Метрологическое обеспечение производства в машиностроении

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПРОИЗВОДСТВА 
В МАШИНОСТРОЕНИИ

УЧЕБНИК

В.А. ТИМИРЯЗЕВ, А.Г. СХИРТЛАДЗЕ,
С.И. ДМИТРИЕВ, И.Г. ЕРШОВА

Допущено
Учебно-методическим объединением вузов по образованию 
в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) 
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлениям подготовки 15.03.05 «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств», 
15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»
(квалификация (степень) «бакалавр»)

Москва
ИНФРА-М
2021

Т41

ISBN 978-5-16-010916-9 (print)
ISBN 978-5-16-102939-8 (online)
© Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г., 
Дмитриев С.И., Ершова И.Г., 2016

Р е ц е н з е н т ы:
В.П. Вороненко, д-р техн. наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» 
Московского государственного технологического университета «Станкин»;
В.У. Мнацаканян, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Технологии текстильного машиностроения и конструкционных материалов» Московского государственного университета дизайна и технологии

А в т о р ы:
Владимир Анатольевич Тимирязев, д-р техн. наук, лауреат Ленинской премии, профессор 
кафедры «Технология машиностроения» Московского государственного технологического 
университета «Станкин»;
Александр Георгиевич Схиртладзе, д-р пед. наук, канд. техн. наук, профессор, лауреат 
премии Правительства РФ в области образования, зав. кафедрой «Стандартизация и сертификационные испытания техники» Московского государственного технологического 
университета «Станкин»;
Сергей Иванович Дмитриев, канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой «Технология машиностроения» Псковского государственного университета;
Ирина Глебовна Ершова, канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» Псковского государственного университета

УДК 621(075.8)
ББК 34.5я73
 
Т41

Тимирязев В.А.
Метрологическое обеспечение производства в машиностроении : 
учебник / В.А. Тимирязев, А.Г. Схиртладзе, С.И. Дмитриев, И.Г. Ершова. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 259 с.  + Доп. материалы [Электронный 
ресурс].  — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/19001.

ISBN 978-5-16-010916-9 (print)
ISBN 978-5-16-102939-8 (online)

В систематизированной последовательности изложены принципы 
и методы проектирования средств измерений, применяемых в машиностроении при изготовлении основных деталей машин. Отражены сведения, опубликованные за последние годы в отечественной и зарубежной 
литературе, опыт работы передовых машиностроительных предприятий, 
учтены новые российские и международные стандарты.
Издание соответствует требованиям Федерального государственного 
образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.
Учебник предназначен для студентов бакалавриата, магистратуры и специалитета, аспирантов технических направлений подготовки. Будет полезен 
при решении задач метрологического обеспечения в курсовых и дипломных 
проектах и выполнении научно-исследовательских работ, а также инженерно-техническим работникам промышленных предприятий.

УДК 621(075.8)
ББК 34.5я73

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны 
в электронно-библиотечной системе Znanium.com

ВВЕДЕНИЕ

Значительную роль в современном производстве изделий машиностроения, во многом определяя уровень его развития, играют измерения геометрических параметров машин и их деталей (точности размеров, расположения, формы и шероховатости поверхности). В связи 
с этим в учебнике особое внимание уделено изучению вопросов рационального выбора и методов использования средств измерений 
и контроля геометрических параметров изделий, метрологической 
экспертизе конструкторской и технологической документации.
В настоящее время измерительная информация используется не 
только для проверки соответствия характеристик качества изделий 
установленным требованиям, но и для управления технологическими 
процессами. Следовательно, достоверность принимаемых решений 
по управлению технологическими процессами зависит от качества 
выполненных измерений. В учебнике анализируются причины изменчивости измерительных процессов и рассматриваются показатели качества измерений, основанные на статистических характеристиках измерений.
Обеспечение и поддержание необходимого уровня качества изделий машиностроения, а значит и их конкурентоспособности на мировом рынке, невозможны без систематического мониторинга и контроля входных и выходных параметров технологических процессов, что 
неизбежно связано с выполнением большого числа измерений. Таким 
образом, перед специалистом в области машиностроения встают задачи должной организации измерительного эксперимента, обработки 
и представления результатов измерений в соответствии с принципами 
метрологии и действующими нормативными документами. Метрологическое обеспечение производства, основанное на практическом 
использовании положений метрологии, является составной частью 
системы управления качеством и одной из основных предпосылок 
достижения требуемого качества выпускаемых изделий. 
С измерениями постоянно связана деятельность инженера-исследователя, инженера-технолога, инженера-конструктора. Так, например, инженер-конструктор обязан иметь четкое представление 
о возможностях измерительной техники, обеспечить взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц, контролепригодность разрабатываемого изделия на всех стадиях его жизненного цикла. Измерительная информация является основой для принятия технических 
и управленческих решений при испытании продукции, оценивании 
ее технического уровня, аттестации и сертификации качества. Знание современных правил, норм и требований в области измерений 
также необходимо для специалистов, осуществляющих функции организации и управления производством.
На производстве молодой специалист, как правило, всегда прямо 
или косвенно связан по работе с измерениями. При этом он сталкива

ется с обилием измерительных задач, нормативных документов метрологического содержания, исполнение которых является обязательным. 
Однако знание метрологических правил и норм еще не дает гарантии 
успешной инженерной деятельности. Инженеру необходимо изучить и 
освоить методы измерений и основные принципы конструирования 
измерительных средств. При этом на первое место следует поставить 
знание методов измерения. Это обусловлено тем, что именно методы 
измерения и физические принципы работы приборов являются наиболее постоянными, тогда как конкретные схемы и элементная база 
средств измерения непрерывно изменяются и совершенствуются.
В процессе обучения будущие специалисты технических направлений при освоении дисциплин учебного плана проводят многочисленные различные измерения, особенно при выполнении лабораторных и практических работ.
В результате изучения дисциплины студент должен:
•
• знать: законодательную, теоретическую и практическую метрологию; основы отечественной и международной стандартизации; правила выполнения сертификационных испытаний;
•
• уметь: применять технологии для планирования и проведения 
работ по метрологии, стандартизации; применять методы 
и средства поверки (калибровки) средств измерения; использовать методы контроля качества продукции и процессов при выполнении работ по сертификации продукции.
К сожалению, в настоящее время явно недостаточен выпуск компактной литературы по метрологическому обеспечению машиностроения, пригодной для использования в учебном процессе. Недостаточно отражены эти проблемы и их решения в учебных планах 
и ФГОС. В связи с этим на кафедрах технологии машиностроения 
ПсковГУ и МГТУ (СТАНКИН) разработан комплекс учебных пособий и методических указаний по данному вопросу, которые были объединены в данный учебник. Особенностью данного учебника является 
то, что в нем сделана попытка единого подхода к вопросам точности 
при измерении, изготовлении изделий и поверки средств измерений.
В учебнике рассмотрены вопросы организации метрологического 
обеспечения и государственного метрологического контроля и надзора в стране, основанные на законе РФ от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об 
обеспечении единства измерений» и Федеральном законе от 
27.12.2002 № 184-Ф3 «О техническом регулировании» (действующая 
редакция от 22.12.2014). Основное внимание уделено практической 
реализации метрологического обеспечения для машиностроительного 
производства. Изложенный в работе материал основан на практическом использовании современных положений метрологии (науки об 
измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой 
точности).

ГлаВа 1 
ОсНОВНыЕ пОНятИя О мЕтрОлОГИчЕскОм 
ОбЕспЕчЕНИИ ИзмЕрЕНИй 
ГЕОмЕтрИчЕскИх пОказатЕлЕй  
тОчНОстИ В машИНОстрОЕНИИ

1.1. 
пОНятИЕ «мЕтрОлОГИчЕскОЕ ОбЕспЕчЕНИЕ»  
И ЕГО сОДЕржаНИЕ

Метрологическое обеспечение — это установление и применение 
научных и организационных основ, технических средств, правил и 
норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности 
измерений. Из определения следует, что метрологическое обеспечение включает в себя комплекс действий, направленных на обеспечение единства измерений, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах величин, а погрешность измерений 
определена с требуемой вероятностью.
В действиях, относящихся к метрологическому обеспечению, нет 
жестко очерченного круга работ и строгих границ. Все действия, которые направлены на возможность проведения измерений с требуемой точностью, т.е. с погрешностью, значением которой можно пренебречь, относятся к метрологическому обеспечению.
Все нормативные документы в виде Государственных и Межгосударственных стандартов (т.е. ГОСТ Р и ГОСТ) по метрологическому 
обеспечению имеют шифр ГСИ — Государственная система обеспечения единства измерений и выпускаются под серией «8», например 
ГОСТ 8.051–81.
Целью метрологического обеспечения производства в машиностроении является достижение единства измерений, т.е. получение 
объективной информации о точностных параметрах изготавливаемой продукции путем измерения или объектов производства, или 
состояния точности технологического процесса. В отношении метрологического обеспечения на других производствах, где имеют 
место измерения, цели будут меняться, но непременным останется 
необходимость измерений с требуемой точностью.
Таким образом, основным в метрологическом обеспечении является обеспечение точности измерений, т.е. решение задач, относящихся к выявлению и оценке влияния различных факторов, определяющих погрешность измерений.
Основным государственным документом в России, относящимся 
к метрологическому обеспечению, является Федеральный закон от 

26.06.2008 № 102-ФЗ (редакция от 13.07.2015) «Об обеспечении единства измерений» (ранее закон РФ от 27.04.1993 № 4871-1).
Метрологическое обеспечение имеет следующие основы: 
 
• научную;
 
• организационную;
 
• нормативную;
 
• техническую.
Научной основной метрологического обеспечения является метрология.
Организационной основной метрологического обеспечения являются метрологические службы.
Нормативной основой (нормативно-правовой) является Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ).
Вся метрологическая деятельность в РФ основывается на конституционной норме, согласно которой приняты законы «Об обеспечении единства измерений» и «О стандартизации», детализирующие 
основы метрологической деятельности.
В соответствии с законом «Об•обеспечении•единства•измерений»•
в стране были организованы органы Государственной метрологической службы, деятельность которых направлена на осуществление 
государственного метрологического контроля и надзора на территориях республик РФ.
Закон «О•стандартизации»•устанавливает правовые основы стандартизации, обязательные для применения, и определяет меры государственной защиты интересов потребителей и государства путем 
разработок и применения различных нормативных документов по 
стандартизации.
Комплекс нормативных документов, устанавливающих правила, 
нормы, требования, направленные на достижение и поддержание 
единства измерений в стране при требуемой точности, составляет 
государственную систему обеспечения единства измерений (ГСИ).
Технические основы метрологического обеспечения в общем виде 
включают в себя формулировки характера выполняемых работ, важнейшие из которых:
1.•Система•государственных•эталонов•величин.•Основой обеспечения единства измерений является наличие единых значений физических величин. Надо иметь в виду, что значения единиц величин 
носят весьма условный характер. Просто люди договорились в определенное время, когда в этом возникла необходимость, принять метр 
за единицу длины, килограмм — за единицу массы и так в отношении других величин. О том, что эта договоренность между людьми 
еще полностью не достигнута, говорит тот факт, что в мире широко 
используются метрическая (Международная система СИ) и дюймовая системы. В некоторых странах имеются свои системы единиц, 

отличающихся от метрической и дюймовой. Отсутствие единства 
в единицах измерений не очень удобно для производства и торговли, 
и постепенно многие страны, в том числе США, Великобритания, 
Китай, переходят с дюймовой системы на метрическую.
Практически во всех странах есть государственные службы, которые создают государственные эталоны и следят за их сохранностью.
В соответствии с Законом «Об обеспечении единства измерений» 
под эталоном единиц величин имеют в виду средства измерений, 
предназначенные для воспроизведения и хранения единицы величины (либо кратных, либо дольных значений единицы величины). 
Это определение относится ко всем эталонам, используемым для 
указанных целей, а более конкретно — для поверки средств измерений, т.е. выявления погрешностей.
Отдельно выделяется Государственный эталон величины — эталон 
единицы величины, признанный решением уполномоченного на то 
государственного органа, в качестве исходного на территории Российской Федерации.
2.•Система•передачи•размера•от•государственных•эталонов•рабочим•
средствам•измерений.•Эта система должна обеспечивать положение, 
при котором точное значение величины передается от эталона до 
рабочих средств измерений. Система является многоступенчатой 
и единой, чтобы средства измерений имели одинаковую точность 
с определенной степенью приближения.
3.•Система•поверки•и•калибровки•средств•измерений.•Средства измерений, находящиеся в эксплуатации, должны периодически поверятся, чтобы убедиться, что погрешность их не стала больше, чем 
это может быть допущено.
4.•Система•государственных•испытаний•или•аттестации•средств•измерений.•Поскольку точность средств измерений влияет не только на 
качество выпускаемой продукции, но и на большие материальные 
потери и даже на здоровье и жизнь людей, необходимо допускать 
к применению только такие средства измерений, которые испытаны 
Государственной метрологической службой. Это относится к определенной группе средств измерений.
5.•Система•стандартных•образцов•состава•и•свойств•веществ.
6.•Система•стандартных•справочных•данных,•физических•констант•
и•свойств•веществ•и•материалов.•
В начале 80-х гг. ХХ в. в связи с внедрением робототехники и гибких производственных систем (ГПС) возникла необходимость в их 
метрологическом обеспечении. Появилось понятие «метрологическое обеспечение ГПС», которое следует рассматривать как производное понятие. Метрологическое обеспечение ГПС имеет свою 
специфику, обусловленную автоматическими измерениями в динамическом режиме, совмещенностью средств измерений с ЭВМ, при

менением бесконтактных средств измерений и поверки, частыми 
переналадками ГПС, необходимостью контроля точностных характеристик неизмерительных средств (например, точности позиционирования (причаливания) транспортной тележки, точности распознавания объектов и т. п.). Метрологическое обеспечение ГПС требует более высокой квалификации метрологов предприятий, как 
создающих, так и эксплуатирующих ГПС.
Общий комплекс работ по метрологическому обеспечению 
можно разделить на следующие две части:
 
• метрологическое обеспечение на этапе подготовки производства;
 
• метрологическое обеспечение на этапе действующего производства.
Содержание работ по метрологическому обеспечению на этапе 
подготовки производства заключается в метрологической экспертизе
Содержание работ по метрологическому обеспечению в процессе 
производства заключается в поверке средств измерений или их калибровке и в метрологическом контроле и надзоре в целях проверки 
соблюдения метрологических правил и норм.
Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической 
документации — это анализ и оценка принятых технических решений по выбору параметров, подлежащих измерению, установлению 
норм точности и обеспечению методами и средствами измерений 
процессов разработки, изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделий. Она проводится в целях обеспечения эффективности 
измерений при контроле изделий в процессе их разработки, изготовления, эксплуатации и ремонта; осуществляется на различных стадиях разработки документации.
Основными задачами метрологической экспертизы конструкторской и технологической документации являются:
 
• определение оптимальной номенклатуры измеряемых параметров;
 
• оценка контролепригодности конструкций изделия;
 
• установление соответствия показателей точности измерений 
требованиям эффективности и достоверности контроля и взаимозаменяемости;
 
• установление соответствия показателей точности измерений 
требованиям обеспечения оптимальных режимов технологических процессов;
 
• выявление возможности преимущественного применения автоматизированных средств измерений, оценка обеспечения применяемыми средствами измерений минимальных трудоемкости 
и себестоимости контрольных операций при заданной точности;

• определение целесообразности обработки на ЭВМ результатов 
измерений.
Исходя из перечисленных задач на основе анализа и оценки 
уровня и оптимальности принятых технических решений эксперт 
должен знать предложения по исправлению недостатков. Оформление результатов метрологической экспертизы проводится в соответствии с ГОСТ 2.104–2006 и ГОСТ 3.1130–93.
Не следует смешивать метрологическую экспертизу и метрологический контроль. Метрологический контроль — это оценка принятых технических решений метрологических задач методом сравнения 
с конкретными требованиями к объекту экспертизы. Метрологический контроль осуществляют работники метрологических служб 
и специально подготовленные нормоконтролеры.

1.2. 
НаучНыЕ ОсНОВы мЕтрОлОГИчЕскОГО ОбЕспЕчЕНИя

На определенном этапе развития измерений возникла метрология 
(от греческих слов «метрон» — мера, «логос» — учение) — наука об 
измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах 
достижения требуемой точности (РМГ 29-2013). Таким образом, метрология — область знаний, относящихся к измерениям.
Метрология не занимается открытием новых закономерностей, 
связей, а использует приемы и знания из разных наук (математики, 
физики, механики и т.д.).
Метрология является научной основой метрологического обеспечения.
К основным проблемам метрологии относятся:
 
• общая теория измерений;
 
• единицы физических величин и их системы;
 
• методы и средства измерений;
 
• методы определения точности измерений;
 
• методы обеспечения единства измерений и единообразия 
средств измерений;
 
• эталоны и образцовые средства измерений;
 
• методы передачи размеров единиц от эталонов или образцовых 
средств измерений рабочим средствам измерений.
Зародившись как описательная наука, метрология просуществовала в таком виде значительное время.
Первые официальные распоряжения, обязывающие выпускать 
в России качественную, стандартную продукцию, относятся к 1555 г., 
когда московские пушкари получили приказ «лить ядра круглые 
и гладкие». О серьезной метрологии можно говорить, ссылаясь на 
времена Петра I, когда в России наблюдался подъем промышленного 
производства.

Представляет интерес Указ Петра I о качестве, датированный 
11 января 1723 г.
***

Указ
О КАЧЕСТВЕ
января 11 дня 1723 года

Повелеваю хозяина Тульской фабрики Корнилу Белоглазова бить 
кнутом и сослать на работу в монастыри, понеже он, подлец, осмелился войску Государства продавать негодные пищали и фузеи.
Старшину Альдермала Фрола Фукса бить кнутом и сослать в Азов, 
пусть не ставит клеймо на плохие ружья.

***
В России первый труд по метрологии был посвящен описанию 
мер и денежных знаков, применяемых в разных странах. Эта работа, 
изданная в период становления государственной метрологической 
службы России, получили высокую оценку — ей была присуждена 
Демидовская премия. Развитие науки и техники вызвало необходимость создания новых средств измерений, повышения точности измерений. Так, например, изобретатель паровой машины И.И. Ползунов контролировал зазоры между поршнем и цилиндром медным 
пятаком. Медный пятак имел толщину 6 мм. Если пятак не проходил 
по толщине, то качество подгонки поршня считалось хорошим, если 
проходил — неудовлетворительным. С развитием машиностроения 
наступил период, когда пятак или палка не могли уже служить узаконенным средством измерений. К метрологии стали предъявлять 
новые требования.
В 1875 г. в Париже 17 государств, в том числе и Россия, подписали 
Метрическую конвенцию для обеспечения международного единства 
и усовершенствования метрической системы мер, было создано первое международное научное метрологическое учреждение — Международное бюро мер и весов (МБМВ). Это было крупным событием 
в мире, способствовавшим совершенствованию системы мер и развитию метрологии. Начали создаваться научные метрологические 
организации в ряде стран: в Германии (1887), в России (1893), 
в Англии (1900), в США (1901).
Большая заслуга в становлении отечественной метрологии принадлежит Д.И. Менделееву, видевшему в метрологии мощный рычаг 
воздействия на экономику. В 1893–1907 гг. Д.И. Менделеев был 
управляющим Главной палатой мер и весов в Петербурге (ныне НПО 
ВНИИМ им. Д.И. Менделеева).
В настоящее время на базе главной палаты мер и весов в СанктПетербурге существует высшее научное учреждение страны — Все