ЛЕКЦИЯ 9. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ
Особенности дисперсионного анализа.
В роли входных, независимых переменных являются детерминированные величины качественного характера, имеющие несколько градаций (уровней). В качестве отклика используется случайная величина, подчиняющаяся нормальному распределению (или другому распределению). В отличие от регрессионного анализа (РА), который пригоден для обработки пассивного, незапланированного эксперимента, здесь схема (план) эксперимента обычно не произвольная, а строго согласована с моделью (модель-план). Дисперсионный анализ (ДА) ориентирован на широкое использование ЭВМ. ДА проходит по схеме РА, но снято ограничение на невырожденность матрицы начальных условий. Однако, оценки параметров будут смещенными. Оценка смещения проводится с помощью ПФДО и далее как в случае РА. Процедура построения ПФДО неоднозначна и м.б. множественной (до бесконечности). Сочетание ДА и РА называется регрессионно-дисперсионной моделью (РДМ). Отклик РДМ инвариантен группе непрерывных преобразований параметров.
Введение.НТП, приводящий к усложнению систем, повышению автоматизации, использованию тонких и глубинных энергетических и информационных процессов, вызывает необходимость осуществления многочисленных и точных измерений разнообразных физических величин. Эти измерения выполняются на всех этапах жизненного цикла систем, определяя в значительной мере их НТ уровень, продолжительность и стоимость разработок, качество и производительность технологических процессов. Получение высококачественной измерительной информации является целью метрологического обеспечения систем(МО). С точки зрения философии в самом упрощенном виде под СИСТЕМОЙ можно понимать замкнутый условно изолированный объект, имеющий некоторые цели и существующий в некоторой нише: НИША СИСТЕМА(Датчики+Мозг+МанипуляторыАрхитектура).
При разработке МО систем необходимо объединение разработчиков и эксплуатационников, так как первые знают способы достижения необходимого уровня МО, а вторые условия, в которых оно осуществляется. Получаемая путем измерений информация используется для выбора оптимального режима работы системы, контроля ее работоспособности, исправности или правильности функционирования, прогнозирования технического состояния, поиска неисправных элементов, настройки, регулировки, юстировки, предупреждения об аварийных ситуациях. С развитием НТП увеличивается объем, пределы, точность измерений. Измерения стали основным источником достоверной информации, а их МО – необходимым условием высоких технико-экономических показателей. Однако, МО может быть связано с затратами времени (до 70%) на обслуживание систем и ресурсов (до 40 %, например электронных систем на проверку и восстановление). Также трудность заключается в присутствии априорной неопределенности при планировании, разработке систем. Априорная неопределенность минимизируется путем выработки метрологических требований, выбора достаточной группы измеряемых параметров (отказ от качественных параметров, установление норм точности, номенклатуры средств измерений), оптимизацией средств измерений (исключение избыточности и дублирования) и переработки информации и организацией МО. Общей чертой методов решения вышеуказанных задач является поиск и использование фундаментальных закономерностей в процессе МО систем, а также прошлого опыта.
Оптимизация метрологического обеспечения систем (получение полной, достоверной, своевременной информации для эффективного решения задач эксплуатации системы)
1. Задание МО.Состав и очередность проведения метрологических операций для получения достоверной и своевременной информации о параметрах системы. Рациональная совокупность параметров и нормы точности. Методы измерения и контроля параметров. Средства измерений. Методы эксплуатации средств измерений (аттестация, поверка, ремонт). Техническая документация по МО. Совокупность вышеуказанного называется метрологическим совершенством системыили метрологичностью (по аналогии с технологичностью, эргономичностью). Близким к метрологичности является контролепригодность (ГОСТ 23563.79) (способность системы к контролю заданными средствами), однако, она уже метрологичности (ГОСТ 1.25.76), поскольку последняя также включает принятие решений об эффективности режимов, управление состоянием системы. Отсутствие метрологических требований или их неверное задание приводит к низкому уровню метрологического совершенства.
Важнейшим свойством обоснования требуемых значений метрологических показателей систем должна быть его метрологическая направленность (максимальный эффект в условиях ограниченных средств). Показатели метрологического обеспечения систем вырабатываются: 1. Эвристическими методами (обычно это эксперты (заказчики), имеющие опыт эксплуатации образцов-аналогов и знающие условия эксплуатации системы и ее назначение). Достоинства – простота и дешевизна, недостатки – завышение числа показателей. Применение метода целесообразно при большом количестве аналогов и выработке рациональных значений метрологических показателей. 2. Реализацией максимальных технических возможностей,при этом создаются системы на мировом уровне, однако, при этом возможны отрицательные экономические показатели. 3. Экстраполяцией показателей.Метод имеет хорошие экономические характеристики. Следует добавить, что вышеуказанное справедливо только для монотонных и однопараметрических зависимостей. При задании метрологических требований должны быть положены следующие принципы: Достижение максимально возможного приращения эффективности (готовности). Использование системного подхода: а) Рассмотрение МО как интегрированного целого. б). Показатели оптимизируются по количественному критерию, отражающему эффективность и являющегося функцией исходных параметров. в) метрологические требования формируются в условиях ограничений на параметры МО. Оптимальность состава метрологических требований. С одной стороны отражаются требования потребителя, а с другой не слишком ограничиваются изобретательские возможности и оптимальные решения. Верифицируемость требований (возможность точной проверки). Унификация требований. (Единая номенклатура показателей. Единые стандарты. Общие требования.). Информационная обеспеченность. (Технические, эксплуатационные, экономические характеристики. Режимы использования системы. Техническое обслуживание и ремонт системы).
Определение состава метрологических требований проводится на основании анализа целей и назначения системы, рассмотрения перспективных методов обслуживания и ремонта и т. д.:
1. Параметры должны иметь ясный физический смысл.
2. Должно иметь место полнота параметров.
3. Обеспечение готовности системы к выполнению функций.
4. Для количественных параметров должны существовать методы расчета и испытаний.
5. Обеспечение иерархии показателей и параметров (Комплексные, обобщенные, качества, обслуживания).
Нормируемыми показателями метрологического совершенства систем являются: Условные вероятности ложного и необнаруженного отказа. Предел допускаемой суммарной погрешности измерения параметров. Вероятность ошибок первого и второго рода при отыскании отказавших элементов. Интенсивность сигналов «ложный отказ». Общие требования по метрологическому обеспечению систем.