Г.Н.Солопченко

Санкт-Петербургский государственный технический университет

Кафедра измерительных информационных технологий

195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул. 29,

Продуктом компьютерных измерительных информационных технологий (КИИТ) являются результаты измерений. Как всякий технологический процесс, измерительная технология должна быть подготовлена. Подготовка заключается в следующем: формирование модели объекта измерений и моделей величин, подлежащих измерению, назначение нормы точности измерений, выбор средств измерений и алгоритмов (программ) обработки данных, планирование экспериментов. Этапы производства результатов измерений показаны на рис.1: взаимодействие датчика с объектом измерений, преобразование сигналов измерительной информации, их кондиционирование (фильтрация, линеаризация, реконструкция), сопоставление кондиционированных сигналов с соответствующими шкалами, математическая обработка полученных результатов, определение характеристик погрешности (неопределенности) окончательных результатов, оформление результатов, обеспечение их сохранности (при необходимости). Программное обеспечение КИИТ применяется практически на всех перечисленных этапах кроме первого этапа взаимодействия чувствительного элемента датчика с объектом измерения. На вход программ обработки поступают сигналы измерительной информации, содержащие систематические и случайные погрешности, вызванные приближенным характером моделей объекта измерений и измеряемой величины, погрешностями преобразования, воздействием внешних возмущений (влияющих величин) и другими факторами. Эти погрешности преобразуются программой и вызывают так называемые наследственные погрешности [1] результатов вычислений.

Кроме того, при выполнении вычислений возникают погрешности, вызванные несовершенством алгоритма, вынужденной дискретизацией и округлением данных, конечностью числа итераций и т.п. В конечном итоге результат вычислений, оформляемый в качестве результата измерений, содержит в себе погрешность, характеристики которой должны быть сообщены пользователю, как того требуют основные международные и отечественные нормативные документы [2-6], поскольку эти характеристики определяют остаточную неопределенность значения измеряемой величины после выполненного измерения. Средства измерений, в том числе, и содержащие компьютеры обязательно должны подвергаться метрологическому надзору [7,8]. В соответствии с [2,3,9,10] характеристики погрешности (неопределенность) измерений должны выражаться интервалом.

В связи с изложенным с целью обеспечения единства измерений и взаимного доверия к результатам измерений, выполняемых путем реализации КИИТ, к программам, выполняющим обработку измерительной информации, предъявляется обязательное требование: результаты вычислений должны сопровождаться сообщением о характеристиках их погрешности и, в конечном итоге - об остаточной неопределенности истиного значения измеряемой величины. Это требование должно выполняться вне зависимости от степени “мягкости” или “жесткости” вычислений, от методов вычислений и применяемых алгоритмов (генетические, нейронные и т.п.). Выполнение этого требования приобретает особую важность при выполнении измерений, на основании которых принимается решения об административных или экономических санкциях или ставится диагноз (при экологическом мониторинге, мониторинге безопасности, контроле пищевых продуктов и т.п.).

Игнорирование этого требования, повидимому, порождено тем, что в двух стандартах, посвященных показателям качества программного продукта [11,12], отсутствуют показатели точности вычислений. Исключение составляет лишь стандарт [13].

Наиболее естественный путь удовлетворения изложенному требованию - составление программ, которые вычисляют оценки погрешности каждого результата [14,15]. Возможны два варианта: в первом из них - составление рабочих программ с использованием интервальной арифметики [16,17] или правил действий с нечеткими переменными [17,18], во втором варианте - включение в рабочую программу подпрограмм, вычисляющих требуемые характеристики погрешности [19]. Исполнителями обоих вариантов должны быть авторы рабочих программ.

Заметим здесь, что выполнение “мягких” вычислений для обработки измерительной информации не снижает жесткости метрологических требований к обеспечению единства измерений и не делает измерения “мягкими”. Вообще именование измерений в зависимости от способа цифровой обработки измерительной информации вызвано, по-видимому, иллюзиями по поводу глобального всемогущества компьютеров и их первичности исключительно во всех областях. Но применительно к измерениям это представление вряд ли можно считать оправданным, ибо первичное взаимодействие чувствительного элемента датчика (сенсора) с объектом измерений выполняется чувствительными элементами датчиков без участия программного обеспечения. Радикальное совершенствование измерительных технологий за счет использования новейших видов программного обеспечения при наличии соответствующих датчиков - поставщиков информации бесспорно. Однако расширение номенклатуры измеряемых величин возможно лишь путем разработки новых датчиков на основе использования новых физических эффектов и явлений, новых материалов и технологий.

Только таким путем может быть реализовано всегда актуальное завещание, оставленное нам Г.Галилеем: “Измеряй все доступное измерению и делай доступным все недоступное ему”.

1. Желнов Ю.А. Точностные характеристики управляющих вычислительных машин.-М.: Энергоатомиздат, 1983.

2. Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement .- ISO, Geneva, Switzerland 1993.

3. Quantifying uncertainty in analitical Measurement .- Eurachem, 1995.

4. International document OIML № 16 “Principles of Assurance of Metrological Control”.-OIML, Paris, France.

5. Закон РФ “Об обеспечении единства измерений” от 27 апреля 1993 г.

6. МИ 1317 Методические указания “ГСИ. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров”.-М.: Изд-во стандартов

7. International standards ISO 9000 “Quality management and quality assurance standards”.- ISO, Geneva, Switzerland.

8. International standards ISO 10012 “Requirements to be guaranteed the quality of the measuring equipment”.- ISO, Geneva, Switzerland.

9. International Vocabulary of basic and general standard terms in Metrology.-ISO, Geneva, Switzerland, 1993.

10. МИ 2247-93. “Рекомендация. ГСИ.Метрология. Термины и определения”.- СПб.: ВНИИМ, 1993.

11. ГОСТ 28195-89 “Оценка качества программных средств”.-М.: Изд-во стандартов.

12. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 “Оценка программной продукции”.-М.: изд-во стандартов.

13. ГОСТ 26.203 “ЕССП. Комплексы измерительно-вычислительные. Признаки классификации. Общие требования”.-М.: Изд-во стандартов.

15. Schutte M. J., Swartzlander E. E. Software and hardware techniques for accurate, self-validating arithmetic/ In R.B.Kearfort and Vladik Kreinovich (Eds.) “Applications of Interval Computation”, Kluwer Academic Publishers, 1996, pp. 381-404.

16. Дмитриев В.Г., Желудева Н.А., Крейнович В.Я. Применение методов интервального анализа для оценки погрешности алгоритмов в ИИС // Сб. Измерения, контроль, автоматизация, 1985, № 1, с. 31-40.

17. R.B.Kearfort and Vladik Kreinovich (Eds.) “Applications of Interval Computation”, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Boston, London, 1996

18. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений / А.Н.Борисов, А.В.Алексеев, Г.В.Меркурьева и др.-Радио и связь, 1989.-304 с.

19. Солопченко Г.Н. Принципы нормирования, определения и контроля характеристик погрешности вычислений в ИИС // Измерительная техника, 1985, № 3, с. 9-11.