 |
Этапы становления метрологии
|
|
|
|
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
В.И. Волхонов, Е.И. Шклярова
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ
Издательство «Альтаир»
Москва 2011
УДК 658.516
В.И. Волхонов, Е.И. Шклярова
Метрология, стандартизация и сертификация. Учебное пособие.
М.: Издательство «Альтаир» МГАВТ, 2011.
Изложены основные разделы одноименной дисциплины. Содержание учебного пособия соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта по специальности.
Раскрыты сущность, методы и средства комплексной системы контроля качества, стандартизации, метрологии и сертификации. Описаны методы и примеры управления качеством продукции и услуг.
Пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация» и «Управление качеством, стандартизация и сертификация»
Специальности 180101, 180103, 180403, 190701, 270104, 190602
Издается по решению Учебно-методического совета МГАВТ.
Рассмотрено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры судостроения и судоремонта (протокол № 9 от 15 июня 2011г.)
©МГАВТ, 2011
© В.И. Волхонов, Е.И. Шклярова 2011
Содержание
Введение.. 6
1. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ.. 7
1.1 Термины и определения. 7
1.2 Этапы становления метрологии. 9
1.3 Международная система единиц физических величин. 14
1.4 Виды и методы измерений. 23
1.5 Погрешности измерений. 33
1.6 Погрешности средств измерений. 43
1.7 Математическая обработка результатов однократных. 57
измерений. 57
1.8 Математическая обработка результатов прямых. 61
многократных равноточных измерений. 61
|
|
|
1.9 Критерии исключения грубых погрешностей. 68
1.10 Округление результатов измерений. 71
1.11 Единство измерений. Поверочные схемы. 73
Понятие о поверке и калибровке. 73
1.12 Государственный метрологический контроль и надзор. 80
2. ОСНОВЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ.. 84
2.1 Техническое регулирование, цели и средства. 84
2.2 Виды взаимозаменяемости. 84
2.3 Классификация отклонений геометрических параметров. 85
2.4 Отклонения и допуски размеров. 86
2.5 Соединения и посадки. 92
2.6 Системы образования посадок. 97
2.7 Признаки построения ЕСДП.. 99
2.8 Посадки подшипников качения. 104
2.9 Общие рекомендации по выбору посадок. 109
2.10 Предельные отклонения размеров с неуказанными допусками. 112
2.11 Отклонения и допуски формы.. 113
2.12 Отклонения и допуски расположения. 121
2.13 Зависимые допуски расположения и формы.. 130
2.14 Размерные цепи. 138
2.15 Шероховатость поверхности. 147
2.16 Волнистость поверхности. 154
2.17 Шпоночные соединения. 154
2.18 Допуски и посадки шлицевых соединений. 158
2.19. Резьбовые соединения. 160
2.20 Зубчатые передачи, допуски. 164
2.21 Калибры гладкие. 166
2.22 Область технического регулирования. Цели и принципы стандартизации. Виды стандартов. 168
2.23.Этапы развития стандартизации. 173
2.24 Система органов и служб стандартизации. 178
в Российской Федерации. 178
2.25 Функции национального органа по стандартизации. 179
2.26 Правила разработки и утверждения технических. 181
регламентов и национальных стандартов. 181
2.27 Стандарты организаций. 186
2.28 Основы теории стандартизации. 187
2.29 Виды стандартов. 192
2.30 Информационное обеспечение стандартизации. 194
3. ОСНОВЫ СЕРТИФИКАЦИИ.. 197
3.1 Цели и принципы сертификации. 197
3.2 Термины и определения сертификации. 198
3.3 Виды сертификации. 200
3.4 Средства и методы сертификации. Испытательная (измерительная) лаборатория 201
3.5 Обязательное подтверждение соответствия. Схемы сертификации. 204
3.6 Системы сертификации. 210
|
|
|
3.7 Схемы сертификации услуг (работ). 214
3.8 Порядок проведения сертификации. 216
3.9 Сертификация импортной продукции. 223
3.10 Подтверждение сертификации отечественных товаров. 224
3.11 Государственный контроль (надзор) за соблюдением. 225
требований технических регламентов. 225
и государственных стандартов. 225
3.12 Сертификация систем менеджмента качества (СМК) 228
3.14. Тотальный (всеобщий) менеджмент качества. 239
Литература.. 244
Введение
В настоящее время развитие транспорта, повышение его эффективности, конкурентоспособности и удовлетворение существующих потребностей на современном уровне связаны с повышением и обеспечением качества продукции и услуг.
Качество – совокупность свойств и характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные или предполагаемые потребности в соответствии с его назначением (ГОСТ 15467-79).
Современное определение качества. Качество – степень, с которой совокупность собственных характеристик выполняет требования (ГОСТ Р ИСО 9000-2001. «Система менеджмента качества»).
Наиболее прогрессивные требования к качеству продукции и услуг разрабатываются в процессе стандартизации и отражаются в нормативных документах, которые могут быть либо обязательными для применения, либо применяться на добровольной основе.
В процессе проектирования, производства, эксплуатации осуществляются измерения и контроль установленных требований. Поэтому необходимо развитие метрологии, обеспечивающей измерение и контроль параметров объекта на уровне, соответствующем современному развитию науки и техники. Достоверность и точность измерений особенно важны при сертификации продукции, когда подтверждается соответствие объекта требованиям, установленным в нормативных документах. Сертификация осуществляется в целях безопасности, способствует повышению конкурентоспособности продукции и услуг, внедрению передовых достижений в области науки и техники.
Таким образом, метрология, стандартизация и сертификация – три составляющих, которые являются основой обеспечения высокого качества продукции, процессов и услуг и эффективности производства.
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ
|
|
|
Термины и определения
Слово «метрология» состоит из двух греческих слов: «метрон» - мера и «логос» - учение, следовательно, дословно – это учение о мерах.
За последние десятилетия роль метрологии в жизни общества существенно возросла. Был разработан государственный стандарт на метрологическую терминологию и Государственную систему обеспечения единства измерения (ГСИ) «Метрология. Термины и определения» (ГОСТ 16263-90). В настоящее время выделяют такие разделы метрологии как наука теоретическая метрология, законодательная метрология и прикладная (практическая) метрология.
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способов достижения требуемой точности.
Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.
Под измерением понимается совокупность действий, выполняемых с помощью средств измерений по определенному методу с целью получения правильного результата измерения физической величины, а также оценка допущенной при этом погрешности.
Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении, присущее многим физическим объектам (физическим системам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.
Размер физической величины – количественное содержание свойства в данном физическом объекте, соответствующее понятию «физическая величина».
Числовое значение физической величины – количественная характеристика размера физической величины, выраженная в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения.
Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное 1 (единице).
Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в количественном отношении соответствующее свойство объекта.
Действительное значение физической величины – значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели измерений используется вместо него.
|
|
|
Мера – элементарное средство измерений, предназначенное для воспроизведения и/или хранения физической величины (ФВ) одного или нескольких размеров, значения которых выражены в установленных единицах с необходимой точностью.
Средства измерений – технические средства, хранящие единицу ФВ,
позволяющие сопоставить ФВ с её единицей, предназначенные для измерений и отвечающие метрологическим требованиям.
В состав средств измерений в общем случае входят:
а) измерительные приборы (инструменты);
б) измерительные преобразователи;
в) измерительные принадлежности;
г) меры измеряемых величин;
д) стандартные образцы.
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне.
Существующие классификации измерительных приборов:
1) показывающие и регистрирующие;
2) аналоговые и цифровые;
3) электрические и неэлектрические.
Измерительный преобразователь – техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую, более удобную в процессе обработки, передачи и хранения информации.
Измерительная принадлежность – устройство, служащее для обеспечения необходимых внешних условий с целью выполнения измерений с требуемой точностью.
Стандартный образец – образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или нескольких измеряемых величин, характеризующих свойство (образцы свойств) или химический состав (образцы состава) этого вещества.
Стандартные образцы применяются в качестве образцов при наиболее точных измерениях. Их заносят в Государственный реестр стандартных образцов. Примерами стандартных образцов являются образцы специальной углеродистой стали (образец состава).
Метод измерений – совокупность приемов действий с измеряемым объектом и средствами измерений, обеспечивающая получение результатов измерений.
Единство измерений – такое состояние измерений, при котором их результаты выражаются в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.
Точность измерения – характеристика соответствия результата измерения действительному (опорному) значению измеряемой величины.
Погрешность измерения – числовое значение величины отклонения результата измерения от действительного значения, которое используется вместо истинного значения измеряемой величины.
|
|
|
Этапы становления метрологии
Метрология как наука и практика измерений имеет многовековую историю. Так, например, в Библии сказано: «Да будут у вас весы верные, гири верные, вера верная и чин верный… гиря у тебя должна быть точная и правильная, чтобы продлились дни твои на Земле, которые Господь Бог дает тебе». В Ветхом Завете написано: «Неверные весы – мерзость перед Господом, но правильный вес угоден ему»; «Не делайте неправды в суде, в мере, в весе и в измерении». В Новом Завете есть такие слова из исповеди Иоанна Крестителя: «…Иисус Христос, живя в доме Иосифа, вместе с ним делал ярма, плуги, весы».
В Древней Руси использовались такие «мерники», как четверик, кадь, бочка, гривна, берковец. К сожалению, точно не известны величины этих мер. Первое известное историкам официальное установление мер и весов на Руси относится к 996г. Тогда в Уставе князя Владимира Святославовича вменялось в обязанности епископа наблюдать за правильностью мер и веса: «Поручено святым епискупьям городские и торговые всякие мерила и спуды, извесы, ставила блюсти без пакости, ни умалити, ни умножити». Здесь «спуды» - это меры объема, «извесы» - весы, «ставила» - меры веса. Хранителями торговых мер и весов были церкви и монастыри.
В Грамоте новгородского князя Всеволода (1135 г.) за неправильное пользование мерами и весами предусматривалось наказание «казнить близко смерти», имущество изымать и делить.
Начина я с XV столетия надзор за мерами и весами перешел к светской власти. Так, в декабре 1550 г. Иван IV направил старостам, сотским и целовальникам медную осьмушку, повелев сделать с нее копии для помещиков. Старые меры, не совпадающие с новыми, изымались, за их использование штрафовали, а за порчу контрольных мер предусматривалась суровая кара вплоть до смертной казни.
На Руси прежде, в XI-XIII вв., применялись такие единицы длины, как вершок («верх перста», т.е. длина концевой фаланги указательного пальца) и пядь (от слова «пять», «пятерня» - расстояние между концами вытянутого большого и указательного пальцев). Были такие русские меры длины, как аршин, равный примерно 0,7 метра, а также сажень (от слова «сягать», «достягать»), т.е. расстояние, на которое можно достать рукой и равное длине трех локтей; косая сажень – предельное расстояние от подошвы левой ноги до конца среднего пальца вытянутой вверх правой руки; маховая сажень – расстояние между концами пальцев раскинутых рук; верста (от слов «верт», «поворот» - поворот плуга обратно) – это длина борозды пашни от 500 до 1000 саженей; поприще – расстояние, которое пробегает лошадь от отдыха до отдыха, равное примерно 20 верстам.
В Англии с давних времен и во многом до настоящего времени используются такие единицы измерений, как дюймы, фунты, мили и т.д. А в других странах мира также были свои меры, что осложняло торговлю.
Очевидно, что такое положение с измерениями при международной торговле не могло устраивать всех участников товарообмена. Так возникла актуальная необходимость в универсальной международной системе единиц измерений физических величин. На создание и принятие системы единиц измерений ушло более 100 лет.
Французское правительство 7 апреля 1795 г. ввело в стране десятичную систему мер с двумя основными единицами – метром и килограммом. Тогда было принято, что грамм – это вес чистой воды, равной по объему кубу с гранью, равной 0,01 части метра при температуре 0°С, а метр – одна десятимиллионная часть четверти длины Парижского меридиана Земли. Во Франции новая система мер получила признание и стала обязательной только с 1 января 1840 г. Позднее французскую десятичную систему мер и весов стали применять в Испании, Португалии и других странах. Но Россия еще долгое время тяготела к английской системе измерений.
В числе стран, первыми приступивших к созданию национальных эталонов мер, была Россия. Здесь в 1736 г. по решению Сената была создана Государственная комиссия по мерам и весам. В 1737 г. была изготовлена из бронзы мера в 1 фунт. В 1738 г. под руководством академика А.Я. Купфера был создан платиновый эталон единицы веса – фунт. Эталон английского фунта был создан в 1766г.
В 1868 г. Д.И. Менделеев на Первом съезде русских естествоиспытателей и врачей высказался за использование метрической системы. Через год группа петербургских ученых (О.В. Струве, Д.И. Менделеев, Б.С. Якоби и др.) обратились к ученым разных стран с предложением считать французские эталоны мер прототипами международной системы мер и изготовить с них образцы для других стран.
Ранее в Париже (7 апреля 1795 г.) состоялась дипломатическая конференция представителей 20 стран. Делегаты 17 стран, включая Россию, приняли и подписали 8 мая того же года Международную конвенцию о признании метрической системы мер и весов. Тогда же было основано Международное бюро мер и весов. По решению Международного бюро лондонская фирма «Джонсон-Маттей» изготовила по 30 штук платино-иридиевых образцов метра и килограмма. Эти образцы были в декабре 1799 г. утверждены в качестве эталонов и переданы в Национальный архив Франции. Поэтому данные эталоны стали называть «метр Архива» и «килограмм Архива».
В 1893 г. в Петербурге на базе Депо образцовых мер и весов была образована Главная палата мер и весов, которую по 1907 г. возглавлял Д.И. Менделеев. Под его руководством была проведена работа по формированию русской системы эталонов и сличению их с английскими и метрическими мерами, создавалась государственная метрологическая служба, реализована программа научных исследований в области метрологии.
В 1899 г. Состоялась Первая Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) с участием представителей многих стран мира. Тогда Россия получила по два международных эталона метра и килограмма. В 1899 г. тогдашняя международная метрическая система была законодательно допущена в России как факультативная. «Положением о мерах и весах» от 29 мая 1899 г., принятым Государственным советом России и утвержденным императором Николаем II 4 июня 1899 г., устанавливались основные российские единицы мер и вводились новые: веса – фунт, длины – аршин, времени – сутки, поверхности земли –десятина, объема жидкости – ведро, сыпучих веществ – четверть. Согласно ст. 11 этого Положения разрешалось применять по взаимному согласию договаривающихся сторон и международные метрические меры.
Системароссийских единиц длины в XIX в. представляла собой следующие соотношения: 1 сажень = 3 аршина = 7 футов = 48 вершков = 84 дюйма = 840 линий градуировки сажени.
При этом 1 сажень = 2,13360 метра, 1 аршин = 0,7112 метра, а единица веса 1фунт=0,40951241 килограмма.
В период с 1894 по 1899 гг. по инициативе Д.И. Менделеева в английской фирме «Джонсон-Маттей» было изготовлено по два эталонных образца аршина и фунта из иридиевой платины. Особые (никелевые) копии фунта и аршина со знаком герба Московской губернии хранятся в Московской оружейной палате.
Только в 1918 г. был принят Декрет Совета народных комиссаров РСФСР «О введении международной метрической системы мер и весов». С 1954 г. в нашей стране организует и руководит работами по стандартизации и метрологии Государственный комитет РФ – Госстандарт России (правопреемник Госстандарта СССР), который является национальным органом по стандартизации. Государственная метрологическая служба работает под началом Ростехрегулирования.
В 1960 г. Международная XI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц, которая принята и используется во всех странах. В соответствии с решением XI ГКМВ в СССР был принят ГОСТ 9867 – 61 и с января 1963 г. в нашей стране введена Международная система единиц физических величин СИ.
Государственным хранителем эталонов физических величин является Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева (ВНИИМ), который специализируется на мерах длины и массы, а также механических, теплофизических, электрических, магнитных величинах, ионизирующего излучения, давлении, физико-химическом составе и свойствах веществ. Самое большое количество прежних эталонов находится в музее ВНИИМ. Институт метрологии и его музей находятся в Санкт-Петербурге.
|
|
|
