ГОСТ Р 70104-2023. Национальный стандарт Российской Федерации. Вибрация. Измерения вибрации на рабочих местах. Методы оценки неопределенности измерения

5 Измеряемая величина и ее неопределенность

 

5.1 Общие положения

 

Строгое определение измеряемой величины A(8) зависит от того, каким образом определен рабочий день, для которого проводят измерения. С точки зрения оценки долговременного воздействия вибрации предпочтительной является концепция номинального (смоделированного) рабочего дня (см. 5.2). Все расчеты и примеры в настоящем стандарте приведены для этого случая.

Иногда, однако, интерес может представлять оценка A(8) для конкретного (реального) рабочего дня. Процедуры измерений и расчетов для реального рабочего дня будут те же, что и для номинального рабочего дня, за исключением того, что испытательная лаборатория должна будет самостоятельно оценить время выполнения каждой рабочей операции, для которой проводят измерения вибрации, вместе с соответствующей неопределенностью (см. ГОСТ 31319 для общей и ГОСТ 31192.2 для локальной вибрации). В данном случае время выполнения операции будет дополнительной влияющей величиной в модели измерений.

Пример расчета неопределенности измерения для A(8) на основе данных, полученных в процессе измерения, и оценок влияющих величин, рассмотренных в разделе 6, приведен в приложении Б.

 

5.2 Номинальный рабочий день

 

5.2.1 Формирование номинального рабочего дня

Обычно измерения вибрации выполняют с целью оценки ее типичного долговременного воздействия на данном рабочем месте. В этом случае интерес представляют измерения вибрации не в произвольно выбранный рабочий день, поскольку результаты таких измерений могут существенно отличаться день ото дня, а для некоторого номинального рабочего дня, который можно рассматривать как некоторый "средний" рабочий день с точки зрения выполняемых рабочих операций и их длительностей на достаточно продолжительном интервале времени, который может включать в себя недели, месяцы и даже годы.

Примечание 1 - В ГОСТ 31192.2 и ГОСТ 31319 такой день назван типичным рабочим днем.

Примечание 2 - Даже в том случае, когда заданный номинальный рабочий день является представительным для данного работника, к использованию полученного в ходе измерений значения A(8) с точки зрения долговременного воздействия вибрации следует относиться осторожно, поскольку оно получено для того состояния работника, какое было в момент измерений. В процессе трудовой деятельности могут изменяться как характеристики тела работника, так и навыки его работы, что может привести к существенному изменению величины A(8).

 

Сформированный номинальный рабочий день должен представлять собой набор хорошо описанных рабочих операций с указанием времени воздействия вибрации при выполнении каждой такой операции и при необходимости условий окружающей среды (температуры, давления, относительной влажности воздуха, погодных условий).

Примечание 3 - Время воздействия вибрации в процессе выполнения рабочей операции не следует путать с продолжительностью этой операции, которая в некоторых случаях может быть много больше.

 

Следует иметь в виду, что составление номинального рабочего дня и выполнение измерений вибрации на рабочем месте являются разными задачами, которые в общем случае выполняют разные лица в соответствии с возложенной на них ответственностью. Неправильно сформированный рабочий день может привести к тому, что полученная оценка вибрации не будет представительной для ее долговременного воздействия на данном рабочем месте. Но это обстоятельство не следует рассматривать как влияющий фактор с точки зрения неопределенности измерения, поскольку измерение предполагает наличие строгого определения измеряемой величины (см. 4.1), которое основано на сформированном номинальном рабочем дне.

Примечание 4 - На практике может оказаться, что испытательная лаборатория, проводящая измерения, участвует также в составлении номинального рабочего дня. Но и в таком случае эта задача будет иной, нежели проведение измерений, и она не должна рассматриваться с точки зрения неопределенности измерения.

 

В настоящем стандарте предполагается, что номинальный рабочий день всегда может быть представлен в виде совокупности рабочих операций. В некоторых случаях разбиение рабочего дня на операции неочевидно. Так, водитель грузового автомобиля в течение всего рабочего дня может быть занят перевозкой грузов. В этом случае номинальный рабочий день может быть сформирован, например, как совокупность поездок по разным дорожным покрытиям.

5.2.2 Рабочие операции

В стандартах на методы измерений ГОСТ 31192.2 и ГОСТ 31319 рабочие операции определены таким образом, чтобы обеспечить измерение A(8). Однако если целью измерения является получение не только одночисловой характеристики A(8), но также информации о неопределенности измерения, то понятие рабочей операции и связанные с ним методы измерений нуждаются в коррекции. Это связано с тем, что при выполнении даже достаточно точно определенной рабочей операции наблюдается варьирование производимой вибрации. Оно может быть обусловлено изменением многочисленных факторов (жесткости обрабатываемого материала, состоянием рабочего инструмента, позой работника и т.п.), которые сложно контролировать в практических измерениях. Чтобы описать влияние указанных факторов в качестве влияющего фактора рассматривают саму переменную вибрацию, а в качестве соответствующей влияющей величины - изменения ускорения вибрации при выполнении номинально строго определенной рабочей операции.

Чтобы держать фактор изменения вибрации под контролем и иметь возможность оценить его вклад в общую неопределенность измерения, рекомендуется:

- исследовать изменение вибрации в ходе выполнения одной операции и по возможности разбить эту операцию на подоперации, для которых среднеквадратичное значение корректированного ускорения остается приблизительно постоянным;

- рассматривать эти подоперации как отдельные рабочие операции и проводить для них повторные измерения в ходе общего измерения A(8) (см. 6.2.3).

Это отличается от рекомендации ГОСТ 31192.2-2005 (пункт 5.3.1) проводить продолжительные измерения вибрации изменяющегося уровня во время выполнения одной рабочей операции.

Примеры

1 Для водителя грузового автомобиля, выполняющего перевозку грузов, одну рабочую операцию перевозки рекомендуется разделить на несколько подопераций, например, соответствующих движению автомобиля по разным дорожным покрытиям и/или в разных условиях интенсивности дорожного движения.

2 В примере из ГОСТ 31192.2-2005 (пункт E.2.2) описана рабочая операция, состоящая из шлифования 100 отливок, во время которого работник сначала шлифует отливку по ободу, а потом по лицевым сторонам. Если динамическая жесткость обода и лицевой стороны различны, это может привести к разным уровням вибрации при их шлифовании. В таком случае целесообразно указанную операцию разделить на две подоперации - шлифование 100 отливок по ободу и шлифование 100 отливок по лицевым сторонам.

Если, однако, выделить подоперации с приблизительно одинаковым уровнем вибрации не представляется возможным, то рекомендуется увеличить время каждого отдельного измерения среднеквадратичного значения корректированного ускорения для уменьшения вариации получаемых результатов, сохранив при этом возможность проведения повторных измерений во время выполнения каждой рабочей операции.

 

5.3 Измеряемая величина

 

Измеряемой величиной согласно ГОСТ 31191.1 и ГОСТ 31192.1 является эквивалентное ускорение A(8), м/с², для номинального рабочего дня по 5.2, теоретически определяемое формулой (1). Однако с учетом представления номинального рабочего дня как совокупности заданных операций заданной длительности с точки зрения практических измерений и расчета неопределенности измерения эквивалентное ускорение может быть определено по формуле

 

(6)

 

где a_w,i - среднеквадратичное значение корректированного ускорения для i-й рабочей операции, м/с²;

T_i - время воздействия вибрации при выполнении i-й операции, с;

N - общее число рабочих операций в течение номинального рабочего дня.

Из формулы (6) следует, что эквивалентное ускорение за смену включает в себя две физические величины: ускорение вибрации и время. Исходя из этого в ГОСТ 31191.1 и ГОСТ 31192.1 сделан вывод, что неопределенность измерения A(8) должна включать в себя неопределенности, связанные с измерениями как ускорения, так и времени. Однако согласно 5.1 время воздействия вибрации для каждой рабочей операции должно быть определено и зафиксировано до проведения измерений. Испытательной лаборатории, проводящей измерения, нет необходимости дополнительно измерять время воздействия вибрации, поэтому неопределенность, связанная с временем воздействия, в настоящем стандарте не рассматривается.

С учетом дальнейших преобразований формулу (6) удобно представить в виде

 

(7)

 

где c_i = T_i/T₀ - относительное время выполнения i-й рабочей операции в течение номинального рабочего дня, рассматриваемое как постоянный коэффициент.

 

5.4 Модели измерений и расчет неопределенности

 

Формула (7) представляет собой модель измерения, согласно которой рассчитывают стандартную неопределенность u[A(8)] для измеряемой величины A(8) на основе знаний о распределении входных величин a_w,i.

Примечание - С точки зрения модели измерения входящие в них величины рассматриваются как случайные переменные с соответствующими законами распределения.

 

Однако следует учесть, что входные величины a_w,i не являются независимыми, поскольку сами могут зависеть от одних и тех же влияющих величин. Примером влияющей величины, общей для всех a_w,i, является инструментальная неопределенность.

Согласно ГОСТ 34100.3 избежать использования ковариаций при расчете суммарной стандартной неопределенности u[A(8)] можно, если в модель измерения ввести в явном виде влияющие величины {x_j}, j = 1, ..., l, общие для всех a_w,i. Принимая, что неопределенность, обусловленная x_j, растет пропорционально a_w,i, каждую влияющую величину a_w,i можно определить по формуле

 

(8)

 

где - входная величина в модели измерения, описываемой формулой (7), зависящая от влияющих величин {z_i,k}, k = 1, ..., m, определяемых для каждой i-й рабочей операции отдельно.

Поскольку зависит от своих влияющих величин {z_i,k}, расчет неопределенности измерения для A(8) представляет собой двухэтапную процедуру:

1) сначала на основе модели измерения для каждой рассчитывают стандартную неопределенность на основе стандартных неопределенностей u{z_i,k};

2) затем на основе полученных значений и относительных стандартных неопределенностей u(x_j) рассчитывают u[A(8)].

Модель измерения для представляет собой линейную зависимость с единичными коэффициентами чувствительности (см. [2]). Если влияющие величины {z_i,k} также рассматривать пропорциональными , то эту модель можно представить в виде формулы

 

(9)

 

где - результат измерения среднеквадратичного значения корректированного ускорения a_w,i при выполнении работником i-й рабочей операции.

Поскольку ГОСТ 34100.3 распространяется только на линейные модели измерений, модель, описываемая формулой (7), также должна быть линеаризована. Тогда относительную стандартную неопределенность u[A(8)] можно рассчитать по формуле

 

(10)

 

где - результат расчета A(8) на основе полученных в ходе измерений значениях с использованием формулы (7);

u(x_j) - относительная стандартная неопределенность для влияющей величины x_j;

- относительная стандартная неопределенность для , рассчитываемая по формуле

 

(11)

 

где u(z_i,k) - относительная стандартная неопределенность для влияющей величины z_i,k.

Разбиение влияющих величин на два класса {x_j} и {z_i,k} не всегда возможно. Так, некоторые из влияющих величин могут быть общими не для всех, а только для некоторых из N рабочих операций. В этом случае формулы (10) и (11) следует соответствующим образом скорректировать (см. пример в Б.2).