Разработка и внедрение системных методов управления качеством ВВСТ привели к необходимости формирования, как новых подсистем управления, так и новых задач в таких направлениях деятельности,
как, например:

внедрение новых средств измерений;

поиск конструкторских и технологических решений, повышающих контролепригодность ВВСТ и управляемость процессов его создания и эксплуатации;

разработка методов установления структурных и количественных взаимосвязей областей измерения параметров (ТТХ) ВВСТ по фазам технологических циклов стадий его существования;

внедрение подсистем управления запасами и подменным фондом средств измерений, рациональных подсистем метрологического обслуживания и ремонта средств измерений.

В реализации работ по указанным направлениям метрологическое обеспечение занимает то место, которое, по-видимому, позволяет говорить уже о метрологическом управлении как части системы технико-методического управления качеством ОПК. В связи с этим возрастает влияние МО не только на конечные результаты деятельности, но также и на ход процесса производства и управления, а именно: наряду с традиционно важными, но пассивно влиявшими на качество ВВСТ задачами метрологического обеспечения используемого парка средств измерений (СИ) возникли задачи метрологического управления, реализуемые при подготовке и принятии технико-методических и организационных управляющих решений и активно влияющие на их содержание.

К таким задачам можно отнести:

выбор предпочтительных вариантов конструкции изделий и технологических процессов с учетом их метрологического обеспечения;

анализ и оценку метрологической обеспеченности производства;

проектирование и создание метрологически обеспеченных технологических комплексов, систем управления и контроля.

Еще одной группой факторов, приводящих к расширению объема и номенклатуры задач метрологического обеспечения, являются повышение требований к эффективности производственных, технологических и эксплуатационных процессов, а также производственной и эксплуатационной инфраструктуры, что обуславливает необходимость создания специализированных видов метрологического обеспечения.

Наконец, третья группа факторов, влияющих на развитие МО, включает совершенствование управления, широкое использование программно-целевых методов, направленных на охват и взаимоувязку всех стадий жизненного цикла ВВСТ от разработки до технического обслуживания. При этом в рамках соответствующих организационно-штатных структур Министерства обороны РФ возникли задачи организационной и технико-методической координации метрологической деятельности и прежде всего методического и нормативного обеспечения достоверности и единства измерений на всех стадиях жизненного цикла ВВСТ, а также при разработке, проектировании и взаимоувязке технических характеристик средств измерений, контроля и испытаний.

Следовательно, имеет место качественное изменение основных целей метрологического обеспечения, требующее перехода от решений отдельных, сугубо обслуживающих задач обеспечения достоверности измерений к решению целого комплекса задач, существенно влияющих на функционирование оргструктуры и уровень его конечных результатов, поскольку традиционный упор на решение локально возникающих узкотехнических проблем метрологического обеспечения (МО) уже не может конструктивно воздействовать на уровень качества ВВСТ, процессов производства, управления и эксплуатации. Поэтому возникает необходимость в установлении структуры новых объектов метрологической деятельности, показателей эффективности ее выполнения, построения адекватной структуры задач и разработки документационных и организационных форм их реализации.

Выполнение перечисленных требований вызывает радикальное изменение МО, формирование функционального ядра метрологической деятельности, интеграцию традиционных и новых задач в функциональную подсистему, введение в нее задач организационного и технико-методического управления МО, определение функциональных, информационных и организационных связей подсистемы с другими функциональными подсистемами, обоснованное распределение задач подсистемы между структурными подразделениями.

Для рассмотрения научно обоснованного подхода к построению подсистемы метрологического обеспечения (ПМО) и ее функциональной структуры (ФС) следует выделить основные направления деятельности по МО:

внедрение стандартов государственной системы измерений (ГСИ);

установление оптимальной номенклатуры измеряемых параметров и норм точности измерений, повышавших достоверность входного и приемочного контроля, режимов технологических процессов, оборудования и инструментов;

обеспечение процессов разработки, производства, испытаний и технического обслуживания ВВСТ методами и средствами выполнения измерений, гарантирующими необходимую точность, а также средствами обработки и представления информации о результатах измерений;

организация и проведение своевременного метрологического контроля и экспертизы НТД и КД (ТД);

подготовка персонала к выполнению метрологических работ;

разработка и внедрение рациональных организационно-технических форм и методов метрологического обслуживания (поверки) средств измерений и контроля;

контроль соблюдения методик выполнения измерений, установленных в НТД.

Отметим, что эти, весьма общие определения направлений деятельности, очерчивают лишь основные границы и не дают возможности установить структуру задач метрологического обеспечения, т.е. определить их полную совокупность и все виды связи между ними. На практике это приводит к тому, что часть задач вообще не решается, некоторые же задачи решаются в неявной форме, когда задача не конкретизируется и не регламентируется, а действия по ее реализации считаются сами собой разумеющимися. Следовательно, только формирование всей необходимой структуры задач, включающей замкнутые технологические и управляющие циклы и их реализацию, а не отдельные технические решения могут обеспечить требуемую эффективность метрологической деятельности.

При проектировании ПМО определяется: структура ее объектов; цели; показатели деятельности; задачи; структура регламентирующих элементов.

Построение логически полных структур системообразующих элементов ПМО на основе согласованной системы последовательно выделяемых классификационных признаков позволило сформировать полную структуру задач, включающую схему функциональных взаимодействий задач ПМО с задачами других подсистем, раскрыть содержание и характер связей. Схема функциональной структуры (ФС) ПМО строилась путем упорядочения и выделения групп метрологических задач, решаемых в основных функциональных подсистемах гипотетической штатной инфраструктуры, а также путем построения специализированной ПМО, входящей в состав специализированной подсистемы управления качеством.

Задачи метрологического обеспечения, решаемые в рамках общих функциональных подсистем организационного управления, связаны с установлением требований (организационных, экономических, информационных и т.д.) к ПМО, вытекающих из необходимости ее структурной увязки со всеми процессами функционирования штатной структуры, организации ее межфункциональных взаимодействий и контроля результатов деятельности.

В подсистемы технико-методического управления вписаны задачи метрологической деятельности как при экспериментальных исследованиях, разработке КД (ТД), изготовлении опытных и установочных партий (серий), подготовке производства и освоении новых видов изделий, испытаниях и т.д., так и при оперативном управлении процессами разработки, изготовления, эксплуатации и технического обслуживания изделий. Именно эти задачи определяют воздействие МО на технический уровень ВВСТ, производственных и управляющих процессов, качество изготовления и обслуживание изделий при эксплуатации и т.п.

В производственной инфраструктуре реализуются задачи поддержания работоспособности материально-технической базы (МТБ) метрологического обеспечения и ее развития, а также задачи МО деятельности подсистем самой инфраструктуры.

В специализированной ПМО сосредотачиваются задачи организационной и технико-методической координации метрологической деятельности (МД) в оргштатной структуре Министерства обороны РФ, решаемые в общих подсистемах на всех стадиях жизненного цикла изделий и в производственной инфраструктуре (применительно к предприятиям ОПК, осуществляющим производственную деятельность). Формирование функционального ядра ПМО в специализированной подсистеме управления качеством вооружения дает возможность реализовать группы задач, обеспечивающих нормативно-методическое единство процессов МО, и увязать
их с целями управления качеством и функционирования общих подсистем, а также определить задачи метрологического обеспечения, подлежащие постановке и решению для обеспечения взаимодействия между задачами как внутри самой подсистемы, так и других подсистем. При этом формируются прямые и обратные связи с такими подсистемами, как “Подготовка программ управления качеством”, “Подготовка управления качеством” и т.д., в которых устанавливаются требования к метрологическому обеспечению с точки зрения общеспецифических
и узкоспецифических механизмов и методов управления качеством.

Координационное управление задачами МО в условиях оргштатных структур Министерства обороны РФ позволяет упорядочить все реально существующие и вновь вводимые взаимодействия (организационные, функциональные, информационные) и создать комплекс регламентирующей документации на технологию выполнения совокупности задач и реализацию необходимых связей между видами метрологического обеспечения.

Таким образом, формирование и четкая фиксация задач ПМО на основе функциональной структуры дают возможность выявить характерные классы задач, которые включаются в подсистему, сформулировать требования к качеству
их выполнения.

Анализируя ПМО как систему, можно выявить
механизм ее построения и функционирования. На рис. 1 приведена схема ФС системы, в которой выделяются три основных класса задач – организационного, технико-методического управления и основной деятельности по МО.

В организационное управление МО входит обеспечение плановости, совершенствование организационного
механизма создания действенной системы контроля за качеством функционирования метрологического обеспечения. Поскольку содержание задач управления МО и методы управления на различных стадиях могут значительно отличаться, возникает необходимость постоянной
их координации путем установления организационных, функциональных и информационных связей.

Расширение сферы метрологической деятельности и номенклатуры решаемых задач наглядно прослеживается на задачах технико-методического управления МО, которые охватываются программами технического развития и совершенствования средств измерений, методиками выполнения измерений (МВИ), создания методической базы для определения номенклатуры измеряемых параметров и норм точности, аттестации нестандартизированных средств измерений (НСИ) и т.п. Эти программы формируются на основе требований к развитию МО, устанавливаемых как в целевых программах повышения технического уровня и качества ВВСТ, так и в программах долгосрочного развития оргштатных структур Министерства обороны РФ. В свою очередь, среди задач технико-методического управления существенное место занимают задачи, связанные с обратным влиянием МО на выбор направлений технического развития в области создания новых изделий и технологий.

Рис. 1. Схема функциональной структуры подсистемы метрологического обеспечения

К основной деятельности по МО относятся задачи, связанные с внедрением новой измерительной техники, совершенствованием действующих средств и методов измерений, восстановлением СИ, координацией и методическим руководством работами, направленными на обеспечение единства и достоверности измерений, техническим обслуживанием СИ, их аттестацией и т.п. Задачи основной деятельности упорядочены как по фазам процессов функционирования (подготовительные, преобразующие, завершающие), так и по характеру (основные, обеспечивающие, обслуживающие).
Их реализация определяет необходимость функционирования подсистемы в ФС, т.е. отражает ее роль, место и значение.

Принципиально важным в рассмотренном методе упорядочения функционального состава ПМО является системная увязка задач по вертикали (видам управления) и по горизонтали (фазам функционирования), с помощью которой можно установить логически обоснованную последовательность их решения и создать предпосылки для внутренней функциональной и пространственно-временной деятельности ПМО.

Таким образом, рассмотрение ПМО, с одной стороны, в рамках ФС, а, с другой – в качестве определений автономной системы дает возможность согласовать ее “внешнее” и “внутреннее” функционирование и тем самым повысить его эффективность. В свою очередь, решение этих проблем позволит обоснованно сформировать организационную структуру (ОС) подсистемы и выбрать одну из возможных схем: линейно-штатную, матричную или другую, руководствуясь целями оргштатной структуры Министерства обороны РФ в области управления качеством. Для ФС в крупномасштабных оргштатных структурах может быть предложена программно-целевая схема, пpeдусматривающая межстадийную координацию всех работ по метрологическому обеспечению.

Проектирование формальных структур основных системообразующих элементов МО улучшает синхронизацию и стабилизацию процессов его функционирования, уменьшает нежелательное влияние нерегулярных нерегламентированных факторов и тем самым повышает качество метрологической деятельности. Кроме того, можно установить необходимые функциональные связи подсистемы как с другими подсистемами технико-экономического управления качеством
в рамках данной оргштатной структуры, так и со структурными элементами специализированной подсистемы управления качеством.

Одной из основных задач метрологического обеспечения (рис. 1), решаемых на этапе метрологической экспертизы, является определение уровня качества МО образца ВВСТ и оценка возможности его улучшения с целью поддержания (или улучшения) технико-эксплуатационных характеристик (ТЭХ) ВВСТ на заданном уровне.

Задачу оценки уровня качества альтернативных вариантов метрологического обеспечения образца ВВСТ можно решать несколькими путями, один из которых реализуется методом определения и дальнейшего сравнения интегральных показателей качества исследуемых вариантов. В том случае, когда отсутствует возможность установления функциональной зависимости интегрального показателя от единичных (локальных), а для оценки качества метрологического обеспечения это наиболее типичная ситуация, применяют комплексную средневзвешенную оценку. Одним из необходимых условий реализации такого подхода является нормирование отдельных показателей и требований по метрологическому обеспечению.

В этом случае интегральный показатель качества можно записать в виде:

,                (1)

где v_i - значение (оценка) i -гo показателя качества; a_i- коэффициент весомости i-го требования по метрологическому обеспечению; N - количество единичных показателей.

Анализ существующих НТД показал, что требования по МО задаются как в количественной, так и в качественной форме, что приводит к необходимости различного подхода к их оценке. Так, если требование по МО задано в количественной форме (например, вероятности ложного и необнаруженного отказа, коэффициента точности и т.д.), его оценку можно найти из выражения:

,                 (2)

где  – заданное значение i –го единичного показателя; – значение i –го показателя, определенное в процессе оценки.

Практический опыт проведения метрологической экспертизы ВВСТ показывает, что возможна оценка требований по МО без использования заданных значений показателя качества. В этом случае оценка выполнения требований может быть представлена в виде

                (3)

где – количество критериев, по которым производилась оценка правильности выполнения i – го требования; - количество положительно оцененных критериев.

Оценка правильности выполнения i -го требования, проводимая на ряде устройств, блоков, систем, может быть получена из формулы:

                         (4)

где Р - общее количество устройств, которые проверялись на соответствие i-му требованию; P_i - количество устройств, на которых оценка выполнения i-го требования положительна.

Наибольшая сложность применения данного метода обусловливается трудностями, возникающими при определении коэффициентов весомости. Одним из возможных путей преодоления этих трудностей может служить следующий алгоритм решения поставленной задачи.

1. Весь перечень требований по МО разбиваем на несколько групп, составляющих те или иные основные аспекты требований (табл. 1).

Таблица 1.

Аспектные группы требований по метрологическому обеспечению

Примечание. Количество аспектов и состав входящих в них единичных показателей качества определяется методикой проведения метрологической экспертизы.

2. Каждую группу требований оцениваем своим показателем. Тогда, интегральный показатель качества метрологического обеспечения (МО) можно представить в виде суммы групповых показателей

                 (5)

или

             (6)

где n – количество аспектных требований; a – коэффициент весомости (КВ) оценки показателей.

Оценка группового показателя К определяется из выражения:

             (7)

где z – количество требований в n-й группе показателей.

3. Интегральную оценку качества метрологического обеспечения находим по формуле:

                 (8)

где N – количество групп оцениваемых требований; N₁ - количество требований в s – й группе.

4. Значения коэффициентов весомости (КВ) определяются из условия того, что в каждой группе требований значимость единичных показателей может считаться одинаковой и влияние каждого из них на значение интегрального показателя в целом невелико. Тогда, значение коэффициентов весомости в каждой группе можно принять обратно пропорциональным количеству требований в данной группе (подробный подход нельзя распространять на группу показателей качества измерительного контроля. Оценка КВ в данном случае определяется исходя из особенностей конкретного образца ВВСТ):

                    (9)

5. С целью исключения влияния субъективных факторов для определения KB групповых показателей применим математический метод их определения путем стоимостного отношения, который дает возможность учета изменения коэффициентов в зависимости от требований, предъявляемых к данной группе показателей.

Для этого выразим KB
a_s через соотношение

                    (10)

где – стоимость, приходящаяся на обеспечение требований единичных показателей s – й группы; С_о – суммарная стоимость метрологического обеспечения образца:

При этом принимаем допущение об отсутствии взаимосвязи между стоимостью обеспечения требований различных групп.

Предельное суммарное значение KB равно единице:

.

Оценку группового показателя качества выражаем в виде функциональной зависимости от стоимости его обеспечения и записываем систему уравнений:

K_i
= f(C_i), i=
1,2, ,s, (11)

Зависимости вида могут быть получены методами корреляционно-регрессионного анализа при наличии соответствующих статистических данных.

В ряде случаев на основе имеющейся статистики проще получить зависимость вида:

,                  (12)

которая с учетом (10) преобразовывается в

.                (13)

Тогда (11) преобразовывается к виду:

K_i = j_i(С_i / a_i), i= 1,2, ,s, (14)

.

Для получения однозначного решения система (14) должна быть дополнена (S – 1) уравнениями. Для этого можно в качестве определяющего выбрать один из групповых показателей и установить его функциональную зависимость с другими показателями. Тогда, если известно где М – определяющий показатель, то систему (14) можно дополнить уравнениями вида:

a_i = Y_I (M), i= 1,2, ,s-1, (15).

В этом случае система будет содержать 2S неизвестных при 2S уравнениях, что дает возможность однозначного ее решения.

Во время поверки проводят внешний осмотр СИТ, выполняют его опробование, проверяют комплектацию и сравнивают измеренные действительные значения метрологических характеристик с нормируемыми значениями (с установленными в нормативном документе на данное средство измерений). Конкретный порядок поверки (с перечнем применяемых средств измерений (СИ) и методов поверки) указан в соответствующих нормативных документах на СИ. При этом, как правило, чем сложнее и точнее СИ, тем выше сложность, трудоемкость поверки и больше факторов, которые влияют на порядок ее проведения [2, 3].

Снизить трудоемкость поверки и одновременно повысить быстродействие это процедуры возможно при использовании специальной компьютерной программы, которая позволила бы:

- на основе введенных в программу исходных данных выбрать из методики поверки этапы этой процедуры, СИТ и значения нормируемых характеристик;

- на основе введенных действительных (измеренных) значений нормируемых метрологических характеристик дать заключение о пригодности к применению СИ и вывести на печать протокол с результатами поверки.

Для проверки выдвинутой рабочей гипотезы проанализируем операции поверки штангенциркуля, нормируемые метрологические характеристики которого представлены в соответствующем нормативном документе (ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия).  Согласно стандарту (ГОСТ 8.113-85 Государственная система обеспечения единства измерений. Штангенциркули. Методика поверки) поверка штангенциркуля состоит из 14 этапов. Включение конкретной операции в общую процедуру поверки зависит от следующих факторов:

- тип штангенциркуля (в технических условиях описаны четыре типа);

- вид отсчетного устройства (возможны три варианта отсчетных устройств: с отсчетом по нониусу, отсчетом по круговой шкале, с цифровым отсчетным устройством);

- состояние СИ (выпуск с производства, выпуск после ремонта, эксплуатация и хранение);

- виды нормируемых метрологических характеристик.

Анализ методики поверки показал следующее:

- для штангенциркулей первого типа с отсчетом по нониусу производятся все операции  поверки, кроме этапа 3.3.7;

- для первого типа штангенциркулей с отсчетными устройствами, включающими  круговую шкалу или цифровую шкалу, из процедуры поверки исключаются этапы 3.3.3, 3.3.4, 3.3.8, 3.3.9, 3.3.10;

- все операции поверки штангенциркуля типа II и типа III совпадают;

- для штангенциркулей типа II или типа III с круговым или цифровым отсчетным устройством из поверки исключаются операции 3.3.3 и 3.3.4.

Кроме того, для каждого из состояний штангенциркуля (выпуск с производства, выпуск после ремонта, эксплуатация и хранение) назначены определенные этапы поверки. Так, например, при выпуске СИ из производства, поверка включается в себя все 14 операций (при условии, что тип отсчетного устройства позволяет выполнить некоторые операции). Если штангенциркуль был отремонтирован, то операция под номером 3.3.3 (определение размеров штрихов шкал и перекрытия штрихов шкалы штанги краем нониуса штангенциркуля) исключается. В том случае, когда штангенциркуль находится в состояниях эксплуатации или хранения, то процедура поверки выполняется без четырех операций: 3.3.2, 3.3.3, 3.3.4 и 3.3.8.

Метрологические характеристики также оказывают влияние на порядок выполнения поверки штангенциркуля. К этим характеристикам относятся: значение отсчета по нониусу; диапазон измерений; цена деления круговой шкалы отсчетного устройства; предел измерений; шаг дискретизации цифрового отсчетного устройства.

Таким образом, проведенный анализ методики поверки штангенциркуля показал наличие определенных закономерностей в выборе операций поверки. Выявленную логику возможно запрограммировать на ЭВМ.

Существует готовая компьютерная программа для проведения поверки:  программа «Метролог» [4]. Выполнив анализ программы «Метролог» можно отметить следующие недостатки:

- «Метролог» основан на программном обеспечении «Microsoft Access» и требует установки на ЭВМ данной компьютерной программы;

- «Метролог» не позволяет запрограммировать закономерности проведения поверки СИ. Вместо этого программа предлагает для любого СИТ заполнить единую унифицированную форму результатов поверки;

- программа сложна в освоении, так как перегружена дополнительными опциями;

- программа «Метролог» платная (стоимость может составлять до 59000 рублей).

Для подтверждения выдвинутой гипотезу была разработана в среде «Delphi» [5] оригинальная компьютерная программа.

Главное окно написанного ПО содержит базовый набор информации, необходимой для реализации поверки штангенциркуля (Рис. 1).

Для начала выполнения процедуры поверки необходимо выбрать тип штангенциркуля (тип I, тип T-1, тип II, тип III), затем указать его состояние (выпуск из производства, выпуск после ремонта, нахождение в эксплуатации и хранении), а также внести метрологические характеристики: диапазон измерений и цену деления шкалы.

Затем, в соответствии с внесенным типом, состоянием, диапазоном измерения и ценой деления шкалы,  компьютерная программа автоматически предложит необходимые операции поверки штангенциркуля. Выбор программой тех или иных операций основан на выявленных выше закономерностях в методике поверки.

В центральной части основного окна компьютерной программы находятся основные пункты меню. Среди них можно найти дополнительную справочную информацию о поверке («Показать средства поверки», «Показать пункты поверки», «Показать ГОСТы»);

Ввод результатов поверки (значений действительных метрологических характеристик) осуществляется в специальных полях, которые расположены в правой части.

При нажатии на кнопку «Запись результатов» происходит автоматическое внесение в память компьютера результатов, введенных оператором в соответствующие пункты электронного свидетельства о поверки (при этом выбор одной из предложенных программной формы документа осуществляется при нажатии на  «Выбор свидетельства»).

Рисунок 1. Основное окошко разработанной компьютерной программы

После сравнения полученных действительных значений метрологических характеристик с нормируемыми оператору необходимо принять одно из решений:

- выдача извещения о непригодности к применению СИ;

- выдача свидетельства.

Затем выбранный документ можно отправить на печать специальной командой.

Оригинальная компьютерная программа обладает следующими техническими требованиями:

- центральный процессор с тактовой частотой не ниже 233 МГц;

- операционная система не старше Microsoft Windows XP с архитектурой x86 и x64;

- оперативная память более 2 мб.

Следующим этапов развития написанной программы может стать ее подготовка к метрологической аттестации [6].

Заключение

1. Выдвинутая гипотеза, в которой сделано предположение, что снизить трудоемкость операции поверки и повысить быстродействие ее выполнения возможно с помощью специальной компьютерной программы,  подтвердилась. Это позволило включить разработанный программный продукт программу  в учебном процессе кафедры «Стандартизация, метрология и сертификация» совместно с используемыми образовательными технологиями [7 - 10].

2. Процедура поверки штангенциркуля состоит из 14 операций. Порядок их выполнения подчиняется определенным закономерностям и зависит от следующих факторов: тип исполнения штангенциркуля; вид отсчетного устройства; состояние средства измерений, нормируемые метрологические характеристики. Выявленную логику возможно запрограммировать на компьютере.

3. Известное программное решение в области поверки средств измерений («Метролог») обладает рядом недостатков. Среди них стоит выделить отсутствие возможности запрограммировать закономерности проведения поверки конкретного СИ.

4. Для повышения быстродействия и простоты операции поверки штангенциркуля была написана оригинальная компьютерная программа. Программа создана в среде Delphi и учитывает выявленные закономерности во включении в процедуру поверки той или иной операции в зависимости от типа СИ, вида отсчетного устройства, состояния СИ и метрологических характеристик.

В мировой и отечественной практике появление новых серий маркшейдерско-геодезических приборов постепенно вытесняет уже существующие образцы как в области практического применения, так и их методологического и научного обеспечения. Фактически единственным исключением из этого правила оказался класс гироскопических приборов.

В основу работы маркшейдерского гирокомпаса положено свойство несвободного гироскопа совершать прецессионные колебания вокруг меридиана. Благодаря этому становится возможным непосредственное определение дирекционных углов в произвольных точках подземного полигона [1].

Первые модели маркшейдерских гирокомпасов были сконструированы еще в первой половине XX века и нашли широкое применение при создании опорных сетей в подземных горных выработках. Конструктивно это был целый комплекс оборудования, масса которого могла достигать величин порядка 600 кг. В дальнейшем совершенствованием отечественных гирокомпасов занималась лаборатория ВНИМИ под руководством Б.И. Никифорова и В.Н. Лаврова. Благодаря изменению конструкции чувствительного элемента гирокомпаса и переходу к торсионному подвесу гиромотора удалось достичь существенного уменьшения габаритов и массы прибора.

Наиболее распространенным отечественным гирокомпасом является модель МВТ-2 (маркшейдерский взрывобезопасный торсионный) (рисунок 1). Разработанный в 1967 году данный прибор выпускался на экспериментальном заводе ВНИМИ на протяжении двух десятков лет, за которые было собрано порядка 200 образцов.

Рисунок 1 – Маркшейдерский гирокомпас МВТ-2

Погрешность определения гироскопического азимута гирокомпасом МВТ-2 в среднем достигла 30”, что в совокупности с взрывобезопасным исполнением отвечало требованиям, установленными министерством угольной промышленности к данному виду приборов.

Следует отметить, что работы по разработке малогабаритных гирокомпасов велись и в других странах (Германии, Венгрии, Японии и пр.). Погрешности определения азимутов в некоторых моделях приборов достигали 15”, благодаря чему они нашли свое применение не только в маркшейдерском деле, но и инженерной геодезии, в которой активно использовались до внедрения в практику спутниковых GNSS систем.

Конструктивная сложность гирокомпасов на всем этапе их существования делала их производство проблематичным, из-за чего их количество всегда было весьма ограниченным. Появление и внедрение спутниковых GNSS систем исключило целесообразность их применения в геодезии, в связи с чем разработка новых моделей гирокомпасов была практически полностью свернута.

На сегодняшний день, производством современных гироскопических приборов активно занимаются только две компании: японская фирма Sokkia, производящая гиронасадки на свои электронные тахеометры Giro1X и GP-1X, и немецкая фирма DMT, выпускающая самый точный гирокомпас в мире GYROMAT. Одним из недостатков этих моделей приборов является отсутствие взрывобезопасного исполнения, что делает невозможным их применение на угольных шахтах опасных по взрыву газа и пыли [2].

Таким образом, использование маркшейдерского гирокомпаса МВТ-2 остается практически безальтернативным для условий отечественной горной промышленности. Хотя многолетняя практика использования рассматриваемых приборов подтверждает усредненную заявленную погрешность, возросшие на предприятиях требования к производству маркшейдерских изысканий и их математической обработке, обосновывают актуальность уточнения метрологических свойств гирокомпасов.

За двадцать лет своего производства конструкция моделей МВТ-2 модернизировалась и изменялась, что в совокупности с ручным изготовлением и сборкой делает каждый отдельный экземпляр прибора, в определенной степени, уникальным.

В связи с этим каждый выпускаемый ВНИМИ гирокомпас проходил контрольные заводские испытания, имеющие целью проверить основные технические характеристики (точность, производительность, потребляемую мощность тока и др.) и установить выявленные недостатки.

Испытания проводились в лабораторных условиях. С каждым гирокомпасом в рабочем диапазоне температур проводилось около 20 определений гироскопического азимута стороны при температурах 0ºC, +20ºC и +40ºC с приведением оси гирокомпаса в меридиан с углами 0º, 10º и 20º. Для получения температуры 0ºC наблюдения проводились или в ночное время, или приборы охлаждались до нуля в холодильной камере. Температура +20ºC – нормальная температура окружающей среды. При температуре +40ºC наблюдения проводились в термокамере.

Погрешность гирокомпаса в рабочем диапазоне температур mt определялась по внутренней сходимости результатов с использованием формулы Бесселя по отклонениям единичных значений гироскопических азимутов – Гi от среднего арифметического из всех – Гср [3]:

     . (1)

В классической методике расчета гироскопического азимута среднее значение положения нуля подвеса торсиона и среднее положение из точек реверсии рассчитывается как среднее арифметическое из двух промежуточно вычисляемых значений, определяемых по формулам вида:

,      (2),       (3)

.       (4)

Легко видно, что при подобной методике расчета ошибки в определении промежуточных точек реверсии (второй и третьей) утраиваются, что искажает окончательное значение рассчитанного гироскопического азимута.

Из курса теории ошибок измерений известно, что наилучшей оценкой нормально распределенной случайной величины является среднее арифметическое значение, вычисленное из всех ее реализаций. Таким образом, при вычислении гироскопического азимута целесообразнее заменить вычисления по формулам (2) – (4) на вычисления вида:

.       (5)

В исследовании было выполнено сравнение погрешности определения гироскопического азимута для 16 различных гирокомпасов, вычисляемого по классической и предлагаемой методике. Полученные результаты представлены в виде гистограммы на рисунке 2.

Рисунок 2 – Погрешность определениея гироазимута рассчитанного по классической и предлагаемой методике

Из рисунка 2 видно, что в большинстве случаев точность полученнных гироазимутов возрастает при расчете точек реверсии через среднее арифметическое по формуле (5).

Принимая сравнительно небольшое количество пусков, выполненных во время контрольных заводских испытаний, значение среднеквадратической погрешности, вычисляемой по формуле (1), определяется с собственной ошибкой, чем можно объяснить противоречие в рассматриваемой гипотезе для некоторых гирокомпасов.

Проведенное исследование позволяет сформулировать следующие выводы:

• Погрешность определения гироскопического азимута может существенно различаться у разных образцов гирокомпаса, и находиться в пределе от 15” до 45”.
• Вычисления гироскопических азимутов по предлагаемой методике позволяет повысить точнотсь результатов на величину порядка 5% относительно классической методики.

Руководство предприятия не всегда согласно с тем, что метрологическая служба это своего рода гарант качества выпускаемой предприятием продукции. Поэтому самым сложным моментом чаще всего становится доказательство руководству необходимость введения на производстве метрологической службы для обеспечения качества и увеличения конкурентоспособности продукции.

Помимо этого на плечи главного метролога возводится первостепенная задача,  донести до своего руководителя, что измерения необходимы на всех этапах создания продукции. Совершенствование метрологического обеспечения предприятия в процессе производства продукции должно достигаться по средствам  анализа и мониторинга измерительных потребностей и измерительных возможностей. Необходимо, чтобы руководство предприятия осознало, что успех на рынке производимой продукции в столь жестких условиях невозможен без метрологического обеспечения.

На предприятии  метрологическая служба действует достаточно давно, механизм ее работы отточен, поэтому Сюкден является лидером по производству сахара в России (рис.1).

Рисунок 1 – Крупнейшие производители сахара в России,

доли на рынке в %.

Объектом метрологического обеспечения предприятия являются все стадии жизненного цикла продукции. Жизненный цикл продукции (ЖЦП) – это совокупность последовательных процессов создания и изготовления продукции [1].

Производство продукции процесс многостадийный. Все стадии объединены одной целью – обеспечение требуемого качества измерений и обеспечения соответствия продукции технологическим требованиям. На стадии разработки продукции изделий проводится выбор контролируемых параметров, осуществляется метрологическая экспертиза технологической документации, все это для достижения высокого качества продукции.

Следующая стадия – изготовления продукции, на ней осуществляется пооперационный контроль параметров сырья и продукции в соответствии с технологией изготовления [2].

Из этого следует, что в деятельности по метрологическому обеспечению производства продукции должны участвовать не только метрологи, но и другие специалисты, участвующие в процессе изготовления продукции.

С этой целью на предприятии:

1. Ежегодно издается;

• приказ о назначении ответственных за метрологическое состояние средств измерений в подразделениях, права, обязанности и ответственность которых регламентированы в «Положении об обеспечении метрологического состояния средств измерений»;

2. Разрабатываются графики поверки и калибровки системы измерений.

3. Заключаются договора на поверку системы измерений.

4. Разрабатывается календарный план работы отдела главного метролога по метрологическому обеспечению производства.

5. Проводится обучение контролеров ОТК и вновь принятых молодых рабочих по теме «Введение в метрологию», в ходе которого рассматриваются вопросы:

• метрология как наука;
• средства измерений;
• средства допускового контроля;
• методы измерений;
• погрешности измерений и средств измерений;
• качество измерений.

6. В обязательном порядке проводится метрологическая проработка технологических процессов, метрологи участвуют в отработке технологии и методов измерений.

7. Разрабатываются методики измерений. Все это направлено на решение основных задач метрологического обеспечения производства продукции на нашем предприятии. В числе этих задач:

• обеспечение единства измерений при разработке, производстве и испытаниях продукции;
• анализ и установление рациональной номенклатуры измеряемых параметров и оптимальных норм точности при контроле показателей качества продукции и управления технологическими процессами, при контроле характеристик технологического оборудования;
• технико-экономическое обоснование выбора средств измерений, испытаний и контроля;
• организация и обеспечение метрологического обслуживания средств измерений и средств допускового контроля (учет, хранение, поверка, калибровка, юстировка, ремонт);
• разработка и внедрение в производственный процесс методик измерений, гарантирующих необходимую точность и качество измерений;
• контроль за состоянием и применением контрольно-испытательного оборудования, организация и обеспечение метрологического обслуживания испытательного оборудования: учет, аттестация в соответствии с установленными требованиями;
• организация и выполнение особо точных измерений;
• проведение анализа состояния измерений;
• проведение метрологической экспертизы технологической документации;
• обеспечение достоверного учета расхода материальных, сырьевых и энергетических ресурсов;
• участие в разработке и внедрении стандартов предприятия;
• внедрение на предприятии международных, национальных, отраслевых стандартов, нормативных документов Росстандарта и других нормативных документов, регламентирующих вопросы метрологического обеспечения;
• информационное обеспечение специалистов предприятия по вопросам метрологического обеспечения [3].

Одним из основных элементов системы метрологического обеспечения производства является метрологическое обеспечение измерений, так как информация, полученная в результате измерений, является основанием для выработки решений. Только достоверность, соответствующая точность измерений и своевременность обеспечивают правильность принимаемых решений. Основанием для принятия решения на производстве также является информация, полученная при контроле и испытаниях. Измерительная информация служит основой для принятия решений о качестве продукции, при сертификационных испытаниях продукции, при отработке технологий, а также при сертификации систем менеджмента качества. На основе измерений получают информацию о состоянии производственных процессов. Получение недостоверной измерительной информации приводит к неверным решениям, снижению качества продукции, возможным отказам оборудования.