Hlavní podmínky přesné experimentální práce v metrologii Pro zajištění jednotnosti a správnosti měřidel a měření na různých metrologických pracovištích v ČR je žádoucí splnit následující předpoklady: a) Je třeba vytvořit potřebný kádr metrologických pracovníků odpovídající odborné úrovně. Splnění tohoto předpokladu je nutnou podmínkou, aby pracoviště státní metrologie mohla postupně přecházet na náročnější činnosti a aby pracoviště ústavů, podniků a škol postupně přebírala úkoly legální metrologie (ověřování, činnosti monotónního charakteru), které dosud zabezpečuje (nebo by měla zabezpečovat) státní metrologie. Splnění tohoto předpokladu záleží ve výchově a výuce potřebných specialistů a to jednak v nástavbových formách studia (pomaturitní a postgraduální studium) a jednak v prosazení samostatného vysokoškolského studia metrologie. Dosud se s očekávaným efektem nesetkal požadavek úřadu o začlenění metrologie do procesu řádné výuky na průmyslových školách a vysokých školách technického zaměření. Zařazením předmětu metrologie mezi předměty studia měřicí techniky a jakostního inženýrství je kompromisem a příspěvkem k řešení tohoto úkolu. Školením pracovníků v metrologii se zabývá Česká metrologická společnost (ČMS). Pro tuto činnost byla akreditována Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy. Společnost má také pověření pro certifikaci způsobilosti pracovníků činných v metrologii. b) Je nutno zabezpečit vhodné prostory metrologických pracovišť, především experimentálního charakteru. Dosavadní zkušenosti ukazují, že velká část stávajících laboratorních prostorů, určená pro metrologická pracoviště nevyhovuje potřebným podmínkám experimentálních prací požadovaných přesností nebo vyhovuje jen omezeně. Tyto podmínky nebyly v ČR dosud nikde oficiálně vyhlášeny, lze je najít v ojedinělých článcích analytického výzkumného charakteru nebo ve studiích úřadu. Některé z těchto podmínek jsou natolik zásadního rázu, že bez jejich splnění nelze odpovědně plnit požadavky metrologických prací náležitých přesností. Tento nežádoucí stav by měl být řešen výzkumným úkolem, který by se zabýval hlavními vlivy působícími na různé druhy měření, omezováním těchto vlivů a způsoby jejich kompenzace. Výsledkem by měl být určitý předpis, který by byl podkladem pro adaptace stávajících pracovišť a budování pracovišť nových. Obsahoval by i požadavky na bezpečnost experimentální práce. Mezi vlivy působícími na různé druhy měření patří teplota, tlak, vlhkost, elektrické a magnetické veličiny, vibrace, světlo, zvuk, záření. O podmínkách prostředí metrologických pracovišť bude řečeno dále. c) Zabezpečení potřebného přístrojového vybavení metrologických pracovišť. Tento předpoklad optimální experimentální práce všech metrologických pracovišť je svou realizační stránkou záležitostí organizací, u nichž příslušná pracoviště existují. Především by tam mělo být takové vybavení, které by splňovalo požadavky metrologických prací, které má pracoviště zajišťovat. Jde o práce s ověřováním měřidel, s etalonáží, metrologická kontrola výrobků a vývojové práce. Kromě metrologických vlastností měřicích prostředků se musí sledovat také ekonomická stránka spojená s opatřením měřicích prostředků a jejich provozem. Měřicí prostředky musí umožňovat produktivní provoz, musí mít náležitou životnost, musí být v dostupné míře udržovatelné a opravitelné. Jejich přesnost musí být takové úrovně, aby se splnily všechny požadavky metrologických prací. Může být případně i poněkud vyšší, jak to odpovídá výhledovým požadavkům, ale nemá zmíněnou úroveň příliš přesahovat, protože pořizovací náklady s rostoucí přesností značně rostou a je neekonomické, není-li jejich přes-
nost (případně jiné metrologické vlastnosti) využita. Zvýšení přesnosti na dvojnásobek (tj. chyby na polovinu), vede k desetinásobnému zvýšení ceny přístroje. Měřicí prostředky nepotřebně velkých přesností jsou nevhodné stejně jako prostředky nepostačujících přesností, pokud jimi měřená veličina značně ovlivňuje jakost výrobků. d) Nutno pamatovat na volbu vhodné měřicí metody (popř. principu). Sem patří volba optimálních měřicích metod a znalost používání měřicí techniky. Nejsou předpisy pro jednotné používání měřidel, které jsou nutné k tomu, aby výsledky měření prováděných na různých pracovištích byly jednotné a vzájemně porovnatelné. Pro měření běžně prováděná na různých pracovištích by měly být stanoveny jednotné způsoby jejich využívání. I když existuje mnoho příruček o zpracovávání výsledků měření, měla by být vytvořena norma, která by problematiku řešila v návaznosti na mezinárodní doporučení.
Požadavky na prostředí metrologických pracovišť Se stoupajícími nároky na přesnost měření rostou nároky na měřidla a na přístrojové vybavení, na měřicí metody a také na prostory, kde se má měřit. Metrologické laboratoře musí splňovat řadu dosti náročných požadavků. Rozhodnutí o tom, zda budou tyto požadavky splněny, musí předcházet projekční práce při budování nových pracovišť. O tom by mělo být rozhodnuto také u současných pracovišť, aby se prokázalo, zda jejich umístění a vlastnosti jsou takové, aby v nich mohly být plněny úkoly kladené na toto pracoviště. Při posuzování dosavadních metrologických pracovišť nastávají tři možnosti. Buď je možno konstatovat, že pracoviště má parametry natolik uspokojivé, že na něm mohou být plněny všechny požadované úkoly, nebo že je třeba vhodnými úpravami některé vlastnosti zlepšit nebo konečně, že laboratorní prostory svým umístěním a vlastnostmi natolik nevyhovují, že je nutno vybudovat nové pracoviště. Metrologické pracoviště může být budováno buď jako centrální budova nebo jako pavilony. Vnější vlivy Jako vhodné geologické podloží je buď písčité podloží, které tlumí mechanické vibrace nebo podloží z kompaktního kamene, které má výhodu pro stálost polohy a velkou hmotnost. Otázka umístění musí být zkoumána i z hlediska seismických vlivů. Je nutno zvážit i směr a sílu větrů. Nápor větrů se může projevovat působící silou, změnou tlaku, kmitáním a má vliv na teplotu v místnostech. Měly by být vyloučeny tíhové anomálie zejména proměnného rázu. Sem patří původně nepředpokládaná zástavba okolí velkými budovami, úprava terénu, stavba vodních nádrží. Tyto vlivy se projevují jen u některých měření, kdy je nutno přihlížet k místní hodnotě (velikosti a směru) tíhového zrychlení. (Např. přesné vážení, měření tlaku kapalinovým U-tlakoměrem.) Takové náročnější laboratoře je nutno umísťovat do podzemí. Vnitřní úpravy Další důležitou podmínkou je bezotřesnost budovy nebo laboratoře nebo jen přístroje. Zpravidla se jako bezotřesné budují jen některé stěny či části budov. Na nich lze (i v různých podlažích) umísťovat na konzoly citlivá měřidla (např. zrcátkové galvanometry). Nebo lze přístroj umístit do pískové vany umístěné v podlaze nebo na konzolách. Na písek se dá betonová
deska s měřicím přístrojem. Pro zmenšení otřesů buď na ochranu přístrojů nebo odizolováním zdrojů otřesů se používají pneumatické tlumiče (gumové podušky nebo prsteny). Lze použít i pouze gumových tlumičů. Používá se i vícenásobných vrstev tlumičů prokládaných kovovými deskami o náležité hmotnosti, umožňující volbu vlastní frekvence a amplitudy. Pružně může být uložen nejen přístroj, ale i celá laboratoř, která se postaví jako "místnost v místnosti". Zdroje mechanického kmitání mohou být i přímo v laboratořích. Jsou to laboratoře, kde se měří periodické nebo nestacionární děje při nichž dochází k pohybu hmot. Třepačky, zkušební kladiva, vozíky, ledničky, motory, stroje, čerpadla, průtokoměry, elektrické agregáty, spalovací motory, soustrojí měniče, klimatizace, ventilátory. Důležitá vlastnost je bezprašnost. Tu je možno zajistit jen při úzkostlivé čistotě a klimatizaci. Dnes již nejsou u nás bezprašná místa, kde by nebyl prachový spad, proto se tyto prostory musí řešit klimatizací. Přitom se nevětrá okny, čímž je zabráněno vnikání prachu do budovy. Je nutný i vhodný materiál a povrch stěn a vhodný pracovní režim. Centrální šatna, sprchy, přezouvání a převlékání oděvů. Elektrostatické odlučovače prachu. Podmínky bezprašnosti provozů jsou vcelku zvládány při použití počítačů a při výrobě polovodičů. Umístění v jednotlivých podlažích. Těžká zařízení umisťujeme v přízemí vzhledem k dopravě. Průtok kapalin taktéž, nádrž na kapaliny musí být umístěna výše, odpad do níže umístěného potrubí. Vysoká podlaží nejsou vhodná vzhledem ke kmitání budov při zemských záchvěvech a náporech větrů. Nejvhodnější jsou přízemní nebo suterénní místnosti. Jen pro některé obory (méně náročné) možno uvažovat s umístěním v 1. nebo 2. patře. (Laboratoře z fyzikální chemie, elektrochemické a magnetické laboratoře, jaderná fyzika). Mechanicky nejnáročnější laboratoře do suterénu, termicky a mechanicky náročné laboratoře do přízemí, v 1. patře laboratoře středně náročné termicky a mechanicky. Druhé patro pro méně náročné laboratoře. Teplota je nejvýznamnější veličinou ovlivňující měření. Pro přesná měření nutno teplotu udržovat na stálé a známé hodnotě. Požadavky stálosti teploty mohou být velmi rozdílné. Náročné je zde měření délek, objemů, hustot a elektrických veličin. Menší nároky jsou v laboratořích na měření např. optických veličin. V laboratořích se požaduje udržovat teplotu na ±2 °C , ±1 °C, ±0,5 °C. Poslední tolerance je již dosti přísná a přitom pro některá měření nedostatečná. V takových případech se kromě makrotermostatizace (v celé laboratoři) přistupuje k lokální mikrotermostatizaci, kterou dosahujeme v užší toleranci v okolním prostoru stejné a známé teploty ±0,2 °C, ±0,1 °C nebo i ±0,05 °C. Pro lokální mikrotermostatizaci se příslušně menší prostor uzavírá. Vytápění místností je různé, parní, vodní, plynové, elektrické; vytápění malých prostorů se dnes děje jen elektricky. Chlazení u mikrotermostatizace se používá, je-li žádoucí rychle snižovat teplotu. Chlazení je pětkrát nákladnější než ohřívání. Při větrání pak nelze udržet bezprašnost. Pokud udržujeme teplotu i vlhkost, hovoříme o klimatizaci. (Makro i mikro klimatizace.) Zde jsou zabudovány filtry, které by měly zachycovat částice větší než 5 µm. Je tedy možno dodržet bezprašnost prostředí, teplotu i stálou vlhkost. Pro udržení konstantní teploty jsou termostaty, podobně jsou manostaty a humidostaty pro udržení konstantního tlaku vzduchu a jeho vlhkosti. Orientace budovy. Má-li budova podélný charakter, pak je vhodná její orientace ve směru východ - západ. Náročnější laboratoře budou umístěny směrem na sever, na jih pracovny a konstrukční či výpočetní prostory, které jsou bez termických nároků. K vnějším vlivům je nutno při-
hlížet při volbě stavebních materiálů a izolací. (Akumulační cihly.) Nelze-li sluneční záření vyloučit, nutno použít determální skla, která nepropouštějí tepelné a infračervené záření. Žaluzie se pak umísťují vně budovy nebo mezi skla. Náročné teplotní laboratoře jsou bez oken, tzv. vnitřní laboratoře. Zde je nutnost umělého osvětlení, přednostně se užívá tzv. studeného světla, zářivek. Avšak i zářivky ohřívají prostor, blikají a způsobují stroboskopický efekt, ten se odstraňuje napájením ze tří fází nebo ze stejnosměrného zdroje. Požadované osvětlení pro měření je 1000 Lx, nověji až s dvojnásobnou hodnotou. Zdrojem tepla je i pozorovatel, počítá se s příkonem 100 W, při odchodu je nutno rozsvítit žárovku stejného příkonu. Na stálost teploty má vliv i použití tlakového vzduchu, je-li ho potřeba k měření. Referenční teplota v laboratoři se uvádí obvykle 20 °C, někdy ale 0 °C, nyní také 23 °C. Relativní vlhkost by měla být udržována v rozmezí (50±15) % . Další podmínky pro práci jsou podmínky elektrické a magnetické. Elektrické stínění Faradayovými klecemi z kovového pletiva, kovových folií nebo vodivých nátěrů. Podobně je nutno řešit magnetické stínění. Ruší zde nevhodně umístěné vodiče, výboje, elektrostatická pole umělých textilií, sedačky z umělé hmoty. Velký význam má uzemnění spotřebičů, izolování vodních a kanalizačních potrubí, které v návaznosti na vnější síť mohou být zdroji rušivých proudů. Problémem je i elektrické spojení různých pracovišť nejen silovými vodiči, ale i vodiče pro přenos signálů a informací. Je třeba pamatovat na rezervní, popř. nouzové zdroje elektrické energie.
Personální aspekty metrologie Příprava pracovníků Příprava pracovníků rozhoduje o kvalitě jejich činnosti a to platí v plné míře také o metrologii. Praxe prokázala, že metrologičtí pracovníci (metrolog a pracovníci metrologického střediska) se budou orientovat převážně na mimopodnikové (externí) formy vzdělávání, např. účastí na odborných kurzech a seminářích, přičemž získané poznatky budou využívat při interních školeních druhých skupin. Výběr a přípravu pracovníků zajišťuje personální útvar podniku, se kterými v otázkách metrologie spolupracuje podnikový metrolog nebo vedoucí útvaru řízení jakosti. Aby mohli být na uvedené funkce vybíráni vhodní pracovníci, je třeba specifikovat podmínky na jejich kvalifikaci a vlastnosti, popř. dovednosti pro danou pracovní funkci. Vhodným prostředkem k tomu je profesiogram pracovní činnosti. Profesiogram je rozborový popis materiálně technických, fyziologických, sociálních a kvalifikačních aspektů pro určitou profesi. Je to vlastně metodická pomůcka pro výběr a zvyšování kvalifikace pracovníků, kteří mají předpoklady tuto činnost vykonávat. Profesiogram je určen především vedoucím pracovníkům personálních útvarů a odborného útvaru, do jehož působnosti posuzovaná profese spadá. Základem profesiogramu je celková charakteristika pracovní funkce. Hlediska, dále uvedená by se měla brát v úvahu při výběru pracovníka pro uvažovanou profesi a to i tehdy, není-li pro danou profesi profesiogram zpracován. Jde o tyto dílčí charakteristiky: • cíle činnosti vzhledem k zaměření podniku, • zařazení činnosti do systému řízení a organizačních vazeb, • používané pracovní prostředky, • používané pracovní metody a postupy, rozsah odpovědnosti pracovníka, vykonávajícího popisovanou činnost,
• • • • • • • • • • • •
zvýšené nároky na funkci smyslových orgánů, tělesné a psychické zatížení při práci, požadovaná kvalifikace (odborné vzdělání, praxe), riziko chybných úkonů, postupů a rozhodnutí, jejich důsledkem mohou být problémy, chyby a materiální ztráty, požadované pracovní tempo, pracovní poloha (vsedě, ve stoje), pracovní doba (event. směnnost), umístění pracoviště, fyzikální podmínky pracoviště (v hale, v laboratoři), vliv pracovních podmínek na zdraví pracovníků, způsob odměňování, pracovní činnost z hlediska přitažlivosti pro nově nastupující pracovníky a charakteristiky snižující přitažlivost pracovní funkce, vlastnosti ovlivňující ve zvýšené míře náročnost pracovní funkce.
Požadované vlastnosti pracovníků metrologických středisek Funkce pracovníka metrologického střediska klade velké nároky na požadované vlastnosti a kvalifikaci pracovníků. Nesprávně kalibrované měřidlo může způsobit vznik vadných výrobků a velké škody. Profesi pracovníka metrologického střediska mohou vykonávat muži i ženy, a to převážně v denní směně. Práce klade větší nároky na tělesnou obratnost, vyžaduje však i fyzickou zdatnost. Při metrologických operacích je nutné pracovat oběma rukama. Pro práci s kovovými měřidly se nepřipouští korozní agresivita potu rukou. Předpokládá se dobrá úroveň zrakového vnímání, korekce brýlemi není překážkou. Je třeba vzít v úvahu, že při náročných měřeních může dosáhnout osvětlení až 1000 luxů i více. Snížení barvocitu není žádoucí. Práce je náročná na plošnou a prostorovou představivost, zejména při složitých měřeních. Vyžaduje se dobrá motorika rukou a zejména vizuálně motorická koordinace. Zvýšené nároky se kladou na koncentraci pozornosti, především při dlouhodobém intenzívním soustředění během měření. Požaduje se spolehlivá paměť pro sled jednotlivých úkonů při metrologických operacích. Je nutná dobrá rozumová úroveň se schopností konkrétního logického myšlení. K požadovaným vlastnostem pracovníka metrologického střediska patří: • vyrovnanost, • houževnatost, • pocit odpovědnosti, svědomitost, • schopnost soustředit se, • umění jednat s lidmi, • zájem o přesné měření na unikátních přístrojích. Požadované znalosti pracovníků metrologických středisek U pracovníků metrologického střediska se rozlišují dvě úrovně profesí, a sice pracovník metrologického střediska a pracovník metrologického střediska - specialista. Pro obě profese jsou důležité následující znalosti, pochopitelně s různou hloubkou zvládnutí. • organizace podniku, popř. závodu,
• • • • • • • • • • • • •
znalost výrobního oboru, znalost technologie výrobního oboru, zákonné a podnikové metrologické předpisy, podnikový systém jakosti, norma řady ČSN ISO řady 9000, normy ČSN ISO 10012 a ČSN EN 45001, soustava zákonných měřicích jednotek, základy matematické statistiky, zpracování výsledků měření včetně stanovení nejistoty měření, měřicí technika a měřicí metody včetně kalibračních, údržba měřicí techniky, výpočetní technika v metrologii, znalost alespoň jednoho světového jazyka.
Odborná příprava pracovníků metrologických středisek Předpokladem pro úspěšný výkon funkce pracovníka metrologického střediska je jeho cílevědomá odborná příprava. Tu je možno rozdělit do několika etap, z nichž prvé dvě se uskuteční ještě před směrováním pracovníka do metrologické oblasti. První etapu představuje vlastně nástupní praxe, která se u absolventů středních a vysokých odborných škol uskutečňuje zpravidla v technickém úseku a trvá 6 až 12 měsíců. Zde získá pracovník základní znalosti o podniku a příslušné profesi. Druhou etapu můžeme označit jako odborný růst, ta je značně diferencovaná a trvá 3 až 4 roky. Cílem této etapy je další rozšiřování znalostí o podniku a způsobilosti v daném oboru měření. Na konci tohoto období by se měl uskutečnit výběr pracovníka pro metrologické středisko. Vlastní odborný rozvoj se uskutečňuje již v metrologickém středisku. V tomto období si pracovník upevní a prohloubí získané znalosti a dovednosti. Po nástupu by měl pracovník absolvovat týdenní úvodní kurz metrologie, později dvoutýdenní obecný kurz metrologie, na který by podle potřeby navázal kurz měření veličiny, která je předmětem činnosti metrologického střediska. Jde vesměs o kurzy, které pořádá Česká metrologická společnost (ČMS). Na závěr této etapy je účelné získat certifikát odborné způsobilosti pracovníka. Ani po této etapě odborného rozvoje by neměl vzdělávací proces pracovníka končit. S ohledem na rychle se rozvíjející výrobní procesy a na ně navazující měřicí techniku se doporučuje účast na odborných seminářích příslušného zaměření. Po určité době by se měla dát talentovaným pracovníkům (vesměs s vysokoškolským vzděláním), kteří se osvědčili v práci metrologického střediska, možnost dalšího odborného rozvoje a sice pro perspektivní funkce pracovník - specialista (orientuje se na určitou oblast měření na vysoké profesní úrovni) a vedoucí pracovník (ve funkci vedoucího metrologického střediska nebo podnikového metrologa). Uvedený postup odborné přípravy poskytuje přehled o etapách, kterými by měl budoucí pracovník metrologického střediska projít. Požadované metrologické znalosti u pracovníků vybraných profesí Metrologické znalosti jsou důležité nejen u pracovníků metrologického střediska, ale i u jiných profesí, kteří metrologické operace připravují, ovlivňují a mnohdy také provádějí. Jedná
se o tyto profese: konstruktér, technolog, výrobní dělník, seřizovač, technický kontrolor a pracovník útvaru řízení jakosti. Jednotlivé profese se pochopitelně budou lišit rozsahem i hloubkou potřebných znalostí. Pro zajištění vzdělání příslušných pracovníků se na podniku vytváří podnikový metrologický vzdělávací systém. Tento systém působí na dvou úrovních, externí a interní. V rámci externí výchovy půjde o výuku pracovníků, kteří se bezprostředně podílejí na metrologickém a konfirmačním podnikovém systému, tedy o podnikového metrologa, vedoucí pracovníky metrologických středisek, vybrané pracovníky technické kontroly a útvaru řízení jakosti. Znalosti získané externě pak přenášejí do interní výuky dalších pracovníků. Interní výuka v podniku se pak týká ostatních pracovníků a bude orientována na problematiku vlastního podniku s konkrétní tematikou. Interní výchova má formy krátkodobých instruktáží, školení a výrobních porad. Tyto se provádějí s určitou pravidelností nebo se provádějí jednorázově podle potřeby. Literatura: Šindelář V. a kol.: Základy obecné metrologie, VÚNM Praha, 1984 Nenáhlo Č.: Podniková metrologie, ČMS, 1995.
