Разработка рационального режима метрологического обеспечения объекта

Метрология — это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

С развитием науки в современности, измерения затрагивают все большее количество физических величин, расширяются диапазоны измерений. С каждым годом растут требования к точности измерений. В наши дни метрология и измерения пронизывают все сферы жизни. Обыденная жизнь ежеминутно сталкивает нас с количественными оценками, деятельность любого человека на предприятии напрямую связана с измерениями. Измерения являются основой научных знаний, они количественно характеризуют окружающий материальный мир, раскрывая действующие в природе закономерности.

Информация, связанная с измерениями является основой при принятии решений о качестве продукции, при внедрении систем качества, в научных экспериментах, при проектировании и строительстве сооружений т.д. И только достоверность и соответствующая точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений на всех уровнях: управление, разработка, организация, исполнение. Получение недостоверной информации приводит к неверным решениям, снижению качества продукции, возможным авариям. Для реализации положений большинства Законов РФ (например, «О защите прав потребителя», «О стандартизации», «О сертификации продукции и услуг», «Об энергосбережении» и др.) необходимо использование достоверной, и сопоставимой информации.

Без сомнений, огромную роль во всем этом играет метрологическое обеспечение измерений.

Наверное, стоит сказать, что вся метрологическая деятельность основывается на конституционной норме, которая утверждает, что в федеральном ведении находятся стандарты, эталоны, метрическая система и система исчисления времени.

1. Разработка рационального режима метрологического обеспечения объекта

Под метрологическим обеспечением измерений понимается деятельность метрологических и других служб, направленная:

— на создание в стране необходимых эталонов, образцовых и рабочих средств измерений;

— на их правильный выбор и применение;

— на разработку и применение метрологических правил и норм;

— на выполнение других метрологических работ, необходимых для обеспечения требуемого качества измерений на рабочем месте, предприятии, в отрасли и национальной экономике.

Метрологическое обеспечение измерений имеет четыре основы: научную, организационную, нормативную и техническую.

1. Научная и техническая основы Научная и техническая основы обеспечения единства измерений очень тесно связаны. Это объясняется тем, что все разработки и открытия совершенные в научной области метрологии составляют базис технической основы обеспечения единства измерений.

Научной основой метрологического обеспечения измерений является сама метрология, как наука. Сюда можно отнести научные основы выбора средств измерений и контроля, методик измерений и поверки средств измерений, оценки качества измерений и контроля и его влияния на качество продукции.

Техническую основу обеспечения единства измерений составляет ряд систем. К этим системам относятся система государственных эталонов единиц физических величин; система передачи размеров единиц ФВ от эталонов рабочим системам единиц; система государственной поверки и калибровки систем измерения; система разработки, постановки на производство и выпуска рабочих средств измерения; система государственных испытаний и аттестации средств измерений; система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов; система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов.

2. Организационно-нормативная основа Организационно-нормативную основу обеспечения единства измерений составляет Федеральный закон Российской Федерации от 26 июня 2008 года № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений»

Управление системой обеспечения единства измерений — это сфера государственного управления и является одной из важнейших государственных задач. Государственное регулирование в области обеспечения единства измерений осуществляется в следующих формах:

1) утверждение типа стандартных образцов или типа средств измерений;

2) поверка средств измерений;

3) метрологическая экспертиза;

4) государственный метрологический надзор;

5) аттестация методик (методов) измерений;

6) аккредитация юридических лиц и индивидуальных предпринимателей на выполнение работ и (или) оказание услуг в области обеспечения единства измерений.

В свою очередь Государственный метрологический надзор осуществляется за:

1) соблюдением обязательных требований в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений к измерениям, единицам величин, а также к эталонам единиц величин, стандартным образцам, средствам измерений при их выпуске из производства, ввозе на территорию Российской Федерации, продаже и применении на территории Российской Федерации;

2) наличием и соблюдением аттестованных методик (методов) измерений;

3) соблюдением обязательных требований к отклонениям количества фасованных товаров в упаковках от заявленного значения.

Государственный метрологический надзор распространяется на деятельность юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, осуществляющих:

1) измерения, относящиеся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений;

2) выпуск из производства предназначенных для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений эталонов единиц величин, стандартных образцов и средств измерений, а также их ввоз на территорию Российской Федерации, продажу и применение на территории Российской Федерации;

3) расфасовку товаров.

Нормативная база обеспечения единства измерений устанавливается в законодательном порядке комплексом нормативных и правовых актов и положений. Схематически ее можно отобразить следующим образом:

Нормативную основу обеспечения единства измерений обеспечивает Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ).

ГСИ — это государственное управление нормами, субъектами, средствами и видами деятельности по обеспечению заданного уровня единства измерений в стране.

Деятельность, направленная на обеспечение единства измерений осуществляется на нескольких уровнях. А именно:

— на государственном уровне

— на уровне федеральных органов исполнительной власти

— на уровне юридического лица Основной целью ГСИ является разработка и внедрение общегосударственных нормативных, правовых, технических, экономических и организационных условий для решения вопросов, связанных с обеспечением единства измерений.

Основными задачами ГСИ являются:

? разработка оптимальных принципов управления деятельностью по обеспечению единства измерений;

? организация и проведение фундаментальных научных исследований с целью создания более совершенных и точных методов и средств воспроизведения единиц и передачи их размеров;

? установление системы единиц величин и шкал измерений, допускаемых к применению;

? установление основных понятий в метрологии, унификация их терминов и определений;

? установление экономически рациональной системы государственных эталонов, их создание, утверждение, применение и совершенствование;

? установление систем передачи размеров единиц величин от государственных эталонов средствам измерений, применяемым в стране;

? создание и совершенствование вторичных и рабочих эталонов, комплектных поверочных установок и лабораторий;

? установление общих метрологических требований к эталонам, средствам измерений, методикам выполнения измерений, методикам поверки (калибровки) средств измерений и всех других требований, соблюдение которых является необходимым условием обеспечения единства измерений;

? разработка и экспертиза разделов метрологического обеспечения федеральных и иных государственных программ, в том числе программ создания и развития производства оборонной техники; осуществление государственного метрологического контроля: поверка средств измерений;

— испытания с целью утверждения типа средств измерений, лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;

? осуществление государственного метрологического надзора за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц физических величин, соблюдением метрологических норм и правил; разработка принципов оптимизации материально-технической и кадровой базы органов государственной метрологической службы;

? аттестация методик выполнения измерений;

? калибровка и сертификация средств измерений, не входящих в сферы государственного метрологического контроля и надзора;

? аккредитация метрологических служб и иных юридических и физических лиц по различным видам метрологической деятельности;

? аккредитация поверочных, калибровочных, измерительных, испытательных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля в составе действующих в Российской Федерации систем аккредитации;

? участие в работе международных организаций, деятельность которых связана с обеспечением единства измерений;

? разработка совместно с уполномоченными федеральными органами исполнительной власти порядка определения стоимости метрологических работ и регулирование тарифов на эти работы;

? организация подготовки и переподготовка кадров метрологов;

? информационное обеспечение по вопросам обеспечения единства измерений;

? совершенствование и развитие ГСИ.

нормативный метрологический система измерение

2. Расчетная часть

Исходные данные:

n₂ = 100+5*4=120 (кол-во СИ, исп-х на раб-х местах)

V₁=V₂=0,1+4/100=0,14 (доли явного и скрытого брака) б_п=в_п=0,05+4/100=0,09 (вероятность ошибки первого и второго рода) в_p=0,05+4/100=0,09 (вероятность ошибки ремонта)

q_?с1=0,01+4/100=0,05 (доля СИ, бракуемых ремонтным участком)

t_п = (10+4) = 14 ч — средняя продолжительность поверки одного СИ;

t_p = (25+4)=29 (средняя продолжительность соответственно поверки и ремонта одного СИ)

t_пу= (50+5*4)=70 ч (суммарная продолжительность поверки, регламентных и профилактических работ для поверочной установки за год)

2.1 Определение значений л_ij.

Исходя из условий, что в процессе использования должно постоянно находиться n₂ СИ и принимая межповерочный интервал равным 1 году, можно определить количество СИ переходящих за год из состояния использования в состояние поверки

n₂₃= (1+ V₁) n₂= 136,8 ,

где V₁ — доля явного брака в потоке СИ, поступающих на использование.

Для модели МО, когда явный брак СИ обнаруживается только после передачи их на использование, можно принять n₁₂ = n₂₃.

Поток СИ, поступающих из поверки в ремонт, будет содержать три составляющих: явный брак; СИ со скрытым браком, выявленным в процессе поверки; исправные СИ, ошибочно забракованные по результатам поверки. В результате количество СИ, передаваемых за год из поверки в ремонт, определяется формулой

n₃₄= [V₁+V₂ (1 — в_п) + (1 — V₂) б_п] n₂=39,696

где V₂ — доля скрытого брака в потоке СИ; в_п, б_п, — соответственно вероятность ошибок первого и второго рода при выполнении поверки.

В процессе ремонта часть СИ может быть забракована и списана. Остальные СИ после ремонта возвращаются на поверку, количество их будет определяться формулой

n₄₃= (1 — q_?с1) n₃₄= [V₁+V₂ (1 — в_п) + (1 — V₂) б_п] х (1 — q_?с1) n₂ = 37,711,

где q_?с1 — доля СИ, забракованных в процессе ремонта.

Количество СИ, поступающих из поверки на хранение, определяется суммой СИ, признанных исправными после поверки и после второй поверки, проводимой после ремонта. В результате число таких СИ можно рассчитать по формуле

n₃₁= [(1 — V₂) (1 — б_п) + V₂ в_п] n₂ + [(1 — в_p) (1 — б_п) + в_p в_п] n₃₄ =

{[(1 — V₂) (1 — б_п) + V₂ в_п] + [(1 — в_p) (1 — б_п) + в_p в_п][ V₁+V₂ (1 — в_п) +

(1 — V₂) б_п] х (1 — q_?с1)} n₂= 128,618

где в_p — вероятность ошибки при выполнении ремонта.

Зная количество СИ, переходящих из одного состояния в другое за год, соответствующие потоки за один час можно определить по формуле л_ij = n_ij/T_ч,

где T_ч — количество рабочих часов в году, T_ч = 166×12 = 1992

л₁₂=0,0687

л₂₃=0,0687

л₃₄=0,0199

л₄₃=0,0189

л₃₁=0,0646

2.2 Расчет вероятности нахождения СИ в каждом из рассматриваемых состояний

Считая все потоки событий переходов СИ из состояния в состояние пуассоновскими, в которых для любых непересекающихся участков времени число событий, происходящих на одном из них, не зависит от числа событий, происшедших на другом, получены аналитические выражения для вероятностей:

P ₁ = (л ₃₁ / л ₁₂) / (1 + л ₃₁ / л ₁₂ + л ₃₁ / л ₂₃ + л ₃₄ / л ₄₃) = 0,23 904

P ₂ = (л ₃₁ / л ₂₃) / (1 + л ₃₁ / л ₁₂ + л ₃₁ / л ₂₃ + л ₃₄ / л ₄₃) = 0,23 905

P ₃ = 1 / (1 + л ₃₁ / л ₁₂ + л ₃₁ / л ₂₃ + л ₃₄ / л ₄₃) = 0,25 422

P ₄ = (л ₃₄ / л ₄₃) / (1 + л ₃₁ / л ₁₂ + л ₃₁ / л ₂₃ + л ₃₄ / л ₄₃) = 0,26 768

2.3 Расчет оптимального количества СИ, находящихся в эксплуатации

Для выполнения условия, что в процессе использования на рабочих местах должно находиться n₂ СИ, оптимальное количество n₀ СИ, находящихся в эксплуатации на предприятии, определяется формулой

n₀ = Int + (n₂ / P 2)= 120/0,23 905 = 502ед.

2.4 Определение порядка организации поверки СИ

2.4.1 Расчет количества поверочных установок и коэффициента загрузки участка поверки

При условии односменной работы участка поверки СИ расчетное количество поверочных установок определяется формулой

N_пр = n_п t_п / (T_ч — t_пу) = 1,1359

n_п = {1 + [V ₁ + V 2 (1 — в _п) + (1 — V ₂) б_п ] (1 — q_бр1)} n₂=160

где n_п — количество СИ, поверяемых за год;

t_п — продолжительность поверки одного СИ;

t_пу — суммарная продолжительность поверки, регламентных и профилактических работ для поверочной установки за год.

Минимальное количество поверочных установок:

N_п min = 2, т.к. N_пр > 1

Коэффициент загрузки поверочного оборудования Х_п = N_пр / N_п min = 0,56 795

2.4.2 Выбор рационального количества поверочных установок и порядка организации поверки СИ

Выбор рационального количества N_по поверочных установок определяется целесообразностью их наиболее полного использования не только для поверки собственных СИ, но и оказания услуг по выполнению поверочных работ для сторонних организаций.

При количестве поверочных установок N_п > N_пmin в случае их полной загрузки может быть поверено за год n_c CИ для сторонних организаций

n _с = Int — [(T ч — t _пу) N _п / t _п — n _п ] = 26

Затраты за время t, выраженное в годах, на оплату выполнения поверки ВМС определяются формулой З_в = n_п t_п C₁ t ,

где С ₁ — стоимость (цена) одного нормативного часа работы поверителя, которое рассчитываем по формуле:

С 1 = 0,09 М (1 + k 1 + k 2) (1 + R) =0,09*6000(1+0,3+0,5)(1+0,25)=1215

k1=0,3

k2=0,5

R=0,25

M=6000p

Следовательно З в = n_п t_п C₁ t = 160*14*1215*1=19 457 010р При организации поверки в МСП следует учитываем затраты на приобретение поверочного оборудования, подготовку и проведение аккредитации МСП на право поверки СИ, текущие затраты на обслуживание поверочных установок.

Общие затраты оцениваем по формуле:

З_п = N_п C _пу + C _а + N _п C _то t

Стоимость одной поверочной установки:

С_пу =100М= 100*6000 = 600 000 р;

Стоимость подготовки и проведения аккредитации МСП на право поверки СИ: Са= 100 М = 600 000р Стоимость текущего обслуживания за год одной поверочной установки: С_то= 50М=300 000р З_п = N _п C _пу + C _а + N_пC_то t = 2*600 000+600000+2*300 000*1 = 2 400 000 р Доход от выполнения поверочных работ определяем формулой:

Д_п = (n_п + n_с) t_п C₁ t = (160+26)*14*1215*1=3 163 860р.

Получаемая прибыль П = Д_п — З_п = 3 163 860−2 400 000=763860р

На основании полученных данных выбираем метод поверки собственной Метрологической службой предприятия. Исходя из полученных данных, рациональным количеством поверочных установок является 2 установки.

2.5 Расчет количества рабочих мест на ремонтном участке

При выполнении поверки СИ в МСП целесообразно организовать на предприятии и ремонт СИ. Количество рабочих мест на ремонтном участке

N_р = Int + (n_р t_р / T _ч) = 1

n_р = n ₃₄ + [V 1 + V 2 (1 — вп) + (1 — V 2) б_п ] n_с= 67

2.6 Расчет основных показателей работы МСП

В качестве основных обобщенных показателей работы МСП можно рассмотреть следующие: уровень дефектности СИ, признанных пригодными по результатам поверки;

коэффициент точности работы МСП;

коэффициент передачи МСП.

2.6.1 Уровень дефектности СИ, передаваемых из поверки на хранение

q₂ = n_31д / n₃₁ = 1,817/128,618=0,1 413

где n_31д — количество дефектных (скрытый брак) СИ на выходе из поверки

n_31д = V₂ в_п n₂ + в_р в_п n₄₃ =1,512+0,305= 1,817

2.6.2 Коэффициент точности работы МСП

Е_q = (q₁ — q₂) / q₁ = (0,14−0,1 413)/0,14= 0,8991

где q₁ — уровень дефектности (скрытый брак) СИ, поступающих на поверку, q₁ =V₂

2.6.3 Коэффициент передачи МСП

B_n = 1 — q_бр = 1−0,05=0,95

Библиографический список

1. Карпова О. В., Логанина В. И. «Основы метрологии, стандартизации, сертификации и контроля качества»: учеб. пособие. — Пенза: ПГУАС, 2011.

2. Димов Ю. В. «Метрология, стандартизация и сертификация» — Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров и магистров, и дипломированных специалистов в области техники и технологии. — СПб. 2010. — 3-е изд.

3. Очир-Горяев В.П. «Основы технического регулирования». Программа курса, методические рекомендации к самостоятельным работам для студентов заочного и очного обучения по направлениям 200 500 «Метрология, стандартизация и сертификация» и 271 700 «Стандартизация и метрология». Ухта -2013

4. Шишкин И. Ф. «Теоретическая метрология» — Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Метрология, стандартизация и сертификация» и специальностям «Метрология и метрологическое обеспечение», «Стандартизация и сертификация». — СПб. -2010 — 4-е изд.

5. Очир-Горяев В.П. «Метрология как деятельность» — Методические указания к практическим занятиям по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация». Ухта-2011.