методы анализа процессов технического обслуживания и

УДК 389.16
Войнова Н.Ф., к.т.н., доцент
МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ И ПОВЕРКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
В статье предложена и обоснована математическая модель
метрологического исследования поверочной деятельности при
проведении научно-исследовательских работ в сельскохозяйственном
производстве.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ,
СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ, МЕЖПОВЕРОЧНЫЙ
ИНТЕРВАЛ, ДОВЕРИТЕЛЬНЫЕ ГРАНИЦЫ, МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА.
Технические средства измерений и контроля должны соответствовать
повышенным требованиям и давать совершенно надежные результаты
измерений при проведении исследований.
Заданные границы
погрешностей должны оставаться неизменными достаточно длительное
время, чтобы не нарушалась достоверность полученных результатов.
Надежность показаний технических средств измерений и контроля
определяется также используемыми методиками проведения исследований
и методом проводимых измерений.
В настоящее время в качестве показателя метрологической
надежности технических средств измерений и контроля, как правило,
используют вероятность Р М  сохранения значений метрологических
характеристик в заданных пределах в течение межповерочного интервала 
[1…6].
Требуемый уровень метрологической надежности при проведении
исследований зависит от сферы применения технических средств
измерений и контроля и выбирается из условия обеспечения необходимой
эффективности
обслуживаемых технических средств измерений и
контроля. Как правило, этот уровень для технических средств измерений
составляет 0,85...0,9, для образцовых 0,9...0,99 [1…7].
Метрологическую надежность технических средств измерений и
контроля при исследованиях целесообразно определять по результатам
опытной эксплуатации, учитывая начальную плотность распределения и
характер изменения метрологических характеристик за межповерочный
интервал. Начальная плотность распределения должна определяться по
результатам приемо-сдаточных испытаний, а характер изменения
метрологических характеристик - по результатам измерений их значений
во времени испытаний и опытной эксплуатации
Р М  
Р*М2   [1  Р*М ]  N  M *p2
Р*М   [1  Р*М ]  N*p2
(1)
где Р *М ,  *p2 – значения показателя метрологической надежности и его
среднеквадратическое отклонение, полученное расчетным путем по
результатам приемо-сдаточных испытаний; N – число технических
средств измерений и контроля, находящихся на опытной эксплуатации при
исследованиях в течение ; M – число технических средств измерений и
контроля, имевших отказы за время опытной эксплуатации при
проведении исследований.
Метрологическую надежность технических средств измерений и
контроля на стадии разработки и экспериментов можно определить по
результатам оценки нестабильности узлов, блоков и приборов в целом при
их плановых испытаниях [1…6]. Для этого по значениям нестабильности
узлов, блоков, характеризующей скорость изменения метрологических
параметров,
находят
математическое
ожидание
нестабильности
технических средств измерений и контроля и его среднеквадратическое
отклонение. Испытания технических средств измерений и контроля на
надежность позволяют уточнить характеристики нестабильности.
Полученные сведения о характеристиках нестабильности позволяют
оценить значение показателя метрологической надежности и его
среднеквадратическое отклонение.
Если нестабильность не была оценена во время разработки и
экспериментах технических средств измерений и контроля, то
Р *М
1  720К И К М К *С
 
;
Т*
(2)
1
 *2 K *C T *  2
*
 ,
 Р  720К И К М   k 

m


(3)
где К И – средний коэффициент использования средств измерений; К M –
доля метрологических характеристик, не охваченных встроенным
контролем; К *C – статистическая оценка коэффициента скрытых отказов,
характеризующего долю метрологических отказов; m - эквивалентное
число отказов при испытаниях, характеризующее точность оценки
наработки на отказ (Т*). Длительность межповерочного интервала в
формулах (2) и (3) выражается в месяцах, наработка на отказ в часах.
Коэффициент скрытых отказов и его среднеквадратическое
отклонение при исследованиях оценивают по результатам эксплуатации
используемых приборов - аналогов
 m
К *С   M
m
 

Ka ;




*K2  [K *C 1  K *C Ka m  ]Ka ;
(4)
где m  , m M – соответственно общее число отказов и число
метрологических отказов, зафиксированное во время эксплуатации
приборов-аналогов; Ka - доля метрологических характеристик приборааналога, не охваченных встроенным контролем.
Значения  K можно оценить следующим образом [1,2]
 K  0,15K C .
(5)
Доверительные границы показателя метрологической надежности
*
H  PM*    *P ;
PM
*
B  PM*    *P ;
PM
(6)
Средства измерения и технические средства как объект эксплуатации
характеризуются, прежде всего, способностью сохранять заданные
точностные характеристики во времени. По степени изменения
точностных характеристик можно выделить три периода в течение срока
службы. В течение первого периода приработки постепенно уменьшается
скорость изменения погрешности. Во втором периоде нормальной
эксплуатации скорость изменения погрешности становиться наименьшей
за срок службы прибора или технического средства или практически
постоянной. Во время третьего периода износа скорость изменения
погрешности быстро увеличивается.
Для описания процесса изменения i-ой метрологической
характеристики средств измерений используют следующие виды
линейных случайных функций изменения погрешности it  [1…7]
линейно-равномерные
it   Ai  Bit ,
(7)
где А i – случайная величина; В i – неслучайная величина.
Линейно-веерные
it    oi  Bit t  t 0  ,
(8)
где  oi – неслучайная величина, называемая полюсом веерной функции;
t 0 – момент времени, соответствующий полюсу веерной функции.
Наиболее общей моделью изменения погрешности технических
средств измерения (из рассматриваемого класса) является функция вида
it    i  Bit ,
где начальная погрешность А i и скорость изменения погрешности Bi
являются случайными величинами.
Случайная величина А i отражает распределение погрешности
средства измерения по i - й характеристике в начальный момент времени
после выпуска с завода изготовителя, после очередной поверки и ремонта.
Величина
отражает
характер
изменения
метрологических
Вi
характеристик во времени. Обработка статистических данных
о
результатах эксплуатации показывает, что величина А i после выпуска с
завода изготовителя и Вi распределены по нормальному закону. В тоже
время случайная
величина после нескольких лет эксплуатации
подчиняется усеченному нормальному закону, близкому к равномерному.
Обработку результатов эксплуатации технических средств измерения
при научно-исследовательских работах показывает, что с приемлемой для
практики точностью можно считать математическое ожидание случайной
величины Вi равным нулю. Поэтому нормально распределенная
случайная величина Вi полностью характеризуется среднеквадратическим
отклонением  В  . Тогда  В  в момент  целесообразно определять по
результатам оценки метрологической надежности технического средства
измерения Р М  по i - ой метрологической характеристике численными
методами из уравнения, составленного в соответствии с [1…6] для
композиции двух случайных величин, распределенных по равномерному
( А i ) и нормальному ( Вi ) законам распределения
iв
  * iв  x   * iн  x 
1
Р М  

(9)

dx ,
iв  iн iн   В 
 В  
где  * – нормальная функция распределения; ( iв , iн – верхняя и
нижняя границы допустимых значений i-ой метрологической
характеристики.
Список литературы:
1. Н.Н. Рейх, А.А. Тупенчиков, В.Г. Цейтлин. Метрологическое
обеспечение производства. М.: Издательство стандартов, 1987-248 с.
2. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной
техники/ Г.П. Богданов, В.А. Кузнецов, М.А. Лотонов и др.; Под ред. В.А.
Кузнецова.М.: Радио и связь, 1990. - 240 с.
3. Беда Я.А., Беда А.П., Стерликов Ф.Ф. Стандартизация и
управление качеством производства сельскохозяйственной продукции. М.:
Колос, 1984.- 160 с.
4. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление
качеством. М.: Издательство стандартов, 1990.-342 с.
5. С.А. Шабалин. Прикладная метрология. М.: Издательство
стандартов, 1990.-192 с.
6. Вербловский Г.С. Организация метрологического обеспечения при
управлении качеством исследований и разработок. Л.: ЛДНТП, 1985-132 с.
7. Карел Берка. Измерения, понятия, теории, проблемы. М.:
Прогресс, 1987 - 320 с.