Метрологическая экспертиза технической документации

2.9. Метрологическая  экспертиза технической  документации

2.9.1. Метрологическая  экспертиза — составной элемент метрологического обеспечения производства

   Одним из важнейших направлений в повышении  качества продукции является проведение метрологической экспертизы всех видов документации (нормативной, конструкторской, технологической, эксплуатационной).

  Метрологическая экспертиза (МЭ) — анализ и оценивание экспертами-метрологами правильности применения метрологических требований, правил и норм, в первую очередь связанных с единством и точностью измерений. Различают метрологическую экспертизу документации и метрологическую экспертизу объектов.

   Метрологическая экспертиза документации — анализ документации с целью оценки технических решений по выбору параметров, подлежащих измерению и контролю, установленных норм точности, обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки, изготовления, испытаний, эксплуатации, ремонта и утилизации изделий, правильности задания и записи значений измеряемых и контролируемых параметров, их допустимых отклонений.

  Задачи  МЭ документации представлена в МИ 1325—86 «ГСИ. Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической  документации. Основные положения и  задачи».

  Разработчики  технической документации сталкиваются в той или иной мере с необходимостью дать (по ходу разработки документов) ответы на следующие вопросы метрологического характера:

1. Какие параметры следует измерять, т. е. что измерять?
2. С какой точностью следует измерять параметры, назначаемые для контроля?
3. Какие средства измерений надо использовать при контроле значений параметров?
4. С использованием каких методик надо проводить измерения?

   Ответы  на перечисленные выше вопросы являются, по существу, целью метрологической  проработки разрабатываемой документации. Такая проработка представляет собой важную стадию в разработке документации и должна осуществляться в первую очередь силами работников конструкторских и технологическим подразделений. Как правило, эти работы выполняют под методическим руководством метрологической службы организации.

   Отсутствие  на рабочих местах, где параметры  технических процессов и выпускаемой продукции подлежат контролю, необходимых средств измерений по вине разработчика техническом документации, недостаточная эффективность заложенных разработчиком методов измерений приводят к выпуску некачественной продукции с отступлениями от требований стандартов и технических условий. Предупредить эти недостатки призвано проведение метрологической экспертизы технической документация на стадиях ее разработки.

   Своевременно  проведенная метрологическая экспертиза создает условия для существенного сокращения числа ошибок в процессе подготовки производства, сроков подготовки документации к производству, для объективной оценки качества выпускаемой продукции, повышения эффективности измерений, их точности и достоверности, способствует применению унифицированных и автоматизированных средств измерений и обеспечивает значительный экономический эффект.

   Метрологическая экспертиза не сводится к формальной проверке документации, а предполагает комплексный подход к решению задач метрологического обеспечения разработки, производства и эксплуатации продукции. По результатам экспертизы в чертежи изделий и технологические процессы вносят изменения, выбирают наиболее оптимальные допуски на изготовление, разрабатывают и изготовляют специальные средства контроля, проектируют и изготавливают специальные СИ и измерительную оснастку.

   Метрологическую экспертизу не следует путать с метрологическим контролем, который сводится лишь к проверке выполнения метрологических правил, норм и требований, установленная в нормативных и иных документах (например, проверка правильности наименований и обозначений физических величин).

   Одна  из основных задач метрологической  экспертизы — оценка оптимальности номенклатуры измеряемых параметров и оптимальной точности их измерения для обеспечения эффективности и достоверности контроля качества и взаимозаменяемости. Номенклатура измеряемых параметров и норм точности измерений определяет два наиболее важных показателя: достоверность контроля и его трудоемкость. Нередко разработчики и технологи пытаются идти по пути максимального контроля режимов технологического процесса, оборудования и инструмента, не принимая во внимание трудоемкость измерительных процессов. В среднем трудоемкость контрольно-измерительных операций составляет около 25—30 % от общей трудоемкости изготовления изделий, а в ряде отраслей — значительно выше.

   В условиях рыночной экономики организация  и проведение метрологической экспертизы поможет устранить недостатки: недостаточный учет особенностей производства, привлечение к работе недостаточно квалифицированных специалистов, отсутствие планирования в поступлении документации на метрологическую экспертизу, слабая реализация результатов метрологической экспертизы, отсутствие НД, регламентирующих методики и содержание работ по метрологической экспертизе.

  Эффективность метрологической экспертизы зависит  от четкого взаимодействия разработчиков, принимающих технические решения, которые отражаются в технической документации на разрабатываемое изделие, и экспертов, осуществляющих метрологическую экспертизу данной документации и совместно с разработчиком несущих ответственность за качество ее метрологической проработки.

  Многолетняя практика показала, что во многих областях промышленности сложилось мнение, что МЭ — некоторый метрологический аналог обычного нормоконтроля технической документации. Однако при нормоконтроле путем прямого сопоставления выявляют соответствие (или несоответствие) технической документации четко и конкретно сформулированным требованиям и нормам. При МЭ путем экспертного анализа должен решаться вопрос — насколько эффективными оказываются контрольно-измерительные операции в процессе разработки или изготовления изделия.

   В ходе проведения МЭ чаще всего выявляют мелкие, лежащие на поверхности ошибки формального характера, устранением которых не повышает эффективность контрольно-измерительных операций. К числу наиболее часто выявляемых ошибок относятся, к примеру, ошибки в использовании метрологической терминологии, единиц и обозначений физических величин, обозначений средств измерений.

   В настоящее время отсутствует  нормативный документ государственного уровня, регламентирующий порядок проведения МЭ на стадиях жизненного цикла изделия. Обычно это указывается в соответствующих планах или стандартах организации, требования которых являются обязательными.

   В отраслях, создающих вооружение и  военную технику, действуют стандарты: ГОСТ РВ 8.573-2000 «ГСИ. МЭ образцов вооружения и военной техники. Организация и порядок проведения» и ГОСТ РВ 15.301-2003 «СРПП ВТ. Постановка на производство изделий. Основные положения».

2.9.2. Задачи, решаемые при проведении метрологической  экспертизы

  Рассмотрим  задачи, решаемые при проведении метрологической экспертизы документации, в соответствии с инструкциями, приведенными в МИ 1325—86 (табл. 2.25). 

   Приведенные выше задачи могут дополняться и  конкретизироваться при проведении МЭ на конкретных предприятиях с учетом специфики разрабатываемой и выпускаемой продукции.

   В числе основных задач, решаемых при  выполнении МЭ, необходимо выделить следующие:

• оценку полноты и достоверности представления измерительной информации (ГОСТ 8.207—76 ГСИ. «Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения» и ГОСТ 8.417—2002 ГСИ. «Единицы физических величин»);
• оценку достаточности метрологических требований в конструкторской документации (КД), в том числе в чертежной документации;
• оценку достаточности метрологических требований в технологической документации (ТД), в том числе наличия контрольных карт, и достаточности контрольных операций и соответствия их требованиям КД;
• оценку правильности планирования объемов испытаний, обеспечивающих оценки случайной погрешности среднего; арифметического значения результата измерений одной и той же величины в ряду измерений;
• определение доверительных границ результата измерения, внутри которых с заданной вероятностью находится искомое значение погрешности результата измерений.

Перечисленные выше задачи МЭ поддаются логическому объединению. 

   Первую  группу составляют задачи МЭ, сводящиеся к проверке правильности принятых разработчиком документации решений по обеспечению единства измерений и достижению соответствия точности измерений установленным нормам. Такими задачами, в полной мере относящимися к компетенции специалиста-метролога, являются: установление соответствия области применимости МВИ и СИ решаемой измерительной задаче; анализ полноты требований к факторам, влияющим на погрешность измерений; проверка наличия ПТИ; анализ правильности определения ПТИ и их соответствия заданным нормам точности измерений; проверка правильности метрологической терминологии, наименований и обозначений ФВ и их единиц.

   Замечания эксперта по данным вопросам носят  характер предписаний, обязательных к  исполнению. Без устранения этих замечаний эксперт не визирует документацию. Только в простейших случаях, когда правильные решения общеизвестны, эксперт может ограничиться фиксацией в экспертном заключении замечаний-предписаний. В большинстве случаев эти замечания должны сопровождаться предложениями, направленными на устранение замеченных недостатков. Характер предложений зависит от допущенных разработчиком ошибок.

   Неопределенность  подлежащей измерению величины, как  правило, должна быть уменьшена до такой  степени, чтобы обусловленная ею погрешность была пренебрежимо малой. Уточнение измеряемой величины при необходимости достигается развернутым ее определением при первом упоминании (в тексте, сноске, скобках и т. д.) или в справочном приложении к каждому документу.

   Если  при МЭ выявляют несоответствие области  применимости МВИ или СИ решаемой измерительной задаче в части  диапазона измерений, параметров условий  измерений, неизмеряемых параметров объекта  или конструктивных его особенностей, эксперт должен предложить подходящую замену или другие возможные решения измерительной задачи (применение других СИ, изменение конструкции объекта и т. д.).

   При анализе полноты требований к  факторам, влияющим на погрешность  измерений, следует учитывать, что  в общем случае погрешность измерений зависит от четырех групп факторов: метрологических свойств используемых СИ, условий измерений, процедуры измерений и некоторых свойств объекта.

   Если  выявлена неполнота регламентированных метрологических характеристик СИ, эксперт должен отметить недопустимость применения этого СИ и сделать предложения о его замене или проведении его сертификации для определения недостающих MX. В тех случаях, когда не полностью регламентированы требования к параметрам условий измерений, характеризующим окружающую среду или питающие электросети, эксперт должен предложить ввести недостающие требования к параметрам, оп ределяющим рабочие условия для измерений зависимостей, в; раздел «Условия измерений» МВИ. Требования к процедуре измерений и правила получения результатов измерений, предъявляемые к МВИ, и разделу документа, подвергающегося МЭ, должны быть дополнены требованиями, регламентирующими меры по обеспечению условий ее применимости, указаниями по подготовке объекта к измерению, особенностей его взаимодействия c СИ, испытательным оборудованием и другими устройствами. При анализе достаточности требований к свойствам объекта, следует убедиться в наличии требований ко всем его свойствам, которые влияют на погрешность вследствие взаимодействия СИ ; с объектом и на методическую составляющую погрешности измерений.

   Необходимо  обратить внимание на требования планирования эксперимента и определения объемов  измерений (испытаний). При этом следует  руководствоваться МИ 1317, ГОСТом; 5725-1-2002, Р50.2.-038-2004.

   Установление наличия показателей точности измерений (ТЛИ) является одной из важнейших задач МЭ, которой следует уделить особое внимание.

   В отчетных документах (протоколах, актах, отчетах, свидетельствах и т. д.), в  которых приводят результаты измерений, должны быть указаны ПТИ, либо даны ссылки на документ, где приведены ПТИ. В документах, регламентирующих МВИ, указывают ПТИ или нормы точности измерений, которым удовлетворяют ПТИ с указанной или подразумевающейся вероятностью. Если выполнялись исследования по определению ПТИ (при испытаниях с целью определения типа СИ, его сертификации, стандартизации МВИ, при расчете ПТИ), целесообразно приводить ПТИ, так как числовые значения параметров оцененной погрешности измерений могут выражать гарантии меньшей, чем допускаемая, погрешности, а номенклатура этих характеристик в результате исследований может измениться (например, включать в себя параметры систематической и случайной составляющих погрешности, плотностей распределения этих составляющих при норме точности измерений в виде интервала допустимых  значений  полной  погрешности   измерений).  Для ; массовых измерений, когда при разработке или МЭ документации  лишь подтверждают  заданную  вероятность  соответствия : ПТИ установленным нормам точности измерений, предпочтение следует отдавать последним. Указание ПТИ обязательно, если нормы точности измерений не установлены.

   Как правило, ПТИ определяют разработчики документации, а при МЭ лишь анализируют  правильность их нахождения. Если проверялась  метрологическая аттестация МВИ, то убеждаются в наличии должным образом оформленного аттестата на МВИ. Если результаты исследований ПТИ по данной методике оформлены расчетами, проверяют правильность этих расчетов. Когда результаты исследований ПТИ на стадии разработки документально не оформлены, а ПТИ можно определить по известным соотношениям непосредственно по MX использованных СИ, расчет ПТИ выполняют непосредственно в процессе МЭ. Если такой расчет не тривиален и требует затрат времени, которым эксперт не располагает, или отсутствуют некоторые данные, для получения которых необходимы экспериментальные исследования, документацию возвращают разработчику и предлагают выполнить необходимые исследования ПТИ.

   В тех случаях, когда в представленном разработчиком документации расчете ПТИ обнаруживают недостатки методического характера, их устраняют, корректируя соответствующим образом результаты расчета. Если в расчете не учтены отдельные составляющие погрешности измерений, разработчику предлагают выполнить соответствующие дополнительные исследования (расчетные или экспериментальные), оформив при необходимости программу метрологической аттестации МВИ.

   Проверенные показатели точности измерений сравнивают с нормами точности измерений (при  их наличии). При недостаточной точности измерений вносят предложения по ее повышению путем выбора более точных СИ, ужесточения требований к условиям измерений и объекту, изменения процедур* измерений, выбора более совершенного метода измерений, уточнения определения подлежащей измерению величины. Если достижение требуемой точности измерений невозможно или сопряжено с существенными затратами, эксперт может поставить перед разработчиком вопрос о смягчении нормы точности измерений. Следует руководствоваться требованиями ГОСТа 8.417—2002 «ГСИ. Система единиц физических величин СИ».

  Вторую  группу составляют задачи МЭ, связанные с выявлением более рациональных решений по обеспечению единства измерений и достижению точности, соответствующей установленным нормам. Анализу должны подвергаться решения разработчика по выбору МВИ (рабочей или типовой, стандартизованной или нестандартизованной); выбору СИ (общего применения, имеющегося ; на предприятии или подлежащего приобретению, автоматизированного или с малой производительностью, но с лучшими метро- \ логическими характеристиками и т. д.); формы задания требований к метрологическим характеристикам СИ, условиям, процедуре измерений и свойствам объекта, влияющим на погрешность измерений; формы выражения ПТИ (непосредственным их заданием или норм точности измерений, указанием характеристик полной погрешности или систематической и случайной составляющих, интервала погрешности или числовых характеристик и -вида распределения).

  Из  нескольких возможных вариантов  правильных решений эксперт должен рекомендовать тот вариант, который в большей степени соответствует целям измерений и обеспечивает уменьшение затрат, повышение производительности труда, сокращение сроков освоения новой техники и т. д. При удовлетворительной точности измерений предложения по ее дальнейшему повышению можно вносить, если реализация этих предложений  ; не связана с существенными затратами и практически не увеличивает трудоемкость измерений или если эти затраты существенны, но достигаемый путем повышения точности измерений эффект вполне их окупает.

   Третью  группу составляют задачи МЭ, связанные с установлением рациональной номенклатуры измеряемых параметров и анализом соответствия ПТИ требованиям к технико-экономическим показателям, на которые оказывает влияние погрешность измерений. Особенностями этих задач является то, что при их решении наряду с метрологическими аспектами следует учитывать, с одной стороны, затраты на измерения, а с другой — последствия, обусловленные погрешностями измерений. Минимальное участие специалиста-метролога в решении этих задач заключается в выявлении и анализе возможных вариантов решений метрологических вопросов (что измерять, какими методами, какая при этом достигается точность и др.). Возможность расширения этого участия зависят от того, в какой мере регламентированы правила учета влияния погрешности измерений на нормируемые технико-экономические показатели, имеются ли наряду с ПТИ другие необходимые для этого исходные данные, узаконены ли правила расчета затрат на измерения.

   В качестве технико-экономических показателей на соответствие требованиям, по которым анализируют ПТИ, можно применять показатели: точности испытаний, достоверности контроля, надежности и др. Как известно, погрешность испытаний складывается из трех составляющих: погрешности измерений параметра образца для испытаний (без учета неточности воспроизведения параметров условий испытаний); погрешности от неточности воспроизведения параметров условий испытаний; погрешности, обусловленной отличием свойств образца для испытаний от соответствующих свойств объекта испытаний.

   При наличии требований к точности испытаний  проверяют наличие и правильность выполненных разработчиком расчетов показателей точности испытаний. Если в представленной на МЭ документации такие расчеты отсутствуют, но имеются  необходимые данные о коэффициентах влияния погрешностей воспроизведения параметров условий испытаний на погрешность испытаний и о погрешности, обусловленной отличием свойств образцов для испытаний от свойств объекта испытаний, то оценивают погрешность испытаний в процессе МЭ. Если оценивание погрешности испытаний при МЭ затруднительно из-за отсутствия исходных данных или большой трудоемкости работы, эксперт, зафиксировав в своем заключении ПТИ, может предложить провести аттестацию методики испытаний, в ходе которой оценить показатели точности испытаний и решить вопрос о соответствии ПТИ заданным требованиям к точности испытаний.

   Показателями  достоверности контроля являются вероятность  ошибочной приемки и вероятность  ошибочного забракования по параметрам, которые в общем случае зависят от трех групп факторов: точности задания режимов испытаний; распределения контролируемого параметра; степени сужения контрольных границ поля допуска относительно границ нормативного поля допуска на параметр (решающее правило). При МЭ проверяют правильность выполненных разработчиком документации расчетов показателей достоверности контроля, а при отсутствии таких расчетов, при наличии всех необходимых данных выполняют эти расчеты непосредственно в процессе МЭ. Если вероятность ошибочной приемки не соответствует требуемой, рассматривают возможность повышения точности измерений (воспроизведений) параметров испытуемых образцов продукции или параметров условий испытаний и, если этим путем цель не достигается, , предлагают сужение контрольных границ, обеспечивающее выполнение требований к вероятности ошибочной приемки _i после чего проверяют приемлемость вероятности ошибочного забракования.

  Общепринятые  алгоритмы расчетов показателей  достоверности контроля в настоящее время отсутствуют, поэтому при их выполнении, как правило, руководствуются отраслевыми руководящими документами. Исключение составляют измерения линейных размеров, для которых существует нормативный документ ГОСТ 8.051—81 «ГСИ. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм». Независимо от закона распределения контролируемого параметра положительное заключение о соответствии ПТИ допустимой вероятности ошибочной приемки можно сделать при условии сужения приемочных границ на погрешность испытаний (измерений).

  Аналогично  оценивают соответствие ПТИ требованиям  относительно других показателей, характеризующих качество продукции или эффективность производства, при условии, что регламентированы соотношения, позволяющие учесть влияние ПТИ на эти показатели.

   Если  не установлены требования ни к точности измерений, ни к показателям, зависящим  от точности измерений, эксперт должен выявить несколько вариантов  решения измерительной задачи (например, один соответствует минимальным затратам, другой — максимальной точности измерений) и предложить выполнить экономическое обоснование варианта на основе сопоставления затрат на измерения и потерь, обусловленных погрешностью этих измерений. Такое обоснование целесообразно принимать в особо важных случаях (массовая продукция, ответственные параметры и т. д.). В других случаях эксперт может ограничиться указанием тех нежелательных последствий, которые могут возникнуть из-за погрешности измерений, а также предложить такие меры по повышению точности измерений (воспроизведений) и (или) сужению контрольных границ, которые обеспечивают приемлемые, по его мнению, показатели.

  Анализ  рациональности номенклатуры измеряемых параметров в общем случае должен включать в себя рассмотрение возможности замены требований к качеству (при их наличии) на требования к ФВ, анализ достаточности номенклатуры измеряемых параметров и рассмотрение возможности сокращения этой номенклатуры или такого его изменения, которое приводит к уменьшению затрат на контрольно-измерительные операции. При наличии качественных требований, предполагающих органолептический (с помощью органов чувств) контроль, эксперт должен проанализировать возможность их замены на требования к ФВ, проверяемые путем измерений. Такая замена невозможна лишь в редких случаях требований к свойствам, которые не могут быть выражены ФВ (например, вкус, запах). Часто, однако, такая замена, хотя и возможна, но нецелесообразна, например, в случае неответственных параметров, повышение объективности и достоверности контроля которых не оправдывает дополнительных затрат на организацию измерительного контроля. В подобных случаях можно рекомендовать использование контрольных образцов (если они есть).

  При анализе достаточности номенклатуры измеряемых параметров эксперт должен убедиться в том, что установлены требования ко всем параметрам готовой продукции, влияющим на соответствие этой продукции своему назначению, ко всем параметрам условий испытаний, влияющим на точностные характеристики испытаний, ко всем параметрам технологического процесса, влияющим на показатели качества готовой продукции, а также в достаточности требований по контролю условий безопасности труда, загрязнения окружающей среды, учета количества продукции и других материальных ценностей.

   Предложения и замечание эксперта по достаточности требований к готовой продукции носят факультативный характер (учет их разработчиком желателен, но не обязателен). Исключение представляет собой случай документации на СИ, когда замечания и предложения эксперта по номенклатуре регламентируемых метрологических характеристик СИ носят обязательный характер. Факультативными являются замечания и предложения эксперта и в части достаточности требований к параметрам технологического процесса, за исключением случая «технологически обеспечиваемого требования» (установленного в конструкторской документации требования, которое непосредственно не контролируется, но обеспечивается, если выполняются требования ко всем влияющим на него параметрам технологического оборудования, приспособлений, инструмента, исходного материала и заготовок).

   Полнота требований к условиям испытаний, безопасности труда, охраны окружающей среды, учета  материальных ценностей может не рассматриваться при МЭ, если соответствующая  проверка поручена на предприятии (или  в отрасли) не экспертам-метрологам, а сотрудникам специализированных служб (испытательного подразделения, службы безопасности труда, службы охраны окружающей среды и др.).

   Изменение номенклатуры измеряемых параметров осуществляют на основе анализа зависимости между  подлежащими контролю параметрами. Дифференцированные параметры, характеризующие отдельные свойства продукции, можно исключить из числа измеряемых, если предусмотрен непосредственный контроль соответствующего комплексного параметра этой продукции. Комплексный параметр продукции можно не измерять, если предусмотрен непосредственный контроль всех влияющих на него дифференцированных параметров этой продукции, составных частей продукции или технологического процесса изготовления продукции (технологического оборудования, приспособлений, инструмента, материалов, режимов) и если расчет возможных значений комплексного параметра подтверждает выполнение предъявляемого к нему требования при условии, что дифференцированные параметры находятся в установленных пределах. В тех случаях, когда зависимость между параметрами изучена недостаточно, эксперт должен предложить выполнить экспериментальные исследования этой зависимости и рассмотреть вопрос сокращения номенклатуры измеряемых параметров или замены трудно контролируемых параметров с учетом результатов этого исследования.