Теоретические основы метрологии

Глава 1.

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ.

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и другие.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человека.

Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.

В настоящее время установлено следующее определение измерений: измерение есть нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Отраслью науки, изучающей измерения, является метрология.

Теоретические основы метрологии

Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: метрон- мера и логос- учение. Дословный перевод слова «метрология»- учение о мерах. Долгое время метрология оставалась в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. С конца прошлого века благодаря прогрессу физических наук метрология получила существенное развитие. Большую роль в становлении современной метрологии как одной из наук физического цикла сыграл Д. И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период 1892-1907 гг.

Метрология в ее современном понимании - наука об измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Единство измерений - такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.

Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

Точность измерений характеризуется близостью их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Таким образом, важнейшими задачами метрологии являются усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства и необходимой точности измерений.

Погрешности измерений

Случайные погрешности

При анализе измерений следует четко разграничивать два понятия: истинные значения физических величин и – результаты измерений.

Истинные значения физических величин – это значения, идеальным образом отражающие свойства данного объекта, как в количественном, так и в качественном отношении. Они не зависят от средств нашего познания и являются абсолютной истиной.

Результаты измерений, напротив являются продуктами нашего познания.

Под действительным значением физической величины мы будем поднимать её значение, найденное экспериментально на столько приближающееся к истинному, что данной цели оно может быть использовано вместо него.

Причинами возникновения погрешностей являются: несовершенство методов измерений, технических средств, применяемых при измерениях, и органов чувств наблюдателя.

Описанные причины возникновения погрешностей определяются совокупностью большого числа факторов, под влиянием которых складывается суммарная погрешность измерения. Их можно объединить в две основные группы.

1. Факторы, проявляющиеся весьма нерегулярно и столь же неожиданно исчезающие или проявляющиеся с интенсивностью, которую трудно предвидеть.

Доля, или составляющая, суммарной погрешности измерения, определяема действием факторов этой группы, называется случайной погрешностью измерения. Ее основная особенность в том, что она случайно измеряется при повторных измерениях одной и той же величины.

2. Факторы, постоянные или закономерно измеряющиеся в процессе измерительного эксперимента, например плавные измерения влияющих величин или погрешности применяемых при измерениях образцовых мер. Составляющие суммарной погрешности, определяемые действием факторов этой группы, называются систематическими погрешностями измерения. Их отличительная особенность в том, что они остаются постоянными или закономерно измеряются при повторных измерениях одной и той же величины.

Таким образом, мы имеем два типа погрешностей измерения:

· Случайные (в том числе грубые погрешности и промахи), измеряющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины;

· Систематические погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях.

Систематические погрешности

Систематической погрешностью называется составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.

Систематические погрешности принято классифицировать в зависимости от причин их возникновения и по характеру их проявления при измерениях. В зависимости от причин возникновения рассматриваются четыре вида систематических погрешностей:

1. Погрешности метода, или теоретические погрешности, происходящие от ошибочности или недостаточной разработки принятой теории метода измерений.

2. Инструментальные погрешности, зависящие от погрешностей применяемых средств измерений.

3. Погрешности, обусловленные неправильной установкой и взаимным расположением средств измерения.

4. Личные погрешности, обусловленные индивидуальными особенностями наблюдателя.

По характеру своего поведения в процессе измерения систематические погрешности подразделяются на постоянные и переменные.

Постоянные систематические погрешности возникают, например, при неправильной установке начала отсчёта.

Среди переменных систематических погрешностей принято выделять прогрессивные и периодические.

Прогрессивная погрешность возникает, например, при взвешивании, когда одно из коромысел весов находится ближе к источнику тепла, чем другое, поэтому быстрее нагревается и удлиняется.

Ферродинамические приборы

Ферродинамическими называют приборы, у которых неподвижная катушка электродинамического механизма намотана магнитопровод. Это защищает от внешних электромагнитных полей и создаёт большой вращающий момент, т.е. повышается чувствительность.

Система эталонов единиц ФВ

Единство измерений достигается точным воспроизведением, хранением установленных единиц ФВ и передачей их размеров всем рабочим средствам измерений (РСИ) с помощью эталонов и образцовых средств измерений.

Эталон единицы – средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы с целью передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

Эталоны по подчиненности подразделяют на первичные (исходные) и вторичные (подчиненные) и они имеют следующую классификацию.

Первичные эталоны воспроизводят и хранят единицы передают их размеры с наивысшей точностью, достижимой в данной области измерений. Первичные эталоны в зависимости от условий воспроизведения единицы могут иметь разновидность – специальные первичные эталоны (далее – специальные). Первичные и специальные эталоны утверждают в качестве государственных эталонов. Ввиду особой важности государственных эталонов и для придания им силы закона на каждый государственных эталон утверждается ГОСТ.

Вторичные эталоны: эталоны-копии предназначены для передачи размера единицы рабочим эталонам; эталоны сравнения – для взаимного сравнения эталонов, которые не удаются сличить непосредственно; рабочие эталоны для поверки образцовых средств измерений (ОСИ) и наиболее точных РСИ.

Государственные эталоны создает, утверждает, хранит и применяет Государственный комитет по стандартам, вторичные – министерства и ведомства.

Достоверность поверки

Достоверность поверки - это одна из важнейших характеристик качества поверки. Эта характеристика процесса измерительного контроля отражает степень доверия к полученным после поверки результатам.

Под объемом поверочных работ понимают совокупное число основных поверочных операций, в результате выполнения которых можно сделать вывод о пригодности прибора к применению.

Глава 2

Виды стандартов

Существует следующая классификация стандартов и схожих методических материалов. 1. По предмету стандартизации различают:

· функциональные стандарты (на языки программирования, интерфейсы, протоколы);

· стандарты на организацию Жизненного Цикла (ЖЦ);

· стандарты на создание и использование Автоматизированных Систем (АС)

· стандарты Программного Обеспечения (ПО).

2. По утверждающей организации:

· официальные международные стандарты;

· официальные национальные или национальные ведомственные (например, ГОСТы, ANSI, IDEF0/1);

· стандарты международных консорциумов и комитетов по стандартизации (OSF,OMG);

· специфические стандарты, такие как SQLили язык диаграмм SADT;

· фирменные стандарты (MicrosoftODBC, IBMSNA).

3. По методическому источнику:

· методические материалы фирм – разработчиков ПО;

· методические материалы фирм – консультантов;

· методические материалы научных центров, консорциумов по стандартизации (OracleMethod,PriceWaterhouseSMM).

В зависимости от поставленных целей и задач стандартизации различают следующие ее виды:

· отраслевая стандартизация осуществляется в отдельных отраслях промышленности с целью обеспечения единства технических требований и норм к продукции отрасли;

· республиканская стандартизация проводится в союзной республике в целях установления требований и норм на продукцию, не охваченную государственной или отраслевой стандартизацией;

· местная стандартизация проводится на предприятиях (в объединениях) и устанавливает требования, нормы и правила, применяемые только на данном предприятии.

Методы стандартизации

В зависимости от метода решения основной задачи различают несколько форм стандартизации.

Симплификация – форма стандартизации, заключающаяся в простом сокращении числа применяемых при разработке изделия или при его производстве марок полуфабрикатов, комплектующих изделий и т.п. до количества, технически и экономически целесообразного, достаточного для выпуска изделий с требуемыми показателями качества. Симплификация экономически выгодна, так как приводит к упрощению производства, облегчает материально- техническое снабжение, складирование, отчетность.

Унификация - рациональное уменьшение числа типов, видов и размеров объектов одинакового функционального назначения. Объектами унификации наиболее часто являются отдельные изделия, их составные части, детали, комплектующие изделия, марки материалов и т.п.

В настоящее время унификация является наиболее распространенной и эффективной формой стандартизации.

Типизация – разновидность стандартизации, заключающаяся в разработке и установлении типовых решений (конструктивных, технологических, организационных и т.п.) на основе наиболее прогрессивных методов и режимов работы.

Агрегатирование – метод создания новых машин, приборов и другого оборудования путем компоновки конечного изделия из ограниченного набора стандартных и унифицированных узлов и агрегатов, обладающих геометрической и функциональной взаимозаменяемостью.

Единая система конструкторской документации (ЕСКД)

Это система устанавливает для всех организации страны порядок организации проектирования, единые правила выполнения и оформления чертежей и ведения чертежного хозяйства, способствует повышению качества и уровня взаимозаменяемости изделий и облегчает чтение и понимание чертежей и разных организациях.

 

СХЕМА ПРОЦЕССА ПОСТАВКИ

Планирование включает следующие задачи:

- Принятие решения поставщиком относительно выполнения работ своими силами или с привлечением субподрядчика;

- Разработка поставщиком плана управления проектом, содержащего организационную структуру проекта, разграничение ответственности, технические требования к среде разработки и ресурсам, управление субподрядчиками и др.

Процесс разработки (developmentprocess) предусматривает действия и задачи, выполняемые разработчиком, и охватывающие работы по созданию ПС и его компонентов в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации; подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала и т.д.

Каскадные модели

Каскадные модели задают некоторую последовательность выполнения процессов, обычно изображаемую в виде каскада.

«Чистая» каскадная модель

Каскадная модель считается отправной точкой для огромного количества других моделей. Сформировалась в период с 1970 по 1985 г. Специфика «чистой» каскадной модели такова, что переход к следующему процессу осуществляется только после того, как завершена работа с текущим процессом. Возвраты к уже пройденным процессам не предусмотрены.

Модель может быть рекомендована к применению в тех проектах, где вначале все требования могут быть сформулированы точно и полно. Например, в вычислительных задачах. Легко при такой модели вести планирование работ и формирование бюджета.

Спиральные модели

Спиральная модель делает упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПС, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта, и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации. Основная проблема спирального цикла – определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла.

Глава 4

Рис. 4.1 Схема понятий, связанных с определением соответствия по Руководству ИСО/МЭК 2

 

Оценка соответствия – любая деятельность, связанная с прямым или косвенным определением того, что соответствующее требования выполняются.

Наиболее часто соответствие подтверждается сертификацией.

Сертификация – одна из форм подтверждения соответствия какого-либо объекта заданным требованиям.

Сертификация является средством независимой оценки соответствия товара надлежащему качеству.

Подтверждение соответствия – процедура, результатом которой является документальное свидетельство, дающее уверенность в том, что продукция, процесс или услуга соответствуют установленным требованиям.

Подтверждение соответствия в рамках принятой в Руководстве ИСО/МЭК классификации может осуществляется следующими способами:

1. Сертификация – процедура, посредством которой третья сторона дает письменную гарантию, что продукция, процессе или услуга соответствует установленным требованиям. Отличительной чертой подтверждения соответствия через сертификацию служит то, что она выполняется третьей стороной – это лицо или орган, признанные независимыми ни от поставщика, ни от потребителя.

2. Декларация (заявление) о соответствии – документ, в котором изготовитель (продавец или исполнитель) удостоверяет, что поставляемая (продаваемая) им продукция соответствует установленным требованиям. В настоящее время в России сертификация является формой оценки и подтверждения соответствия и постепенно вводится подтверждение соответствия в форме декларации о соответствии.

Формы сертификации

Форма обязательной сертификации – это способ подтверждения соответствия продукции требованиям нормативных документов. Формы обязательной сертификации продукции устанавливаются специально для власти в области сертификации.

Основными формами сертификации являются:

1. Сертификация третьей стороной – осуществляется независимыми органами по сертификации, аккредитированными на право такого рода деятельности;

2. Самосертификация (сертификация первой стороной) – осуществляется изготовителем или продавцом, который берет на себя полную ответственность, за качество продукции;

3. Сертификация, осуществляемая потребителем (сертификация второй стороной) – выполняется покупателем, заказчиком или предприятием, выпускающим конечную продукцию у своих поставщиков.

Система сертификации – система, обладающая собственными правилами процедуры и управления для проведения сертификации.

Системы сертификации могут действовать на национальном, региональном и международном уровнях. В Российской Федерации действует национальная Система сертификации, управляемая Европейской организацией по испытаниям и сертификации (ЕОИС), а международная – Система МЭК по сертификации изделий электронной техники (МСС ИЭТ).

На территории России введены отраслевые системы сертификации: пожарная сертификация, сертификация средств связи, гигиеническая сертификация, сертификация средств связи, гигиеническая сертификация продукции.

При положительном решении по результатам сертификации заявителю выдается сертификат соответствия и предоставляется право на использования знака соответствия.

Сертификат соответствия (далее – сертификат) – документ, выданный по правилам системы сертификации для подтверждения соответствия сертифицированной продукции (услуги), установленным требованиям.

Порядок и условия оформления, выдачи и регистрации сертификатов устанавливаются в каждой системе сертификации.

Содержание сертификата определяется в системе соответствии с избранной схемой сертификации и категорией заявителя (изготовитель, продавец, исполнитель). В любом случае сертификат должен содержать:

- Указание о системе сертификации и органе, выдавшем сертификат;

- Регистрационный номер;

- Срок действия;

- Подпись руководителя и печать органа по сертификации;

- Кому выдан сертификат;

- Форму проверки соответствия (проверка производства, испытание типовых представителей, испытание выборки из партии товара, испытание каждого изделия);

- Ссылку на нормативный документ, которому соответствует товар (партия);

- Порядок маркировки товара (тары, упаковки, документации) знаком соответствия.

Когда этот термин применяется к продукции и с его помощью устанавливается изготовитель данного товара (страна, название фирмы, её юридический адрес), такой вид сертификата называется сертификат происхождения. Кроме этого, выделяют ещё несколько видов сертификатов:

- Гигиенический сертификат;

- Сертификат качества;

- Сертификат безопасности;

- Карантинный сертификат.

Наряду с сертификатом существует знак соответствия - зарегистрированный в установленном порядке, которым по правилам, установленным в данной системе сертификации, подтверждается соответствие маркированной им продукции установленным требованиям.

Порядок государственной регистрации знаков соответствия устанавливается Госстандартом России. Знак соответствия регистрируется на имя органа по сертификации, возглавляющего соответствующую систему.

Владелец знака имеет исключительное право использовать его и распоряжаться им. Право пользования знака передается его владельцем изготовителю или поставщику продукции на условиях лицензирования.

Лицензия на применение знака соответствия – документ, выданный уполномоченным органом, посредством которого держателю сертификата соответствия предоставляется право применять знак соответствия в пределах установленных этим документом.

В юридическом отношении знак соответствия полностью идентичен сертификату.

В каждом конкретном случае сертификация проводится по определенной схеме.

Схема сертификации – это совокупность действий, официально установленная и применяемая в качестве доказательства соответствия заданным требованиям.

В практике международной сертификации используется восемь схем сертификации. Семь из восьми связаны с сертификацией продукции и две – с сертификацией систем качества. Эти схемы были выделены экспертами ИСО в 1982. г.

В работах по сертификации участвуют:

- Заявитель;

- Орган по сертификации;

- Испытательная лаборатория;

- Эксперт.

Заявитель (заказчик, клиент) – лицо или организация, по запросу которых проводится проверка.

Заявитель (сертификации) – организация или лицо, добивающееся получения сертификата соответствия и представившие об этом письменную заявку в орган по сертификации.

Орган по сертификации – организация, аккредитированная на право проведения сертификации.

 

Испытательная лаборатория (испытательный центр) – лаборатория (центр), которая проводит испытания (отдельные виды испытаний) определенной продукции.

Испытания – экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств продукции как результата заданного воздействия на нее при функционировании изделия и (или) при моделировании испытуемого образца и (или) воздействия.

Эксперт (по сертификации, аккредитации) – лицо, аттестованное на право проведения одного или нескольких видов работ в области сертификации.

Сертификация систем качества – действие третьей стороны, доказывающее, что обеспечивается необходимая уверенность в том, что должным образом инфицированная система качества соответствует выбранной модели (ГОСТ Р ИСО 9001, ГОСТ Р ИСО 9002, ГОСТ Р ИСО 9003) или нормативным документам, определенным заявителем.

В России сертификация систем качества носит добровольный характер.

 

Виды сертификации

Обязательная сертификация

Этот вид сертификации является средством государственного контроля за безопасностью продукции. Он осуществляется на основании законов и законодательных положений и обеспечивает доказательство соответствия продукции, процесса или услуги требованиям технических регламентов и обязательным требованиям стандартов.

Для осуществления обязательной сертификации создаются системы обязательной сертификации.

Безопасность продукции (процесса или услуги) – безопасность продукции для жизни, здоровья, имущества потребителя и окружающей среды при обычных условиях его использования, хранения, транспортировки и утилизации, а также безопасность процесса выполнения работы (оказания услуги).

Результатом обязательной сертификации продукции является выдача сертификата соответствия и нанесения знака соответствия на продукцию.

Добровольная сертификация

Добровольная сертификация проводится по инициативе заявителя (изготовителя, продавца или исполнителя) в целях подтверждения соответствия продукции требованиям стандартов, технических условий, рецептур и других документов, определяемых заявителем. Эта сертификация проводится на договорных условиях между заявителем и органом по сертификации в системах добровольной сертификации.

Добровольная сертификация продукции, подлежащей обязательной сертификации, не может заменить обязательную сертификацию такой продукции.

Декларация о соответствии

Подтверждение соответствия может проводиться не только посредством сертификации, но и посредством принятия изготовителем (продавцом, исполнителем) декларации о соответствии.

Заявление (декларация) соответствия – документ, в котором изготовитель (продавец или исполнитель) удостоверяет, что поставляемая (продаваемая) им продукция или оказываемая услуга соответствует установленным требованиям конкретного нормативного документа.

Сертификация услуг

Кратко рассмотрим особенности сертификации услуг. Термин «услуга» означает итоги непосредственного взаимодействия поставщика по удовлетворению потребностей потребителя.

Предоставление услуги – деятельность поставщика, необходимая для обеспечения услуги.

По функциональному назначению услуги, оказываемые населению, подразделяются на материальные и социально-культурные.

Материальная услуга – услуга по удовлетворению материально – бытовых потребностей потребителя услуг.

Социально-культурная – услуга по удовлетворению духовных, интеллектуальных потребностей и поддержание нормальной жизнедеятельности потребителя.

В России действуют системы по сертификации услуг в нижеперечисленных областях:

· ремонт и техническое обслуживание бытовой радиоэлектронной аппаратуры, электробытовых машин и приборов;

· техническое обслуживание и ремонт автотранспортных средств;

· услуги торговли и общественного питания;

· транспортные услуги;

· химчистка и крашение;

· туристические услуги и услуги гостиниц;

· жилищно – коммунальные услуги;

· услуги парикмахерских.

 

Глава 1.

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ.

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и другие.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человека.

Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.

В настоящее время установлено следующее определение измерений: измерение есть нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Отраслью науки, изучающей измерения, является метрология.

Теоретические основы метрологии

Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: метрон- мера и логос- учение. Дословный перевод слова «метрология»- учение о мерах. Долгое время метрология оставалась в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. С конца прошлого века благодаря прогрессу физических наук метрология получила существенное развитие. Большую роль в становлении современной метрологии как одной из наук физического цикла сыграл Д. И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период 1892-1907 гг.

Метрология в ее современном понимании - наука об измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Единство измерений - такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.

Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

Точность измерений характеризуется близостью их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Таким образом, важнейшими задачами метрологии являются усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства и необходимой точности измерений.