Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Развитие эталонной базы и метрологического обеспечения в приоритетных областях



 

В первоочередном порядке Программой (Планом) развития
эталонной базы России предусмотрено совершенствование Государственных первичных эталонов, играющих важную роль в повышении уровня метрологического обеспечения приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации, утвержденных Президентом Российской Федерации 21 мая 2006 г. № Пр-843. Особое место занимают работы, целью которых является опережающее развитие метрологического обеспечения нанотехнологий и наноиндустрии, а также других приоритетных направлений экономики.

Совершенствование эталонной базы России и удовлетворение
измерительных потребностей в приоритетных направлениях тесно
связаны с развитием приборостроения, использующего новейшие
достижения мировых технологий.

Совершенствование Государственных эталонов основных единиц системы СИ - времени и длины, а также Государственною эталона единицы плоского угла позволит повысить их точность от 2 до 100 раз и увеличить производительность до 100 раз. Что даст
возможность дальнейшего роста точности в большинстве других
видов измерений и метрологически обеспечит приоритетные направления: «Индустрия наносистем и материалов», «Транспортные, авиационные и космические системы». «Перспективные вооружения, военная и специальная техника», «Информационно-телекоммуникационные сети», в частности, будет способствовать созданию системы метрологическою обеспечения нанотехнологий, производства сверхбольших интегральных микросхем, аппаратуры спутниковых геофизических систем, навигационных систем ГЛОНАСС и создаваемой в соответствии с Поручением Правительства Российской Федерации № АЖ-П7-5684 от 19 октября 2004 г. Единой Системы Координатно-Временного и Навигационного Обеспечения Российской Федерации (ЕС КВНО) с повышением более чем в 3 раза (в части измерений времени) ее точностных характеристик, а также систем высокоточного оружия.

Планируемое повышение точности и расширение диапазонов
измерений Государственных эталонов единиц теплопроводности
и температурного коэффициента линейного расширения твердых тел
позволит повысить до международного уровень метрологического
обеспечения измерений этих важнейших свойств материалов, уменьшить потери энергоресурсов и повысить энергетическую безопасность России. В частности, совершенствование Государственного эталона единицы теплопроводности направлено на повышение уровня метрологического обеспечения в приоритетных направлениях развития науки и техники («Энергетика и энергосбережение». «Рациональное природопользование», «Транспортные, авиационные и космические системы») и критических технологиях («Технологи собрания новых поколений ракетно-космической, авиационной и морской техники»». «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии»). Будет повышена точность измерительного контроля при сертификации по теплопроводности новых теплозащитных материалов и покрытий, предназначенных для применения в строительстве, авиации. космической технике, объектах ВПК и др.

Совершенствование ГЭ единицы температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) с расширением температурного
диапазона измерений от 1800 до 3000 К направлено на дальнейший
рост точности измерений ТКЛР в стране и совершенствование
метрологического обеспечения приоритетных направлений («Индустрия наносистем и материалов», «Транспортные, авиационные и космические системы»). В результате модернизации эталона будут решены проблемы поверки, калибровки, испытаний высокотемпературных СИ ТКЛР материалов, сертификации материалов, функционирующих при высоких температурах по ТКЛР. и обеспечен технологический контроль производства материалов по ТКЛР до 3000 К, в том числе керамических материалов, широко применяемых в машиностроении, космической и инструментальной промышленности (теплонапряженные элементы двигателей, износостойкие пары трения, фильтры, сопла, бандажи, нитеводители, тигли, контейнеры для плавления особо чистых веществ, термопарные чехлы, лезвийный, штамповый, измерительный и абразивный инструменты).

На повышение уровня метрологического обеспечения приоритетного направления «Энергетика и энергосбережение» направлено совершенствование ГЭ единиц энергии сгорания и электрической мощности. Целью этого является расширение диапазонов измерений, повышение точности измерений в области газовой калориметрии и точности учета электрической энергии у потребителей, создающих переменную несимметрию в трехфазных сетях и искажения формы кривых напряжения и тока. Проблема точности учета энергетических ресурсов в настоящее время является стратегической задачей развития всей российской промышленности. Каждый процент экономии энергоресурсов равноценен приросту 0,35-0,4 % национального дохода. В результате модернизации будет повышена точность оценки калорийности твердых и жидких топлив б теплоэнергетике, металлургии, нефтехимической промышленности и обеспечена возможность устранения потерь электрической энергии путем разработки соответствующих энергосберегающих технологий.

Совершенствование Государственного эталона единицы обьемного расхода нефтепродуктов позволит расширить диапазон воспроизведения единицы в 5 раз и повысить точность эталона в 2 раза, уменьшить потери нефти и нефтепродуктов при коммерческих операциях. Будет расширена номенклатура поверяемых и подвергаемых испытаниям рабочих и эталонных СИ объемного расхода нефтепродуктов, повышено качество и конкурентоспособность отечественных СИ до мирового уровня, метрологически обеспечено внедрение в Российской Федерации международных норм и правил в этой области. Отсутствие качественной системы учета нефти, начиная с ее добычи и заканчивая переработкой, грозит предприятиям Российской Федерации астрономическими финансовыми убытками. Сегодня крупные компании в полной мере осознают необходимость оснащения своих объектов метрологически надежным оборудованием, способным обеспечить высшую точность измерения этих показателей в непрерывном автоматическом режиме с выводом результатов измерений на рабочее место оператора.

Ряд мероприятий по развитию эталонной базы России нацелен
на решение проблем приоритетного направления «Перспективные
вооружения, военная и специальная техника». К ним можно отнести совершенствование ГЭ единицы звукового давления в водной среде для повышения дальности акустических систем обнаружения и связи, обеспечения возможности контроля и мониторинга опасных природных явлений. Повышение точности гидроакустических измерений в натурных условиях на 3 дБ может привести к экономии до 30 млрд руб.

На решение проблем приоритетного направления развития науки и техники «Транспортные, авиационные и космические системы» направлено совершенствование ГЭ единиц силы и давления.
Повышение точности измерений от 2 до 10 раз. расширение диапазонов измерений и функциональных возможностей эталонов позволит повысить безопасность эксплуатации объектов авиакосмического комплекса, электронной, металлургической и медицинской промышленности, а также обеспечить поверку нового поколения динамометров, манометров, вакуумметров, высотомеров и барометров.

На ранение проблем приоритетных направлений «Безопасность
и противодействие терроризму». «Индустрия наносистем и материалов» и «Рациональное природопользование» нацелено совершенствование ряда ГЭ единиц величин ионизирующих излучений.

Так, улучшение характеристик и расширение функциональных
возможностей этой группы эталонов обеспечит необходимый фундамент для повышения точности измерений в радионуклидной диагностике сердечно - сосудистых и онкологических заболеваний, увеличит точность измерений терапевтических лоз в рентгенодиагностике и маммографии, повысит уровень контроля за радиационной безопасностью объектов атомной энергетики и радиационно опасных производств, позволит измерять малые уровни активности радионуклидов в пробах окружающей среды для объективной идентификации загрязненных объектов.

На решение измерительных задач приоритетного направлена развития науки и техники «Живые системы» направлено совершенствование ГЭ единицы скорости воздушного потока в части расширения диапазона измерений и повышения точности измерении до 1,5 раз, что позволит обеспечить повышение точности определения аэродинамических характеристик летательных аппаратов и перемещения вредных веществ в атмосфере при экологическом
мониторинге.

Совершенствование ряда ГЭ единиц параметров радиочастотного электромагнитного поля (ВЧ и СВЧ мощности, напряженности
электрического и магнитного поля, спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения), волнового сопротивления в коаксиальных волноводах и комплексной диэлектрической проницаемости позволит повысить уровень метрологического обеспечения приоритетных направлений науки и техники «Индустрия наносистем и материалов», «Информационно-телекоммуникационные системы», «Перспективные вооружения, военная и специальная техника», «Транспортные, авиационные и космические системы». В результате модернизации будет повышена точность эталонов, в 1,5-2,5 раза и более расширены диапазоны рабочих частот; увеличено количество поверяемых СИ нового поколения, что создаст основу для существенного повышения качества изготовления СВЧ элементов и узлов в радиоприборостроенин.

Программой запланировано создание новых и совершенствование существующих ГЭ в составе эталонных комплексов, направленных на метрологическое обеспечение приоритетных направлений
науки, техники и технологий, а также ключевых проблем реального сектора экономики, социальной сферы и обороны страны.

Создание комплекса физико-химических эталонов в области
мониторинга окружающей среды, безопасности пищевых продуктов, лабораторной медицины, нефтегазовых и химических технологий направлено на метрологическое обеспечение Президентского
национального проекта в области здравоохранения и приоритетных
направлений развития науки, технологий и техники «Рациональное
природопользование», «Информационно-телекоммуникационные системы», «Транспортные, авиационные и космические системы»,
«Индустрия наносистем и материалов», «Живые системы», «Энергетика и энергосбережение». Создание комплекса обеспечит повышение точности контроля содержания вредных веществ в промышленных выбросах и запыленности воздуха предприятий
микроэлектронной, фармакологической, космической промышленности, качества нефти, нефтепродуктов и новых типов продукции нефтегазовой отрасли, качества пищевых продуктов, достоверности массовых лабораторных анализов, проводимых в медицинских учреждениях, а также повысит конкурентоспособность российских товаров и услуг.

Создание эталонного комплекса взаимосвязанных единиц базовых электромагнитных величин на основе использования квантовых
эффектов Холла и Джозефсона и применения квантовых атомных
магниторезонансных преобразователей и эталонного комплекса в области электроэнергетики направлено на решение проблем приоритетных направлений «Индустрия наносистем и материалов», «Информационно-телекоммуникационные системы». «Перспективные
вооружения, военная и специальная техника», «Энергетика и энергосбережение». Это позволит на высшем уровне точности метрологически обеспечить выпуск и эксплуатацию современной магиито-измерительной техники, а также средств измерений и диагностики, предназначенных для приборостроения, энергетики и оборонной промышленности.

Использование эталонных комплексов позволит повысить уровень защиты общества от последствий аварий в энергосетях и системах, повысит конкурентоспособность отечественной электроэнергии на внешнем рынке, увеличит срок службы промышленных и бытовых электроприборов, повысит качество продукции электро-технической промышленности и конкурентоспособность наукоемких и высокотехнологичных производств реального сектора экономики и оборонного комплекса, позволит метрологически обеспечить глобальную сеть магнитных обсерваторий, включающую около 300 непрерывно действующих магнитоизмерительных комплексов. От единства и точности этих измерений зависит решение таких проблем, как измерение параметров, характеризующих свойства, состав геологических объектов, влияние на климат и жизнедеятельность человека физической природы земного магнетизма, его динамическое развитие и воздействие на глобальные и локальные
физические процессы, включая глубинные, тектонические, климатические; протезирование землетрясений; изучение солнечно-земных связей, ионосферных и магнитосферных процессов и их обратного влияния на динамику магнитного поля Земли; изучение магнитных полей в ближнем и дальнем космосе; магнитная разведка для поиска полезных ископаемых и детального магнитного картирования.

В частности, внедрение комплекса эталонов в области электроэнергетики - эталонного высоковольтного полигона, а также сети рабочих эталонов для региональных служб создаст условия для увеличения экспорта электроэнергии благодаря повышению качества отечественной электроэнергии до мирового уровня; более чем двукратного снижения вероятности аварий в высоковольтных сетях; снижения потерь энергии за счет повышения точности измерения параметров количества и качества электроэнергии в высоковольтных сетях.

Создание ГЭ единицы ускорения для области гравиметрии позволит метрологически обеспечить решение измерительных задач
приоритетных направлений развития науки, технологий и техники
РФ: «Транспортные, авиационные и космические системы», «Рациональное природопользование», «Перспективные вооружения, военная и специальная техника», «Технологии создания новых поколений ракетно-космической, авиационной и морской техники», «Технологии мониторинга и пpoгнозирования состояния атмосферы и гидросферы», «Технологии создания интеллектуальных систем навигации и управления», «Базовые и критические военные, специальные и промышленные технологии».

Создание фоторадиометрического комплекса эталонных средств
нового поколения для обеспечения единства оптико-физических
измерений в области космической метрологии и технологий двойного применения позволит решить ряд важнейших задач, включая предполетную калибровку многозональной аппаратуры космического базирования для мониторинга окружающей среды из космоса, калибровку средств дистанционного зондирования и обработку данных для определения характеристик почв и использования земельных угодий, осуществить исследования в области климатологии, обеспечить внедрение новых видов энергосберегающей светотехники. передовых отечественных технологий производства светотехнических изделий, осуществить мониторинг озонного слоя Земли, создать системы метрологического обеспечения субмикронной фотолитографии для наноэлекгроники, диагностики высокотемпературной плазмы, определения концентрации отравляющих газов к воздушной среде в целях обеспечения безопасности и противодействия терроризму. Создание фоторадиометрического комплекса направлено на решение проблем приоритетных направлений «Безопасность и противодействие терроризму», «Рациональное природопользование», «Индустрия наносистем и материалов», «Информационно-телекоммуникационные системы», «Транспортные, авиационные и космические системы», «Перспективные вооружения, военная и специальная техника». Комплекс будет использован при создании космических информационных систем в рамках Глобальной системы наблюдения Земли, одобренной представителями 60 государств Европейского coюза и более 30 международных организаций. Применение эталонного комплекса позволит повысить достоверность предсказания погоды и возникновения опасных метеорологических явлений на 25 %, обеспечит ежегодную экономию электоэнергии только для целей освещения в объеме 2,5-3 млн кВт/ч. Снизить травматизм на 60 % за счет аттестации рабочих мест, снизить количество дорожно-транспортных происшествий на 15-20% за счет повышения точности воспроизведения цветовых характеристик светофоров, дорожных знаков и дорожной разметки.

Создание эталонного комплекса для метрологического обеспечения лазерной, волоконно-оптической и фемтосекундной техники позволит решить ряд важнейших измерительных задач приоритетных направлений «Перспективные вооружения, военная и специальная техника» и «Информационно-телекоммуникационные системы».

Эталонный комплекс будет использован при создании новых видов вооружения и военной техники (лазерные дальномеры, прицелы, гироскопы и др.), а также в качестве составной части новой ингегрированной телекоммуникационной системы России, относящейся к стратегической национальной инфраструктуре. Применение эталонного комплекса позволит в 1,5 раза повысить пропускную способность волоконно-оптических линий связи, увеличить дальность определения расстояний до места повреждения волоконно-оптических кабелей до 500 км, в 2 раза повысить скрытность и помехозащищенность передаваемой информации.

Создание эталонного комплекса для высокотехнологичных наукоемких производств направлено на решение проблем приоритетных направлений «Информационно-телекоммуникационные системы», «Транспортные, авиационные и космические системы»,
«Перспективные вооружения, военная и специальная техника». Использование эталонного комплекса позволит на высшем уровне точности метрологически обеспечить качество и повысить конкуренто-способность отечественной продукции прецизионного машиностроения и приборостроения, аэрокосмической, автомобильной промышленности, оборонного комплекса, других наукоемких и высокотехнологичных производств реального сектора экономики. В результате создания эталонного комплекса для высокотехнологичных наукоемких производств будут обеспечены возможности:

изготовления на качественно новом уровне авиационных двигателей пятого поколения и другой высокотехнологичной авианионной и космической техники, основанной на сверхточности изготовления ее элементов, в 1,5-3 рай улучшены их эксплуатационные показатели (геометрические допуски, шумовые характеристики, мощность двигателей и т. д.), что превысит уровень зарубежных аналогов;

повышения в 1,5-3 раза (пропорционально увеличению точности
эталонов) безопасности функционирования прецизионных узлов атомного энергетического машиностроения, трубопроводного транспорта (нефтепроводов, газопроводов и т. д.);

улучшения в 1,5-3 раза аэродинамических свойств летательных
аппаратов с увеличением их ресурса, экономии топлива, скоростных характеристик и др.;

производства новых высокоточных элементов медицинской техники, высококачественных износостойких протезов- искусственных заменителей органов человека (клапанов сердца, суставов и др.), средств контроля нанометровых размеров частиц суспензий лекарственных препаратов;

улучшения точностных и других эксплуатационных показателей
вооружения;

увеличения в 1,5-3 раза разрешающей способности оптических
систем, в том числе военного назначения (оптических прицелов,
приборов слежения и др.).

Создание комплекса эталонов в миллиметровом диапазоне
длин волн, формы и спектра радиотехнических сигналов направлено на решение проблем приоритетных направлений «Информационно-телекоммуникационные системы». «Рациональное природопользование» и позволит обеспечить поверку всех СИ мощности электромагнитных колебаний СВЧ-миллиметрового диапазона, имеющегося на территории РФ. С учетом динамики его роста повысить качество связи в различных областях российской экономики (военная, космическая, промышленная, телефонная и другая связь), существенно повысить качество передачи информации по теле- и радиоканалам за счет снижения нелинейных искажений сигнала.

 

2.3.3 Информационно - метрологическое сопровождение жизненного
цикла машин и механизмов

 

Качество промышленной продукции и ее конкурентоспособность
в конечном счете определяются качеством метрологического, точнее информационно-метрологического сопровождения производства, т. е. быстродействием и точностью информационно-измерительных систем, входящих в состав технологического оборудования или встроенных в него и ответственных за обеспечении точного соответствия параметров изделий и технологических процессов заданным значениям.

Однако в машиностроении уровень знаний о значениях параметров как конструкционных материалов и самих конструкций машин, так и режимов технологических процессов, используемых при их создании, ограничен относительными погрешностями измерении на уровне 1-0,1 %. Степень знания о техническом состоянии машин и механизмов традиционно компенсируется применением кратных запасов прочности, тщательной и длительной конструкторско-технологической отработкой изделий при их испытаниях, а на стадии эксплуатации – системой профилактических осмотров и плановопредупредительных ремонтов.

Наступившее в последние десятилетия снижение объемов и темпов обновления парка вырабатывающей свой ресурс техники, в первую очередь в энергетике и на транспорте, повлекло за собой увеличение числа не только технических аварий, но и техногенных катастроф. Так например, потрясшая страну, катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС в августе 2009 г. показала уровень технического состояния генерирующих мощностей отечественной гидроэнергетики и поставила вопрос о необходимости ее модернизации. Эта катастрофа - закономерное следствие как технического состояния материальной части, так и низкого уровня профессионализма персонала всех рангов. Следует отметить и постоянные неисправности в работе авиационной техники (в частности вертолетов), сопровождающиеся человеческими жертвами.

Каким же будет путь решения этой проблемы? Возможен простой, но весьма затратный подход, заключающийся в сплошной замене устаревшей техники. Но выход из полосы участившихся технических аварий может быть также обеспечен благодаря использованию отечественного научного потенциала, информационно-метрологического обеспечения полного жизненного цикла промышленной продукции. Такой подход разработан на кафедре «Метрология и взаимозаменяемость» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Суть этого подхода заключается в том, что вместо любого предельно затратного решения, основанного на полной замене всего генерирующего оборудования, обосновывается решение, обещающее кратное (в 3-4 раза) снижение затрат на модернизацию отрасли и основанное на максимальном использовании прошедших процедуру дефектации деталей гидротурбин, их реновации и индивидуальной сборке, по своему метрологическому уровню близкой к характерной для прецизионных устройств точной механики.

Без преувеличения можно утверждать, что возникшая проблема имеет непосредственное отношение к проблеме национальной
безопасности. Ее решение и выход из сложившегося положения обеспечивает разработка сквозного информационно-метрологического сопровождения создания и эксплуатации изделий на основе прецизионного хронометрического контроля фазы рабочего цикла и резкое повышение точности измерений, обеспечивающих производство и эксплуатацию машин и механизмов.

Сегодня резкое сокращение сроков создания новой техники происходит в основном за счет сокращения времени на каждый из
этапов разработки и испытаний, поэтому проблемы получения информации для доводки конструкции переходят на последующие
этапы. Для исследования и диагностики изделий необходимо создать методы и средства, имеющие единую структуру информационного сопровождения (физические величины и характеристики) и конструктивные решения средств измерений, позволяющие сравнивать информацию об изделии на всех этанах сю жизненного цикла.

Однако между достигнутым уровнем метрологического обеспечения машиностроения и результатом фундаментальных научных исследований существует большая разница. Обеспечить надежную аварийную защиту механизма, у которого деградируют
параметры конструкционного материала, возможно только проводя систематический измерительно-вычислительный мониторинг его технического состояния. При этом важно непосредственно
в процессе эксплуатации установить законы изменения параметров
конструкционных материалов техническими средствами с помощью компактных встроенных систем. Проблема успешно решается благодаря современным средствам и методам прецизионной
фазохронометрии - удается надежно регистрировать индивидуальные особенности каждого отдельного экземпляра контролируемых объектов, выпускаемых серийно и практически идентичных, т. е. неразличимых традиционно применяемой (штатной) контрольно-диагностической аппаратурой. Таким образом, фазохронометрия обладает своего рода разрешающей способностью, обеспечивающей:

надежную регистрацию различия идентичных в исходном состоянии объектов;

девиацию во времени или деградацию параметров конструктивных элементов машин и механизмов и конструкционных материалов, из которых они изготовлены.

Благодаря этому открываются возможности реализации принципиально новых инженерных решений высокого уровня, в том числе:
создание компактных встроенных фазохронометрических систем, способных обеспечить не просто информационно-метрологическое сопровождение функционирующих машин и механизмов, но и прогнозирующий измерительно-вычислительный мониторинг их
технического состояния;

прецизионный входной и выходной контроль, сертификационные
испытания;

непрерывное информационное сопровождение полного жизненного цикла машин и механизмов.

В последнем случае достигается оптимальное сочетание систематических фазохронометрических измерений (включая применение встроенных систем активного тестового контроля) с оперативной математической обработкой их результатов.

Результаты измерений используются для идентификации математических моделей объектов, их непрерывного уточнения, во-первых, для адаптации математической модели к текущему техническому состоянию объекта и построения прогноза и, во-вторых, для многофакторного математического имитационного моделирования в целях оптимизации параметров конструкции, ее модернизации и сокращения объемов опытно-конструкторских работ и натурных технологических испытаний.

К настоящему времени достижения науки и техники не обеспечивают в полной мере возможности оперативного ввода всего объема необходимой научной информации непосредственно в производственные и технологические процессы. Подобная ситуация
сложилась и при эксплуатации энергетических и транспортных систем. Здесь фазохронометрия - оптимальный канал получения
и ввода научной информации непосредственно в процесс производства и эксплуатации.

Фазохронометрия открывает принципиально новые возможности повышения качества промышленной продукции на основе радикальных инженерных решений. Применение фазохронометрических средств и методов позволяет реализовать прогнозирующий измерительно-вычислительный мониторинг технического состояния объекта и предотвращение аварий.

Тем самым открывается возможность измерительно-вычислительного прогнозирующего мониторинга технического состояния машин и механизмов. Однако главный результат применения такого подхода заключается в обеспечении возможности информационно-метрологической поддержки полного жизненного цикла машин и механизмов, при котором математическое обеспечение, осуществляемое на основе постоянно отслеживающих изменения технического состояния объекта многофакторных математических моделей, становится неотъемлемым компонентом процессов производства и эксплуатации технических объектов.

Материальной основой реализации предлагаемого подхода служат фазохронометрические системы, способные, как практически установлено, на мощных турбоагрегатах ТЭЦ снизить относительные погрешности измерений до 5 • 10-4 %. Дальнейшее наращивание точностей открывает для машиностроительных технологий принципиально новые перспективы.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.