Квалиметрия шкала качество продукция

3. Квалиметрические шкалы

Центральное место в процедуре оценивания занимает построение квалиметрических шкал. Понятие квалиметрические шкалы рассматривается, как отдельное научное направление, имеющее самостоятельное значение в теоретической квалиметрии.

Мера качества – отображение качества на вещественных числах.

M: Q  Re

Шкалированием называется мера качества, вводящая упорядочивающие отношения на измеряемом множестве свойств. {r_i}

Квалиметрической шкалой называется тройка формальных объектов: исходное множество измеряемых свойств или же их мер, множество отображений шкалирования {} и множество значений отображения шкал

{r_i}; {}; {^*}

Теория квалиметрических шкал изучает методы шкалирования в процедурах оценки качества. В этой теории выделяют процессный и структурный аспекты.

Процессный аспект развивает теорию сравнения с позиции проблем построения квалиметрических шкал. Основной акцент здесь делается на обобщение и развитие системы основных принципов и закономерностей шкалирования.

Структурный аспект раскрывает особенности структур шкал, как реляционных систем, т.е. структуры отклонений, отражающие определенные законы функционирования соответствующих объектов оценивания и служащие шкало формирующими признаками.

В системе закономерностей шкалирования выделяются 2 класса закономерностей и принципов: внутренние закономерности и принципы собственно процессов шкалирования; внешние закономерности и принципы, регулирующие выбор шкал с учетом особенностей основных компонентов системы, оценки.

Оценку любого свойства некоторого объекта можно рассматривать как результат измерения качества данного свойства. Поэтому измерения в самом широком смысле термина являются объектом изучения и прикладным инструментом квалиметрии. Квалиметрия (переводится как «измерение качества») – область научных знаний, в рамках которой исследуются проблемы количественной оценки качества продукции

Поскольку качество объекта представляет собой совокупность всех его свойств, количественная оценка качества всегда начинается с количественной оценки его отдельных свойств. При этом под оценкой свойства объекта подразумевается определение местоположения данного свойства на определенной оценочной шкале.

Понятие шкалы – общее для метрологии и квалиметрии.

В квалиметрии принято использовать следующие виды шкал:

♦ – шкала наименований (номинационная или номинальная шкала);

♦ – шкала порядка (ординальная или ранговая шкала);

♦ – шкала интервалов (интервальная шкала);

♦ – шкала отношений.

Иногда к этим шкалам добавляют еще «абсолютную» шкалу.

Шкала наименований – в бытовом плане шкалами наименований являются шкала фамилий (можно вместе с инициалами или именем и отчеством), шкала личных номеров в документах, адреса, номера экзаменационных билетов, номера ссылок на литературные источники. Видно, что такая шкала может состоять из любых знаков (числа, наименования, другие условные обозначения). Использование номеров не означает, что мы имеем дело с количественными оценками, напротив, любые цифры или числа такой шкалы – не более чем кодовые знаки. Всем понятно, что литературный источник 7 не лучше (толще, важнее, достовернее…) и не хуже, чем источник 8, хотя стоит перед ним. Они просто перечислены в порядке упоминания или по алфавиту. Шкала наименований позволяет составлять классификации, идентифицировать и различать объекты, а также набирать статистику на каждый из идентифицируемых объектов. В метрологии используют шкалы наименований физических величин (наименования, размерности), единиц физических величин (наименования, условные обозначения национальные и международные), наименования средств, видов и методов измерений, погрешностей измерений и их составляющих.

Шкала порядка – это такой метод оценивания, при котором оцениваемые параметры, показатели или иные объекты оценивания располагаются в порядке увеличения или уменьшения значения параметра или свойств объекта, причем способ определения порядка расположения не связан с какой-либо численной характеристикой оцениваемых объектов.

Шкала порядка устанавливает фиксированный порядок расположения объектов в соответствии с уровнем интенсивности рассматриваемого свойства. Такие шкалы широко применяются в спорте при определении мест команд или спортсменов. Всем учащимся известны балльные оценки знаний на экзаменах, которые тоже являются фиксированными ступенями шкалы порядка. Известным примером реализации такой шкалы является построенная по росту группа людей, где каждый последующий ниже всех предыдущих.

Можно отметить две существенные особенности шкалы порядка:

♦ незакономерные (какие сложились) интервалы между соседними ступенями шкалы;

♦ инвариантность объектов к используемым оценочным единицам и к добавлению константы.

Мы можем измерять рост людей своей пядью или более культурно (в метрах и сантиметрах, футах и дюймах, в ярдах, аршинах, саженях или любых других единицах) – порядок в группе останется неизменным. Мы можем выстроить всех босиком или поставить на одинаковые каблуки-подставки, можем построить группу в неглубоком бассейне по высоте над уровнем воды – порядок сохранится. Шкала порядка позволяет не только сравнивать объекты, но и делать выводы об их упорядоченном расположении (всегда можно сказать, кто за кем, хотя нельзя определить на сколько отстает). Можно привести такие примеры использования шкал порядка в метрологии, как шкалы твердости, ранжированные классы точности приборов, разряды эталонных средств измерений, упорядоченные по возрастанию или по убыванию ряды результатов измерений или отклонений от базового значения.

Шкала интервалов иногда называют шкалой равных или равномерных интервалов. Это такой метод оценивания, при котором существенной характеристикой является разность между значениями оцениваемых параметров. Эта разность может быть выражена числом установленных в шкале единиц. При этом начало отсчета может быть установлено произвольно. Правильнее говорить о шкале закономерных интервалов (они могут быть построены не только равномерно, но и прогрессивно, экспоненциально, логарифмически). Принципиальное отличие от предыдущей шкалы в том, что положение на любой ступени шкалы интервалов жестко определено и соотношения точек шкалы поддаются точному расчету. Недостатком такой шкалы является неопределенность ее начала, которое устанавливают условно. Такой условностью является момент начала суток, отличающийся в разных часовых поясах, момент начала летоисчисления (2000 год от рождества Христова одновременно приходится на 5761 год по иудейскому календарю). Тем не менее, в сутках у всех 24 часа, а в году 365 суток, если год не високосный. Примеры шкал интервалов в метрологии: шкала времени, шкала разности потенциалов, а также температурная шкала Цельсия (Реомюра, Фаренгейта).

Каждая из представленных в таблице шкал является более мощной, чем расположенные выше, и вбирает в себя свойства всех предыдущих.

Шкала отношений имеет фиксированный ноль и полностью соответствует математической шкале чисел по определенности ступеней и возможностям оперирования элементами шкалы. Шкалы большинства физических величин (длина, масса, сила, давление, скорость и др.) являются шкалами отношений.

Для того чтобы некоторое свойство объекта можно было оценить по той или иной шкале, необходимо чтобы на множестве однотипных свойств объектов соблюдались определенные отношения. Поскольку мы предпочитаем объективную оценку свойства числом, то отношения на множестве свойства логичнее всего сопоставлять с аксиоматикой числа. Анализ соответствующих отношений позволит определить, какой тип шкалы применим для оцениваемых свойств объектов.

В метрологии, как и в любой другой научной области, используют все виды шкал. Шкалами наименований ограничиваются при классификации физических величин и других метрологических объектов, включая метрологические мероприятия и их результаты. Примерами «пересекающихся» шкал наименований могут быть шкала физических величин и шкала единиц физических величин, шкалы наименований погрешностей и «неопределенностей».

Применяемые классификации иногда находят топологическое развитие. В этом случае мы можем говорить о ранговых шкалах, например, при построении поверочной схемы используют шкалы точности эталонов и эталонных (образцовых) средств измерений, а также шкалы условных классов точности рабочих средств измерений (классы нулевой, первый, второй и т.д.). Уровни точности (классы, разряды) используются для реализации шкалы порядка, поскольку наименование уровня позволяет ранжировать объекты по точности. Очевидно, что прибор второго класса менее точен, чем первого, но точнее, чем однотипный прибор третьего класса. Относительные классы точности (которые определяют, например, значением относительной погрешности прибора в процентах) составляют шкалу отношений. Например, прибор класса точности 0,5 в пять раз точнее аналогичного прибора класса 2,5 (во столько раз меньше его относительная погрешность, равная 2,5%: 0,5%).

Для полноценных измерений физических величин фактически подходят только две последние шкалы (интервалов и отношений). Хотя есть физические величины с фиксированным «естественным» нулем (масса, длина), а есть величины, которые никогда не будут иметь такого нуля (время, разность потенциалов), для математической обработки результатов измерений существенно важно, что после фиксации нуля «естественного» или условного интервалы физических величин полностью равноценны для приложения математического аппарата.

При оценке свойств индикаторами используется частный случай шкалы порядка, представляющий собой шкалу, состоящую из двух градаций, обозначающих наличие или отсутствие того или иного свойства, либо переход через заданное пороговое значение (альтернативная шкала). Например, индикатор электрической фазы дает ответ о «фазовом» или «нулевом» проводе, омметр при использовании в качестве индикатора показывает наличие или отсутствие обрыва электрической цепи, металлодетекторы – наличие или отсутствие металлических предметов и т.д. Используемый в качестве индикатора будильник, сигнализирует о переходе за установленный момент времени, «размерное реле» – о выходе детали за настроенный размер, температурные краски – о превышении температуры объекта, по сравнению с фиксируемой индикатором.

Для оценки физических величин иногда применяют и шкалы порядка. Пример такой шкалы – используемая в минералогии шкала твердости Мооса, приведенная в таблице 2. Минералы условно разделяются на десять групп, расположенных в порядке возрастания твердости – от первой до десятой. Коэффициент твердости определяется так: если какой-либо минерал царапает, например, кальцит (твердость 3) и не царапает флюорит (твердость 4), то его твердость можно обозначить коэффициентом 3,5. Внутри каждого из указанных интервалов могут быть построены участки той же шкалы с более мелкой градацией. Применяемые сегодня шкалы твердости Роквелла, Бринелля, Виккерса и другие тоже фактически являются окультуренными шкалами порядка, о чем свидетельствует отсутствие математических формул для перевода твердости из одних единиц в другие. Подобные трудности встречаются и при использовании разных шкал светочувствительности фотоматериалов. Очевидно, что совершенствование знаний о физической величине или повышение строгости ее определения сопровождается построением более мощной шкалы. Примером эволюции шкал можно считать температурные шкалы. Температура, которая когда-то оценивалась чисто топологически по шкале порядка (холодное-теплое-горячее), затем приобрела множество интервальных шкал с несовпадающими нулями и единицами (шкалы Реомюра, Фаренгейта, Цельсия), и, наконец, пришла к логически завершенной термодинамической шкале Кельвина с абсолютным нулем.

Таблица 1 – Сводные сведения о шкалах

Тип шкалы	Характеристика шкалы	Отношения, задаваемые на шкале	Математические операции с объектами
Наименований	Числа или другие символы шкалы используются только для классификации исследуемых объектов	Эквивалентность	Накопление частот (для последующей статистической обработки)
Порядка	Можно установить, что свойство одного объекта находится в некотором отношении со свойством другого объекта	Эквивалентность. Больше чем/меньше чем	Накопление частот, добавление постоянной, умножение на постоянную
Интервалов	Порядковая шкала с известными расстояниями между двумя любыми числами на шкале. Нулевая точка шкалы и оценочная единица выбираются произвольно. Пригодна для количественных оценок признаков	Эквивалентность. Больше чем/меньше чем. Известно отношение любых двух интервалов	Все операции с числами (после назначения нуля)
Отношений	Интервальная шкала с фиксированной нулевой точкой. Отношение любых двух точек шкалы не зависит от оценочной единицы	Эквивалентность. Больше чем/меньше чем. Определено отношение любых двух интервалов и любых двух точек	Все операции с числами