Инфраструктура качества и роль метрологии в ней

Время и качество

Николай Хатырев, начальник центра 79 отделения Главного метрологического центра Государственной службы времени и частоты ВНИИФТРИ

Говоря о количественной оценке качества продукции, технологий и услуг, невозможно обойти вопрос метрологического обеспечения соответствующих измерений. И метрология времени и частоты является одним из ключевых аспектов в этой области.

Точная синхронизация и измерения времени являются неотъемлемой частью инфраструктуры современных технологий. Метрология времени и частоты используется ежедневно, но большинство пользователей даже не догадываются, какое влияние она оказывает на их жизнь.

Между тем метрология времени и частоты играет критическую роль в обеспечении качества разнообразной продукции, услуг и технологий. Среди них можно выделить: телекоммуникационные сети, авиацию, логистику, геодезию и картографию, эпидемический контроль, передачу и распределение электроэнергии, добычу и разведку полезных ископаемых.

Например, для временных меток финансовых транзакций необходима точность в пределах одной секунды, тогда как для спутниковых навигационных систем требуется точность не менее 10^-15 секунд.

Метрология времени и частоты оказывает как прямое, так и косвенное влияние на оценку качества. Это связано с тем, что новые определения шести из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ) имеют секунду в своей основе.

Основным элементом метрологии времени и частоты является Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени – ГЭВЧ. Благодаря работам специалистов Главного метрологического центра Государственной службы времени и частоты (ГМЦ ГСВЧ), входящего в структуру ФГУП «ВНИИФТРИ», в 2022 году был утвержден усовершенствованный вариант этого эталона. В результате были значительно улучшены его характеристики. Например, пределы допустимых смещений национальной шкалы времени UTC(SU) относительно Всемирной координированной шкалы времени UTC уменьшились до ±3 нс вместо ранее реализованных ±7 нс. Это позволяет уравновесить вклад РФ и США в формирование Всемирного координированного времени UTC. Данный вывод является официальной позицией Международного бюро мер и весов.

Стремительное развитие таких областей, как беспилотный транспорт, мобильные сети 5G и 6G и автономные системы инерциальной навигации, выдвинуло на первый план вопросы разработки и серийного производства встраиваемых миниатюрных стандартов частоты. Постоянные работы над совершенствованием Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени обеспечивают повышение качества научных разработок и, как следствие, качества услуг. В 2022 году был разработан и утвержден новый ГЭВЧ (ГЭВЧ-2022) с улучшенными характеристиками, предназначенный для независимого воспроизведения и хранения единиц времени, частоты и национальной шкалы времени UTC(SU) и их передачи национальным, вторичным и рабочим эталонам, рабочим средствам измерений. ГЭВЧ утвержден в новом составе с улучшенными характеристиками приказом Росстандарта от 16.02.2022 № 382 с присвоением ему регистрационного номера ГЭТ 1-2022.

Одним из важнейших применений этого эталона является метрологическое обеспечение инфраструктуры системы ГЛОНАСС. Благодаря ему в значительной степени обеспечивается точность этой системы, которой пользуются практически все.

Однако в самое последнее время появилось много областей, где качество услуг, технологий и продукции не всегда соответствует современным требованиям. Вот некоторые из них:

• навигация транспортных и других технических средств в условиях неустойчивого приема сигналов глобальных спутниковых систем;
• навигация «автономных» транспортных и других технических средств с использованием инерциальных систем;
• позиционирование подводных плавательных аппаратов без всплытия на поверхность;
• позиционирование технологического оборудования и других технических средств в условиях работы под землей. Например, горнопроходческие работы;
• технологии высокоскоростной передачи данных в распределенных высокоскоростных вычислительных сетях;
• технологии высокоскоростной передачи информации по волоконно-оптическим сетям.

Как оказалось, решение в подобных случаях заключается в переносе атомных стандартов частоты из лабораторий непосредственно в аппаратуру потребителя.

Однако это сложная задача. Для этого необходимо создать миниатюрные, легкие атомные часы, потребляющие мало электроэнергии и, что важно, обеспечить их серийный выпуск. И сегодня ВНИИФТРИ активно занимается решением этой задачи.

Сейчас во ВНИИФТРИ уже разрабатываются атомные часы, которые по своим параметрам являются достаточно миниатюрными и легкими, потребляющими малое количество электроэнергии. Однако вопрос серийного производства остается открытым.

Сверхминиатюрный высокостабильный квантовый стандарт частоты на основе КПН-эффекта – первый стандарт подобного типа в России, ориентированный на серийное производство. Он может использоваться в навигационно-временных устройствах высокоточных приборов, обеспечивая их прогнозируемой временной информацией требуемой точности даже при потере сигналов ГНСС. Также он применим в системах широкополосной связи (включая широкополосный интернет), защищенной связи с быстрой сменой несущей частоты и синхронизации удаленных объектов.

Важно отметить время, которое требуется для подготовки к работе после включения, – оно составляет всего три минуты, в то время как у зарубежных аналогов – до 10 минут. Кроме того, российские атомные часы способны работать в сложных условиях эксплуатации.

Сегодня российская система метрологического обеспечения времени, частоты и национальной шкалы времени занимает лидирующие позиции в мире, что подтверждено Международным бюро мер и весов. Значительную роль в этом играют работы ВНИИФТРИ, являющегося Главным метрологическим центром Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли.

Метрологическое обеспечение счетчиков воды на территории Российской Федерации

Роман Корнеев, начальник научно-исследовательского отдела ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

Метрологическое обеспечение счетчиков воды в простом понимании включает в себя само утвержденное средство измерения (счетчик воды), методику поверки, по которой поверяется данное средство, и средство поверки, с помощью которого и происходит поверка. На сегодняшний день в России действует одна методика поверки – национальный стандарт ГОСТ Р 8.1012-2022 «Государственная система обеспечения единства измерений. Счетчики воды. Методика поверки», введенный в действие приказом Росстандарта с 1 ноября 2022 г.

В процессе реализации нового ГОСТ был разработан и в январе 2023 года утвержден план мероприятий по изменению процедуры поверки бытовых счетчиков воды. Первое мероприятие включает в себя:

• расчет норм времени поверки счетчиков воды в соответствии с проектом хронометражной карты;
• оценку норм времени поверки счетчиков воды.

На данном этапе ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» совместно с другими государственными региональными центрами метрологии уже провел расчет норм времени для поверки бытовых счетчиков воды, были составлены проекты хронометражных карт и была проведена оценка соответствующих норм времени по разным регионам, областям, республикам и краям.

Второе мероприятие включает в себя:

• утверждение норм времени поверки счетчиков воды и определение путей их реализации (приказ Росстандарта от 06.07.2023 № 1414);
• формирование требований и реализацию процедур соблюдения норм времени поверки счетчиков воды в Федеральных государственных информационных системах Росстандарта и Росаккредитации.

Третье мероприятие включает в себя создание единого информационного ресурса, содержащего расширенные сведения о поверке счетчиков воды, включающие фотографии, а также введение двух новых терминов:

• цифровая фиксация поверки – фиксация факта поверки счетчика воды с применением цифровых устройств;
• фотофиксация – фотоснимок и (или) снимок экрана (скриншот) устройства отображения с электронно-цифровой фиксацией данных о времени их осуществления.

А также возможность выгрузки данных в федеральную государственную информационную систему Росстандарта, являющуюся подсистемой «Аршин».

Также в 2024 году было утверждено изменение 1 ГОСТ Р 8.1012-2022, которое вступит в силу 1 января 2025 г., оно раскрывает термин цифровой фиксации поверки, вводит дополнительные требования в протокол поверки и устанавливает его обязательность, а также позволяет полностью идентифицировать средства измерения, средства поверки и установить, была ли проведена поверка в реальном времени.

Кроме того, чтобы узаконить новую методику поверки, был проведен анализ в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений, где были определены утвержденные типы счетчиков. В дальнейшем планируется внесение изменений в сведения о методике поверки в части замены устаревших методик на современный национальный стандарт 2022 года с учетом изменения 1 от 2024 года.

Вступающие в силу с 1 января 2025 года изменения затронут только вновь утверждаемые типы средств измерений. Сейчас обсуждается целесообразность распространения изменений на уже находящиеся в эксплуатации с 1990 года более 600 типов счетчиков. Результаты поступят в научно-техническую комиссию Росстандарта для принятия решения о том, на какие типы необходимо распространить изменения. Таким образом, уже в следующем году будет запущена система фиксации поверки счетчиков воды в новой, расширенной системе и автоматизированы все процессы для того, чтобы максимально сократить время поверки и сделать ее надежным инструментом в системе обеспечения качества.

Роль и перспективы развития стандартных образцов в медицине

Елена Кулябина, руководитель лаборатории биоинформационных технологий НИЦ «ПМ-Ростест»

В Федеральный информационный фонд обеспечения единства измерений внесен новый тип стандартного образца состава геномной ДНК человека, который был совместно создан специалистами ФГБУ «ВНИИМС» и Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова. Это один из первых примеров активного взаимодействия подведомственного Росстандарту института и научных организаций Министерства здравоохранения.

В ходе работ был получен сиквенс – последовательность нуклеотидов, которая представляет из себя 3,2 млрд пар, все эти последовательности сравнивались друг с другом аппаратным методом. В итоге новый тип стандартного образца состава генома ДНК позволяет осуществлять расшифровку генома любого человека с наивысшей точностью. Также он является опережающим аналогом так называемого «генома в бутылке» (GIAB), который был разработан Национальным институтом стандартов и технологий США.

Кроме того, стандартный образец может быть использован для калибровки и поверки средств измерений в фармацевтике, системе охраны окружающей среды, сельскохозяйственных и промышленных биотехнологических процессах.

Стандартные образцы зачастую играют решающую роль в обеспечении достоверности полученных результатов – от «чистоты» лекарственных препаратов, а следовательно, эффективности лечения, до постановки правильного диагноза с учетом полученных результатов анализов. Например, во время взятия образца крови объектом измерения становится человек и свойства его организма, оператором – лаборант, все измерения производятся по соответствующей методике измерений, основа для сравнения – ГСО (государственный стандартный образец), который фактически выполняет роль эталона, а сами измерения проводятся с помощью средств измерений утвержденного типа. Соответственно, если биохимический анализатор не откалиброван или откалиброван калибраторами, не имеющими прослеживаемости к государственным первичным эталонам или государственным референтным методикам, то гарантировать достоверность результатов измерений, которые мы получим, никто не может. Потому что образцы, которые производитель использует для калибровки СИ, не имеют никакого статуса и подтвержденных метрологических характеристик. 

Как видно из этой схемы, терминология, связанная с измерениями в медицине, сейчас сильно отличается от «классических» метрологических терминов. Несмотря на то, что такой ГОСТ «работает» для медиков, метрологические институты работают по поверочным схемам и по иерархиям калибровок, где используется совершенно другая терминология, а в самой лабораторной медицине и биоанализе не существует эталонов, что усложняет совместную работу и процесс достижения единства измерений.

Для того чтобы объединить подходы метрологии и медицины для повышения качества жизни, необходимо начать плотную совместную работу – первым шагом в этом направлении стал Государственный первичный эталон единицы числа копий последовательности ДНК (ГЭТ 220-2024), первый подобный эталон в мире. Потребность в его создании в 2024 году была связана с растущим применением технологий на основе молекулярно-генетических исследований в медицине, сельском хозяйстве, ветеринарии и других отраслях.

Для того чтобы повысить качество, организации и лаборатории должны объединяться, работать в кооперации и обоюдно вносить вклад, чтобы достичь «равновесия Нэша».

Благодаря активному развитию технологий и постепенному сближению научных институтов из сферы здравоохранения и метрологии постепенно налаживается контакт и взаимодействие в области обеспечения единства измерений, что приводит к получению достоверных результатов измерений и их адекватному метрологическому обеспечению, к получению точных диагнозов и назначению своевременного и правильного лечения, а следовательно, к увеличению продолжительности жизни людей и улучшению качества этой жизни.

Развитие кадрового потенциала молодых ученых в системе Росстандарта

Анастасия Пименова, председатель СМУС при генеральном директоре ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

Первые упоминания о деятельности Совета молодых ученых ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» относятся к 1960-м годам, с 1963 по 1965 год его возглавлял Илья Наумович Долицкий. Именно при нем появились первые экскурсии по эталонам, лекции по общим вопросам и первые молодежные конференции по вопросам метрологии. Возобновление активной работы Совета началось в 2017 году – тогда был создан Совет молодых ученых и специалистов. В 2020 году произошла реорганизация Совета в связи с объединением метрологических институтов (присоединением к ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» двух филиалов: УНИИМ (г. Екатеринбург) и ВНИИР (г. Казань). В состав Совета вошли рабочие группы филиалов.

Тогда основной целью Совета молодых ученых и специалистов при генеральном директоре ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» (далее − СМУС ВНИИМ) стала выработка основных направлений молодежной политики предприятия. Сейчас СМУС ВНИИМ представляет собой следующую структуру:

• председатель;
• заместитель председателя;
• секретарь;
• рабочие группы;
• члены СМУС ВНИИМ.

Задачи молодежной политики направлены на реализацию стратегических целей:

• обеспечение условий для профессионального, социального развития и самореализации молодых ученых и специалистов;
• повышение роли молодых ученых и специалистов в научной, производственной и/или общественной сферах деятельности предприятия;
• формирование высокой трудовой мотивации и лояльности молодых ученых и специалистов.

Для раскрытия потенциала молодых ученых и специалистов был организован конкурс «Лучший молодой метролог ВНИИМ», который является отборочным туром на конкурсы «Лучший молодой метролог КООМЕТ» и «Лучший молодой метролог МГС СНГ». Также в 2022 году СМУС ВНИИМ стал идеологом и координатором молодежной конференции «ЗА НАМИ БУДУЩЕЕ». В 2023 году СМУС ВНИИМ совместно с СМУС «Техноспецназ Росстандарта» организовал и провел II Международную научно-практическую конференцию молодых ученых и специалистов «ЗА НАМИ БУДУЩЕЕ», на площадке которой состоялся X Международный конкурс «Лучший молодой метролог КООМЕТ – 2023».

В 2024 году в целях реализации Плана Десятилетия науки и технологий была проведена III Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «ЗА НАМИ БУДУЩЕЕ» с участием свыше 350 слушателей и более 160 докладчиков, на площадке которой был проведен пилотный международный конкурс «Лучший молодой метролог МГС СНГ».

Следующая конференция состоится в 2026 году, на ее площадке будет проходить конкурс «Лучший молодой метролог СНГ».

Представители СМУС ВНИИМ также активно принимают участие в мероприятиях, организованных Росмолодежью, научных премиях и конференциях. Пять представителей СМУС ВНИИМ награждены нагрудными знаками «Молодой ученый» Министерства науки и образования.

Кроме того, молодые ученые принимают активное участие в разработке и совершенствовании государственных первичных эталонов, становятся учеными-хранителями эталонов, а также участвуют в проведении международных сличений. Молодые ученые и специалисты ведут работу по организации деятельности технических комитетов, а также являются членами организационных комитетов научных форумов и конференций. Одним из важнейших направлений деятельности СМУС ВНИИМ является участие молодых ученых и специалистов в работе Метрологического образовательного кластера: проведение для школьников лекций, экскурсий и организация совместных научных проектов.

При наставничестве представителей СМУС ВНИИМ проводятся стажировки и практики студентов университетов и колледжей. В результате проводимый комплекс работ и мероприятий принес победу ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» в конкурсе на лучшую организацию работы с молодежью на предприятиях Санкт-Петербурга в 2021 году в номинации «Деятельность советов молодых ученых и специалистов».

Молодые ученые и специалисты являются движущей силой перемен, и именно им доверена задача раскрыть свой собственный потенциал и дать новый импульс развитию технологического и научного мира.

А поддержка со стороны руководства ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» способствует получению большей результативности при реализации молодежных проектов.

В метрологи с детского сада

Людмила Осипова, ведущий специалист ЦСМ Росстандарта в Саратовской области, координатор кластера в регионе

Саратовский ЦСМ присоединился к проекту «Метрологический образовательный кластер» в 2022 году, и на сегодняшний день в него уже вошли четыре вуза, четыре колледжа, 13 школ, лицеев и гимназий, пять детских садов, два учреждения дополнительного образования и 11 предприятий региона.

Для эффективного развития проекта был выстроен диалог с представителями органов власти, были заключены соглашения с региональным министерством образования, с комитетом образования Саратова, а также проведено координационное совещание с представителями всех образовательных учреждений Саратовской области. Сейчас кластер поддерживается губернатором области, что дает возможность уверенно поддерживать взаимоотношения со всеми участниками проекта.

Следующим этапом стало знакомство педагогических коллективов и организаций, заключивших соглашение, с темой метрологии и с системой Росстандарта. Также для педагогов были проведены ознакомительные экскурсии в лаборатории и филиалы центра и лидирующих предприятий – знакомство преподавателей с системой способствует повышению их заинтересованности, мотивации и развитию понимания важности метрологии для промышленности, науки и экономики, следовательно, и заинтересованности в проекте.

Первый этап проекта включает в себя работу в детских садах: в ряд обучающих занятий для малышей интегрируется тема измерений и качества, в ходе которых детей в игровой форме знакомят с основными понятиями метрологии и физическими законами нашего мира. На втором этапе ведется работа со школами. Мы работаем по двум траекториям: в одной организованы семь профильных метрологических классов, а в другой – школам предоставляется право выбрать подходящий объем профильных мероприятий, в которых будут участвовать дети.

Методические разработки педагогов саратовских образовательных учреждений уже два года подряд занимают первые места во всероссийском конкурсе методических разработок «Золотая коллекция: метрология и стандартизация».

На этапе взаимодействия с колледжами и вузами ведется работа в рамках больших федеральных проектов, таких как «Профессионалитет» и «Первая профессия», в рамках которых колледжи по всей России оснащаются уникальным оборудованием, благодаря чему появляется возможность выстраивать хорошие учебные метрологические лаборатории. Так, на базе одного из колледжей в рамках бюджетной поддержки был создан учебно-производственный центр метрологии для всех студентов и учащихся школ г. Энгельса.

В рамках дополнительного образования в Саратове на базе Центра детского творчества реализуется клуб «Юный метролог», а также ведется сотрудничество с федеральным проектом «Детский кванториум». Специалистами ЦСМ совместно с методистами «Кванториума» была разработана программа «Прикладная метрология», где в каждой секции были выделены определенные измерительные возможности, которые дети могут изучать на протяжении каникулярных интенсивов. Кроме того, в ходе одного из хакатонов участники кванториума создали виртуальный тренажер по поверке трансформаторов.

Активная работа по вовлечению подрастающего поколения в работу ЦСМ и других предприятий, организация и участие в интересных мероприятиях заряжает и мотивирует школьников с интересом изучать метрологию и выбирать соответствующую профессию.

Фасованные товары и защита прав потребителей

Алексей Крошкин, начальник отдела НИЦ «ПМ-Ростест»

«Фасованные товары в упаковке (ФТУ) – товары в упаковках, которые упаковывают и запечатывают в отсутствие покупателя, независимо от того, закрывает упаковочный материал продукт полностью или частично, при этом содержимое упаковки не может быть изменено без ее вскрытия или деформации, а масса, объем, длина, площадь или иные величины, указывающие количество содержащегося в упаковке товара, обозначены на упаковке», следует из определения ГОСТ 8.956-2019. Причем это определение касается не только продуктов питания или, например, бытовой химии, но и любых товаров, продающихся определенным весом/размером/количеством – 100 метров плетки, 60 штук таблеток в упаковке, килограмм саморезов и т.д.

Основными видами нарушений в сфере производства ФТУ являются:

• фактический вес продукции меньше заявленного на упаковке;
• среднее содержимое партии меньше номинального количества;
• «фальшивая упаковка», которая внешним видом создает ложное впечатление о количестве (по закону товар должен занимать не менее 70% от объема упаковки);
• продукты в ледяной глазури (глазурь не может составлять более 5% от объема);
• на банках консервов с жидкой средой не указан «сухой вес»;
• «шринкфляция» – снижение производителем количества, объема или веса товара в упаковке при сохранении или непропорционально малом снижении отпускной цены. При этом потребитель не может без калькулятора соотнести стоимость на товар в упаковках разного объема.

В настоящее время в России проблемы, связанные с ФТУ, хоть и решаются, однако носят рекомендательный характер.

Российская Федерация является членом Международной организации законодательной метрологии (OIML), в которой сейчас имеется пять документов, касающихся непосредственно фасованных товаров. Причем в документе содержатся рекомендации по организации национальной системы сертификации для фасованной продукции.

Также в директивах указаны требования к маркировке фасованных товаров, количеству фасованного товара, резервуарам для коммерческого использования (мерным сосудам), а также руководящие указания для определения требований по системе сертификации фасованных товаров.

Если сравнивать документы WELMEC и МОЗМ, то в части мерных сосудов они практически совпадают, а в части фасованных «не жидких» товаров директивы МОЗМ охватывают большее количество аспектов и устанавливают более детальные требования к товарам, которые измеряются по площади, длине или количеству.

Что касается деятельности КООМЕТ, то поскольку организация не является экономическим союзом и объединяет страны с разным законодательством, то она не выпускает директив, а ее работа носит консультационный характер. Также последняя международная конференция МОЗМ-КООМЕТ «Всемирные единые требования к фасованным товарам – основа честной торговли и защиты прав потребителей», в которой приняли участие 15 стран-участниц, состоялась в 2018 году.

В России первый метрологический надзор за количеством товаров появился в законе 1993 года – Закон № 4871-I «Об обеспечении единства измерений» впервые в истории отечественной метрологии вводил обязательный ГМН за количеством фасованных товаров в упаковках при их расфасовке и продаже. При этом он не вводил ни обязательных требований относительно количества товаров, ни полномочий инспекторов, ни методов проверок. Поэтому, хоть закон и был, этот надзор никак не осуществлялся. Первые стандарты и требования в этой области появились только после 2001 года, тогда же появился и знак соответствия «Ф», который стал аналогом европейского знака «E».

В 2004 году была разработана «Система добровольной сертификации фасованных товаров в упаковках любого вида», в которой знак «Ф» мог использоваться только для товаров, прошедших СДС ФТУ. Но идея не получила развития и просуществовала только три года. Следующее большое развитие контроль над фасованными товарами получил в 2019 году, когда появились методические документы, включающие два российских ГОСТа и разработанные в соответствии с рекомендациями МОЗМ.

В настоящее время методическая база контроля за количеством ФТУ достаточно хорошо проработана и апробирована на международном уровне (ЕС ~50 лет, МОЗМ ~35 лет). Методическая база в РФ в достаточной степени гармонизирована с документами ЕС и МОЗМ, но существует в рекомендательном статусе (ГОСТ). Обязательных требований к количеству ФТУ в РФ не предусмотрено. При этом существует правовая коллизия, где измерения, выполняемые при расфасовке товаров, входят в сферу ГР ОЕИ (102-ФЗ), обязательные требования к ним установлены (ПП № 1847), но обязанности выполнять такие измерения у субъектов хозяйственной деятельности не возникает => такие измерения не выполняются => у ГМН не возникает самого предмета надзора (ПП № 1093). Также Роспотребнадзор в рамках своих контрольных процедур не обеспечивает контроль за количеством ФТУ согласно методической базе ФТУ.

Получается, что сейчас потребитель ФТУ в РФ никак не защищен от умышленного или неумышленного введения в заблуждение или прямого обмана. Потребителю остается только верить в добросовестность и порядочность производителя или продавца.

Для того чтобы изменить сложившуюся ситуацию, нужно сделать требования обязательными либо через законодательную базу, либо через нормативно-правовые акты, например, идти по линии закона о метрологии (Федеральный закон № 102-ФЗ), либо в существующие технические регламенты добавить ссылку на ГОСТ 579, и тогда требования станут обязательными. Либо требуется разработать отдельный техрегламент по фасованным товарам. Также есть вариант вернуться к системе добровольной сертификации с помощью введения внутреннего метрологического контроля у самого производителя.

Смотрите запись сессии на сайте форума «Всемирный день качества – 2024»