МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ Директор ИК _____________ «___»________________2014 г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
МЕТРОЛОГИЯ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
основная образовательная программа подготовки аспиранта
по направлению 27.06.01 Управление в технических системах
Уровень высшего образования
подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре
ТОМСК 2014 г.
Предисловие
1. Рабочая программа составлена на основании федеральных государственных образовательных стандартов к основной образовательной программе высшего образования подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре по направлению 27.06.01 Управление в технических системах.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры «Компьютерные измерительные системы и метрология» протокол № 18 от 01.01.01 г.
Научный руководитель программы
аспирантской подготовки
2. Программа СОГЛАСОВАНА с институтами, факультетами, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
Зав. обеспечивающей кафедрой КИСМ
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Рассматриваемая дисциплина является основной в подготовке аспирантов, обучающихся по профилю 05.11.05 Метрология и метрологическое обеспечение.
Целями изучения дисциплины являются:
· приобретение знаний научных, технических и нормативно-методических основ, необходимых для обеспечения единства и требуемой точности измерений;
· приобретение навыков решения проблем разработки новых и совершенствования существующих методов и средств измерений, обеспечения единства и требуемой точности измерений, а также устранения и исключения отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
2.1. Учебная дисциплина «Метрология и метрологическое обеспечение» входит в вариативную часть междисциплинарного профессионального модуля ООП.
2.2. Данная программа строится на преемственности программ в системе высшего образования и предназначена для аспирантов ТПУ, прошедших обучение по программе подготовки магистров, прослушавших соответствующие курсы и имея по ним положительные оценки. Она основывается на положениях, отраженных учебных программах указанных уровней. Для освоения дисциплины «Метрология и метрологическое обеспечение» требуются знания и умения, приобретенные обучающимися в результате освоения ряда предшествующих дисциплин (разделов дисциплин), таких как:
− Общая теория измерений,
− Физические основы измерений и эталоны,
− Метрология,
− Практическая метрология,
− Методы и средства измерений и контроля,
− Планирование и организация эксперимента,
− Программно-статистические комплексы.
2.3. Дисциплина «Метрология и метрологическое обеспечение» необходима при подготовке выпускной квалификационной работы аспиранта и подготовке к сдаче кандидатского экзамена.
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс изучения дисциплины «Метрология и метрологическое обеспечение» направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ООП по направлению подготовки 27.06.01 Управление в технических системах:
1. Универсальных компетенций:
· способность к критическому анализу и оценке современных научных достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных областях (УК-1);
· способность проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе междисциплинарные, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки (УК-2);
· готовность участвовать в работе российских и международных исследовательских коллективов по решению научных и научно-образовательных задач (УК-3);
· готовность использовать современные методы и технологии научной коммуникации на государственном и иностранном языках (УК-4);
· способность следовать этическим нормам в профессиональной деятельности (УК-5);
· способность планировать и решать задачи собственного профессионального и личностного развития (УК-6).
2. Общепрофессиональных компетенций:
· владением методологией теоретических и экспериментальных исследований в области профессиональной деятельности (ОПК-1);
· владением культурой научного исследования в том числе, с использованием новейших информационно-коммуникационных технологий (ОПК-2);
· способностью к разработке новых методов исследования и их применению в самостоятельной научно-исследовательской деятельности в области профессиональной деятельности (ОПК-3);
· готовностью организовать работу исследовательского коллектива в профессиональной деятельности (ОПК-4);
· готовностью к преподавательской деятельности по основным образовательным про-граммам высшего образования (ОПК-5).
3. Профессиональных компетенций:
· владением теоретическими и методологическими основами проектирования, эксплуатации и развития систем метрологического обеспечения различного назначения (ПК-1);
· способностью ставить и решать инновационные задачи, связанные с разработкой систем метрологического обеспечения (ПК-2);
· умением грамотно планировать эксперимент и осуществлять его на практике (ПК-3);
· умением применять современные информационные технологии в области метрологии и метрологического обеспечения (ПК-4);
· умением разрабатывать и применять методы обработки результатов измерений и оценивания их неопределенностей (ПК-5).
По окончании изучения дисциплины аспиранты должны будут:
знать:
· законодательные и нормативные правовые акты, методические материалы по метрологии;
· систему государственного надзора, межведомственного и ведомственного контроля за единством измерений;
· перспективы технического развития и особенности деятельности организаций, компетентных на законодательно-правовой основе в области метрологии;
· систему воспроизведения единиц физических величин и передачи размера средствам измерений;
· способы оценки точности (неопределенности) измерений и испытаний и достоверности контроля;
· методы и средства контроля физических параметров, определяющих качество продукции
· принципы построения, структуру и содержание систем обеспечения достоверности измерений;
· методы и средства поверки, калибровки и юстировки средств измерений, разработки методики выполнения измерений.
уметь:
· применять типовое контрольно-измерительное оборудование;
· устанавливать нормы точности измерений и достоверности контроля и выбирать средства измерений, испытаний и контроля;
· проводить обработку экспериментальных данных и оценки точности (неопределенности) измерений, испытаний и достоверности контроля;
· проводить поверку, калибровку, ремонт и регулировку средств измерения;
· применять аттестованные методики выполнения измерений, испытаний и контроля;
иметь опыт:
· разработки планов метрологических исследований, алгоритмов обработки результатов измерений, оценки качества измерений;
· учёта нормативно-правовых требований в метрологической деятельности.
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Разделы дисциплины и виды занятий
Приводимая ниже таблица показывает вариант распределения бюджета учебного времени, отводимого на освоение основных модулей предлагаемого курса согласно учебному плану в 3 и 4 семестрах.
Наименование разделов и тем | Трудоемкость (в ЗЕТ) | Объем работы (в часах) | Всего учебных занятий (в часах) | |||
лекции | семинары | самостоятельная работа | Кандидатский экзамен | |||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Раздел 1. Теоретическая метрология | ||||||
Тема 1. Основные понятия. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 2. Погрешность и неопределенность. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 3. Средства измерений. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 4. Оценивание погрешности и неопределенности результатов измерений. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 5. Эталоны. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 6. Измерительная информация и сигналы. | 18 | 4 | 14 | |||
Раздел 2. Законодательная метрология | ||||||
Тема 1. Метрология как информационно-правовая наука. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 2. Государственная система обеспечения единства измерений | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 3. Метрологическая служба России. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 4. Правовые процедуры создания и применения эталонов. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 5. Ответственность за нарушение метрологических правил и норм. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 6. Международное сотрудничество в области метрологии. | 18 | 4 | 14 | |||
Раздел 3. Практическая метрология | ||||||
Тема 1. Метрология как деятельность, связанная с измерениями. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 2. Метрологическая экспертиза нормативно-технической документации | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 3. Разработка и аттестация методик выполнения измерений | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 4. Испытания средств измерений. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 5. Поверка и калибровка средств измерений. | 18 | 4 | 14 | |||
Тема 6. Метрологическое обеспечение производства. | 18 | 4 | 14 | |||
Всего по дисциплине | 9 | 324 | 72 | 252 | ||
4.2. Содержание разделов и тем
Раздел 1. Теоретическая метрология
Тема 1. Основные понятия. Метрология как наука об измерениях. Измеряемые величины и их меры. Единицы измерений. Системы единиц, принципы их построения. Когерентные системы единиц. Международная система единиц (СИ). Анализ размерностей. Измерительные шкалы порядка, интервалов, отношений, их основные особенности.
Тема 2. Погрешность и неопределенность. Классическая теория погрешностей измерений. Истинное и действительное значения измеряемой величины. Концепция неопределенности результатов измерений.
Тема 3. Средства измерений. Классификация средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование. Классы точности. Метрологическая надежность средств измерений. Установление межповерочного интервала.
Тема 4. Оценивание погрешности и неопределенности результатов измерений. Точечные и интервальные оценки. Многократные измерения с равноточными и неравноточными значениями отсчета. Однократное измерение, использование априорной информации. Статические и динамические измерения. Преобразование входного измерительного сигнала. Оптимальная фильтрация помех.
Тема 5. Эталоны. Классификация эталонов. Эталоны основных единиц системы СИ, их состав, метрологические свойства, условия хранения и применения. Передача информации о размерах единиц от эталонов рабочим средствам измерений. Поверка средств измерений. Государственные и локальные поверочные средства и принципы их построения. Обоснование соотношения погрешностей между уровнями поверочной схемы.
Квантовая метрология. Использование фундаментальных физических констант для создания системы взаимосвязанных естественных эталонов единиц физических величин. Примеры эталонов на основе эффектов Джозефсона и Холла.
Сличения эталонов, взаимное признание национальных эталонов. Перспективы и тенденции развития эталонной базы.
Тема 6. Измерительная информация и сигналы. Преобразование непрерывных измерительных сигналов в дискретные. Теорема отсчетов Котельникова. Квантование по времени и уровню. Виды кодирования, цифровое кодирование. Информационный объем сигнала и пропускная способность измерительного канала. Теорема Шеннона о предельной пропускной способности канала. Детектирование, декодирование и восстановление сигнала. Интерполяционная формула Лагранжа. Запись, хранение и индикация измерительной информации. Преобразование и передача измерительной информации.
Раздел 2. Законодательная метрология
Тема 1. Метрология как информационно-правовая наука. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений», его содержание. Основные термины и их определения. Метрология и техническое регулирование. Технические регламенты.
Тема 2. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). ГСИ как система стандартизации и нормативно-правовая основа метрологической деятельности. Объекты стандартизации ГСИ. Состав и структура ГСИ, ее связь с другими системами стандартов. Порядок разработки, согласования и утверждения номативно-технических документов (НТД) ГСИ, правила их построения и изложения. Правила по метрологии.
Тема 3. Метрологическая служба России. Правовые аспекты деятельности Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) и его органов по обеспечению единства измерений. Государственная метрологическая служба (ГМС), ее функциональная структура, состав и полномочия в соответствии с законом. Главный центр ГМС, государственные научные метрологические центры и территориальные органы, их полномочия и формы деятельности. Метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц, их взаимодействие с ГМС.
Тема 4. Правовые процедуры создания и применения эталонов. Нормативно-технические документы, регламентирующие государственные испытания, метрологический контроль и надзор за состоянием и применением средств измерений.
Тема 5. Ответственность за нарушение метрологических правил и норм. Основные формы воздействия на нарушителей метрологических правил и норм. Меры предупреждения и пресечения метрологического законодательства, а также законодательства по качеству продукции и прав потребителя. Имущественная, дисциплинарная и уголовная ответственность должностных лиц за нарушения законодательства в области метрологии, за выпуск продукции с отступлениями от требований стандартов и технических условий.
Тема 6. Международное сотрудничество в области метрологии. Метрическая конвенция 1875 г. Межправительственные международные организации по метрологии – Международная организация метрической конвенции и Международная организация законодательной метрологии, их функциональные структуры, формы и виды деятельности. Региональные метрологические организации. Правовые аспекты международного сотрудничества в области метрологии и их регламентация. Виды международных нормативных документов по метрологии, их правовой статус. Сотрудничество в рамках ИСО, МЭК, ИМЕКО. Сотрудничество по метрологии в рамках СНГ. Международное сотрудничество по метрологии на двусторонней основе. Перспективы развития международного сотрудничества.
Раздел 3. Прикладная метрология
Тема 1. Метрология как деятельность, связанная с измерениями. Анализ состояния измерений. Цели и объекты анализа на конкретном производстве, в отрасли, по виду измерений, по группе приборов. Содержание и организация работ по анализу состояния измерений. Оформление результатов анализа и их реализация.
Тема 2. Метрологическая экспертиза нормативно-технической документации. Основные этапы жизненного цикла изделий. Сопутствующие НТД, цели и задачи их метрологической экспертизы. Метрологическая экспертиза проектов стандартов, технической и технологической документации.
Тема 3. Разработка и аттестация методик выполнения измерений (МВИ). Формирование исходных данных, в том числе требуемой точности, для разработки МВИ. Выбор метода и средств измерений, обеспечивающих требуемую точность. Учет влияющих факторов. Выбор или разработка алгоритма обработки экспериментальных данных и правил оформления результатов измерений. Порядок аттестации МВИ.
Тема 4. Испытания средств измерений. Испытания СИ для целей утверждения типа, порядок проведения и признания их результатов. Приемочные и контрольные испытания, их цели, задачи, условия, сроки, порядок проведения и оформления результатов. Аккредитация измерительных и испытательных лабораторий. Стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 "Общие требования к компетенции испытательных и калибровочных лабораторий". Особенности систем менеджмента качества для метрологических организаций.
Тема 5. Поверка и калибровка средств измерений. Нормативное различие поверки и калибровки средств измерений. Виды и способы поверки калибровки, порядок их организации и проведения. Аккредитация метрологических служб, юридических лиц на право проведения поверки/калибровки средств измерений. Российская калибровочная служба.
Тема 6. Метрологическое обеспечение производства. Цели и задачи метрологического обеспечения. Научные, технические и нормативные основы метрологического обеспечения производства. Управление качеством продукции в соответствии с требованиями стандартов ИСО 9000. Контроль качества продукции, виды контроля и испытаний. Метрологическое обеспечение производства – основа качества. Методы определения экономической эффективности метрологических работ на производстве. Метрологическое обеспечение сертификационных испытаний.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Технология процесса обучения по дисциплине «Метрология и метрологическое обеспечение» включает в себя следующие образовательные мероприятия:
а) аудиторные занятия (лекционно-семинарская форма обучения);
б) самостоятельная работа студентов;
г) контрольные мероприятия в процессе обучения и по его окончанию;
д) зачет в 3 семестре; экзамен в 4 семестре.
В учебном процессе используются как активные, так и интерактивные формы проведения занятий: дискуссия, метод поиска быстрых решений в группе, мозговой штурм.
Аудиторные занятия проводятся в интерактивной форме с использованием мультимедийного обеспечения (ноутбук, проектор) и технологии проблемного обучения.
Презентации позволяют качественно иллюстрировать практические занятия схемами, формулами, чертежами, рисунками. Кроме того, презентации позволяют четко структурировать материал занятия.
Электронная презентация позволяет отобразить процессы в динамике, что позволяет улучшить восприятие материала.
Самостоятельная работа организована в соответствие с технологией проблемного обучения и предполагает следующие формы активности:
· самостоятельная проработка учебно-проблемных задач, выполняемая с привлечением основной и дополнительной литературы;
· поиск научно-технической информации в открытых источниках с целью анализа и выявления ключевых особенностей.
Основные аспекты применяемой технологии проблемного обучения:
· постановка проблемных задач отвечает целям освоения дисциплины «Метрология и метрологическое обеспечение» и формирует необходимые компетенции;
· решаемые проблемные задачи стимулируют познавательную деятельность и научно-исследовательскую активность аспирантов.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ И ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
Цель контроля - получение информации о результатах обучения и степени их соответствия результатам обучения.
6.1. Текущий контроль
Текущий контроль успеваемости, т. е. проверка усвоения учебного материала, регулярно осуществляемая на протяжении семестра. Текущий контроль знаний учащихся организован как устный групповой опрос (УГО).
Текущая самостоятельная работа студента направлена на углубление и закрепление знаний, и развитие практических умений аспиранта.
6.2. Промежуточная аттестация
Промежуточная аттестация осуществляется в конце семестра и завершает изучение дисциплины «Метрология и метрологическое обеспечение». Форма аттестации – кандидатский экзамен в письменной или устной форме. Кандидатский экзамен проводится в 4 семестре.
Экзаменационный билет состоит из трех теоретических вопросов, тематика которых представлена в программе кандидатского экзамена.
На кандидатском экзамене аспирант должен продемонстрировать высокий научный уровень и научные знания по дисциплине «Метрология и метрологическое обеспечение».
6.3. Список вопросов для проведения текущего контроля и устного опроса обучающихся:
1. Базовые метрологические термины и их определения
2. Классификация измерений
3. Погрешность результата измерения
4. Составляющие и источники погрешности и/или неопределенности
5. Точечные оценки погрешности измерения.
6. Состоятельность, несмещенность точечных оценок
7. Эффективность точечных оценок
8. Стандартное нормальное распределение и функция Лапласа
9. Доверительный интервал, доверительная вероятность и доверительные границы.
10. Грубая погрешность и методы ее устранения
11. Средство измерений (СИ)
12. Метрологические характеристики СИ
13. Характеристики инструментальной погрешности
14. Нормирование погрешностей СИ
15. Классы точности СИ
16. Регулировка и градуировка СИ.
17. Устранение и минимизация чувствительности к влияющим факторам
18. Методы компенсации систематической погрешности
19. Поверочная схема. Поверка и калибровка СИ. Методы поверки
20. Порядок обработки прямых многократных измерений
21. Построение гистограммы эмпирического распределения результатов многократных наблюдений
22. Проверка гипотезы о нормальности распределения результатов наблюдения
23. Порядок обработки прямых однократных измерений
24. Обработка косвенных измерений
25. Упрощенный расчет погрешности косвенных измерений
26. Сравнительный анализ понятий погрешности и неопределенности
27. Рекомендации Руководства по выражению неопределенности измерения
28. Совместные измерения и метод наименьших квадратов
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. , Марамзина , стандартизация, сертификация: учеб. пособие. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. – 2006. – 239 с.
2. , , Угольников . – М.: Академический проект, 2006. – 256 с.
3. Шишкин метрология. Часть 1. Общая теория измерений. СПб.: Питер, 2010, 192 с.
4. , Голубь теория измерений. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 176 с.
5. Теория измерений: учебное пособие для вузов / [и др.] - М.: Высшая школа, 2007 - 151 с.: ил.
6. Оптические измерения: учебное пособие / [и др.] - М.: Логос, 2008 - 416 с.
7. Жуков, Владимир Константинович Теория погрешностей технических измерений: учебное пособие / ; Томский политехнический университет (ТПУ) - Томск: Изд-во ТПУ, 2009 - 180 с.: ил.
8. Шишкин, Игорь Федорович Теоретическая метрология: учебник для вузов / - 4-е изд. - СПб.: Питер, 2010-2012 - (Учебник для вузов).
Справочная литература
1. Федеральный закон Российской Федерации от 26 июня 2008 г. "Об обеспечении единства измерений".
2. , , Скороходов термины в области метрологии. Словарь-справочник. Под ред. . – М.: Изд. стандартов, 1989. – 113 с.
3. Корнеева словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. – М.: Русский язык, 1990. – 464 с.
Дополнительная литература
1. , Крохин . Учебное пособие. – М.: Логос, 2001. – 408 с.
2. Физические основы единиц измерения. – М.: Мир, 1980. – 208 с.
3. , Ялунина метрология. – М.: Изд-во стандартов, 2001. – 270 с.
4. , Зограф погрешностей результатов измерений. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 248 с.
5. Долинский результатов измерений. – М.: Изд-во стандартов, 1973. – 192 с.
6. , , Крупин . Шкалы, эталоны, практика. – М.: ВНИИФТРИ, 2004. – 222 с.
7. Карманный справочник инженера-метролога. М.: Изд. дом "Додэка-XXI", 2008. – 384 с.
8. Миф и оценка погрешности технических измерений. М.: Изд-во стандартов, 1976. – 144 с.
9. , , Шапиро средств электрических измерений: Справочная книга. – Л.: Энергоатомиздат, 1987.
10. Regtien P. P.L. Measurement Science for Engineers. Kogan Page Limited, 2005.
11. De Silva G. M.S. Basic metrology for ISO 9000 certification. Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 2002, 214 p.
12. Неопределенность результата измерения. Таллиннский технический университет, 2003. – 75 с.
Стандарты и нормативные документы
1. International vocabulary of metrology – Basic and general concepts and associated terms (VIM3), JCGM, 2008 (Международный словарь основных и общих терминов по метрологии. 3-е издание, 2008).
2. РМГ 29-99. Метрология. Основные термины и определения.
3. Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement: First edition. – ISO, Switzerland, 1993. – 101 pp. (имеется перевод: Руководство по выражению неопределенности измерения: Перевод с англ. под науч. ред. проф. – С.-Петербург: ВНИИМ им. , 1999. – 134 с.)
4. РМГ 83-2007 ГСИ. Шкалы измерений. Термины и определения.
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Лаборатория информационных технологий, 12 рабочих мест, мультимедийное оборудование, программное обеспечение MatLab, ANSYS, COMSOL, MultiSim.
2. Лаборатория метрологии и стандартизации, 12 рабочих мест (оснащенных современными цифровыми генераторами сигналов, осциллографами и мультиметрами), рабочие эталоны (осциллограф двухканальный LeCroy WaveSurfer 62Xs, многофункциональный калибратор Fluke 5520А, программируемый мультиметр Agilent 3458А), мультимедийное оборудование.
3. Лаборатория измерительных программных и информационных технологий, 15 рабочих мест, cистема графического программирования LabVIEW, системы сбора измерительных данных, мультимедийное оборудование.
4. Сертифицированный Центр технологий National Instruments (все основные платформы компании National Instruments: ELVIS, PXI, SCXI, CompactRIO, GPIB, 3D Vision, FieldBus), 12 рабочих мест, мультимедийное оборудование.
