Метрологія. Історія розвитку метрології: причини появи, необхідність, теорії, історичні факти та етапи становлення науки

Без точних наук неможливий технічний прогрес. Дослідження однієї з областей використовуються практично у всіх сферах сучасного життя. Мова йде про метрологію.

Історія розвитку метрології бере свій початок з часів Давнього Єгипту. Тодішнє прагнення єгиптян стандартизувати розміри будівельних матеріалів лягло в основу сучасної наукової галузі. До речі, не тільки вони робили спроби створювати однакові предмети. Наприклад, більшість відомих на весь світ пам’ятників грецької архітектури були побудовані з стандартних елементів. Принцип стандартизації зустрічається і в Римській Імперії. В історії виникнення метрології зазначається про будівництво водопроводів з допомогою труб однакових розмірів.

В епоху повсюдного ремісництва єдині стандарти стали зустрічатися практично в кожній справі. Історія метрології, стандартизації та сертифікації активно розвивалася в період середньовіччя. Наприклад, для ткачів і кравців були встановлені конкретні розміри матеріалів, кількість ниток в основі, загальні вимоги до якості сировини і т. д.

Як розвивалася наука в зарубіжних країнах

Конкретних даних про розвиток метрології та історії метрології до другої половини XIX століття практично немає. Говорити про метрологію як про самостійному науковому напрямку стали лише з середини позаминулого століття. У той період роботи по стандартизації виконувалися вже на всіх виробничих підприємствах.

Завдяки приведенню робочого процесу до єдиними нормами вдалося досягти основної мети, переслідуваної підприємцями – збільшення рівня прибутковості. Внутризаводская стандартизація проходила етапи становлення спочатку всередині окремих цехів, підприємств, але незабаром вона придбала всеосяжний характер.

В кінці XIX століття історія розвитку метрології і стандартизації вже виходила за рамки національного сприйняття. Все більше значення виробнича уніфікація набувала на міжнародному рівні. Найяскравішими прикладами можна назвати наступні:

  • Стандартна різьблення Витворта. Вперше була введена в 1891 році в Англії, після чого застосовувати дюймові розміри стали і в інших країнах. Заміна різьблення Витворта метричної також пройшла синхронно в більшості європейських держав.
  • Ширина залізничної колії. Єдині параметри були запропоновані німцями в 1846 році. Разом з шириною колії розроблені стандартизовані зчіпні пристрої для вагонів.
  • Катаное залізо. Довідник з розмірами стандартних аркушів металопрофілів був виданий в Німеччині в 1869 році.
  • Цегла. У 1870 році в більшості європейських країн були прийняті стандартні розміри будівельного цегли.

Незважаючи на те що це були перші результати стандартизації в історії розвитку світової метрології, вони мали неабияке практичне значення для зміцнення промислових сил кожної з держав, що прийняв ці норми. Завдяки проявам типізації у світі почали з’являтися перші ознаки системи, впорядкованості, цілісності. Наприклад, в одній тільки Німеччині існувало безліч типів вимірювань, причому кожен регіон міг мати окрему міру ваги, довжини, висоти, швидкості і т. д. З історією розвитку стандартизації та метрології тут з’явилася єдина система вимірювання.

Одиниці виміру в минулому

Дані критерії встановлювалися символічно. Так, наприклад, поширена в країнах Європи одиниця довжини «фут» дорівнювала довжині стопи Карла Великого, а «ліктя» відповідала довжина скіпетра короля Генріха I. При цьому пошуки більш оптимальних одиниць вимірювання не припинялися.

Про відомому і застосовуваному у наші дні «метрі» як одиниці довжини вперше почули у Франції, в далекому 1790 році. Між тим прийняти в якості стандарту цю міру довжини погодилися лише 17 країн лише через 85 років. Підписання Метричної конвенції і утворення Міжнародного бюро мір і ваг стали важливим етапом на шляху розвитку метрології. Історія виникнення науково-технічного прогресу є невід’ємною частиною становлення стандартизації.

В кінці XIX століття вдалося досягти значних успіхів у створенні техніки, зміцненню позицій промислових галузей і концентрації виробничих підприємств. На тлі процвітання метрології в технічно розвинених країнах само собою зароджувалось прагнення до організованої стандартизації, яке найчастіше увінчує формуванням місцевих держорганів, що займаються даним питанням. Яскравий приклад – британський Комітет стандартів, створений в 1901 році. Його основним завданням визначалося забезпечення зростання економічної могутності Англії допомогою підготовки, прийняття та впровадження універсальних стандартів на сировинні матеріали, промислове устаткування, військове спорядження.

Метрологія у воєнний час

Інтенсивна военизация численних держав на початку минулого століття потребувала підвищення темпів виробництва озброєнь, милитаристического оснащення і боєприпасів. При цьому вкрай важливим на той момент було дотримання принципів універсальності і взаємозамінності. Без запровадження єдиних стандартів ця задача могла залишитися невирішеною – це основна причина стрімкого підйому метрології.

Історія розвитку метрології переживала новий глобальний етап. В період першої світової війни і після її закінчення були створені державні організації по стандартизації в Голландії, Німеччини, Франції, Швейцарії, Японії та США. Тоді до науки метрології ставилися як до інструменту для здійснення доцільного економічного прориву. Слідом за перерахованими країнами національні структури були сформовані в Бельгії та Канаді, Австрії, Італії, Угорщини, Австралії, Швеції, Польщі та ряді інших європейських держав.

Коротка історія розвитку метрології початку ХХ століття невідривно пов’язана з монополістичним капіталізмом, внаслідок чого інститути стандартизації набули міжнародного масштабу. При постійному розширенні міждержавного товарообміну виникла необхідність більш тісної співпраці в науково-технічних галузях, що і послужило причиною заснування нью-йоркській Міжнародної асоціації по стандартизації (ІСА). На початку Другої світової війни її робота була припинена, а в 1943 році утворений Координаційний комітет з питань стандартизації. Через три роки ці дві організації були об’єднані в Міжнародну організацію по стандартизації (ІСО). Її учасниками стали 33 держави. На даний момент ІСО – найбільша і найавторитетніша міжнародна науково-технічна організація, членами якої є понад 90 сучасних держав.

Інші міжнародні організації

Крім ISO, питаннями стандартизації займаються і інші національні та міжурядові організації. В якості прикладу можна вказати Європейське об’єднання вугілля і сталі, яке було сформоване в 1953 році. Не менш відомої з історії розвитку метрології, стандартизації та сертифікації є Координаційна комісія по сталі – ця організація розробляє промислові стандарти для країн Європейського Союзу.

У березні 1961 року В ході проведення паризького наради, у якій брали участь представники національних організацій по стандартизації країн Європи, був утворений Комітет європейської координації стандартів. До його завдань віднесли розробку загальних метричних одиниць та виробничо-технічних вимірювань для держав-учасників. До складу Комітету входить безліч робочих груп, які поділяються за різних промислових галузей (металургії, будівництва, текстильного виробництва, машинобудування, судно — і авіабудування, видобуток нафти і газу, ін).

Перші стандарти на Русі

Деякі одиниці міри з історії російської метрології мають антропологічне походження, так як вчені пов’язують його з особливостями трудової діяльності людини. Наприклад, жителі Київської Русі використовували такі види вимірювань:

  • Вершок – означав верх перста (пальця). Ця міра довжини передбачала використання довжини верхньої фаланги вказівного пальця.
  • П’ядь – слово походить від «п’ять», «пятерня». Мова йде про відстані між кінцем витягнутого вказівного і великого пальців.
  • Лікоть – саме таку назву мала відстань від ліктя до кінця середнього пальця.
  • Сажень – походження цього слова пов’язане з дієсловом «зазіхати», «досягати». Ця староруське одиниця виміру відстані була основною мірою довжини з 1649 року і прирівнювалася 2 метрам 16 див. В часи правління Миколи I довжина сажні була змінена і прирівняна семи англійським футам.
  • Верста – міра довжини, рівна п’ятистам сажням. У сучасній системі вимірювання одна верста – це відстань майже в 1067 метрів.

З вживання зазначені заходи довжини вийшли після введення в СРСР національної метричної системи. Згадок про будь-яких державних органах, що займаються питаннями стандартизації, не є в історії метрології. У Тверській губернії, наприклад, роль метрологічної служби частково на себе брали монастирі і церкви, які застосовували і зберігали зразкові по тим часам засоби вимірювання. Однак даними відомостями немає офіційного підтвердження.

Зародження стандартизації в доімператорський період

Перша офіційна інформація з історії розвитку метрології в Росії відноситься до років правління царя Івана Грозного. В середині XVI століття спеціальним указом правителя були прийняті стандартні розміри гарматних ядер. Царський указ визначав також калібри для підтвердження цих розмірів. Документ регламентував правила зберігання боєприпасів, способи перекладу колишньої міри об’єму сипучих тіл у відповідності з новими вимогами. З зразкових одиниць знімали копії, які зберігалися у централізованих сховищах. Все це дозволяє говорити про чинної при царі Івані Грозному системі єдності вимірювань та метрології державної.

Історія розвитку метрології середини XVII століття відображається в Статтях Соборного уложення, а також Митному і Новоторговому статутах. Серед усіх стандартизирующих документів ці були найбільш значущими, так як встановлювали відповідність староруських заходів англійському фунту. Столичні укази, які передбачають введення загальної системи вимірювання в країні, відправлялися в повіти і губернії одночасно з контрольними зразками, за навмисне псування яких людині загрожувало суворе покарання, не виключалась навіть смертна кара.

Наглядовими органами, які стежили за виконанням указу і проводили перевірки, були призначені два московських установи – так звана Померная хата і Велика митниця. Ці структури також займалися вирішенням спорів і конфліктів, що виникали в ході торгових операцій. У периферійній частині держави контроль за дотриманням указу був доручений воєводам і персоналу земських хат, старостам.

Стандарти в Російській імперії Петра Великого

З цього моменту починається зовсім інший етап історії метрології. Створення таблиць заходів, що наочно демонструють співвідношення між російськими і зарубіжними одиницями вимірювання, послужило потужним поштовхом до розвитку імперської стандартизації. Важливу роль у розвитку наукової і практичної складової метрології зіграло дозвіл Петра I на звернення до Росії мір ваги та довжини, що вживалися англійцями (фути, дюйми). Особливо широку популярність вони отримали на флоті і в кораблебудуванні.

Питаннями єдності мір і стандартизованого обслуговування у виробничо-торговельній сфері було доручено Комерц-колегії. Новими функціями були наділені Адміралтейств-колегії, які тепер повинні були піклуватися про правильне використання угломерных приладів, міряв, компасів і інших пристосувань. Берг-колегія займалася вимірюванням кордонів для видобутку сировини, що використовується у гірничій промисловості, карбування монет і пр.

Величезне значення в історії і розвитку науки метрології придбала Петербурзька академія наук. Заклад, заснований в 1725 році, розширило сферу діяльності і почало займатися стандартизацією часових відрізків, кутових одиниць, температурних показників. Науково-дослідна установа мала у своєму розпорядженні усіма необхідними зразками, зокрема, еталонними копіями фунта.

Поступово в державі виникала потреба у створенні централізованого керівного центру, що координує питання метрології і стандартизації по всій країні. Таким виступила Комісія ваг і мір в 1736 році. Її головою став колишній глава Монетного двору граф Головкін М. Р., а його правою рукою став Л. Ейлера. Вихідною мірою довжини комісія визначила дерев’яну сажень і мідний аршин, а в якості мірника рідин прийнято відро. Вагомим кроком у роботі Комісії стало встановлення російської зразкового фунта. Діяльність структури тривала понад 11 років. Не менш важливим результатом роботи Комісії стало виготовлення бронзової гирі, покритої позолотою – виріб придбало статус узаконеного державного еталона у вимірі ваги на Русі. Цей фунт, відповідний вагою гирі, залишався єдиним зразком в країні протягом кількох десятиліть.

Нова історія становлення метрології в Росії

Імперським указом 1835 року, що визначав систему міри і ваги в Російській Імперії, які затверджувалися еталони маси, довжини. До них ставилася платинова сажень, прирівняна до семи футам англійців, платиновий фунт, не відрізнявся за вагою від бронзового позолоченого аналога.

Багато вчених-метрологи пов’язують 1842 рік з моменту фактичного виникнення метрології в Росії. Історія науки в її сучасному розумінні бере відлік з відкриття першого централізованого установи на території Петропавлівської фортеці – Депо зразкових мір і ваг. Будівля цього державного органу відрізняв підвищений рівень безпеки. За словами будівельників, Депо не були страшні ніякі пожежі. Тут не тільки зберігалися еталонні оригінали, зразки зарубіжних мір довжини і ваги, але і вироблялися копії для користування на місцях, здійснювалася перевірка і звірення вітчизняних оригіналів з зарубіжними. На даний момент шаблонні вироби зберігаються у петербурзькому музеї Д. І. Менделєєва. Діяльність Депо регламентувалася спеціальним положенням, прийнятим в тому ж 1842 році. Документ заклав основи стандартизації та забезпечення однаково точних вимірів.

До речі, даний період в історії науки метрології детально викладено в капітальній праці Петрушевского, який називається «Загальна метрологія». Книга була видана в 1849 році і удостоєна Демидівської премії імператорської Академії наук.

Метрологія Менделєєва

Відчутний прогрес у науковому розвитку стандартизації стався в період керування Депо Д. І. Менделєєвим. Вчений, що вніс величезний науковий внесок у вітчизняній фізиці, хімії, економіці, геології та приладобудуванні, зумів вивести роботу в організації на новий рівень.

У 1893 р. Депо зразкових мір і ваг було реорганізовано в Головну палату мір і ваг. Дана структура придбала офіційний статус одного з перших у світі науково-дослідних установ метрологічного профілю. Під керівництвом Д. І. Менделєєва був проведений величезний обсяг роботи щодо створення російської системи еталонів та їх співвідношенню з іноземними метричними параметрами. Менделєєв в історії виникнення метрології сприяв реалізації широких програм наукових досліджень у галузі стандартизації. Причому наукові роботи з метрології самого вченого не втратили своєї актуальності і сьогодні. Не випадково Дмитро Іванович у всьому дотримувався принципів, згідно з яким наука починається тоді, коли має місце одиниця міри.

Наукове кредо Менделєєва і в наші дні визначає роль і місце математики, фізики, хімії, метрології в системі природничих наук. Саме Менделєєв заклав правильний вектор орієнтації вивчення питань стандартизації, сформував нетиповий до того часу стиль дослідницької та практичної діяльності, який на довгі роки визначив напрямки для розвитку вітчизняної метрології, забезпечивши їй авторитет на міжнародній арені.

Але навіть Менделєєву не вдалося досягти повноцінного запровадження в Росії зручною і єдиної метричної системи. У той період, коли Депо зразкових мір і ваг очолювалося вченим, еталонні міри використовувалися лише частково, паралельно з застарілими дюймовими системами. Подібне положення справ заважало нормальному розвитку виробництва, що гальмувало і ускладнювало промислові, зовнішньоекономічні та науково-технічні напрацювання. І якщо в Санкт-Петербурзі нові системи використовувалися повсюдно, в провінційних областях не могло йти й мови про фактичний прорив в історії метрології. У Тверській губернії, а також в Курської, Тамбовської та Воронезької, перші намети з вагами і мірними копіями були відкриті вже після смерті Менделєєва.

Початковий етап розвитку сучасної стандартизації

Відчутні зміни у сфері стандартизації та метрології відбулися після державного перевороту. Рада Народних Комісарів надав юридичної сили декрету, який фактично мав на увазі обов’язкове введення Міжнародної метричної системи мір і ваг з 1918 року.

Наступне десятиліття було присвячено реальному впровадженню комплексу заходів і здійснення заходів по установі державного метрологічного органу. Оскільки в умовах Громадянської війни, голоду і розрухи досить важко було домогтися контролю над виконанням Декрету, була введена примусова всеросійська повірка заходів, змінені положення про Головну палату мір і ваг, з’явилися фіксовані такси зборів за повірку та ін. В процесі метрологічного реформування більшовики:

  • розробили, виготовили і замінили десятки мільйонів гир і лінійних меріл;
  • створили мережу повірочних установ в кожному радянському місті, що зробило доступним їх таврування і перевірку;
  • надали вихідні еталонні засоби для оснащення кожної з установ;
  • пропрацювали весь технічний документообіг, реорганізували вимірювальні відділи промислових підприємств, налагодили процес виробництва інструментарію;
  • провели пропаганду метричної системи, навчили населення її використання шляхом видання спеціальних брошур та посібників.

Роль стандартизації у другій половині минулого століття

Велика Вітчизняна війна підтвердила гідний рівень метрологічного забезпечення в інженерно-технічній галузі та економічній сфері Радянського Союзу. Викликане перекладом на військові рейки перебазування і зміна виробничої профільності безлічі промислових підприємств сопрягалось із зміною всієї номенклатури виробів. Але незважаючи на глобальність і блискавичність змін істотних порушень в системі єдності вимірювань і взаємозамінності не виникло.

У післявоєнний період була створена й запущена Державна система стандартизації (ГСС), яка піддавалася неодноразовим змінам, але залишається чинною по сьогоднішній день. В рамках ЦСС регламентується ряд організаційних принципів та умов, пов’язаних зі структурою метрологічної служби та Держстандартом СРСР. До 1973 році метеорологи мали близько 250 територіальних представництв та інститутів з централізованим управлінням Держстандарту в кожній з соціалістичних республік.

Знаменною подією в історії створення метрології сучасної Росії стало прийняття Федерального Закону «Про стандартизацію» в 1993 році. Даний документ встановив способи захисту інтересів споживачів шляхом проектування і впровадження Гостів. З набуттям цим законодавчим актом юридичної сили відбувся перехід від обов’язкового дотримання стандартів, встановлених порядками СРСР, до частково рекомендованим вимогам. Дана тенденція проіснувала рівно 10 років. У 2003 році розпочався перехід до добровільної системи стандартизації. Прийняття даного документа призвело до початку процесу перебудови діючої системи стандартизації, яка перешкоджала Росії вступити до СОТ і не дозволяла усунути технічні бар’єри у виробництві.

Система вимірювання в історії метрології зазнала масу змін, але, незважаючи на всі складнощі, які супроводжували в різні періоди становлення цієї наукової галузі, використання стандартизованої системи зіграло вирішальну роль у розвитку національних і міжнародних метрологічних інститутів.