Основные понятия и определения метрологии

Введение

Инструментами обеспечения качества продукции, работ и услуг являются стандартизация, метрология и сертификация.Для всех стран, независимо от зрелости рыночной экономики, актуальна проблема качества. Чтобы стать участником мирового хозяйства и международных экономических отношений необходимо совершенствование национальной экономики с учетом мировых достижений и тенденций.Переход России к рыночной экономике определяет новые условия для деятельности отечественных фирм, предприятий и организаций, как на внутреннем, так и на внешнем рынке.Закон РФ «О защите прав потребителей», «О стандартизации», «О сертификации продукции и услуг», «Об обеспечении единства средств измерений» создали необходимую правовую базу для внесения существенных новшеств в организацию этих важнейших для экономики областей деятельности.На сегодняшний день производитель и его торговый посредник, стремящиеся поднять репутацию торговой марки, победить в конкурентной борьбе, выйти на мировой рынок, заинтересованы в выполнении как обязательных, так и рекомендуемых требований стандарта. В этом смысле стандарт приобретает статус рыночного стимула. Таким образом, стандартизация является инструментом обеспечения не только конкурентоспособности, но и эффективного партнерства изготовителя, заказчика и продавца на всех уровнях управления.1. Основные понятия и определения метрологииМетрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность.Метрология изучает:- методы и средства для учета продукции по следующим показателям: длине, массе, объему, расходу и мощности;- измерения физических величин и технических параметров, а также свойств состава веществ;- измерения для контроля и регулирования технологических процессов.Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разное время, с использованием различны методов и средств измерений, а также в различных по территориальному расположению местах.Единство измерений обеспечивается их свойствами: сходимостью результатов измерений; воспроизводимостью результатов измерений; правильностью результатов измерений.1.1Классификация измеренийПо характеристике точности:- Равноточные измерения – ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений, обладающих одинаковой точностью, в идентичных исходных условиях;- Неравноточные измерения - ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений, обладающих одинаковой точностью, в идентичных исходных условиях.По методам получения результатов измерения делятся на:- Прямые – когда физическая величина непосредственно связывается с ее мерой;- Косвенные – когда искомое значение измеряемой величины установлено по результатам прямых измерений величин, которые связаны с искомой величиной известной зависимостью;- Совокупные – когда используются системы уравнений, составляемых по результатам измерения нескольких однородных величин.- Совместные – производятся с целью установления зависимости между величинами. При этих измерениях определяется сразу несколько показателей.По типу изменения измеряемой величины:- Статические – связаны с определением характеристик случайных процессов => необходимое количество измерений определяется статическими способами.- Динамические – связаны с такими величинами, которые в процессе измерений меняются (t окружающей среды).По количеству измерений:- Однократные;- Многократные (> 3);По способу представления результата:- Абсолютные - (используют прямое измерение одной основной величины и физической константы).- Относительные – базируются на установлении отношения измеряемой величины, применяемой в качестве единицы. Такая измеряемая величина зависит от используемой единицы измерения2. Виды погрешностейСогласно принципу зависимости от формы погрешности измерения могут быть: абсолютными, относительными и приведенными.По признаку зависимости от характера проявления, причин возникновения и возможностей устранения погрешности измерений могут быть составляющими. При этом различают следующие составляющие погрешности: систематические и случайные.Систематическая составляющая остается постоянной или меняется при следующих измерениях того же самого параметра.Случайная составляющая изменяется при повторных изменениях того же самого параметра случайным образом. Обе составляющие погрешности измерения (и случайная, и систематическая) проявляются одновременно. Причем значение случайной погрешности не известно заранее, поскольку оно может возникать из-за целого ряда неуточненных факторов Данный вид погрешности нельзя исключить полностью, однако их влияние можно несколько уменьшить, обрабатывая результаты измерений.Систематическая погрешность, и в этом ее особенность, если сравнивать ее со случайной погрешностью, которая выявляется вне зависимости от своих источников, рассматривается по составляющим в связи с источниками возникновения.Составляющие погрешности могут также делиться на: методическую, инструментальную и субъективную. Субъективные систематические погрешности связаны с индивидуальными особенностями оператора. Такая погрешность может возникать из-за ошибок в отсчете показаний или неопытности оператора. В основном же систематические погрешности возникают из-за методической и инструментальной составляющих. Методическая составляющая погрешности определяется несовершенством метода измерения, приемами использования СИ, некорректностью расчетных формул и округления результатов. Инструментальная составляющая появляется из-за собственной погрешности СИ, определяемой классом точности, влиянием СИ на итог и разрешающей способности СИ. Есть также такое понятие, как <грубые погрешности или промахи>, которые могут появляться из-за ошибочных действий оператора, неисправности СИ или непредвиденных изменений ситуации измерений. Такие погрешности, как правило, обнаруживаются в процессе рассмотрения результатов измерений с помощью специальных критериев. Важным элементом данной классификации является профилактика погрешности, понимаемая как наиболее рациональный способ снижения погрешности, заключается в устранении влияния какого-либо фактора.Выделяют следующие виды погрешностей:· абсолютная погрешность;· относительна погрешность;· приведенная погрешность;· основная погрешность;· дополнительная погрешность;· систематическая погрешность;· случайная погрешность;· инструментальная погрешность;· методическая погрешность;· личная погрешность;· статическая погрешность;· динамическая погрешность.Погрешности измерений классифицируются по следующим признакам.По способу математического выражения погрешности делятся на абсолютные погрешности и относительные погрешности.По взаимодействию изменений во времени и входной величины погрешности делятся на статические погрешности и динамические погрешности.По характеру появления погрешности делятся на систематические погрешности и случайные погрешности.По характеру зависимости погрешности от влияющих величин погрешности делятся на основные и дополнительные.По характеру зависимости погрешности от входной величины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные.Абсолютная погрешность - это значение, вычисляемое как разность между значением величины, полученным в процессе измерений, и настоящим (действительным) значением данной величины.Абсолютная погрешность вычисляется по следующей формуле:ДQn =Qn*ДQ0,где ДQn - абсолютная погрешность;Qn - значение некой величины, полученное в процессе измерения;Q0 - значение той же самой величины, принятое за базу сравнения (настоящее значение).Абсолютная погрешность меры - это значение, вычисляемое как разность между числом, являющимся номинальным значением меры, и настоящим (действительным) значением воспроизводимой мерой величины.Относительная погрешность - это число, отражающее степень точности измерения.Относительная погрешность выражается в процентах.Приведенная погрешность - это значение, вычисляемое как отношение значения абсолютной погрешности к нормирующему значению.Погрешность измерения включает в себя инструментальную погрешность, методическую погрешность и погрешность отсчитывания. Причем погрешность отсчитывания возникает по причине неточности определения долей деления шкалы измерения.Инструментальная погрешность - это погрешность, возникающая из-за допущенных в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок.Методическая погрешность - это погрешность, возникающая по следующим причинам:1) неточность построения модели физического процесса, на котором базируется средство измерения;2) неверное применение средств измерений.Субъективная погрешность - это погрешность возникающая из-за низкой степени квалификации оператора средства измерений, а также из-за погрешности зрительных органов человека, т. е. причиной возникновения субъективной погрешности является человеческий фактор.Погрешности по взаимодействию изменений во времени и входной величины делятся на статические и динамические погрешности.Статическая погрешность - это погрешность, которая возникает в процессе измерения постоянной (не изменяющейся во времени) величины.Динамическая погрешность - это погрешность, численное значение которой вычисляется как разность между погрешностью, возникающей при измерении непостоянной (переменной во времени) величины, и статической погрешностью (погрешностью значения измеряемой величины в определенный момент времени).По характеру зависимости погрешности от влияющих величин погрешности делятся на основные и дополнительные.Основная погрешность - это погрешность, полученная в нормальных условиях эксплуатации средства измерений (при нормальных значениях влияющих величин).Дополнительная погрешность - это погрешность, которая возникает в условиях несоответствия значений влияющих величин их нормальным значениям, или если влияющая величина переходит границы области нормальных значений.Нормальные условия - это условия, в которых все значения влияющих величин являются нормальными либо не выходят за границы области нормальных значений.Рабочие условия - это условия, в которых изменение влияющих величин имеет более широкий диапазон (значения влияющих не выходят за границы рабочей области значений).3. Виды законов распределения случайных величин применительно к погрешностямПонятие случайной величины является основным в теории вероятностей и ее приложениях. Случайными величинами, например, являются число выпавших очков при однократном бросании игральной кости, число распавшихся атомов радия за данный промежуток времени, число вызовов на телефонной станции за некоторый промежуток времени, отклонение от номинала некоторого размера детали при правильно налаженном технологическом процессе и т. д.Таким образом, случайной величиной называется величина, которая в результате опыта может принимать то или иное значение, причем заранее известно какое именно.Нормальное распределениеРасчет вероятностей по формуле биномиального распределения при больших n очень громоздок. При этом значении m прерывны, и нет возможности аналитически отыскать их сумму в некоторых границах. Лаплас нашел закон распределения, являющийся предельным законом при неограниченном возрастании числа испытаний n и называемый законом нормального распределения.Плотность вероятности нормального распределения выражается при этом формулой:где t представляет собой нормированное отклонение частоты т от наиболее вероятной частоты nр, т. е.  — среднее квадратическое отклонение случайной переменной m. Графическое изображение плотности распределения f(t) дает кривую нормального распределения (см. график 6).Максимальная ордината кривой соответствует точке m=nр, т. е. математическому ожиданию случайной переменной m; величина этой ординаты равна .Для практического нахождения вероятностей используют таблицу значений f(t).Биномиальное распределениеЕсли производится n независимых испытаний, в каждом из которых вероятность появления данного события А есть величина постоянная, равная р, и, следовательно, вероятность непоявления события А также постоянна и равна q=1—р, то число появлений события А во всех n испытаниях представляет собой случайную переменную. Вероятность того, что событие А появится в n испытаниях m раз, равна:т. е. m+1, члену разложения бинома  Здесь q+p=1 и, следовательно,   —число сочетаний из n элементов по m. Теорема верна для любых m, в том числе и для m = 0 и m=n. Вероятность  появления события А образует распределение вероятностей случайной переменной m.Ввиду того что вероятности  связаны с разложением бинома  распределение случайной переменной m называется биномиальным распределением. Биномиальное распределение является распределением дискретной случайной переменной, поскольку величины m могут принимать только вполне определенные целые значения.График биномиального распределения, на котором по оси абсцисс откладываются числа наступлений события, а по оси ординат — вероятности этих чисел, представляет собой ломаную линию. Форма графика зависит от значений р, q и n.Если р и q одинаковы, то график распределения симметричен. Если же р и q неодинаковы, то график распределения будет скошенным.Одна из частот на графике имеет максимальное значение. Это наиболее вероятная частота. Ее значение можно определить приближенно, аналитически как произведение nр.Найдем вероятности числа наступления события А при 20 испытаниях при p = 0,1 и р = 0,4 и построим график их распределений.4. Эссе о необходимости стандартизации для обеспечения заданного качества изделий Стандартизация регулирует решение важных задач с точки зрения государства, производителя и потребителя:Стандартизация регламентирует безопасность для населения, окружающего мира, имущества. Существуют стандарты на пищевую продукцию, в которых описывается состав товара и нормы по технологии его производства (например, ГОСТ 31721-2012 Шоколад. Общие технические условия); стандарты на повседневные предметы быта человека (например, ГОСТ 15.007-88 Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция легкой промышленности. Основные положения.); стандарты для машиностроительного комплекса (например, ГОСТ 32602-2014 Правила расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при механической обработке металлов на основе удельных показателей) и другие. Совокупность, применяемых стандартов при изготовлении конкретного товара или услуги, гарантирует обеспечение безопасности для предотвращения природных и техногенных катастроф.Стандартизация вносит ясность и последовательность в производственные и технические процессы, а также в отношения между государством, изготовителем, продавцом, покупателем и другими.Стандартизация обеспечивает конкурентоспособность предприятий в разных отраслях и взаимозаменяемость продуктов. Как правило, компании придерживающие введение у себя на предприятии стандарты наблюдают повышение уровня продаж и качества обслуживание клиентов.Стандартизация – залог качества. Если Вы покупаете товар, на котором написано, что все изготовлено по ГОСТ – значит, процесс производства контролирует государство. Качество товаров, услуг стабилизирует и повышает уровень жизни населения.Стандартизация устанавливает нормы по кодированию и классификации информации, товаров и услуг, что приводит к упорядоченности и унифицированности в экономике и системе документации, что приводит к технической и информационной совместимости процессов, товаров, работ, услуг.Стандартизация обеспечивает содействие технических регламентов, что упрощает контроль государства за разными отраслями промышленности, устраняет барьеры между производителем, продавцом и другими заинтересованными сторонами.Станндартизация регламентирует условия труда человека, что приводит, при соблюдении норм, к здоровому населению страны.Стандартизация упрощает все стадии жизненного цикла продукта: проектирование, конструирование, производство, транспортировку, хранение, эксплуатацию, ремонт, утилизацию.Сблиижение российской системы стандартизации с международными нормами и правилами способствует развитию экспорта и импорта между государствами. Обмен опытом и технологиями предусматривает развитие экономики и дополнительное повышение качества товара.Стандартизация экономит материальные, энергетические, трудовые ресурсы и сокращает временные потери.Важным является то, что аппарат системы стандартизации постоянно совершенствуется и адаптируется под общество во всех сферах: политической, экономической, социальной и духовной.Таким образом, стандартизация является инструментом обеспечения качества продукции и услуг; гарантом выгодных, законных и продуктивных взаимоотношений между объектами экономики.Стандартизация - это возможность:• экономить время и материальные средства за счет применения уже разработанных типовых ситуаций, технологий и объектов;• повысить надежность, живучесть изделия или результатов расчетов, поскольку применяемые технические решения уже неоднократно проверены на практике;• упростить оказание услуг населению государства, сделать их качественными и дать гарантию безопасности.

Заключение

Рассмотрев содержание метрологии в целом как раздела науки, посвященной обеспечению единства измерений, становится очевидным, что мы имеем дело в основном с понятиями физики, поскольку под единицами величины всегда подразумевались величины физические. Можно сказать, что любая наука должна включать в себя измерительные процедуры. В самом деле, многие современные области науки обратились к измерению физических величин. Без измерений физических величин немыслима современная химия, биология, медицина, экология и целый ряд других наук, в развитии которых необходимо размышлять о природе вещей.