ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Учебная программа

модуля

«Метрология, диагностика и сертификация материалов»

I. Аннотация

Изучение дисциплины «Метрология, диагностика и сертификация материалов» вызвано острой необходимостью интеграции всей системы профессионального химического образования в мировое пространство химического материаловедения. Это требует введения новых методов исследования и диагностики материалов. Главной особенностью программы является комплексное изложение материала, содержащего основы теории, новых методов и средств исследования материалов, принципы построения измерительных диагностических систем. Особое внимание уделено проектированию, моделированию и программному обеспечению, позволяющему с высокой точностью оценить параметры изменения материала и определить ресурс его работы.

Авторы программы

1. Сырямкин В.И. – д-р техн. наук, профессор, директор учебно-научно-производственного центра «Технологический менеджмент» ТГУ.

2. Жданов Д.С. – аспирант ТГУ.

3. Бородин В.А. – аспирант ТГУ.

Цель курса – сформировать у студентов основы технологического мышления и подготовить выпускников к деятельности по применению методов и средств метрологии, диагностики и сертификации материалов.

Задачами курса являются:

- накопление у слушателей теоретических знаний в области исследования, диагностики, контроля и аттестации материалов;

- приобретение практических навыков применения систем для исследования материалов;

- обмен опытом по вопросам исследования, диагностики, контроля и аттестации материалов.

Курс может рассматриваться как самостоятельная учебная дисциплина и, вместе с тем, как один из модулей программы повышения квалификации «Современные методы исследования материалов», «Наноматериалы и нанотехнологии», «Системы аттестации и диагностики материалов», разработанных преподавателями Томского государственного университета.

II. Содержание

Тема 1. Общие понятия метрологии.

Метрология программного обеспечения. Понятие качества ПО. Классификация критерия качества ПО. Основные требования к критериям качества ПО. Связь критериев и характеристик программного обеспечения. Понятие сложности. Оценка предела возможностей вычисления способом Бреммермана. Метрики качества программ. Общие сведения о метрологии аппаратного обеспечения. Метрологические характеристики.

Тема 2. Управление механизмом сканирования оптико-телевизионной системы.

Назначение механизма сканирования ОТИС. Устройство и принцип работы механизма сканирования оптико-телевизионной измерительной системы.

Тема 3. Изучение алгоритмов и программного обеспечения предварительной обработки изображения оптико-телевизионной измерительной системы.

Алгоритмы предварительной обработки изображений ОТИС. Основные понятия. Методы пространственной области. Методы частотной области. Сглаживание. Определение кромок изображения.

Тема 4. Программно-аппаратный комплекс оцифровки изображений.

Устройство и принцип работы лайнграббера. Состав и основные технические характеристики лайнграббера. Устройство и принцип работы фреймграббера. Программное обеспечение фреймграббера.

Тема 5. Фрактальные алгоритмы ОТИС аттестации и неразрушающего контроля материалов.

Определение фракталов. Фрактальная размерность. Методы измерения фрактальной размерности. Метод нормированного размаха. Метод серии изображений. Метод масштабной сетки. Программный пакет «Фрактал».

Тема 6. Аттестация нанопорошков с помощью ОТИС.

Постановка задачи и методы исследования.

Тема 7. Исследование материалов с помощью оптико-телевизионной измерительной системы.

Назначение ОТИС. Состав и функциональная схема ОТИС. Управление ОТИС. Технические характеристики ОТИС.

Тема 8. Выбор лицензионного программного обеспечения для квантово-химических расчетов.

Обзор программ GAMESS, Gaussian, Dalton, NWChem, HyperChem, «Природа». Обзор программ – интерпретаторов результатов квантово-химических расчетов. Обзор программ-визуализаторов и программ-интерпретаторов расчетных данных. Алгоритмы работы программного обеспечения.

Тема 9. Метод измерения рельефа поверхности для исследования процессов деформации и оценки состояния нагруженных материалов.

Автоматизированная система для измерения рельефа поверхности материалов. Структурная схема системы. Программное обеспечение «Профиль».

Тема 10. Сертификация материалов и новой продукции.

Сертификация ГОСТ Р. Протоколы испытаний. Схемы сертификации. Виды сертификатов.

III. Методические рекомендации и пособия по изучению курса

При изучении курса рекомендуется обратить внимание на освоение понятийного аппарата, использовать знания из области приборостроения, математики, материаловедения и компьютерной техники. Для лучшего усвоения материала необходимо обращение к справочной литературе по измерительной технике и информационным системам.

IV. Правила аттестации обучающихся

Изучение модуля заканчивается сдачей зачета. Слушатели должны знать основные понятия дисциплины, характеристики, области применения средств диагностики для исследования, контроля и аттестации материалов и нанотехнологий; иметь общее представление о многообразии методов и средств диагностики материалов; слушатели должны обладать навыками применения методов и средств диагностики, исследования и прогнозирования ресурсов материала, а также знать основные понятия метрологии программного и аппаратного обеспечения и сертификации материалов и новой продукции.

Темы выпускной работы

Аттестация и сертификация ОТИС для исследования, контроля и аттестации материалов.
Применение ОТИС для исследования, контроля и аттестации химических материалов.

Выпускная квалификационная работа направлена на решение прикладной задачи и может носить исследовательский характер.

При выполнении работы по теме № 1 необходимо охарактеризовать основные ГОСТы, процесс аттестации и сертификации средств диагностики для исследования, контроля и аттестации материалов, указать возможности международного сотрудничества.

При выполнении работы № 2 необходимо обосновать и рассмотреть средства диагностики для исследования, контроля и аттестации конкретно для химических материалов.

Контрольные вопросы.

Назначение МС в ОТИС.
Назовите главные особенности применения в МС ШД.
Какие способы уменьшения углового шага в ШД вы знаете?
В чем отличие токов управления ШД для вращения в прямом и обратном направлениях?
Назовите основные технические характеристики ШД, используемых в МС стационарной ОТИС.
От чего зависит частота приемистости?
Какие вы знаете схемы управления МС ОТИС и в чем их различия?
Какие сигналы системной шины используются КШД?
Из чего состоит интерфейс КШД и каково его назначение?

10. Из чего состоит микроЭВМ КШД и каково ее назначение?

11. Из чего состоит транзисторный коммутатор и каково его назначение?

12. На какое максимальное напряжение рассчитывают силовые транзисторы коммутатора?

13. Как происходит взаимосвязь ПЭВМ ОТИС с КШД?

14. Определите функциональные блоки в электрической принципиальной схеме интерфейса и микроЭВМ КШД.

15. Для чего используется предварительная обработка изображений?

16. Какие существуют основные подходы к предварительной обработке информации и каковы их особенности?

17. Для каких целей производится сглаживание изображений?

18. Что такое бинарное изображение и какие есть методы его получения?

19. Какова роль гистограммы распределения яркостей при выборе порога бинаризации?

20. Какие основные функции сглаживания бинарных изображений вы знаете?

21. Каким образом производится определение кромок изображения?

22. В чем отличие лайнграбера от фреймграбера?

23. Какой из программно-аппаратных комплексов обеспечивает наивысшее качество видеоизображения и почему?

24. Какой из программно-аппаратных комплексов требует меньше всего ресурсов (память на жестком диске, оперативная память, видеопамять) компьютера?

25. Назовите способы отображения на экране компьютера видеоинформации с выбранного видеоисточника (телевизионная камера, видеокамера, видеомагнитофон) у фреймграбера VideoTizer. Какой является самым быстрым?

26. Дайте определение фрактала.

27. Назовите возможные области применения фрактальной теории.

28. В чем заключается отличие ФР от рХБ?

29. Чему будет равна ФР прямой линии?

30. Чем вызвано применение фрактальной теории в методах неразрушающего контроля материалов?

31. Каким образом производится определение ФР методом нормированного размаха?

32. В чем заключаются отличия между методами серии изображений и масштабной сетки?

33. Назовите основные преимущества и недостатки вышеизложенных методов.

34. В каком опыте дисперсность материала будет увеличиваться и почему?

35. В чём заключается активация воды и под действием каких сил она производится?

36. Что такое композиционные материалы, дайте определение пористости и назовите, какие виды пор бывают.

37. Какие методы исследования пористости вы знаете?

38. Как изменятся значения характеристик пористости при выборе другого значения порога бинаризации?

39. Почему необходима коррекция яркости изображения, если снимок был сделан при неравномерном освещении?

40. Дайте определение гистограммы.

41. Как с помощью гистограммы распределения яркости определить оптимальный порог бинаризации?

42. Как изменится гистограмма распределения яркости исходного изображения после того, как яркость нормализована?

43. Как выбрать порог бинаризации?

44. Как отражается на результатах измерений выбор большего или меньшего порога бинаризации?

45. В каких случаях полезно применять фильтрацию частиц по определенным признакам?

46. Как определяется диаметр Ферета?

47. Что такое «диаметр Мартина»?

48. Какие типы порошков вы знаете?

49. Дайте характеристику существующим методам диагностики различных порошков.

50. На чём основываются принципы расчетных методов квантовой химии и вычислительные особенности их реализации?

51. Возможности расчета с помощью программы GAMESS.

52. Возможности расчета с помощью пакетов программ G98 и G03.

53. Возможности расчета с помощью программы Dalton.

54. Программы – интерпретаторы результатов квантово-химических расчетов.

55. Программы-визуализаторы и интерпретаторы расчетных данных.

56. Каким собственным набором «эксплуатационных» возможностей и особенностей характеризуются все квантово-химические программы?

57. Опишите обобщенную структурную схему автоматизированной системы для измерения рельефа поверхности материалов.

58. Охарактеризуйте метод измерения рельефа поверхности для исследования процессов деформации и оценки состояния нагруженных материалов.

59. Что такое сертификация продукции?

60. Почему сертификация заняла особое место среди процедур проверки качества?

61. Что является законодательной базой проведения сертификации продукции в России?

62. Опишите порядок проведения сертификации продукции в Российской Федерации.

63. На соответствие каким документам проводится обязательная сертификация?

64. В чем заключается отличие обязательной сертификации от добровольной?

65. Что подлежит обязательной сертификации?

66. Что такое система сертификации ГОСТ Р?

67. С какой целью в системах сертификации утверждают схемы проверок?

68. Перечислите основные схемы сертификации в системе ГОСТ Р.

69. В каких случаях рекомендуется применять схемы №9 и 10?

70. Какие из дополнительных документов по сертификации обычно используются?

71. Что такое аккредитация испытательной лаборатории?

72. Каковы обязанности испытательной лаборатории по отношению к заявителю?

73. Что относится к основным функциям органа по сертификации?

74. Что такое сертификат соответствия?

75. Чем определяется содержание сертификата?

V. Литература

Основная литература

Клюев В.В., Сосин Ф.Р., Филинов В.Н. Неразрушающий контроль: Справочник. / Под ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение, 1995. – 488 с.
Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. – М.: Высшая школа, 1991. – 399 с.
Сборник тезисов и докладов научно-технических секций «Международный форум по нанотехнологиям». М.: Техника молодежи. – Т. 1. – 848 с. – Т. 2. – 536 с.
Зуев Н.А., Чесноков А.В., Санников Д.А., Сырямкин В.И. Сборник лабораторных работ по курсу «Информационно-измерительные системы». – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. – 60 с.

Дополнительная литература

Бубенчиков М.А., Газиева Е.Э., Гафуров А.О., Глушков Г.С., Жданов Д.С. , Саньков Д.В., Сырямкин В.И., Шидловский С.В., Юрченко А.В. Современные методы исследования материалов и нанотехнологий: Учеб. пособие (Лабораторный практикум) / Под ред. д-ра техн. наук, профессора В.И. Сырямкина. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2010. – 366 с.
Полифункциональные неорганические материалы на основе природных и искусственных соединений / Верещагин В.И., Козик В.В., Сырямкин В.И., Погребенков В.М., Борило Л.П.. Под ред. д-ра техн. наук, проф. В.И. Верещагина. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. – 359 с.
Сырямкин В.И., Панин С.В., Кириков А.А. и др. Статистические алгоритмы оптико-телевизионных измерительных систем для диагностики газового оборудования // Труды 2-й Междунар. конф. «Энергодиагностика и CONDITION MONITORING 12–16 октября 1998 г. В Москве», Информационно- рекламный центр газовой промышленности (ИРЦ ГАЗПРОМ), 1999. – Т. 2.4.2. – С. 3–11.
Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Сырямкин В.И. и др. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов. – Новосибирск: Наука, 1995. – Т. 1. – 255 с. – Т. 2. – 320 с.

Интернет-ресурсы

http://www.nanoru.ru/ Интернет-журнал «Российские нанотехнологии», журнал Федерального агентства по науке и инновациям РФ, своей главной целью считает публикацию статей междисциплинарного характера по фундаментальным вопросам исследования структуры и свойств наноразмерных объектов и наноматериалов, а также работ, в которых рассмотрены технологии их получения и обработки, практическая реализация изделий и устройств на их основе.
http://www.nanometer.ru/ Интернет-журнал «Нанометр» − некоммерческий сайт, открытая книга, абонентский ящик для переписки, выставка достижений нанотехнологической науки, виртуальный справочник «кто есть кто» в нанотехнологиях, срез нанотехнологического сообщества России – от школьников до академиков и инновационных компаний.
http://www.rusnano.com/ Государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий» (РОСНАНО). РОСНАНО – масштабный государственный проект, конечной целью которого является перевод страны на инновационный путь развития и вхождение России в число лидеров мирового рынка нанотехнологий. Сегодня в Корпорации сосредоточены одни из лучших специалистов страны, способных наладить взаимовыгодное сотрудничество между наукой, бизнесом и государством.
http://ntsr.info/nanoworld/simply/ Нанотехнологическое общество России (НОР) – общероссийская общественная организация, объединяющая представителей разных сфер деятельности, интерес которых касается наносистем, нанотехнологий и наноматериалов, связанных с ними вопросов развития науки и техники, а также их экономических и социальных последствий. В состав Нанотехнологического общества России входят как индивидуальные члены, так и другие заинтересованные общественные организации.
http://www.portalnano.ru/ Федеральный интернет-портал «Нанотехнологии и наноматериалы» содержит информацию о наноматериалах, нанотехнологиях, новости наноиндустрии, мероприятия и конкурсы, исследования и разработки и др.
www.nanojournal.ru/ Российский электронный наножурнал о нанотехнологиях и их применении. Может содержать полезные ссылки и дополнительную информацию.
www.kiae.ru Российский научный центр «Курчатовский институт». Нанотехнологии и наноматериалы являются одним из основных видов деятельности научного центра. Здесь также можно найти новости науки, научно-техническую информацию.
www.nanovip.com Центр информации нанотехнологий − англоязычный веб-ресурс, содержащий такую информацию о нанотехнологиях, как исследования в области нанотехнологий, новости, пресс-релизы, статьи и др.
www.nanowerk.com Англоязычный интернет-журнал «Нанотехнологии и наука» − один из самых популярных ресурсов в Европе с новостями о нанотехнологиях, конференциях, детальное введение в нанотехнологии, база данных наноматериалов и др.
www.nanoware.ru Официальный сайт потребителей нанотоваров.
http://www.nanotech.ru/ Концерн «Наноиндустрия». ЗАО Концерн «Наноиндустрия» – интегрирующая научно-производственная компания, деятельность которой сосредоточена на разработке конкурентоспособной нанотехнологической продукции, организации ее производства и рынков потребления. Особое место в деятельности Концерна занимает формирование условий, благоприятных для внедрения нанотехнологий в промышленность.
http://www.crys.ras.ru/tsc/ Специализированный центр коллективного пользования «Структурная диагностика материалов». Главное направление исследований Центра – структурная диагностика общеизвестных и вновь создаваемых материалов: органических и неорганических кристаллов; наноматериалов (нанокристаллы, нанокомпозиты, органические и неорганические наноструктуры); композитных кристаллических материалов; биологически активных веществ; биомакромолекул, их комплексов и ассоциатов; биологически активных частиц (вирусы и их компоненты).
http://zldm.ru/ Интернет-журнал «Заводская лаборатория» – связующее звено науки и промышленности. Ежемесячный научно-технический журнал по аналитической химии, физическим, механическим и математическим методам исследования и сертификации веществ и материалов. Журнал «Заводская лаборатория – уникальное явление не только в российской, но и в мировой научной периодике. В этом многопрофильном методическом журнале находят полезные для себя сведения работники любой отрасли промышленности.
http://www.microsystems.ru/files/publ/753.htm «Наноматериалы и нанотехнологии» – Рассматриваются вопросы технологической революции и роли нанотехнологий в развитии технологического комплекса России