Обеспечение достоверности, адекватности и точности измерений и оценок уровня качества

 

Всякое измерение или оценивание осуществляют с определенной целью, а цель обуславливает измерительную или оценочную задачу (задачи). Целью измерения или оценивания является не определение истинного, т.е. объективного и абсолютно точного значения размера, а получение достоверной информации о нем в количественном или ином (например, в графическом, образном и т.п.) выражении. Для того, чтобы решить (выполнить) задачу количественного определения, необходимо знать, что и как следует измерять или оценивать. На этом этапе решения задачи выясняют сущность и характеристики определяемого (измеряемого или оцениваемого), а также устанавливают зависимость определяемого от других свойств, их характеристик или показателей. То есть в начале надо составить образ, а потом создать модель (схематическую, логическую или математическую) определяемого.

Считается, что модель объекта измерения или оценивания должна отражать существенные свойства оригинала. Однако недоучет даже малозначимых свойств может существенно влиять на результат определяемого значения (величину) размера. Естественно, что чем более полно учитываются в модели свойства объекта, тем адекватнее модель оригиналу, хотя и сложнее.

Установленная и принятая модель объекта исследования является основанием для выработки технологии (метода и средств) получения численного значения (величины) определяемого размера. Но любая модель является лишь отображением реального объекта в сознании человека, интересующегося обычно только теми свойствами объекта, количественное определение которых составляет его задачу.

В силу действия ряда объективных и субъективных ограничений, модель всегда оказывается не волне адекватной реальности. При оценке степени неадекватности модели используются понятия «идеальная модель», «реалистическая модель», «приемлемая модель», «погрешность от неадекватности модели» и т.п.

Несмотря на то, создание полностью адекватной модели объекта модели принципиально невозможно, проблема адекватности решается установлением допустимой неадекватности. Допустимого несоответствия реальности. Если данная модель позволяет решать задачу и результат удовлетворяет практике, то модель может быть признана реалистичной или даже идеальной и использоваться в качестве рабочей, приемлемой. Достаточная адекватность моделей, например, технических измерений подтверждается при последующем проектировании, измерении, испытании и эксплуатации того объекта, для изучения свойств которого ставилась задача измерений или оценок и создавалась модель. «Практика – критерий истины», а в данном случае – критерий адекватности и достоверности измерительной или оценочной модели.

Методика выбора условно адекватных моделей для решения конкретных измерительных и/или оценочных задач зависит от природы (сущности) и сложности исследуемого объекта. Она основывается не только на логических соображения, закономерностях некоторых известных характеристик объекта и т.д., но и на исходно неформализованных представлениях об объекте, а также на учете интересов познающего субъекта (человека с его потребностями, значениями, умениями и т.п.).

Еще до начала процедур измерения или оценивания размера необходимо иметь некоторую предварительную информацию о нем. Без этой информации невозможно ни создавать адекватную модель определяемой величины, ни разработать методику и средства измерения или количественного оценивания объекта.

Необходимая предварительная информация получается на начальном этапе познания, на этапе ощущений, восприятий и логических обобщений в представления, понятия и образы объекта исследования. Далее, на этапе уже абстрактного мышления, создается модель объекта или отдельного его свойства. Следующим этапом познания является количественное определение размера исследуемого, т.е. разработка методики и средств измерения или оценивания. Познавательный цикл заканчивается этапом количественного определения размера исследуемого и обработкой результатов измерения или оценивания. На основе полученных данных обычно уточняется сущность и модель объекта, корректируется методика и совершенствуются средства определения количественных значений (величин) размеров и т.д. Так, циклически, путем постепенного приближения к истине идет познавание объективной реальности.

Из общей теории познания известно, что познание происходит так: «От живого созерцания (от ощущений и восприятий. – В.Ф.) к абстрактному мышлению и от него к практике – таков диалектический путь познания объективной реальности». Далее В.И. Ленин в книге «Материализм и эмпириокритицизм» так описал начало процесса познания и гносеологическую роль в нем качества: «Сначала мелькают впечатления, затем выделяется нечто, - потом развиваются понятия качества… (определения вещи или явления) и количества… Самым первичным и самым первоначальным является ощущение, а в нем неизбежно и качества».

Результатом большинства измерений и особенно оценок чего-либо свойственна некоторая неопределенность. (Исключение здесь составляют результаты измерений абсолютных величин, т.е. результаты измерений методом счета количества единиц (штук) чего-либо.) Во-первых, неопределенность результата обусловлена изменчивостью объекта исследования, а также нестабильностью условий и средств измерения или оценивания. Во-вторых, измеряя или оценивания, т.е. определяя величину реального размера, мы стремимся получить численное значение ее, выраженное в выбранных нами единицах измерений или оценок. В-третьих, неточность результата измерения или оценивания обусловлена несовершенством модели, метода и средства количественного определения свойства объекта. В-четвертых, в процессе измерения или оценивания людьми допускаются субъективные погрешности, что увеличивает неточность получаемого результата.

Следовательно, абсолютно точное, т.е. истинное количественное, значение реального размера нам всегда неизвестно, так как получено быть не может по многим причинам, некоторые из которых уже были перечислены. В большинстве случаев мы определяем сопоставительные, а не абсолютные значения (размеры) величин, что также является причиной некоторой неадекватности и неопределенности полученных результатов измерений или оценок.

Несмотря на вышеизложенное, все же целью измерений и оценок является определение истинного значения определяемой величины. В отечественной и зарубежной практике за истинное значение (размер) величины принимается действительное значение (размер) этой величины. Действительным размером (ДР) считается общее среднее значение (математическое ожидание) установленной (заданной) совокупности результатов измерений.

Обеспечение практически достаточной точности измерений и оценок осуществляется посредством уменьшения их погрешностей.

Точность измерений  – степень близости результата измерений к принятому «опорному значению» (ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 «Точность (правильность и прецизионность методов и результатов измерений». Часть 1. Основные положения и определения).

Погрешность измерения  – отличие значения измеренной величины от его действительного значения. Действительное значение при определении погрешности часто принимается в качестве базы для сравнения, т.е. в качестве «принятого опорного значения».

Принятое опорное (базовое) значение  – значение величины, которое служит базой для сравнения.

Погрешности подразделяются на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютная погрешность  – разность между измеренным и истинных значениями. Она находится именно в указанном порядке, может быть и положительной, и отрицательной. Очевидно, что для результатов натуральных измерений абсолютные погрешности также имеют размерность.

Относительная погрешность  – отношение абсолютной погрешности к истинному(действительному) значению. Относительная погрешность безразмерная величина, но она может выражаться и в процентах.

Приведенная погрешность  отличается от относительной тем, что деление производят на некоторую номинальную величину, например на верхний предел измерительного прибора.

Деление погрешностей по происхождению очевидно и обусловлено причиной их появления, а именно конкретным «участником» измерения – методом, прибором или человеком.

Наиболее важной, с точки зрения уменьшения погрешностей при выполнении конкретных измерений и оценки оставшейся погрешности, является третья классификация. В ней речь идет о закономерностях проявления погрешностей при повторении процедуры в тех же условиях.

Качественное выполнение  любого измерения, даже простейшего, обязательно подразумевает:

1) применения способов уменьшения (в том числе, частичного исключения) вносимых погрешностей;

2) максимально точную оценку неисключенной погрешности.

Каждому измерительному прибору (инструменту) присущи приборные погрешности. В первую очередь, они обусловлены производственными причинами, действующими при его изготовлении. Такие ошибки нормируются стандартом и контролируются службами технического контроля на производстве. Эти погрешности выдерживаются при правильной эксплуатации прибора (так называемые основные ошибки, соответствующие внешним условиям использования прибора: влажность воздуха, температура и т.д.). возможны так называемые дополнительные ошибки (при выходе параметров окружающей среды за установленные пределы). Иногда эти ошибки являются допустимыми (приемлемыми) и также нормируются. При длительной или интенсивной эксплуатации прибора его точность может ухудшаться (а погрешность – увеличиваться) и не соответствовать номинальной. Поэтому в установленные сроки приборы подвергаются метрологической проверки в центрах стандартизации и метрологии. Без их разрешения пользователи (в производственных и научных организациях) не имеют права использовать конкретный прибор.

Величина погрешности может быть уменьшена с применением дополнительных приемов повышения качества измерений, разработанных метрологией. Эти правила основаны на дифференциации систематических и случайных погрешностей.

Систематической погрешностью  называется такая ошибка, которая при повторении измерения в воспроизводимых (сходных)условиях не изменяется либо изменяется строго закономерно (предвидено).

Случайной погрешностью  называется такая ошибка, которая при повторении процедуры измерения в сходных условиях изменяется случайным (непредвиденным) образом

Промахом  называют грубую погрешность, обусловленную в большинстве случаев существенными нарушениями правил измерений и приводящую к заметно отличающемуся в серии результату (к так называемому выбросу).

Возникновение промаха при актуальных измерениях, как привило, нельзя предвидеть, поэтому выбросы необходимо исключать из дальнейшего рассмотрения. Для уменьшения случайных погрешностей, очевидно, необходимо повторить процедуру измерений и полученные результаты усреднить. Чем больше проведено повторений (при их оправданном количестве), тем ближе усредненный (действительный) результат измерений к истинному значению.

Для уменьшения или исключения систематических погрешностей разработано два основных подхода:

Ø использовать более точный прибор, лучший метод и привлечь более квалифицированного оператора;

Ø перевести систематическую погрешность в случайную с дальнейшим использованием методов уменьшения последней.

Итак, обеспечение достоверности, адекватности и точности измерений и оценок достигается:

Ø методом разработки и принятия (использования) адекватной модели объекта измерения;

Ø правильным выбором метода и средств измерения;

Ø использованием соответствующих методов обработки и представления результатов измерений и др.

 

Качество измерений

Под качеством измерений понимается совокупная квалиметрическая характеристика свойств измерений (рис. 3.1), обуславливающих получение результатов измерений с требуемыми точностными характеристиками, в необходимом виде в установленный срок.

 

 

Рис. 3.1 Факторы, влияющие на качество измерений

 

Качество измерений характеризуется следующими их свойствами:

Ø сходимостью результатов измерений;

Ø воспроизводимостью результатов измерений;

Ø правильностью измерений;

Ø надежностью результатов измерений;

Ø точностью измерений;

Ø своевременностью выполнения измерений;

Ø полнотой измерений;

Ø затратностью измерений.

Сходимость результатов измерений  – это характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений, осуществляемых в одинаковых условиях.

Воспроизводимость результатов измерений  – это характеристика измерений, отражающая близость к нулю систематических погрешностей в результате измерений.

  Правильность измерений – это характеристика измерений, отражающая близость к нулю систематических погрешностей в результате измерений.

Надежность измерений  – вероятность того, что погрешность измерений не выйдет за установленные пределы.

Точность измерений – это характеристика измерений, отражающая близость результатов измерений к истинному значению измеряемой величины, т.е. близость к нулю погрешности измерений.

Своевременность измерений  определяется их продолжительностью и периодичностью.

Полнота измерений  характеризуется отношением числа измеряемых параметров объекта к общему числу параметров, характеризующих состояние объекта.

Затратность измерений определяется трудоемкостью измерений и их стоимостью.

В последнее время метрологией подробно рассматривается свойство неопределенности результатов измерений. Это свойство является антитезой принципу и требованию единства измерений. В теории неопределенности результатов измерений вместо квалификации погрешностей на случайные и систематические используются классификация неопределенностей на тип А и тип В. В основу этой классификации положено выявление источников происхождения неточности, а не данные результатов измерений.

Неопределенности типа А – такие, которые могут быть оценены статистическими методами на основе повторных измерений.

Неопределенности типа В – такие, которые не могут быть определены статистическими методами. Для их оценки используется аппарат субъективной теории вероятностей, который рассматривает вероятность как меру доверия.

Концепция и методика оценки погрешностей по происхождению элементов их неопределенности активно разрабатываются. Но независимо от подходов в анализе погрешностей необходимое качество измерений практически достигается при соответствующем метрологическом обеспечении.

Метрологическое обеспечение  – понятие многоаспектное, имеющее научную, техническую, информационную, правовую и организационные основы.

Научной основой метрологического обеспечения является наука метрология.

Техническую основу метрологического обеспечения образуют:

Ø система государственных эталонов единиц физических величин;

Ø система передачи размеров единиц физических величин от эталона всем средствам измерений с помощью образцов средств измерений и других средств проверки;

Ø система разработки, организации производства и выпуска в обращении рабочих средств измерений, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов в различных видах деятельности;

Ø система обязательных государственных испытаний средств измерений, обеспечивающая однообразие средств измерений при их разработке и выпуске в обращение;

Ø система стандартных образцов состава и свойств и материалов.

Информационной основой метрологического обеспечения является система стандартных справочных данных о физических константах, свойствах веществ и материалов. Эта система обеспечивает достоверными данными следующие области деятельности:

Ø научные исследования;

Ø разработку технических процессов;

Ø конструирование изделий;

Ø процессы получения и использования материалов.

Организационной основой метрологического обеспечения является метрологическая служба Российской Федерации, состоящая из Государственной метрологической службы и ведомственных метрологических служб.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Перечислите основные измерений в квалиметрии.

2. Поясните назначение метрологического обеспечения в квалиметрии.

3. Как связаны между собой шкалы и методы измерений?

4. Как оценивается относительная погрешность?

5. Как оценивается абсолютная погрешность измерений?

6. В чем заключается всойство неопределенности результатов измерений?

7. Как обеспечивается единство измерений в квалиметрии?

8. Какие виды погрешностей допустимы в квалиметрии?

9. Как обеспечивается качество измерений?