Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » Статьи о погрешности » Кузнецов В.П., "Сопоставительный анализ погрешности и неопределенности измерений"

Сопоставительный анализ погрешности и неопределенности измерений




Кузнецов В.П.


"Неопределенность стоило выдумать хотя бы для того, чтобы теперь разъяснять, чем погрешность отличается от неопределенности"
(Реплика из зала на заседании ученого совета)


Проблема, обозначенная в заглавии статьи, едва ли нуждается во вводных словах. Многочисленные публикации и дискуссии на эту тему разделили метрологическую общественность на три лагеря: группу активных сторонников Руководства [1], группу менее активных противников и многочисленную группу метрологов–практиков, на чьих плечах лежит основная тяжесть работ по метрологическому обеспечению производства, терпеливо ожидающих, чем "все это" закончится.

Сразу определю свою позицию:
1. Руководство излагает один из возможных вариантов оценивания качества измерений. Его отправной точкой являются классические представления об истинном значении измеряемой величины и погрешности измерений.
2. Классическому подходу присущи некоторые "недостатки" и противоречия, ни один из которых не устранен введением понятия "неопределенность".
3. Возражение вызывает интерпретация положений Руководства активными сторонниками этого документа и их стремление распространить концепцию неопределенности на все виды метрологической деятельности.

Заранее приношу извинения читателям за то, что они встретят в статье ряд общеизвестных истин. При рассмотрении концептуальных вопросов этих истин не избежать. В статье цитируется русский перевод Руководства (Санкт – Петербург, 1999 г.), поскольку цитирование официального текста на английском языке, возможно, ограничило бы круг читателей.

Цель измерений

Погрешность и неопределенность измерений – понятия, на основе которых формируются критерии качества результатов измерений или, что то же самое, критерии достижения цели измерений.
Во многих отраслях знаний при формулировании целей познания используются идеальные понятия. "Абсолютная истина" в философии, "математическое ожидание" в теории вероятностей... Цель и должна быть идеальной. Другой вопрос, что мы, стремясь достигнуть эту цель, приближаемся к ней настолько, насколько позволяют наши возможности и обстоятельства, никогда не достигая ее окончательно. Но это не делает бесполезной нашу практическую деятельность.
Метрология не составляет в этом отношении исключения. В нашей действующей отечественной нормативной документации, основанной (пока) на классическом подходе, в частности, в Рекомендации МИ 1317-86 [2], заменившей в свое время ГОСТ 8.011-72, в 1.1 указано: "Непосредственной целью измерений является определение истинных значений постоянной или изменяющейся измеряемой величины". В моем представлении понятие "истинное значение измеряемой величины" неразрывно связано с понятием "размер физической величины" (3.3 [3]). Я определил бы истинное значение как значение физической величины идеально (без погрешности) соответствующее ее размеру.

Да, классическому подходу свойственно противоречие, которое может быть подвергнуто "критике". С одной стороны, "размер" – это реализация интересующего нас свойства в конкретном объекте, т.е. нечто объективно присущее объекту и не зависящее от нашего сознания. С другой стороны, решение любой измерительной задачи начинается с построения (в нашем сознании) модели объекта измерений. Общеизвестно, что ни одна модель, как бы ни была она сложна, не может быть абсолютно адекватной самому объекту. Тем не менее, четкое понимание того, что мы хотим измерить, то есть четкая интерпретация размера физической величины возможны только в пределах выбранной модели, представляющей собой идеализацию реального объекта, что и порождает ускользающую от нас методическую погрешность измерений, обусловленную неадекватностью объекта и его модели в измерительной задаче. Этой проблеме посвящена обширная литература в классической метрологии. Введение понятия "неопределенность измерений" не устранило этой проблемы - в Руководстве указаны источники неопределенности, связанные с "неполным определением измеряемой величины" (3.3.2), но оно не продвинулось ни на шаг в количественной оценке этой составляющей погрешности измерений. Это гносеологическая проблема, присущая любым дисциплинам, присущая процессу познания. Отмеченное противоречие не может служить основанием для отказа от фундаментальных понятий классической метрологии: "истинное значение", "размер", "погрешность измерений". Впрочем, понятие "размер" в Руководстве не рассматривается. Но отказ от понятия "истинное значение" был бы равнозначен отказу и от понятия "размер".

Тем не менее, бытует мнение, что введение понятия "неопределенность измерений" имеет в своей основе отказ от понятия "истинное значение". Видимо, повод к такому выводу дает 3.1.1
Руководства и некоторые категоричные высказывания (см., например, цитируемый ниже, Е.5.4). "Целью измерения является определение значения измеряемой величины, т.е. значения определенной величины, которую надо измерять" (3.1.1). И далее в примечании к этому пункту: "термин "истинное значение" не используется в этом Руководстве". Одна из основных причин в том, что истинное значение всегда оста?тся неизвестным или, как сказано в Руководстве – непознаваемым. Это один из примеров достижения абсолютной истины и никакие примечания к 3.6 [3] о том, что "оно (истинное значение) может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений" не устраняют этого факта. Можно ли отказаться от этого понятия или заменить его? Руководство да?т ответ на этот вопрос. В том же примечании к 3.1.1 Руководства сказано: "термины "значение измеряемой величины" (используется в Руководстве) и "истинное значение измеряемой величины" рассматриваются как эквивалентные" (см. также 3.2.3). Следовательно, речь ид?т не об отмене понятия, а о замене одного термина другим, а точнее об упрощении термина. В D.3.5. Руководства даны соответствующие пояснения: "Слово "истинное" рассматривается как избыточное". Или там же: "прилагательное "истинное" в термине "истинное значение измеряемой величины"… не является необходимым – "истинное" значение измеряемой величины просто является значением измеряемой величины". И с этим в принципе можно согласиться (1) . Но из цитируемых текстов никак не следует, что понятие "истинное значение" Руководством отвергается. И нам оста?тся признать, что цель измерений в классическом подходе и в подходе, основанном на концепции Руководства, совпадают.

Погрешность и неопределенность

"Реабилитация" истинного значения, естественно, да?т право на существование и понятию "погрешность измерений". Это не отрицается и Руководством, где в 2.2.4 указано, что определение неопредел?нности измерений "не расходится с другими понятиями неопредел?нности измерения, такими как: мера возможной погрешности оцененного значения измеряемой величины, полученной как результат измерения". Говоря проще, в Руководстве погрешность измерений рассматривается как разновидность общего понятия "неопредел?нность измерений". Можно согласиться и с этим. Вопрос о том, что первично, в данном случае вряд ли достоин научной дискуссии.
Погрешность измерений, как разность результата измерений и истинного значения измеряемой величины, естественно также попадает в разряд "непознаваемых" объектов. Однако, мы пользуемся этим понятием в теоретических исследованиях, доводя на практике оценку погрешности измерений до такого состояния, когда можно указать только границы интервала, в пределах которых лежит погрешность измерений с заданной вероятностью, но в какой именно точке этого интервала она находится, оста?тся неизвестным. В качестве количественных оценок качества результата измерений мы используем характеристики погрешности измерений, а не саму погрешность. Если бы она была известна, мы бы ввели поправку в результат измерений.
Привед?нная выше формулировка соответствует "привязке" указанного интервала к истинному значению измеряемой величины. Поэтому выражения "не выходит за границы", "лежит в пределах" используемые в практической деятельности следует отнести к профессиональному жаргону. На практике мы "привязываем" интервал погрешности к результату измерения и в этом случае была бы более корректна формулировка, заимствованная из математической статистики: интервал погрешности измерений, будучи привязан к результату измерений, накрывает истинное значение измеряемой величины с заданной вероятностью. Эта формулировка соответствует понятию "доверительный интервал погрешности" [4], (к сожалению, определение этого понятия в [3] - неудачно). Однако эта формулировка звучит сложнее и менее понятна публике, не посвящ?нной в метрологические тонкости, что и обусловило использование жаргонного выражения даже в Законе "Об обеспечении единства измерений". В этом отношении Руководство изложено на более профессиональном языке. В 2.3.5 Руководства дано определение расширенной неопредел?нности. Это - "величина, определяющая интервал вокруг результата измерения, в пределах которого, можно ожидать, находится большая часть распределения значений, которые с достаточным основанием могли быть приписаны измеряемой величине. Примечание: Эта часть распределения может рассматриваться как вероятность охвата" и т.д. Нетрудно разглядеть в этой дефиниции конструкцию доверительной погрешности.

Обратимся к рассмотрению неопредел?нности измерений. Общее определение понятия "неопредел?нность измерений" дано в 2.2.3 Руководства: это "параметр, связанный с результатом измерения, который характеризует дисперсию значений, которые могли быть обоснованно приписаны измеряемой величине" (2).

В примечаниях к этому пункту нет пояснений, какова модель измеряемой величины, почему составляющие неопределенности являются источниками "дисперсии" значений измеряемой величины, и что может послужить обоснованием этих значений. Из дальнейшего текста становится ясным, что речь, конечно, идет об измеряемой величине фиксированного размера (1.2, 3.1.3, 4.1.1 Руководства) и остается понять механизм возникновения "флюктуации" такой величины. Для этого воспользуемся услугами классической теории, заняв позицию, рекомендуемую Руководством.
В уже упоминавшемся 1.1 [2] сказано, что "результат измерений является реализацией случайной величины, равной сумме истинного значения измеряемой величины и погрешности измерений". Это следует из определения погрешности измерений. На рисунке 1 изображена плотность вероятностей характеризующая распределение результата измерений . Я надеюсь, что читатель знаком с основами классической теории и нет необходимости в обосновании вероятностных представлений о погрешности измерений, связанных как с собственными случайными эффектами конкретного измерительного процесса, так и с систематическими эффектами, являющимися источниками неисключенных систематических погрешностей. В любом случае для дальнейшего рассмотрения нам не важна внутренняя структура погрешности измерений и мы ограничимся ее простейшей моделью в виде непрерывной случайной величины с нулевым математическим ожиданием подчиняющейся симметричному закону распределения. Ясно, что в этом случае плотность вероятностей, изображенную на рисунке 1, одновременно можно рассматривать и как плотность вероятностей абсолютной погрешности измерений абсолютная погрешность измерений, если перенести начало координат в точку, соответствующую истинному значению измеряемой величины истинное значение измеряемой величины.
плотность вероятности

Вообразим наблюдателя, который всякий раз будет располагаться в точке числовой оси, соответствующей очередной реализации реализация результата измерений, и наделим его способностью наблюдать на числовой оси истинное значение измеряемой величины истинное значение измеряемой величины. В точке он будет видеть истинное значение измеряемой величины слева, в точке – справа, в точке - близко от себя, в точке - далеко. Он будет наблюдать истинное значение измеряемой величины как случайную величину, закон распределения которой определяется законом распределения погрешности измерений.
Для более четкого понимания поместим наблюдателя в своего рода "инерциальную" систему координат, жестко привязанную к результату измерений, в которой наблюдатель остается "неподвижным". Чтобы подчеркнуть, что размер рассматриваемой измеряемой величины неизменен (фиксирован), наделим наблюдателя способностью видеть истинное значение измеряемой величины вместе с числовой осью истинных значений, которая в системе координат наблюдателя будет занимать, как это мы выяснили из рисунка 1, случайное положение. Тогда рисунок 1 трансформируется в рисунок 2, где – "реализации" истинного значения измеряемой величины в системе координат наблюдателя. Набрав необходимую статистику, наблюдатель обнаружит, что наблюдаемый им закон распределения закон распределения истинного значения измеряемой величины представляет собой зеркальное отражение закона распределения результата измерений или, с точностью до математического ожидания – закона распределения погрешности измерений. Для симметричных законов распределения свойство "зеркальности" не имеет значения. Для иллюстрации несимметричный закон распределения приведен на рисунке 3.
реализация истинного значения

Поскольку в Руководстве не упоминается ни один специфичный источник неопределенности, которому не соответствовал бы аналогичный источник в классической теории, мы вправе утверждать, что дисперсия, о которой упоминается в общем определении неопределенности измерений (2.2.3 Руководства), есть ничто иное как дисперсия погрешности измерений (3).
Руководство последовательно ориентировано на "познаваемые", а не на "идеальные понятия". "В центре внимания этого Руководства находятся результат измерения и его оцененная неопределенность, а не "истинное" значение и погрешность, которые невозможно определить…" (Е.5.1); "…рабочий подход данного Руководства, в котором упор сделан на наблюдаемом (или оцененном) значении величины и на наблюдаемой (или оцененной) изменчивости этого значения, делает любое упоминание о погрешности абсолютно ненужным" (Е.5.4). Это привело к трансформации погрешности измерений в ее зеркальное отражение – неопределенность; к замене естественной позиции экспериментатора (рисунок 1), наблюдающего разброс результата измерений, в искусственную (рисунок 2), из которой он наблюдает разброс неизменного значения измеряемой величины.
неизменное значение измеряемой величины

Продолжая рассуждения, связанные с рисунком 2, можно сказать, что неопределенность – это параметр случайной величины, представляющей собой разность между истинным значением измеряемой величины и результатом измерений, то есть величины, совпадающей по модулю с погрешностью измерений, но противоположной ей по знаку. В классической метрологии (и в Руководстве) эту величину называют "поправкой". Доводя до логического конца сопоставление погрешности и неопределенности, можно сделать вывод, что сущность отличия концепции неопределенности от классического подхода сводится к использованию для оценивания качества результата измерений характеристик (параметров) поправки, рассматриваемой как случайная величина, вместо характеристик погрешности измерений, что и привело к свойству "зеркальности" и полному совпадению (качественному и количественному) всех характеристик погрешности и неопределенности, поскольку дисперсия (момент) нечувствительна к знаку случайной величины (смотри следующий раздел статьи)(4).

"А" и "В"…

Нередко приходится слышать, что Руководство устранило деление погрешности измерений на систематическую и случайную составляющие (тем не менее, эти понятия используются по всему тексту Руководства), введя новую классификацию. В Руководстве используются две группы понятий, специфичных для этого документа (2.3). В первую группу входят понятия эквивалентные характеристикам погрешности измерений: стандартная неопределенность (2.3.1) – эквивалент среднего квадратического отклонения погрешности; суммарная стандартная неопределенность (2.3.4) – эквивалент среднего квадратического отклонения результирующей (полной, суммарной) погрешности измерений; расширенная неопределенность (2.3.5) – эквивалент интервальной оценки погрешности измерений. Другую группу понятий образуют методы оценивания перечисленных неопределенностей (характеристик погрешности измерений): тип А и тип В. К сожалению, в 2.3 указанные понятия не сгруппированы, что не способствует их правильному пониманию. Руководство тщательно избегает применения терминов "неопределенность типа А" и т.д. Внимательный читатель обратит внимание, что даже в дефинициях (2.3.2 и 2.3.3) слово "неопределенность" поставлено в скобки, т.е. можно читать "оценка по типу А" или "оценка по типу В", причем двусмысленное слово "оценка" лучше понимать как "оценивание", "метод определения" или, в крайнем случае, как "оценка, определенная по методу А". В используемых в тексте Руководства сочетаниях, например "оценивание стандартной неопределенности по типу В" слова "по типу В" относятся к слову "оценивание", а не к слову "неопределенность".

"Оценка (неопределенности) по типу А – метод оценивания неопределенности путем статистического анализа рядов наблюдений" (2.3.2). Дальнейший текст Руководства показывает, что статистический анализ приводит к классическим в математической статистике параметрам – среднему значению, являющемуся оценкой математического ожидания, к оценкам дисперсии, корреляционных моментов и т.п. Безусловно, на практике мы всегда оперируем с оценками, отличающимися от истинных значений. Более того, по экспериментальным данным в принципе невозможно строго выделить случайную и систематическую погрешности, поскольку невозможно однозначно отделить медленные, долговременные изменения, имеющие признаки систематических дрейфов (трендов), от инфранизкочастотной случайной составляющей. Критерии, предлагаемые математической статистикой, позволяют только утверждать, что выдвинутая гипотеза не противоречит экспериментальному материалу, физический анализ также, как правило, не позволяет получить однозначный ответ. Однако, мне не приходилось слышать, чтобы на этом основании где-либо предлагалось заменить понятие среднего значения на параметр типа В, а оценку дисперсии на оценку параметра типа А. Не сделано это и в Руководстве.

"Оценка (неопределенности) по типу В – метод оценивания неопределенности иным способом, чем статистический анализ рядов наблюдений" (2.3.3). Это определение не выдерживает критики, поскольку оно практически не идентифицирует метод оценивания. Дальнейший текст Руководства предлагает такие же методы оценивания по типу В, какие приняты в классической метрологии.

В классическом подходе "метод В" используется в двух случаях:
1. При определении суммарного эффекта неисключенных систематических погрешностей (НСП).
2. При определении характеристик результирующей погрешности измерений, когда в исходных данных не содержится информация о структуре составляющих погрешности измерений, во всяком случае хотя бы некоторых из них.
Приборостроители, как правило, в спецификациях на средства измерений дают информацию в виде пределов допускаемых значений метрологических характеристик, т.е. в виде интервалов, которым соответствует вероятность равная 1. При этом вероятность не указывается в соответствии с ГОСТ 8.009-84 [5] и примечанием 5 к таблице в [2]. Например, "предел допускаемой основной погрешности вольтметра", но какова ее структура, как правило, не сообщается. Кроме того в зависимости от условий измерений, от предписанных правил выполнения (или фактического исполнения) измерительной процедуры, одни и те же источники погрешности (например, влияющие величины) могут рассматриваться и проявляться в одних случаях как систематические, в других – как случайные факторы. Поэтому, если метод А мы можем однозначно связывать с экспериментальным определением случайных составляющих погрешности, то метод В не может быть однозначно ассоциирован ни с систематическими, ни со случайными составляющими погрешности измерений. Это расчетный метод определения, как правило, суммарной погрешности. В любом случае, "А" и "В" это не составляющие погрешности измерений, а методы их определения.

Нечеткость интерпретации "А" и "В" проявлялась с самого начала работы над Руководством. «Если «группа А» безо всякого сомнения соответствует в большинстве случаев тому, что раньше называлось «случайные» погрешности, то «группа В» может означать совершенно отличное от того, что понималось под «систематическими» погрешностями. …Если традиционная классификация основывалась на том влиянии, которое оказывает данная составляющая погрешности на конечный результат, классификация по новым группам (чего?) основывается на способе оценивания неопределенностей… Если неопределенности группы А можно считать оценками с.к.о. в статистическом смысле, то это несправедливо для группы В» (5).

В качестве иллюстрации в таблице приведены основные этапы определения интервальных оценок результирующей погрешности прямых однократных измерений в классической метрологии, которые совпадают с этапами оценивания расширенной неопределенности, рекомендуемыми в Руководстве. В таблице преднамеренно не указано, о каких составляющих идет речь. В исходных данных пределы допускаемых значений могут относится и к НСП, и к "сумме" НСП, случайных и других составляющих (например, от гистерезиса), законы распределения которых усечены, но экспериментальные оценки с.к.о. конечно относятся к случайным составляющим погрешности. Гипотеза о равновероятности распределения (4.3.7 Руководства) составляющих погрешности, образующих исходные данные, в отечественной литературе, помимо обоснования, приведенного в Руководстве, иногда трактуется как наихудшее предположение, поскольку из всех симметричных, усеченных, одномодальных распределений (к которым, как это постулируется в традиционном подходе, обычно относятся возможные законы распределения погрешности [6]), опирающихся на один и тот же интервал, определяемый границами усечения (вероятность 1), равновероятное распределение имеет наибольшую дисперсию и, следовательно позволяет получить оценку сверху для условной дисперсии погрешности. При этом равновероятное распределение рассматривается как «пограничное» между одно- и полимодальными законами распределения.

Таблица

№ п/п Этапы
1 Формирование исходных данных о составляющих погрешности измерений в виде пределов допускаемых значений (интервалов, соответствующих вероятности 1) и экспериментально найденных оценок средних квадратических отклонений (с.к.о.).
2 Условный переход от пределов допускаемых значений к с.к.о. в предположении равновероятности распределения погрешности в пределах допусков.
3 «Квадратичное» объединение (суммирование) с.к.о. составляющих погрешности измерений.
4 Переход к интервальной характеристике результирующей погрешности измерений на основе центральной предельной теоремы.

Таким образом, схемы определения неопределенности и характеристик погрешности совпадают: совпадают исходные данные, методы оценивания, конечная номенклатура характеристик (2.3 Руководства и 2.4 МИ 1317-86). Даже вероятности для интервальных оценок погрешности и расширенной неопределенности обоими документами рекомендуются одни и те же - 0,95 (6.3.3 Руководства и примечание 3 к таблице МИ 1317-86).

Естественно ожидать и совпадения конечных результатов. Действительно в Руководстве этот факт неоднократно подчеркивается.
«На практике расхождение в точках зрения не ведет к расхождению в численных значениях результата измерения или неопределенности, приписываемой этому результату… И опять, нет никакой разницы при расчетах, рассматривается ли стандартная неопределенность как мера дисперсии распределения вероятностей входной величины или как мера дисперсии распределения вероятностей погрешности этой величины» (Е.5.3. Руководства). «Хотя подход, основанный на «истинном» значении и погрешности, дает такие же численные результаты, как и подход, используемый в данном Руководстве…» (Е.5.4 Руководства).

О средствах измерений

Существует два объекта метрологических забот, принципиально отличающиеся друг от друга и предъявляемыми к ним требованиями, и методами контроля соблюдения этих требований: измерительные процессы и средства измерений, посредством которых эти процессы реализуются. Параметрами качества измерительных процессов являются характеристики погрешности (неопределенности) измерений; для средств измерений – их метрологические характеристики. В отечественной практике для подтверждения качества этих объектов Государственной метрологической службой осуществляются различающиеся операции: аттестация методик выполнения измерений и утверждение типа средств измерений. Требования к измерительным процессам регламентированы ГОСТ Р 8.563-96 [7], к средствам измерений – ГОСТ 8.009-84 [5].
В области нормирования метрологических характеристик средств измерений сложилась своя система понятий, своя классификация погрешностей: основная, дополнительные, от гистерезиса, динамическая составляющая и др. В качестве метрологических характеристик регламентируются допуски, определение и назначение которых не имеет ничего общего с методами оценивания характеристик погрешности измерений. Они выбираются из стандартизованных рядов, назначаются исходя из потребностей заказчиков и т.п. Для подтверждения этих характеристик используются, как правило, методы допускового контроля при первичной и периодических поверках, с помощью которых невозможно экспериментально проконтролировать неопределенность, установленную по методу типа В.
Истины ради следует отметить, что имеется группа средств измерений, при установлении метрологических характеристик которых используются методы близкие к методам оценивания погрешности (неопределенности) измерений. В эту группу входят эталоны высшего уровня (первичные эталоны); средства измерений, метрологические характеристики которых определяются в результате индивидуального исследования («индивидуальной градуировки») в первом приближении как «сумма» собственной случайной погрешности и погрешности измерений при передаче размера единицы от вышестоящего по точности средства измерений и приписываются в виде действительных (а не типовых) значений (прежде всего эталоны высших ступеней поверочной схемы); а также средства измерений, экспериментальное исследование которых в целом невозможно или нецелесообразно по техническим или экономическим причинам (например, некоторые средства в виброметрии, измерительные каналы систем – "ИС-2" по ГОСТ Р 8.596-2002 [8] и др.). Но эти виды средств измерений являются исключением из общей, основной массы средств измерений.
В литературе часто период, предшествовавший созданию Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ), называют периодом обеспечения единства средств измерений в противоположность последующему периоду, когда была поставлена задача обеспечения единства измерений. Погрешность средства измерений, которая является только одной из составляющих погрешности измерений, в общем случае не характеризует качество измерений (известны случаи, когда из-за методических составляющих, из-за погрешности взаимодействия с объектом измерений – погрешность средства измерений далеко не определяла погрешность измерений). До известной степени упрощая ситуацию, можно сказать, что ГСИ обязана своим рождением все возрастающему количественному расхождению погрешностей измерений и средств измерений из-за усложнения измерительных задач и условий измерений. Именно по этой причине при создании ГСИ была введена новая процедура – аттестация методик выполнения измерений.
Таким образом, погрешность измерений нельзя отождествлять с погрешностью средства измерений. Тем не менее, встречаются попытки использовать понятие неопределенности в качестве метрологических характеристик средств измерений. Руководство имеет непосредственное отношение к измерительным процессам, но в нем практически не рассматриваются проблемы, связанные с нормированием и методами контроля метрологических характеристик средств измерений. Ни формально, ни по существу оно не имеет непосредственн2span face=ого отношения к метрологическим характеристикам средств измерений. Применение понятия "неопределенность" (неопределенность чего? и ради чего?) к средствам измерений может привести к путанице, заблуждениям и неправильным толкованиям метрологических характеристик и характеристик погрешности (неопределенности) измерений.

Итоги

1. Руководство нуждается в переработке с целью придать б?льшую четкость и ясность его положениям и показать неразрывную связь с классическим подходом, ни в коем случае не противопоставляя концепцию неопределенности подходу, основанному на понятии "погрешность измерений". Следовало бы избегать категоричности некоторых формулировок таких, например, как в цитированном выше Е.5.4.
Начать необходимо с "таинственного" определения неопределенности. Даже в публикациях и выступлениях сторонников Руководства отмечается "непознаваемость" определения в 2.2.3. "В Руководстве [1] подчеркивается различие обсуждаемых (погрешность и неопределенность) понятий. Однако, за прошедшие несколько лет полного осознания различия обсуждаемых понятий и уместных для их применения ситуаций, не произошло" [9]. "Уже на этом этапе нашей беседы можно было бы дать определение понятия "неопределенность измерений". Но, думается, будет лучше для читателей, если мы сначала перечислим источники неопределенности измерений" [10]. Здесь я полностью согласен с автором – читателя надо щадить. По моим наблюдениям даже хорошо подготовленный читатель, не успевший детально ознакомиться с остальными 120-ю страницами Руководства, после первого прочтения дефиниции обычно впадает в изумленно-возбужденное состояние. Нормативные документы не должны бы заставлять пользователя разгадывать загадки. Мы не продвинемся вперед, если вместо того, чтобы устранить недостатки Руководства или, по крайней мере, подвергнуть их критике, будем, теряясь в догадках, объяснять их и оправдывать.
Необходимо более систематизированное изложение вопросов классификации неопределенностей и методов определения их характеристик. Путаница между "А" и "В", с одной стороны, и систематическими и случайными погрешностями, с другой, присутствует практически во всех публикациях, комментирующих Руководство, и оно дает основание для этой путаницы. Необходима соответствующая корректировка и МИ 2552-99 [11]. Ключевые моменты, требующие более бережных формулировок, я надеюсь, ясны из основного текста статьи.
Переработка Руководства необходима не только для лучшего понимания его положений основной массой метрологов. В существующем виде оно содержит опасный потенциал. Мои впечатления, может быть, субъективные, говорят о том, что наибольший интерес к Руководству проявляют те специалисты и специалисты тех областей измерений, где имеются трудности с построением модели объекта измерений, с формулировкой измеряемого размера величины, с созданием эталонов, например, в области аналитических измерений, измерения твердости и т.п. Создается впечатление, что они видят в этой концепции выход (увы, обманчивый) из затруднительного положения и мне уже приходилось слышать в дискуссиях эмоциональные аргументы: "Так неопределенность же! Причем здесь истинное значение?" Специалисты, увлеченные практической направленностью Руководства, уверяли, что цель измерений – получение результата измерений. Действительно, при такой цели измерений "непознаваемые величины" не нужны, как, впрочем, в этом случае не нужна и метрология. К сожалению, Руководство дает повод для вольной трактовки измерительных задач, позволяющей загнать внутрь, спрятать за гипнотизирующим понятием "неопределенность" неразрешимые проблемы. Допускаю, что именно этими потенциальными опасностями вызвано настойчивое упоминание в цитируемом ниже 3.4.8 Руководства "интеллектуальной честности" наряду с другими факторами, определяющими качество работ по оцениванию неопределенности.

2. Руководство целесообразно разделить на две части или на два документа, каждый из которых ориентирован на свою группу пользователей: метрологов, выполняющих работы на высших уровнях поверочных схем и метрологов промышленного уровня, решающих производственные задачи. Последний следовало бы изложить в системе классических понятий, не прибегая к математически вычурным формулировкам, не способствующим внедрению Руководства в инженерную практику. Наблюдающееся стремление применять Руководство на всех уровнях метрологических работ, в частности при аккредитациях лабораторий, я бы отнес к проявлению "метрологического аристократизма". Я использую эти слова отнюдь не в обидном смысле, так как отношу к "аристократам" специалистов высшего звена, занимающихся разработкой первичных эталонов, системой единиц, общей теорией измерений, т.е. работающих на гносеологическом уровне. Основной текст Руководства излагает общепринятые методы статистической обработки экспериментальных данных при научных исследованиях, высокоточных измерениях, исследованиях эталонного уровня. Руководство ориентировано в основном на апостериорную оценку качества измерений, после того, как эксперимент состоялся.

Производственные задачи промышленного уровня требуют иных подходов, они решаются в условиях жесткого дефицита исходной информации и ограниченных возможностей по трудозатратам. В производственной практике (industrial floor) преобладают априорные оценки качества измерений. В ГОСТ Р 8.563-96 [7] подчеркивается, что он "не распространяется на методики выполнения измерений (МВИ), характеристики погрешности измерений по которым определяются в процессе или после их применения". Основной способ оценивания качества измерений в производстве – это проектирование МВИ и их аттестация до того, как "эксперимент" состоялся. Измерительные процессы в производстве – это часть технологического процесса, который всегда предварительно проектируется. Следует также отметить, что в технологических процессах на основе измерений выполняются более сложные процедуры – допусковый контроль, испытания, диагностирование, управление, регулирование и т.п., к которым концепция неопределенности не адаптирована.

Страница 1 из 2 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » Статьи о погрешности » Кузнецов В.П., "Сопоставительный анализ погрешности и неопределенности измерений"