Генералы бескрайних измерений: как метрологи поддерживают порядок на планете

В мире нет ничего идеального и любое измерение длины, веса или другой величины всегда имеет погрешность. Объективность и качество результатов измерений всегда и во всех странах обеспечивают метрологи. Не путайте их с метеорологами или строителями метро. Метрологи нужны там, где есть средства измерений. Таких специалистов обучают далеко не во всех вузах, а спрос на них на рынке труда огромный. В Томском политехе метрологов готовят по программе  «Стандартизация и метрология».

От Менделеева — к сверхточным производствам

Метрология – это наука об обеспечении единства измерений. Это в ее недрах рождаются методы, гарантирующие правильность и достоверность результатов измерений, которые производятся и будут производиться где-либо в мире. Средства измерений есть на каждом производстве, в магазинах, больницах, на заправках, даже у вас дома (счетчики электроэнергии, тонометры, бытовые весы). Метрологи как раз проверяют точность измерительного оборудования, контролируют его состояние и проводят калибровку, чтобы узнать, готов ли прибор к дальнейшему применению, или его надо отправить в ремонт.

К истории: Переход Российской империи от старорусской системы мер (в пудах, аршинах, локтях и т.п.) к международной метрической системе единиц (метр, килограмм, секунда и т.д.) начался в конце XIX века. Примерно тогда же Главную палату мер и весов (ныне Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева) возглавил Дмитрий Иванович Менделеев. Он стал основоположником метрической реформы в Российской империи.

Самое сложное в метрологии – создание эталонов. Это средство измерений, формирующее точный размер величины. Как рассказал руководитель образовательной программы, профессор ТПУ Сергей Муравьев, над созданием эталонов трудятся маститые ученые. В каждой стране есть национальный метрологический институт, поддерживающий и совершенствующий эталонную базу. В России, например, это не только Всероссийский НИИ метрологии им. Д.И. Менделеева в Санкт-Петербурге, но и целый ряд институтов, которые хранят первичные национальные эталоны. А международное бюро мер и весов находится во Франции, где хранятся все международные эталоны. Каждые 4 года собирается Генеральная конференция по мерам и весам, которая наделена правом утверждать новые определения единиц измерений. 

Так, в 2018 году, благодаря многолетним усилиям многих научных коллективов, были приняты новые определения для четырех основных единиц Международной системы единиц из семи. Например, единица массы - килограмм - вместо эталона в виде платино-иридиевой гири теперь определяется эталоном на основе константы – постоянной Планка. 

 «Определения единиц основных величин позволяют улучшить измерения производных величин, которых гораздо больше, чем основных. Это последнее достижение 2018 года привело к тому, что теперь все основные величины определены на основе универсальных физических констант. Эти константы стабильны в силу квантового характера, что обеспечивает точность новых определений, воплощенных в эталонах. Размеры единиц при этом остались прежними. Точность практических измерений в результате может повышаться», — отметил Сергей Муравьев.

В производстве измерение нужно, чтобы обеспечить качество продукции. Это относится ко всем областям измерений: механическим, электрическим, оптическим, тепловым – и даже к величинам, для которых не существует единиц измерений, таких как цвет, вкус, запах и другие.

Где и как работают метрологи

Метрологи востребованы на промышленном, пищевом, оборонном, космическом, энергетическом предприятии – везде, где используется измерительное оборудование. При этом труд метролога не ограничивается кабинетом: эти специалисты работают в цехах, полевых условиях, на нефтяных и газовых месторождениях. Они нужны при эксплуатации трубопроводов, контроле состояния узлов разных видов электростанций, на предприятиях приборостроительного профиля и в метрологических центрах в каждом регионе.

В Томске метрологов ждут такие предприятия как:

•   Газпром;
•   Роснефть;
•   СИБУР;
•   СХК;
•   ЭлеСи;
•   НПЦ «Полюс»;
•   ТНПВО «СИАМ»;
•   Томский ЦСМ;
•   НПФ «Микран»;
•   Манотомь и др.

В каждом субъекте страны есть учреждения, ответственные за измерения: региональные центры стандартизации, метрологии и испытаний. Они обеспечивают единство измерений и помогают производить качественную, безопасную продукцию, не обвешивать в магазинах, ставить верные диагнозы пациентам, защитить права потребителей энергоресурсов. Как рассказала замдиректора по метрологии ФБУ «Томский ЦСМ» и выпускница ТПУ Татьяна Галицкая, в рамках недавней акции по бесплатной проверке бытовых тонометров метрологи Томска, Колпашево и Стрежевой проверили около 1300 устройств, из которых непригодными для дальнейшей эксплуатации оказался каждый четвертый тонометр. 

Интересно: раньше функцию таких центров выполняли поверочные палатки. В Томске она появилась в 1919 году, первая за Уралом.

Метрологом могут работать и мужчины, и женщины, главное – ответственность и технический склад ума. При этом работают специалисты не только в кабинетах. Да, проверить простой прибор можно в своей лаборатории, термостатированной комнате или других специальных помещениях и установках. А вот точность огромного нефтяного резервуара проверять требуется «на месте».  

«У нас в центре есть 2 метрологических направления – практическая и интеллектуальная метрология. Первая касается поверки и калибровки средств измерения. Видов измерения много – за каждым закреплен отдел. Сотрудники с помощью наших эталонов определяют погрешности приборов, сличают ее с нормированной погрешностью и делают выводы о пригодности поверяемых приборов.  Есть отдел, который занимается интеллектуальной метрологией, который касается разработки новых методик измерений», — отметила Татьяна Галицкая.

Интересно: по методикам «Томского ЦСМ» измеряют количество растительных жиров в шоколаде для концерна «Бабаевский», количество металлов в отходах производства для ПАО «Автоваз», а также нагрузки на оси и массы транспортных средств на автомобильных весах корпорации «АСИ».

Как отмечает эксперт, специалистов не хватает из-за необычности и специфики профессии, поэтому спрос на метрологов огромный, а работу они могут найти в любой части страны. Зарплаты в регионах разнятся: выше метрологи зарабатывают в тех областях и краях, где развита промышленность: Кемеровская область - Кузбасс, Тюменская область и другие.

Как обучают метрологов

Для метролога важно фундаментальное образование, и это не фигура речи. В ТПУ готовят специалистов в тесной связке с работодателями, обучая студентов тем навыкам, которые понадобятся для работы в дальнейшем. Будущие метрологи в вузе изучают обычный набор инженерных дисциплин – физику, математику, информатику, электронику. А также специальные – физические основы измерений, теорию измерений, стандартизацию, квалиметрию.

Интересно: метрологов ТПУ выпускает с 2000 года.

Практикуются ребята в лабораториях аналоговой и цифровой электроники; метрологии, стандартизации и сертификации, а также в учебно-исследовательском центре фирмы National Instruments (США), укомплектованным приборами, измерительными системами и программным обеспечением этой компании.

В подготовке студентов участвуют и предприятия, предоставляя экскурсии, стажировки, практику и трудоустройство у себя после выпуска или во время обучения в магистратуре.

«Мы стараемся направить студента на практику на то предприятие, где он потом будет работать. У нас очень тесные связи с Томским центром стандартизации и метрологии, у них лабораторий много практически по всем видам измерений. Багаж знаний, который мы обеспечиваем, позволяет им работать и в таких организациях, где ведутся разработки средств измерений», — отметил Сергей Муравьев. 

Выпускник-метролог может стать инженером или менеджером по качеству, стандартизации и сертификации, аудитором или поверителем. Нюансы профессии молодой специалист постигает уже на рабочем месте. 

«В настоящее время 3 магистранта ТПУ учатся и работают у нас, при этом тему научной работы выбирают в связи с основной деятельностью», — отметила Татьяна Галицкая.

Для подготовки метрологов в регионе создали Метрологический образовательный кластер: запрос поступил от предприятий области. Его цель – знакомить школьников с профессией метролога, помогать им готовиться к поступлению в ВУЗ, а студентам – устраиваться на работу.

«Мы проводили опрос по предприятиям. И на каждом, где производство существует (Микран, Полюс, Манотомь), не хватает метрологов. Поэтому мы организовали Метрологический образовательный кластер. В рамках кластера мы работаем с 4 школами – Академлицей, школа № 40, лицей № 7 и гимназия № 56. Мы проехали по школам, рассказали, что такое метрология, и пригласили участвовать в международной олимпиаде по стандартизации от Росстандарта. 1 июня дети поедут на финал российского этапа в Уфе (от Томска прошло 5 человек), а в августе состоится международный этап в Южной Корее», — рассказала Татьяна Галицкая.

Куда развивается метрология?

Работа метролога будет востребована до тех пор, пока в мире существуют измерительные системы и процессы. От физических измерений метрология не уйдет, однако будет развиваться в сторону цифровых технологий. Например, ученые ТПУ опубликовали ряд статей, посвященных развитию метода обработки интервальных измерительных данных с помощью агрегирования предпочтений. Это новая  технология, основанная на методах искусственного интеллекта, которая позволяет, по сравнению с существующими методами в 10 и более раз повысить точность оценивания измеряемой величины. 

Метролог, как эксперт в области систем измерений и контроля, будет востребован всегда. А из-за глобальной автоматизации и увеличения количества приборов, метрологи будут все более нужны миру.