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

Метрологическое моделирование объектов, средств измерений и типовых процессов измерений

ООО Госнорм



Из данных рассуждений вытекает необходимость реалистической аналитической модели поверхности, которую кладут в основу разработки методики выполнения измерений. Поскольку даже для одной простейшей поверхности может существовать некоторое количество вариантов реалистической аналитической модели, в идеальном случае разрабатываемая методика выполнения измерений должна покрывать все варианты. Если такую методику разработать нельзя из-за инструментальных или операциональных ограничений, приходится использовать несколько взаимно дополняющих друг друга методик. Например, при проектировании процесса измерений номинально цилиндрических поверхностей можно рассматривать два диаметрально противоположных варианта реалистической аналитической модели поперечного сечения с регулярными искажениями (четная огранка, включая овальность, и нечетная огранка). Нечетная огранка двухточечными измерениями не выявляется, поэтому "двухконтактные" средства измерений принципиально не могут обеспечить адекватность экспериментальных моделей. В таких случаях необходима разработка минимум двух дополняющих друг друга методик выполнения измерений.

Экспериментальную метрологическую модель объекта создают на базе информации о фактических значениях параметров контролируемого объекта. Информацию получают с помощью измерений соответствующих физических величин, носителем которых является объект. Модель реализуема только в том случае, если принять три основных постулата:

  • каждый объект следует рассматривать как упорядоченное множество (систему) разноименных и одноименных физических величин;
  • каждая из физических величин, принадлежащих данному объекту, может воспроизводиться на этом объекте однократно либо многократно – как бесконечное множество номинально одинаковых величин;
  • любое бесконечное множество номинально одинаковых величин объекта может быть представлено конечным множеством результатов измерений, выполненных в минимально необходимом числе рационально распределенных контрольных точек (контрольных сечений).

Экспериментальная модель всегда является редуцированной по отношению к бесконечному множеству значений параметров реального объекта. Первоначальные варианты экспериментальной модели создаются по данным измерений, проводимых на основе использования реалистической аналитической модели. При необходимости характер экспериментальной модели можно уточнить в соответствии с результатами выполненных измерений и настолько приблизить к реальному объекту, насколько это требуется для решения поставленной задачи измерений. Таким образом, экспериментальную модель фактически создают методом проб и ошибок, причем для получения адекватной экспериментальной модели в сложных случаях трансформируют методику выполнения измерений.

Экспериментальная метрологическая модель объекта необходима при решении любой задачи измерений, вне зависимости от того, существует ли нормативная модель объекта (с ее наличием связаны задачи измерительного контроля деталей, процессов, технологического оборудования и средств измерений, идентификации объектов и др.) или нормативной модели нет (задачи измерений, возникающие в ходе экспериментальных исследований).

Измерению подлежат все нормированные параметры контролируемого объекта, причем каждая из физических величин (как единичных, так и составляющих множество номинально одинаковых величин) может быть измерена однократно, либо многократно.

Для разработки предварительной методики измерительного контроля, для выбора минимально необходимого числа измеряемых физических величин N и правильно распределенных контрольных точек (контрольных сечений) составляем реалистическую аналитическую модель объекта, которая отличается от идеальной предполагаемыми технологическими искажениями. Традиционно применяемая типовая схема измерений номинально цилиндрической поверхности, основана на допущении возможности появления таких элементарных искажений формы, как седлообразность и бочкообразность в продольном сечении, а также овальность – в поперечном. Но измерения накладными средствами не позволяет выявить изогнутость оси и нечетную огранку поперечного сечения. Эта же типовая схема окажется непродуктивной, если образующую нужно аппроксимировать синусоидой.

Экспериментальная модель, используемая для принятия решения о годности объекта по одному или нескольким контролируемым параметрам, должна быть адекватна объекту в рамках поставленной задачи измерения (в данном случае это измерительный приемочный контроль). Возможно построение двух видов экспериментальных моделей:

  • формальная (семиотическая) модель, которую можно использовать, например, при заключении о годности объекта по единичной физической величине типа массы детали;
  • содержательная (семантическая) модель, которую используют для заключения о годности объекта по некоторому множеству номинально одинаковых физических величин типа "диаметра" номинально цилиндрической поверхности.

Не следует считать, что формальная (семиотическая) модель объекта лишена содержания, просто ее содержание редуцировано до элементарной формы типа

Mmin £ Mi £ Mmax,                                                (3)

где Mmin и Mmax – предельно допустимые значения параметра,

Mi – экспериментально определенное (измеренное) действительное значение параметра.

            Из выражения 3 следует, что для заключения о годности реальную модель объекта сравнивают с множеством {Mmin…Mmax} идеальных аналитических моделей и признают объект годным, если реальная модель входит в это бесконечное (континуальное) множество, ограниченное предельными значениями.

Содержательная экспериментальная модель поглощает формальную. Она отличается от формальной тем, что включает в себя множество результатов измерений номинально одинаковых физических величин, выстроенных в определенную систему. Система результатов измерений строится на базе реалистической аналитической модели объекта, уточняемой в ходе получения измерительной информации. Содержание такой модели нельзя ограничить только представлением числовых значений, оно должно включать схему контрольных точек (контрольных сечений) и/или вербальное описание, а возможно и другие системные элементы, обязательные для построения заключения о годности объекта по некоторому параметру. Порядок построения экспериментальной модели объекта по результатам измерений его параметров с учетом обратных связей схематически представлен на рис. 1.

Измерительный приемочный контроль не исчерпывает задачи измерения объектов. Другими задачами, решаемыми с помощью измерений (см. соответствующий модуль) являются арбитражная перепроверка результатов измерений, идентификация объектов, экспериментальное исследование объекта или множества однородных объектов. Для каждого из перечисленных случаев построение метрологических моделей является обязательным этапом решения поставленных измерительных задач. При построении моделей можно использовать приведенные выше приемы анализа.

Измерения в ходе исследований осуществляются для решения разных конкретных задач, хотя преследуют общую цель – получение адекватной экспериментальной модели исследуемого объекта. Сложность разработки методики выполнения измерений для построения такой модели определяется как объективными причинами (фактор недостаточности знаний об объекте), так и субъективными (фактор непонимания).

К объективным сложностям относится недостаточность априорной информации. Уменьшить влияние "фактора незнания" помогают теоретические исследования, удачная гипотеза и обязательно – корректировка метрологической модели исследуемого объекта и методики измерений, проводимая по результатам, полученным в ходе проведения исследований. "Фактор непонимания" в значительной степени обусловлен недостаточной квалификацией исследователя, который может попытаться сделать выводы при недостатке объективной информации.

Рассмотрим возможности совершенствования экспериментальных исследований за счет использования метрологического моделирования объектов измерений. Метрологические модели объектов исследований, параметры которых подлежат измерениям, строят на основе анализа, причем обязательному различению подлежат:

  • однократно (или многократно) измеряемая единичная физическая величина, принадлежащая объекту исследования;
  • множество номинально одинаковых физических величин, многократно воспроизводимых на одном объекте исследования;
  • множество номинально одинаковых многократно воспроизводимых объектов исследования с множествами принадлежащих им физических величин;
  • множество номинально отличающихся объектов исследования с множествами принадлежащих им физических величин.

Один объект исследований (как любой объект измерений) может характеризоваться единичным либо бесконечно наполненным множеством измеряемых величин. Например, максимальная температура некоторого объекта в ходе любого из одиночных экспериментов бывает только одна (по определению), а температурное поле имеет бесконечное число температур, распределенных в пространстве и времени. Если исследованию подлежит максимальная температура деталей после определенной технологической операции, то мы имеем дело с номинально одинаковыми единичными физическими величинами, каждая из которых принадлежит одному из номинально одинаковых объектов. Если же исследованию подлежит температурное поле деталей, то метрологическая модель поля представляет собой ограниченное множество одноименных физических величин в определенных пространственных и/или временных сечениях. Такую модель обычно строят в ходе исследований методом проб и ошибок.

Наибольшую сложность для построения метрологических моделей объектов в анализируемом исследовании будут представлять изменения температурных полей при использовании разных технологических режимов, поскольку при этом могут изменяться не только количественные значения физических величин, но и качественные параметры моделей. Известными примерами исследований, связанных с температурой, являются эксперименты в области температур плавления обрабатываемого материала.

Сложности построения метрологических моделей объектов исследования заключаются в отсутствии нормативной модели объекта, а следовательно, в невозможности прогнозировать различия номинально одинаковых параметров или изменения переменных параметров. Только знание различий и критериев их значимости позволяет выбрать допустимую погрешность измерения, и тем обеспечить потенциальную возможность построения экспериментальной модели, которая адекватна исследуемому объекту с точки зрения поставленной исследовательской задачи.

Метрологические модели не исчерпываются только моделями измеряемых объектов, они включают в себя разнообразные модели средств измерений, модели измерительных операций, процессов измерений и других измерительных процедур.

Моделирование средств измерений – особая область метрологического моделирования. Простейшим средством измерений является однозначная мера.

Моделирование поверки измерительных приборов

            Измерительные приборы можно поверять одним из трех методов:

-          по образцовым мерам (эталонам),

Вернуться Страница 2 из 4 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Метрология » Метрологическая экспертиза » Метрологическое моделирование