Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » Статьи о МО » Кузнецов В.П., Тронова И.М., "Современные аспекты развития метрологического обеспечения измерительных систем и информационных технологий"

Современные аспекты развития метрологического обеспечения измерительных систем и информационных технологий




В.П. Кузнецов, к.т.н., И.М. Тронова

Предшественником отдела метрологического обеспечения измерительных систем и информационных технологий было подразделение ВНИИМС, занимавшееся разработкой специализированных эталонных установок, исследованиями и испытаниями традиционных средств электрических измерений: мер, измерительных приборов.

С середины 1960-х годов в работах отдела стала возрастать доля более современных средств измерений, в основном системного применения: аналого-цифровых преобразователей, измерительных усилителей, вторичных регистрирующих приборов следящего уравновешивания и т.п.

Конец 60-х, начало 70-х годов был переломным периодом в развитии метрологии - периодом создания Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ). Цель, задачи, основные положения ГСИ были впервые сформулированы во ВНИИМС, и отдел принимал активное участие в этой работе. Создание этой системы было предопределено развитием науки, промышленности, измерительной техники, метрологии. Усложнение и интенсификация технологических процессов, повышение требований к надёжности изделий и достоверности результатов их испытаний, задачи измерения параметров процессов и полей, автоматизация технологических процессов, развитие информационно-измерительных систем и использование в их составе вычислительной техники, увеличение количества и интенсивности воздействия внешних факторов - это далеко не полный перечень обстоятельств, приведших к изменению структуры погрешности измерений, соотношения между её отдельными составляющими. Условия применения средств измерений, способы выполнения измерительных процедур, свойства самих объектов измерений во многих случаях становятся доминирующими факторами, определяющими погрешность измерений.

Разработка ГСИ ознаменовала новый важный этап развития метрологической практики. До внедрения ГСИ основным и, по существу, единственным объектом деятельности метрологической службы страны (её государственных и ведомственных органов) были средства измерений. Внедрение ГСИ впервые в законодательном порядке включило в сферу деятельности метрологической службы процессы и результаты измерений, переориентировало её цели и задачи с обеспечения единообразия мер и приборов на обеспечение единства измерений.

Основной целью ГСИ являлась регламентация таких метрологиче­ских правил, норм, положений, выполнение которых на стадии планирования и разработки измерительных процессов (методик измерений) обеспечило бы априори (до выполнения измерений) гарантированную точность результатов измерений.

Естественно, наиболее эффективной областью применения ГСИ являлись массовые технические измерения в промышленности, сельском хозяйстве, торговле и др., оценку точности которых возможно и целесообразно осуществлять на стадии проектирования, предварительной аттестации методик измерений, а не на стадии обработки и использования их результатов (что характерно, в основном, для измерений, проводимых при научных исследованиях и метрологических работах высшего уровня).

Именно метрология технических измерений стала основным направлением деятельности отдела. Возглавлял отдел известный учёный Земельман М.А., который умел своевременно выделять наиболее актуальные проблемы, находить ключевые вопросы, оригинальные решения, собрав вокруг себя прекрасных специалистов и энтузиастов, что предопределило направление научной деятельности отдела на многие годы вперёд. В отделе тогда работали Шлиомович М.Е., Вострокнутов Н.Н., Кузнецов В.П., Кнюпфер А.П., Куликов В.А., Кашлаков В.М., Михайлов Е.В., позднее Цейтлин В.Г., Миф Н.П., Лисенков А.И., Френкель Б.А., Соловейчик М.Р., Тронова И.М., Средина И.Г., Кнеллер А.Д.

Центральными вопросами научной деятельности отдела стали вопросы унификации метрологических требований к средствам измерений, метрология измерительных систем, аналого-цифровых преобразователей, теория точности технических измерений, методы аттестации методик выполнения измерений, метрологическая аттестация алгоритмов и программ математической обработки результатов измерений, оптимизация норм точности измерений по экономическим критериям, теория автоматической коррекции погрешности средств измерений, распространение метрологических требований на операции испытаний и допускового контроля.

В процессе этих исследований получила дальнейшее развитие теория погрешностей измерений и средств измерений, теория допускового измерительного контроля с учётом специфики метрологических задач, теория погрешностей аналого-цифрового преобразования. Исследовалась возможность использования для метрологии современных достижений математики - теории планирования эксперимента, теории информации, статистики, теории нечётких множеств, интервального анализа.

Результатом этой научной работы явилось создание ряда основополагающих нормативно-технических документов ГСИ и ведомственных документов, конкретизирующих решение технических задач, предусмотренных основополагающими документами ГСИ.

В частности были разработаны следующие документы и материалы.

ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений» (Земельман М.А., Кузнецов В-П., Тронова И.М.). Первая редакция стандарта была утверждена в 1972 г. Основная цель стандарта - унификация метрологических характеристик средств измерений прежде всего системного применения.

Эти характеристики используются как исходные данные при расчете метрологических характеристик измерительных систем и характеристик погрешности измерений и должны обеспечивать прежде всего решение этих задач.

Вторая редакция стандарта была дополнена критериями рациональности комплексов нормируемых метрологических характеристик, позволяющих обоснованно, с использованием количественных критериев, осуществлять выбор метрологических характеристик, подлежащих нормированию для конкретных типов средств измерений. Была разработана экспертная программа (Вострокнутов Н.Н., Френкель Б.А.), позволяющая автоматизировать эту процедуру с использованием ЭВМ.

Методический материал по применению ГОСТ 8.009-84 (Земельман М.А., Тронова И.М.), содержащий описание моделей погрешностей средств измерений и соответствующих им метрологических характеристик, принципы выбора и нормирования комплексов этих характеристик и их использования для оценки характеристик погрешности измерений.

ГОСТ 8.010-90 «ГСИ. Методики выполнения измерений» (Кузнецов В.П., Сафаров Г.П., Панова В.И. - УНИИМ). Новая (по сравнению с 1972 г.) редакция стандарта содержала подробное описание этапов разработки МВИ, правила построения и изложения документов на МВИ, структуру программ экспериментального определения характеристик погрешности измерений при аттестации МВИ, в том числе для методик количественного химического анализа.

РД 50-453-84 «Методические указания. Характеристики погрешности средств измерений в реальных условиях эксплуатации. Методы расчёта» (Кузнецов В.П., Куликов В.А., Малинина Ф.А.). Документ содержал требования к исходным данным для расчёта и алгоритмы расчёта и был ориентирован на инженерную практику решения задачи в условиях дефицита исходной информации. Указания ориентированы на метрологические характеристики, предусмотренные ГОСТ 8.009-84.

МИ 1317-86 «ГСИ. Результаты измерений и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле параметров» (Земельман М.А., Цейтлин В.Г., Кашлаков В.М., Кузнецов В.П., Миф Н.П., Брюханов В.А., Гронский В.А., Тронова И.М.). Рекомендация была разработана взамен ГОСТ 8.011-72. В Рекомендации впервые четко разграничены операции измерений, испытаний и измерительного допускового контроля, даны комплексы характеристик, отражающих качество выполнения указанных операций, и их взаимосвязь с погрешностью измерений. В отличие от широко используемого в литературе подхода к оценке качества допускового контроля на основе характеристик усреднённых на совокупности контролируемых объектов, в рекомендациях использованы минимаксные критерии, что имеет большое значение при контроле средств измерений и дорогостоящих, сложных изделий, поскольку позволяет оценить риск принятия неправильных решений при контроле параметров конкретного экземпляра изделия.

В 2004 г. принята новая редакция Рекомендации (Кузнецов В.П.) с тем же наименованием. Цель пересмотра МИ 1317-86 - актуализация этого документа с учётом опубликованного в 1993 г. «Руководства по выражению неопределённости измерений» («Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement»).

В 2009 г. на 36-м заседании Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации приняты разработанные в 201-м отделе (Кузнецов
В.П.) Правила по межгосударственной стандартизации ПМГ 96-2009 «ГСИ. Результаты и характеристики качества измерений. Формы представления». Термин «характеристики качества измерений» был выбран в качестве термина, объединяющего понятия «характеристики погрешности измерений» и «неопределённость измерений». В основу Правил положен тезис о том, что хотя погрешность и неопределённость измерений, как параметр, по определению различные понятия, тем не менее «классический» подход к оцениванию качества измерений, основанный на понятии «погрешность измерений», и концепция «Руководства по выражению неопределённости измерений» не только не противоречат друг другу, но и совпадают по целям измерений, характеристикам качества измерений, исходной информации, используемой для их определения, методам их определения и, в конечном счёте, по количественным результатам определения характеристик погрешности и неопределённости.

МИ 202-80 «Метрологические характеристики измерительных систем. Принципы регламентации и контроля» (Кузнецов В.П.). В документе рассмотрена специфика метрологического обслуживания измерительных каналов систем.

МИ 187-79 «Критерии качества поверки средств измерений» и МИ 188-79 «Установление допускаемой погрешности поверки средств измерений» (Кашлаков В.М.). Впервые установлена номенклатура критериев качества поверки и методика выбора соотношения между погрешностями поверяемого и эталонного средств измерений, обеспечивающая заданные критерии.

МИ 641-84 «Расчёт значений критериев качества поверки средств измерений, методики программного моделирования» (Вострокнутов Н.Н., Френкель Б.А.). Пакет прикладных программ позволил автоматизировать указанную процедуру путём имитационного моделирования источников погрешностей, возникающих при поверке средств измерений.

В этот же период ведутся исследования погрешностей аналого-цифрового преобразования, в частности методических погрешностей, обусловленных квантованием измеряемой величины по уровню (Вострокнутов Н.Н., Кнюпфер А.П., Средина И.Г.), что имело большое практическое значение для метрологии измерительных систем. Результатом явилось создание ряда документов, в частности:

- МИ 1202-86 «ГСИ. Приборы и преобразователи измерительные напряжения, тока, сопротивления цифровые. Общие требования к методике поверки» (Вострокнутов Н.Н.);

- РД 50-206-80 «Нормирование и определение метрологических характеристик измерительных преобразователей кода в постоянное напряжение и ток».

Продолжаются работы по аттестации методик выполнения измерений:

- МИ 1967-89 «ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения» (Земельман М.А., Тронова И.М.);

- МИ 1730-87 «ГСИ. Погрешности косвенных измерений характеристик процессов. Методика расчёта» (Куликов В.А.).

Создаётся ряд документов по обеспечению эффективности измерений при управлении технологическими процессами (Миф Н.П. - МИ 2179-91, МИ 2232-92, МИ 2233-92, МИ 2266-93, МИ 2267-93, МИ 2301-94).

В 70 - 80-х годах проводится большая работа по внедрению документов ГСИ в промышленность: приборостроение, энергетику, оборонные отрасли. Разработка документов по метрологии для решения конкретных задач осуществляется по хоздоговорам с такими ведущими в своих отраслях организациями, как НИИХИММАШ, НИИТ, КБ «Южное», ЦАГИ, НПО «Взлёт», ЛИИ, ЦНИИКА, СКБСН, ОКБ САУ, ВНИИЭП. Разрабатываются эталонные установки для автоматизации поверки средств измерений системного применения.

В частности, была создана цифровая установка с автоматической коррекцией погрешности для поверки вторичной части систем, рассчитанная на применение в широком диапазоне температур окружающей среды, что позволяло использовать её на месте установки систем (0,1 %, 0...+50 °С), (Земельман М.А., Вострокнутов Н.Н., Пузачёв В.В.), на базе исследования стабилитронов создаётся ряд высокостабильных источников напряжения постоянного тока (Вострокнутов Н.Н.); разработана установка для поверки вторичных регистрирующих приборов следящего уравновешивания (Лисенков А.И.).

В сотрудничестве с ВНИИЭП (Минприбор) был разработан ряд руководящих технических материалов приборостроительной отрасли:

РТМ 25.159-74 и РТМ 25.160-74 по определению и контролю погрешности средств измерений в нормальных условиях;

РТМ 25.193-75, РТМ 25.194-75 по определению и контролю характеристик погрешности, связанных с действием влияющих факторов;

РТМ 25.191-75 и РТМ 25.192-75 по определению и контролю динамических характеристик.



Наработки отдела послужили фундаментом для создания института метрологии измерительных и управляющих систем (ВНИИМИУС, г. Львов).

В конце 70-х годов под тематику отдела был создан 21-й Секретариат-Пилот Международной Организации Законодательной Метрологии (МОЗМ): СП21 «Метрологические характеристики средств измерений, подлежащие нормированию, и показатели точности измерений». Работы отдела становятся
достоянием международной научной метрологической общественности. В работе СП21, возглавляемой ВНИИМС (Земельман М.А.), принимали участие промышленно развитые страны (США, Франция, Германия, Польша, Чехословакия, Япония); свидетельством значимости деятельности этого СП явилось участие практически во всех заседаниях представителя МОЗМ, а со второй половины 80-х годов - представителя ИСО. В одном из заседаний принимал участие Президент МОЗМ г-н Атане.

Представитель СССР был включен в состав Рабочей группы ИСО ТАГ-4 «Неопределенность измерений» (Кузнецов В.П.).

К началу 80-х годов на базе идей и разработок отдела сформировалась московская научная школа метрологов, основным направлением научной деятельности которой была метрология технических измерений.

После распада СССР ВНИИМС был вновь назначен головной организацией по метрологии измерительных систем. Выполнение этих функций было возложено на отдел 201.

В настоящее время отдел измерительных систем продолжает свою деятельность в традиционных направлениях. Пересмотрен и дополнен комплекс основополагающих нормативных документов по метрологии измерительных систем.

ГОСТ Р 8.596-2002 «ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Общие положения» (Кузнецов В.П.). Этот стандарт заменил ранее разработанный документ МИ 2438-с аналогичным названием. Измерительные системы (ИС) обладают всеми основными признаками средств измерений и являются их разновидностью. Однако методы решения отдельных метрологических вопросов для ИС имеют свою специфику. Эта специфика порождена общеизвестными особенностями ИС: комплектацией на месте эксплуатации из компонентов, выпускаемых различными изготовителями, существенной распределенностью в пространстве и как следствие наличием протяжённых линий связи между компонентами, многоканальностью, возможностью наращивания в процессе эксплуатации, конструктивной привязкой к техническим объектам, насыщенностью вычислительной техникой. Кроме того, значительная часть ИС входит в состав более сложных структур: информационно-измерительных систем, систем контроля, диагностирования, аварийной защиты, испытательного оборудования, а также систем управления технологическими процессами. ГОСТ Р 8.596-2002 охватывает практически все организационно-правовые вопросы метрологического обеспечения ИС и значительную часть технических (метрологических) вопросов: метрологическую экспертизу технической документации на ИС, нормирование и расчёт метрологических измерительных каналов, утверждение типа, поверку и метрологический надзор.

Многие из этих вопросов бо­лее детально рассмотрены в ряде Рекомендаций, разрабо­танных отделом: МИ 2439-97 «ГСИ. Метрологические характе­ристики измерительных систем. Номенклатура. Принципы регла­ментации, определения и контро­ля», МИ 2440-97 «ГСИ. Методы экспериментального определе­ния и контроля характеристик по­грешности измерительных кана­лов измерительных систем и из­мерительных комплексов», МИ 2441-97 «ГСИ. Испытания для це­лей утверждения типа измеритель­ных систем. Общие требования».

При решении метрологических вопросов традиционно выделяют первичную и вторичную части ИС. Последняя в большинстве современных ИС строится на основе контроллеров, представляющих собой многоканальный промежуточный аналого-цифровой измерительный преобразователь, построенный по модульному принципу. В состав контроллера обычно входит процессор системы, управляющий её работой и выполняющий математическую обработку измерительной информации и её хранение. В отделе разработана Рекомендация МИ 2539-99 «ГСИ. Измерительные каналы контроллеров, измерительно-вычислительных, управляющих, программно-технических комплексов. Методика поверки» (Тронова И.М.), в которой изложены технические особенности метрологического контроля этих системообразующих устройств.

В связи с увеличением доли работ, связанных с автоматизацией измерений при коммерческом учёте электроэнергии по заданию Ростехрегулирования были разработаны Рекомендации МИ 2999-06 «ГСИ. Системы автоматизированные информационно- измерительные коммерческого учёта электрической энергии.
Рекомендации по составлению описания типа» и МИ 3000-06 «ГСИ. Системы автоматизированные информационно-измерительные коммерческого учёта электрической энергии. Типовая методика поверки».

Помимо разработки нормативных документов отдел проводит исследования и испытания измерительных систем, измерительно-вычислительных комплексов, контроллеров многих ведущих отечественных и зарубежных фирм - ЗАО «Эмикон» (г.Москва), ЗАО ПК «Промконтроллер» (г. Москва), НПО «МИР» (г. Омск), группа предприятий «АЛЕКТО» (г. Омск), НПП «Тепловодохран» (г. Рязань), НПП «Автоматика-С» (г. Москва); ЗАО «НВТ-Автоматика» (г.
Москва), ОАО «Электроприбор» (г. Чебоксары), ОАО «Челябинский завод «Теплоприбор», АББ-Автоматизация, (г. Чебоксары, г. Москва), ЗАО «Энергопромышленная компания», ООО «Прософт Системы», 000 «НПП «Югпром-автоматизация», 000«ИФСНИИП АТОМ», ВНИИА им. Духова, ОАО «Приборный завод Тензор», ФГУП «ЭЗАН», ЗАО «Взлёт», Honeywell, Bristol, Siemens, Yokogawa, Invensys Eurotherm, HIMA, Metso Automation, PLC Systems и многих других.

Выполняется большой объём работ по утверждению типа измерительных систем и их компонентов, а также более сложных структур, в которые они входят, крупных и ответственных объектов:

- Проект «Сахалин-2»: системы пожарной и газовой безопасности F&G и противоаварийной защиты ESD Объединенного Берегового Технологического Комплекса Филиала компании «СЭИК»;

Филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Кольская АЭС» энергоблок № 3 - Система информационно-измерительная;

Филиал ОАО «ОГК-3» «Костромская ГРЭС» энергоблоки № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 - Системы информационно-измерительные на базе ПТК «Квинт СИ»;

Автоматизированные информационно-измерительные системы диспетчерского контроля и управления МГУП «Мосводоканал»: Западная, Восточная, Северная, Рублёвская станции водоподготовки; Автоматизированные информационно-измерительные си коммунального хозяйства (например, система «Пульсар», «Тепловизор», «МИК», «СИМ 2007»)

Проведены работы по метрологическому обеспечению (проведение испытаний с целью утверждения типа, разработка методик поверки и калибровки, методик выполнения измерений, проведение поверки и калибровки измерительных каналов) систем и комплексов на объектах электроэнергетики:

- Автоматизированные информационно-измерительные системы для коммерческого учёта электроэнергии для генерирующих объектов ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)»: Красноярская ТЭЦ - 1, Красноярская ТЭЦ - 2, Назаровская ГРЭС, Канская ТЭЦ, Абаканская ТЭЦ, Минусинская ТЭЦ и др.

- Системы телемеханики и связи: Шатурской ГРЭС, ОАО «ЮГК ТГК-8» (Ростовская, Астраханская, Волгоградская, Дагестанская, Кубанская генерации), ОАО «ТГК-9», Ново-Свердловская ТЭЦ, Нижнетуринская ГРЭС, Пермская ТЭЦ-14, Чайковская ТЭЦ-18, БогословскаяТЭЦ, Березниковская ТЭЦ, Красногорская ТЭЦ;

- Комплексы измерения и управления отдельными группами оборудования электростанций, например комплексы программно-технические контроля и управления паровыми турбинами и котлами ТЕРМОКОНТ-2000 и управления гидроагрегатами ГИДРОКОНТ-400;

- - Системы измерения и контроля уровней воды в бьефах Филиала ОАО «Гидро ОГК»- «Камская ГЭС». Эти работы проводятся под руководством Троновой И.М., Срединой И.Г., Шатохиной Ю.А., Спесивцевой Ю.И.

- В последние годы в отдел пришла молодёжь из ведущих вузов страны: Гоголев Д.В. (МГТУ им. Н.Э.Баумана, в 2009 г. защитил диссертацию на соискание степени кандидата технических наук), Гоголева Т.С. (МГТУ им. Н.Э.Баумана), Гузий В.В. (МГТУ «СТАНКИН»), Каширкина И.М. (МГАПИ), Грошев А.И. (МЭИ), Кириллова Е.И. (МГИЭМ (ТУ)).


Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » Статьи о МО » Кузнецов В.П., Тронова И.М., "Современные аспекты развития метрологического обеспечения измерительных систем и информационных технологий"