управления производством и уровня автоматизации производственных процессов;
• обеспечение взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов, создание необходимых условий для кооперирования производства и развития специализации;
• повышение эффективности научно-исследовательских экспериментально-конструкторских работ и испытаний;
• обеспечение достоверности учета и повышение эффективности- материальных ценностей и энергетических ресурсов;
• повышение уровня автоматизации управления транспортом и безопасности его движения;
• обеспечение высокого качества и надежности связи.

Метод измерений может быть прямым или косвенным в зависимости от способа получения измеряемой величины.
Прямой метод характеризуется непосредственной оценкой измеряемой величины по показанию прибора.
При косвенном методе измеряют некоторые величины, связанные с искомой функциональной зависимостью. На основании результатов измерения искомая величина вычисляется по формулам (например, определение радиуса закругления на основании измерения длины хорды и стрелы прогиба или определение углаконуса на основании измерения диаметров в двух сечениях и расстояния между ними). Косвенным методом измерения пользуются в тех случаях, когда искомая величина недоступна для измерения прямым методом или не может быть измерена с достаточной точностью.

Одна из причин недостаточного внимания к вопросам метрологического обеспечения заключается в их недооценке специалистами, участвующими в разработке и реализации мероприятий государственных программ. Как правило, это объясняется тем, что эти специалисты не имеют специального метрологического образования и прошли или проходят образовательные программы высшего профессионального образования по направлениям техники и технологии, в которых вопросы метрологического обеспечения рассматриваются в рамках лишь одной общепрофессиональной дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация» [9]. В результате они приобретают базовые знания и умения в области обеспечения единства измерений, подтверждения соответствия и стандартизации, которые часто оказываются недостаточными для квалифицированного выполнения работ по формированию и реализации метрологических разделов государственных программ. К сожалению, нужно признать, что при введении Федеральных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) трудно ожидать, что выпускники вузов, освоившие образовательные программы высшего профессионального образования для не метрологических направлений, смогут получить необходимые компетенции, необходимые для выполнения работ, связанных с метрологическим и нормативным обеспечением современных инновационных наукоемких разработок [10]. По-видимому, это является одной из причин невысокого уровня метрологического обеспечения многих дипломных и диссертационных работ. Вопросы назначения нормируемых метрологических характеристик, их обоснования, проведения метрологических процедур и представления их результатов, выбора средств измерений, как правило, не получают в них достаточного освещения. Кроме того, нельзя не принимать во внимание, что в современных условиях, когда резко ускоряются процессы технологического развития и происходят существенные изменения отраслевой структуры экономики, полученные знания обесцениваются вскоре после их получения и требуют непрерывного дальнейшего повышения.

Одним из перспективных путей решения этой задачи является непрерывное повышение квалификации специалистов, работающих в этой сфере. Важным инструментом, позволяющим компетентным специалистам квалифицированно выполнять работы по мониторингу, анализу, формализации и экспертизе измерительных технологий, должна стать электронная нформационно-аналитическая система. Это связано с тем, что в большинстве случаев успех выполнения программ связан с необходимостью проведения многочисленных высокоточных измерений с использованием самой современной измерительной техники, созданием специальных стендов, эталонов и стандартных образцов, разработкой алгоритмов, программ и методик

Реализация электронной информационно-аналитической системы каталогизации измерительных технологий позволит решить ряд важнейших задач формирования и реализации государственных и федеральных программ, в том числе; устранить недостатки, имеющие место в процессе формирования и реализации государственных заказов, когда различными федеральными органами исполнительной власти зачастую осуществляется заказ близких по тематике или просто дублирующих друг друга научных исследований и разработок измерительных технологий;

исключить осуществление заказа измерительных технологий, не соответствующих современным требованиям по качеству и потребительским свойствам; решить задачу создания единой информационной базы измерительных технологий, что будет способствовать формированию полноценного рынка и привлечению коммерческих структур к инвестициям научных исследований и технологических разработок; расширить возможности предприятий разработчиков и производителей в кооперации, научно-техническом сотрудничестве, в том числе международном.

Известны два основных вида комплексных показателя эффективности, на основе которых осуществляется синтез метрологического обеспечения
сложных технических систем: коэффициент эффективности и "достоверность - стоимость" [23].
Первый является показателем для сравнительной оценки с использованием весовых коэффициентов. Однако для оценки эффективности метрологического обеспечения АТС указанный показатель не пригоден, поскольку не позволяет определить влияние метрологического обеспечения на качество реализуемой системы диагностирования технического состояния АТС.
Второй критерий "достоверность - стоимость", предложенный позволяет учитывать качество и стоимость метрологического обеспечения одновременно. Однако ему свойственны и все известные недостатки представления комплексных показателей в виде отношения величин, имеющих разные размерности. Решения, принимаемые на основе таких показателей, приводят во многих практических задачах к крайностям.
Широкое распространение получили информационные критерии оценки эффективности контроля, характеризующие приращение достоверности сведений о техническом состоянии сложных систем, получаемое в процессе диагностирования. Информационные критерии относятся к разряду интегральных показателей. Они позволяют учесть полноту контроля, точность проводимых измерений, надежность средств измерений, но не удовлетворяют принципу соответствия, поскольку невозможно (или очень сложно) установить связь между их значениями и значениями показателей эффективности.

При этом нами определены цели, задачи и структура метрологической службы предприятия по повышению эффективности производства и улучшению качества выпускаемой продукции, а именно: − систематический анализ состояния измерений и метрологического обеспечения производства; − разработка планов организационно-технических мероприятий по дальнейшему повышению эффективности производства на основе совершенствования метрологического обеспечения; − организация и участие в проведении метрологической экспертизы конструкторской и технологической документации на продукцию, вырабатываемую на предприятии; − участие в разработке новых видов продукции и технологических процессов, в проверке технологического оборудования на соответствие установленным нормам точности, проведение работ по метрологическому обеспечению подготовки производства.

Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документаций – это анализ и оценка технических решений по выбору параметров, подлежащих измерению, установлению норм точности измерений и обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки, изготовления, испытания и применения продукции.

Целью метрологической экспертизы конструкторской и технологической документаций является обеспечение эффективности контрольно-измерительных операции на стадиях разработки, изготовления, испытания и применения продукции.

Метрологическую экспертизу эффективно проводить на самых ранних стадиях разработки документов, начиная с заявок и технического задания. Ее проведение на следующих этапах разработки продукции ведет к материальным потерям. Своевременно проведенные исследование и анализ технических решений в области метрологического обеспечения разрабатываемой продукции дают возможность выбрать оптимальный вариант решения, вовремя оформить заказы на разработку методов и средств измерений.

Проведение метрологической экспертизы направлено:

− на внедрение в производство наиболее современных методов и средств контроля, обеспечивающих заданную точность, снижение трудоемкости и себестоимости контрольно-измерительных операций;

− на соответствие применяемых во всех подразделениях предприятия методов и средств измерений требованиям обеспечения оптимальных режимов технологических процессов и контроля качества продукции.

Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации осуществляется в соответствии с положениями стандартов Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ), Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), Единой системы технологической документации (ЕСТД), Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) и других стандартов, устанавливающих метрологические правила, нормы и положения.

К основным задачам метрологической экспертизы относятся:

− определение оптимальности номенклатуры измеряемых параметров при контроле с целью обеспечения эффективности и достоверности контроля качества и взаимозаменяемости;

− оценка обеспеченности конструкции изделия возможностями контроля необходимых параметров в процессе изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделий;

− установление соответствия показателей точности измерений требованиям эффективности и достоверности контроля и взаимозаменяемости;

− установление соответствия показателей точности измерений требованиям оптимальных режимов технологических процессов;

− установление полноты и правильности требований к средствам измерений и методикам выполнения измерений;

− оценка правильности выбора средств измерений (в том числе нестандартизованных) и методик выполнения измерений;

− выявление возможности применения унифицированных автоматизированных средств измерений, обеспечивающих получение заданной точности измерений и необходимой производительности;

− оценка обеспечения применяемыми средствами измерений минимальных трудоемкости и себестоимости контрольных операций при заданной точности измерений;

− установление преимущественного применения стандартизованных методик выполнения измерений;

Метрологической экспертизе могут быть подвергнуты: чертежи деталей, сборочный, габаритный и монтажный чертежи, пояснительная записка, технические условия, программа и методика испытаний, расчет, эксплуатационные и ремонтные документы, спецификация, маршрутная и операционная карты, карта эскизов, технологические инструкции, карты технологического процесса, типового технологического процесса, типовой операции, технологический регламент.

Экспертизе подвергают также и другие документы: методику выполнения измерений, научно-технические отчеты, извещения о изменениях документов, в которых установлена норма точности измерений или содержатся сведения о методах или средствах измерений, карты технического уровня и качества продукции и т. д.

Виды конструкторских и технологических документов, подлежащих экспертизе, зависят от вида изделия и определяются разработчиками документов.

Статья 22. Метрологические службы

1. Федеральные органы исполнительной власти и государственные корпорации, осуществляющие функции в областях деятельности, указанных в частях 3 и 4 статьи 1 настоящего Федерального закона, создают в установленном порядке метрологические службы в целях организации деятельности по обеспечению единства измерений в пределах своей компетенции.

2. Права и обязанности метрологических служб федеральных органов исполнительной власти и государственных корпораций, указанных в части 1 настоящей статьи, порядок организации и координации их деятельности определяются положениями о метрологических службах, утверждаемыми руководителями федеральных органов исполнительной власти или государственных корпораций, создавших метрологические службы, по согласованию с федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в области обеспечения единства измерений.

3. Юридические лица и индивидуальные предприниматели, осуществляющие деятельность в областях, указанных в частях 3 и 4 статьи 1 настоящего Федерального закона, могут создавать метрологические службы в добровольном порядке. Федеральными законами может быть установлена обязательность создания метрологических служб.

4. Права и обязанности метрологических служб юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, указанных в части 3 настоящей статьи, порядок организации и координации их деятельности определяются положениями о метрологических службах, утверждаемыми руководителями этих юридических лиц или индивидуальными предпринимателями.