Текст книги "Очень общая метрология"

Автор книги: Леонид Ашкинази

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 12 страниц)

«Во время анализа уже собранных данных имеет место следующая ситуация. При наименее глубоком анализе получаются тривиальные выводы, очевидные и не интересные. При более глубоком анализе появляются интересные и не очевидные результаты. Интуитивно они воспринимаются как «умопостигаемые», то есть некоторым напряжением мысли удается вместить их в картину мира. При дальнейшем углублении анализа начинает появляться загадочные связи, сложность их понимания растет и наконец они становятся непостижимыми, начинают восприниматься как «шум»».

Соответственно, анализ надо останавливать, когда загадочное начало появляться, но когда его еще не слишком много. В зависимости от традиций области, консерватизма коллег и предполагаемых читателей и собственных вкусов доля загадочного может доходить, как мне кажется, до 10 %, с некоторым риском – до 20 %. Есть в науке и еще одна опасность. Когда получены первые данные, человек начинает строить гипотезы. И в дальнейшем начинает под эти гипотезы – это же его гипотезы! – «подгонять» все дальнейшее. И это не всегда жульничество, иногда это происходит незаметно для него самого, например, посредством отбрасывания «заведомо ошибочных» измерений или «неудачных серий». Физик бы сказал, что этим способом человек вносит в процесс познания неустойчивость. Возможно, что именно так возникла та часть «солнечно-земной физики», которая связывает пятна на Солнце с эпидемиями чумы, существенная часть того, что связано с так называемыми «сверхмалыми дозами» и некоторые другие направления. Новейшие, революционные, прорывные, беспрецедентные, уникальные, абсолютно оригинальные, не имеющие аналогов на Западе и далее.

Человек всегда имеет в голове какую-то гипотезу, причем даже человек, который не только не имеет представления о моделях, но и обидится, если его в этом заподозрят. Видно это из того, что тренды и производные интуитивно кажутся нам информативнее равного количества измерений. Именно потому, что наше умненькое подсознание (которому очень одиноко в таких головах) воспринимает тренд и производную как опирающиеся на какую-то, причем вполне очевидную, гипотезу.

При начале изучения какого-либо вопроса мы всегда располагаем какой-то информацией. Она может в большей или меньшей степени относиться к изучаемому нами объекту, она может быть более или менее подробной, она может быть более или менее достоверной, но она всегда есть. А раз она есть, то она может быть сложена в предчувствие, интуитивную картину, гипотезу. Вопрос – как степень определенности этой недотеории влияет на процесс получения данных?

Если теория хорошо определена, всеми признана, единогласно принята и так далее, то есть риск подгонки результатов под теорию. Причем эта подгонка может быть натуральным жульничеством, «простым, как мычанье», а может быть и совершенно не осознаваемым самообманом. Самый распространенный способ самообмана – отбрасывание «заведомо ошибочных» измерений или «заведомо неудачных серий замеров».

В противоположном случае, когда теории нет совсем, мы находимся в ситуации «очень предварительного наблюдения». Ничего криминального в этом нет, но пренебрежение возможностью работать с какой-то, пусть плохонькой, но гипотезой, увеличивает количество работы по набору данных. С другой стороны, наличие непредвзятого взгляда позволяет надеяться, что мы не пропустим совсем новое явление, если уж оно нам встретится. В реальной же ситуации человек часто ленится разрабатывать теорию, мотивируя это именно целесообразностью непредвзятости и обрекает себя тем самым на лишнюю работу.

Естественно, что истина лежит между Сциллой и Харибдой и важно не пытаться пройти боком, цепляя носом байдарки за одну скалу, ломая руль о другую, и видя разинутые в беззвучном хохоте рты древних греков, прыгающих с видеокамерами по камням.

Источники

Источников по классической метрологии много. Полный анализ их невозможен, я бы рекомендовал следующие книги:

Б.Г.Артемьев, Ю.Е.Лукашов «Справочное пособие для специалистов метрологических служб»;

В.А.Кузнецов, Г.В.Ялунина «Общая метрология»;

«Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника» под. ред. К.К.Кима;

В.А.Вышлов, Б.Г.Артемьев «Техническое регулирование: безопасность и качество».

Заметим, что для сходимости процесса чтения не достаточно читать, скажем в каждую минуту больше, чем в эту минуту рожает совокупный всечеловеческий Плагиатор. Непрочитанный остаток должен убывать не просто достаточно быстро, чтобы процесс сходился, а так, чтобы процесс сходился за конечное время и, что самое страшное, за не слишком большое.

Ну, а то полезное и приятное, что нашлось в Интернете, собрано в указателе.

Не считайте его исчерпывающим – да хотя бы потому, что мир изменяется, а любой текст с какого-то момента (и в течение какого-то времени, если он обновляемый) – увы, нет. Может быть, когда-нибудь все «написываемое» разделится иначе, нежели сейчас – не на художественное и техническое, а на «вечное» и «синхронное». Вечное – это то, что автор сдал на хранение в Сеть, и пообещал более не лапать. Синхронное – это то, что манифестируется как изменяемое – самим автором, другими людьми, компьютерной программой – «имитатором автора», «ИскИном» или иными, неведомыми сегодня механизмами. Заметим, что идею изменяющейся книги предложил (кажись, впервые) Станислав Лем («Экстелопе́дия Вестранда»).

Все эти источники – на самом деле источники по физико-технической метрологии, просто потому, что книг, озаглавленных «социологическая метрология» или «психологическая метрология» нет. Но любой хороший учебник по социологии и психологии, причем не по философским основам этих дисциплин, а по реальным технологиям, по методике исследований и будет книгой по социологической и психологической метрологии. На сегодня наиболее серьезное внимание именно этому аспекту социологии уделено в следующих книгах, большая часть которых есть в Интернете:

Батыгин Г.С. Лекции по методологии социологических исследований. М., 1995;

Горшков М.К., Шереги Ф.Э. Прикладная социология. М., 2009;

Девятко И.Ф. Методы социологического исследования. М., 2002;

Толстова Ю.Н. Измерение в социологии. М., 1998;

Ядов В.А. Стратегия социологического исследования. М., 2007.

Ровно так же, как физика и техника не сводится к СуперКамиоканде и заржавленному резьбомеру, так же и социология и психология не сводятся к методам составления тестов и анкет. Социология – таков сегодняшний этап развития этой науки – тщательно обсуждает, как надо строить гипотезы (что к классической метрологии не относится), как измерить то, что мы хотим измерить (то есть как превратить наше интуитивное представление в «индикаторы» – измеряемые, хотя бы социологическими методами, величины), как построить выборку, и наконец, как составить анкету и произвести опрос. Этот текст – не учебник по физике, технике или социологии, поэтому мы не обязаны (хотя и можем) подробно рассматривать, как именно эти авторы предлагают измерять те или иные характеристики общества. Но вкратце мы это сделаем.

Развитие метрологии: «газ»

… а «тормоз» будет потом. Скорость развития определяется, как всегда эндогенными и экзогенными факторами, проще говоря – бурчанием в своем желудке и битьем со стороны. Эндогенный фактор – это естественные для нормального человека интерес к области, в которой он работает и желание делать свое дело хорошо. Это желание не случайно названо «естественным», оно – результат длительной эволюции, при которой вымирали общества, не поощряющие в людях такие желания. Трактуя эту ситуацию несколько расширительно, можно сказать, что общества не могут жить долго, будучи слишком глупыми – они вымирают, уступая место на жизненной арене другим, более умным. Возникновение которых неизбежно, потому что при увеличении времени вероятность синхронного развития общностей падает (если нет внешнего механизма поддержания равновесия, например сверхцивилизации мудрых и гуманных инопланетян). Вперед вырывается общество, поощряющее в достаточной мере и у достаточного количества своих членов желание работать.

Попутно. Эту тривиальную мысль гениально сформулировал В.И.Ленин, сказав, что в конечном итоге побеждает тот общественный строй, при котором выше производительность труда. Тут напрашивается вопрос – какой же это строй? Володенька не смог решить вопрос теоретически и решил начать с экспериментальной проверки. Метролог разделил бы страну пополам, например по Уральскому хребту и поставил бы грамотный эксперимент – начал строить коммунизм слева, а капитализм справа (это реверанс в адрес женщины, которой я посвятил книгу).

Володенька, будучи публицистом и несостоявшимся помощником присяжного поверенного (по российско-милицейской терминологии – БОРЗ, «без определенного рода занятий») поставил эксперимент иначе. Поиск затянулся на 70 лет и обошелся народам России в десятки миллионов жертв.

Экзогенный фактор – это потребности других областей науки и техники к метрологии. Эти потребности можно классифицировать аналогично сказанному выше:

– на краю или вне освоенного диапазона,

– с большей, нежели достигнутая, точностью,

– при необычных значениях других параметров того же объекта или сигнала,

– за малое время (с высокой скоростью) или с высокой частотой повторения,

– с особо малым влиянием на объект,

– в особых внешних условия,

– измерения на новом объекте,

– и наконец, измерения новых величин.

Измерения не теми приборами мы в этот список включать из скромности не будем. Они, конечно, требуют изощренности мышления, особо свойственной, если верить легендам, российским инженерам, но измерение напряжения амперметром все-таки маргинально.

Основная история метрологии – это история работы по увеличению точности измерений, расширению списка измеряемых величин и условий измерения. Сначала обсудим точность. Есть два варианта – если объектом заботы метрологов являются только приборы и если объектом заботы являются эталоны и приборы. Например, по первому варианту иногда работает человек – измеряя степень влюбленности учащением пульса, мы не предъявляем человеку сначала эталон. Не занимается эталонами и, так сказать, полевая метрология – метрология в цеху и лаборатории физика. Также не заморачиваясь проблемой эталонов работает метрология, если она пользуется естественными эталонами и полагает их неизменными по определению. В этом случае метролог обеспечивает точность приборов посредством поверок, то есть сличения показаний прибора с показаниями более точного прибора. Чем стабильнее прибор, тем реже нужны поверки, поэтому иногда точность и стабильность даже упоминают в одном ряду и говорят: «точность и стабильность приборов».

По второму варианту, заботясь и об эталонах, и о приборах работает метрология, когда она пользуется искусственными эталонами – метровой палкой и килограммовой гирей. Или когда мы сравниваем объекты, интуитивно полагая, что какой-то из них – идеал, «эталон». Например, разговаривая об уровне жизни, мы принимаем во внимание и то, как мы жили вчера, и как наши соседи живут сейчас. Принимая что-то из этого за то ли идеал, то ли эталон, то ли за мишень для полива помоями. Также, когда метрология пользуется естественными эталонами, но понимает, что они могут изменяться и под действием внешних причин, и с течением времени. В этом случае проблемами метрологии будут не только увеличение стабильности и точности средств измерения, но и обеспечение идентичности того, что должно быть идентичным (эталонов) и удобства передачи единиц измерения (поверки).

Стабильность эталона – вещь, интуитивно предполагаемая физиком, если он не занимается стабильностью мировых констант и не работает с метрологами, то есть «просто» измеряет что-то свое. Метролог всегда понимает, что эталон может быть не стабилен. Сами же причины нестабильности более понятны физику. Например, нестабильность эталона килограмма может быть следствием сорбции, окисления, диффузии, испарения, падения пылинок. Поэтому сейчас рассматривается возможность перехода на «естественный» эталон – массу атома (через вес кремниевого шара определенного размера). Естественный эталон такого типа (переданный через макроскопическое тело) тоже может «плыть», если плывут фундаментальные константы, но по крайней мере он всегда может быть повторен. Нестабильность эталонов замечается по изменению различий между ними. Возможные причины нестабильности эталонов – интересный физический вопрос. Метрология начала с естественных эталонов (размер частей тела человека), потом частично перешла к искусственным (метр, килограмм), сейчас возвращается к естественным. Причины эволюции – погоня за стабильностью и легкостью повторения и передачи. Новые естественные эталоны (длины, времени, массы), их можно назвать «естественные эталоны второго поколения», базируются на свойствах атомов, на «естественной дискретности», то есть квантуемости мира. Некоторые из этих атомных эталонов намного меньше тех размеров, с которыми обычно приходится иметь дело, поэтому необходима масштабирующая цепь устройств. Такие цепи существуют для времени и длины, а для массы – пока нет. Поэтому ведется разработка комбинированного атомного эталона – через массу атома и эталон длины – в виде шара точного диаметра из чистого (изотопно-чистого!) кремния. Для некоторых возможных (и, возможно, перспективных) атомных эталонов масштабирующие цепи не нужны, например, для эталона напряжения на квантовом эффекте Джозефсона и сопротивления – на квантовом эффекте Холла.

Роль физической «простоты» эталона состоит не в отсутствии влияний – и поэтому высокой стабильности, а в известности, с точки зрения физики, возможных влияний. Отдельно можно рассмотреть проблему постоянства мировых констант, которая вообще относится к сфере физики, но успешно граничит с метрологией.

Третий двигатель метрологии – это измерения новых величин. Тут можно спросить, а откуда вообще берутся «новые величины»? На первый взгляд в физике величины задаются формулой или методом измерений, а в полугуманитарных областях вроде социологии – мутными рассуждениями. На самом же деле ситуация не столь черно-белая.

Часто заказчик интуитивно понимает, что он хочет исследовать, но внятно, на принятом метрологическом языке, сформулировать это не может. И метролог должен ему помочь. В простейшем случае он должен сказать ему, что то, о чем он взволнованно мычит, называется напряжением. В более сложном случае он назовет комбинацию величин, скажет, что надо измерять напряжение, ток и сопротивление и как-то эти данные (наверное, посредством закона Ома) обрабатывать. В еще более сложном и интересном случае метролог должен помочь подобрать четко определимые параметры для характеристики нечетко определенного понятия. Например, чем характеризовать надежность?

На интуитивном уровне мы понимаем, что это такое. А в числах? Что это – время приработки, частота выходов из строя на основном этапе срока службы, момент начала роста частоты отказов (износа), средняя наработка на отказ, время восстановления (ремонтопригодность) или замены, вероятность безотказной работы в течение какого-либо срока, причем разного, или что-то еще? (http://www.fizoptika.ru/describtion/reliability.pdf).

Выбор зависит от конкретной задачи, возможности и стоимости замены и ремонта и других условий. Или вот – как характеризовать шероховатость? Есть несколько способов ее охарактеризовать, часть которых стандартизована: http://www.base-techmash.narod.ru/Roughness.htm – и для разных применений важны разные параметры.

Или вот вопрос: на сайтах знакомств большинству анкет можно поставить в соответствие три числа – возраст субъекта sub и диапазон возрастов объекта min-max. В самых общих чертах связь кажется понятной, но как изучать эту связь? – зависимость min(sub), max(sub), среднего (min+max)/2, или «терпимости» max-min от sub? Или поискать функцию, доставляющую минимум разбросу зависимости ее значений от sub? Метролог должен понять, чего хочет заказчик и затем засучить рукава… то есть засучить мышью.

А подробнее возникновение новых понятий в социологии и психологии будет рассмотрено далее.

Развитие метрологии: «тормоз»

… «газ» уже был – выше. На скорость движения влияет инерция – экономическая, техническая и обычно недооцениваемая психологическая.

Экономическая инерция – отсутствие в обществе свободных средств, отсутствие возможностей для инвестиций. Поэтому мобилизационная экономика эффективна на коротких временных интервалах и проигрывает на больших. Правильный уровень свободных средств в обществе – такой, при котором человек или фирма, имеющие какую-то новую перспективную идею, могла за разумное время найти кредит за разумный процент, позволяющий начать проект.

Техническая инерция – следствие разветвленности и сложности связей в технике, изменение чего-то, внедрение чего-то нового может либо потребовать предварительно других изменений, либо повлечь за собой необходимость изменений. Чем тех и тех изменений больше, тем труднее внедрить новое. Кроме того, чем больше предварительных и последующих изменений, тем больше суммарный технический риск – вероятность того, что что-то не получится, не заработает, не взлетит, полетит не туда и так далее.

Психологическая инерция проявляется двояко и, как сказали бы гуманитарии, «амбивалентно». С одной стороны, психологическая инерция тормозит развитие, новая вещь не внедряется просто потому, что людям комфортнее жить по-старинке. С другой стороны, естественная тяга людей к новизне, хотя иногда и выглядит забавно, и позволяет обогащаться изготовителю, не создавая реально новую и лучшую вещь, а оснащая изделия малоосмысленными фичами, тем не менее работает на прогресс.

Все три вида инерции связаны – например, техническая инерция упирается в экономическую и психологическую, экономическая возникает отчасти из-за технической: кредит найти тем труднее, чем больше технический риск.

Заметим, что в теперешней российской ситуации перестройки системы стандартизации и сертификации влияют еще и психолого-политические соображения – нежелание изменять свою доморощенную систему по западному цивилизационному образцу. Позиция многих людей относительно перехода с советской системы обязательных стандартов на европейскую систему обязательных «технических регламентов», относящихся к безопасности людей, и в основном не обязательных стандартов определяется политико-психологическими соображениями относительно «особого пути» России и так далее. Правда, чаще это демагогические спекуляции, а в основе – просто желание сохранить привычную работу, нежелание учиться и осваивать что-то новое.

Новая величина

В начале было слово, то есть интуитивное представление. На восьмой день пришли к вратам парадиза метрологи, открыли дверь ногой и заявили, что с интуитивным представлением они работать не могут и что им нужно превратить это интуитивное в вещи, которые можно измерять. Первыми на этот призыв откликнулись, как известно, физики. Они придумали время, координату, скорость, ускорение, массу, силу и многое другое. Процесс шел долго и мучительно, понятия импульса и энергии возникли позже, понятия электрона и протона еще позже, а понятия темной массы и энергии возникают на наших глазах. С метрологией этот процесс связан слабо: новые приборы для измерения новых величин разрабатываются в физике далеко не всегда и как правило после того, как новая величина осознана.

В технике процесс превращения интуитивных представлений в измеряемые величины начался тоже давно, и тоже идет по сей день. Как и в физике, он сопровождает возникновение новых областей применения и новых задач. Например, мы на интуитивном уровне понимаем, что такое гладкий и шероховатый, для формализации этого понятия существуют несколько параметров, но вполне можно предположить, что для какой-то новой задачи потребуется введение нового параметра. С метрологией этот процесс связан вроде бы сильнее, чем в физике: инженеры любят новые красивые коробочки, которые сами что-то измеряют.

Кроме того, в прикладных областях существуют свои способы для измерения разных параметров – шкалы сравнения. Например, хотя для физика это удивительно, нет единой шкалы белизны, для ее «измерения» часто пользуются шкалой цветности, а для целлюлозы и текстиля белизну определяют по коэффициенту отражения в синей части спектра, причем именно на волне 457 нм. Поскольку легко придумать объект, для которого это категорически не прокатит (интерференционное зеркало на эту длину волны), значит принятый метод опирается на групповые свойства объекта – в данном случае на то, что для целлюлозы и текстиля, изготовленных по обычной технологии, такое невозможно, и объект, «белый» на этой длине волны, будет белым в обычном смысле. В данном конкретном случае можно уточнить, что поскольку «естественная» окраска указанных продуктов часто бывает желтоватая, то высокий коэффициент отражения в синей части спектра действительно сделает вещь более «белой». Впрочем, есть и специальные шкалы цвета для отдельных видов продуктов, а именно для нефтепродуктов, реактивов, смол, воды, пива, лаков и красок.

В социологии процесс выработки понятий идет все время, но единой системы пока нет. Если разные исследователи изучают один и тот же процесс и измеряют то, что интуитивно кажется им одним и тем же и даже одинаково это называют, то измеряют они это разными инструментами и в лучшем случае потом пытаются сопоставить полученные результаты. Возможно, в будущем какие-то социологические параметры и инструменты будут стандартизованы. Пока единственное, что более или менее стандартно, это «Индекс человеческого развития ООН». Он составляется из продолжительности жизни, уровня образования и уровня жизни (ВВП на душу населения) и мало о чем говорит – ибо составить его можно разыми способами даже из этого небольшого набора величин. Впрочем, тоже дискуссионного.

При построении индикаторов в социологии, то есть при формулировании собственно вопросов (и закрытий – если вопрос закрытый) человеку свойственны вполне определенные ошибки, чаще всего недостаточно конкретная формулировка вопроса, включение в один по форме вопрос более одного, по существу, вопроса или неполнота списка альтернатив. Все это признаки одного и того же – отсутствия у составителя анкеты собственной модели явления. Другое дело, что и эта модель не возникает путем самозарождения, подобно мышам из нильской грязи (как полагал великий Аристотель), а является результатом обработки в мозге каких-то более общих закономерностей, моделей и результатов проведения пилотажных анкет. Поэтому «пристрелочные» вопросы допустимы – но только в поисковом исследовании и на предварительном этапе. Наличие их на более поздних этапах исследования – недоработка, признак либо лени, либо слишком сжатых сроков проведения исследования.

При составлении анкеты и проведении опроса важно обеспечить малое влияние измерения на объект. То есть то, как мы формулируем вопросы и располагаем их в анкете, как мы формулируем «закрытия» и как располагаем их в вопросе, какими глазами смотрит интервьюер – все это не должно изменить внутреннее состояние респондента. В достаточно серьезной книге по социологии будет рассказано, что сложные вопросы должны быть в середине анкеты, что вопросы должны группироваться в смысловые блоки и разделяться текстом, «переключающим» внимание, что вопросы могут строиться уточняющей цепочкой. Будет написано, что при составлении анкеты надо почаще спрашивать себя, не содержатся ли в самой формулировке вопроса что-то, что влияет на мнение респондента? И надо предусмотреть выбор «затрудняюсь ответить» – если его нет, возрастает уровень шума. И надо понимать, что в письменной анкете один и тот же ответ будет выбираться чаще, если он стоит первым, а если интервьюер задает вопрос устно – то если этот ответ будет назван последним. Что сам вопрос не должен быть длинным, и не должен содержать в себе текст одного из закрытий (или ни одного, или всех). Все это предназначено для того, чтобы в ходе работы с анкетой не изменялось состояние респондента, то есть чтобы социолог мало влиял на объект.

В психологии доизмерительная стадия – стадия определения, какие параметры описывают ситуацию (то есть человека), как эти параметры собираются в систему, какие существуют системы (или она одна), как эти системы связаны. Этот процесс шел одновременно с разработкой опросников и тестов, можно сказать, что новые величины создавались вместе с приборами для их измерения.