Метрология на практике: влияние точности на качество продукции

Роль метрологии в системе менеджмента качества

Система контроля качества – это совокупность процедур контроля качества в виде последовательных оценок выходов процессов, которая помогает обеспечить соответствие продукции установленным стандартам и требованиям и является важной частью управления качеством на любом производстве.

Эта совокупность должна обладать всеми признаками системности. Каждый процесс жизненного цикла продукта предполагает свои специфичные процедуры контроля, однако на производстве зачастую пренебрегают установлением контроля на всех этапах от проектирования до выпуска и ограничиваются тремя ключевыми видами:

1. Входной (зачастую контроль закупаемого сырья);

2. Операционный (контроль выполнения процедур, связанных с технологическим процессом);

3. Выходной (контроль выхода процесса на предмет пригодности к передаче продукта потребителю).

Многообразие отраслей производства требует разных типов контроля, но основным является измерительный. Цель измерений – обеспечить проверку или подтвердить соответствие требованиям продукции или услуг.

В управлении качеством измеряемой величиной могут выступать такие показатели качества, как длина шнура зарядного устройства или номинальное выходное напряжение электрического чайника. Регулярный измерительный контроль является самым затратным, но исключить его невозможно.

Вот пример из практики: на предприятии по производству гофрированных труб для канализации было принято решение с целью экономии времени и ресурсов отказаться от измерительного контроля (толщины стенки, внутреннего и наружного диаметра, шага гофры и овальности). Вместо этого оставили только визуальный контроль – проверку на наличие трещин, отверстий, деформаций и других явно видимых дефектов. При проверке трубы соответствовали требованиям визуального контроля: гофра ровная, трещин нет, цвет однородный. 

Однако в процессе эксплуатации у заказчиков начали возникать серьезные проблемы:

• недостаточная толщина стенки привела к тому, что при укладке под землей трубы начали сминаться под весом грунта, особенно в местах с автомобильной нагрузкой;

• отклонения в диаметре вызвали сложности при стыковке труб с фитингами; соединения были негерметичны, что привело к утечкам;

• нарушение шага гофры и овальность ухудшили прочностные характеристики трубы – некоторые участки начали разрушаться через несколько месяцев.

Потребители начали массово предъявлять претензии, продукция была возвращена, а компания понесла убытки и репутационные потери.

Этот пример наглядно показывает, как исключение измерительного контроля и полагание только на визуальную проверку привело к выпуску бракованной продукции. Такой подход ставит под угрозу не только качество продукции, но и безопасность объектов, на которых она используется.

Обсудить инструменты систем менеджмента соберутся эксперты на Практической конференции "Системы менеджмента 2025" в Санкт-Петербурге 14-15 августа

Что такое метрологическое обеспечение качества продукции?

Для измерения определенного показателя качества продукции необходимо:

• установить нормы точности, выбрать метод и средство измерения и проверить его;

• проверить готовность СИ к выполнению своих функций;

• создать необходимые условия для измерений, обработки информации и оценки результатов.

Нельзя пренебречь каким-либо пунктом из этого перечня, даже если на первый взгляд это будет экономически целесообразно. В долгосрочной перспективе это приведет к увеличению доли брака и, как следствие, к потере прибыли. 

Основные задачи метрологии на производстве:

• обеспечение точности и единства измерений;

• разработка, внедрение и выбор методов и средств измерений;

• осуществление метрологической экспертизы документации – технологической и конструкторской;

• надзор за оборудованием измерительного, контрольного и испытательного назначения в условиях эксплуатации с соблюдением метрологических норм и правил (калибровка и поверка измерительного оборудования).

Комплекс мероприятий метрологического обеспечения образует систему, гарантирующую надежность и сопоставимость результатов измерений.

Как метрология помогает повысить эффективность производства?

Метрология может выступать и в качестве инструмента повышения эффективности производства за счет метрологической оптимизации производственных процессов. Точность измерений позволяет снизить уровень брака до минимального значения при измерительном контроле, а также оптимизировать использование ресурсов с помощью снижения расходов материала.

Пример

АО ТМКБ «Союз» внедряло в свое производство мероприятия метрологического обеспечения  для повышения качества и улучшения экономических показателей предприятия.

Основной комплекс мероприятий был направлен на:

• обновление парка средств измерений: от штангенциркулей до КИМ-станций;

• разработку и внедрение унифицированных поверочных интервалов и методик контроля;

• обучение метрологов и операторов правильному применению средств измерений.

Результатом внедрения правильного и современного метрологического обеспечения для компании стало улучшение экономических показателей.

подробнее

На этапе проектирования метрология тоже является неотъемлемой частью управления качеством, поскольку решает вопросы, касающиеся установления полей допуска для конкретных параметров и снижения рисков дорогостоящих переделок на этапе производства.  

Допустим, для такого показателя качества, как максимальная коммутирующая мощность зарядной станции для электромобилей, установлено номинальное значение 22±0,1 кВт. Однако следует сделать поправку на метрологическую погрешность ваттметра, с помощью которого будет измеряться данный показатель качества, то есть расширить поле допуска. При условии, что метрологическая погрешность прибора будет равна 0,05 кВт, поле допуска следует сделать следующим: 22±0,15 кВт.

Следует помнить, что для разных измеряемых величин установлены соответствующие стандарты, например, для измерения длины кабеля используется ГОСТ 8.051-81, где методика установления наибольшего и наименьшего значения поля допуска с метрологической поправкой отличается от примера.

Роль метрологических служб в обеспечении контроля качества на предприятии

Для того чтобы на производстве выполнялись задачи, связанные с метрологией, организации создают метрологические службы. Их деятельность регламентируется требованиями Росстандарта, а также локальными нормативными актами. Помимо общих задач, которые стоят перед метрологией на производстве, метрологические службы должны решать следующие вопросы:

1. Анализ рациональной номенклатуры подвергающих измерению параметров, норм точности измерений при отслеживании параметров технологических процессов и показателей качества продукции;

2. Осуществление достоверного учета ресурсов сырьевого, материального, топливно-энергетического назначения;

3. Организация и выполнение метрологического обслуживания средств учета, измерений, калибровки, наладки, поверки, юстировки, ремонта, хранения;

4. Обучение персонала методам и средствам измерений;

5. Оценка экономической эффективности и целесообразности проводимых метрологических мероприятий.

Особенно интересен последний пункт, отражающий специфику метрологии в производстве. Расходы на метрологическое обеспечение предприятия должны соответствовать нескольким факторам, включая сложность технологических процессов, процедуры контроля, цели в области качества и масштабы производства. Обычно метрологические службы на производстве являются подразделением отдела обеспечения качества, но при специфичном производстве могут составлять самостоятельную структуру, допустим, при производстве измерительных приборов.  

Специфика работы метрологических служб обуславливается отраслью производства. Допустим, в машиностроении, авиастроении и приборостроении метрология играет критически важную роль, поскольку гарантирует точность изготовления отдельных деталей, что обеспечивает целостность конструкции и взаимозаменяемость отдельных частей. 

К примеру, метрологическая служба АО «ПО «Cевмаш» осуществляет свою деятельность на базе Научно-исследовательского технологического и испытательного центра (НИТИЦ) и обеспечивает единство и требуемую точность измерений при проведении исследований и испытаний в процессе производства продукции. МС имеет сложную структуру и включает в себя:

• бюро метрологического обеспечения;

• лабораторию специальных измерений;

• лабораторию измерений геометрических величин;

• лабораторию электротехнических и радиоэлектронных измерений;

• лабораторию теплотехнических и физико-химических измерений;

• лабораторию обслуживания средств контроля;

• химико-аналитическую лабораторию;

• лабораторию ремонта и наладки аппаратуры радиационного контроля отдела ядерной и радиационной безопасности;

• группу метрологического обеспечения и ремонта средств измерений управления защиты кораблей и судов по физическим полям

Так, лаборатория специальных измерений выполняет высокоточные измерения по линейно-угловому размерному контролю с применением оптических, электронных и лазерных измерительных систем, диагностику подкрановых путей, градуировку резервуаров для хранения нефтепродуктов.

В пищевой промышленности на первый взгляд должен доминировать органолептический контроль. Однако на производстве также важны измерения параметров окружающей среды в цеху или в отдельных установках, таких как печи.  Использование неточных термометров может привести к тому, что продукт не будет достаточно обеззаражен, что уменьшит его срок годности, или, наоборот, перегрет, что отразится на качестве.

В химической промышленности метрологические службы обеспечивают точность дозировки в сложных химических составах различных товаров, что напрямую влияет на качество: представьте последствия ошибки в дозировке одного из компонентов при производстве лекарственного препарата. Точность спектрометров, хроматографов и других приборов обеспечивает анализ состава сырья.

Метрологические службы также отвечают за точность данных, связанных с энергопотреблением.

Пример

В 2019 году в АО «АвтоВАЗ» внедрена система автоматизированного информационно‑измерительного коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ). Для нее метрологическая служба разработала и утвердила совместно с ФБУ «Самарский ЦСМ» методику поверки (МП 26.51.43/09/19) для контроля точности измерительных приборов. 

Работа строилась в соответствии с ГОСТ 22261‑94 и ГОСТ Р 8.596‑2002, что обеспечивало соответствие метрологическим требованиям. Роль метрологической службы сводилась к следующему:

• поддержка коммерческой точности учета электроэнергии, влияющей на расчеты затрат;

• гарантия соответствия средств измерений нормативам;

• улучшение контроля;

• нанесение знаков поверки и ведение отчетности.

подробнее

Современные методы и средства метрологии в обеспечении качества продукции

Цифровизация, автоматизация процессов и активное внедрение искусственного интеллекта не обходит стороной и метрологическое обеспечение. В 2024 г. был внедрен стандарт ГОСТ Р 71562-2024, который устанавливает общие требования к метрологическому обеспечению средств измерений на основе ИИ. Помимо этого основного стандарта приказом Росстандарта были утверждены следующие документы: ГОСТ Р 71686-2024 «Искусственный интеллект. Модели машинного обучения для проведения косвенных измерений свойств материалов. Общие положения», ГОСТ Р 71687-2024 «Искусственный интеллект. Наборы данных для разработки и верификации моделей машинного обучения для косвенного измерения механический свойств полимерных композиционных материалов. Общие требования» и др. Внедрение новых стандартов говорит о том, что метрологическое обеспечение с помощью ИИ не просто начинает меняться, а активно развивается и уже имеет нормативную базу.

Некоторые предприятия уже внедряют у себя цифровые системы метрологического учета, автоматизированные поверки, аналитику на базе ИИ. Однако такие проекты единичны, зависят от конкретных команд и не масштабируются на отрасль. Поэтому уже сейчас предлагаются инициативы о создании цифрового государственного органа, фокусирующегося исключительно на метрологии в промышленности, который станет координирующим и анализирующим центром, обеспечивающим непрерывность измерительного цикла и системность.

Цифровизация производства влияет напрямую на сбор данных со средств измерений. Если ранее данные собирались и обрабатывались вручную, то сейчас мы можем наблюдать, как средства автоматизации на основе ИИ выполняют эту работу с большей точностью и существенно экономят время. Благодаря появлению интернета вещей устройства приобрели способность обмениваться данными между собой и стали взаимосвязанными. Примером протокола передачи данных являются CoAP и HTTPS, которые используются для обеспечения совместимости с веб-сервисами и API современных платформ.

Применение нейросетей открывает новые возможности для процессов калибровки и поверки СИ. Управляющему персоналу остается только принимать решения на основе представленных данных, хотя уже существует программное обеспечение, способное останавливать технологический процесс, если замечены ошибки в измерениях, что снижает уровень бракованной продукции.

Нейросетевые модели способны обучаться на огромных массивах данных, извлекая сложные закономерности и нелинейные зависимости. Это позволяет создавать высокоточные предиктивные модели для определения погрешностей и смещений измерительных приборов. На основе полученных данных нейросети могут генерировать рекомендации по калибровке или выносить решение о необходимости поверки.

Основными задачами ИИ в метрологии являются:

• обнаружение аномалий: автоматический мониторинг отклонений в показаниях датчиков и сигнализация о выходе за допустимые границы;

• прогнозирование калибровки: анализ трендов изменения характеристик оборудования для планирования своевременной поверки и минимизации простоев;

• оптимизация процессов: адаптивная настройка параметров измерений на основе исторических данных для сокращения погрешностей;

• обработка изображений: распознавание дефектов при визуальном контроле с помощью нейронных сетей.

С помощью современных технологий можно объединять все СИ на производстве или в рамках технологической линии. Помимо сбора и обработки данных необходимо где-то эти данные хранить. Для этого широко применяются облачные платформы хранения и анализа метрологических данных. Перенос метрологических данных в облако обеспечивает надежное хранение, мгновенный доступ и расширенные возможности аналитики. Критерии выбора облачного пространства зависят от требований стандартов, уровня безопасности, стоимости, интеграции с используемыми ПО и наличия инструментов масштабирования. Примерами таких платформ могут выступать AggreGate IoT Platform, МТС IoT HUB и Yandex IoT Core. Следует отметить, что далеко не все облачные хранилища могут обеспечить необходимую надежность данных, что является критическим замечанием к этим решениям и заставляет организации применять локальные серверы, чтобы обеспечить конфиденциальность данных.  Применение СУБД, таких как SPSS или JMP, требует глубоких знаний статистики, и эти системы не всегда учитывают специфику метрологических стандартов, например ГОСТ Р 8.736-2011.

Цифровизация открывает новые возможности в области калибровки и поверки СИ, обработки, хранения и сбора метрологических данных, оптимизируя процессы, а также в области интеграции систем. Однако следует учитывать риски, связанные с защитой и конфиденциальностью информации, а также с ошибками в самих средствах автоматизации и оптимизации.