Основные задачи, выполняемые при МЭ чертежей и расчетно-пояснительной записки

В этом пункте излагается основной результат работы по МЭТД, который следует из решения вопросов:

а) Рекомендуется следующий порядок работы, которого метролог (студент) по возможности должен придерживаться:

- ознакомление с документом и определение объема и характера содержащихся в нем данных по МО;

- изучение конструкции и технологического процесса производства данного изделия по технической документации и на рабочих местах (сбор и изучение необходимой НТД);

- определение перечня конкретных задач МЭ данного технического документа в соответствии с основными задачами и с учетом специфики технического документа;

- установление реальной возможности реализации предложений эксперта-метролога (экспертной группы);

- разработка экспертного заключения по результатам анализа технического документа;

- доведение до исполнителей предложений экспертов;

- осуществление контроля за своевременностью, правильностью и полнотой реализации выводов и предложений по результатам метрологической экспертизы.

б) Основные задачи, которые должны присутствовать в данном разделе (сборочного чертежа и чертежа детали):

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

Анализ номенклатуры контролируемых параметров включает анализ полноты требований к их регламентации, проверку достаточности или избыточности, возможности взаимоисключения, замены «качественных» параметров на «количественные» и т.д.

Во всех проверяемых документах устанавливается правильность формы записи измеряемых параметров. В документации должны быть указаны либо номинальное значение параметра с допускаемыми отклонениями, например, температура (70±3)°С, либо границы интервала допускаемых значений параметра (форма от ... до ...), либо максимальное или минимальное значение (не более ..., не менее ...). Предпочтительной является первая форма записи измеряемого параметра. В других двух случаях необходимо указание допускаемой погрешности измерений, например, толщина покрытия на изделие не более 0,1 мм, погрешность измерения ±0,01 мм.

- оценка обеспечения конструкцией изделия возможности контроля необходимых параметров в процессе изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделий (контролепригодности конструкций)

При решении задачи проверки контролепригодности конструкции рассматривают, насколько конструкция и схема изделия обеспечивают возможность измерения параметра в процессе изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделий с требуемой точностью существующими или разрабатываемыми СИ. При этом необходимо проверить: обеспечивает ли конструкция изделия возможность доступа к точкам измерений (измерительным поверхностям, контрольным гнездам и т. д.); установлены ли требования ко всем свойствам объекта, влияющим на погрешность измерения.

Например, при измерении линейных размеров должны быть регламентированы требования к шероховатости поверхности детали, так как от нее зависит составляющая погрешности измерения, обусловленная взаимодействием СИ и объекта.

- анализ полноты и правильности требований к средствам измерений и методикам выполнения измерений

Анализ полноты и правильности требований к средствам измерений и методикам выполнения измерений предусматривает проверку совокупности требований к ним. При рассмотрении требований к СИ оценивают достаточность этих требований, полноту сведений о СИ, допустимость применения выбранных СИ. В документации должны быть указаны тип СИ и НТД или требования ко всем метрологическим характеристикам СИ, оказывающим влияние на погрешность измерений. При проведении МЭ документации, в которой регламентированы МВИ, необходимо проверить правильность формулировки требований ко всем разделам МВИ. При этом следует руководствоваться положениями ГОСТ 8.010—90 „ГСИ. Методики выполнения измерений".

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

Проверка правильности выбора средств и методов измерений и опреде-ления состава СИ производится с учетом следующих показателей: соответствия погрешности СИ требуемым значениям показателей точности измерений: минимального количества и номенклатуры применяемых СИ; соответствия выбранных СИ действующему ограничительному перечню разрешенных для применения СИ в отрасли (на предприятии); обоснованности применения специально разработанных СИ (НСИ): автоматизации процессов измерения; применения стандартизованных или аттестованных методик выполнения измерений.

При оценке правильности выбора и назначения средств и методов измерений, применяемых при контроле и испытаниях, необходимо чтобы погрешность измерения составляла лишь часть допуска на параметр, сам метод измерения обеспечивал требуемое значение погрешности измерения, а погрешность средств измерений правильно учитывалась в общей погрешности применяемого метода и в соответствии с этим были правильно выбраны и назначены СИ в операциях контроля параметров изделий.

Одновременно должна учитываться- производительность СИ и эффективность их применения. Применение унифицированных, типовых и стандартизованных СИ позволяет уменьшить номенклатуру СИ, обеспечивает минимальную трудоемкость и себестоимость контрольных операций для получения требуемой точности измерений. СИ, применяемые на различных стадиях производства изделия (операционный, послеоперационный, окончательный контроль), должны иметь идентичные метрологические характеристики.

При анализе технологической документации следует учитывать возможное применения встроенных в технологическое оборудование СИ, обеспечивающих контроль без остановки технологического процесса (применение активных методов контроля), возможность контроля точностных параметров самого оборудования, приспособлений и инструментов и возможность воздействия на точность хода технологического процесса.

Полнота и определенность описания метода измерения должны быть достаточны для того, чтобы контроль мог быть осуществлен только на основании этого описания без использования дополнительных инструкционных материалов, за исключением инструкций по использованию СИ. При необходимости для выполнения этого требования описание должно включать в себя указания по установке СИ; действиям, производимым при измерении; снятию отсчетов при обработке результатов измерений. Должны быть указаны подлежащие контролю условия выполнения измерений (допускаемые отклонения температуры среды от нормальной, ее колебаний за определенный промежуток времени, влажность, уровень вибраций и т. д.). Допустимо указывать единые условия выполнения измерений для всех контрольных операций, выполняемых при контроле изделия. Если на весь процесс или часть процесса измерения, методику обработки результатов измерения или условия выполнения измерения имеется нормативный документ, в частности, при наличии стандартизованных или аттестованных методик выполнения измерений, то должны быть ссылки на соответствующий документ. В косвенных методах измерений устанавливается наличие и правильность расчетов показателей точности.

- анализ соответствия показателей точности измерений требованиям к технико-экономическим показателям

При анализе соответствия показателей точности измерений требованиям к технико-экономическим показателям (требованиям эффективности и достоверности контроля, оптимальности режимов технологических процессов) необходимо учитывать как метрологические, так и экономические аспекты. Проверяя правильность выражения показателей точности, необходимо установить соответствие формы их выражения рекомендациям МИ 1317—86 и целесообразность выбранной формы. В этой же методике приведены способы использования результатов измерений при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров. Однако, чтобы воспользоваться этими рекомендациями, надо располагать весьма обширной исходной информацией, например, знать реальную функцию плотности распределения вероятностей погрешности измерения. Кроме этого, должны быть установлены экономически обоснованные требования к показателям достоверности контроля и показателям точности результатов испытаний.

Перечисленные задачи могут быть расширены и конкретизированы применительно к специфике отрасли, например, могут быть включены такие задачи, как проверка достоверности и правильности применения данных о физических константах и свойствах веществ и материалов; оценка рациональности применения стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов; анализ достаточности требований к процедуре подготовки и выполнения измерений и алгоритму обработки результатов наблюдений; проверка соответствия производительности измерений производительности технологического оборудования; анализ возможности снижения затрат на контрольно-измерительные операции (при выполнении заданных требований к точности измерений); установление достаточности и правильности указаний по выполнению измерений труда и охраны окружающей среды.

- проверка соблюдения терминологии, наименований и обозначений физических величин и их единиц:

Содержание научных и технических терминов, представление о предметах и явлениях, стоящих за ними, со временем меняются, возникают новые термины, некоторые термины отмирают.

Трудности терминологического характера имеются даже при общении специалистов, говорящих на одном языке, поскольку в терминологии проявляется своеобразие подхода к тому или иному явлению действительности. Один и тот же термин вследствие различного опыта и восприятия может вызвать у специалистов свои представления о процессе, явлении, что нередко является причиной различной трактовки тех или иных понятий. Поэтому для обеспечения взаимопонимания проводят упорядочение и стандартизацию терминологии. В соответствии с современными правилами по стандартизации научно-технической терминологии, разработанными Госстандартом СССР, основная цель стандартизации — установление в нормативной документации однозначно понимаемой и непротиворечивой терминологии.

Основополагающий терминологический стандарт в области метрологии ГОСТ 16263—70 „ГСИ. Метрология. Термины и определения", содержит около 200 терминов, подразделяемых на разделы: метрология, физические величины, единицы физических величин, измерения, виды средств измерений, параметры и свойства средств измерений, погрешности измерений, погрешности средств измерений, эталоны и образцовые средства измерений, понятия, относящиеся к метрологической службе.

Следует отметить, что ГОСТ 16263-70 не содержит определений ряда современных понятий: „метрологическое обеспечение", „качество измерений","автоматическое средство измерений", "измерительно-вычислительный комплекс", "измерительная управляющая система" и др. Нуждаются в пересмотре определения понятий "измерение", "средство измерения" и др. Некоторые термины устарели и их применять не следует, например, "наблюдение при измерении". Несмотря на то, что этот стандарт имеет рекомендательный характер, он сыграл положительную роль в метрологической деятельности. Так, некоторые директивные документы, в том числе государственные стандарты, связанные с метрологическим обеспечением, используют термины ГОСТ 16263-70. Разработаны также стандарты, устанавливающие термины и определения в конкретных областях измерений, использующие термины этого стандарта.

При проверке правильности метрологической терминологии эксперту необходимо помимо ГОСТ 16263—70 использовать и другие стандарты, регламентирующие термины и определения понятий в области метрологического обеспечения и техники измерений. Например, ГОСТ 8.362—79 „ГСИ. Измерение толщины покрытий. Термины и определения", ГОСТ 8.271-77 „ГСИ. Средства измерения давления. Термины и определения" и др.

Не следует заменять в технической документации стандартизованные термины на нестандартизованные.

Пример

Неправильно:

Замер

Замерить длину

Проверить длину

Меритель

Величина скорости 120 км/ч

Величина гранул, мм Единица измерений

Размерность скорости, м/с

Точность ±0,1 мм

Точность ±2 %

Ошибка измерений ±1 %

Верность измерений

Нестандартное СИ

Нестандартизуемое СИ

Микрометр настраивают по эталону (по эталонной детали)

Показания СИ находят по калибровочной шкале . . .

Для градуировки прибора используют стандартные растворы

Тарировка СИ

Правильно (в соответствии с ГОСТ 16263-70):

Измерение

Измерить длину

Средство измерений

Скорость 120 км/ч или значение скорости 120 км/ч

Размер гранул, мм

Единица физической величины (измерение не имеет единицы; единицу имеет физическая величина)

Единица скорости м/с (размерность скорости LT"1)

Абсолютная погрешность ±0,1 мм

Относительная погрешность ±2 /о

Погрешность измерений ±1 %

Правильность измерений

Нестандартизованное СИ

В качестве меры, по которой настраивают микрометр, используют аттестованную деталь

Показания СИ находят по градуировочной характеристике . . .

Для градуировки прибора используют гра-дуировочные растворы

Градуировка СИ

При проведении МЭ технической документации следует обращать внимание и на то, чтобы для одного и того же понятия не применялись различные научно-технические термины, близкие по смыслу (синонимы), а также иностранные слова и термины при наличии равнозначных слов и терминов в русском языке; сокращения слов, кроме установленных правилами русской орфографии, пунктуации, а также соответствующими государственными стандартами.

Различные толкования терминов возникают из-за неоднозначности их употребления. Например, под термином „детектор" в одних случаях имеется ввиду „приемник излучения", в других - „преобразователь поглощенной мощности излучения в направление сигнала", а правильно „оптико-аккустический преобразователь". Под термином „измерительное устройство" имеют ввиду приспособление, используемое при измерении. В соответствии с ГОСТ 16263-70 под измерительным устройством понимают совокупность измерительных: преобразователя и прибора. Вместо таких терминов, как „паразитный сигнал" следует использовать „помехи", вместо „глазной осмотр" - „визуально" и т. д. Вместо „методика выполнения измерений" в технических документах, регламентирующих МВИ, используют термины „методика определения", „методика анализа", „методика нахождения" и т. п.

Специфические термины, допускающие возможность различного толкования, должны быть определены или пояснены при первом упоминании в тексте.

- проверка правильности наименований и обозначений физических величин и их единиц:

Проверка правильности наименований и обозначений физических величин и их единиц. При рассмотрении правильности наименований и обозначений физических величин необходимо оценить корректность выражения наименования величин, исключающую возможность различного толкования соответствующего свойства объекта, а также соответствие наименований величин установленным действующим НТД.

При планировании измерений и для правильной интерпретации их результатов особое значение имеет принятая физическая модель объекта измерений. В качестве измеряемой величины следует выбрать такой параметр модели, который наиболее соответствует данной цели измерений и исключает различное толкование измеряемой величины. Если наименование измеряемой величины неоднозначно, то необходимо уточнить измеряемую величину. Например, при измерении расхода жидкости должно быть указано, какой расход измеряется - массовый или объемный. Если измеряемая величина имеет различные значения в отдельных точках пространства, то указывают конкретную область пространства, например, при измерении температуры воздуха в помещении.

Более строгое определение измеряемой величины учитывает реальные свойства объекта, например, при измерении диаметра вала его моделью является прямой круглый цилиндр. Вал имеет отклонения как в поперечной, так и в продольной плоскостях. В этом случае измеряемой величиной может быть средний диаметр вала или наибольшее расстояние между точками на поверхности вала в определенном сечении.

Измеряемая величина может иметь разные размеры в различных состояниях объекта. Так, в машиностроении обычно устанавливают измерение линейных размеров деталей при температуре 20°С. Если измерения выполняют при другой температуре, то результаты пересчитывают по формулам и приводят к 20° С.

Наименование физической величины должно точно и однозначно отражать сущность отображаемого им свойства объекта или параметра явления или процесса. Для каждой физической величины следует применять одно наименование (термин). Рекомендуется использовать наименования величин, включенные в ГОСТ 8.417—81, РД 50-160-79 или принятые в терминологических стандартах или рекомендациях Комитета научно-технической терминологии АН СССР.

Не следует в определениях величин допускать упоминание единиц физических величин, так как физический смысл величин не должен зависеть от выбора единиц:

Правильно

Плотность - величина, определяемая отношением массы вещества к занимаемому им объему

Неправильно

Плотность - величина, определяемая массой единицы объема

Термины „число оборотов", „число оборотов в минуту", „число оборотов в секунду" применять не следует. Для величины, характеризующей скорость изменения угла во времени (если все положения тела во времени равноценны с точки зрения его использования) следует применять термин „угловая скорость". Если имеется в виду скорость изменения числа циклов вращения во времени, которые не подразделяются на части, применяют термин „частота вращения".

Термин „объем" используют для характеристики пространства, занимаемого телом или веществом. Под „объемом" сосуда понимают объем пространства, ограниченного внешней поверхностью сосуда. Термин „вместимость" характеризует объем внутреннего пространства сосуда или аппарата. Не рекомендуется использовать термин „емкость" для характеристики внутреннего пространства сосудов или аппаратов.

Не следует отождествлять разные понятия „плотность" и „удельный вес". Удельный вес определяется отношением веса, т. е. силы тяжести, к объему и, следовательно, зависит от ускорения свободного падения. Удельный вес может быть выражен как произведение плотности на ускорение свободного падения.

Введение моля как единицы количества вещества для любых частиц обязало ввести новый термин для обозначения массы вещества — „молярная масса", который также относится к любым видам частиц, причем численно молярная масса равна прежнему грамм-молю, но отличается от прежней величины размерностью. Так, грамм-моль NaOH составлял 40 г, а теперь масса равна 40 г/моль.

Концентрация веществ в течение многих лет выражалась в единицах масса/объем (г/л; мг/л и т. п.) или молярных или эквивалентных концентраций (грамм-моль/л; мг-эквивалент/л и т. п.). Переход на единицы международной системы единиц SI позволяет дать термину концентрации более четкое толкование. Концентрация вещества - отношение массы или количества этого вещества в системе к объему этой системы. Таким образом, концентрация не может быть выражена в процентах. Процентное выражение допустимо при рассмотрении относительного содержания вещества в системе, когда речь идет о массовой, молярной или объемной доле вещества.

В технической документации физические величины обозначают в виде символов. Однако нормативный документ, регламентирующий единые требования к их обозначению отсутствует. Для одной и той же величины могут быть использованы различные символы, и один и тот же символ может быть использован для обозначения различных величин. Например, символ ,,Р” используют для обозначения веса и электрической мощности. В технической документации встречаются неожиданные, часто произвольные обозначения, что мешает ее пониманию. Даже в стандартах одной системы - ГСИ - имеются несоответствия обозначений измеряемых величин. Для исключения различного толкования измеряемой величины в одном и том же документе для обозначения физических величин следует применять одни и те же символы.

При проверке правильности применения наименований и обозначений физических величин и их единиц следует руководствоваться ГОСТ 8.417—81 „ГСИ. Единицы физических величин", в котором узаконены единицы SI, а также единицы физических величин, допускаемые к применению наравне с единицами SI. Более полный перечень единиц Международной системы по разделам физики, а также порядок внедрения и применения их в СССР представлены в РД 50-160—79. Порядок внедрения и применения в СССР совокупности единиц физических величин в области ионизирующих излучений определяет РД 50—454—84, порядок перехода на Международную систему единиц в областях измерения силы, давления и теплофизических измерений устанавливает МИ 221—80.

При проведении МЭ эксперт-метролог может руководствоваться также НТД, устанавливающими перечень единиц физических величин, подлежащих применению в отрасли. Например, МУ 6-30-18-81 „Методические указания. Применение единиц физических величин в химической промышленности и в промышленности по производству минеральных удобрений", СН 528-80 „Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве".

В связи с внедрением SI возникает потребность пересчета значений физических величин. Различная степень округления пересчетного коэффициента влияет на погрешность пересчета. Значения пересчетных коэффициентов должны быть оптимальными в зависимости от требуемой точности. Предположим, что погрешность определения давления, измеряемого в мм вод. ст. составляет ±0,5 %. Пересчетный коэффициент равен 9,80665 (точно). Погрешность, вносимая округлением до значения 9,8 составляет 0,07 %, а до 10,0 - 1,97 %. Поскольку погрешность определения давления ±0,5 %, то округление коэффициента до значения 10,0 не допустимо, а до 9,8 вполне приемлемо, так как погрешность за счет округления (0,07 %) значительно меньше погрешности определения давления.

При применении единиц физических величин в технической документации следует руководствоваться определенными правилами написания наименований и обозначений единиц.

В наименованиях единиц площади и объема применяются прилагательные „квадратный" и „кубический", например, квадратный метр, кубический миллиметр. Эти же прилагательные применяются и в случае, когда единица площади или объема входит в производную единицу другой величины: кубический метр в секунду (единица объемного расхода), кулон на квадратный метр (единица электрического смещения).

Если же вторая или третья степень длины не представляет собой площади или объема, то в наименовании единицы вместо слов „квадратный" и „кубический" должны применяться выражения „в квадрате" или „во второй степени", "в кубе" или "в третьей степени". Например, килограмм-метр в квадрате в секунду (единица момента количества движения), метр в третьей степени (единица момента сопротивления плоской фигуры).

Наименование единиц, помещенных в знаменателе, пишется с предлогом „на", по аналогии с наименованиями единиц ускорения - метр на секунду в квадрате, кинематической вязкости — квадратный метр на секунду, напряженности электрического поля - вольт на метр. Исключение составляют единицы величин, зависящих от времени в первой степени и характеризующих скорость протекания процесса. В этих случаях наименование единицы времени, помещаемой в знаменателе, пишется с предлогом „в", по аналогии с наименованиями единиц скорости - метр в секунду, угловой скорости - радиан в секунду.

Наименование единиц, образующих произведение, при написании соединяются дефисом, по аналогии с наименованиями единиц: ньютон-метр, ампер-метр квадратный.

При склонении наименований производных единиц, образованных как произведения единиц, изменяется только последнее наименование и относящееся к нему прилагательное „квадратный" или „кубический", например, момент силы равен пяти ньютон-метрам, магнитный момент равен трем ампер-метрам квадратным.

При склонении наименований единиц, содержащих знаменатель, изменяется только числитель, например, ускорение, равное пяти метрам в секунду в квадрате: удельная теплоемкость равная четырем десятым джоуля на килограмм-кельвин.

Для написания значений величин предусматривается применять обозначения единиц буквами или специальными знаками (. . .°, . . .', . . ."), причем устанавливаются два вида буквенных обозначений, международное и русское.

В печатных изданиях допускается применять либо международные, либо русские обозначения. Одновременное применение обоих видов обозначений в одном и том же издании не допускается.

Обозначения единиц должны печататься прямым шрифтом. Обозначения единиц следует применять после числового значения и помещать в строку с ними. Точка, как знак сокращения, в обозначениях не ставится. Обозначения единиц, названных в честь ученых, пишутся с прописной (заглавной) буквы.

Между последней цифрой числа и обозначением единицы следует оставлять пробел; например: 100 кВт; 80%: 20°С.

При наличии десятичной дроби в числовом значении величины обозначения единицы следует помещать после всех цифр:

Правильно

423,06 т; 423,06 м

Неправильно

423 т,06: 423 м, 06

При указании значений величины с предельными отклонениями следует заключать числовые значения с предельными отклонениями в скобки и обозначение единицы помещать после скобок или представлять обозначение единицы после числового значения величины и после ее предельного отклонения, например: (100,0±0,1) кг или 50 г±0,1 г.

При указании интервала числовых значений физической величины ее единицу указывают только после последней цифры, например, от 0,5 до 2,0 мм.

Если в тексте приводят ряд (группу) числовых значений, выраженных одной и той же единицей физической величины, то эту единицу указывают только после последней цифры, например, 5,9; 8,5; 10,0; 12,0 мм; 10Х Х10Х50мм; 20; 50; 100 кг.

К обозначениям единиц и их наименованиям нельзя добавлять буквы (слова), указывающие на физическую величину или на объект например, п. м. или пм (погонный метр); экм (эквивалентный квадратный метр); нм³ или Нм³ (нормальный кубический метр); % весовой (весовой процент) . Во всех этих случаях определяющие слова следует присоединять к наименованию величины, а единицу обозначать в соответствии со стандартом. Например, погонная длина 5 м; эквивалентная площадь 10 м²; объем газа (приведенный к нормальным условиям) 100 м³; массовая доля 10% и т. д.

Допускается применять обозначения единиц в заголовках граф таблиц, а также в пояснениях обозначений величин к формулам. Однако обозначения единиц не разрешается помещать в одной строке с формулами.

Правильно:

ν = 3,6 l/t, где ν - скорость, км/ч:

l - путь, м; t - время, с.

Неправильно:

ν =3-6 l/t, км/ч,

где l- путь, м; t-время в с.

Буквенные обозначения единиц, входящих в произведение следует отделять точками, как знак умножения, например, Н∙м; А∙м² ; Па∙с.

В буквенных обозначениях отношений единиц в качестве знака деления должна применяться только одна косая или горизонтальная черта. Допускается применять обозначения единиц в виде произведения единиц, возведенных в степени (положительные и отрицательные).

Правильно:

W m^-2K^-1; Bm m^-2K^-1

Неправильно:

W/m²/K

Если для одной из единиц, входящих в отношение, установлено обозначение в виде отрицательной степени, применять косую или горизонтальную черту не допускается.

Допускается применять сочетания специальных знаков . . .°, . . . % и ‰ с буквенными обозначениями единиц, например, . . °/с и т. д.

При образовании десятичных кратных и дольных единиц присоединение двух или более приставок подряд не допускается. Например, вместо микромикрофарад следует писать пикофарад. Приставку или ее обозначение следует писать слитно с наименованием единицы, в которой она присоединяется или с ее единицей.

Если единица образована как произведение или отношение единиц, приставку следует присоединять к наименованию первой единицы, входящей в произведение или отношение

Правильно:

килопаскаль - секунда на метр (кРа ∙s/m; КПа ∙ с/м)

Неправильно:

паскаль - килопаскаль на метр (Ра • ks/m; Па ∙ кс/м)

Допускается применять приставку во втором множителе произведения или в знаменателе лишь в обоснованных случаях, когда единица широко распространена, например, тонна-километр (t ∙km; т ∙км), ватт на квадратный сантиметр (W/сm²; Вт/см²), вольт на сантиметр (В/сm; В/см): ампер на квадратный миллиметр (A/mm²; А/мм²).

Выбор десятичной кратной и дольной единицы определяется удобством ее применения. Выбирают единицу, приводящую к числовым значениям величины, приемлемым на практике. В принципе кратные дольные единицы выбирают таким образом, чтобы числовые значения величины находились в диапазоне от 0,1 до 1000. В некоторых случаях целесообразно применять одну и ту же кратную или дольную единицу, например, в таблицах числовых значений для одной и той же величины или при сопоставлении этих значений в тексте.

В некоторых отраслях техники всегда используют одну и ту же кратную или дольную единицу. Например, в чертежах, применяемых в машиностроении, линейные размеры всегда выражают в миллиметрах.

Международные и русские обозначения относительных и логарифмических величин и их единиц следующие: процент (%), промилле (‰), миллионная доля (ррт, млн^-1), бел (В, Б), децибел (dB, дБ), октава (—, окт), декада (-, дек), фон (phon, фон).

- установление рациональной номенклатуры измеряемых (контролируемых) параметров

Для установления рациональной номенклатуры параметров, подлежащих контролю при изготовлении и эксплуатации изделий, конструктору (разработчику изделий), технологу (разработчику технологических процессов их изготовления) или эксперту (оценивающему рациональность выбранной номенклатуры) необходимо в общем случае располагать следующей информацией [27]:

1) значениями допускаемых значений (X_Hi, X_Bj) на те параметры, которые априорно предполагается оценивать при контроле изделий;

2) числовыми характеристиками распределений значений параметр-ров в пределах заданных допусков при серийном изготовлении изделий — средними значениями и средними квадратическими отклонениями от средних значений σ (Х_j);

3) видами законов распределения значений параметров;

4) данными о наличии корреляционных связей между параметрами и значениями попарных (r_ij) коэффициентов корреляции;

5) допускаемыми значениями вероятностей ошибок контроля первого (Р_1д) и второго (Р_2д) рода.

Естественно, на стадии проектирования изделий конструктор-разработчик не располагает столь исчерпывающей информацией. В частности, он не располагает данными о видах и характеристиках законов распределения значений параметров, зависящих от технологии изготовления изделий, и, лишь имея параметрическую модель изделия, может приближенно судить о степени коррелированности тех или иных его параметров. Поэтому на этой стадии, возможно, осуществить лишь приближенные расчеты (сделав ряд упрощающих допущений), которые по мере накопления статистических данных могут быть уточнены в процессе экспертизы конструкторско-технологической документации. Полезными здесь могут быть и данные об изготовлении аналогов, результаты имитационного моделирования на ЭВМ.

Простейшая реальная задача, решение которой необходимо для рационального выбора номенклатуры контролируемых параметров, исключения избыточных параметров при разработке и экспертизе нормативных документов заключается в следующем: требуется определить вероятность того, что если измеренное в процессе контроля изделия значение параметра Х₁ (Х₂) лежит в границах заданных допусков, то и значение параметра Х₂ (Х₁) также лежит в границах заданных для него допусков.

События, соответствующие наименьшему значению этой вероятности, определяются неравенствами

Х_Н2(Х_Н1) ≤ Х₂ (X₁) ≤ Х_В2(Х_В1) / Х₁ (Х₂) = Х_Н1 (Х_Н2); ………………(3.1)

Х_Н2(Х_Н1) ≤ Х₂ (X₁) ≤ Х_В2(Х_В1) / Х₁ (Х₂) = Х_В1 (Х_В2); (3.2)

Это означает, что значение параметра Х₂ (или Х₁) находится в пределах заданных допусков Х_н2 (или Х_н1), Х_в2 (или Х_в1), когда измеренное значение другого параметра Х₁ (или Х₂) лежит на нижней (1) или верхней (2) границах допусков.

Общим принципом решения указанной задачи является определение условных вероятностей

Р₁₁ (X_H₂) ≤ X₂ ≤ X_B₂/X₁=X_Н1;

Р₁₂ (X_H₂ ≤ X₂ ≤ X_B₂/X₁=X_В1)

или

Р₂₁ (X_H₁ ≤ X₁ ≤ X_B₁/X₂=X_Н2);

Р₂₂ (X_H₁ ≤ X₁ ≤ X_B₁/X₂=X_В2);

Если полученные значения вероятностей Р₁₁ и Р₁₂ больше или равны Допускаемому значению P_д, то целесообразно осуществлять контроль лишь параметра X₁ не контролируя параметр Х₂, т. е. параметр Х₂ из рационализированной номенклатуры исключается. Если Р₂₁ и Р₂₂ больше или равны Р_Д, то исключается параметр Х₁ . Значение Р_Дможет принято равным P_Д = 1 - Р₂, где Р₂ - вероятность ошибки контроля второго рода исключаемого параметра. Вероятность ошибки контроля первого рода при этом можно не учитывать, так как при выходе значении оставшегося контролируемого параметра за границы допусков изделие уже будет забраковано.

Для анализа избыточности номенклатуры контролируемых параметров необходимо оценить следующие условные вероятности P⁺₁₁; Р⁺₁₂; Р⁺₂₁; Р⁺₂₂ при положительной корреляции и P^-₁₁; Р^-₁₂; Р^-₂₁; Р^-₂₂ при отрицательной.

Каждая из этих вероятностей сравнивается с Р_д. Если и P⁺₁₁ (P^-₁₁) и Р ⁺₁₂ (Р^-₁₂) больше Р_Д, то параметр Х₂ является избыточным (так как с вероятностью, большей P_Д, изделие будет правильно признано годным по этому параметру, если по результатам контроля оно признано годным по параметру Х₁) и из рационализированной номенклатуры исключается; если же (P⁺₂₁) и Р^-₂₁ (Р⁺₂₂) больше Р_д, то избыточным является параметр Х₁. В ряде случаев может оказаться, что все вероятности Р₁₁, Р₁₂, Р₂₁, Р₂₂ больше Р_д. Тогда вопрос об исключении решается, исходя из технико-экономических соображений, например, путем сопоставления, сложности или стоимости процессов контроля.

Конечно, рассмотренный статистический прием анализа избыточности номенклатуры измеряемых (контролируемых) параметров не решает в полной мере проблемы их рационального выбора. Что необходимо измерять и какой целью - решают конструктор на стадии проектирования изделий и технолог при разработке технологических процессов их изготовления. При этом выбираемые для измерений или контроля параметры должны реально и однозначно отражать интересующие их свойства изделий или процессов, т. е. являться параметрами физических или математических моделей объектов и их свойств.

Помимо указанного метода, для обоснованного выбора контролируемых параметров технологических процессов применяют методы планирования эксперимента .

Задача оптимизации при планировании эксперимента заключается в нахождении совокупности варьируемых факторов, при которых выбранная целевая функция (параметр оптимизации) принимает экстремальное значение. Выбор номенклатуры контролируемых параметров заключается в нахождении значимых факторов, определяющих ход технологического процесса с целью их последующего систематического контроля и сокращения до минимума при обеспечении высокого качества показателей качества продукции.

За параметр оптимизации принимают показатель качества детали, сборочной единицы или технологического процесса по каждой операции отдельно а выбор контролируемых параметров заключается в разработке метода определения коэффициентов влияния параметров на показатель параметра оптимизации.

Вычисление коэффициентов влияния связано с построением математической модели и проверкой ее адекватности.

За фактор принимают контролируемую переменную объекта, т. е. величину, характеризующую то или иное свойство процесса или режим работы какою-либо устройства, установки и являющуюся основным показателем этого устройства. Эта величина, числовое значение которой измеряется в пределах (границах) изменения, должна влиять на параметр оптимизации.

Границы изменения факторов объекта определяют так, чтобы обеспечить условия физической реализации переменных факторов, т. е. нормальный ход технологического процесса с ожидаемым показателем параметра оптимизации. Связь параметра оптимизации Y с технологическими факторами процесса X_l Х₂, . . . , Х_к в общем виде записывают как Y = f(X₁, X₂,..., Х_к), где к - количество факторов.

После выбора управляемых факторов технологического процесса и параметра оптимизации детали или сборочной единице проводят подготовку к проведению полного или дробного факторного эксперимента. Составляя план матрицы планирования эксперимента, можно подсчитать коэффициенты факторов процесса или параметров уравнения регрессии (модели) Y = b_o +b₁X₁ + b₂Х₂ + b₃Х₃ + ... + b_к Х_к.

В математическую модель технологического процесса включают только значимые коэффициенты и получают уравнение регрессии в виде Y = b_o +b₁X₁ + b₂Х₂ + b₃Х₃ + ... + b_к Х_к. где Y — математическое ожидание показателя параметра оптимизации; b_i — коэффициенты параметров модели; Х_i - факторы процесса.

Значимость коэффициентов регрессии определяют по критерию Стьюдента, сравнивая его расчетное значение с табличным, при заданной вероятности и числе степеней свободы. Если расчетное значение критерия Стьюдента больше табличного, то коэффициент признается значимым.

Выбор контролируемых параметров осуществляется по результатам оценки коэффициентов влияния (чувствительности) параметра процесса, определяющих чувствительность процесса к изменению интервала варьирования факторов. По коэффициентам влияния устанавливают допуски факторов.

Если все коэффициенты регрессии значимы, то все факторы (параметры) технологического процесса следует контролировать. Факторы (параметры), соответствующие незначимым коэффициентам, не контролируют. Если же все коэффициенты регрессии незначимы, то увеличивают интервалы варьирования факторов (параметров) и проводят дополнительный эксперимент.

- установление полноты и правильности требований к средствам измерений

Для более полного использования возможностей СИ необходимо сформулировать требования к их свойствам, выполнение которых во многом определяет качество измерительной информации, получаемой с помощью средств и методов измерений.

Важнейшими свойствами СИ являются свойства, определяющие точность результатов измерений. Поэтому при рассмотрении требований к СИ анализируют, прежде всего, соответствие точности СИ требуемым значениям показателей точности измерений.

Требования к СИ достаточны, если указан диапазон измерений и установлены требования ко всем метрологическим характеристикам СИ, оказывающим влияние на погрешность измерений.

При МЭ технической документации (технологической и ряда конструкторских документов, а также документации, регламентирующей МВИ, отчеты НИР и др.) эксперт устанавливает, прежде всего, полноту сведений о СИ.

Наиболее часто в документации указывают: наименование и тип рекомендуемого СИ; НТД на это СИ; основные метрологические характеристики СИ. Эти характеристики должны указываться в объеме, обеспечивающем возможность выбора конкретного типа СИ (если он не указан) или замену СИ данного типа на другое,без ухудшения показателей точности измерений.

Для серийно выпускаемых СИ указывают ГОСТ или ТУ и, при необходимости, дополнительные данные (тип, условное обозначение, верхний предел измерений, цена деления и т. д.), которые в сочетании с документом определяют требования к СИ. Например, при контроле диаметра вала в операционной карте технического контроля указан штангенциркуль ШЦ 11-160-0,05 по ГОСТ 166-80. Для указанных в документации НСИ приводят обозначение основного конструкторского документа или чертеж.

Если показатели точности измерений найдены при условии использования конкретного экземпляра СИ, то должен быть указан номер этого экземпляра СИ. Например, в документации на МВИ указан фотоэлек-троколориметр ФЭК-5М № 7303213.

В проверяемой документации нередко приводится неполное или неправильное обозначение СИ или даются ссылки на отмененные стандарты. Так, в технологическом процессе на приемочные испытания электроизделия для измерения сопротивления изоляции при 500 В разработчиком назначен мегомметр М 4001/1-5. Данное обозначение распространяется на модификацию от 1 до 5, где м (модификация 1 рассчитана на измерение сопротивления при 100 В, 2 - при 250 В, 3 - при 500 В и т. д. Следовательно, приведенное указание мегаомметра нечеткое и необходимо записать „ . .. мегаомметр типа М 4001/3".

В документации на методики выполнения физико-химических измерений при определении массы исследуемого образца были указаны требования к СИ „ ... весы технические 3-го класса". В данном случае следовало записать „ . . . весы лабораторные 3-го класса точности по ГОСТ 24104-88. Верхний предел измерений 1 кг. Цена деления 10 мг, погрешность из-за неравноплечести не более 10 мг".

Указанные в документации СИ должны быть по возможности стандартизованными, унифицированными и автоматизированными, обеспечивающими необходимую производительность измерений. Серийно выпускаемые СИ должны пройти государственные испытания, в соответствии с ГОСТ 8.001-80 „ГСИ. Организация и порядок проведения государственных испытаний средств измерений", занесены в Госреестр и выпускаются промышленностью. Поэтому эксперту необходимо проверить, все ли рекомендуемые в документации СИ выпускаются промышленностью. При этом используются информация Госреестра (сборник „Средства измерений, допущенные к выпуску в обращение, в СССР"), другие информационные материалы Госстандарта СССР о СИ (например, журнал «Измерительная техника», сборники, выпускаемые Издательством стандартов), отраслевые каталоги, номенклатурные перечни СИ, выпускаемые отдельными приборостроительными предприятиями. Например, в Министерстве станкостроительной и инструментальной промышленности выпускается справочник „Специализация инструментальных заводов на ... годы. Средства измерений линейных и угловых размеров в машиностроении".

При анализе указанных в документации НСИ устанавливают, прежде всего, необходимость их разработки и возможность их замены серийно выпускаемыми СИ. Требования к НСИ регламентируют ГОСТ 8.326-84 «ГСИ. Метрологическая аттестация средств измерений».

Эксперт проверяет также соответствие условий применения СИ условиям измерений. Значения внешних влияющих величин не должны выходить за границы рабочих областей значений по документации на СИ.

Указанные в документации СИ должны быть на предприятии (или предусмотрено их приобретение). Недопустимо рекомендовать к применению СИ, снятое с производства или СИ, вопрос о производстве которого еще не решен.

Все применяемые СИ должны быть обеспечены ведомственной или государственной поверкой в соответствии с ГОСТ 8.513-84 „ГСИ. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения".

При выборе СИ не следует без должного обоснования выбирать слишком сложные и дорогие. Например, в документации было указано: при контроле напряжения (2±0,5) В использовать вольтметр В7-16А (с цифровой индикацией). При анализе выявлено, что можно использовать более дешевый и простой в эксплуатации ламповый вольтметр ВЦ-15, который вполне обеспечит требуемую точность измерений.

При контроле напряжения в двух точках применялся вольтметр В7-16, который по очереди подключался к этим точкам. Использование вольтметра В7-21, который по точности удовлетворяет требованиям задачи, но имеет два входа, повысит производительность измерений.

При анализе метрологических требований к СИ следует руководствоваться такими основополагающими документами ГСИ, как ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений»; ГОСТ 8.401-80 «ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие положения». К группе стандартов, устанавливающих метрологические требования к СИ, относятся также ГОСТ 8.251-77 «ГСИ. Анализаторы статистических характеристик. Нормируемые метрологические характеристики», ГОСТ 8.256-77 «ГСИ. Нормирование и определение динамических характеристик аналоговых средств измерений. Основные положения».

При рассмотрении требований к СИ следует учитывать не только метрологические, но и другие показатели: производительность, уровень автоматизации, совместимость с другими СИ и средствами автоматизации, надежность. Эти требования устанавливаются в системах стандартов приборостроения, стандартах общих технических требований к средствам измерений.

- метрологические характеристики средств измерений

Метрологические характеристики средств измерений - характеристики свойств СИ, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений.

На основе нормированных метрологических характеристик СИ при проведении МЭ можно решать ряд важных задач: определять погрешность результата измерения; выбирать СИ по известным условиям реализации измерительного процесса и требуемой точности; сравнивать СИ различных типов; оценивать погрешности сложных измерительных систем и др.

При задании требований к СИ в технической документации указывают метрологические характеристики СИ или документ (ГОСТ, ТУ и др.), содержащий сведения о них. При МЭ необходимо проверить полноту и правильность регламентированных установленных метрологических характеристик СИ.

Нормированные метрологические характеристики выражаются в такой форме, чтобы можно было обоснованно решать изложенные задачи и одновременно достаточно просто осуществлять контроль средств измерений на соответствие нормированных характеристик. Кроме того, целесообразно нормировать комплекс метрологических характеристик, который, с одной стороны, не должен быть чрезмерно большим, а с другой, — каждая из нормируемых характеристик должна отражать конкретные физические свойства СИ.

При рассмотрении требований к нормируемым метрологическим характеристикам СИ следует учитывать, что метрологические свойства экземпляра СИ определенного типа отличаются от метрологических свойств совокупности средств измерений того же типа. Например, для данного СИ систематическая погрешность является детерминированной величиной, для типа СИ - случайной величиной, меняющаяся от экземпляра к экземпляру СИ данного тина.

При нормировании метрологических характеристик СИ необходимо обеспечить возможность оценки метрологических свойств, как типа, так и конкретных экземпляров СИ.

ГОСТ 8.009-84 дает обоснованный подход к оценке метрологических свойств средств измерений, к нормированию метрологических характеристик: Стандарт устанавливает номенклатуру нормируемых характеристик СИ, которые независимо от вида измеряемых величин и принципов действия СИ необходимы для обоснованной оценки погрешности измерения, производимые в известных условиях как в статическом, так и в динамических режимах, а также способы нормирования и формы их представления.

Погрешность измерений может быть определена по метрологическим характеристикам СИ лишь как объединение определенных составляющих. Наиболее типичны из них следующие четыре составляющие:

- погрешность, обусловленная неидеальностью собственных свойств СИ, т. е. отличием номинальной характеристики преобразования СИ в нормальных условиях от реальной характеристики преобразования или для меры — отличием номинального значения выходной величины меры в нормальных условиях от действительного значения этой величины. Эта составляющая называется основной погрешностью средств измерений;

- погрешность, обусловленная реакцией СИ на изменение влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала относительно их нормальных значений. Эта составляющая зависит как от свойств СИ, так и от изменений влияющих величин и называется дополнительной погрешностью ;

- погрешность, обусловленная реакцией СИ на скорость (частоту) изменения входного сигнала. Эта составляющая, определяющая динамическую погрешность, зависит как от свойств (инерционности) СИ, так и от частотного спектра изменяющегося во времени входного сигнала;

- погрешность, обусловленная мощностью, потребляемой средством измерений от объекта измерений. Подключение СИ к объекту измерения во многих случаях приводит к изменению значения измеряемой величины. Эта составляющая зависит как от свойств СИ, так и объекта измерения.

Номенклатура метрологических характеристик предусматривает следующие группы:

характеристики, предназначенные для определения результата измерений (функция преобразования измерительного преобразователя; номинальное значение мер; цена деления шкалы измерительного прибора; вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода цифрового прибора);

характеристики погрешностей СИ (суммарная погрешность; систематическая и случайная составляющая погрешности; вариация - погрешность вследствие гистерезиса);

характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам (функция влияния: характеристики изменения метрологической характеристики, вызванных изменениями влияющих величин);

динамические характеристики — характеристики динамических свойств средств измерений, отражающих зависимость выходного сигнала от изменяющегося во времени входного сигнала (полные характеристики - переходная, импульсная, амплитудно-фазовые, амплитудно-частотная и фазочастотная; частные характеристики: время установления показания прибора, время реакции и др.);

характеристики свойств средств измерений, влияющие на погрешность из-за взаимодействия средств измерений (входные и выходные импедансы).

В стандарте для каждой характеристики установлены способы нормирования и формы представления, приведены рекомендации по выбору комплексов метрологических характеристик для конкретных типов СИ (они должны быть достаточны для определения результатов измерений и расчетной оценки с требуемой точностью характеристик инструментальной составляющей погрешности в реальных условиях применения СИ). Для реализации этого положения приняты две модели погрешности СИ: первая представляет собой объединение систематической, случайной составляющих основной погрешности, вариации, дополнительных и динамической погрешностей; а вторая — объединение основной (без разделения на случайную и систематическую составляющую), дополнительных и динамических погрешности.

С целью облегчения выбора комплексов метрологических характеристики в ГОСТ 8.009—84 рекомендованы критерии существенности отдельных составляющих погрешностей и критерии рациональности метрологических характеристик:

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

- определение целесообразности обработки на ЭВМ результатов измерений, наличия стандартных или специальных программ обработки и соответствия требованиям, предъявляемым к обработке результатов измерений (округление, разрядность и т. п.), а также к формам представления результатов измерений, контроля и испытаний.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 678; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!