скачать книгу бесплатно
– электричество и магнетизм;
– длина;
– масса и связанные с ней величины;
– фотометрия и радиометрия;
– ионизирующее излучение;
– время и частота;
– термометрия;
– химия.
Прикладная метрология (в англоязычных источниках, техническая или промышленная) занимается:
– применением измерений к производственным и другим процессам и их использование в обществе;
– обеспечением пригодности средств измерений, их калибровки и контроля качества [45].
В промышленности важны качественные измерения, поскольку они влияют на стоимость и качество конечного продукта и на 10–15 % влияют на производственные затраты [46]. Хотя основное внимание в этой области метрологии уделяется самим измерениям, прослеживаемость калибровки измерительных приборов необходима. Такая необходимость заключается в обеспечении уверенности в измерении. Признание метрологической компетентности в промышленности может быть достигнуто посредством соглашений о взаимном признании, аккредитации или экспертной оценки [46]. Промышленная метрология важна для экономического и промышленного развития страны, а состояние программы промышленной метрологии страны может указывать на её экономический статус [51-53].
Законодательная метрология касается деятельности, которая вытекает из требований законодательства и касается измерений, единиц измерения, средств измерений и методов измерения, которые осуществляются метрологическими органами [52]. Такие законодательные требования могут возникать из необходимости защиты здоровья, общественной безопасности, окружающей среды, обеспечения возможности налогообложения, защиты потребителей и справедливой торговли. Международная организация по законодательной метрологии (OIML) была создана для оказания помощи в гармонизации нормативных требований за пределами национальных границ. Международная организация по законодательной метрологии (OIML) должна гарантировать, что законодательные требования не препятствуют торговле [51]. Эта гармонизация гарантирует, что сертификация измерительных приборов в одной стране совместима с процессом сертификации в другой стране, что позволяет торговать измерительными приборами и продуктами, которые на них основаны.
В Европейском Союзе в 1990 году для продвижения европейского сотрудничества в области законодательной метрологии была создана организация WELMEC. Целью WELMEC стало развитие сотрудничества в области законодательной метрологии и между государствами-членами Европейской ассоциации свободной торговли (ЕАСТ) [52-58]. В Соединённых Штатах законодательная метрология находится в ведении Управления мер и весов Национального института стандартов и технологий (NIST), за соблюдением которого следят отдельные штаты [52-58]. В Российской Федерации данной функцией обладают законодательные органы, согласующие свою работу с Росстандартом.
До настоящего времени все базовые измерительные единицы не определены никакими физическими объектами [52-58]. Пока человечеству и науке не удаётся сделать шаг в привязке измерительных единиц к не изменяющимся физическим объектам. При этом цель метрологии остаётся с самого начала одна: эталонные меры привязать к таким физическим объектам. Попробую объяснить это на примере килограмма. Для определения в качестве физического объекта массы, например, ядра атома, надо «отвязать» массу тела от существующего эталона, но и это ещё не все: для точного определения основных единиц требуются точные измерения физических констант. Так, чтобы переопределить стоимость килограмма без существующего эталона, значение постоянной Планка должно быть известно с точностью до двадцати частей на миллиард [52, 53]. Научная метрология благодаря разработке весов Киббла (Весы Киббла – прибор для установления соотношения между массой и электрической мощностью) и Проекта Авогадро (Project Avogadro) дали значение постоянной Планка с достаточно низкой неопределенностью, чтобы можно было переопределить килограмм [53]. Понимая это, можно уверенно сказать, что третье тысячелетие пройдёт под основной задачей по привязке базовых измерительных единиц к новым физическим объектам «Нано размерности».
Аксиомы* метрологии:
– любое измерение есть сравнение;
– любое измерение без априорной** информации невозможно;
– результат любого измерения без округления значения является случайной величиной.
* Аксиома – исходное положение какой-либо теории, принимаемое в рамках данной теории истинным без требования доказательства.
** Априори – знание, полученное до опыта и независимо от него, то есть знание, как бы заранее известное.
История метрологии
Метрология ведёт свою историю с античных времён и даже упоминается в Библии: «Неверные весы – мерзость пред Господом, но правильный вес угоден Ему. (Притча 11:1)». Возможно, первое упоминание о мере измерения относится к 2900 г. до н.э., когда египетский локоть Фараона был вырезан из черного гранита [51]. Локоть был определён как длина предплечья фараона плюс ширина его руки. Этот артефакт послужил строителям в качестве меры измерения размера. На точность стандартной длины материалов, использующихся при строительстве пирамид, указывает длина их оснований, отличающаяся не более чем на 0,05 процента [53].
Ранние формы метрологии заключались в установлении местными властями простых произвольных стандартов, зачастую основанных на простых практических измерениях, например, рост человека. Самые ранние стандарты были введены для таких величин как длина, вес и время, это делалось для упрощения коммерческих сделок, а также регистрации человеческой деятельности.
Новое значение метрология обрела в эпоху промышленной революции, она стала совершенно необходима для обеспечения массового производства.
Исторически важные этапы в развитии метрологии:
– XVIII век – установление эталона метра (эталон хранится во Франции, в Музее мер и весов, в настоящее время является в большей степени историческим экспонатом, нежели научным инструментом);
– 1832 год – создание Карлом Гауссом абсолютных систем единиц;
– 1875 год – подписание международной Метрической конвенции;
– 1960 год – разработка и установление Международной системы единиц (СИ);
– XX век – метрологические исследования отдельных стран координируются Международными метрологическими организациями. Конечно, XX веком метрологические исследования не закончились.
Значимые события истории метрологии России:
– присоединение к Метрической конвенции;
– 1893 год – создание Д. И. Менделеевым Главной палаты мер и весов (современное название: «Научно-исследовательский институт метрологии им. Менделеева»).
Термины и определения метрологии
Единство измерений – состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимым первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы. Визуализация термина «Единство измерений» представлена на рисунке 1.16. Основная проблема состоит в выявлении эталонного состояния измерений {Sо}.
Рисунок 1.16 – Визуализация термина «единство измерений»
(Источник: выполнено автором)
Физическая величина – одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с её единицей и получения значения этой величины. Например, для оптимизации жёсткого диска требуется измерение его параметров. На рисунке 1.17 представлен жёсткий диск и программа для измерения параметров.
Рисунок 1.17 – Жёсткий диск и программа для измерения параметров
(Источник: переработано автором по стоковым изображениям iStock [37])
Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие или хранящие единицу величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени.
На рисунке 1.17 в качестве средства измерения использована программа HD_Speed. Соответственно, для измерения времени в качестве средства измерения используются часы, а для измерения массы тела следует использовать весы.
Поверка – совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям. Поверку не следует путать с проверкой. Поверка подтверждает точность измерительного прибора, а проверка как процесс выявляет наличие имущества или присутствие персонала.
Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
Погрешность средства измерения – разность между показанием средства измерений и действительным значением измеряемой физической величины.
Точность средства измерений – характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.
Лицензия – это разрешение, выдаваемое органом государственной метрологической службы на закреплённой за ним территории физическому или юридическому лицу на осуществление ему деятельности по производству и ремонту средств измерения.
Эталон единицы величины – техническое средство, предназначенное для передачи, хранения и воспроизведения единицы величины.
Не смотря на направленность книги на информационную безопасность, возможно уместно в этот раздел добавить, что всемирный день метрологии отмечается ежегодно 20 мая. Данный праздник введён Международным Комитетом мер и весов (МКМВ) в октябре 1999 года. Отдельными направлениями метрологии являются: авиационная, химическая, медицинская и биометрия.
1.4.2. Стандартизация
Международная стандартизация не имеет единого органа, но основная нагрузка выполняется Международной организацией по стандартизации, ИСО (International Organization for Standardization, ISO). Так как ИСО международная организация, занимающаяся выпуском стандартов, то логично, что и процесс стандартизации возложен на её. Кроме ИСО участием в международной стандартизации занимаются Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) и Международный Союз Электросвязи (International Telecommunication Union), Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), Всемирная торговая организация (ВТО) и многие другие.
Стандартизация – деятельность по разработке, утверждению, изменению, отмене, опубликованию и применению документов по стандартизации и иная деятельность, направленная на достижение упорядоченности в отношении объектов стандартизации [2].
В более широком определении раскрываются цели, главным образом направленные на безопасность, здоровье и жизнь граждан.
Стандартизация – деятельность по разработке, опубликованию и применению стандартов, по установлению норм, правил и характеристик в целях обеспечения безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества, технической и информационной совместимости, взаимозаменяемости и качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологий, единства измерений, экономии всех видов ресурсов, безопасности хозяйственных объектов с учётом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций, обороноспособности и мобилизационной готовности страны.
На рисунке 1.18 представлена визуализация термина стандартизация. Управление процессами, связанными со стандартами, является сложным процессом.
Рисунок 1.18 – Визуализация термина стандартизация
(Источник: выполнено автором)
Международная стандартизация – стандартизация, участие в которой открыто для соответствующих органов всех стран на Земле (авторское видение, в будущем и на других планетах:).
Процесс международной стандартизации имеет прямое отношение к безопасности и международным торговым отношением. Цели международной стандартизации, представленные на рисунке 1.19 подтверждают это. К одной из главных целей относится повышение уровня качества продукции в развивающихся странах до уровня качества высокоразвитых стран. Другими не менее важными целями, являются требования к качеству, унификация и единство изменений. Возможно, повышение качества можно поставить в один ряд с безопасностью, так как в современном урбанизированном мире от качества зависит безопасность.
Рисунок 1.19 – Цели процесса международной стандартизации
(Источник: выполнено автором)
Обеспечение взаимозаменяемости элементов сложной продукции можно организовать, используя международные информационно-аналитические системы, например, такие как Лексис-Нексис (LexisNexis), имеющие общемировые базы данных с патентами и другие справочные материалы.
Содействие международной торговле улучшает торговлю продуктами и услугами между странами. Многие страны заинтересованы в продвижении международной торговли, чтобы привлечь инвестиции, создать больше рабочих мест и улучшить рост экономики. Соответственно, стандартизацию можно использовать для получения новых инвестиций и демонстрации надёжности экономики.
Следующей целью стандартизации является содействие взаимному обмену научно-технической информацией и ускорение научно-технического прогресса. Для ускорения научно-технического прогресса необходим международный обмен данными, такие данные могут быть структурированы и использованы многими заинтересованными экспертами в инновационных работах. Все это вместе помогает ускорить процесс поиска решений и внедрения новых технологий.
Нацеленность на установление требований к техническому уровню и качеству продукции позволяет ускорить внедрение перспективных методов производства продукции высокого качества и ликвидировать нерациональное многообразие видов, марок и размеров различных товаров и услуг.
Цель развития унификации и агрегатирования промышленной продукции, как важнейшего условия специализации производства, позволяет снижать издержки за счет многократного использования одинаковых агрегатов. Взаимозаменяемость унифицированных агрегатов также повышает эффективность эксплуатации и ускоряет ремонт различных агрегатов.
Конечно, процесс стандартизации не может обойтись без цели обеспечения единства и достоверности измерений в мире. Международная стандартизация должна способствовать созданию и совершенствованию государственных эталонов единиц физических величин, методов и средств измерений высшей точности.
Цель разработки единых форм документации, позволяющих использование их в автоматизированных системах, способствует уходу от понятия «пространство» и работе специалистов в любой точке мира. Единая мировая система классификаций и кодирования технико-экономической информации дополнительно способствует этому.
Важной целью является однообразие в терминах. Без единого понимания не получится научного дискурса. Например, из-за отсутствия в английском языке слова «автоматизированный», часто в технической литературе его переводят как «автоматический», что может значительно искажать основной смысл выражения.
Цель формирования системы стандартов безопасности труда и систем стандартов в области охраны природы можно поставить как главную цель. Уместно продекларировать: «Берегите природу – мать твою, иначе природа нас опять поменяет местами с динозаврами». А если серьёзно, то убеждать людей в сохранении первозданного мира нет необходимости, стандартизация должна позволить выявлять отклонения в этом важном вопросе.
Последней по размещение в документах, но не последней по значимости, является цель создания благоприятных условий для внешнеторговых, культурных и научно-технических связей. Такие условия могут быть созданы только при дружественной атмосфере внутри международных организаций, занимающихся стандартизацией. К сожалению, снобизм ряда технологически развитых стран, таких как США и Великобритания, выставляя имперские амбиции, выгодные только своим странам, часто сводят на нет все благоприятные условия, ущемляя интересы развивающихся стран.
Задачи международной стандартизации
Европейская экономическая комиссия ООН (ЕЭК ООН) определила четыре основные задачи международной стандартизации, способствующие достижению целей:
– здравоохранение и обеспечение безопасности;
– улучшение окружающей среды;
– содействие научно-техническому сотрудничеству;
– устранение технических барьеров в международной торговле, являющихся следствием несогласованных нормативных документов.
Приоритетные направления международной стандартизации
В перечне Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН) выделено пятнадцать направлений, для которых необходима стандартизация, таких как атомная энергетика, радиационная безопасность, строительное оборудование и элементы [85]. В этих направлениях явно выделенной информационной безопасности нет. Возможно, современные проблемы, связанные с информационной безопасностью, со временем выделят их в отдельное направление стандартизации.
Так как международные стандарты не имеют статуса обязательных для всех стран-участниц, то любая страна мира вправе применять или не применять их. Решения вопроса о применении международных стандартов чаще всего связаны со степенью участия страны в международном разделении труда и состоянием её внешней торговли. В такой парадигме предусматривается прямое и косвенное применение международных стандартов, определённое в руководстве ИСО/МЭК 21 (к написанию труда ИСО/МЭК 21-1:2005).
Прямое применение международного стандарта – это применение международного стандарта независимо от его принятия в любом другом нормативном документе.
Косвенное применение международного стандарта – применение международного стандарта посредством другого нормативного документа, в котором этот стандарт был принят. На рисунке 1.20, показана визуализация способов применения международных стандартов.
Рисунок 1.20 – Визуализация способов применения международных стандартов
(Источник: выполнено автором)
Процесс стандартизации в Российской Федерации
Регулятором, несущим ответственность за процесс стандартизации в Российской Федерации, является Росстандарт. Процесс стандартизации в Российской Федерации определён федеральным законодательством [2], нормативными документами Росстандарта и Министерства промышленности и торговли.
Закон [2] определяет границы, структуру и единую государственную политику в системе стандартизации Российской Федерации. Несмотря на чёткий регламент процесса стандартизации, действие национальной системы стандартизации распространяется только на [2]:
– документы национальной системы стандартизации;
– общероссийские классификаторы;
– стандарты организаций, в том числе технические условия;
– своды правил;
– документы по стандартизации, которые устанавливают обязательные требования в отношении объектов стандартизации, предусмотренных статьёй 6 настоящего Федерального закона;
– технические спецификации и отчёты.
Как видно из рисунка 1.21, структура закона [2]: «О стандартизации в Российской Федерации» определяет понятийный аппарат, определяет информационное обеспечение, а также регламентирует политику в области стандартизации. Закон устанавливает правовые основы стандартизации, в том числе функционирование национальной системы стандартизации. Закон направлен на обеспечение проведения единой государственной политики в сфере стандартизации. Кроме этого, закон регулирует отношения в сфере стандартизации, включая отношения, возникающие при разработке, утверждении, изменении, отмене, опубликовании и применении документов по стандартизации.
Структура Федерального закона «О стандартизации в Российской Федерации» представлена на рисунке 1.21 из которого видно, что стандартизация является сложным процессом. Закон даёт чёткий и однозначный регламент стандартизации. Достаточно формализованными являются документы. Свод правил определяет общие правила процесса стандартизации. В законе учтены технические спецификации. Ответственность за весь процесс стандартизации возложена на федеральный орган. Напомним, что таким органом является Росстандарт, который руководствуется данным федеральным законом.
Рисунок 1.21 – Структура Федерального закона «О стандартизации в Российской Федерации»
(Источник: Выполнено автором в соответствии с источником [2])
Национальная система стандартизации не регламентирует международные документы, относящиеся к спецификации, а также регламенты по сертификации для внутреннего использования в организациях, поэтому при регламенте международных стандартов следует руководствоваться международным законодательством.
