Засоби, методи і алгоритми контролю

З викладеного виходить, що поняття контролю використовується в багатьох аспектах, але для інженера важливим переважно є контроль якості продукції. Якість продукції (виробів) - це ступінь її придатності для використання за призначенням, який визначається станом параметрів, що описують її властивості.

За умови, що проектні (номінальні) значення параметрів вибрані правильно, якість продукції визначається за відхиленнями від цих значень. Тому для забезпечення потрібної якості здійснюють контроль значень параметрів матеріалів, що використовуються у виробництві деталей, які з них виготовляються, складених і з цих деталей вузлів, а також готових виробів, в тому числі на стадії їх експлуатації. Контроль полягав в експериментальному оцінюванні значень параметрів.

Засоби, методи і алгоритми контролю визначаються видом і фізичним характером параметрів, а також ступенем автоматизації процесів контролю. З точки зору контролю якості продукції її параметри поділяються на прості, узагальнені і параметри ефективності.

Прості параметри безпосередньо контролюють за допомогою засобів вимірювань або калібрів, тобто безшкальних вимірювальних інструментів, під час виконання технологічних операцій, що дає можливість коректувати якість протікання технологічного процесу, або після їх завершення, а також на готових виробах, причому без будь-яких додаткових обчислень. Таким контролем перевіряють, чи не виходить значення простого параметра за допустимі межі. Межі можуть бути задані як "від - до", наприклад, розмір діаметра деталі, або у вигляді твердження "...не перевищує допустимого значення", "... не менше за допустиме значення, наприклад вхідний опір приладу. На основі одержаних таким чином результатів контролю приймають рішення за простим критерієм "придатний - непридатний".

Узагальнені параметри є функціями простих параметрів і виражають функціонально-експлуатаційні властивості готових виробів, а їх контроль здійснюють з використанням засобів вимірювань і обчислювальних пристроїв.

Параметри ефективності є функціями узагальнених параметрів, служать імовірнісними показниками придатності продукції для її використання за призначенням порівняно з іншою продукцією такого ж призначення, а також для прогнозування її якості на майбутнє.

Засоби контролю можуть бути аналогові і цифрові, їх види і складність залежать від виду і фізичної природи параметрів, а також від потрібного ступеня автоматизації процесів контролю.

Методи контролю визначаються поєднанням способів використання фізичних принципів і засобів контролю. Застосовують активний контроль, який здійснюється в процесі формування розміру параметра (обробка деталі, підгонка опору резистора, тощо) і запобігає виникнення браку, а також пасивний контроль параметрів виготовлених деталей і вузлів, який може бути 100%-ним і вибірковим.

Поняття алгоритму контролю аналогічне поняттю алгоритму вимірювань. Основний показник контрольних операцій - вірогідність їх результатів, а не точність, хоча вона посередньо враховується. Можна говорити про методику виконання контролю як поєднання його методу і алгоритму. В умовах виробництва у більшості випадків МВВ по своїй суті є методиками виконання контролю, основаного на використанні вимірювань.

Внаслідок випадкового характеру значень параметрів і похибок контролю з певною ймовірністю можуть бути забраковані вироби придатні (ризик виробника), а також визнані придатними вироби, які насправді є браком (ризик замовника). Тому в контролі якості продукції важливі ролі відіграють теорії ймовірностей і математичної статистики, зокрема питання перевірки гіпотез.

Класифікація вимірювань

Види вимірювань

Повної сталої і загальновизнаної класифікації вимірювань немає. Практично використовують певний варіант неповної класифікації, який відповідає призначенню.

Розглянемо декілька прикладів класифікацій вимірювань за певними ознаками:

- за наявністю розмірності – розмірні, безрозмірні;

- за наявністю попереднього вимірювального перетворення – безпосередні (вимірювана величина (ВВ) вимірюється без будь-яких попередніх перетворень шляхом порівняння з величиною міри), з попереднім перетворенням (ВВ попередньо перетворюється у величину, однорідну з величиною міри, після чого відбувається порівняння)

- за співвідношенням між числом n вимірюваних величин і числом m рівнянь вимірювань (n<m, n=m, n>m);

- за способом здійснення умови m>n (повторне вимірювання m раз, m-канальне
вимірювання ).

Однією з найбільш поширених ознак, за якою визначають види вимірювань - прямі, непрямі (опосередковані, сукупні та сумісні), - є характер співвідношень, на підставі яких знаходять значення вимірюваних величин.

Вимірювання пряме, якщо значення вимірюваної величини знаходять безпосередньо з дослідних даних, наприклад, вимірювання довжини лінійкою з поділками, потужності - ватметром. На противагу прямим - опосередковані, сукупні та сумісні вимірювання називають непрямими.

Опосередкованим називають вимірювання (n=1) однієї величини X, значення якої x знаходять за результатами u, v, ..., w, прямих вимірювань величин U, V, ..., W, з якими величина Х пов'язана явною функціональною залежністю

X=F(U, V, ..., W).

Наприклад, питомий електричний опір

заходять за значеннями опосередкованих вимірювань опору R, довжини l і діаметру d провідни­ка з круглим перерізом; значення потужності P=UI постійного струму або опру R=U/I знаходять за результатами прямих вимірювань напруги U вольтметром і сили струму I амперметром.

Опосередковані вимірювання виконують тоді, коли значення величини неможливо або складно виміряти прямо або якщо вони забезпечують вищу точність, ніж прямі.

Сумісними називають вимірювання n ³ 2 неоднойменних величин U, V, ..., Z, значення яких u, v, ..., z знаходять за результатами x_і1, x_і2, ..., x_іn прямих або опосередкованих вимірювань величин X_і1, X_і2, ..., X_іn, через які величини U, V, ..., Z, пов’язані між собою системою m-умовних (емпіричних) рівнянь

F_i (U, V, ..., Z; X_і1, X_і2, ..., X_іn)=0

і=1,2, ..., m, причому m ³ n

Прикладом сумісних вимірювань може також бути визначення температурних коефіцієнтів опору за результатами прямих вимірювань опору резистора і його температури. Сумісні вимірю­вання використовуються також для визначення функціональних залежностей міх величинами.

Наприклад, відомо, що індуктивність котушки L=L₀(1+w²CL₀), де L₀ – індуктивність на частоті w=2pf®0; C – міжвиткова ємність.

Значення C і L₀ не можна знайти прямими або опосередкованими вимірюваннями. Тому в найпростішому випадку, коли m=2, вимірюють індуктивність котушки L₁=X₁₁ при w₁=X₁₂ і L₂=X₂₁ при w₂=X₂₂ і складають систему рівнянь

L₁=L₀(1+w₁²CL₀),

L₂=L₀(1+w₂²CL₀),

розв’язуючи яку, знаходять C і L₀

Сукупними називають вимірювання n ³ 2 однойменних величин X₁, Х₂, ..., Х_n, значення яких х₁, х₂, ..., х_n знаходять за результатами х_і1, х_і2, ..., х_іn прямих вимірювань величин X_і1, Х _і2, ..., Х _іn, які є комбінаціями величин X₁, Х₂, ..., Х_n, і пов’язані з ними системою m-умовних рівнянь

F_i (X₁, Х₂, ..., Х_n; X_і1, Х _і2, ..., Х _іn)=0

і=1,2, ..., m, причому m ³ n

Наприклад, щоб знайти значення r₁, r₂, r₃ опорів R₁, R₂, R₃ резисторів, що сполучені трикутником, вимірюють опори R₁₂, R₂₃, і R₃₁ на кожній парі вершин трикутника і, якщо m=n, отримують системи рівнянь, що пов’язують значення опорів. Розв’язуючи систему 3-х рівнянь, знаходять значення опорів r₁, r₂, r₃.

Для підвищення точності сумісних і сукупних вимірювань, забезпечують умову m > n і систему несумісних умовних рівнянь розв'язують, застосовуючи метод найменших квадратів.