Сучасний вимірювальний метод дослідження товарів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сучасний вимірювальний метод дослідження товарів

Метод вимірювання -- сукупність засобів використання ЗВТ та принципом вимірювання для створення вимірювальної інформації. Метод вимірювання повинен по можливості мати мінімальну похибку і сприяти вилученню систематичних похибок або переводу їх у розряд випадкових.

Вимірювальний метод дослідження товарів полягає у визначенні значень кількісних оцінок показників на основі результатів випробувань і вимірювань, з використанням заздалегідь розроблених типових розрахункових формул, графіків або таблиць.

За допомогою вимірювань визначаються значення одиничних показників якості. Патентно-правові і економічні показники, показники однорідності продукції, стандартизації і уніфікації одержують розрахунковим шляхом. За допомогою розрахунків знаходять також значення комплексних показників, при цьому визначення вагових коефіцієнтів проводиться експертним або інструментальним методом.

Методи вимірювання можна класифікувати за різними признаками. Відома класифікація по основних вимірювальних операціях. Вона тісно пов'язана з елементами ЗВ, які реалізують ці операції.

Розрізняють метод безпосередньої оцінки і метод порівняння. Ці усталені в літературі назви, не зовсім вдалі, оскільки наводять на думку про можливість вимірювання без порівнювання. Більш правильно казати про опосередковане посереднє порівнювання як за часом, так і у відношенні фізичної природи вимірюваних величин.

Суть методу безпосередньої оцінки полягає в тому, що про значення вимірюваної величини судять за показанням одного (прямі вимірювання) або декількох (непрямі вимірювання) засобів вимірювання, які заздалегідь проградуйовані в одиницях вимірюваної величини або в одиницях інших величин, від яких вона залежить. Це найбільш поширений метод вимірювання. Його реалізує більшість засобів вимірювань.

Іншу групу утворюють методи порівняння: диференційний, збіжності, зміщення. До них відносяться всі ті методи, при яких вимірювана величина порівнюється з величиною, що утворюється мірою. Отже, характерною особливістю цих методів порівняння є безпосередньо частина мір у процесі вимірювання.

Цей метод поєднує частину методу безпосередньої оцінки і може дати досить точний результат, вимірювання, якщо тільки вимірювана величина, і величина, що відтворюється мірою, мало відрізняються одна від одної. Наприклад, якщо різниця цих двох величин складає 1% і вимірюється з похибкою до 1%, тим самим похибка вимірювання пошукової величини зменшується до 0,01% (якщо не враховувати похибку міри).

Нульовий метод -- різновид методу диференційного. Він відзначається тим, що ефект порівняння двох величин зводиться до нуля. Це контролюється спеціальним вимірювальним приладом високої точності -- нуль-індикатором. У даному випадку значення вимірюваної величини дорівнює значенню, яке відтворює міра. Висока чутливість нуль-індикаторів, а також виконання міри з високою точністю дозволяють мати малу похибку-вимірювання.

Метод заміщення -- метод непрямого вимірювання з багаторазовим порівнянням до повного зрівноваження вихідних величин вимірювального перетворювача з почерговим перетворенням ним вимірюваної величини та вихідної величини регульованої міри.

Метод одного збігу; метод ноніуса. Метод прямого вимірювання з одноразовим порівнянням вихідних величин двох багатозначних нерегульованих мір, з різними за значеннями ступенями, нульові позначки яких зсунуті між собою на виміряну величину.

Метод подвійного збігу; метод конгиденції. Метод прямого вимірювання з одноразовим порівнянням двох квантових фізичних величин: вимірюваної та відтворюваної багатозначною нерегульованою мірою.

Метод зіставлення -- метод прямого вимірювання з одноразовим порівнянням вимірюваної величини з усіма вихідними величинами багатозначної нерегульованої міри.

Метод зрівноваження з регульованою мірою. Метод прямого вимірювання з багаторазовим порівнянням вимірюваної величини та величини, що відтворюється мірою, яка регулюється до їх повного зрівноваження.

Метод вимірювання реалізується у засобі вимірювальної техніки (ЗВТ) - технічний засіб який застосовується під час вимірювання і має нормовані метрологічні характеристики. До ЗВТ відносяться засоби вимірювань та вимірювальні пристрої.

При дослідженні контролю якості матеріалів, півфабрикатів, комплектуючих виробів, технологічного процесу та готових виробів найчастіше використовуються такі засоби вимірювання.

Для вимірювання лінійних величин: лінійка вимірювальна металева, мікрометр, штангенрейсмус, штангенциркуль, товщиномір індикатор ний, курвіметр, мікроскоп.

Для вимірювання кутових величин: кутомір з ноніусом, мікроскоп.

Для вимірювання маси -- ваги технічні та лабораторні.

Для вимірювання сили -- розривні машини і динамометри різних конструкцій.

Для вимірювання тиску -- манометри різних конструкцій.

Для вимірювання температури -- термометри ртутні скляні лабораторні, термометри біметалеві, потенціометри автоматичні самозаписуючі і показуючі різних конструкцій, термопари, термофарби.

Для вимірювання часу -- секундоміри різних конструкцій, годинники пісочні настільні тощо.

Для вимірювання вологості повітря -- гігрометри, гігрографи, психрометри різних конструкцій.

Для вимірювання швидкості переміщення повітря -- анемометри різних конструкцій.

Для вимірювання електричних величин: амперметри, вольтметри тощо.

Особливу групу засобів вимірювання складають еталони. Еталон -- це засіб вимірювання (або комплекс засобів ви мірювання), що забезпечує відтворення і зберігання одиниці фізичної величини (або одну з цих функцій) з метою передачі роз міру одиниці зразковим, а від них -- робочим засобам вимірювання і затверджений як еталон згідно встановленого порядку.

Якщо еталон відтворює одиницю з самою високою в країні точністю, то він називається первинним. Первинні еталони основних одиниць відтворюють одиницю відповідно до її визначення.

Спеціальний еталон відтворює одиницю в особливих умовах, в яких пряма передача розміру одиниці від існуючих еталонів технічно неможлива з необхідною точністю (високий тиск, температура і т. ін.). Він заміняє в цих умовах первинний еталон. Первинний або спеціальний еталон, офіційно затверджений як вихідний для країни, називається державним. Державні еталони затверджуються Держстандартом країни і на кожний з них розробляється державний стандарт.

В метрологічній практиці дуже поширені вторинні еталони, значення яких встановлюються за первинними еталонами. Вони створюються і затверджуються в тих випадках, коли це необхідно для організації повірочних робіт, для збереження і меншого зносу державного еталону. Як приклад вторинного еталону можна назвати еталон-копію одиниці маси кілограму в вигляді платино-іридійової ваги та робочий еталон кілограму, виготовлений із нержавіючої сталі.

За своїм метрологічним призначенням вторинні еталони поділяються на еталони-копії, еталони порівняння, еталони-свідки та робочі еталони.

Еталон-копія -- це вторинний еталон, призначений для збереження одиниці й передачі її розміру робочим еталонам.

Еталон порівняння -- це вторинний еталон, призначений для порівняння еталонів, які з тих чи інших причин не можуть бути безпосередньо порівняні один з одним.

Еталон-свідок -- це вторинний еталон, призначений для перевірки збереження державного еталону, для заміни на випадок пошкодження або втрати. Еталон-свідок використовується лише тоді, коли державний еталон є невідтворним.

Робочий еталон -- це вторинний еталон, призначений для збереження одиниці і передачі її розміру зразковим засобам вимірювання самої високої точності, а при необхідності -- найбільш точним робочим мірам і вимірювальним приладам.

Вторинні еталони реалізуються у вигляді: комплексу засобів вимірювання, поодиноких еталонів, групових еталонів та еталонних наборів.

Суть математичного методу «планування експерименту»

показник якість оцінка порівняння

Математичне планування експерименту особливо ефективне в дослідженні дифузних систем, які мають багато різноманітних чинників, що визначають різні за своєю природою, але тісно взаємопов'язані процеси. Планування експериментальних досліджень спрямовано на отримання максимуму інформації за мінімальних витрат на експериментування. Методи оптимального планування експерименту дають змогу використовувати математичний апарат не тільки на стадії опрацювання результатів, як було раніше, а й у підготовці і проведенні дослідів.

Переважна більшість експериментальних робіт виконується саме з метою вирішення задач оптимізації; такі експерименти називають ектремальними. Ця назва пов'язана з аналогією між рішенням задачі оптимізації та пошуком екстремуму функції, тому задачу, метою якої є пошук екстремуму, називають екстремальною. Як приклади задач оптимізації можна навести пошук оптимального складу багатокомпонетної суміші, підвищення продуктивності діючої установки, підвищення якості продукції тощо.

У технологічних задачах метою дослідження під час оптимізації процесу найчастіше є: підвищення виходу продукту, поліпшення якості продукту, зниження його собівартості. Іноді ставиться обмежена мета -- зменшення часу протікання процесу, зменшення кількості дефіцитного компонента.

Експеримент може проводитися безпосередньо на об'єкті або на його моделі. Останнім часом поряд з фізичними моделями дедалі ширше застосування знаходять абстрактні математичні моделі.

Таким чином, планування екстремального експерименту -- це вибір кількості та умов проведення дослідів, мінімально необхідних для пошуку оптимальних умов.

Планування експерименту можливе тільки за умов:

- керованості об'єкта дослідження;

- можливості відтворення результатів експерименту.

Експеримент називають відтворюваним, якщо за фіксованих умов досліду в різний час отримують однакові виходи в межах заданої порівняно невеликої помилки експерименту (2-5%).

Для виявлення можливості відтворення експерименту вибирають деякі рівні для всіх факторів і в цих умовах проводять експеримент. Потім його повторюють через довільні інтервали часу, і значення параметрів оптимізації порівнюють. Розкид цих значень характеризує відтворюваність результатів. Якщо він не перевищує фіксованої величини (встановлених вимог до точності експерименту), об'єкт задовольняє вимоги відтворюваності результатів.

Таким чином, планування експерименту передбачає активне втручання в процес і можливість вибору в кожному досліді тих рівнів факторів, які становлять інтерес.

Найповніша схема планування експерименту представлена на рис. 1.

Якщо необхідно знайти екстремум процесу або оптимальну технологію, достатньо виконати 1--4 пункти схеми, а якщо відомі всі фактори, що впливають на процес, що вивчається, то пункт 3 можна вилучити з виконання.

Щоб описати процес математичною моделлю для використання в алгоритмах або для систематизації результатів великої кількості досліджень, можна запланувати виконання 1--3, 5 пунктів схеми, або 1, 2, 5 за раніше відомих факторів.

Якщо необхідно дослідити процес, описати його математично і зробити технологічні висновки, виконують пункти 1--3, 5, 6 або 1, 2, 5, 6.

Рис. 1. Схема планування експерименту

Розглянемо етапи математичного планування експерименту дещо докладніше.

Вибір параметра оптимізації. Плануючи експеримент, дуже важливо правильно вибрати параметр оптимізації -- той показник процесу, за яким оптимізація проводитиметься.

У виборі параметра оптимізації суттєву роль відіграє рівень апріорних відомостей про об'єкт дослідження. Наприклад, у дослідженні хімічних і технологічних процесів як вихідні параметри розглядаються: вихід реакції у відсотках або продуктивність апарату, показники якості продукту, його собівартість або витрати сировини.

Параметр оптимізації повинен відповідати певним вимогам: бути ефективним з погляду досягнення мети; бути універсальним та існувати для всіх можливих станів процесу; мати однозначність (кожному стану об'єкта повинно відповідати одне значення параметра) та статистичну ефективність (найменший розкид повторних значень); бути обмеженим областю визначення; бути простим і зрозумілим з погляду фізичної суті.

Хоча дослідження дифузних систем потребує врахування одночасного впливу багатьох параметрів, досягнення оптимуму можливе і тоді, коли обрано один-єдиний параметр оптимізації. Інші характеристики процесу вже не виступають як параметри оптимізації, а стають обмеженнями. Інший шлях -- це побудова узагальненого параметра оптимізації як функції від множини початкових параметрів. Побудова узагальненого параметру оптимізації пов'язана із створенням єдиної ознаки, що кількісно визначає функціонування досліджуваного об'єкта з багатьма вихідними параметрами.

Можна використовувати два і більше параметрів оптимізації, але тоді задача ускладнюється.

Після того як параметр оптимізації обрано, переходять до вибору факторів.

Вибір факторів. Під фактором розуміють змінну величину, яка піддається вимірюванню, в обумовлений період набуває конкретного значення і відповідає одному із способів впливу на об'єкт дослідження (незалежна змінна величина, що впливає на процес).

Усі фактори можна поділити на якісні та кількісні. До якісних факторів належать різноманітні речовини, технологічні способи, апарати тощо. Кількісні фактори можуть бути виражені числом, наприклад часом тривання процесу, температурою, швидкістю, вологістю та ін. Якісні фактори зумовлюють збільшення загальної кількості дослідів, і тому їх, за можливості, переводять у кількісні.

Кожен фактор має область визначення і вважається заданим, якщо разом з його назвою зазначено сукупність всіх значень, яких він може набувати. У практичних задачах області визначення факторів обмежені верхньою та нижньою межами.

У процесі планування експеримента зазвичай одночасно змінюються кілька факторів. До сукупності факторів висувають вимоги їхньої сумісності та взаємної незалежності.

Сумісність факторів означає, що всі їхні комбінації здійсненні та безпечні (наприклад, не призведуть до вибуху апарата або до поломки реєструючого приладу).

Незалежність -- можливість встановлення фактора на будь-якому рівні незалежно від рівнів інших факторів. Якщо ця умова не виконується, експеримент планувати неможливо.

Відсіювання факторів. Кожен додатковий фактор обумовлює збільшення кількості дослідів, тому необхідно відсіяти ті фактори, які суттєво не впливають на досліджуваний процес. Відсіювання можна проводити за апріорною інформацією (наприклад, за літературними джерелами). Точніше, фактори виключають експериментально (за допомогою дисперсного та факторного аналізу). Існує багато методів відсіювання факторів. Для прикладу розглянемо метод відсіювання за допомогою дробного факторного експерименту.

У разі використання цього методу фактори вилучають в такій послідовності. Спершу їм надають різні значення (варіюють на різних рівнях) за попереднім планом і вимірюють величини параметрів оптимізації. Фактори найчастіше варіюють на двох рівнях, тому кожен з них повинен мати два значення та нульову точку (нульовий рівень). Нульовий рівень встановлюється всередині області визначення факторів і позначається нулем. Верхній рівень кожного фактора позначають +1 або просто +, нижній -1 або. Інтервали між нульовим і верхнім, а також між нульовим і нижнім рівнями (інтервали варіювання) слід вибирати однаковими. Вони не повинні бути менші за подвоєну середню квадратичну помилку і більші за половину області визначення. Найчастіше інтервал варіювання дорівнює 10--25% максимального значення фактора.

Услід за цим складають план експерименту, який допоможе визначити ступінь впливу кожного фактора на параметр оптимізації. Повний факторний план передбачає всі комбінації факторів на двох рівнях і позначається 2к (k -- кількість факторів) за кількістю необхідних дослідів.

Для зменшення кількості дослідів використовують не повний план, а лише його частину (репліку), так званий дробний факторний план. Усі досліди з комбінацією факторів записують у вигляді таблиці (матриці), однакової (стандартної) для всіх досліджень. Щоб скористатися стандартною матрицею, значення (рівні факторів) кодують за формулою:

де хі -- кодоване значення фактора (1, -1, 0 і под.);

-- натуральне значення фактора на якомусь рівні;

-- натуральне значення фактора на нульовому рівні;

Іі -- інтервал варіювання фактора (в натуральному вигляді).

Після цього складений план-матрицю реалізують -- виконують досліди за планом. Результати у вигляді параметра оптимізації заносять до тієї самої таблиці.

Коефіцієнти, що визначають ступінь впливу факторів на параметр оптимізації, розраховують за формулою

Помилку експерименту розраховують за результатами дослідів, що повторюються кілька разів за однакових умов. Рекомендується кожен дослід проводити двічі, а якщо результати різняться більш як на 10%, його повторюють ще раз. Одне з трьох значень відкидають як випадкове за критерієм Ст'юдента.

Після цього підраховують середньоквадратичну помилку експерименту Sдосл і коефіцієнти регресії Sb. Довірчий інтервал у разі наближених розрахунків визначають за формулою

де п -- кількість дослідів із повторенням. Довірчий інтервал у разі наближених розрахунків визначають за формулою

де t -- критерій Ст'юдента.

що мають незначний вплив на параметр оптимізації, мають коефіцієнти регресії, менші за довірчий інтервал. Такі фактори треба вилучити (відсіяти) або зафіксувати на постійному рівні.

Пошук сфери оптимуму. Для вирішення задачі пошуку сфери оптимуму використовують різні методи, наприклад Зейделя--Гаусса, Бокса-- Вільсона, послідовний симплексний метод і його модіфікації. Вибір конкретного методу залежить від умов задачі. Немає необхідності розглядати кожен або будь-який з них докладно, ці методи викладено в спеціальній літературі з теорії експерименту та математичної статистики.

Найбільш наочним варіантом є метод симплекс-планування пошуку оптимуму для двох факторів.

Використання симплекс-планування дає можливість суттєво зменшити кількість дослідів порівняно з повним факторним експериментом і не потребує додаткових складних розрахунків. До того ж він може бути використаний навіть тоді, коли функцію виходу неможливо оцінювати кількісно, а тільки якісно.

У застосуванні методу математичного планування експерименту саме етап пошуку і вивчення області оптимуму і є осередком експериментального дослідження, процесом отримання первісної інформації про об'єкт, яка стане базою для перевірки теоретичних положень. Від ретельності проведення робіт на цьому етапі безпосередньо залежать і результати всього експериментального дослідження. Тому обов'язковою умовою проведення експерименту є ведення журналу або протоколу робіт. Його форма може бути довільною, але вона повинна повністю відповідати досліджуваному процесу з максимальною фіксацією всіх факторів. У журналі або протоколі зазначають тему НДР і тему експерименту, прізвище виконавця, час і місце проведення експерименту, характеристику навколишнього середовища, дані про об'єкт експерименту і засоби вимірювання, результати спостережень та інші дані, необхідні для оцінки отриманих результатів. Журнал або протокол заповнюють акуратно, без виправлень. Якщо в одному статистичному ряду отримано результати, що значно відрізняються від сусідніх вимірів, виконавець повинен записати їх без будь-якого корегування і зазначити обставини, за яких проведено це вимірювання. Це дасть змогу надалі встановити причини такого спотворення даних і кваліфікувати виміри як ті, що відповідають реальному перебігу процесу, або як грубу помилку.

Водночас з вимірюваннями дослідник повинен проводити попереднє опрацювання результатів та їхній аналіз. Такий аналіз дає можливість контролювати досліджуваний процес, корегувати експеримент, удосконалювати методику та підвищувати ефективність експерименту. При цьому необхідно пам'ятати про те, що жодні вимірювання не можуть бути виконані абсолютно точно. Отриманий результат завжди має якусь помилку, бо неможливо повністю вилучити вплив різноманітних випадкових факторів. Тому реальний результат завжди є випадковою величиною, яка відхиляється від справжнього значення. Таке відхилення називають помилкою спостереження. Вона також є випадковою величиною і становить результат дії випадкових (неврахованих) факторів. Розрізняють помилки трьох типів: систематичні, випадкові та грубі.

Інтерпретація (представлення) результатів експерименту. Закінчивши дослідження, експериментатор на підставі аналізу отриманих даних повинен зробити висновки про підтвердження гіпотези наукового дослідження. Найчастіше аналіз експериментальних даних становить дослідження функцій взаємозалежності факторів і параметрів оптимізації. Якщо досліджуваний процес описано у вигляді функціональних залежностей (математичної моделі), модель можна використовувати для визначення параметрів оптимізації за будь-якого набору значень факторів у досліджуваному інтервалі.

Список використаної літератури

Пілюшенко В.Л., Шкрабак I.В., Славенко E.I.

Наукове дослідження: організація, методологія, інформаційне забезпечення: Навчальний посібник. -- Київ: Лібра, 2004. -- 344 с

Размещено на Allbest.ru