Поиск по сайту:
Главная страница » Метрология » Метрологическая экспертиза » Метрологическое моделирование

Метрологическое моделирование объектов, средств измерений и типовых процессов измерений




Скачать статью полностью

В Приложении 1 (Справочном) "Конечные цели измерений и измеряемые величины" нормативного документа МИ 1317–86 сделана следующая попытка описания модели объекта измерений:

Для обоснованного планирования измерений и правильной интерпретации результатов и погрешностей измерений необходимо на начальном этапе решения задачи измерений (например, при разработке методики выполнения измерений) принять определенную физическую модель объекта измерений.

Физическая модель должна достаточно близко (для решения данной технической задачи) совпадать с реальным объектом измерения. В качестве измеряемой величины следует выбрать такой параметр модели, который наиболее близко соответствует данной цели измерения. Значение параметра модели, т. е. значение измеряемой величины, может выражаться числом, функцией или функционалом. Это учитывается при разработке методики выполнения измерений и при выборе средств измерений.

Примеры:

1. Объект измерения вал. В соответствии с конечной задачей, решаемой путем измерений, и с априорной информацией о свойствах объекта в качестве физической модели вала принимается прямой круговой цилиндр. Параметр модели измеряемая величина диаметр окружности цилиндра в любом его поперечном сечении; его значение выражается числом...

Далее на том же уровне приведены другие примеры. Анализ первого примера показывает, что предложена не "физическая модель объекта измерений", а идеализированная геометрическая модель номинально цилиндрической поверхности. Она не обеспечивает проектирования эффективной МВИ. Следует признать, что проблема моделирования измеряемых объектов в данном документе только поставлена, но не рассмотрена во всей ее сложности.

Понятие "метрологическое моделирование" пока не нашло широкого применения в метрологии, несмотря на исключительно важную роль моделирования в измерениях и измерительном контроле. Пока значение и возможности метрологического моделирования теоретически не раскрыты и, как правило, недостаточно используются в практике.

Для разработки методики выполнения измерений необходимо создать модели и объекта, и той физической величины, которую мы собираемся измерять. Для создания средства измерений необходимо использовать модели преобразования сигналов измерительной информации, а от них переходить к моделям измерительных преобразователей и приборов.

Любые измерения "физических величин", "объектов", "параметров объектов" если их рассматривать с позиций моделирования сводятся к использованию результатов измерений для построения модели, которая адекватно (в рамках поставленной задачи) отражает существо исследуемого объекта. Модель может отражать отдельную физическую величину, их совокупность (комплекс) или определенным образом построенную систему физических величин, принадлежащих одному объекту (изделию, процессу). Модель объекта может создаваться на основании априорной информации, но, как правило, корректируется по результатам измерений (рис. 1).

Построение модели объекта следует осуществлять на базе системного подхода, который предусматривает стратификацию систем как по уровням (макроскопический и микроскопический уровни), так и по "срезам" системы (морфологический, функциональный, информационный, процессуальный и прагматический). Хотя приведенные страты системы рассматривают как независимые, они не обладают полной обособленностью, их взаимосвязь и взаимовлияние необходимо иметь в виду при составлении любой предназначенной для практического использования модели объекта. Структурные и функциональные свойства любой системы взаимно дополняют друг друга, поскольку без знания структуры сложной системы нельзя представить ее как целое, а с другой стороны, невозможно определить структуру системы без опоры на закономерности ее функционирования.

Когда модель (например, структурная схема) построена, необходимо проверить справедливость всех принятых при ее построении допущений как общих, так и конкретных. Как правило, для одной и той же системы можно предложить несколько конкурирующих моделей (схем). Какая из них будет лучше, зависит от множества факторов, определяющих соответствие (адекватность) предложенной модели и исследуемой системы.

            Адекватность модели может рассматриваться в разных аспектах:

  • адекватность по цели (модель соответствует целям исследования);
  • адекватность по исходным данным (необходимая для использования в качестве исходных данных информация может быть получена в достаточном объеме с удовлетворительной точностью);
  • адекватность по полноте (модель включает все необходимые для исследования переменные, а также учитывает связи между переменными);
  • адекватность по управлению (модель включает все необходимые регулируемые переменные и такие возможности их изменения, которые обеспечивают эффективное управление ходом исследования);
  • адекватность по результативности (исследование модели позволяет в приемлемые сроки получать решения, при переносе которых на реальную систему прогнозируемые эффекты воспроизводятся с достаточной точностью и представительностью).

Очевидно, что главным свойством модели является адекватность по результативности, и что она может быть обеспечена только при соблюдении всех предыдущих условий адекватности.

В метрологии фактически используют множество моделей объектов измерений, основными из которых можно считать нормативную модель объекта, аналитические модели (идеальную и реалистическую) и экспериментальную модель объекта.

Нормативная модель объекта создается в процессе проектирования и оформляется технической документацией (чертеж, техническое описание, технические условия и т.д.). Она содержит параметры объекта и предназначена для его создания. Эта же модель используется для контроля параметров созданного объекта (результатов или режимов технологических операций и/или технологического процесса в целом). В соответствии с последним утверждением метрологическая нормативная модель объекта полностью соответствует общей нормативной модели, а единственным ее отличительным признаком является функциональное назначение (ее применяют при контроле). Контроль объекта включает построение его экспериментальной модели и сопоставление ее с нормативной моделью для заключения о соответствии (годности).

Нормативная модель объекта, представляет собой область существования годного объекта со всеми допустимыми отклонениями параметров. Следовательно, нормативная модель объекта не совпадает с идеальной моделью, которая строится по однозначно определенным параметрам (например, номинальным). Так, в качестве идеальной модели шара можно рассматривать сферу определенного радиуса, идеальной моделью ролика или диска является прямой круговой цилиндр с фиксированными значениями диаметра и длины между торцами.

Цилиндрическую поверхность ролика можно представить нормативной моделью в виде пространства между двумя идеальными цилиндрическими поверхностями, в которое должна вписаться реальная поверхность. Цилиндры могут быть концентрическими либо расположенными друг относительно друга иным образом, а пространство между ними называют полем допуска диаметра. Истолкование предельных размеров вала по Тейлору, принятое в международных и национальных стандартах, дает достаточно сложную модель: прилегающий к поверхности реального вала геометрически правильный цилиндр не должен превышать заданного (наибольшего предельного) размера, а толщина реальной поверхности вала в любом сечении не должна быть меньше второго заданного (наименьшего предельного) размера. Следовательно, нормативная модель наружной цилиндрической поверхности (рис. 2) включает в себя один цилиндр наибольшего предельного размера dmax и бесконечное множество цилиндров меньших размеров, фрагменты которых произвольным образом располагаются внутри большего цилиндра. Условие годности реальной цилиндрической поверхности:

dimin   ≥dmin и dimax ≤ dmax ,

где dimin и dimax – наименьший и наибольший действительные размеры, полученные при измерении реальной поверхности;

dmin и dmax – наименьший и наибольший предельные размеры поверхности.

Как видно из приведенного примера, нормативная модель отличается от идеальной наличием полей допусков, которые добавляются к номинальным параметрам (часто в виде предельных отклонений). В результате образуется конвенциональная координированная система предельных контуров. В частности, в тейлоровской модели поле допуска диаметра "плавает" по нормали к оси цилиндра (см. расположение отрезков Т= dmax dmin на рис. 2).

Составляющими частями нормативной модели данного объекта являются:

  • значения параметров (L, d и др.) с допусками Т (формальная составляющая);
  • поля допусков параметров (содержательное оформление нормированных допусками параметров в координатную систему, которая определяет область существования годных объектов контроля).

Нормативная модель объекта разрешает рассеяние значений параметров в пределах поля допуска, то есть допускает некое разнообразие реализаций нормированных объектов. Например, номинально цилиндрическая поверхность с заданным полем допуска диаметра из-за несовершенства технологических процессов может быть изготовлена как конусообразная, бочкообразная или седлообразная (если рассматривать простейшие искажения поверхности вдоль ее оси). Можно также представить более сложную комбинированную поверхность, объединяющую несколько вариантов искажений (изогнутость оси и конусообразность на рис. 2), которые дополняются искажениями формы в поперечном сечении.

Страница 1 из 4 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Метрология » Метрологическая экспертиза » Метрологическое моделирование