Точность и периодичность измерений параметров

 

При разработке процессов следует для каждого объекта и параметра контроля назначить:

- категорию контроля;

- методы контроля (по полноте охвата, по характеру воздействия, по временной характеристике).

Для установления признаков, правил и требований выбора указанных элементов технического контроля особое значение имеет установление категорий геодезического контроля, разработанных автором [2, 3] на основе категорий качества продукции и категорий технической подготовки производств.

Под категорией контроля понимают градацию процессов контроля, устанавливаемую при их разработке, в зависимости от требований к качеству объектов контроля. Категория контроля определяет уровень качества самого контроля, характеризуемого достоверностью результатов, точностью, полнотой, оснащенностью измерительными средствами, правилами проведения и т. п.

Выбор категории контроля конкретного объекта осуществляется на основе его назначения, условий эксплуатации и других качественных признаков, приведенных в табл. 7.2.

 

Таблица 7.2

Классификация категорий контроля объектов

Категория

Общие качественные признаки

Проверка объектов контроля с требованиями особо высокого качества и наивысшего уровня надежности, а также повышенного уровня ответственности по экономическим, социальным и экологическим последствиям их отказов, для которых теоретическая вероятность отказа должна быть ничтожно мала (высотные плотины, реакторные установки, головные образцы сложного и высокопроизводительного оборудования большой единичной мощности и т. п.), а также отдельных объектов, преимущественно 2-й категории контроля при наличии критических дефектов.   Проверка объектов контроля с требованиями высокого качества и уровня надежности, а также повышенного уровня ответственности по экономическим, социальным и экологическим последствиям их отказов (здания и сооружения основного производственного назначения, испытывающие большие нагрузки и воздействия внутренней и внешней среды; основное крупногабаритное технологическое оборудование большой производительности с тяжелым режимом работы и высокой степе­нью использования и т. п.), а также отдельных объектов, преимущественно 3-й категории контроля, связанных с обеспечением безопасности и здоровья людей или при наличии критических дефектов.   Проверка объектов контроля с требованиями оптимального качества и среднего уровня надежности, а также нормального уровня ответственности по экономическим, социальным и экологическим последствиям их отказов (серийные здания и сооружения основного производственного назначения, не испытывающие больших нагрузок внешней и внутренней среды; здания и сооружения вспомогательного производственного и социального назначения, испытывающие значительные нагрузки внутренней и внешней среды; основное крупногабаритное технологическое оборудование большой производительности со средним и низким режимом работы), а также отдельных объектов, преимущественно 4-й категории контроля, связанных с обеспечением безопасности и здоровья людей или при наличии значительных дефектов.   Проверка объектов контроля с требованиями оптимального качества и низкого уровня надежности, а также пониженного уровня ответственности по экономическим, социальным и экологическим последствиям их отказов (здания и сооружения вспомогательного производственного и социального назначения, не испытывающие больших нагрузок внутренней и внешней среды, но при наличии значительных дефектов, крупногабаритное технологическое оборудование с низкими режимами работы при наличии значительных дефектов).   Примечание: В некоторых отраслях промышленности для оборудования введены свои категории контроля.

 

Категории контроля определяют не только достоверность и точность, но и состав методов контроля по временным, объемным и управляющим признакам.

По временной характеристике контроль разделяется на непрерывный периодический и летучий. От выбора временной характеристики зависят периодичность, объем и стоимость контроля, а также связанные с ними численность и квалификация контролеров, методы и средства измерений.

На основании проработки НТД в сфере строительства и машиностроения, а также опыта проведения геодезических работ, рекомендуется при проектировании ГК объектов промышленных предприятий применять методы контроля по временной характеристике, используя условия, приведенные в табл. 7.3.

 

 

Таблица 7.3

Назначение метода контроля по временной характеристике

Методы контроля

Условия применения

Непрерывный     Периодический     Летучий

Проверка технического состояния объектов, требующих самых высоких категорий контроля, когда контроль обусловлен требованиями самой высокой надежности, безопасности (например, при испытаниях ядерных установок атомных электростанций), когда решения о режимах работы объекта должны приниматься незамедлительно; непрерывный контроль должен осуществляться автоматическими или автоматизированными средствами измерений.   Проверка технического состояния объектов при планируемых нормальных режимах работы сооружений и оборудования; прогнозируемых поведениях объектов в процессе эксплуатации, стабильном характере производства; медленных изменениях геометрических параметров во времени, что характерно для большинства объектов промыш­ленных предприятий при их правильном проектировании, строительстве и эксплуатации.   Проверка технического состояния объектов в случа­ях аварийных ситуаций, отказов, непредусмотренных вы­ходах технических параметров за допустимые величины и других непредвиденных факторах, а также при инспек­ционных проверках.

 

По объемной характеристике контроль разделяют на сплошной и выборочный. От правильности выбора вида контроля по объемной характеристике зависят объемы выполнения контрольных операций, а следовательно, их трудоемкость, численность и квалификация контролеров, достоверность контролируемых параметров, выбор методов и средств измерений.

При проектировании ГК объектов промышленных предприятий рекомендуется применять методы, контроля по объемной характеристике, используя условия, приведенные в табл. 7.4.

 

Таблица 7.4

Назначение метода контроля по объемной характеристике

Методы контроля

Условия применения

Сплошной     Выборочный

Проверка технического состояния объекта при: - резко изменяющихся характеристиках технологических процессов, режимов грунтовых вод и физико-механических свойствах грунтов их оснований; - монтаже, наладке и испытаниях основного крупногабаритного оборудования; - видимых значительных деформациях конструкций зданий и сооружений и средств технического оснащения, обнаруженных в результате их обследования; - исследовательских работах на головных образцах оборудования; - отсутствия материалов систематических измерений осадок и деформаций оснований и фундаментов («упущенных осадок»); - нестабильном характере производства; - небольших объемах контролируемых объектов и единиц контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) или маяков в объекте; - повышенных требованиях к обеспечению заданной точности, связанных с необходимостью применения выборок большого объема.   Проверка технического состояния объекта при: - стабильных, нормальных режимах работы оборудования; - стабилизации осадок, горизонтальных перемещений, деформаций и других геометрических параметров конструкций зданий, сооружений и оборудования, установленных ранее при проведении сплошного контроля; - условии, если основные данные о нормальном техническом состоянии объекта могут быть получены из контроля по другим параметрам (например, выборочный контроль может быть установлен для контроля осадок колонн каркаса здания, если при контроле геометрических параметров подкрановых путей мостовых кранов в этом здании выявлено их хорошее состояние).

 

По управляющему воздействию на ход производственного процесса различают: пассивный и активный контроль. От правильности выбора метода контроля по управляющему воздействию зависит, в первую очередь, точность и периодичность контроля, а следовательно, и достоверность контроля.

Исходя из опыта работ, рекомендуется при проектировании ГК объектов промышленных предприятий применять методы контроля по управляющему воздействию, используя условия, приведенные в табл. 7.5.

Таблица 7.5

Назначение метода контроля по управляющему воздействию

Методы контроля

Условия применения

Пассивный     Активный

Проверка технического состояния объекта при: - оценке состояния конструкций зданий, сооружений и оборудования, для которых характер изменения параметров во времени не имеет выраженных закономерностей из-за множества воздействующих факторов, вследствие чего в элементах конструкций предусмотрены специальные устройства для подрихтовки в процессе эксплуатации (например, при оценке состояния подкрановых путей мостовых кранов); - оценке состояния объектов с нарушенным активным контролем, восстановить результаты которого невозможно; - оценке на текущий момент состояния конструкций зданий, сооружений и оборудования, если контроль ранее не предусматривался или не проводился (выявление «упущенных» деформаций); - оценке состояния зданий, сооружений и оборудования для целей реконструкции, проведения капитальных ремонтов; - оценке состояния объектов после взрывов, пожаров и наводнений; - установке и регулировке оборудования после ремонта.   Проверка технического состояния объекта при: - оценке состояния строительных конструкций и технологического оборудования, для которых характер развития деформации во времени имеет выраженную закономерность и прогнозируем до начала контроля (из опыта эксплуатации аналогичных объектов в идентичных условиях или расчетом по известным методикам); - исследованиях и испытаниях конструкций зданий, сооружений и оборудования (например, контроле положения валопровода турбоагрегатов при пусках и остановах).

 

Процессы геодезического контроля геометрических параметров рекомендуется разрабатывать последовательно, шаг за шагом.

1. На основании материалов проектирования, а также требований по выбо­ру объектов геодезического контроля назначают объекты, подлежащие контро­лю, и дают краткую характеристику их технических и экономических показате- лей и условий работы, влияющих на выбор категории, методов и режимов кон­троля.

2. На основании характеристики объекта контроля, его конструктивных решений и условий его работы назначают вид и допустимую величину отклонений геометрических параметров со ссылкой на нормативный документ, проект или подтверждающий расчет.

3. На основании общих качественных признаков, характеризующих категорию контроля, признаков и показателей каждого конкретного объекта и требований к назначению методов и режимов контроля, проектируют процессы контроля.

 

Категорию контроля, а также методы контроля по объемной, временной характеристикам и управляющему воздействию студенту следует назначить по табл. 7.2 — 7.5, используя заданные характеристики объекта и условия его эксплуатации.

Эту информацию студенту следует записать в графы 4 и 5 таблицы по образцу прил. 1 и использовать в дальнейшем для назначения точности контроля параметров.

При ГК технического состояния объектов промышленных предприятий применяют нормы точности для пассивного (контроль постоянных параметров) и активного (контроль переменных параметров) метода [3].

При контроле постоянных параметров точность устанавливается, как правило, введением понижающего коэффициента (коэффициента точности с_п) на технологические или эксплуатационные допуски. При этом понижающий коэффициент принимается по различным литературным источникам от 0,2 до 0,7 в зависимости от требуемой достоверности получения результатов контроля. В этих случаях точность геодезического контроля выражается формулами [2, 3]:

 

 

∆_г(п)=с_n∆_э; ∆_г(п)=с_n∆_тех; σ=m_г(п)= с_n∆_э/6= с_n∆_тех/6; (7.1)

δ_г(п)= с_nδ_э; δ_г(п)= с_nδ_тех; σ= m_г(п)= с_nδ_э/3= с_nδ_тех/3;

 

при условии ∆=2δ=6σ=6m,

 

δ_г(п) - допускаемое отклонение на геодезические измерения при пассивном контроле;

δ_э, δ_тех - соответственно, эксплуатационное и технологическое предельное отклонение;

σ - среднее квадратическое отклонение (СКО) результата измерения при пассивном контроле (термин применяется в метрологии, наряду с термином средняя квадратическая погрешность (РМГ-29-99);

m_г(п) - спедняя квадратическая погрешность (СКП) измерения при пассивном контроле (термин применяется в метрологии, геодезии и инженерной геодезии, согласно РМГ-29-99).

 

Чем меньше коэффициент точности с_n тем выше достоверность контроля, т. е. точнее будет выполнена разбраковка проверяемых деталей (конструкций объекта) на годные (в допуске) и негодные (вне допуска), тем меньше будет относительный выход за границу поля допуска, тем меньше ожидаемый процент повторной разбраковки.

Для практического применения названной методики очень важно назначить конкретные величины коэффициента точности с_п для разнообразнейших объектов контроля. Так как коэффициент с_п характеризует достоверность разделения измеренных значений геометрических параметров на допустимые и недопустимые, основным критерием к его применению следует считать категорию геодезического контроля объекта промышленного предприятия, которая зависит от технико-экономических показателей объекта (табл. 7.6).

Таблица 7.6

Показатели точности и достоверности категорий геодезического контроля

Категория контроля	Точность контроля (значение коэффициента точности сп)	Ожидаемый процент повторной разбраковки конструкций	Диапазон величин параметров, подвергаемых повторной разбраковке
	0,20 0,30 0,40 0,50	2,7 7,1 9,4 11,7	(0,90-1,10) δэ (0,85-1,15) δэ (0,80-1,20) δэ (0,75-1,25) δэ

 

Нормы точности геодезических измерений при активном контроле предназначаются для решения точностных задач, связанных с изучением и контролем характера изменений размеров, положения и формы сооружений и оборудования, а также их элементов во времени от статических и динамических нагрузок. По существу, это нормы точности измерений при контроле развития осадок, горизонтальных перемещений сооружений и их оснований, а также деформаций их конструкций во времени. В этих случаях важно изучить характер изменения параметра через определенные интервалы времени, сравнить результаты этих изменений с заданными проектными или нормативными значениями » сделать соответствующие выводы и решения заблаговременно, упреждая нежелательный ход событий.

Известно, что при контроле какого-либо геометрического параметра объекта, при соблюдении заложенных проектом условий строительства и эксплуатации распределение действительных отклонений конструкций будет подчиняться законам, описанным выше. Если построить графики изменений геометрических параметров во времени, то они, как правило, описываются кривыми, имеющими асимптоты, отстояние которых от оси ординат будет равно δ_i. Из всех этих графиков интересны только графики тех кривых, асимптота которых отстоит от оси ординат на величину предельного отклонения δ_э, так как именно она является границей качественного состояния конструкций объекта.

График такой кривой, показывающей изменение во времени эксплуатационного отклонения δ_i(t) (например, развития осадки), представлен на рис. 7.2. Чтобы получить такой график, предельное отклонение δ_э разбивается на интервалы слежения δ_инт. В результате пересечения кривой δ_i(t) с границами интервалов образуются точки А, В, С.

 

 

Рис. 7.2. Кривая изменения геометрического параметра во времени

с допускаемым отклонением и погрешностями измерений

при пассивном и активном контролях

 

Из теории планирования экспериментов известно, что, чем меньше выбрана величина δ_инт тем большее число контрольных точек будет при экспериментальном изучении какого-либо процесса или явления, тем более точно будет подобрана функция, описывающая данный процесс. Эти положения справедливы и для контроля переменных геометрических параметров, а следовательно, и для прогнозирования и управления процессом, характеризующим техническое состояние конструкций зданий, сооружений и оборудования промышленных предприятий.

Однако увеличение числа точек потребует увеличения числа измерений и повышения точности измерений. По временной характеристике такой контроль будет являться периодическим и должен выполняться через определенные интервалы времени, величина которых будет зависеть от величины выбранного интервала слежения и планируемого хода развития процесса эксплуатации, например, процесса консолидации грунтов основания.

Вполне логично для целей назначения точности измерений при активном контроле применить теорию назначения точности, используемую при пассивном контроле, но уже с учетом требований, изложенных выше. А именно, точность контроля следует сопоставлять не с величинами предельных отклонений δ_э геометрических параметров, а с величинами интервалов слежения δ_инт. Тогда точность измерения параметра при активном контроле, характеризующаяся предельным отклонением δ_г(а) получится делением допускаемого отклонения на геодезические измерения при пассивном контроле δ_г(п) на число φ равных интервалов слежения или n-l (п- число циклов измерений):

 

(7.2)

 

либо по преобразованной формуле

 

(7.3)

 

причем

 

(7.4)

 

, (7.5)

где с_ак – коэффициент точности при активном контроле

 

По предлагаемому методу расчета требуемой точности измерений при контроле отклонений геометрических параметров предельные значения отклонений δ_э выбирают согласно подразделу 7.2, коэффициент точности измерений с_п - из табл. 7.6. Величина и число интервалов слежения должны выбираться в зависимости от задач контроля, экономической целесообразности, правил безопасной эксплуатации сооружений и оборудования, возможностей геодезической техники измерений и т. п.

Минимальное число интервалов φ, которое является основой для расчета точности, определяется по формуле:

 

(7.6)

Это объясняется тем, что при числе интервалов, равном 1/с_n+1, величина интервала слежения δ_инт (см. рис. 7.2) с учетом предельного отклонения δ_г(а) измерения при активном контроле, будет равна предельному отклонению измерения постоянного параметра δ_г(п):

 

(7.7)

 

Следовательно, за время между циклами измерений при планируемом процессе эксплуатации не произойдет неконтролируемого выхода изменяющегося во времени параметра, с учетом ошибки его измерения, за границу эксплуатационного отклонения.

При расчете точности измерений студенту следует сначала по назначенной категории контроля из табл. 7.6 выбрать коэффициент точности с_п для пассивного контроля, а затем вычислить по формуле (7.4) коэффициент точности с_ак для активного контроля. Результаты следует записать в графы 6 и 7 таблицы прил. 1.

Далее в курсовой работе следует рассчитать точность измерений параметров для активного контроля, как наиболее часто применяемого при эксплуатации зданий и сооружений.

Расчет точности следует произвести для параметров:

- допустимая абсолютная осадка здания (S_i),

- допустимая относительная разность осадок (i).

 

Расчет производится по формуле (7.3) для активного контроля

 

(7.8)

 

где δ_г(а) - предельная ошибка измерения параметра;

с_n - коэффициент точности при пассивном контроле;

δ_э- допускаемое предельное отклонение на геометрический параметр, выбираемый по табл. 6.1 для заданного варианта (δэ=S_i – для абсолютной осадки здания, δ_э=i - для относительной разности осадок).

 

Пример.Пусть задано: с_п = 0,40, S_i = 80 мм, i = 0,002.

 

Согласно (7.3), будем иметь:

а) предельная ошибка измерения параметра «абсолютная осадка здания»

 

(7.9)

 

а СКП составит

 

 

б) предельная ошибка измерения параметра «относительная разность осадок»

 

(7.10)

 

а СКП составит