Балан В.А., Голофеева М.А.

Одесский национальный политехнический университет

К вопросу перехода от понятия «погрешность» к понятию «неопределенность»

В Украине с 27 декабря 2006 г. введен в действие ДСТУ ISO/IEC 17025:2006, требующий проводить в испытательной лаборатории оценку прослеживаемости и неопределенности измерений при испытаниях. Результаты таких оценок должны учитываться при определении компетентности лабораторий в ходе проведения испытаний и при обработке их результатов, что в полной мере соответствует международной практике. Указанный стандарт разработан с учетом положений международного стандарта ISO/IEC 17025:2005, который в качестве признанной на международном уровне меры доверия к результатам измерений, в том числе и при испытаниях, вводит определение “неопределенность измеренийˮ[1].

Методология применения неопределенности измерений для оценки качества измерений (как меры доверия к результатам измерений) изложена в Руководстве GUM [2]. В нем формально установлены общие правила для оценивания и выражения неопределенности для широкого круга измерений. В Украине практические рекомендации по применению Руководства изложены в РМГ 43-2001 ГСИ “Применение “Руководства по выражению неопределенности измеренийˮ. Данный документ показывает соответствия между формами представления результатов измерения, принятых в основополагающих нормативных документах по метрологии, (на основе понятия «погрешность» ) и формой, принятой в Руководстве GUM. Задачами РМГ 43-2003 являются:

- изложения основных положений Руководства и рекомендаций по их практическому применению;

- сравнительный анализ двух подходов к описанию точности измерений;

С каждым годом количество информации по использованию положений "Руководства по выражению неопределенности измерения" на практике неукоснительно растет. И если в 2000 году в Украине о неопределенности измерений дискутировали исключительно в узких научных кругах, то на текущий момент это понятие прочно внедряется в деятельность различных организаций.

Что же послужило толчком к переходу к новой концепции, в то время, когда концепция погрешности измерения, была довольно детально разработана? На наш взгляд, это обусловлено необходимостью достижения ряда целей, основные из них следующие:

1. Появление новых (нетрадиционных) областей измерения (психология, социология, медицина и др.), где постулаты традиционной метрологии (физическая величина, единица измерений, мера, эталон, погрешность измерения) не работают;

2. Влияние новых научных направлений кибернетического толка (кибернетики, теории информации, математической статистики и др.), в которых понятие «неопределенность» играет существенную роль. Это, как правило, связано с широким толкованием понятия неопределенности как «сомнения» в том, что, например, результат измерения представляет значение измеряемой величины.

3. Отход от понятия «истинного» значения измеряемой величины как непознаваемого, в силу чего понятие погрешности теряет смысл и погрешность невозможно вычислять, т.к. она содержит никогда не известное истинное значение;

4. Раздельная оценка систематических и случайных погрешностей и использование для них разных характеристик (доверительных границ и СКО) дает завышенные оценки погрешности. Кроме того, применение двух характеристик погрешности при определении результата неудобно, особенно при его дальнейшем использовании;

5. Необходимость простой в применении и общепризнанной универсальной методики для характеристики результата измерения.

Все эти цели, тем или иным образом, указаны в Руководстве [2]. В нем же подчеркнуто принципиальное различие понятий «погрешность измерения» и «неопределенность измерения», но не исключена возможность использования понятия «погрешность». Отметим, что введение понятие “неопределенность измеренияˮ является вынужденной мерой, необходимой для единообразного и упрощенного оценивания достоверности измерения, поскольку ее оценка осуществляется на основе получаемых результатов измерения, известных условий эксперимента и характеристик аппаратуры, а не на известном истинном значении измеряемой величины.

Отличительными положениями методологии, приведенной в Руководстве GUM, используемыми при оценке качества результатов измерений на основе концепции “неопределенностиˮ, являются:

- Отказ, по возможности, от использования понятий “погрешностьˮ и “истинное значение измеряемой величиныˮ в пользу понятий “неопределенностьˮ и “измеренное значение измеряемой величиныˮ;

- Переход от деления погрешностей по природе их проявления на “случайныеˮ и “систематическиеˮ к другому делению: по способу оценивания неопределенностей измерений. Такой подход включает:

оценку по типу А – с использованием методов математической статистики для обработки полученных результатов измерений;

оценку по типу В – другими методами, в том числе на основе использования информации нормативных документов.

Базовыми концепциями Руководства GUM при оценке неопределенности являются:

- Знание об измеряемой величине, в том числе о величинах, оказывающих влияние на измеряемую величину (представляется в виде функции плотности вероятности для рассматриваемых величин);

- Математическое ожидание такой функции рассматривается как оптимальная (наилучшая) оценка величины;

- Стандартное отклонение (СКО) такой функции рассматривается как стандартная неопределенность, связанная с такой оценкой;

- Функция плотности вероятности базируется на знании о величине, которое может быть получено на основе повторных измерений - оценка типа А или расчетных методов оценки, основанной на использовании всей доступной информации о возможных отклонениях рассматриваемых величины – оценка типа В.

При детальном рассмотрении государственных нормативных документов, в которых идет речь о неопределенности и погрешности измерений, можно заметить несоответствия с международными. Например, термин «неопределенность измерений» в соответствии с [1] – это параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий разброс значений, которые могли бы быть обосновано приписаны измеряемой величине. ДСТУ 2681-94 [4] содержит несколько другое определение указанного термина: неопределенность измерений – это оценка, которая характеризует диапазон значений, в котором находится истинное значение измеряемой величины. Из этого следует, что требуется изменение определения при пересмотре данного стандарта и не только. При стремлении перехода государственной системы к применению неопределенности измерения следует тщательней проверять все соответствия во имя избегания подобных разногласий.

Об актуальности перехода от понятия «погрешность» к понятию «неопределенность» еще говорит тот факт, что оценка неопределенности измерений требуется целым рядом руководств международных и европейских организаций по вопросам метрологии и аккредитации. Ниже рассмотрены основные требования данных документов:

1. Международный стандарт ISO/IEC 17025:2005 требует, чтобы аккредитованные лаборатории указывали неопределенности измерения в соответствующих сертификатах и отчетах.

2. Международный стандарт ISO 10012:2003 специальным разделом «Метрологическое подтверждение и выполнение процессов измерений» устанавливает положения по неопределенности измерений и их прослеживаемости. Неопределенность измерения должна оцениваться для каждого процесса измерения, охваченного системой управления измерениями. Оценки неопределенности измерения должны быть зарегистрированы, а анализ неопределенности измерений должен быть завершен до метрологического подтверждения СИТ и утверждения процесса измерений.

3. ILAC-G17:2002 «Вводная концепция неопределенности измерения в испытаниях с учетом применения стандарта ISO/IEC 17025» в котором рассмотрены вопросы внедрения положений ISO/IEC 17025:1999 в части учета неопределенности измерений при проведении испытаний в аккредитованных лабораториях. В документе рассмотрены факторы, влияющие на неопределенность измерений, политика внедрения концепции неопределенности измерений, правила ее внедрения.

4. ILAC-G17:2004 «Использование проверки профессионального уровня как средство для аккредитации при испытаниях» регламентирует, в частности, проведение сравнительных межлабораторных испытаний, при которых необходимо использовать результаты оценки неопределенности измерений.

5. Руководство ISO/IEC Guide 43 «Проверка профессионального уровня путем межлабораторных сравнительных испытаний» устанавливает, что при определении статистических характеристик показателей работы аккредитованных лабораторий учитываются неопределенности значений, полученные участвующими лабораториями, и приписанные значения базовой лаборатории.

6. EA-04/02:1999 «Выражение неопределенности измерений при калибровке» регулирует вопросы неопределенности измерений для калибровочных лабораторий.

7. EA-04/16:2003 «Правила выражения неопределенности измерений в количественных испытаниях Европейской организации по аккредитации» касается вопросов расчета и выражения неопределенности измерений в аккредитованных этими региональными организациями лабораториях.

Таким образом, на сегодняшний день можно говорить об актуальности проблемы гармонизации отечественных нормативных документов с руководствами и стандартами международных и европейских организации по вопросам оценки неопределенности измерений с целью скорейшего перехода Украины от системы использования погрешности измерения к использованию неопределенности измерения.

Литература:

1. Голофеева М.А., Тонконогий В.М., Балан В.А. Составление бюджета неопределенностей при ультразвуковом методе контроля качества изделий из синтеграна // Праці Одеського політехнічного університету, 2013. Вип. 3(42). – с 28-32

2. ГОСТ Р 54500.1 – 2011 Руководство ИСО/МЭК 98-1:2009 Неопределенность измерения. – Ч. 1: Введение в руководства по неопределенности измерения. – М.: Стандартинформ, 2012. - 17 с.

3. РМГ 43-2001 ГСИ. Применение “Руководства по выражению неопределенности измерений”. – Минск: ИПК Издательство стандартов, 2002. – 20 с.

4. ДСТУ 2681-94 "Метрологія. Терміни та визначення"