Метрология, стандартизация и сертификация в деревообрабатывающей промышленности


A. H. Чернышёв, Е. В. Кантиева




МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Учебное пособие















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 674.5
ББК 37.13
      4-49



Рецензенты:
начальник производственно-технического отдела ООО «Мебель для офиса» кандидат технических наук Ю. С. Журавлева;
     главный конструктор мебельного предприятия ИП «Зиновьева Т. М.»
И. Н. Чернышева




     Чернышёв, А. Н.
4-49 Метрология, стандартизация и сертификация в деревообрабатывающей промышленности : учебное пособие / А. Н. Чернышёв, Е. В. Кан-тиева. - Москва; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 88 с.: ил., табл.
          ISBN978-5-9729-1051-9

     Излагаются основные понятия о метрологической, стандартизационной и сертификационной службах России и международных метрологических службах. Раскрываются основные положения государственной системы стандартизации и сертификации, понятия и определения в области управления качеством.
     Для студентов специальности 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», а также для специалистов деревообрабатывающих предприятий.


                                                            УДК 674.5
                                                            ББК37.13














ISBN 978-5-9729-1051-9   © Чернышёв А. Н., Кантиева Е. В., 2022
                          © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

Оглавление

  Введение.......................................................4
   1.  Метрология................................................6
  1.1. Содержание, цели и задачи курса...........................6
  1.2. Основные понятия теории измерений.........................7
  1.3. Физические величины и специфика их измерений в отрасли....9
  1.4. Системы физических величин...............................14
  1.5. Виды и методы измерений..................................22
  1.6. Результаты и погрешности измерений.......................24
  1.7. Средства измерений.......................................28
  1.7.1. Эталоны. Поверочные схемы .............................28
  1.7.2. Классификация средств измерений по назначению. Метрологические характеристики средств измерений..............30
  1.8. Метрологическая служба России............................34
  1.9. Линейные технические измерения вд/о промышленности.......39
  1.10. Предельные калибры в деревообработке....................46
  1.11. Правила контроля деталей предельными калибрами..........53
  1.12. Система калибров. Рабочие предельные и контрольные калибры.56
  1.13. Расчет исполнительных размеров предельных калибров......60
  1.14. Универсальные средства измерения. Особенности применения в отрасли.......................................................62
  2.  Стандартизация ...........................................70
  3.  Сертификация..............................................73
  4.  Управление качеством продукции............................76
  Библиографический список......................................82
  Приложения....................................................83

Введение

           Одной из отраслей, довольно быстро адаптировавшейся к новым рыночным условиям и имеющей тенденции к росту, является деревообработка и мебельная промышленность, в частности. Тенденции развития, диктуемые рынком, неразрывно связаны с подготовкой специалистов, во главу угла ставящих качество продукции как единственное условие выживания и развития в рыночных условиях. Такие специалисты должны иметь знания, в том числе и в области метрологии, точности, стандартизации, сертификации, обеспечения качества в применении к современным технологиям и образцам продукции. Для этой цели в учебных планах деревообрабатывающих специальностей предусмотрена дисциплина "Метрология, стандартизация и сертификация". Этой дисциплине и посвящено данное учебное пособие, которое базируется на знаниях, полученных студентами при изучении вопросов математики, вычислительной техники, теории вероятностей, теоретической механики, теории механизмов машин.
     Начало технологической деятельности человека неизбежно было связано с необходимостью измерений, обеспечивающих получение всей объективной информации, и, следовательно, изобретением мер. Без измерений невозможен контроль параметров технологического процесса, качества сырья, материалов, готовой продукции, обеспечение взаимозаменяемости в производстве, учет и планирование материальных ресурсов, распределение продукции, выработка измерительной информации с целью управления процессами производства.
     В глубокой древности люди начали измерять длину, площадь, объем, вес, время. Сам человек стал прототипом многих мер. Шаг, фут, локоть, пядь, аршин (в переводе "локоть"), сажень - все эти меры, возникшие в разных странах, явились размерами органов человеческого тела. Однако в то же время было обнаружено несоблюдение единства мер, что побудило к попыткам стандартизации мер для обеспечения их единства. Например, "королевский фут" был размером ступни Карла Великого.
     Первоначально метрология возникла как наука о различных мерах и соотношениях между ними. Слово "метрология" образовано из двух греческих слов: «метрон» - мера и «логос» - учение и в буквальном переводе обозначает - учение о мерах.
     Метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения заданной точности. Такое определение метрологии установлено ГОСТ 16263-86. Само понятие "точные науки" - математика, физика, механика, химия - является следствием точных

измерений, так как именно благодаря измерениям были установлены точные количественные соотношения, выражающие законы природы.
     Большую роль в становлении современной метрологии как одной из наук физического цикла сыграл родоначальник отечественной метрологии Д.И. Менделеев, руководивший ею в период 1892-1907 гг.

б



            1. Метрология


        1.1. Содержание, цели задачи курса

     Рост производительности технологических машин и скоростей, миниатюризация и прецизионность устройств и инструмента предъявили высокие требования к точности информации и скорости ее выдачи и переработки. Сложность функционирования технологических и других систем привела к созданию не менее сложных измерительных приборов, комплексов и систем, диагностических и квалиметрических систем, для отслеживания параметров, функционирования которых также нужны системы контроля. Точность и надежность информационно-измерительной техники, скорость обработки и передачи информации обеспечивают функционирование современных технологий в деревообрабатывающей промышленности.
     Метрологическая служба России теснейшим образом связана со всей системой стандартизации в стране, поскольку метрология, с одной стороны, является по существу стандартизацией измерений; с другой стороны, - одной из основ стандартизации, обеспечивающей достоверность, сопоставимость показателей качества, закладываемых в стандарты, дающей методы определения и контроля таких качественных показателей - основ сертификации.
     Проблемы, которые решаются службой метрологии, стандартизации и сертификации, определены следующими направлениями: общая теория измерения; единицы физических величин и их системы, методы и средства измерений, методы определения точности измерения; основы обеспечения единства измерения и единообразия средств измерений; эталоны и образцовые средства измерений, методы передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений к рабочим средствам измерений; физические константы и физико-химические свойства веществ и материалов, а также получение стандартных образцов этих свойств; государственная система единиц физических величин, системы государственных эталонов этих единиц; разработка стандартных методов и средств испытаний и экспресс-контроля, требующих высокой точности; надзор за приборостроением и эксплуатацией средств измерений, осуществляемый путем государственных испытаний разрабатываемых приборов, систематической проверки приборов в эксплуатации; ревизии состояния измерений на предприятиях и организациях.
     Решение многих вышеперечисленных проблем является настолько важным для государства, что в большинстве стран мира мероприятия по обеспечению единства и требуемой точности измерений, методы аттестации выпускаемой продукции, система выдачи сертификатов качества продукции установлены законодательно.

В России в области метрологии, стандартизации и сертификации приняты следующие обозначения и сокращения:
      КГМВ - генеральная конференция по мерам и весам;
      МОЗМ - международная организация законодательной метрологии;
      МБЗМ - международное бюро законодательной метрологии;
      МКМВ - международный комитет мер и весов;
      ИСО - международная организация по стандартизации;
      SI - международная система единиц;
      МС - метрологическая служба;
      ГСИ - государственная система измерений;
      ГСВЧ - государственная служба времени и чистоты;
      ГССО - государственная служба стандартных образцов;
      ГСССД - государственная служба стандартных справочных данных;
      ГПИ - государственные приемочные испытания;
      НТД - нормативно-техническая документация;
      ГКИ - государственные контрольные испытания;
      ТЗ - техническое задание;
      ТУ - технические условия;
      ГОСТ - государственный стандарт;
      ОСТ - отраслевой стандарт;
      СТ - стандарт предприятия;
      ФВ - физическая величина;
      ОИ - объект измерений;
      МВИ - методика выполнения измерений;
      СИ - средство измерений;
      ОСИ - образцовое средство измерений;
      МХ - метрологические характеристики;
      НМХ - нормируемые метрологические характеристики;
      МЭ - метрологическая экспертиза;
      МА - метрологическая аттестация;
      НСП - не исключенный остаток систематической погрешности;
      СКО - среднеквадратическое отклонение.

        1.2. Основные понятия теории измерений

      В Государственной системе измерений есть стандартное определение: измерение - это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.
      Другие определения, не отрицая стандартного, рассматривают измерения как процесс получения информации, заключающийся в сравнении опыт

ным путем измеряемых и известных величин или сигналов, и представления ее в числовой форме. Таким образом, измерение представляется как информационный процесс, результатом которого является получение качественной информации об измеряемых величинах - измерительной информации. Объектами измерений являются свойства объективных реальностей (тел, веществ, явлений, процессов). Свойства - это выражение какой-либо вещи или явления. Каждая вещь обладает множеством свойств, в которых проявляется ее качество. Одни свойства существенны, другие не существенны. Изменение существенных свойств равнозначно изменению качественного состояния вещи или явления.
     Все технические средства, с помощью которых выполняют измерения или, иначе говоря, получают измерительную информацию, называют измерительной техникой. При измерении какой-либо величины необходимо, чтобы ее единица измерения была представлена в овеществленном виде в качестве меры. Овеществление единиц с помощью мер, измерительных приборов и установок, то есть измерительных средств - непременное условие выполнения.
     Чтобы измерительная информация была общественно полезной, необходимо обеспечить ее правильность, то есть получать эту информацию с помощью измерительных средств, проверенных с необходимой точностью по установленным государством эталонам.
     Вопросы теории и практики обеспечения единообразия и правильности измерительной информации, получаемой с помощью измерительной техники, и составляют содержание метрологии.
     Основное уравнение метрологии

z = Ах'^,                          (1)


где z - измеренное значение;
     Ах - числовое значение измеряемой величины;
     Дх - единица измерения, выбираемая на основании договоренности.
      В смысл понятия числового значения включают однозначность измерения физической величины.
      Развитие измерительной техники и ее проникновение во все области практической и познавательной деятельности человека сопровождается повышением значения метрологии как деятельности, направленной на обеспечение единства мер, сопоставляемости и согласуемости результатов измерений на уровне требуемой точности (практическая метрология), а также как науки, обобщающей практический опыт в этой области и направляющей развитие измерительной техники (теоретическая метрология).

Законодательная метрология - раздел метрологии, включающий комплексы взаимоувязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразие средств измерений. К ключевым понятиям законодательной метрологии относятся закон об измерениях (ранее закон о мерах и весах); методики выполнения измерений - МВИ; метрологическая аттестация средств измерений - МАСИ; поверка СИ; испытания СИ; метрологический надзор (надзор за соблюдением метрологических правил и норм); сертификация СИ.

        1.3. Физические величины и специфика их измерений в отрасли

     Вся технологическая и познавательная деятельность человека связана с измерениями различных физических величин, например, длины, массы, времени, температуры, скорости, силы, давления, силы электрического тока, ЭДС, мощности, работы и др.
     По ГОСТ 16263-85 физическая величина (ФВ) определена как свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам (физическим системам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Так, все тела обладают массой и температурой, но для каждого из них количественная оценка массы или температуры будет различной.
     Значение ФВ - оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц или числа по принятой для нее шкале. Различают истинное значение ФВ, идеально отражающее свойство объекта, и действительное -найденное экспериментально, достаточно близкое к истинному значению ФВ, которое можно использовать вместо него.
     Система физических величин - это совокупность взаимосвязанных ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются функциями независимых величин. Системным ФВ присуща размерность - выражение, отражающее связь ФВ с основными единицами системы, в котором коэффициент пропорциональности принят равным единице (произведение основных величин, возведенных в соответствующие степени).
     Измерение физической величины - это совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу или воспроизводящего шкалу ФВ, заключающихся в сравнении в явном или неявном виде измеряемой величины с ее единицей или шкалой с целью получения значения этой величины в форме, наиболее удобной для использования.

Различают три вида физических величин, измерение которых осуществляется по принципиально различным правилам.
   1.    Величины, на множестве размеров которых определены лишь отношения порядка и эквивалентности типа "тверже", "мягче", "одинаково теплее", "холоднее" и т.п. Существование подобных отношений устанавливается теоретически или экспериментально с помощью специальных средств сравнения, а также на основе наблюдений за результатами воздействия физической величины на какие-либо объекты.
   К величинам этого вида относятся: твердость, определяемая как способность тела оказывать сопротивление проникновению в него другого тела; температура, понимаемая как степень нагретости тела.
   Так, например, мы легко установим различие в твердости сосны и дуба, но не можем установить значение различия в твердости и тем более сравнить эти различия.
   2.    Отношения порядка и эквивалентности имеют место не только между размерами величин, но и между разностями в парах их размеров.
   Сюда относят такие величины, как время, потенциал, энергия, температура, связанная со шкалой ртутного термометра. Возможность сравнения разностей их размеров вытекает из самих определений этих величин. Так, разности температур считаются равными, если расстояния между соответствующими отметками на шкале ртутного термометра равны.
   3.    Аддитивные физические величины - величины, на множестве размеров которых определены не только отношения порядка и эквивалентности, но и операции сложения и вычитания. Операция считается определенной, если ее результат (сумма или разность) также являются размером той же физической величины и существует способ ее технической реализации.
   К таким величинам относятся, например, длина, масса, термодинамическая температура, сила токов, электрическое сопротивление. Их можно измерять по частям, а также воспроизводить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании отдельных мер.
   Действительно, сумма двух длин есть длина, воспроизведение которой сводится к составлению отрезка суммарной длины. Сумма масс двух тел -это масса того тела, которое уравновешивает на равноплечих весах первые два. Токи суммируются при соединении проводников в один узел, сопротивления резисторов - при последовательном их соединении, а проводимости -при параллельном.
     В зависимости от характера изменения во времени различают детерми-рованные и случайные физические величины. Первые являются постоянными величинами или меняются по определенной функции. Вторые меняются случайным образом, те есть случайной функцией.

Значение ФВ определяется уравнением

                               Q = q-Q ,                       (2)

где q - числовое значение размера;
      Q - числовое значение, равное 1. Это - основное уравнение измерения.
      ФВ второго и первого вида не могут быть воспроизведены с заданными размерами и не могут сравниваться непосредственно с себе подобными. В этом случае применятся метод натуральных (реперных) или функциональных шкал.
      Для величины второго вида можно установить единицу, равную любой разности значений величины, установленной по соглашению. Тогда любая разность размеров может быть определена следующим выражением:

                              S2 —S₁ =5■ Si,                   (3)

где S₂-Sj - измеряемая разность размеров физической величины;
      s - числовое значение измеряемой разности размеров величин;
      Si - единица данной величины, равная любой заранее выбранной разности значений этой величины.
      Чтобы можно было путем сравнения разностей сравнивать размеры самих величин, необходимо одно из значений разности величин принимать за начало отсчета, то есть

                             S-S₀ — s ■ Si.                    (4)

      Тогда значение величины S определяется с учетом начала отсчета S₀

                           S = > +s ■ Si.                      (5)

      Совокупность числовых значений величин второго ряда, определяемая уравнением (4), называется шкалой данной величины. Шкала полностью определяется заданием начала отсчета S₀ и единицы Sᵢ . Практически шкалу можно построить двумя способами.
   1.    Единица физической величины воспроизводится непосредственно как интервал, его некоторая доля или некоторое число интервалов, а начало отсчета выбирают каждый раз по-разному в зависимости от конкретных условий изучаемого явления. Например, за единицу времени принята секунда, равная 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу меж