Курс лекцій «Основи метрології, стандартизації та сертифікації» призначений для студентів другого курсу спеціальності «Програмування обчислювальних систем». Лекції знайомлять майбутніх програмістів з основними поняттями:
метрології та забезпечення єдності вимірювань, класифікації та забезпечення єдності термінології,
стандартизації та нормативними методами управління виробництвом, сертифікації.
Особливу увагу приділено питанням застосування методів стандартизації в програмуванні. Окремі глави присвячені постановці завдання на програмування і розробки комплекту програмної документації. Наведені приклади оформлення програмної документації відповідно до вимог Єдиної системи програмної документації (ЕСПД).
Предмет, який ми будемо вивчати, називається «Метрологія, стандартизація та сертифікація». Це дуже короткий, ознайомлювальний курс. Його мета - дати Вам основні уявлення про проблеми і методи стандартизації.
• Ми познайомимося з поняттям «Єдність вимірювань» і методами його забезпечення.
• Розглянемо проблеми забезпечення єдності термінології, стандартні прийоми організації даних і програмування, що забезпечують єдність термінології в інформаційних системах.
• Обговоримо проблеми забезпечення сумісності і на прикладі модульного принципу розробки програм розглянемо основні проблеми і прийоми забезпечення сумісності виробів.
• Розглянемо проблему підтвердження безпеки і якості продукції і вивчимо основні види сертифікації.
У вас відразу виникає питання: «Навіщо програмісту потрібно розбиратися у всіх цих премудростях?» Програмування в усьому світі відноситься до так званих «високих технологій». Програмний продукт є, мабуть, самим сучасним видом продукції, що увібрали в себе працю висококваліфікованих розробників обчислювальної техніки, операційних систем, базового програмного забезпечення і прикладних програмістів. Для організації виробництва і використання програм, координації діяльності всіх учасників даного процесу широко застосовуються досліджувані нами методи. Таким чином, програміст не знайомий хоча б з основними поняттями метрології, стандартизації та сертифікації не може вважатися кваліфікованим фахівцем.
Метрологія - наука про вимірювання. В її завдання входять: пошук методів вимірювання цікавлять нас характеристик, забезпечення порівнянності і достовірності результатів вимірювань. З причини величезної практичної значущості розв'язуваної метрологією проблем, метрологічні служби є практично на кожному підприємстві. Для організації їх взаємодії в Росії діє Державна система забезпечення єдності вимірювань (ГСИ)
Навіщо потрібна єдність вимірювань?
Розглянемо конкретну задачу. Ми проектуємо автоматизовану систему управління підприємством (АСК). Перший етап - автоматизація складу готової продукції. Програма повинна дозволяти враховувати всю вироблену продукцію, простежувати шляхи її розподілу і використання (продажу, внутрішнє використання, зберігання і т.д.).
Одна з головних задач АСУ - баланс виготовлення і використання (вся виготовлена продукція повинна бути якось використана). Однак у нас постійно виходить невідповідність обсягів виготовленої і використаної продукції (то однією більше, то інший).
В чому справа? При надходженні на склад ми фіксуємо обсяг продукції (наприклад,
її масу), по вимірах, зроблених в цехах. А при відпустці користуємося вагами, що знаходяться на складі. Якщо не вжити спеціальних заходів, результати цих вимірювань можуть виявитися несумісними!
Порівнянними називаються результати вимірювань, з якими можна звертатися як з числами (складати, віднімати). При цьому сума частин повинна дорівнювати цілому.
Як забезпечити єдність вимірювань?
Як забезпечити порівнянність наших вимірів?
Можна відмовитися від застосування різних ваг і зважувати всі на одних. Але це страшенно не зручно і дуже дорого!
Можна поставити ваги поряд і зважувати одні й ті ж предмети на обох вагах. Потім скласти таблицю відповідності і користуватися їй для введення поправок результатів вимірювань. Теж дорого і є небезпека заплутати вся справа.
Можна купити ще одні, більш точні ваги і перевіряти з їх допомогою все ваги підприємства. Це вже набагато краще.
Як бачимо, перевіряти налаштовувати ваги, так щоб вони стали показувати правильний вага треба виробляти періодично, щоб врахувати знос ваг і можливість їх збоїв.
Таким чином, ми забезпечимо єдність вимірювань всіх ваг підприємства. Способи такої перевірки можуть бути різні.
Єдність вимірювань - стан вимірювань, за якого їх результати виражені в узаконених одиницях величин і погрішності вимірювань не виходять за встановлені межі із заданою вірогідністю [1]. Даний стан забезпечує порівнянність результатів вимірювань.
Повірка засобів вимірювальної техніки
Назвемо засіб вимірювання, призначений для перевірок інших засобів вимірювань, еталоном. Щоб характеристики точності еталона зберігалися як можна довше, будемо використовувати його тільки для перевірок. Таким чином, всі кошти вимірів розбиваються на два класи: робітники і еталонні.
Робоча засіб вимірювання - прилад або обладнання використовується для вимірювань на виробництві.
Еталонне засіб вимірювання - прилад або обладнання використовується тільки для повірки робочих засобів вимірювань і еталонів.
Півроку - сукупність операцій, які виконуються органами державної метрологічної служби (іншими уповноваженими на те органами, організаціями) з метою визначення та підтвердження відповідності засобу вимірювань встановленим технічним вимогам [1].
Еталони так само потребують періодичної повірки. Для цього використовуються еталони більш високого рівня. Для кожної основної величини існує державний (національний) еталон і спеціальна методика перевірок, що дозволяє «передати» характеристики вимірюваної величини через ланцюжок проміжних еталонів до робочого засобу виміру.
Чим займається метрологічна служба підприємства
Основне завдання метрологічної служби підприємства - забезпечення єдності вимірювання. В обов'язки служби входять:
• Реєстрація та відстеження використання всього парку 1 технічних засобів підприємства. На великих передових підприємствах для цієї мети організовуються бази даних та інформаційні системи.
• Визначення періодичності перевірок і складання планів перевірок технічних засобів.
• Проведення періодичних планових перевірок, а також післяремонтних перевірок.
Результати перевірок записуються. Засоби вимірювання визнані придатними забезпечуються відповідним штампом (міткою). Вказується дата наступної повірки. Засобами вимірювання, які не мають штампів про проведення повірки, або простроченою датою наступної повірки користуватися не можна.
1 Парк технічних засобів - всі прилади і механізми, використовувані на підприємстві. Також, як і дерева парку вони вимагають нагляду і залицяння.
• Методична допомога в організації контролю і вимірювань на всіх виробничих ділянках підприємства.
Таким чином, метрологічна служба відповідає за все вимірювання, проведені на підприємстві.
Забезпечення єдності вимірювання в країні
Для сучасного виробництва характерні широка кооперація та інтеграція. Наприклад, підприємство, що випускає автомобілі співпрацює з тисячами інших підприємств. Продукція підприємств продається багатьом покупцям як в нашій стані, так і за кордон. Очевидно, що така взаємодія неможливо без забезпечення єдності вимірювань.
Щоб забезпечити єдність вимірювань всього народного господарства країни необхідно скоординувати роботу всіх метрологічних служб, забезпечити передачу величин від державних еталонів, здійснювати методичну та наукову підтримку підприємств в області вимірювань.
• міжрегіональна і міжгалузева координація діяльності щодо забезпечення єдності вимірювань в Російській Федерації; організація взаємодії регіональних
і галузевих служб з метою забезпечення єдності вимірювань в країні в цілому;
• наукові дослідження та узагальнення практичного досвіду організації вимірювань, уявлення Уряду РФ пропозицій по одиницях величин, що допускаються до застосування;
• встановлення правил створення, затвердження, зберігання і застосування еталонів одиниць величин;
• визначення загальних метрологічних вимог до засобів, методи і результати вимірювань. Розробка стандартів на методики проведення вимірювань
• здійснення державного метрологічного контролю і нагляду. Нагляд здійснюється шляхом:
o затвердження типу засобів вимірювальної техніки. Знову розроблений прилад повинен пройти метрологічну експертизу і бути зареєстрований.
o механізації тваринницьких ферм засобів вимірювання, в тому числі еталонів; o нагляду за станом і застосуванням засобів вимірювань,
o нагляду за дотриманням метрологічних правил і норм встановлених в нормативних документах щодо забезпечення єдності вимірювань;
• здійснення державного контролю за дотриманням умов міжнародних договорів Російської Федерації про визнання результатів випробувань і повірки засобів вимірювальної техніки;
• керівництво діяльністю Державної метрологічної служби та інших державних служб забезпечення єдності вимірювань;
• участь в діяльності міжнародних організацій з питань забезпечення єдності вимірювань.
Безпосереднє забезпечує єдність вимірювань Державна метрологічна служба, яка перебуває у віданні Держстандарту Росії.
• державні наукові метрологічні центри;
• органи Державної метрологічної служби на територіях республік у складі Російської Федерації, автономної області, автономних округів, країв, областей, міст Москви і Санкт-Петербурга.
У Саратовській області це Центр метрології та стандартизації (ЦМС).
Для забезпечення єдності окремих видів вимірювань при Держстандарті РФ створені:
• Державна служба часу і частоти і визначення параметрів обертання Землі (ГСВЧ);
• Державна служба стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів (ДССЗ);
• Державна служба стандартних довідкових даних про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів (ГСССД).
Повний текст закону "Про забезпечення єдності вимірювань" наведено у Додатку.
Види і характеристики вимірювань
Більш докладний розгляд вимірювань почнемо з класифікації. У таблиці 1 наведена багатоаспектна класифікація видів вимірювань. Кожен стовпець таблиці - спосіб класифікації. У першому рядку ( «шапці» таблиці) записаний питання, відповідаючи на який ми будемо класифікувати. Нижче - різні варіанти відповідей. Така таблиця розбиває всі безліч вимірів на відносно однорідні групи, відповідні комбінаціям відповідей на всі питання з «шапки».
Мал. 1. Побудова моделі об'єкта реального світу
Залежно від поставленої мети дослідник враховує в моделі одні особливості реального світу і відкидає як несуттєві інші.
Наприклад. Моделюючи металеві вали, конструктор представляє їх як правильні циліндри. Відхилення вала від циліндричної форми, шорсткість поверхні, колір і т.д. в моделі не враховуються. При прямому вимірі характеристики вала (наприклад, його довжини) отримане значення буде залежати від характеристики моделі (точної довжини) і неврахованих характеристик.
Позначимо результат вимірювання через X e. а точне (модельне) значення тієї ж характеристики через Xt. Тоді ми можемо записати співвідношення:
Величина δ, що отримала назву похибка вимірювання. характеризує залежність результату вимірювання від неврахованих факторів. Якщо модель побудована вдало (в таких випадках прийнято говорити, що модель адекватна об'єкту реального світу), абсолютне значення величини δ істотно менше модуля вимірюваної величини: