Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве
Выбор средств измерений для конкретных измерительных целей определяется многими факторами. Задача выбора может быть как очень простой, так и достаточно сложной, когда требуется проверка соответствия свойств средства измерения предъявляемым требованиям по быстродействию, надежности, степени защищенности от определенных воздействий и т. п.
Но главным требованием является, как правило, обеспечение необходимой точности измерений.
Для обоснования этого требования необходимо знать цель измерения. Таких целей две. Они имеют следующие принципиальные отличия:
- определение действительного размера измеряемой величины в заданных единицах;
- определение соответствия измеряемой величины предписанному (номинальному) размеру, для которого заданы допустимые предельные отклонения.
В первом случае измеряемой величине присваивается размер, достоверность которого полностью определяется погрешностью, имевшей место в момент измерения. Допустимая погрешность назначается исходя из конкретных задач определения размера.
Например, при ручной доводке детали до заданного геометрического размера рабочий контролирует этот размер с помощью штангенциркуля и прекращает доводку при полном совпадении штрихов, соответствующих заданному размеру. Выбор штангенциркуля обусловлен тем, что предельная погрешность измерения меньше или равна заданному допуску.
Во втором случае с помощью измерения проверяют, находится ли размер измеряемой величины в заданном интервале (в поле допуска), например при приемочном контроле изделий по геометрическим размерам. При этом изменение (исправление) размера в процессе измерения невозможно. Результат измерения используется только для определения пригодности.
При этом погрешность измерения влияет на окончательные результаты приемки («годен» или «брак») только тех изделий, фактические размеры которых находятся близко к границам поля допуска. Увеличение погрешности измерения увеличивает вероятность того, что часть изделий будет неправильно принята (ошибка 1-го рода), а часть изделий — неправильно забракована (ошибка 2-го рода).
Характеристики точности
Точность геометрического параметра 
, представляющего собой случайную величину, определяют характеристиками точности. При этом точность угловых величин может быть охарактеризована точностью линейных размеров, которыми определяются эти величины.
Характеристики точности геометрических параметров в строительстве и их взаимосвязь указаны на рисунке 1.7.1.
| 
|
| а | б |
Рисунок 1.7.1 – Характеристики точности геометрического параметра в строительстве:
а – общий случай; б – при нормальном распределении геометрического параметра
Точность геометрического параметра в каждом отдельном случае характеризуется значением действительного отклонения 
, выражаемого зависимостью
 ,
| (1.7.1) |
где хi – действительное значение параметра ;
– номинальное значение параметра .
Действительное отклонение является количественным выражением систематических и случайных погрешностей, накопленных при выполнении технологических операций и измерений.
Точность геометрических параметров в стандартах и других нормативных документах, а также на рабочих чертежах характеризуется минимальным 
и максимальным 
предельными размерами, нижним 
и верхним 
предельными отклонениями от номинального 
значения, допуском 
и отклонением 
середины поля допуска 
от номинального 
значения параметра . Половина допуска 
является предельным отклонением параметра от середины поля допуска .
Взаимосвязь между этими характеристиками точности определяют по формулам:
| (1.7.2) |
| (1.7.3) |
| (1.7.4) |
| (1.7.5) |
Следует учесть, что значения нижнего и верхнего предельных отклонений и подставляют в формулы со своими знаками.
Точность геометрического параметра в совокупности его действительных значений хi, полученной в результате выполнения определенного технологического процесса или операции массового и серийного производства, определяют статистическими характеристиками точности.
В качестве статистических характеристик точности геометрического параметра применяют его среднее значение 
и среднее квадратическое отклонение 
. В необходимых случаях при различных законах распределения параметра допускается использовать другие статистические характеристики точности.
При нормальном распределении геометрического параметра оценками характеристик и являются выборочное среднее 
и выборочное среднее квадратическое отклонение 
, которые вычисляют по формулам:
| (1.7.6) |
 ,
| (1.7.7) |
где n-объем выборки.
Систематическое отклонение 
геометрического параметра определяют по формуле
| (1.7.8) |
Оценкой систематического отклонения , при нормальном распределении геометрического параметра является выборочное среднее отклонение , т. е. среднее значение отклонений в выборке, определяемое по формуле
| (1.7.9) |
Предельные значения xmin и xmax устанавливают как значения геометрического параметра , отвечающие определенным вероятностям появления значений этого геометрического параметра ниже xmin и выше xmax . Взаимосвязь предельных значений xmin и xmax и статистических характеристик точности и представлена формулами:
| (1.7.10) |
 ,
| (1.7.11) |
где tminи t max - значения стандартизованной случайной величины, зависящие от вероятности появления значений ниже xmin и выше xmax , и типа статистического распределения параметра .
Как правило, вероятность появления значений ниже xmin и выше xmax принимают одинаковой, но не более 0,05.
Предпочтительные значения величины 
при нормальном распределении параметра 
в зависимости от допускаемой вероятности появления значений ниже xmin и выше xmax , характеризуемой приемочным уровнем дефектности по ГОСТ 23616-79, установлены ГОСТ 23615-79.
В случае симметричного (например, нормального) распределения геометрического параметра (рисунок 1.7.1 б) и одинаковой вероятности появления значений x1ниже xmin и выше xmax t min=t max=t, а взаимосвязь между характеристиками точности представлена формулами:
| (1.7.12) |
| (1.7.13) |
| (1.7.14) |
Если при этом среднее значение параметра практически не отличается от его номинального значения 
, то взаимосвязь характеристик точности характеризуют формулы:
| (1.7.15) |
| (1.7.16) |
| (1.7.17) |
| (1.7.18) |
Назначение точности
Точность геометрических параметров на всех этапах строительного проектирования и производства следует устанавливать в зависимости от функциональных, конструктивных, технологических и экономических требований, предъявляемых к зданиям, сооружениям и их отдельным элементам.
Соответствие назначаемой точности функциональным, конструктивным, технологическим и экономическим требованиям устанавливают расчетом точности в соответствии с ГОСТ 21780-83 или другими методами.
Точность геометрических параметров следует устанавливать посредством характеристик точности, приведенных в пункте 1. Предпочтительными характеристиками являются предельные отклонения относительно номинального значения параметра х, принимаемых, как правило (при 
), равными по абсолютной величине половине значения соответствующего функционального или технологического допуска, принятого в расчете точности.
В обоснованных случаях, при необходимости частичной компенсации возрастающих во времени систематических погрешностей технологических процессов и операций, предельные отклонения должны устанавливаться несимметричными ( ).
Функциональными допусками регламентируют точность геометрических параметров в сопряжениях и точность положения элементов в конструкциях.
Номенклатура функциональных допусков установлена ГОСТ 21780-83, а их конкретные значения определяют по формуле (1.7.4), в которой xmin и xmax или и принимают исходя из функциональных (прочностных, изоляционных или эстетических) требований к конструкциям.
Технологическими допусками регламентируют точность технологических процессов и операций по изготовлению и установке элементов, а также выполнению разбивочных работ.
Номенклатуру и конкретные значения технологических допусков по классам точности процессов и операций следует принимать по ГОСТ 21779-82.
Классы точности выбирают при выполнении расчетов точности в зависимости от принимаемых средств технологического обеспечения и контроля точности и возможностей производства.