Стандартизация. Метрология. Стандарты информационной безопасности. Практика применения

Историю стандартов можно считать от Шумеров или Египта, а можно увести в древний Китай, можно поискать исторические аналогии в Мезозое, Коране и Библии, в любом случае история уходит в глубь веков. Людям удалось достичь значительных успехов в развитии труда при прохождении долгого пути от каменного топора до микросхем современного информационного мира [35]. Технологии постоянно совершенствуются и это продолжается в настоящее время с ещё большей скоростью. Производственные процессы становятся все более эффективными. Все это вместе способствовало историческому развитию стандартов.

Есть мнение, что история стандартов начинается в XIX веке, когда в связи с развитием промышленности и технических инноваций стало необходимым унифицировать производственные процессы и продукцию, чтобы обеспечить их совместимость и безопасность [36].

Возможно, следовало начать описание истории развития стандартов с начала строительства Великой Китайской стены в 221–206 гг. до нашей эры, но это сложный артефакт, имеющий множественные мнения у историков разных стран, поэтому начнём с Египта. Там есть артефакты, дошедшие до нашего времени. В древнем Египте при строительстве сооружений использовались кирпичи постоянного, как бы сегодня сказали, «стандартного» размера. При этом, специально выделенные проверяющие, занимались контролем размеров кирпича. В музеях мира остались многочисленные фрески с процессами производства кирпича в Древнем Египте. Как видно из рисунка 1.5, при производстве кирпича кроме рабочих присутствуют замерщики, проверяющие размеры.

Строители – вот кто оказались зачинщиками стандартов. Первыми именно архитекторы и строители поняли преимущества процессов стандартизации. К сожалению, некоторые производители обоев и плитки в нашей стране даже через две тысячи лет не прониклись идеей однообразия, поэтому выбирая обои или плитку менеджеры советуют смотреть на партию и дату выпуска.

Рисунок 1.5 – Производство кирпича в Древнем Египте

(Источник: стоковые изображения и фотографии iStock [37])

Древняя Европа, Рим оставили множественные доказательства одинаковых, стандартных решений. Древние римляне применяли принципы стандартизации при строительстве водопровода. Трубы Римских водопроводов были постоянного размера, что способствовало быстрому ремонту и развитию технологий переброски воды и отводу канализационных труб.

Как древние римляне применяли принципы стандартизации при строительстве водопровода?

Строительство водопроводов было одним из самых важных инженерных проектов древних римлян. Чтобы обеспечить стабильное и надёжное водоснабжение, римляне использовали стандартизованные методы и материалы. Они использовали одинаковый материал для труб – свинец, а также стандартные размеры, чтобы обеспечить совместимость и надёжность системы. Кроме того, римляне разработали специальные стандарты для проектирования водопроводных систем, включая расчёты пропускной способности труб и проектирование сооружений для надёжной защиты от повреждений и утечек [34].

Как видно из рисунка 1.6, в древнем Риме более двух тысяч лет назад для водопровода применялись свинцовые трубы, а для отвода канализации использовались керамические трубы одинакового размера.

Рисунок 1.6 – Свинцовые и керамические трубы одинакового размера, используемые в Древнем Риме

(Источник: стоковые изображения и фотографии iStock [37])

Возможно, впервые стандартизации подверглись не только размеры, но и материал, из которого были изготовлены трубы. Водопровод, канализация, туалеты в Римской империи на много веков опередили время. Это произошло из-за повсеместного использования единых стандартов, что подтверждает все преимущества, полученные человечеством от внедрения и использования единых стандартов.

В средневековье с развитием ремёсел методы стандартизации начали применяться чаще. В это время стали производить ткани с одинаковыми размерами по ширине и равным количеством нитей во всём «отрезе». Появились единые требования к сырью, из которого делали ткани. Преимущества получили ткани из хлопка и льна.

Широкое распространение однообразия и стандартов получилось в эпоху Ренессанса, в XIV -XVI веках. Эпоха Ренессанса (или Возрождения) пришла на смену средним векам.

В эпоху Ренессанса стандарты использовались во многих отраслях, включая архитектуру, искусство и науку. Например, создание и распространение стандартизованных единиц измерения, таких как метр или килограмм, способствовало развитию науки и технологий. В архитектуре стандарты использовались для создания более точных и надёжных построек, а в искусстве – для сохранения и передачи технологий и техник мастерства от поколения к поколению [34].

Эпоха расширила международные отношения и это вызвало желание понимать друг друга, общаться, торговать, создавать новые товары по единым правилам, понятным всем.

В 1785 году французский инженер Никола Леблан (Nicolas Leblanc) изготовил партию оружейных замков в количестве пятидесяти штук. Особенностью оружейных замков была их взаимозаменяемость и возможность использовать в различных типах мушкетов и ружей. Это важное боевое качество используется во всех современных стандартах, регламентирующих вооружения.

Примеры старинных оружейных замков показаны на рисунке 1.7. Унификация позволила быстрее наладить ремонт оружия, имеющего малую надёжность. Начиная со второй половины XIX в. работы по стандартизации проводились на всех мануфактурах и промышленных предприятиях. Благодаря внутризаводской стандартизации изготавливаемых изделий, стала возможной оптимизация процессов производства. Главная цель, которую при этом преследовали фабриканты и предприниматели, – получение более высоких прибылей.

Рисунок 1.7 – Примеры различных оружейных замков

(Источник: стоковые изображения и фотографии iStock [37])

Единые требования или стандарты развивались, прежде всего, на отдельных фабриках и заводах. Понимание того, что однообразие значительно упрощает ремонты и обслуживание, пришло ко многим управляющим. В дальнейшем, многие фабриканты и управляющие стали понимать, что однообразие должно быть общим хотя бы в рамках одной страны или отрасли. Стало понятно, что борона, плуг, седло для лошади изготавливать быстрее и дешевле, если они будут универсальные.

В 1841 году в Англии, а затем и в других странах, была введена стандартная резьба Джозефа Уитворта (Joseph Whitworth), изобретателя и автора новой винтовки и пушки. Джозеф Уитворт разработал стандарт для мелкой резьбы с фиксированным углом канавки 55 градусов и имеющей единый шаг для данного диаметра. Это нововведение вскоре стало первым национальным стандартом, его приняли железнодорожные компании, которые ранее использовали различные резьбы. Стандарт был применён повсеместно, позже он стал одним из британских стандартов и назывался Британский стандарт Уитворта (сокращённо BSW), который регулируется системой британских стандартов 84:2007. На рисунке 1.8 представлен чертёж с резьбой для муфты и трубы с шагом, определённым в 55 градусов.

Рисунок 1.8 – Чертёж с резьбой в 55 градусов

(Источник: выполнено автором по чертежу Уитворта)

В середине XIX века в Германии была утверждена единая ширина железнодорожного пути и единое крепление сцепки для железнодорожных вагонов. В качестве основного стандарта ширины колеи принята колея 1435 мм. Единого стандарта, во всем мире регламентирующего ширину железнодорожного пути, не получилось. В России ширину железнодорожной колеи определили равной 1520 мм (с допуском от 1516 до 1528 мм). Считается, что единого стандарта не получилось создать из-за опасений быстрой переброски солдат разных стран по континенту.

По другой версии, колея железных дорог может быть разной в разных странах из-за различий в технических стандартах и традициях. В прошлом каждая компания по строительству железных дорог могла выбирать свою колею в зависимости от конкретных условий местности и требований. В результате возникло множество различных стандартов колеи, которые постепенно унифицировались в рамках отдельных регионов и государств [34].

На рисунке 1.9 показаны различные стандарты для ширины железнодорожного пути.

Рисунок 1.9 – Различные стандарты для ширины железнодорожного пути

(Источник: выполнено автором с использованием стоковой фотографии Adobe Stock [38])

С конца XIX века требования к стандартам коснулись всего, что только можно было привести к единому стандарту. Началась эра формирования требований к металлу, расфасовке зерна, размеру пуль и снарядов, напряжению в электросети и октановому числу топлива.

Первый справочник, содержащий размеры стандартных профилей катаного железа, опубликовали в 1869 году. Дошло дело и до кирпичей: через 2 000 лет после того, как появились единые размеры кирпича в Древнем Египте, в 1870 году в большинстве стран Европы были установлены стандартные размеры кирпича. Они оказались несколько меньше российских с размерами 250х120х65 мм, определёнными ранее, соответственно равны 240х115х71 мм. Россия раньше Европы ввела государственные стандарты на кирпич. Как и большинство реформ, стандарты на кирпич ввёл Пётр I.

Однако не вся слава от введения стандартов в нашей стране принадлежит Петру I. Упоминания о русских мерах встречаются в летописях древних времён: «Русской Правде», «Повести временных лет», «Грамотах русских князей». В истории сохранилось Уложение Киевского князя Владимира «О соблюдении единых мер веса и длины по всей Руси», датируемое 996 годом. Именно этот древнерусский закон о мерах, условно, можно считать началом российских стандартов. Грамотой в это время обладали служители духовенства, вероятно поэтому им и поручили весь надзор за правильностью мер и весов в Руси.

Ошибается тот, кто считает, что в середине прошлого тысячелетия на Руси «Щи лаптем хлебали». Исторические факты говорят о другом: первые зафиксированные в грамотах царей сведения о стандартах в России (точнее в Московии) появились в 1555 году при царствовании Ивана Васильевича Грозного. Специальным приказом Царя были установлены постоянные размеры пушечных ядер и введённые калибры для проверки этих размеров, а также «Измерительная изба» (Прародитель современного Росстандарта:). Есть документы иностранных путешественников, которые указывают, что единые размеры кирпича в Руси были во времена Ивана Грозного. Доказательства этого не обязательно искать в архивах, так как до нашего времени дошли многие постройки времён Ивана Грозного и даже его отца Ивана III, выполненные в едином размере. Может и сыну «досталось посохом» за то, что он не соответствовал высоким стандартам Ивана Васильевича, был, как бы помягче сказать, немного «не умным».

Указами Петра I введены единые меры, используемые во флоте. Как и в Англии мерами стали футы, дюймы. Основанная в 1725 году Петербургская академия наук начала воссоздание угловых единиц, единиц времени и температуры. Стало понятно, что короткими указами Царя провести стандартизацию в России невозможно, потребовалось создать единственный руководящий МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ центр (комментарий автора: не перепутайте с метеорологическим центром). В это время был опубликован ряд указов Петра I о стандартизации, предписывающий обеспечить взаимозаменяемость и проводить ресурсные испытания. В 1694–1696 гг., по единому образцу, была изготовлена серия галер и брандеров. В 1701 году вышел указ Петра I «О строительстве типовых жилых домов». Кстати, тема для историков: может и стандарты по реновации ввёл Пётр I, а не, как принято считать, мэр Москвы:). В 1714 году Пётр I издал Указ о запрещении каменного строительства по всей России, кроме Санкт-Петербурга. В городе на Неве строго предписывалось возведение исключительно каменных «образцовых домов». Отныне во всех городах, кроме Санкт-Петербурга, строительство каменных домов стало строго караться. С натяжкой, отнесём и этот исторический документ к однообразию и единым стандартам. Стандартизация, проводившаяся во время царствования Петра I систематически, более 25 лет, охватывала разные отрасли хозяйства, но особенно кораблестроение, производство вооружения и строительство. А что, после Петра I продолжилась попытка единых подходов? Да.

Потребность людей в измерениях возникла в давние времена. Поиск удобных механизмов для измерений не завершён и сегодня. Из прошлых столетий дошли единицы веса ценных камней – карат, что в переводе с древневосточного означает «семя боба». Несмотря на широко использующиеся килограммы и граммы, карат не ушёл в прошлое. Во многих странах в аптеках используется мера веса гран. Гран в переводе с латинского означает «зерно». Многие страны ощущали большую потребность в единых стандартах измерения, в том числе и Россия. Указом царицы Анны Иоанновны в 1736 году была образована Комиссия веса и мер. Ответственным за сохранность был назначен главный директор монетного двора граф М. Г. Головкин. В качестве исходной меры длины комиссия изготовила медный аршин и деревянную сажень, ныне хранящиеся в Политехническом музее. На рисунке 1.10 представлены фрагменты эталона длины.

Рисунок 1.10 – Фрагменты эталона длины

(Источник: выполнено автором с использованием стоковых фотографии iStock [37])

Метр относится к одной из первых единиц измерения, выбранных расчётным путём. Метр – одна десятимиллионная часть четверти длины земного меридиана, проходящего через Париж. Такое решение было принято в 1790 году во Франции, но межгосударственной единицей измерения метр стал почти через сто лет, в 1875 году.

Метр – это единица измерения длины в системе СИ, которая определяется как расстояние, которое свет проходит за время 1/299 792 458 секунды в вакууме. Таким образом, 1 метр равен приблизительно 3,28 фута или 39,37 дюймов [34]. В Российской Федерации 1 метр, «как правило» равен 100 сантиметрам:) (Шут. комментарий автора).

Автору до сих пор не понятно, как можно провести измерение от северного полюса до экватора, если таких точек, с точностью до метра не существует. Вероятно, поэтому современный метр определен скоростью света. Большим сторонником единого измерения расстояния в метрах был Наполеон. Захват Наполеоном европейских стран поспособствовал широкому распространению метрической системы.

За меру жидких тел царица Анна Иоанновна приняла ведро московского питейного двора. До наших дней дошёл только образец, хранящийся в политехническом музее, датированный 1886 годом. На рисунке 1.11 представлена мера объёма жидкостей «Четверть», ведро и бочка, использующиеся в качестве меры объёма жидкостей. Сегодня в качестве меры объёма жидкостей в системе СИ принят литр, но остались и старые системы, такие как галлон и баррель, применяемые для измерения объёма нефтепродуктов.

Рисунок 1.11 – Мера объёма жидкостей «Четверть», ведро, бочка-баррель

(Источник: выполнено автором по материалам портала политехнического музея [39] и использования стоковых фотографии iStock [37-41])

Сложнее оказалось создать эталонную меру веса. Работы по изготовлению бронзовой позолоченной гири, которая использовалась как первичный образец российских мер веса, продолжались 11 лет (1736 – 1747 гг.). Этот российский эталонный фунт почти 100 лет оставался единственным эталоном в стране.

Мера веса – это единица измерения массы, которая используется для измерения веса объекта. В системе СИ мера веса измеряется в килограммах. Однако, существуют другие системы мер веса, такие как фунты, унции и караты, которые используются в различных областях деятельности, таких как торговля и ювелирное дело [34].

Килограмм – это единица массы, определяемая как масса прототипа международного килограмма, который хранится в Бюро международных весов и мер в Севре (Sèvres), Франция. Однако, существуют усилия по замене этого прототипа на более точное определение килограмма на основе постоянных физических констант. Это может привести к изменению точного значения килограмма в будущем [34].

В 1842 году на территории Петропавловской стены в специально построенном, защищённом от огня помещении было открыто первое централизованное метрологическое заведение России, его назвали «Депо образцовых мер и веса». В Депо хранились созданные эталоны, их копии, а также образцы разнообразных зарубежных мер. В настоящее время эти образцы хранятся в музее-архиве Д. И. Менделеева в Санкт-Петербурге. В «Депо образцовых мер и веса» находились не только эталоны и их копии, но и изготавливались эталонные меры для местных органов, а также проводились проверки и сопоставления эталонных мер с заграничными.

Быстрое развитие техники, промышленное использование электроэнергии, переход к конвейерной сборке в конце XIX и начале XX века ещё больше выявил проблемы унификации и стандартизации. Желание организовать единые правила стандартизации появились у наиболее развитых стран. Затем успешный опыт создания национальных организаций по стандартизации перешёл практически ко всем странам мира. Ещё в начале XIX века Франция, а затем и Англия создали национальные комитеты стандартов, основной целью которых стало экономическое превосходство путём разработки и внедрения стандартов военной техники, прежде всего кораблей флота. Далее экономическое превосходство, вызванное внедрением стандартов, распространилось на сырье и промышленные изделия. Первая мировая война стала катализатором для формирования национальных комитетов. Аналогичные национальные комитеты стандартов появились в 1916-1918 годах в США, Голландии, Германии, Швейцарии и многих других странах, участвующих в войне.

По окончанию первой мировой войны стандартизация стала объективной экономической необходимостью. В это время национальные организации по стандартизации были созданы в Австрии, Бельгии, Венгрии, Дании, Италии, Канаде, Норвегии, Польше, Румынии, Финляндии, Швеции, Японии. В 1922 году данный процесс дошёл и до Австралии.

В конце XIX и начале XX века развитие железнодорожного транспорта, дорожной сети увеличило товарообмен между странами. Потребность в тесном сотрудничестве в науке и технике создали условия для учреждения в 1926 году первой международной ассоциации по стандартизации (ISA). Начиная с 1939 года работа ISA была практически остановлена развязанной Германией и ее сателлитами Второй мировой войны. Практически первое, что восстановили сразу после окончания Второй мировой войны, систему стандартов. Стало понятно, что единые стандарты во всем мире позволят решать множество проблем как в экономике, так и в других областях.

Осенью 1945 года в рамках ООН (Организация Объединённых Наций) создали Координационный комитет по вопросам стандартизации с бюро в Лондоне и Нью-Йорке. Итогом работы Координационного комитета в Лондоне (Великобритания) 23 февраля 1947 года стало создание Международной организации по стандартизации (ISO), в состав которой вошли 33 страны. Подписанный в Лондоне меморандум трактуется аналитиками и историками мира как лидерство Англии – страны-инициатора данного процесса, однако есть множественные документальные подтверждения, что это не так. Инициатором ИСО (ISO) выступил СССР, этим вопросом занимался лично И. В. Сталин. В единых мировых стандартах он видел объединение мира, создание условий для мирной жизни на всей планете. В отличие от капитала, управляющего процессами стандартизации до этого времени, в устав ИСО (ISO) были внесены цели: заботы о людях и планете. Под личным руководством Сталина долго искали аббревиатуру, подходящую для новой организации, регламентирующей международные стандарты, и нашли сокращённое название, одинаково читающееся на многих языках мира. Было решено использовать греческое слово ίσος (исос) – равный. В настоящее время, ISO является первой из большого количества международных организаций по стандартизации. Членами ISO являются свыше 130-и стран мира. История смеётся над нами, когда некоторыми политиками из недружественных стран выдвигается предложение об исключении Российской Федерации из ИСО (ISO) и ООН, созданных по инициативе СССР, преемником которого является Россия [85]. Кстати, для создания доброго и справедливого мира при И. В. Сталине выдвинули инициативу по совершенствованию единого стандартного языка для всех жителей планеты – Эсперанто. Общение людей на национальных языках и едином международном языке, по мнению руководителей СССР, могло объединить всех и создать условия для мира во всем мире. Эсперанто (Esperanto) – наиболее распространённый плановый язык, созданный Варшавским лингвистом Лазарем (Людвиком) Марковичем Заменгофом в 1887 году.

Приведём пример пары слов на эсперанто. «Здравствуйте» на эсперанто можно сказать «Saluton», а слово «Стандарт» звучит как «Standardo» [34].

Язык Эсперанто совершенствовался все время после Второй мировой войны, но с развалом СССР и победой США, доминирующим в мире, стал английский язык. С этого времени английский язык стал основным в международных стандартах. Возможно, для «Языка Эсперанто» ещё не все потеряно.

До революции 1917 года, метрология в России была регламентирована «Положением о мерах и весах», выпущенным в 1842 году. Этот труд стал началом системного, государственного подхода к обеспечению единства измерений и хранения эталонов. Научный труд Ф.И. Петрушевского «Общая метрология», опубликованный в 1849 году, окончательно сформировал метрологию как науку. Метрология стала восприниматься обществом не как ответственное хранение эталонов гирь и метров, а как наука, позволяющая измерять физические величины. Можно сказать, что именно благодаря Российским учёным метрология ушла от ростовщичества в сторону науки. По значимости такое событие можно прировнять к открытию периодической таблицы Менделеева, кстати, имеющей прямое отношение к метрологии и стандартам.

Примером Российского превосходства в процессе стандартизации является первый опыт производственного нормирования в строительстве. Более двухсот лет назад, в 1811–1812 гг., были разработаны «Урочные реестры по части гражданского строительства и по военным работам». Данные реестры содержали нормы расчёта рабочей силы, материалов и транспортных средств. В дальнейшем, для адаптации «Урочных реестров» были проведены эксперименты, уточняющие научные расчёты. На основе экспериментальных данных в 1832 году был издан общий нормативный сборник «Урочное положение на все общие работы, производящиеся при крепостях, государственных зданиях и гидротехнических сооружениях». Работы рассчитывались исходя из 14-16 часов рабочего времени в сутки. В дальнейшем, эти нормы только снижались. В 1869 году «Урочные реестры» были окончательно утверждены правительством. Нормативного документа такого уровня, регулирующего организацию и экономику строительного производства, на тот момент, не имела ни одна страна мира.

После революции 1917 года были попытки адаптировать «Урочное положение» к новым социалистическим условиям. Однако, изменение общественно-экономической формации, в которой править стала забота о людях, а не капитал, потребовали коренных изменений. Новый документ, принятый в 1927 году, назвали «Свод производственных строительных норм». в России был установлен 8-ми часовой рабочий день вместо 9-10 часового, как это было до революции 1917 года, и введена 48-и часовая рабочая неделя с шестью рабочими и одним выходным днём. Этот факт свидетельствует, что в стандартизации продолжительности рабочего дня мы оказались пионеры.