Biuletyn GUM "Metrologia I Probiernictwo"

Home , History of the metre

METROLOGIA I PROBIERNICTWO ISSN 2300-8806 Biuletyn Głównego Urzędu Miar nr 1 (22)/2019

Dokładnie 100 lat

Analiza strategiczna polskiego projektu wagi Kibble’a

Bezpieczeństwo cyfrowe a rzetelność pomiaru

Projekty strategiczne Laboratorium Długości

Weryﬁkacja wpływu wyników porównań

175-lecie OUP w Krakowie

System Zarządzania Jakością

Działalność KZM ds. regulacji rynku

Od metra dawnego do współczesnego

Przyszłość w metrologii kwantowej

Randka z metrolożką

gum.gov.pl W numerze: In this issue:

WYDARZENIA 8-14 EVENTS 8-14 ◆ Wystąpienie Macieja Dobieszewskiego, p.o. Prezesa GUM, ◆ Speech by Maciej Dobieszewski, acting President of GUM, otwierające uroczystość 100-lecia GUM w Sali Pod Kopułą opening the ceremony of the 100th anniversary of GUM in the Ministerstwa Przedsiębiorczości i Technologii Ministry of Entrepreneurship and Technology ◆ Dokładnie 100 lat – jubileusz Głównego Urzędu Miar ◆ Exactly 100 years – the Jubilee of the Central Office of Measures

TECHNIKA I POMIARY 15-56 TECHNIQUE AND MEASUREMENTS 15-56 ◆ Analiza strategiczna polskiego projektu wagi Kibble’a ◆ Strategic analysis of the Polish project of Kibble balance

◆ Bezpieczeństwo cyfrowe a rzetelność pomiaru ◆ Digital security and measurement reliability

◆ Projekty strategiczne Samodzielnego Laboratorium Długości ◆ Strategic projects of the Length Laboratory of the Central Office Głównego Urzędu Miar of Measures

◆ Weryfikacja wpływu wyników porównań prowadzonych ◆ Verification of the results of comparisons carried out in the w warunkach zrównoważonego eksperymentu conditions of balanced within laboratory experiment impact on wewnątrzlaboratoryjnego na CMC laboratorium wzorcującego CMC of calibration laboratory

WSPÓŁPRACA 57-61 COOPERATION 57-61

◆ Konsultacyjny Zespół Metrologiczny ds. regulacji rynku ◆ The Consultative Metrology Team of Market Regulations

◆ Konsultacyjne Zespoły Metrologiczne – krótkie podsumowanie ◆ Consultative Metrology Teams – a short summary of the activity działalności

PROBIERNICTWO 62-70 HALLMARKING 62-70 ◆ 175-lecie powstania Urzędu Probierczego w Krakowie ◆ 175 anniversary of the founding of the Assay Office in Cracow

◆ System Zarządzania Jakością w OUP w Warszawie ◆ The Quality Management System in Regional Assay Office in Warsaw

METROLOGIA WCZORAJ I DZIŚ 71-77 METROLOGY IN THE PAST AND NOWADAYS 71-77

◆ Od metra dawnego do współczesnego ◆ From the old to the modern meter

◆ Przyszłość w metrologii kwantowej ◆ The future in quantum metrology

Wydawca: Główny Urząd Miar ul. Elektoralna 2, 00-139 Warszawa, tel.: 22 581 95 18, 581 95 31, fax: 22 581 90 91. Redakcja: dr Paweł Fotowicz (red. naczelny), Adam Żeberkiewicz (sekretarz red.). Zdjęcia: Maciej Koszarny, Adam Żeberkiewicz. Druk: ArtDruk Zakład Poligraficzny Andrzej Łuniewski, ul. Napoleona 2, 05-230 Kobyłka, www.artdruk.com Wszystkie prawa zastrzeżone. Redakcja nie zwraca materiałów nie zamówionych oraz zastrzega sobie prawo do skrótów i zmian tytułów. Pytania i uwagi do redakcji: [email protected] Wydarzenia

2018

7–12.10 Posiedzenie Międzynarodowego Komitetu Metrologii Prawnej z udziałem przedstawicieli GUM W Hamburgu, z udziałem delegacji Polski, odbyło się 53. posiedzenie CIML (Międzynarodowego Komitetu Metro- logii Prawnej). W spotkaniu wzięło udział ponad 180 uczestników, w tym ok. 50 przedstawicieli państw członkow- skich.

13.10 Podpisanie umowy konsorcjum na budowę Kampusu laboratoryjnego GUM w Kielcach W obecności Premiera RP – Mateusza Morawieckiego, Minister Przedsiębiorczości i Technologii – Jadwigi Emile- wicz oraz przedstawicieli GUM i Politechniki Świętokrzyskiej podpisana została umowa konsorcjalna, której celem jest szczegółowe opracowanie oraz realizacja projektu „Świętokrzyski Kampus Laboratoryjny GUM”. Nowoczesne laboratorium badawcze ma stać się centrum polskiej metrologii i pracować m.in. na rzecz podniesienia konkurencyj- ności polskich firm na rynku europejskim i światowym. Powołanie Konsorcjum z udziałem Głównego Urzędu Miar i Politechniki Świętokrzyskiej umożliwi efektywną współpracę naukowo-badawczą, prowadzenie wspólnych projektów, zwiększy potencjał wysoko kwalifikowanej kadry, umożliwi realizację zadań w zakresie działalności gospodarczej, tj. usług badawczych, badań na zlecenie, prac rozwojowych dla sektora przedsiębiorstw. Wartość projektu to ok. 160 mln zł. Będzie on realizowany w latach 2019–2023 w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Świętokrzyskiego.

16.10 Spotkanie Klubu Pollab Ponad 60 uczestników, przedstawicieli polskich laboratoriów wzorcujących, zgromadziło spotkanie Sekcji Labora- toriów Wzorcujących Klubu POLLAB, które odbyło się w Głównym Urzędzie Miar. Głównymi tematami spotkania były: doskonalenie systemu zarządzania w laboratoriach wzorcujących, porównania międzylaboratoryjne oraz planowana redefinicja jednostek miar.

19.10 Czwarte posiedzenie Rady Metrologii W siedzibie Głównego Urzędu Miar odbyło się 4. posiedzenie Rady Metrologii, działającej przy Prezesie GUM. W trakcie posiedzenia pracownicy Głównego Urzędu Miar zaprezentowali kilka istotnych projektów strategicznych, realizowanych w 2018 r. zarówno w GUM, jak i w administracji terenowej. Projekty te dotyczyły działań ujętych w „Czteroletnim strategicznym planie działania GUM 2018–2021”. Ponadto omówiono działalność Komitetów Tech- nicznych, opiniujących działalność laboratoriów GUM. Przedstawiono również listę tematów prac dyplomowych, stanowiących potencjalną ofertę dla instytucji naukowych. Omówiono także wydawnictwa GUM, opublikowane w 2018 r. i plany wydawnicze na rok 2019.

20.10 Noc Laboratoriów we Wrocławiu Okręgowy Urząd Miar we Wrocławiu po raz pierwszy uczestniczył w Nocy Laboratoriów, organizowanej w tym mieście przez firmę Nokia. Była to czwarta edycja tej szczególnej w skali kraju imprezy, podczas której wrocławskie firmy i organizacje zapraszają wszystkich chętnych do zwiedzania przestrzeni, w których na co dzień trwają prace badawcze w obszarach technologii, chemii, biologii i innych obszarów nauki. Wśród 17 partnerów – uczestników tego wydarzenia był po raz pierwszy Okręgowy Urząd Miar we Wrocławiu, który w swojej siedzibie przy ul. Młodych Techników 61-63 zaprezentował stanowiska pomiarowe związane z legalizacją i wzorcowaniem przyrządów pomiarowych w dziedzinie długości, kąta, masy i siły. Można było zobaczyć m.in., jak sprawdza się taksometry, a także, jak kontroluje się płytki wzorcowe na komparatorze dwuczujnikowym.

22.10 Pierwsze spotkanie Komitetu Technicznego opiniującego działalność Laboratorium Masy W Głównym Urzędzie Miar odbyło się pierwsze spotkanie Komitetu Technicznego, opiniującego działalność Sa- modzielnego Laboratorium Masy. W spotkaniu udział wzięli członkowie Komitetu: Andy Knott z National Physical Laboratory (NPL – Wielka Brytania), inż. Dušcan Trochta z SMU (Słowacki Instytut Metrologiczny), dr hab. Daniel Lisak z UMK w Toruniu. Podczas spotkania omówiono bieżącą działalność Laboratorium, a jego pracownicy zaprezentowali przedstawicielom Komitetu stanowiska pomiarowe w poszczególnych pracowniach. Duże zainteresowanie wzbudził pierwszy zbudowany w Polsce komparator masy, znajdujący się w Pracowni Wag i Wzorców Masy.

3 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Wydarzenia

24.10 Inauguracyjne spotkanie Komitetu Technicznego opiniującego działalność Laboratorium Elektryczności i Magnetyzmu W Głównym Urzędzie Miar odbyło się pierwsze spotkanie Komitetu Technicznego, opiniującego działalność Samo- dzielnego Laboratorium Elektryczności i Magnetyzmu, powołanego Decyzją nr 23 Prezesa GUM z dn. 9 maja 2018 r. Komitet Techniczny ma za zadanie dokonać oceny Laboratorium, obejmującej m.in. działalność w kontekście: Czte- roletniego strategicznego planu działania GUM na lata 2018–2021, a także w aspektach związanych z: zasobami ludzkimi, organizacją pracy oraz jego infrastrukturą techniczną, czy udziałem Laboratorium w prowadzonych pracach badawczo-rozwojowych w dziedzinie metrologii. Kolejnym krokiem będzie rekomendowanie Prezesowi GUM propozycji działań, służących rozwojowi i efektywności laboratorium.

25.10 Księga znaku GUM wyróżniona przez jury programu Dobry Wzór 2018 Podczas gali finałowej system identyfikacji wizualnej Głównego Urzędu Miar otrzymał wyróżnienie – status produktu rekomendowanego przez jury konkursu i zaprezentowany został podczas wystawy, towarzyszącej gali. Produkty rekomendowane do konkursu Dobry Wzór 2018 – to takie, które zostały uznane za wyróżniające się przez ekspertów Instytutu Wzornictwa Przemysłowego podczas monitoringu rynku i następnie zgłoszone do konkursu przez produ- centów czy dystrybutorów. Do dwudziestej piątej, finałowej edycji zgłoszono do konkursu aż 193 produkty i usługi.

30.10 Podpisanie wniosku aplikacyjnego na dokumentację projektową Kampusu w Kielcach W obecności Prorektor ds. Ogólnych, dr hab. inż. Barbary Goszczyńskiej, prof. Politechniki Świętokrzyskiej, Dyrek- tora Okręgowego Urzędu Miar w Łodzi Pawła Sarka oraz Anny Śmiłowskiej z Działu Projektów Infrastrukturalnych Politechniki Świętokrzyskiej, swoje podpisy pod wnioskiem aplikacyjnym złożyli w imieniu Lidera Konsorcjum – Dyrektor Generalny Głównego Urzędu Miar w Warszawie Andrzej Hantz oraz Partner Konsorcjum Rektor Politech- niki Świętokrzyskiej, prof. dr hab. inż. Wiesław Trąmpczyński. To kolejny ważny krok w kierunku realizacji projektu budowy nowoczesnego Świętokrzyskiego Kampusu Laboratoryjnego Głównego Urzędu Miar.

13–16.11 Przyjęcie rezolucji o zmianie definicji podstawowych jednostek miar Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI) Podczas 26. Generalnej Konferencji Miar w Paryżu (CGPM) podjęta została jednogłośna decyzja o zmianie definicji podstawowych jednostek miar Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI). Przyjęcie rezolucji jest ukoronowa- niem wieloletniej, pokojowej współpracy w dziedzinie metrologii państw z całego świata. Redefinicja, która wejdzie w życie dokładnie 20 maja 2019 roku sprawi, że nasze pomiary nie będą już dłużej opierać się na niestabilnych obiek- tach fizycznych. Gruntownej redefinicji ulegną cztery jednostki podstawowe: • kilogram (podstawowa jednostka masy w SI, po redefinicji oparta będzie na wartości liczbowej stałej Plancka), • kelwin (podstawowa jednostka temperatury termodynamicznej w SI, po redefinicji oparta będzie na wartości liczbowej stałej Boltzmanna), • amper (podstawowa jednostka prądu elektrycznego w SI, po redefinicji oparta będzie na wartości liczbowej ładunku elementarnego), • mol (podstawowa jednostka ilości substancji w SI, po redefinicji oparta będzie na wartości liczbowej stałej Avogadra). Więcej informacji o istocie redefinicji oraz pełne brzmienie nowych definicji jednostek podstawowych można znaleźć na stronie http://www.gum.gov.pl/pl/redefinicja-si/redefinicja-si/2334,Redefinicja-SI.html

15.11 Seminarium „Kontrola aerozoli metodą promieniowania rentgenowskiego” W Okręgowym Urzędzie Miar w Warszawie, w Wydziale Zamiejscowym w Broniszach przy ul. Kwiatowej 11 odbyło się seminarium pt. „Kontrola aerozoli metodą promieniowania rentgenowskiego”. W spotkaniu uczestniczyli przedstawiciele producentów i importerów towarów paczkowanych wprowadzanych do obrotu w postaci aerozoli, a także przedstawiciele inspekcji kontrolujących takie wyroby na rynku.

19–21.11 Wizyta studyjna dwóch pracowników OUP w Warszawie w Urzędzie Probierczym w Druskiennikach Celem wizyty było zebranie praktycznych informacji na temat akredytacji laboratoriów badawczych (norma ISO 17 025) oraz wymiana doświadczeń związanych z określaniem zawartości metali szlachetnych w wyrobach jubilerskich.

23.11 Seminarium z okazji 175-lecia powołania Urzędu Probierczego w Krakowie Relacja z tego wydarzenia znajduje się na str. 62.

4 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Wydarzenia

14.12 Delegacja GUM na warsztatach dotyczących Europejskich Sieci Metrologicznych w Berlinie W berlińskiej siedzibie niemieckiej Narodowej Instytucji Metrologicznej (PTB), z udziałem 8-osobowej delegacji GUM, odbyły się warsztaty dotyczące Europejskich Sieci Metrologicznych (EMN), nowego projektu realizowanego pod patronatem EURAMET – Europejskiego Stowarzyszenia Krajowych Instytucji Metrologicznych. Podczas obrad sekretarz generalny EURAMET Duncan Jarvis zapoznał uczestników z aktualnym stanem rozwoju sieci, mając na uwadze szereg propozycji/tematów, które jak podkreślił D. Jarvis, są na różnym etapie rozwoju. Liderzy 6 zatwier- dzonych projektów sieci (Mathmet, Quantum Metrology, Laboratory Medicine, Energy Gases, Smart Grids, Climate and Ocean Observation) pokrótce przedstawili założenia sieci oraz stan prac.

20.12 Podpisanie umowy na dofinansowanie projektu budowy Kampusu Marszałek Województwa Świętokrzyskiego Andrzej Bętkowski i Dyrektor Generalny Głównego Urzędu Miar An- drzej Hantz podpisali w Kielcach umowę na dofinansowanie projektu budowy „Świętokrzyskiego Kampusu Labo- ratoryjnego”. Wartość projektu wynosi ponad 162 mln zł. 90 % stanowić będzie dofinansowanie z UE w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Świętokrzyskiego na lata 2014–2020, a 10 % to wkład własny Politechniki Świętokrzyskiej. Realizacja projektu będzie się odbywać w latach 2019–2023. W tym okresie zostaną zaprojektowane obiekty gospodarcze i laboratoria Kampusu, powstanie też infrastruktura budowlana wraz z budyn- kami służącymi do prac badawczych.

21.12 Rozstrzygnięcie konkursu na opracowanie koncepcji architektonicznej Kampusu GUM W siedzibie SARP nastąpiło rozstrzygnięcie konkursu na „Opracowanie koncepcji urbanistyczno-architektonicznej zamierzenia inwestycyjnego pod nazwą Świętokrzyski Kampus Laboratoryjny Głównego Urzędu Miar”. Konkurs został przeprowadzony przez GUM w oparciu o zdefiniowane wymagania badawcze i metrologiczne, we współpracy ze Stowarzyszeniem Architektów Polskich (SARP). Zwycięstwo i I nagroda – 45 tys. zł brutto oraz zaproszenie do negocjacji z wolnej ręki przypadły firmie BDM Archi- tekci z Warszawy. Do konkursu przystąpiło ponad 20 pracowni projektowych, z czego 11 złożyło wstępne koncepcje w pierwszym etapie i 2 docelowe koncepcje w drugim etapie. Zwycięską pracę można oglądać na materiałach zdję- ciowych dostępnych na stronie internetowej GUM. 2019

1.01 Rozpoczęcie działalności nowego Okręgowego Urzędu Miar w Białymstoku Zgodnie z zapisami rozporządzenia Ministra Przedsiębiorczości i Technologii z dnia 27 czerwca 2018 r. w sprawie określenia obszaru działania i siedzib okręgowych urzędów miar, od 1 stycznia 2019 r. działalność rozpoczął Okręgo- wy Urząd Miar w Białymstoku. Obszar działalności Urzędu obejmuje województwa: podlaskie oraz część mazowiec- kiego, obejmującą powiaty: makowski, ostrołęcki, ostrowski, przasnyski, pułtuski, wyszkowski, miasto na prawach powiatu Ostrołęka oraz część województwa warmińsko-mazurskiego, obejmującą powiaty: ełcki, giżycki, gołdapski, olecki, piski i węgorzewski. Strona internetowa białostockiego OUM: bip.bialystok.gum.gov.pl

11.01 Spotkanie przedstawicieli Uniwersytetu Warszawskiego z Kierownictwem GUM W siedzibie Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych przy ul. Żwirki i Wigury odbyło się spotkanie przedstawicieli UW i GUM, którego celem było nawiązanie konkretnych, wspólnych aktywności w obszarze nauk: fizyki, chemii, matematyki, informatyki oraz mechaniki. Udział w spotkaniu wzięli m.in. Maciej Dobieszewski, p.o. Prezesa GUM, dyrektorzy jednostek GUM i kierownicy jego wybranych laboratoriów. Uniwersytet Warszawski reprezentowali z kolei: prof. Jolanta Choińska-Mika, prorektor ds. studentów i jakości kształcenia, prof. Ewa Bulska, dyrektor CNBCh, prof. Andrzej Kudelski, dziekan Wydziału Chemii, prof. Dariusz Wasik, dziekan Wydziału Fizyki, prof. Paweł Strze- lecki, dziekan Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki oraz Konrad Zawadzki, zastępca dyrektora CNBCh.

15.01 Pierwsze spotkanie Komitetu Technicznego do spraw przepływów W GUM odbyło się pierwsze spotkanie Komitetu Technicznego do spraw przepływów. Komitet został powołany Decyzją nr 92 Prezesa GUM z dn. 19 grudnia 2018 r. i ma za zadanie zaopiniowanie działalności Samodzielnego Laboratorium Przepływów. Podczas wizyty w GUM, członkowie Komitetu Technicznego zapoznali się z wyposaże- niem i możliwościami pomiarowymi Pracowni Przepływu Gazu oraz Pracowni Przepływu Cieczy i Pomiarów Ciepła. Podczas spotkania omówiono bieżącą działalność laboratorium, zaprezentowano wzorce odniesienia, będące w gestii laboratorium oraz przeprowadzono wstępną dyskusję na temat możliwych działań służących rozwojowi Laborato- rium Przepływów, nie tylko w kontekście strategii na lata 2018–2021, ale również w dłuższej perspektywie czasu.

5 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Wydarzenia

23.01 Spotkanie przedstawicieli GUM z nauczycielami i uczniami radomskich szkół W VI Liceum Ogólnokształcącym w Radomiu odbyło się spotkanie przedstawicieli Głównego Urzędu Miar z nauczycielami i uczniami radomskich szkół, w ramach seminarium poświęconego „Zmianom definicji podstawowych jednostek układu SI”. Redefinicja układu SI, a szczególnie zmiany dotyczące jednostek miar po 20 maja 2019 roku, były głównymi tematami tego spotkania. Dr inż. Paweł Fotowicz zapoznał zebranych z historycznym kontekstem powstania definicji jednostek miar układu SI, wskazując również najważniejsze aspekty realizacji większości z nich. W seminarium wzięło udział 140 uczniów, 40 nauczycieli wraz z dyrektorem szkoły p. Romualdem Lisem oraz gościem dr hab. Ta- deuszem Szumiatą, prof. nadzw. UTH w Radomiu. Na pamiątkę spotkania Andrzej Hantz przekazał szkole replikę państwowego wzorca jednostki miary masy 1 kg, wykonanej w skali 1:1.

8.02 Jubileusz 100-lecia administracji miar – OUM Kraków We wnętrzach Kopalni Soli w Wieliczce odbyła się uroczystość setnej rocznicy podpisania Dekretu o Miarach, podczas której m.in. wręczono zasłużonym dla Krakowa odznaczenia Honoris Gratia. Uroczystość otworzyli dyrektor Okręgowego Urzędu Miar w Krakowie Jerzy Poznański oraz p.o. Prezesa Głównego Urzędu Miar Maciej Dobie- szewski. W uroczystości udział wzięli m.in. członkowie Rady Metrologii oraz przedstawiciele władz samorządowych z terenu działania okręgu.

22.02 Uroczystości rocznicowe w OUM we Wrocławiu Kolejna część uroczystości z okazji 100-lecia Głównego Urzędu Miar odbyła się w Dworze Polskim na wrocław- skim rynku. Podczas uroczystości głos zabrali: Dyrektor Okręgowego Urzędu Miar we Wrocławiu Robert Czajkow- ski, Wojewoda Dolnośląski Paweł Hreniak oraz p.o. Prezesa GUM Maciej Dobieszewski. Referat okolicznościowy o historii miar naturalnych wygłosił Pan Andrzej Kraszewski, Naczelnik Obwodowego Urzędu Miar we Wrocławiu. Ważną częścią uroczystości było wręczenie statuetek, dyplomów oraz upominków, między innymi dla pracowników o stażu powyżej 30 lat.

8.03 Wizyta w GUM specjalistów z dziedziny masy W ramach konferencji organizowanej przez polskiego producenta wag – firmę RADWAG, w GUM odbyła się wizyta przedstawicieli NMI – specjalistów z dziedziny masy – z Indii, Chin, Białorusi, Macedonii, Bangladeszu. Podczas spotkania goście zwiedzili pracownie Laboratorium Masy: Fizykochemii oraz Wag i Wzorców Masy, pozna- jąc m.in. budowę modułowego stanowiska pomiarowego państwowego wzorca jednostki masy kilograma, konstru- owanego w oparciu o automatyczny próżniowy komparator masy, mającego zapewnić wdrożenie w 2019 r. redefinicji jednostki masy przez GUM.

13–15.03 GUM laureatem nagrody Grand Prix targów EuroLab Przez trzy dni w Pałacu Kultury i Nauki w Warszawie trwały 21. Międzynarodowe Targi Analityki i Technik Pomia- rowych EuroLab oraz 8. Targi Techniki Kryminalistycznej CrimeLab. Podczas uroczystego otwarcia targów, z udzia- łem gości oficjalnych – patronów EuroLab Główny Urząd Miar został laureatem Grand Prix 2019 targów. Statuetkę za wieloletnią współpracę z targami, z rąk Urszuli Potęgi, Prezes MT Targi Polska odebrał Maciej Dobieszewski, p.o. Prezesa GUM. Odwiedzający targi, zainteresowani tematyką metrologiczną i pomiarową, mogli zasięgnąć informacji na stoiskach Głównego Urzędu Miar. Eksperci GUM dzielili się wiedzą na temat najnowszych metod pomiarowych i materiałów odniesienia, stosowanych w laboratoriach. Można było także zaopatrzyć się w nowsze i starsze wydawnictwa GUM, m.in. broszury laboratoriów, Biuletyn „Metrologia i Probiernictwo” i inne specjalistyczne publikacje. W czwartek, 14 marca w Sali Goethego odbywał się cykl wykładów pod hasłem „Dzień Metrologii. 100 lat GUM.”

14.03 Posiedzenie Stałego Komitetu Konwencji o kontroli i cechowaniu wyrobów z metali szlachetnych Dyrektorzy OUP w Warszawie i OUP w Krakowie uczestniczyli w 84. Posiedzeniu Stałego Komitetu Konwencji o kontroli i cechowaniu wyrobów z metali szlachetnych, które odbyło się w Lublanie. Na posiedzeniu kontynuowano prace nad wizją i strategią Konwencji, omawiano także plany włączenia Międzynarodowego Stowarzyszenia Urzę- dów Probierczych w struktury Konwencji.

15.03 Piąte posiedzenie Rady Metrologii w GUM Najważniejszym wydarzeniem 5. posiedzenia Rady Metrologii było podjęcie przez Radę uchwał dotyczących pozy- tywnego zaopiniowania „Sprawozdania z działalności GUM w 2018 r.” oraz „Rocznego Planu działania GUM na 2019 r.” W trakcie posiedzenia przedstawiciele Głównego Urzędu Miar przekazali również informację na temat realizowanego projektu budowy Świętokrzyskiego Kampusu Laboratoryjnego GUM oraz obchodów 100-lecia.

6 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Wydarzenia

20–21.03 Okręgowe urzędy probiercze na targach „Amberif” Pracownicy OUP w Warszawie i w Krakowie oraz przedstawiciele wydziałów zamiejscowych obydwu urzędów uczestniczyli w 26. Międzynarodowych Targach Bursztynu, Biżuterii i Kamieni Jubilerskich „Amberif”. Spotkaniu towarzyszyła coroczna narada, poświęcona wymianie doświadczeń oraz harmonizacji działalności urzędów probierczych. Uczestnicy narady odwiedzili Wydział Zamiejscowy OUP w Gdańsku.

28.03 Konferencja dotycząca zmian czasu, z udziałem przedstawicieli GUM W Ministerstwie Przedsiębiorczości i Technologii odbyła się otwarta konferencja na temat aspektów społecznych, ekonomicznych, uwarunkowań kulturowych, geograficznych i historycznych, dotyczących zmian czasu. Z ciekawy- mi referatami na ten temat wystąpili pracownicy Głównego Urzędu Miar: dr Maciej Gruszczyński i dr Albin Czubla z Laboratorium Czasu i Częstotliwości.

1.04 Jubileusz 100-lecia GUM. Główna uroczystość w MPiT W Sali Pod Kopułą Ministerstwa Przedsiębiorczości i Technologii odbyła się jubileuszowa konferencja Głównego Urzędu Miar. Wystąpienie inauguracyjne prezesa Macieja Dobieszewskiego i relacja na str. 8.

5.04 Porozumienie o współpracy pomiędzy GUM, PCA i PKN W siedzibie PKN zawarto porozumienie o współpracy pomiędzy Polskim Komitetem Normalizacji, Polskim Centrum Akredytacji i Głównym Urzędem Miar. Porozumienie dotyczy wprowadzenia przewodników serii ISO/IEC Guide 98 Uncertainty of Measurement w polskiej wersji językowej do zbioru polskich dokumentów normalizacyjnych. W prze- wodnikach zawarte są ogólne zasady wyznaczania i wyrażania niepewności pomiaru.

12.04 100-lecie administracji miar – obchody regionalne w Szczecinie W Sali Rycerskiej Zachodniopomorskiego Urzędu Wojewódzkiego w Szczecinie, z udziałem przedstawicieli władz lokalnych, GUM i pracowników OUM w Szczecinie, odbyły się regionalne obchody 100-lecia Głównego Urzędu Miar. Obchody zostały objęte patronatem honorowym Wojewody Zachodniopomorskiego oraz Wojewody Lubu- skiego.

26.04 Obchody regionalne 100-lecia GUM w Bydgoszczy W bydgoskim Klubie Inspektoratu Wsparcia Sił Zbrojnych odbyły się regionalne uroczystości jubileuszu 100-lecia Głównego Urzędu Miar. W jubileuszu wzięli udział przedstawiciele Kierownictwa GUM, wojska, lokalnych instytucji i placówek naukowych, a zasłużonym pracownikom administracji miar i administracji probierczej wręczano okolicznościowe medale. Uroczystość miała niezwykle podniosły charakter, odbywała się w asyście wojskowego pocztu sztandarowego. Podczas występów artystycznych solistom towarzyszyła orkiestra wojskowa. Otwarto rów- nież historyczną wystawę.

7 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Wydarzenia

Wystąpienie Macieja Dobieszewskiego, p.o. Prezesa GUM, otwierające uroczystość 100-lecia GUM w Sali Pod Kopułą Ministerstwa Przedsiębiorczości i Technologii 1 kwietnia 2019 r.

Dostojni goście, drodzy przyjaciele, metroloż- Witam szefów centralnych urzędów i instytucji pań- ki i metrolodzy stwowych oraz samorządowych; szczególne pozdrowienia kieruję do przyjaciół z Kielc i województwa świętokrzy- Spotykamy się na wyjątkowej uroczystości. Jest z nami skiego, z którymi jesteśmy od pewnego czasu szczególnie bardzo wiele niezwykle ważnych osób. Wymienianie związani. wszystkich z osobna nie byłoby możliwe, dlatego pozwól- Witam członków Rady Metrologii; Rada jest nową, cie, że będę witał różne środowiska, a tylko w kilku spe- ale niezwykle ważną instytucją polskiego systemu metro- cjalnych przypadkach pozwolę sobie na osobiste przed- logicznego. Można powiedzieć, że czekaliśmy na jej po- stawienie gości. wołanie prawie 100 lat, bo była ona już zamysłem twórcy Pierwszą taką osobą, którą chciałbym szczególnie polskiej metrologii państwowej Zdzisława Rauszera. gorąco przywitać i poprosić o owację, jest nasz gość spe- Bardzo dziękuję członkom Rady za wsparcie GUM, szcze- cjalny, laureat Nagrody Nobla pan prof. Klaus Von gólne słowa podziękowania kieruję do przewodniczącej, Klitzing. pani prof. Ewy Bulskiej. Naprawdę nie mogliśmy sobie Witam przedstawicieli Międzynarodowego Biura wyobrazić lepszej osoby, jako pierwszego przewodniczą- Miar, międzynarodowych i regionalnych organizacji cego Rady niż pani profesor, zarówno jeśli chodzi o kom- metrologicznych oraz przedstawicieli narodowych in- petencje, jak i o osobowość. stytucji metrologicznych (NMI) z całego świata. Nasza Witam naszych głównych partnerów i klientów, społeczność i współpraca są wspaniałym przykładem po- przedstawicieli polskiego przemysłu i handlu, oraz przed- kojowego współdziałania różnych, czasami podzielonych stawicieli nauki – wyższych uczelni, instytutów w innych sprawach, państw i narodów dla dobra i interesu naukowych. całej ludzkości, czego spektakularnym wyrazem było Przede wszystkim witam obecnych i byłych pracow- jednogłośne przeprowadzenie redefinicji układu SI w li- ników GUM i terenowej administracji miar oraz terenowej stopadzie zeszłego roku. administracji probierczej, w tym obecnych i byłych pre- Witam przedstawicieli Kancelarii Prezydenta zesów oraz wiceprezesów GUM. Są z nami wszyscy pre- Rzeczypospolitej Polskiej, z panią minister Haliną zesi GUM po 1990 roku. Bardzo Państwu dziękuję – to Szymańską, Szefową KPRP. Chciałbym szczególnie pokazuje ciągłość instytucji i państwa. Krzysztof podziękować Panu Prezydentowi za objęcie obchodów Mordziński, pierwszy prezes reaktywowanego w 1993 100-lecia patronatem i za odznaczenia przyznane najbar- roku pod historyczną nazwą Głównego Urzędu Miar, pre- dziej zasłużonym polskim metrologom. Nigdy w historii zes Włodzimierz Sanocki, pani prezes Janina Popowska. tak wiele osób związanych z GUM nie zostało wyróżnio- Szczególnie gorąco chciałbym powitać prezesa nych odznaczeniami państwowymi, za chwilę pięciu wy- Włodzimierza Lewandowskiego, który dla wielu osób na bitnym metrologom uroczyście wręczone zostaną te naj- tej sali, w tym dla mnie osobiście, jest największym au- wyższe odznaczenia, Ordery Odrodzenia Polski (to drugie torytetem metrologicznym, nauczycielem, mentorem. najwyższe odznaczenie państwowe, po Orderze Orła To prezes Lewandowski jest pomysłodawcą budowy Białego), ale osób uhonorowanych jest znacznie więcej. Kampusu Laboratoryjnego GUM w Kielcach. Dziś zosta- Witam Pana Ministra Marcina Ociepę, nie Pan uhonorowany najwyższym odznaczeniem pań- Podsekretarza Stanu w Ministerstwie Przedsię- stwowym, jakie według mojej wiedzy otrzymała osoba biorczości i Technologii. Panie Ministrze, dziękujemy związana z GUM – Krzyżem Orderu Odrodzenia Polski, za Pana obecność, dziękujemy też Ministerstwu, którego podobne odznaczenie otrzymał w 1923 roku Zdzisław uprzejmości zawdzięczamy możliwość celebrowania dzi- Rauszer, twórca GUM i jego pierwszy dyrektor. To piękna siejszej uroczystości w pięknej reprezentacyjnej Sali pod klamra spinająca tamte czasy i teraźniejszość. Kopułą.

8 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Wydarzenia

Dokładnie 100 lat temu, 1 kwietnia 1919 roku, wraz intensyfikacji współpracy z przemysłem i nauką, powo- z powołaniem Zdzisława Rauszera na stanowisko dyrek- łania Rady Metrologii, wprowadzenia strategicznego pla- tora, zaczął funkcjonować Główny Urząd Miar – jedna nowania działalności, aktywnego pozyskiwania zewnętrz- z pierwszych, a zarazem emblematycznych instytucji od- nego finansowania (zwłaszcza fundusze i programy euro- rodzonego polskiego państwa, odgrywająca ogromną rolę pejskie), wreszcie – budowy nowej siedziby dla laborato- nie tylko w ujednolicaniu systemu miar, ale również w sze- riów. Dzisiaj w zasadzie wszystkie te rekomendacje są rokim sensie budowania państwowości tak zróżnicowa- konsekwentnie wdrażane. nego i podzielonego pod każdym względem organizmu, Oczywiście najbardziej spektakularnym tego wy- jakim była II Rzeczpospolita. razem jest projekt budowy nowego Kampusu Przez następne sto lat, w różnych warunkach społecz- Laboratoryjnego GUM w Kielcach. W grudniu 2018 no-gospodarczych, pod różnymi nazwami i w ramach roku podpisana została umowa w sprawie finansowania różnie definiowanej polskiej państwowości, GUM budo- tej wyjątkowej inwestycji ze środków funduszy europej- wał i rozwijał w Polsce system pomiarowy, który stanowi skich, w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego fundament organizacji państwa i życia społecznego, Województwa Świętokrzyskiego. Budowa kampusu labo- a w dzisiejszym świecie – również jeden z motorów po- ratoryjnego to wielka szansa dla instytucji, wielki projekt, stępu technologicznego i innowacji. Jako osoba szczegól- którego pierwszy etap rozpoczynamy, ale który będzie nie związana z terenową służbą miar muszę podkreślić, rósł i rozwijał się przez wiele lat i który może być dla że GUM to przy tym w równym stopniu centralny urząd GUM przepustką do światowej elity narodowych insty- w Warszawie, odpowiadający za wzorce najwyższego tutów metrologicznych. rzędu, prace badawczo-rozwojowe, współpracę między- Jednocześnie uczestniczymy w najważniejszym pro- narodową, koordynację systemu, jak i cała struktura te- cesie ostatnich dziesięcioleci w metrologii światowej. rytorialna, licząca obecnie 10 okręgowych urzędów miar W maju 2019 roku wejdzie w życie redefinicja układu z 50 wydziałami zamiejscowymi, a także 2 okręgowe SI, uchwalona na XXVI Generalnej Konferencji Miar. urzędy probiercze z 8 wydziałami zamiejscowymi, które Ostatecznie żegnamy wzorce jednostek miar w postaci w codziennej praktyce odpowiadały i odpowiadają za jed- fizycznych artefaktów, robiąc milowy krok w kierunku nolitość i wiarygodność pomiarów na terytorium Polski. metrologii, opartej na stałych podstawowych i zjawiskach Ten dorobek, tradycja i piękny jubileusz to powód do wiel- fizycznych, metrologii odwołującej się do fundamental- kiej dumy. Myślę, że można bez żadnej przesady powie- nych praw opisujących wszechświat – teorii względności dzieć, iż GUM jest jedną z najbardziej zasłużonych i mechaniki kwantowej, metrologii będącej swoistym po- instytucji polskiego państwa. mostem między prawami natury a rozwojem cywilizacji. Jubileusz to oczywiście okazja do celebracji i wspo- Te historyczne i przełomowe wydarzenia będą w du- mnień. Ale powinna to być również, a może przede żej mierze definiowały naszą działalność w najbliższych wszystkim, okazja do spojrzenia w przyszłość. Otwieramy dziesięcioleciach, a nawet – nie wahajmy się tych słów drugie stulecie GUM i polskiej metrologii i tak się składa, – w następnym stuleciu GUM. GUM, który jest dziś że robimy to w wyjątkowym dla naszej instytucji, ale też instytucją dumną ze swej tradycji, ale patrzącą przede dla całej światowej metrologii, czasie. wszystkim w przyszłość. Dziesięć lat temu polski rząd zlecił wieloletniemu Dyrektorowi Międzynarodowego Biura Miar (BIPM) i za- Szanowni Państwo, razem jednemu z największych w świecie autorytetów dziękując za te minione już 100 lat, proszę wszystkich naszej dziedziny – Terry’emu Quinnowi, przeprowadzenie pracowników i przyjaciół GUM i polskiej służby miar oceny i sporządzenie raportu nt. instytucjonalnych aspek- o dalszy udział w tej przygodzie, jaką jest budowa polskiej tów rozwoju polskiego systemu metrologicznego. Miałem metrologii i o wspólną pracę na rzecz jej rozwoju w latach, zaszczyt być jednym z inicjatorów tego pomysłu i orga- które przed nami. nizatorów pobytu Terry’ego Quinna w Polsce, w maju 2009 roku. Terry’ego nie ma dzisiaj na sali, ale wiem, że Szanowni Państwo, jest z nami myślami i duchem. W raporcie Quinna sfor- drugie stulecie Głównego Urzędu Miar ogłaszam za mułowany został szereg rekomendacji odnośnie do refor- otwarte. my systemu. Dotyczyły one m.in. redefinicji zadań GUM,

9 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Wydarzenia

Dokładnie 100 lat – jubileusz Głównego Urzędu Miar

Były gratulacje od przedstawicieli władz państwowych i gości zagranicznych, najwyższe odznaczenia prezy- denckie, występy artystyczne, a nawet tort. Tak Główny Urząd Miar uczcił 100-lecie istnienia w Sali pod Kopułą w Ministerstwie Przedsiębiorczości i Technologii.

prezesi urzędu. Z ust wszystkich obecnych można było usłyszeć życzenia kolejnych 100 lat owocnej działalności, pozostającej w silnym związku z nauką, nowoczesnymi technologiami i sektorem przemysłowym. Listy gratula- cyjne z tej okazji przesłali na ręce prezesa Macieja Dobieszewskiego Prezes Rady Ministrów Mateusz Morawiecki, Marszałek Sejmu Marek Kuchciński, Wojewoda Mazowiecki Zdzisław Sipiera oraz Dyrektor NIST (amerykańskiego Narodowego Instytutu Wzorców i Technologii) dr Walter G. Copan. Nie zabrakło również wystąpień gości zagranicznych, reprezentujących euro- pejskie krajowe instytucje metrologiczne oraz światowe organizacje. Pierwszego kwietnia 2019 r. Sala pod Kopułą zamie- Podczas wystąpie- niła się w centrum wydarzeń, związanych z jubileuszem nia otwierającego kon- Głównego Urzędu Miar – instytucji od 100 lat stojącej na ferencję p.o. Prezesa straży jednolitości miar w Polsce. W uroczystej konferen- GUM Pan Maciej cji wzięli udział przedstawiciele Ministerstwa Dobieszewski powie- Przedsiębiorczości i Technologii, Kancelarii Prezydenta dział, że Metrologia RP, wielu instytucji związanych z nauką i przemysłem, 100 lat temu miała reprezentanci europejskich krajowych instytucji metrolo- przede wszystkim za- gicznych oraz światowych organizacji, zajmujących się pewnić bezpieczeństwo metrologią. Na zaproszenie Kierownictwa GUM przybyli techniczne jednolitości również naukowcy, emerytowani i obecni pracownicy obrotu gospodarczego. GUM, a także byli członkowie Kierownictwa, w tym Natomiast w dzisiejszych czasach to jest w coraz większym stopniu jeden z motorów postępu technologicznego i innowacji. Ważnym momentem konferencji było wręczenie przez Szefa Kancelarii Prezydenta RP Halinę Szymańską wysokich odznaczeń państwowych zasłużonym byłym pracownikom urzędu. Krzyżem Oficerskim Orderu Odrodzenia Polski odznaczeni zostali dr inż. Andrzej Gizmajer i dr inż. Włodzimierz Lewandowski. Krzyżem Kawalerskim Orderu Odrodzenia Polski uhonorowano Magdalenę Klarner-Śniadowską i Ewę Mączewską.

10 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Wydarzenia

Krzyż Kawalerski Orderu Odrodzenia Polski  Kwantowy efekt Halla i redefinicja SI – prof. Klaus otrzymała również prof. Ewa Bulska z Uniwersytetu von Klitzing, Instytut Maxa Plancka, laureat nagrody Warszawskiego, Przewodnicząca Rady Metrologii. Nobla. Dla wszystkich gości przygotowano zestaw okolicz-  Metrologia a gospodarka – prezentacja pokazująca nościowych publikacji, wydanych specjalnie na jubileusz relację inwestycji w metrologię vs. zysk finansowy dla 100-lecia: „Słownik biograficzny pracowników Głów- kraju: Erkki Ikonen, VTT – Euramet – EMPIR. nego Urzędu Miar” Magdaleny Klarner-Śniadowskiej Z referatami wykraczającymi poza ramy klasycznej i Barbary Piotrowskiej, „100 lat Głównego Urzędu Miar” metrologii wystąpili: dr. Andrzeja Barańskiego i broszurę „Zeszyt Historyczny”  Granice technologii i sztucznej inteligencji – z artykułami kilkunastu autorów – głównie pracowników dr Aleksandra Przegalińska – Massachusetts polskiej administracji miar. Institute of Technology (MIT) / Akademia Leona Koźmińskiego. W sesji metrologicznej zebrani goście wysłuchali na-  Fizyka kwantowa – Najdziwniejsza litera na świecie: h stępujących referatów: – dr hab. Andrzej Dragan – Uniwersytet Warszawski.

11 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Wydarzenia

W części artystycznej wystąpili skrzypaczka Główny Urząd Miar jest w gronie instytucji, które uczest- Agnieszka Flis (Agnes Violin) oraz czteroosobowa grupa niczą w akcji „Niepodległa”, a więc informują za pomocą taneczna Patman Crew. strony prowadzonej przez MKiDN o organizowanych wy- darzeniach. Znajduje się tam „Kalendarz oficjalnych ob- Konferencja jubileuszowa była głównym wydarze- chodów stulecia odzyskania przez Polskę niepodległości.” niem obchodów 100-lecia GUM, objętych Patronatem Obchody 100-lecia GUM zostały wpisane w ogólnonaro- Narodowym Prezydenta Rzeczypospolitej Polskiej dowe obchody setnej rocznicy odzyskania przez Polskę Andrzeja Dudy w Stulecie Odzyskania Niepodległości. niepodległości.

Magdalena Klarner-Śniadowska Barbara Piotrowska Andrzej BArAński

łownik

biograficzny

Magdalena Klarner-Śniadowska Emerytowana dyrektor Zakładu Metrologii Ogólnej

(1991 – 1993) pracowników i Biura Współpracy z Zagranicą i Integracji Europejskiej (1994 – 2001), pracowała w GUM w latach 1975 – 2001.

łównego

rzęd Słownik

U M 100 biograficzny Główne lat iar Go Urzęd U pracowników Miar iar Urzęd U M głównego

Barbara Piotrowska ISBN 978-83-940756-2-0 Emerytowana kierownik Laboratorium Pomiarów Masy (1961 – 1990) i dyrektor Zakładu Masy i Siły (1990 – 1996), pracowała w GUM w latach 1958 – 1998.

12 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Wydarzenia

29 marca 2019 r., kilka dni przed konferencją z okazji Po mszy, w siedzibie Głównego Urzędu Miar odbyło 100-lecia GUM, miały miejsce szczególne symboliczne się spotkanie byłych pracowników GUM z przedstawicie- wydarzenia, upamiętniające dostojny jubileusz i ludzi, lami Kierownictwa Urzędu. Emerytowanym pracowni- którzy zapisali się w historii administracji miar. kom GUM wręczono komplet publikacji wydanych z oka- Rano przedstawiciele Kierownictwa GUM złożyli zji 100-lecia: „Słownik biograficzny pracowników GUM”, kwiaty na grobie pierwszego dyrektora Głównego Urzędu „Zeszyt historyczny” i „100 lat Głównego Urzędu Miar”. Miar – dr. inż. Zdzisława Rauszera. Tego samego dnia, Choć główna uroczystość jubileuszu 100-lecia GUM w Kościele św. Antoniego z Padwy przy ul. Senatorskiej jest już za nami, to 20 maja, w Światowym Dniu Metrologii, 31 odbyła się msza św. z okazji 100-lecia GUM. W mszy planowany jest piknik dla pracowników GUM, admini- św. uczestniczyli aktualni oraz byli pracownicy Urzędu, stracji miar i administracji probierczej. jak również przyjaciele GUM.

13 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Wydarzenia

Obchody regionalne 100-lecia administracji miar

8 lutego OUM w Krakowie 10 maja OUM w Poznaniu 22 lutego OUM we Wrocławiu 24 maja OUM w Gdańsku 12 kwietnia OUM w Szczecinie 31 maja OUM w Katowicach 26 kwietnia OUM w Bydgoszczy 7 czerwca OUM w Łodzi 14 czerwca OUM w Białymstoku i OUM w Warszawie

8 lutego

22 lutego

12 kwietnia

26 kwietnia

10 maja

14 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

Analiza strategiczna polskiego projektu wagi Kibble’a Strategic analysis of the Polish project of Kibble balance

Tadeusz Szumiata, Maciej Dobieszewski, Andrzej Hantz, Wojciech Wiśniewski, Jerzy Szutkowski, Arkadiusz Podgórni, Mariusz Janeczko

Główny Urząd Miar, w wyniku konsultacji z polskim środowiskiem przemysłowym i akademickim, podjął decyzję o powstaniu zespołu roboczego, którego głównym celem było przeprowadzenie analizy celowości budowy w Polsce wagi Kibble’a wg niezależnego projektu. Inicjatywa ta nawiązuje bezpośrednio do posta- nowień BIPM, których celem jest ostateczne odejście od dotychczasowego wzorca masy, będącego materialnym artefaktem i zastąpienie go wzorcem opartym na zjawiskach fizyki klasycznej i kwantowej. Zespół wskazał główne argumenty przemawiające za bezpośrednim zaangażowaniem się w prace związane ze skutkami redefinicji kilograma. Za główny powód uznano oczywiste przekonanie, że nowoczesna metrologia jest motorem rozwoju gospodarki narodowej. Poza tym Polska, uznawana za kraj będący liderem regionu Europy Środkowo-Wschodniej i jeden z filarów Unii Europejskiej, nie może pozostawać w tyle za krajami wysoko rozwiniętymi i rozwijającymi się na różnych kontynentach, które już zaczęły opracowywać własne projekty wag Kibble’a. Przeprowadzona analiza strategiczna polskiego projektu obejmowała wybór właściwej koncepcji, sporządzenie szacunkowego kosztorysu i terminarza działań, wskazanie najistotniejszych wyzwań technicznych oraz potencjalnych źródeł finansowania projektu, jak również za- rysowała perspektywy realizacji tego przedsięwzięcia w oparciu o przemysł krajowy i współpracę między- narodową.

The Central Office of Measures, after consultations with Polish industrial and academic environment, de- cided to create a working team whose main goal is to analyse the purposefulness of constructing the Kibble balance in Poland according to an independent project. This initiative refers directly to the provisions of the BIPM, the aim of which is to definitively move away from the existing mass standard, which is a mate- rial artefact, and replace it with a model based on the phenomena of classical and quantum physics. The team pointed out the main arguments for direct involvement in work related to the effects of the kilogram redefinition. The main reason is the obvious conviction that modern metrology is the driving force for the development of the national economy. In addition, Poland, considered as a country that is a leader of Central and Eastern Europe and one of the pillars of the European Union, can not be left behind highly de- veloped and developing countries on various continents that have already started to develop their own Kibble balances. The strategic analysis of the Polish project includes the choice of the right concept, pre- paration of an costing estimate and schedule of activities, an indication of the most important technical challenges and potential sources for the project financing as well as outlining the perspectives for the- im plementation of this project based on domestic industry and international cooperation.

Wprowadzenie w Sèvres pod Paryżem. Ten platynowo-irydowy walec (Le Grand K), o wysokości równej średnicy wynoszącej Konieczność zastąpienia dotychczasowego wzorca ok. 39 mm, zaczął wykazywać odmienne trendy zmiany kilograma, w postaci artefaktu, jest już niekwestionowa- masy niż inne kopie porównawcze [1, 2]. Było to sygnałem nym paradygmatem w międzynarodowym środowisku ostrzegawczym, motywującym do rozpoczęcia prac nad metrologicznym. Pierwotną motywacją do tego radykal- nowym wzorcem kilograma, który docelowo opierałby nego zwrotu w podejściu do metrologii masy stał się fakt się na zjawiskach i stałych fizycznych, a nie na jednym, wykrycia znaczących fluktuacji masy Międzynarodowego nadrzędnym obiekcie materialnym. Pierwsza poważna Prototypu Kilograma IPK (International Prototype of the rekomendacja tego typu działań pojawiła się podczas Kilogram), utrzymywanego w Międzynarodowym Biurze 23. Generalnej Konferencji Miar CGPM (General Miar BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) Conference on Weights and Measures) w 2007 roku [2].

15 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

Warunki strategii metrologicznej dochodzenia do redefi- w Wersalu w dniach 13–16 listopada 2018 roku. W ostat- nicji wzorca kilograma ustalono podczas 12. posiedzenia nim dniu obrad, 16 listopada przegłosowano rezolucję CCM BIPM (Consultative Committee for Mass and redefiniującą układ SI. Dokument, zredagowany w języku Related Quantities) w 2010 roku [3]. W wyniku analiz francuskim i angielskim [6], nie narzuca sposobu realizacji i dyskusji zrodziły się dwie alternatywne koncepcje reali- jednostek miar, ale wiąże je z ustalonymi wartościami zacji nowego wzorca kilograma: jedna odnosząca się do kilku głównych stałych podstawowych. Jednostka masy

stałej Plancka h, a druga – do stałej Avogadro NA [2]. kilogram została powiązana ze stałą Plancka h (podsta- Po kilku latach prób i weryfikacji zwyciężyło przekonanie, wową stałą fizyki kwantowej), chociaż w rzeczywistości że tzw. „projekt Avogadro” jest mniej perspektywiczny, konieczne jest też odniesienie jej do innych stałych (mię- ponieważ po części opiera się wciąż na artefakcie – w tym dzy innymi do prędkości światła c oraz częstości cezowej

przypadku w postaci precyzyjnie wykonanej kuli krze- ∆νCs). mowej, przy czym barierą nie do pokonania okazało się Zachodzące obecnie rewolucyjne zmiany w światowej uzyskanie odpowiedniej czystości izotopowej krzemu oraz metrologii nie powinny być biernie obserwowane przez jednorodności struktury krystalicznej monokryształu. polskie środowisko metrologiczne. Z tego względu Z tego względu zdecydowano, by skoncentrować się Główny Urząd Miar, w porozumieniu z przedstawicielami przede wszystkim na pierwszej idei, której skonkretyzo- polskiego przemysłu oraz polskich uczelni i instytutów waną formą jest konstrukcja tzw. wagi Kibble’a (zgodnie badawczych, podjął decyzję o powołaniu Zespołu z zaleceniami BIPM dawna nazwa watt balance została Roboczego, którego celem jest strategiczna analiza celo- zastąpiona nazwą Kibble balance, na cześć nieżyjącego wości opracowania polskiego projektu wagi Kibble’a. twórcy tego rozwiązania Bryana Kibble’a z National Pozytywna rekomendacja będzie równoznaczna z prze- Physical Laboratory w Wielkiej Brytanii). Jej działanie kształceniem się Zespołu w grupę nadzorującą realizację opiera się na elementarnych prawach mechaniki (równo- projektu. Wyniki analizy strategicznej projektu zostały waga sił) i elektrodynamiki (siła elektrodynamiczna oraz przedstawione w dalszej części artykułu. Analiza obej- prawo indukcji Faraday’a). Dla zapewnienia odpowiedniej mowała m.in. przegląd analogicznych projektów już re- precyzji pomiarów praktyczna realizacja wagi Kibble’a wy- alizowanych na świecie, sprecyzowanie założeń projektu maga wykorzystania kwantowych wzorców wielkości polskiego, sporządzenie szacunkowego kosztorysu, wstęp- elektrycznych (w oparciu o efekt Josephsona i kwantowy nego harmonogramu działań oraz wskazanie źródeł finan- efekt Halla [4]). Takie wzorce istnieją od dawna i są po- sowania. Sporządzono krytyczną ocenę celowości i wy- wszechnie wykorzystywane w praktyce metrologicznej. konalności projektu oraz sformułowano rozstrzygające Stąd wynika kolejna motywacja do prac nad nowym wzor- konkluzje. cem kilograma. Jeśli bowiem odniesiemy go do kwantowych wzorców wielkości elektrycznych (napięcia, oporu Projekty na świecie – przegląd elektrycznego czy prądu), to zapewnimy spójność metro- logiczną jednostek mechanicznych i elektrycznych. Ogólny schemat działania wagi Kibble’a przedstawia A zatem redefinicji kilograma towarzyszy redefinicja rys. 1 w jej dwóch trybach pomiarowych (na stronie in- znacznej części układu jednostek SI [5]. Wspomniane ternetowej BIPM określanych jako weighing i moving), zmiany zostały już usankcjonowane podczas historycznej które zostaną szczegółowo omówione poniżej. 26. Generalnej Konferencji Miar CGPM, która odbyła się

Rys. 1. Schemat działania wagi Kibble’a w dwóch trybach pomiarowych (weighing i moving). Rys. 1. Schemat działania wagi Kibble’aIlustracja zew stronydwóch internetowej trybach BIPMpomiarowych (weighing i moving). Ilustracjahttps://www.bipm.org/en/bipm/mass/watt-balance/ ze strony internetowej BIPM https://www.bipm.org/en/bipm/mass/watt-balance/

16 Projekt NIST (amerykański)gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Jeden z najbardziej zaawansowanych i najlepiej udokumentowanych projektów wagi Kibble’a jest realizowany w National Institute of Standards and Technology (NIST) w USA. Na jego przykładzie przedstawiona zostanie istota działania wagi, bazująca na pomyśle Bryana Kibble’a z 1975 r. [7, 8]. W uproszczeniu zasada działania układu amerykańskiego opiera się na równoważeniu się siły grawitacyjnej, powstałej na skutek położenia masy badanej, z siłą elektrodynamiczną wytworzą w elektromagnesie przymocowanym do drugiego ramienia wagi, co pokazuje równanie (1) stanowiące ilościowy opis działania urządzenia w pierwszym trybie pomiarowym. W równaniu tym m jest masą badaną, g jest przyspieszeniem ziemskim, B natomiast indukcją magnetyczną pola magnetycznego wytwarzanego przez układ magnesów stałych lub elektromagnes, a L jest długością uzwojenia cewki. Iloczyn B·L wyznacza się w drugim trybie pomiarowym, podczas którego mierzy się napięcie indukowane w cewce na skutek jej ruchu względem magnesu. Zmierzone w ten sposób napięcie jest dane wzorem (2), w którym v oznacza prędkość cewki wewnątrz magnesu. Wstawiając jeden wzór do drugiego, otrzymujemy finalną formułę (3) na masę badaną [9].

mg = BL ⋅ I (1)

U = BL ⋅v (2)

U ⋅ I m = (3) g ⋅v

Projekt ten z biegiem lat ulegał zmianom i rozwojowi, jednak amerykanie przyjęli strategię, aby każdą głębszą zmianę wprowadzać w wybudowanym od nowa urządzeniu, którym zajmował się nowy zespół, utrzymując przy tym wersję poprzednią [10]. W ten sposób powstało kilka generacji amerykańskiej wagi Kibble’a, różniących się szczegółami i zespołem ludzi opiekujących się nimi. Najnowszą powstałą w 2014 roku jest wersja czwarta o nazwie NIST-4, która przed budową była projektowana przez trzy lata [11]. Zespół amerykański w kolejno wydawanych publikacjach opisywał nie tylko szczegóły konstrukcyjne fragmentów projektu poszczególnych generacji oraz ich osiągi, ale również odnosił się do takich kwestii jak: • analiza zmian krótko i długofalowych przyspieszenia ziemskiego w bezpośrednim otoczeniu badanej masy, w celu uzyskania niepewności jej pomiaru w czasie działania wagi nie

Technika i pomiary

Projekt NIST (amerykański) ●● wpływ wibracji mechanicznych podłoża i silników o częstotliwości rzędu 30 Hz na aparaturę poprzez Jeden z najbardziej zaawansowanych i najlepiej udo- pomiar częstotliwości rezonansowej mechanicznych kumentowanych projektów wagi Kibble’a jest realizowany drgań własnych, co wymusiło próbkowanie sygnałów w National Institute of Standards and Technology (NIST) mierzonych (napięcie i prędkość) z częstotliwością w USA. Na jego przykładzie przedstawiona zostanie nie mniejszą niż 120 Hz [11]; istota działania wagi, bazująca na pomyśle Bryana ●● wzorcowanie użytych rezystorów (dla NIST-4 są to Kibble’a z 1975 r. [7, 8]. 100 Ω oporniki), wychodząc od kwantowego efektu W uproszczeniu zasada działania układu amerykań- Halla i minimalizując niepewność tego procesu tak, skiego opiera się na równoważeniu się siły grawitacyjnej, aby finalnie otrzymać standardową niepewność powstałej na skutek położenia masy badanej, z siłą elek- względną nie większą niż 5 · 10-9 [14]; trodynamiczną, wytworzoną w elektromagnesie przymo- ●● opis programowalnych bipolarnych źródeł prądowych cowanym do drugiego ramienia wagi, co pokazuje rów- w NIST-3 i NIST-4, izolowanych galwanicznie od nanie (1), stanowiące ilościowy opis działania urządzenia potencjału ziemi (rezystancja >1012 Ω; zakres regulacji w pierwszym trybie pomiarowym. W równaniu tym ± 20 mA przy napięciu 18 V; szum prądowy na po- m jest masą badaną, g jest przyspieszeniem ziemskim, ziomie nie większym niż 100 pA /√Hz przy 1 Hz, gdy B natomiast indukcją magnetyczną pola magnetycznego, prąd nominalny wynosi 10 mA [15]); wytwarzanego przez układ magnesów stałych lub elek- ●● maksymalne uproszczenie konstrukcji w celu zmini- tromagnes, a L jest długością uzwojenia cewki. Iloczyn malizowania liczebności personelu niezbędnego do B · L wyznacza się w drugim trybie pomiarowym, podczas obsługi, łatwego zrozumienia działania urządzenia którego mierzy się napięcie indukowane w cewce na sku- i prostego sposobu powielania wzorca (powodem tych tek jej ruchu względem magnesu. Zmierzone w ten sposób starań jest ułatwienie jego wytwarzania i zastosowa- napięcie jest dane wzorem (2), w którym v oznacza pręd- nia na całym świecie po zatwierdzeniu redefinicji kość cewki wewnątrz magnesu. Wstawiając jeden wzór kilograma [16]). do drugiego, otrzymujemy finalną formułę (3) na masę badaną [9]. Kluczowymi elementami wagi w wersji NIST-4 są: ●● jednorodny, jednoczęściowy, trójpalczasty aluminio- mg = BL · I (1) wy „pająk” (spider), który został rotacyjnie oddzie- lony od drugiej strony wagi poprzez diamentowo U = BL · I (2) szlifowane (diamond-turned) aluminiowe koło UI⋅ równoważące; m = (3) gv⋅ ●● koło równoważące o średnicy 609,6 mm (w wersji poprzedniej o nazwie NIST-3 koło to miało średnicę Projekt ten z biegiem lat ulegał zmianom i rozwojowi, 610 mm), które wykonuje ruchy wahadłowe na kra- jednak amerykanie przyjęli strategię, aby każdą głębszą wędzi noża z węglika wolframu, połączonego z ele- zmianę wprowadzać w wybudowanym od nowa urządze- mentem o nazwie Extremely Large Flexure (ELF), niu, którym zajmował się nowy zespół, utrzymując przy wykonanym z odpowiedniego materiału konstrukcyj- tym wersję poprzednią [10]. W ten sposób powstało kilka nego; element ten jest jednorodny i zapewnia precy- generacji amerykańskiej wagi Kibble’a, różniących się zyjny ruch postępowy w kierunkach X-Y, który jest szczegółami i zespołem ludzi, opiekujących się nimi. niezbędny do dokładnego pozycjonowania cewki we- Najnowszą, powstałą w 2014 roku, jest wersja czwarta wnątrz magnesu, natomiast środek masy koła jest o nazwie NIST-4, która przed budową była projektowana ustawiony tak, aby znajdował się dokładnie pod kra- przez trzy lata [11]. Zespół amerykański w kolejno wyda- wędzią noża; nominalna prędkość liniowa cewki ru- wanych publikacjach opisywał nie tylko szczegóły kon- chomej to 975 µm/s, na drodze 78 mm [17]; strukcyjne fragmentów projektu poszczególnych gene- ●● główne strzemię, które jest zawieszone do środkowe- racji oraz ich osiągi, ale również odnosił się do takich go punktu „pająka”, obraca się niezależnie od zespołu kwestii, jak: pająka i cewki – służy jako platforma do załadunku ●● analiza zmian krótko- i długofalowych przyspieszenia i rozładunku masy głównej i pomocniczej w obu try- ziemskiego w bezpośrednim otoczeniu badanej masy, bach pracy; w celu uzyskania niepewności jej pomiaru w czasie ●● cewka miedziana z 928 zwojami o średnicy 0,435 m, działania wagi nie większej niż 45 nm/s2 [12], wraz która jest podwieszona na trzech identycznych z teoretycznym modelowaniem jego rozkładu w za- sparowanych systemach „zagięć” (flexures) X-Y; cew- leżności od rozmieszczenia komponentów wagi [13]; ka ta jest zawieszona w szczelinie powietrznej

17 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

o szerokości 30 mm i ma możliwość przesunięcia Projekt BIPM (międzynarodowy) w pionie o ± 40 mm od pozycji ważenia wewnątrz magnesu; Ze względu na szczególną rolę oddziaływania na ●● symetryczny w płaszczyźnie góra-dół magnes stały światową metrologię Międzynarodowego Biura Miar wraz z jarzmem, które umożliwia działanie magnesu (BIPM) w Sèvres pod Paryżem (Bureau International des w stanie „otwartym” i „zamkniętym”; dzięki symetrii Poids et Mesures) powstający tam projekt wagi Kibble’a jest magnesu gradient składowej radialnej pola magne- niezmiernie ważnym punktem odniesienia w stosunku do tycznego zanika w płaszczyźnie symetrii. Wartość pozostałych projektów. W odróżnieniu od projektu ame- iloczynu indukcji magnesu i długości cewki równa rykańskiego BIPM zdecydował się na osiową, jednora- 700 T · m została dobrana tak, aby minimalizować mienną geometrię wagi Kibble’a, co upraszcza konstruk- niepewność pomiaru. Więcej szczegółów dotyczących cję, ale generuje problemy z mechanicznym zrównowa- magnesu, w tym pełny opis jego konstrukcji (również żeniem układu. Wybrana geometria ułatwia opcjonalne opcji z magnesem nadprzewodzącym), można znaleźć umieszczenie wagi w komorze próżniowej (rys. 2). w [18].

Cewka ruchoma w NIST-3 miała średnicę 70 cm i oko- ło 2400 zwojów, co powodowało, że jej masa wynosiła aż ok. 23 kg. Wersja NIST-4 ma cewkę o średnicy 43,5 cm i 928 zwojów (czyli około 1,4 km drutu), co znacząco zmniejsza jej masę. Zmniejszone gabaryty nowej cewki wymagają umieszczenia jej relatywnie dużej wartości indukcji pola (powyżej 0,5 T), co obecnie można łatwo osiągnąć dzięki nowoczesnym materiałom z magnesami trwałymi, takim jak Sm-Co lub Nd-Fe-B. Jakość nowego wzorca masy w postaci wagi Kibble’a testuje się kładąc na niej dotychczasowe wzorce masy i wyznaczając wartości stałych Plancka h, które wynikają z zasady działania wagi oraz ze specyfiki kwantowych wzorców napięcia i rezystancji. Oficjalnie Amerykanie uzyskali, jak do tej pory, następujące wyniki pomiarów wartości stałej Plancka dla poszczególnych wersji wagi Kibble’a [17, 19]: Rys. 2. Ogólny widok na wagę Kibble’a skonstruowaną w BIPM. 1) h = 6,626 068 91 (58) × 10-34 J s Zdjęcie ze strony internetowej BIPM NIST-2 https://www.bipm.org/en/bipm/mass/watt-balance/ -34 2) hNIST-3 = 6,626 069 36 (37) × 10 J s

-34 3) hNIST-4 = 6,626 069 934 (89) × 10 J s Konstruktorzy z BIPM informują ponadto o innowacyjnej koncepcji projektu, polegającej na symultanicznym reali- Ostatni wynik, uzyskany za pomocą NIST-4, oparty zowaniu obu trybów działania wagi [20], jednak szczegóły jest na ponad 10 000 ważeniach mas o wartościach nomi- tego rozwiązania nie zostały podane w kompletnej formie. nalnych od 0,5 kg do 2 kg wykonanych w ciągu dwóch Zasygnalizowano przy tym, że obydwie, alternatywne lat, dzięki czemu jego względna niepewność standardowa koncepcje wagi Kibble’a (dwufazowa i symultaniczna) to 13,5 · 10-9. Oznacza to, że spełnia on wymogi narzucone mają swoje specyficzne ograniczenia, a wciąż trwające przez Międzynarodowy Komitet Miar, a które uznano za porównywanie budżetów niepewności może przynieść niezbędne do przyjęcia redefinicji kilograma. Autorzy tego jeszcze różne nieoczekiwane rozstrzygnięcia. Niewątpliwie wyniku szacują, że po redefinicji niepewność względna godnymi uwagi są materiały internetowe na stronie BIPM, pomiaru masy z użyciem ich sprzętu, wykonanego ze które ukazują detale, dotyczące projektu zoptymalizowa- znacznie mniejszą ilością powtórzeń (równą typowej dla nego obwodu magnetycznego, dedykowanego wadze pomiarów w laboratoriach akredytowanych), będzie wy- Kibble’a [20, 21]. Dzięki zastosowaniu dwóch wysokiej nosić nie więcej niż 25 · 10-9. Pełny budżet niepewności klasy magnesów samarowo-kobaltowych w kształcie dys- wyniku uzyskanego przez NIST-4 można znaleźć w [17]. ków oraz jarzma z miękkiego magnetycznie stopu Fe-Ni (zamiast stali) osiągnięto dużą jednorodność radialną pola magnetycznego w szczelinie (rzędu 10-4 na długości

18 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

ok. 40 mm), jego relatywnie wysoką wartość (rzędu 0,5 T), projektu UME waga Kibble’a przystosowana jest do re- jak również stabilność termiczną oraz odporność na pola alizacji wzorca 0,1 kg. zewnętrzne (dzięki ekranowaniu). W opublikowanych niedawno artykułach [22, 23] częściowo wyjaśnia się kwe- Projekt NPL (brytyjski) stia, czym w praktyce może być wzmiankowany uprzednio symultaniczny cykl pracy. Otóż w rzeczywistości waga Już w pierwszych latach XXI wieku w National pracuje w dwóch trybach pomiarowych osobno, tylko że Physical Laboratory (NPL) w Wielkiej Brytanii rozpoczę- przez cewkę płynie prąd o tej samej wartości. Dzięki temu ło pracę nad wagą Kibble’a w ramach projektu Mark II. w obydwu przypadkach wpływ pola magnetycznego, po- Waga ta charakteryzowała się bardzo solidną, wielkoga- chodzącego od prądu cewki, na obwód magnetyczny, jest barytową konstrukcją w konfiguracji dwuramiennej i zo- taki sam, co znacząco wpływa na dokładność pomiaru. stała wyposażona w komorę próżniową [26]. W 2009 roku Inną cechą wyróżniającą ten projekt jest zastosowanie NPL podjął decyzję o przekazaniu swojej wagi Mark II siłowników elektrostatycznych do poruszania cewką. do kanadyjskiego National Research Council – Institute Dzięki temu uzyskano nie tylko wyjątkową precyzję ruchu for National Measurement Standards (NRC-INMS) cewki, ale również wyeliminowano wpływ pól magne- w Ottawie. Dzięki temu nowy, niezależny zespół naukow- tycznych, które wytwarzane są przez konwencjonalne ców i inżynierów mógł przejąć rozpoczęty projekt i reali- silniki cewkowe. Również w przypadku układu optycz- zować go, wnosząc dodatkowe metody oraz rozwiązania nego do śledzenia położenia i prędkości cewki zdecydo- techniczne, które mają zapewnić pożądany poziom po- wano się na zastosowanie najbardziej zaawansowanych wtarzalności i odtwarzalności wzorca 1 kg. technicznie interferometrów laserowych. W ostatnich latach zarząd NPL zdecydował się na całkowitą zmianę strategii projektowej, dotyczącej wagi Projekt UME (turecki) Kibble’a. Inspiracją stała się praca [8] opublikowana w roku 2014, której współautorem był Bryan Kibble. Jej tytuł Krajowy Instytut Metrologiczny w Turcji (National “Principles of a new generation of simplified and accurate Metrology Institute / Ulusal Metroloji Enstitüsü, UME) watt balances”, w pełni oddaje istotę nowego podejścia. zastosował specyficzne, innowacyjne podejście do pro- Przewiduje ono maksymalne uproszczenie konstrukcji, jektu wagi Kibble’a. System kompensacji siły składa się obniżenie kosztów wytwarzania oraz komercjalizację wa- z pełnozakresowej wagi Mettler Toledo PR 10003 oraz gi Kibble’a, jako produktu handlowego. Do niedawna szalki zaprojektowanej tak, by wkładać wzorce odniesie- szczegóły techniczne projektu nie były publicznie ujaw- nia [24]. Do wagi przymocowana jest nieruchoma cewka niane. Jednak wiosną 2018 roku projekt został zaprezen- umieszczona w polu magnetycznym. Cewka połączona towany oficjalnej delegacji GUM wizytującej NPL. jest z ramą wspornika za pomocą trzech niemagnetycz- Ponadto, w tym samym czasie NPL przedstawił swój pro- nych pręcików, które są rozmieszczone w jednakowych jekt na Międzynarodowej Konferencji Metrologicznej odległościach dookoła karkasu cewki. i wystawie Euspen 2018 w Wenecji. Dzięki uczestnictwu W przedstawionych poprzednio projektach wag w tej konferencji pracowników Wydziału Mechanicznego Kibble’a z ruchomym elementem była cewka, natomiast Uniwersytetu Technologiczno-Humanistycznego w Rado- w tej wersji jest nią magnes, a ściślej obwód magnetyczny miu, możliwe było uzyskanie szczegółowego opisu de- z magnesami stałymi. Jest to zoptymalizowany obwód monstracyjnej wersji kompaktowej wagi Kibble’a z NPL magnetyczny typu zamkniętego, promieniście symetrycz- w materiałach konferencyjnych [27]. Całkowita wysokość ny. Zaprezentowana w publikacji [25] konfiguracja obwodu wagi wynosi ok. 45 cm, a jej głównego mechanizmu – jest analogiczna do tej, zastosowanej w projekcie amery- 30 cm. Waga pracuje w konfiguracji pionowej, ma geome- kańskim NIST-4, z jedną znaczną różnicą – wymiary we trię osiową i nie wymaga użycia komory próżniowej. wszystkich kierunkach przestrzennych zostały zreduko- Zastosowanie cewek ze zdwojonym uzwojeniem (bi-filar wane 3-krotnie. Przeskalowanie geometrii obwodu zostało winding) pozwoliło na prawie jednoczesny pomiar prądu zrealizowane w taki sposób, żeby zachować w obwodzie równoważenia i napięcia indukcji w fazie ruchu pomia- z projektu UME takie same wartości pól magnetycznych, rowego (single-mode, dual-phase). Najprawdopodobniej, jak w obwodzie z projektu amerykańskiego NIST-4, który to rozwiązanie pozwoliło również na uniknięcie koniecz- wytwarza radialne pole magnetyczne o indukcji B = 0,55 T ności zastosowania dodatkowego komparatora masy do w środku szczeliny powietrznej. Geometria wagi wstępnego tarowania (równoważenia) masy ruchomego Kibble’a w projekcie UME ma liczne zalety, ponieważ mechanizmu pionowego. Ponadto stabilność jego ruchu, jedynym elementem ruchomym jest obwód magnetyczny a zwłaszcza wyeliminowanie poziomej składowej pręd- sprzężony z siłownikiem. Na obecnym etapie rozwoju kości, uzyskano optymalizując konstrukcję sprężynowych

19 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

prowadnic planarnych (flexure strips) metodą elementów zapewnić tej wadze prawidłowe funkcjonowanie w próżni, skończonych. do tej pory przeprowadzono w LNE pomiary jedynie w po- Na obecnym etapie rozwoju miniaturowej wersji wagi wietrzu w warunkach stałego ciśnienia, osiągając rekor- Kibble’a z NPL typowy zakres komparacji masy to (100– dowo małe niepewności [28]. Jednakże realizacja tego 200) g. Jednym z powodów braku możliwości komparacji eksperymentu w komorze stałociśnieniowej wymagała pełnego kilograma było zastosowanie, konieczne z powo- użycia niezmiernie precyzyjnych i drogich przyrządów dów konstrukcyjnych, lekkiego tworzywa sztucznego typu do monitorowania parametrów gazu (temperatury, ciśnie- PEEK (polieteroeteroketon) do wykonania uchwytu na nia, wilgotności itp.), które zapewniały stabilną pracę in- odważniki. Dzięki temu układ został znacząco odciążony terferometru mierzącego położenie i prędkość cewki. oraz zmniejszona została jego efektywna podatność ma- Wizyty robocze, które odbył jeden z autorów niniej- gnetyczna, ale użyty materiał okazuje się zbyt miękki, by szego opracowania (T. Szumiata), zarówno w BIPM, jak móc dostatecznie precyzyjnie określać położenie mecha- i w LNE (kilka dni po zakończeniu 26. CGPM) pozwoliły nizmu pionowego. Zgodnie z wcześniejszymi zapewnie- ustalić wiele istotnych szczegółów technicznych dotyczą- niami zespołu NPL, który pracuje nad projektem, w nie- cych różnych aspektów działania wag Kibble’a w obydwu odległej przyszłości (około roku 2020) będzie jednak moż- ośrodkach. Niektóre z przytoczonych wniosków i infor- liwe „przeskalowanie” konstrukcji zarówno na obszar macji częściowo weryfikują wiedzę dostępną w literaturze większych mas (w tym 1 kg), jak i zakres mikro-mas i przedstawioną w niniejszym artykule, zwłaszcza w od- i mikro-sił [28]. Zapewnienia te nie zostały jednak po- niesieniu do projektu z BIPM. twierdzone podczas ostatnich wizyt roboczych przedsta- ●● Wspomniano wcześniej, że w wadze BIPM stosowany wicieli polskiego środowiska metrologicznego w NPL. był dotychczas siłownik elektrostatyczny, który dzięki Ponadto podczas historycznej konferencji CGPM 2018 braku pola magnetycznego miał być neutralny dla w Wersalu (Conférence Générale des Poids et Mesures), mechanizmu ważącego. Niestety okazało się, że jest redefiniującej układ SI, została zaprezentowana kolejna on zbyt słaby, za bardzo nieliniowy i niewygodny ze wersja wagi Kibble’a z NPL, jeszcze bardziej kompaktowa względu na konieczność sterowania wysokim napię- niż poprzednie. Nie znane są jednak jej parametry, ciem. Wobec tego zarówno w BIPM, jak i w LNE a zwłaszcza budżet niepewności i zakres pomiaru masy. wagi Kibble’a są obecnie przystosowywane do pracy Nie wiadomo też, czy docelowe parametry waga osiągać z elektromagnetycznymi silnikami krokowymi lub będzie w powietrzu czy w próżni. Nie jest też pewne, czy liniowymi. w ogóle do tego modelu wagi będzie można dorobić ko- ●● Pozyskano wiedzę, że do prawidłowego i wygodnego morę próżniową oraz w jakim stopniu NPL będzie skłonny funkcjonowania wagi Kibble’a potrzebny jest osobny, udostępniać technologiczny know-how i udzielać zgodę dedykowany (np. z NIST) wzorzec kwantowy napięcia na działania komercjalizacyjne. elektrycznego (oparty na matrycy złącz Josephsona w kriostacie z ciekłym helem). Do obwodu prądowego Projekt LNE (francuski) nie stosuje się jednak osobnego wzorca kwantowego oporu elektrycznego (opartego na kwantowym efekcie Francuski Krajowy Instytut Metrologiczny LNE Halla), ze względu na konieczność stosowania niż- (Laboratoire National de Métrologie et d’Essais) w Trappes szych temperatur od ciekłego helu i bardzo silnych pod Paryżem realizuje swój własny projekt wagi pól magnetycznych z magnesów nadprzewodzących. Kibble’a na potrzeby francuskiej metrologii masy. Silne pola magnetyczne są trudne do długiego utrzy- Koncepcja konstrukcyjna urządzenia bardzo przypomina mywania i mają niekorzystny wpływ na funkcjono- projekt z BIPM, więc nie będą tu przytaczane szczegółowe wanie samej wagi Kibble’a. W tym przypadku lep- opisy, zdjęcia i schematy – dostępne m.in. w [28, 29]. szym rozwiązaniem jest zastosowanie opornika wzor- Warto jednak podkreślić kilka cech charakterystycznych cowego, utrzymanego w komorze klimatyzowanej. tego projektu. Otóż w celu wstępnego wytarowania cię- Oczywiście potrzebne jest dedykowane, wysokosta- żaru zawieszenia wagi stosuje się prostą, mechaniczną bilne źródło prądowe (np. z NIST) i drugi, kwantowo- belkę dwustronną i odpowiednią „przeciwmasę” – zamiast -kriogeniczny wzorzec napięcia do pomiaru różnicy układu z próżniowym komparatorem masy (jak w BIPM). potencjału na oporniku. Należy podkreślić, że wy- W drugim trybie pomiarowym usztywnia się belkę, która starczająco stabilną częstotliwość odniesienia dla tym samym staje się jedną całością układu wykonującego mierników częstotliwości przy złączach Josephsona ruch wahadłowy wraz z cewką. Konstrukcja została zopty- oferuje składowa 10 MHz ze standardowego sygnału malizowana na zakres ważenia 0,5 kg, co nie stanowi GPS. istotnego problemu, gdyż jest to wciąż oczekiwany rząd ●● W wadze Kibble’a z BIPM stosuje się tzw. równoległy wielkości. Ze względu na wciąż trwające prace, które mają tryb pracy, tzn. pomiaru napięcia indukcji dokonuje

20 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

się przy płynącym prądzie cewki o wartości takiej dokładnie bliźniacze pomieszczenie z identycznym samej w obu fazach pomiarowych. Dzięki temu fundamentem, na którym cały czas spoczywa bez- wpływ pola magnetycznego od cewki na obwód ma- względny grawimetr nowej generacji oparty na spadku gnetyczny z magnesami stałymi jest taki sam. swobodnym zimnych atomów. Do pomiaru gradien- Trudnością w tym przypadku jest jednak precyzyjne tów pola grawitacyjnego stosuje się ultraczułe, odróżnienie napięcia na oporze omowym cewki od względne grawimetry nadprzewodnikowe. W celu napięcia indukcji. Z tego względu w projekcie z LNE uzyskania dostatecznej precyzji pomiarów uwzględ- zrezygnowano z takiego rozwiązania technicznego. nia się poprawki pływowe zależne od czasu oraz „sa- ●● Pomiar, teoretycznie stałego, napięcia indukcji wy- moprzyciąganie” grawitacyjne ciężkich elementów maga jednak odseparowania składowej zmiennej, wy- konstrukcji wagi. nikającej z niejednorodności składowej radialnej pola ●● Jak już wspomniano, zarówno w BIPM jak i w LNE, magnetycznego i niejednostajności ruchu cewki. pomiaru prędkości ruchu i położenia cewki dokonuje Wykorzystuje się do tego celu precyzyjny woltomierz się metodą interferometrii optycznej o podwyższonej AC. precyzji, przy czym w samej wadze Kibble’a instaluje ●● Ze względu na dużą stabilność temperatury w komo- się jedynie zwierciadełka, natomiast światło dopro- rze próżniowej wagi Kibble’a w obwodach magne- wadzane jest i odprowadzane światłowodami. tycznych wystarczy zastosować standardowe magne- Pozostałe elementy interferometru znajdują się w są- sy Sm-Co bez dodatku Gd lub innych ziem rzadkich siednim pomieszczeniu. Na uwagę zasługuje zwłasz- (zapewniających lepszą stabilność temperaturową cza laser Nd : YAG z linią zieloną (druga harmonicz- remanencji dzięki współzawodnictwu oddziaływań na), którego układ optyczny (m.in. wraz z modulato- ferromagnetycznych i antyferromagnetycznych). rami elastooptycznymi i mieszaczem heterodynowym Nie ma też konieczności stosowania bocznikowania do interferometru) jest dedykowaną konstrukcją wie- magnetycznego ani dedykowanych, miękkich mate- loelementową na osobnym stole optycznym. W celu riałów magnetycznych o podwyższonej stabilności kontroli ruchu w trzech kierunkach stosuje się trzy temperaturowej przenikalności magnetycznej do kon- tory interferometryczne. strukcji korpusu obwodu magnetycznego (wystarczy ●● Jednorodność odczuwanej przez cewkę radialnej skła- odlewane żelazo lub stop żelaza z niklem). dowej pola magnetycznego w szczelinie obwodu ma- ●● Zmniejszenie wpływu drgań zewnętrznych na wagę gnetycznego wymaga niezmiernie precyzyjnego po- Kibble’a w BIPM realizuje się poprzez umieszczenie zycjonowania osi zawieszenia cewki i osi obwodu jej na bloku betonowym odizolowanym od spodniej magnetycznego (z dokładnością do mikroradianów). części fundamentu warstwą piasku. Rozwiązanie to Uzyskuje się to poprzez układ laserowy oraz zestaw może w przyszłości okazać się niewystarczające ze małych obciążników równoważących. względu na planowaną budowę linii metra pod wzgó- rzem Sèvres. W LNE-Trappes zbudowano osobny, Projekt PTB (niemiecki), czyli waga Plancka odizolowany fundament dla wagi Kibble’a w postaci płyty z czterema filarami o długości 12 m. System Bardzo interesującym podejściem do redefinicji wzor- potrójnych ścian („pomieszczenia w pomieszcze- ców masy jest idea skonstruowania tzw. wagi Plancka niach”) oraz nieturbulentny przepływ powietrza wg projektu rozwijanego w ostatnim czasie przez niemiec- w rurach klimatyzacyjnych o bardzo dużej średnicy ki instytut metrologiczny PTB (Physikalisch-Technische redukują drgania przedostające się przez środowisko Bundesanstalt) oraz Politechnikę w Ilmenau [30‒33]. gazowe. Fundament i pozostałe rozwiązania antywi- Nowatorska koncepcja polega na wykorzystaniu i zaadop- bracyjne w LNE-Trappes potwierdzają swoją skutecz- towaniu istniejącego siłownika elektromagnetycznego ność poprzez fakt, że nie obserwuje się istotnego z komparatora masy. Mechanizm musi być jedynie uzu- wpływu ruchliwej ulicy i linii kolejowej, znajdującej pełniony o siłownik, który realizował będzie tryb auto- się stosunkowo blisko. kalibracji indukcyjnej komparatora (tak, by stał się praw- ●● Nieodzowność pomiaru dokładnej wartości (jak i nie- dziwą wagą Kibble’a). Amplituda ruchu musi być niewiel- jednorodności przestrzennej oraz ewolucji czasowej) ka, ponieważ mechanizmy ważące komparatorów i obwo- przyśpieszenia ziemskiego w pobliżu wagi dów magnetycznych nie są przystosowane do ruchu cewki Kibble’a w BIPM zapewnia grawimetria realizowana daleko od położenia równowagi. Projekt przewiduje bu- przez podmioty zewnętrzne. Grawimetr ustawiany dowę szeregu „wag Plancka” na zakresy od 1 mg do 1 kg. jest w sąsiednim pomieszczeniu, niestety z koniecz- Waga Plancka ma pracować w powietrzu, a nie w próżni, ności na bloku betonowym o mniejszych gabarytach tak jak wyjściowy komparator, na bazie którego została niż ten pod wagą Kibble’a. W przypadku LNE jest to wykonana. Powinien on być rozwiązaniem wyjątkowo

21 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

ekonomicznym i łatwym do komercjalizacji. Docelowa i dzięki przeciwmasie. W przypadku projektu francuskie- cena wagi Plancka może być nawet kilkaset razy mniejsza go i tureckiego zasadniczy mechanizm ma jednoramienną od tradycyjnej wagi Kibble’a dla 1 kg. Redukcja kosztów geometrię osiową, co uniemożliwia bezpośrednią kom- wynika nie tylko z wykorzystania mechanizmu komer- pensację masy części ruchomej wagi. W tym przypadku cyjnych komparatorów masy, ale również m.in. z braku kompensacja jest realizowana poprzez sprzężenie wagi konieczności stosowania kwantowych, kriogenicznych Kibble’a z komparatorem masy. Jednakże geometria osio- wzorców wielkości elektrycznych. Wystarczą standardowa ma swoje zalety, ponieważ upraszcza konstrukcję i uła- we wzorce wtórne dobrej klasy (wywzorcowane uprzednio twia pionizację. Ten argument można uznać za przesądza- w NMI). Redukcja wymagań technicznych wobec wagi jący przy wyborze koncepcji. Godną rozpatrzenia jest Plancka jest możliwa dlatego, że z samego założenia nie wspomniana już francuska koncepcja symultanicznej pra- ma być ona wykorzystywana do odtwarzania jednostki cy wagi Kibble’a. Należy zwłaszcza zastanowić się, czy masy w krajowych instytutach metrologicznych, a jedynie przepuszczanie prądu przez cewkę faktycznie poprawi do wzorcowania odważników (do klasy E1 włącznie). dokładność wzorcowania, bo choć prowadzi to do kom- Jest urządzeniem atrakcyjnym dla producentów odważ- pensacji efektów odziaływania pola cewki na obwód ma- ników, jak również dla lokalnych oddziałów krajowych gnetyczny, to jednocześnie utrudnia pomiar napięcia in- urzędów miar i komercyjnych laboratoriów metrologicz- dukcji elektromagnetycznej. Kolejna kwestia to górna nych. Oznacza to także perspektywę dużego popytu na granica zakresu wzorców masy. Warto podkreślić, że produkt. Cenę wagi Plancka zmniejsza również fakt, projekt turecki obecnie obejmuje wyłącznie realizację że do monitoringu ruchu cewki nie jest potrzebny wysokiej wzorca 100 g. Nie jest to akceptowalna perspektywa do- klasy interferometr laserowy, a nawet można sobie wy- celowa, przy czym wariant ten może być potraktowany obrazić konstrukcję bez interferometru, tylko z indukcyj- jako etap wstępny (przejściowy) w ramach polskiego pro- nym sprzężeniem zwrotnym (jak np. w standardowych jektu wagi Kibble’a, która powinna realizować finalnie wibratorach używanych w spektrometrii efektu wzorzec pełnego kilograma. Należy również wziąć pod Mössbauera). Przy założonym poziomie dokładności nie rozwagę pewne szczególne rozwiązanie zaproponowane jest też konieczne posiadanie grawimetru. W zasadzie w projekcie tureckim. Otóż, jak już wspomniano w opisie wystarczy jednorazowe wyznaczenie wartości lokalnej g tego projektu, w przeciwieństwie do wszystkich innych w laboratorium. konstrukcji wag Kibble’a, w tym przypadku zrezygnowano z ruchomej cewki na rzecz ruchomego magnesu stałego Projekt polski – założenia (obwodu magnetycznego z magnesem stałym). Dzięki temu posunięciu masa części ruchomych zmniejszyła się, W przypadku podjęcia strategicznej decyzji o reali- co pozwoliło znacząco zwiększyć prędkość ruchu cewki. zacji polskiego projektu wagi Kibble’a stanie się konieczne W praktyce oznacza to większe napięcie indukcji i bardziej podjęcie wielu decyzji szczegółowych, określających za- precyzyjny pomiar. Wydaje się jednak, że w przypadku łożenia realizacji tego projektu. Będą to kwestie dotyczące pełnego zakresu wagi Kibble’a (do 1 kg) masa własna wyboru koncepcji technicznej, docelowej lokalizacji la- poruszanego obwodu magnetycznego byłaby na tyle duża, boratorium masy, kosztorysu, harmonogramu roboczego że nie dałoby się skorzystać z walorów wspomnianej kon- oraz działań perspektywicznych. cepcji. Ostateczna decyzja o skorzystaniu lub odrzuceniu tej opcji zapadnie w wyniku dalszego rozeznania problemu Wybór koncepcji i konsultacji z partnerami zagranicznymi. Konsultacje te będą dotyczyły również wielu innych kwestii technicz- Przegląd już realizowanych projektów wag nych, takich jak np. rodzaj zawieszania mechanizmu, Kibble’a w wiodących instytutach metrologicznych na układu do tłumienia drgań mechanicznych, jak również świecie pokazuje różnorodność wariantów koncepcyjnych celowość adaptacji wagi Kibble’a do pracy w próżni. realizacji wag Kibble’a praktycznie w każdym aspekcie W przypadku doboru interferometrów laserowych, ko- konstrukcyjnym (mechanicznym, geometrycznym, elek- nieczne będzie ustalenie, czy do celów realizacji projektu tromagnetycznym, optycznym). Przystępując do projektu wystarczy ich standardowa wersja (lekko zmodyfikowa- polskiego będzie trzeba rozstrzygnąć m.in. czy konstruk- na), czy też pojawi się konieczność zastosowania zaawan- cja wagi powinna być dwuramienna, czy jednoramienna sowanych technicznie interferometrów. (osiowa). Wnioski wynikające z porównania koncepcji Skrajnie odmiennym podejściem byłoby oparcie się amerykańskiej i francuskiej nie są jednoznaczne. o projekt brytyjskiego NPL (National Physical Laboratory), Amerykańska konstrukcja dwuramienna jest łatwa do opisanym we wcześniejszej części niniejszego opracowa- wstępnego zrównoważenia mechanicznego dzięki dwu- nia. Zgodnie z ofertą przedstawioną ostatnio przez NPL ramienności realizowanej poprzez mechanizm kołowy [34] istnieje możliwość zakupu gotowej, miniaturowej

22 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

wersji wagi Kibble’a w pakiecie z wielomiesięcznymi nad wagą Kibble’a dla małych mas. Dzięki wizycie przed- stażami szkoleniowymi dla dwóch osób. Koszt takiego stawiciela NIST z oddziału w Boulder (USA) w GUM, rozwiązania wyniósłby około 3 mln złotych i pozornie w październiku 2018 r. (w ramach spotkania Komitetu wyeliminowałby potrzebę realizacji jakiegokolwiek pol- Technicznego Wielkości Elektrycznych), współautor ar- skiego projektu. Niestety, jak już wspomniano, obecnie tykułu, Tadeusz Szumiata, nawiązał robocze kontakty w NPL dostępna jest jedynie waga na zakres subkilogra- z oddziałem NIST w Gaithersburgu, gdzie mieści się ame- mowy (100–200) g i nie ma żadnej pewności, czy w naj- rykańska waga Kibble’a NIST-4 do realizacji 1 kg oraz bliższych latach NPL będzie w stanie zaoferować komer- tworzony jest zespół, który obecnie koordynować będzie cyjną wagę kilogramową oraz że cena będzie zbliżona do prace nad wagami na mniejsze zakresy. Godną uwagi jest wagi subkilogramowej. Niewątpliwie wartościowym po- perspektywa wzajemnej wymiany doktorantów i doktorów sunięciem byłoby odbycie stażu w NPL, podczas którego między francuskim LNE a GUM. Ze strony LNE padła wnikliwie można by poznać wiele szczegółów technicz- obecnie propozycja, żeby Polska włączyła się do wspól- nych działania wagi Kibble’a (w tym wielu wspólnych dla nego projektu małych wag Kibble’a na zasadzie oddele- wszystkich dotychczasowych koncepcji). Niestety wy- gowania np. 2‒3 doktorantów lub młodych stażem dok- mieniona kwota za staż z wymuszonym zakupem demon- torów z wiodących polskich uczelni. Stypendia powinna stracyjnej wersji wagi może zostać uznana za zbyt wysoką, zapewnić strona Polska, natomiast strona francuska za- zwłaszcza, że za kilka lat konieczne byłoby wyasygno- pewni dostęp do wiedzy i doświadczenia, które Polska wanie zapewne jeszcze większej kwoty na docelową wagę będzie mogła wykorzystać na swoim gruncie. Oznacza to kilogramową i docelowe szkolenie. Nawet gdyby uznać przyzwolenie na budowę podobnych rozwiązań w Polsce zakres masy (100–200) g za dogodny, to wciąż nie wia- oraz na korzystanie z urządzeń francuskich do celów wzor- domo, jaki będzie ostateczny budżet niepewności kolej- cowań. Główny Urząd Miar koordynowałby konkursową nych, coraz bardziej kompaktowych rozwiązań z NPL procedurę wstępnej rekrutacji doktorantów i doktorów, i czy zajdzie konieczność eksploatowania oferowanej wagi natomiast docelową grupę (najprawdopodobniej 3 osób) w komorze próżniowej. wyłoniłaby strona francuska. Wybrane osoby byłyby nie- Nie można pomijać argumentów świadczących prze- zmiennie związane ze swoimi macierzystymi uczelniami ciw realizacji polskiego projektu wagi Kibble’a na cały w Polsce, natomiast badania wykonywałyby w LNE. kilogram (lub zakres do niego zbliżony), ponieważ w tym Szacunkowe koszty czteroletnich stypendiów dla takiej przypadku wymagania technologiczne są ekstremalnie grupy wyniosłyby ok. 1,5 mln złotych. W pozyskiwaniu wysokie. Wiodące ośrodki metrologiczne na świecie zma- środków na stypendia aktywną rolę odgrywałby GUM. gają się z tym zagadnieniem od ponad 10 lat i zbudowane Finanse mogłyby pochodzić z rozszerzonego budżetu do tej pory wagi Kibble’a nie są w stanie działać prawi- Urzędu, ale przede wszystkim z programów rządowych dłowo w sposób ciągły. Ponadto koszty, które pochłonę- i unijnych (np.: Marie Skłodowska-Curie Individual łyby prace rozwojowe, są trudne do oszacowania, ale mogą Fellowships oraz Marie Skłodowska-Curie Research and sięgać nawet kilkudziesięciu milionów euro. Polska za- Innovation Staff Exchange). pewne nie byłaby w stanie wyasygnować takich środków, nie posiada dostatecznie doświadczonej kadry, a poza tym Lokalizacja nie może sobie pozwolić na start od zera, mając kilkuna- stoletnie opóźnienie. Dlatego rozsądnym rozwiązaniem Z pozoru oczywistą kwestią jest zlokalizowanie przy- jest, z jednej strony korzystanie z wag Kibble’a w wiodą- szłego układu polskiej wagi Kibble’a w Samodzielnym cych ośrodkach na świecie, a z drugiej strony budowa Laboratorium Masy GUM. Jednakże „środek ciężkości” polskich wag Kibble’a na zakres gramów i miligramów, metrologicznej realizacji nowego wzorca kilograma prze- co zapewniłoby znacznie lepszą dokładność realizacji suwa się w kierunku laboratoriów wzorców wielkości wzorców. Taką sugestię sformułowało zarówno kierow- elektromagnetycznych. W przypadku GUM jest to nictwo BIPM w Sèvres jak i LNE w Trappes. Wspomniany Samodzielne Laboratorium Elektryczności i Magnetyzmu projekt najprawdopodobniej dałoby się zrealizować z pracownią kwantowych wzorców wielkości elektrycz- w okresie 5 lat, a jego koszt byłby nieporównywalnie nych. Poza tym funkcjonowanie wagi Kibble’a wymaga mniejszy niż w przypadku wagi Kibble’a do 1 kg. Mimo precyzyjnych pomiarów optycznych (interferometria) to, nie jest to proste zadanie, zwłaszcza, gdy nie posiada i grawimetrycznych. A zatem, nie tyle formalna lokaliza- się stałego, doświadczonego zespołu ludzkiego, który cja laboratorium z nowym wzorcem kilograma jest naj- mógłby zajmować się wyłącznie tym problemem. Z tego ważniejsza, a harmonijna współpraca między poszczegól- też powodu nawet LNE przy realizacji swojego projektu nymi jednostkami. Niewątpliwie jednak wybór fizycznego będzie korzystało z kontaktów międzynarodowych, m.in. miejsca, w którym ma pracować waga Kibble’a, powinien z NIST, w którym prowadzone są już zaawansowane prace być trafny i przemyślany. Zwłaszcza istotna jest izolacja

23 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

od drgań mechanicznych i zakłóceń elektromagnetycz- toryjnych, specjalistycznych instalacji klimatyzacyjnych nych oraz stabilność grawimetryczno-tektoniczna. Tym oraz zabezpieczeń antywibracyjnych złożyło ostatnio fran- wymogom wyszła naprzeciw decyzja o przeniesieniu cuskie LNE. większości laboratoriów Urzędu do kampusu świętokrzy- skiego. Podczas sesji Rady Miejskiej w Kielcach radni Harmonogram działań przegłosowali przekazanie gruntu na rzecz Skarbu Państwa, w drodze darowizny nieruchomości gruntowych Tabela 1 przedstawia przykładowy harmonogram położonych w Kielcach na powierzchni 11 hektarów, przewidywanych działań, związanych z realizacją pol- z przeznaczeniem na potrzeby Kampusu Laboratoryjnego skiego projektu kompaktowej wagi Kibble’a na zakres Głównego Urzędu Miar. Po dokonaniu odwiertów geolo- subkilogramowy (gramowy lub miligramowy) w okresie gicznych zostanie wskazane dokładne położenie poszcze- 5 lat od momentu rozpoczęcia przedsięwzięcia. gólnych budynków i laboratoriów. Generalnie umiejsco- wienie nowego kampusu u podnóża Gór Świętokrzyskich Zadania perspektywiczne należy uznać za bardzo trafną koncepcję nie tylko ze względu na korzystne warunki geologiczne, ale i na reali- Wymienione w harmonogramie działania to trzon zację priorytetów polityki zrównoważonego rozwoju re- zasadniczego projektu kompaktowej, subkilogramowej gionalnego. Warto podkreślić, że rektorzy Politechniki wagi Kibble’a. Złożoność materii merytorycznej i orga- Świętokrzyskiej i Uniwersytetu Jana Kochanowskiego nizacyjnej przy konstruowaniu wagi Kibble’a jest tak zna- w Kielcach podpisali umowę o współpracy z GUM, przy cząca, że zapewne pojawią się jeszcze dodatkowe potrzeby czym Politechnika planuje uruchomienie nowych specja- działań uzupełniających lub nawet korygujących przyjętą lizacji, związanych z metrologią. Obydwie uczelnie będą wcześniej strategię. Tak dzieje się i w największych, naj- stanowić naturalne źródło pozyskania przyszłych kadr bardziej zaawansowanych ośrodkach metrologicznych na dla Kampusu. Należy podkreślić, że zostały wdrożone świecie, a np. w amerykańskim NIST kilka zespołów bardzo rygorystyczne procedury konkursowe, w celu za- pracuje niezależnie nad kilkoma alternatywnymi koncep- pewnienia wyboru najlepszego projektu kampusu cjami, choć jedna z nich ma status wiodącej. Konieczność laboratoryjnego, tak pod względem architektonicznym, bieżącej weryfikacji słuszności obranej strategii i mody- jak i funkcjonalnym (technicznym). Propozycję pomocy fikacji niektórych założeń technicznych może powodować w projektowaniu i wykonawstwie pomieszczeń labora- wydłużenie czasu realizacji projektu.

Tab. 1. Harmonogram przewidywanych działań

Lp. Zadanie Okres (lata) Konsultacje z wiodącymi ośrodkami metrologicznymi, realizującymi projekty kompaktowych wag 1 0‒2 Kibble’a (LNE, NIST) i kontakt z oddelegowanymi doktorantami Wybór koncepcji konstrukcyjnej wagi Kibble’a (m.in. wg sugestii doktorantów oddelegowanych do LNE 2 1‒2 i NIST) i powołanie w GUM stałego zespołu wykonawczo-koordynacyjnego w liczbie ok. 3 osób Adaptacja tymczasowego pomieszczenia w budynku GUM w Warszawie, na potrzeby układu wagi 3 0‒1 Kibble’a 4 Lokalizacja i budowa docelowej bazy lokalowej w kampusie świętokrzyskim 0‒5 5 Zaprojektowanie głównego szkieletu konstrukcji, zawieszenia i układu do tłumienia drgań 2‒3 Zaprojektowanie i wykonanie siłownika elektromagnetycznego wagi Kibble’a i sprzężenie go 6 2‒3 z komparatorem masy 7 Zaprojektowanie i skonstruowanie napędu do poruszania cewki 2‒3 8 Zaprojektowanie i wykonanie dedykowanych interferometrów laserowych do pomiaru prędkości 2‒3 Zorganizowanie laboratorium grawimetrii (z optycznym grawimetrem bezwzględnym z grzebieniem 9 3‒4 częstotliwości) Uzupełnienie zasobów laboratorium z kwantowymi wzorcami wielkości elektrycznych o wtórne wzorce 10 2‒3 wielkości elektrycznych, dedykowane do pracy z wagą Kibble’a Wstępne testy poszczególnych podzespołów wagi Kibble’a (dołączenie do stałego zespołu w GUM 11 2‒3 doktorantów z LNE i/lub NIST) Docelowe testy wagi Kibble’a, porównanie działania z wagami Kibble’a, działającymi na świecie oraz 12 4‒5 realizacja działań korekcyjno-optymalizacyjnych

24 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

Naturalnym posunięciem wydaje się również wska- i podoktorskich we francuskim LNE lub amerykańskim zanie takich działań, które można (i na pewno warto) NIST (podanych wcześniej). Nie obejmuje również zakupu zrealizować już po zakończeniu zasadniczego, ok. pięcio- osobnych kwantowych wzorców napięcia i oporu elek- letniego projektu. Należą do nich m.in. następujące trycznego, ponieważ najprawdopodobniej w przypadku przedsięwzięcia: wagi subkilogramowej wystarczająco dokładne okażą się 1) integracja wagi Kibble’a z komparatorem próżniowym wzorce wtórne, kalibrowane przy pomocy wzorców lub ciśnieniowym, kwantowych. 2) ustalenie wzorców wtórnych (np. metalowe czy krzemowe), Źródła finansowania 3) aktualizacja budżetu niepewności dla standardowych metod pomiarowych, Ze względu na kompleksowość, interdyscyplinarność 4) automatyzacja komparacji poprzez zastosowanie i dość wysokie koszty projektu właściwą strategią wydaje zasobnika bębnowego lub zrobotyzowanego się poszukiwanie wielu różnych źródeł finansowania. podajnika, W naturalny sposób projekt wagi Kibble’a łączy się z pro- 5) ocena szans komercjalizacji projektu, jektem budowy świętokrzyskiego kampusu laboratoryj- 6) nakreślenie perspektyw ewentualnego przyszłego nego dla GUM. Dzięki temu w kosztorysie projektu wagi projektu kilogramowej wagi Kibble’a na podstawie Kibble’a nie uwzględniono kosztów lokalizacji i posta- doświadczenia i wiedzy zdobytej przy realizacji pro- wienia budynków, a jedynie koszty adaptacji pomieszcze- jektu subkilogramowej wagi Kibble’a. nia, w którym ma znajdować się docelowo ta waga. Warto podkreślić, że Rada Miejska w Kielcach w formie daro- Szacunkowy kosztorys wizny przekazała nieruchomości gruntowe, położone w Kielcach na powierzchni 11 hektarów, z przeznacze- W tabeli 2 zamieszczono oszacowanie kosztów niem na potrzeby Kampusu Laboratoryjnego Głównego realizacji projektu subkilogramowej wagi Kibble’a. Urzędu Miar. Dalsze kroki wymagają opracowania doku- Kosztorys nie uwzględnia kwot stypendiów doktorskich mentacji konkursowej projektu Kampusu, zgodnie

Tab. 2. Koszty realizacji projektu

Szacunkowa Lp. Specyfikacja kolejnych pozycji kosztorysu za okres 5 lat kwota brutto (PLN) Adaptacja tymczasowego pomieszczenia na laboratorium z wagą Kibble’a w dotychczasowym 1 100 000 budynku GUM Przygotowanie docelowego pomieszczenia na laboratorium z wagą Kibble’a w kampusie 2 100 000 świętokrzyskim 3 Koszty delegacji krajowych (konsultacje, konferencje) 100 000 4 Koszty delegacji zagranicznych (konsultacje, konferencje) 400 000 5 Koszty pracy zespołu 500 000 6 Usługi zewnętrzne 1 000 000 7 Materiały konstrukcyjne 500 000 8 Komercyjny komparator masy zaadoptowany do wagi Kibble’a 300 000 9 Wtórne wzorce napięcia i prądu 400 000 10 Wysokiej klasy oscyloskop 24-bitowy 200 000 11 Interferometry laserowe × 3 900 000 12 Wieloprocesorowe stacje robocze do symulacji × 2 100 000 13 Laboratoryjny i mobilny osprzęt komputerowy 100 000 Stacjonarne licencje komercyjne programów typu CAD, CAS, MES-FEM (mechanika, 14 400 000 elektromagnetyzm) SUMA: 5 000 000

25 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

z wymogami Działania 1.1 Regionalnego Programu jednostek miar w układzie SI), adekwatnym podmiotem Operacyjnego Województwa Świętokrzyskiego na lata do sfinansowania przedsięwzięcia wydaje się również 2014–2020, do którego projekt został zakwalifikowany NCN (Narodowe Centrum Nauki). W oferowanej palecie decyzją Urzędu Marszałkowskiego. Projekt polskiej wagi konkursów można dość łatwo znaleźć te, które w znacz- Kibble’a jest dodatkowym przedsięwzięciem, więc wy- nym stopniu odpowiadają specyfice projektu. Najbardziej maga znalezienia komplementarnych, niezależnych źródeł adekwatnym typem konkursu wydaje się w tym przypadku finansowania. Warto jednak raz jeszcze podkreślić, że OPUS, tj. konkurs na projekty badawcze, w tym finanso- planowana zbieżność w czasie realizacji obydwu projek- wanie zakupu lub wytworzenia aparatury naukowo-ba- tów jest niezmiernie korzystnym i oszczędnym rozwią- dawczej, niezbędnej do realizacji tych projektów. zaniem. Projekt Kampusu to nie tylko budynki i pomiesz- Alternatywnym rozwiązaniem może być aplikowanie do czenia, ale również nowa baza aparaturowa. Z punktu konkursu TANGO, który obejmuje projekty zakładające widzenia polskiego projektu wagi Kibble’a szczególnie wdrażanie w praktyce gospodarczej i społecznej wyników istotne są plany powstania nowoczesnego laboratorium uzyskanych w rezultacie badań podstawowych. Zarówno grawimetrii. Dzięki temu będzie można ultraprecyzyjnie w przypadku konkursów OPUS, jak i TANGO, pojawiła zmierzyć wartość przyspieszenia ziemskiego w najbliż- się zapowiedź otworzenia przez NCN ich nowych edycji, szym otoczeniu wagi Kibble’a. Zorganizowanie takiego chociaż nie wskazano na razie żadnego terminu. laboratorium zostało wpisane do harmonogramu projektu Mając na uwadze perspektywę realizacji polskiego polskiej wagi Kibble’a, ale nie obciąża budżetu tego przed- projektu wagi Kibble’a, GUM, jako jednostka podległa sięwzięcia, ponieważ należy do całościowego projektu Ministerstwu Przedsiębiorczości i Technologii, może ubie- Kampusu. gać się o zwiększenie budżetu na działalność statutową Naturalnym źródłem finansowania polskiego projektu oraz o fundusze celowe. Wymaga to jednak działań z du- wagi Kibble’a mógłby być grant z NCBiR (Narodowego żym wyprzedzeniem, ponieważ wspomniane środki mu- Centrum Badań i Rozwoju). Oferta konkursów NCBiR szą być najpierw przewidziane w budżecie centralnym, szybko się zmienia, co oznacza konieczność ciągłej aktu- który uchwala Sejm. Oznacza to konieczność uzyskania alizacji wiedzy o pojawiających się ścieżkach konkurso- odpowiedniego konsensusu i zrozumienia w środowisku wych i strumieniach finansowania. Pewną trudnością polskich parlamentarzystów oraz kręgach rządowych. Nie w aplikowaniu o środki w NCBiR jest fakt, że specyficzne będzie to możliwe bez prowadzenia odpowiedniej polityki cechy poszczególnych konkursów i rodzaje beneficjentów informacyjnej. określane są na poziomie rządowym i odpowiadają przy- Wytyczając strategię finansowania projektu należy jętym priorytetom badawczo-rozwojowym. Rozwój no- również brać pod uwagę możliwość bezpośredniego sko- woczesnej metrologii do tej pory nie był zazwyczaj doce- rzystania z funduszy i programów międzynarodowych, niany, wobec powyższego trudno jest znaleźć w ofercie a zwłaszcza europejskich. Jednym z takich programów NCBiR taki konkurs, który byłby optymalny do finanso- jest EMPIR (European Metrology Programme for Inno- wania i realizowania polskiego projektu wagi Kibble’a. vation and Research), ustanowiony na rzecz innowacji Wobec tego nieodzowną koniecznością wydaje się ubie- i badań w dziedzinie metrologii przez EURAMET (The ganie się o dedykowany konkurs celowy, którego benefi- European Association of National Metrology Institutes). cjentami byliby: Główny Urząd Miar, przedsiębiorstwa Decyzją Parlamentu Europejskiego i EURAMET od 2014 innowacyjne z branży metrologicznej oraz uczelnie i in- roku program EMPIR jest współfinansowany z unijnej stytuty badawcze. Dzięki projektowi, w ramach takiego perspektywy „Horyzont 2020” oraz przez państwa uczest- konkursu powinno stać się możliwe korzystanie ze środ- niczące w programie. ków europejskich przypisanych do Programu Operacyj- Poszukując źródeł finansowania projektu polskiej wanego Inteligentny Rozwój, będącego największym w Unii gi Kibble’a należy również zapoznać się z koncepcją i ofer- Europejskiej programem na rzecz rozwoju badań i two- tą Europejskiej Rady ds. Innowacji (European Innovation rzenia innowacji. Należy mieć przy tym nadzieję, że per- Council ‒ EIC) na lata 2018‒2020, sprzężonej z Programem spektywa finansowa tego programu, kończąca się w 2020 Ramowym Horyzont 2020. Europejska Rada ds. Innowacji roku, zostanie przesunięta na dalsze lata. W celu skonkre- (EIC) powstała z inicjatywy Komisji Europejskiej i ma tyzowania reguł i ram konkursu dedykowanego konieczny wspierać najbardziej obiecujących europejskich innowa- będzie bezpośredni kontakt GUM z Ministerstwem torów w realizowaniu pomysłów o znaczeniu międzyna- Przedsiębiorczości i Technologii oraz Ministerstwem rodowym. Swoją pomocą obejmuje przede wszystkim Nauki i Szkolnictwa Wyższego. przedsiębiorców, małe i średnie firmy, duży przemysł oraz Biorąc pod uwagę fundamentalność naukowo-tech- naukowców. Zadania Rady są realizowane głównie po- niczną całokształtu zagadnień związanych z konstrukcją przez instrumenty programu Horyzont 2020, takie jak: wagi Kibble’a (w tym kontekst redefinicyjny całego układu SME Instrument, Fast Track to Innovation, FET Open czy

26 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

EIC Horizon Prizes. EIC ma do dyspozycji 2,7 miliarda „load-lock” do umieszczania i porównywania wzorców euro na realizację ponad 1000 innowacyjnych projektów. masy przechowywanych w próżni. Jest to najbardziej pro- EIC ma także stanowić jeden z filarów nowego programu fesjonalna procedura realizacji przyszłościowej ścieżki ramowego po 2020 roku. przekazywania jednostki masy pomiędzy ośrodkami dys- W przypadku przygotowywania wniosku grantowego ponującymi wagą Kibble’a a krajowymi instytucjami me- preferowaną okolicznością byłoby stworzenie konsorcjum trologicznymi w państwach, które nie będą posiadały ta- obejmującego GUM, współpracujące uczelnie i te firmy kich urządzeń. Ścieżka ta zakłada, że kalibracja wzorca innowacyjne, które będą bezpośrednio związane z reali- masy przy użyciu wagi Kibble’a (np. w BIPM) odbywa zacją kluczowych zadań w ramach grantu związanego się w próżni. Niestety, zarówno w BIPM jak i w LNE, z polskim projektem wagi Kibble’a. Jednostki nie wcho- wagi Kibble’a nie dysponują aktualnie systemem „load- dzące w skład konsorcjum, ale niezbędne przy realizacji -lock”, co wymusza napowietrzanie komory próżniowej projektu, byłyby zaangażowane, jako wykonawcy ze- wagi przy wkładaniu i wyjmowaniu wzorca. Jest prawdo- wnętrzni projektu. Przy tej okazji warto podkreślić, że podobne, że w przyszłości sytuacja ta ulegnie zmianie. wkład polskich firm z sektora zaawansowanych techno- Silną motywacją powinny być tu wyniki badań [35–38], logii może mieć wymiar nie tylko czysto materialny, które jednoznacznie wskazują na to, że każdorazowe na- ponieważ regułą jest, że dzielą się one znacznie chętniej powietrzenie wzorca kilogramowego ze stali lub stopu swoim know-how i poświęcają więcej czasu na realiza- Pt-Ir oznacza absorpcję dodatkowej masy o wartości rzędu cję nietypowych rozwiązań niż duże korporacje kilkudziesięciu mikrogramów. W przypadku wzorca krze- zagraniczne. mowego (o znacznie mniejszej gęstości) można spodzie- Aplikując o fundusze na polski projekt wagi wać się odpowiednio większego efektu. Kibble’a należy liczyć się z możliwymi trudnościami W związku z powyższym, niezależnie od innych dzia- w otrzymaniu pełnej kwoty na jego realizację, szacowanej łań i programów dotyczących redefinicji kilograma, nana ok. 5 mln złotych, z jednego źródła finansowania. leżałoby już teraz zacząć realizować polski projekt kon- Prawdopodobne jest sięganie stopniowo po mniejsze pule tenera próżniowego. Obejmowałby on zaprojektowanie środków pieniężnych. W takim przypadku konieczne bę- przenośnego, poręcznego pojemnika próżniowego do prze- dzie podzielenie projektu na kilka etapów i sporządzenie noszenia wzorców masy. Masa własna kontenera waliz- dla każdego z nich osobnych harmonogramów i koszto- kowego nie powinna być zbyt duża, a jego cechy konstruk- rysów cząstkowych. cyjne powinny uwzględniać certyfikację bezpieczeństwa w transporcie lotniczym. Pojemnik powinien również Ocena celowości projektu zapewniać kompatybilność z systemami „load-lock” komparatora próżniowego w GUM i docelowych wag Alternatywy dla projektu i działania Kibble’a w wiodących ośrodkach metrologicznych na komplementarne świecie. Oprócz tego projekt powinien przewidywać zakup po kilka kilogramowych wzorców wtórnych, wyko- Podstawą krytycznej analizy celowości projektu jest nanych z różnych materiałów (niemagnetyczna stal wskazanie alternatywnych rozwiązań i możliwości. I tak, nierdzewna, stop Pt-Ir, kula krzemowa), jak również ma- w świetle pierwotnej strategii procesu redefinicji wzorca łych próbek tych materiałów w postaci płytek i krążków. kilograma zarysowanej przez BIPM, można wyobrazić Dzięki temu można by kontynuować i rozwijać prowadzo- sobie funkcjonowanie krajowego systemu metrologiczne- ne już od kilku lata badania w NPL [35‒38] nad wpływem go w dziedzinie masy bez posiadania własnej wagi transferu próżnia-powietrze-próżnia na masę wzorców, Kibble’a. Wobec wciąż istniejących kłopotów z odtwa- a w szczególności stopień nieodwracalności zmiany masy rzalnością wyników uzyskiwanych na tych wagach, skon- po wielu cyklach transferu. Warto byłoby nakreślić pro- struowanych w wiodących ośrodkach na świecie oraz gram badań stanu powierzchni wzorców stalowych prze- wielkiej złożoności technologicznej realizowanych tam chowywanych w próżni, powietrzu i azocie. W kompara- już od wielu lat projektów, nie byłoby rozważne angażo- torze próżniowym w GUM badana byłaby zmiana masy. wanie się Polski w niezależne budowanie wagi Kibble’a na Konieczny też byłby zakup przez GUM pojemników, zakres 1 kg. Główny Urząd Miar będzie mógł, a nawet które zapewniałyby długookresowe przechowywanie powinien, przygotowywać się do finalnej redefinicji kilo- wzorców w stabilnych warunkach środowiskowych (skład grama, nie realizując własnego projektu wagi Kibble’a, na gazu, ciśnienie, wilgotność, temperatura). W poznaniu dowolny zakres masy. zjawisk odpowiedzialnych za zmianę masy wzorców klu- Działania przygotowawcze w Głównym Urzędzie czowe byłyby badania składu pierwiastkowego metodą Miar zostały już rozpoczęte. Ich efektem jest m.in. doko- SEM-EDS (energetyczna mikroanaliza rentgenowska nana instalacja komparatora próżniowego z systemem w elektronowym mikroskopie skaningowym w środo-

27 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

wisku próżniowym). Dodatkową, przydatną metodą ba- jednak wykonać bardzo staranną analizę popytu, wiedząc, dawczą, która pozwoliłaby na detekcję śladowych ilości że oferta nie dotyczy realizacji wzorców krajowych, tylko związków chemicznych na powierzchni wzorców, mogła- klasy E1 odważników wzorcowych. Nie wiadomo, czy by okazać się spektroskopia fotoelektronów emitowanych dla producentów odważników i terenowych laborato- pod wpływem promieniowania rentgenowskiego (XPS). riów metrologicznych atuty tego urządzenia będą W tej metodzie badane próbki materiałów również znaj- wystarczające. dują się w próżni. W przypadku wzorców stalowych, które zawierają żelazo, dałoby się też zastosować najbardziej Wpływ na polską metrologię czułą metodę do określania związków chemicznych i faz krystalicznych z Fe na powierzchniach próbek, jaką jest Jedną z podstawowych przesłanek, uzasadniających spektroskopia mössbauerowska elektronów konwersji korzyści z posiadania własnej wagi Kibble’a, jest długo- CEMS. Pewnym ograniczeniem tej metody jest długi czas terminowa perspektywa procesu realizacji wzorca kilo- pomiaru (2‒3 dni) i niepróżniowa atmosfera w detektorze grama. Docelowo wzorzec ten powinien być jednoznacz-

(He + 4 % CH4) oraz konieczność zmiany próbek w po- nie odtwarzalny w każdym zaawansowanym instytucie wietrzu. W związku z tym metoda nie nadaje się do ba- metrologicznym, ponieważ opiera się na zjawiskach fi- dania efektów krótkotrwałego napowietrzania, lecz do zycznych i określonej procedurze metrologicznej. W du- analizowania wpływu przechowywania w określonych żych krajach o wysokorozwiniętej gospodarce można so- warunkach przez okres około miesiąca lub dłużej. bie nawet wyobrazić sytuację, że poszczególne jednostki Wymienione metody badawcze są profesjonalnie rozwi- administracji terytorialnej, a nawet prywatne centra me- jane i stosowane w dwóch radomskich ośrodkach badaw- trologiczne będą zainteresowane posiadaniem swoich wła- czych, tj. w Instytucie Technologii Eksploatacji w Radomiu snych, pierwotnych wzorców masy. oraz w Katedrze Fizyki na Wydziale Mechanicznym Drugim wyróżnikiem docelowej redefinicji wzorca Uniwersytetu Technologiczno-Humanistycznego kilograma będzie wyeliminowanie złożonych procedur w Radomiu. Bardzo korzystnym rozwiązaniem byłoby przekazywania jednostek o masach, będących wielokrot- wspólne opracowanie konsorcjalnego wniosku o grant na nościami i podwielokrotnościami kilograma, które zawsze badania dotyczące wyżej opisanej tematyki. Szacunkowy prowadzą do poważnego wzrostu względnej niepewności koszt takiego projektu mógłby wynieść ok. 1‒2 mln zło- wzorcowania. Procedury takie wymagają użycia najwyż- tych. Podobny budżet konieczny byłby do realizacji wspo- szej klasy komparatorów automatycznych, najlepiej w wer- mnianego projektu pojemnika próżniowego, przy czym sji próżniowej lub z komorą izobaryczną. W przyszłości w jego szacowaniu zawsze należy uwzględniać istotne te procedury przestaną być potrzebne, ponieważ będzie koszty delegacji związanych z komparacją wielu wzorców można konstruować dedykowane wagi Kibble’a do reali- krajowych ze wzorcami międzynarodowymi (z nowymi zacji wzorców masy o określonej wartości, przy jedno- i z dotychczasowym). czesnym zapewnieniu jak najmniejszych niepewności Jeszcze innym pomysłem na włączenie się Polski pomiarowych. w działanie związane z redefinicją kilograma jest omó- Dodatkową korzyścią z włączenia się Polski w prace wiona już w pierwszej części opracowania idea konstrukcji nad projektem jest z całą pewnością zdobycie wiedzy i do- tzw. wagi Plancka. Ze względu na fakt, że konstrukcja świadczenia metrologicznego, które nie byłyby możliwe tego urządzenia bazuje na siłowniku do komercyjnego do pozyskania w przypadku zlecania procedur wzorco- komparatora masy, jego koszty są relatywnie niskie i sto- wania podmiotom zewnętrznym (zagranicznym) lub nawet sunkowo łatwe do oszacowania. Poza tym jest to rozwią- ewentualnego zakupu gotowej wagi Kibble’a. Włączenie zanie, które najłatwiej można skomercjalizować. się Polski w twórczy proces poszukiwania innowacyjnych Oryginalnie waga Plancka to koncepcja niemiecka (PTB, rozwiązań konstrukcyjnych, pozwoli wspólnie z między- Politechnika w Ilmenau), ale ze względu na brak opaten- narodową społecznością metrologiczną zmniejszyć doce- towania samej idei, możliwa byłaby realizacja tego pro- lową niepewność wzorca kilograma, jak również zredu- jektu przez polskie firmy. Projekt miałby charakter roz- kować koszty wytworzenia i utrzymania nowego wzorca wojowo-wdrożeniowy i finalnie powinien przynieść po- masy. zytywny rezultat komercjalizacyjny. Mogłyby w nim Należy podkreślić, że istnieje daleko idąca zgodność uczestniczyć też uczelnie wymienione w dalszej części pomiędzy ideą uruchomienia projektu polskiej wagi opracowania. Warto dodać, że np. na Wydziale Kibble’a a zasadniczymi planami i zamierzeniami GUM, Mechanicznym UTH Radom realizowane są już prace które zostały ujęte w prognostycznym opracowaniu doktorskie tematycznie powiązane z zagadnieniem doty- pt. „Czteroletni strategiczny plan działania GUM czącym wagi Plancka (jak również nad nowymi wzorcami 2018–2021” [39]. W załączniku 5 (Perspektywy rozwoju małych mas). Przed rozpoczęciem projektu należałoby dziedzin pomiarowych GUM) została podana informacja,

28 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

że w dziedzinie nr 7 (Masa i wielkości pochodne) prze- ze smogiem). Przedsiębiorstwa ze wspomnianych obsza- widziano (w punkcie nr 8 sekcji Działalność) udział GUM rów są bardzo często liderami polskiego eksportu i ich we współpracy krajowej i zagranicznej w ramach inno- konkurencyjność na rynkach światowych bezpośrednio wacyjnych projektów z zakresu metrologii masy. Ponadto zależy od ich wiarygodności i aktualności metrologicznej w punkcie nr 1 (sekcji Planowane działania) przewidziano (w sensie zarówno technicznym jak i prawno-lega- budowę infrastruktury metrologicznej, zapewniającej lizacyjnym). spójność pomiarową w dziedzinie masy po redefinicji Zgodnie z przyjętą przez polski rząd już w 2012 r. kilograma. Jako konkretny przykład zapisano zakup au- „Strategią Rozwoju Kraju 2020” [41]: Okres do 2020 r. tomatycznego komparatora próżniowego, ale nie wyklu- będzie dla światowego systemu społeczno-gospodarczo- czono też innych niezbędnych inwestycji aparaturowych. -politycznego czasem intensywnego poszukiwania modeli Generalnie analizowany udział GUM w polskim projekcie rozwoju, które uwzględniałyby doświadczenia kryzysu go- wagi Kibble’a wychodzi też naprzeciw ogólnej wizji i misji spodarczego oraz globalne wyzwania związane z potrzebą wspomnianego planu czteroletniego GUM. W rozdziale 3 dynamizowania potencjału innowacyjnego gospodarki i za- tego opracowania odnajdujemy m.in. bezpośrednie odnie- pewnieniem stabilnych podstaw wzrostu. Przytoczone już sienia do implementacji definicji podstawowych jednostek wcześniej argumenty pokazują, że nie będzie to możliwe miar Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI) opar- bez nadążania za rozwojem współczesnej metrologii, tych na zjawiskach kwantowych. Całokształt sugerowa- a zwłaszcza metrologii masy, która znajduje się w przeded- nych działań wpisuje się w trendy rozwojowe wyznaczane niu swoistej rewolucji redefinicyjnej. W szczególności przez międzynarodowe organizacje metrologiczne, takie polski projekt wagi Kibble’a doskonale koresponduje jak EURAMET, NIST, NPL czy PTB. z następującymi celami II Obszaru Strategicznego (Konkurencyjna gospodarka) strategii [42]: Wpływ na polską gospodarkę Cel II.2. Wzrost wydajności gospodarki Zaangażowanie Polski w projekt wagi Kibble’a może II.2.1. Zwiększenie produktywności gospodarki mieć wieloaspektowe, pozytywne znaczenie dla polskiej II.2.2. Wzrost udziału przemysłów i usług średnio gospodarki. Po pierwsze dostępność najwyższej klasy i wysoko zaawansowanych technologicznie metrologii dla rodzimego przemysłu jest warunkiem poprawy stopnia jego innowacyjności i międzynarodowej Cel II.3. Zwiększenie innowacyjności gospodarki konkurencyjności. Ten być może dość oczywisty, choć II.3.1. Wzrost popytu na wyniki badań naukowych wciąż niedoceniany, fakt został ujęty w przywoływanym II.3.2. Podwyższenie stopnia komercjalizacji badań już czteroletnim planie rozwojowym GUM [39] w postaci II.3.3. Zapewnienie kadr dla B+R obrazowego cytatu: Metrologia, współtworząc postęp tech- II.3.4. Zwiększenie wykorzystania rozwiązań inno- nologiczny, jest motorem rozwoju wszystkich dziedzin wacyjnych współczesnej gospodarki. Wychodzi naprzeciw wyzwaniom dynamicznie zmieniającego się świata, zapewniając precy- W strategii odnajdujemy m.in. informację, że w 2009 zyjne i dokładne pomiary. Ponadto, w ostatnim czasie roku udział przemysłów średniej i wysokiej technologii GUM powołał do życia tzw. Konsultacyjne Zespoły w produkcji sprzedanej w przemyśle wyniósł jedynie Metrologiczne (KZM), których głównym zadaniem jest 31,7 % oraz, że ten wskaźnik należy bezwzględnie popra- identyfikowanie potrzeb krajowego przemysłu w zakresie wić, przy zastosowaniu różnego rodzaju programów ce- technologii pomiarowych [40]. Potrzeby polskiego prze- lowych oraz instrumentów inżynierii finansowej. mysłu, związane z nowoczesną metrologią, są też rozpo- Analizowany projekt wagi Kibble’a doskonale wpisuje się znawane przez wiele innych grup eksperckich, w tym w tą strategię, gdyż sam wymaga zaangażowania firm pracowników-wykładowców wyższych uczelni oraz pra- zaawansowanych technologicznie, jak i służy rozwojowi cowników laboratoriów badawczo-rozwojowych polskich firm innowacyjnych. Niestety „Perspektywa 2020” nie- firm innowacyjnych. Na potrzeby niniejszego opracowania długo dobiega końca, a wszelkie środki unijne zostały już udało się jednoznacznie ustalić, że nowoczesna metrologia w większości przypadków rozdysponowane. W związku masy (w tym posiadanie własnego wzorca masy nowej z powyższym naturalne wydaje się obecnie odniesienie generacji) może bardzo skutecznie stymulować rozwój do nowszego dokumentu, który został przyjęty przez pol- polskich firm zajmujących się m.in. produkcją najwyższej ski rząd w roku 2017, tj.: „Strategii na rzecz Odpo- klasy wag i komparatorów masy, jak również firm farma- wiedzialnego Rozwoju do roku 2020 (z perspektywą ceutycznych oraz podmiotów, których zadaniem jest do 2030 r.)” [42]. W jego wstępie Premier Mateusz sprawny monitoring stanu środowiska naturalnego, w tym Morawiecki zapowiedział m.in. że w wyniku prac rządo- jakości powietrza (w kontekście palącej potrzeby walki wych, eksperckich i konsultacyjnych wypracowaliśmy

29 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

śmiałą wizję rozwojową połączoną z ekonomicznym pośród priorytetów wspierających innowacyjność pragmatyzmem, której celem jest wzmocnienie i unowocze- przemysłowo-gospodarczą. śnienie polskiej gospodarki, wyrwanie jej z peryferii rozwojowych oraz znaczące podniesienie konkurencyjności Oddziaływanie międzynarodowe produktów i usług oferowanych przez polskie firmy. Służą temu, stworzone w ramach naszej Strategii, nowe instru- Mimo, że niniejsza analiza dotyczy polskiego projektu menty rozwoju (produkty finansujące i programy wsparcia) wagi Kibble’a, nie sposób rozpatrywać ją w oderwaniu dla tak priorytetowych obszarów jak: ekspansja między- od kontekstu międzynarodowego. Wiele aspektów mię- narodowa, przemysły przyszłości, rozwój małych i średnich dzynarodowych już zostało wymienionych, m.in. idea przedsiębiorstw, partnerstwo publiczno-prywatne, part- i geneza konstrukcji wagi Kibble’a, finansowanie unijne, nerstwo inwestycyjne z samorządami, rozwój rynku venture chęć zwiększenia konkurencyjności na rynkach między- capital w Polsce, czy rozwój zrównoważony terytorialnie, narodowych. Jednak na szczególną uwagę zasługują po- ze szczególnym uwzględnieniem specjalnych stref oraz in- tencjalne interakcje polskiej metrologii z państwami westycji w obszarach dotychczas zaniedbanych. Taka de- ościennymi w obliczu redefinicji jednostki miary masy klaracja w pewnym sensie daje zielone światło dla pro- SI. Część krajów naszego regionu jest znacznie słabiej jektów takich jak polska waga Kibble’a. Dodatkowy ar- rozwinięta technologicznie i wytwarza wyraźnie mniejsze gument za wsparciem projektu dostarcza pogłębiona ana- PKB per capita niż Polska. Jest zatem mało prawdopodob- liza innowacyjności polskich przedsiębiorstw zawarta ne, że kraje te zdecydują się na samodzielne projekty zwią- w strategii [42]. Jeżeli zastosuje się restrykcyjną miarę zane z budową wag Kibble’a. Tym bardziej więc, rola innowacyjności firmy nie jako sam stopień zaawansowania Polski jako lidera regionu, predestynuje nasz kraj do pod- technologicznego, ale jako jego dynamikę, to okaże się, jęcia się niewątpliwie złożonego i trudnego wyzwania, że w roku 2014 jedynie 8,8 % wartości produkcji polskich jakim jest budowa wagi Kibble’a. Zainteresowanie wyko- przedsiębiorstw zasługiwała na miano innowacyjnej, a je- rzystaniem docelowych efektów polskiego projektu zade- dynie połowa z tej wartości pochodziła z eksportu. klarowały już m.in. Litwa, Łotwa, Ukraina i Białoruś. Założona strategia przewiduje wzrost wartości produkcji Do kręgu państw zainteresowanych można zaliczyć rów- innowacyjnej do poziomu 14 % w roku 2030. Żeby to nież Czechy, Słowację, Węgry i Rumunię oraz kraje pół- zadanie osiągnąć, w części strategii „Rozwój innowacyj- wyspu bałkańskiego. Tak silny odzew międzynarodowy nych firm” obecny rząd RP przewiduje m.in. kierunek stanowi szczególnie mocne i wymowne uzasadnienie ce- interwencji o nazwie „Mobilizacja kapitału prywatnego lowości analizowanego projektu, jak również otwiera per- na rzecz prowadzenia działalności B+R+I, zwiększenie spektywy osiągania przez Polskę dochodów finansowych, potencjału rynkowego prowadzonych badań oraz stopnia wynikających ze świadczenia w przyszłości usług metro- komercjalizacji wyników prac B+R”. Zapisane są przy tym logicznych, na najwyższym światowym poziomie. Biorąc m.in. następujące, konkretne działania interwencyjne: jednak pod uwagę realia technologiczne i ekonomiczne, ●● współfinansowanie z publicznych środków projektów polski projekt wagi Kibble’a obejmował będzie zakres B+R, realizowanych przez podmioty gospodarcze, subkilogramowy (najprawdopodobniej 1 grama). ●● silne wsparcie dla rozwiązań innowacyjnych, które dodatkowo mają pozytywny wpływ na środowisko Ocena wykonalności projektu naturalne, ●● animowanie współpracy między sektorem nauki a biz- Istniejące zasoby GUM nesem oraz powstawania strategicznych partnerstw biznesowych. 1. Pracownia Wag i Wzorców Masy

Odwołując się bezpośrednio do tekstu strategii warto Państwowym wzorcem jednostki masy w Polsce jest zwrócić uwagę, że po 2020 r. fundusze unijne będą nadal prototyp 1 kg nr 51, którego masa została wyznaczona stanowiły istotne źródło finansowania inwestycji proroz- w wyniku porównania z wzorcem pierwotnym w roku wojowych w Polsce, ale ze względu na wzrost zamożności 1990, utrzymywanym w Międzynarodowym Biurze Miar. polskich regionów, ich udział w całkowitej puli środków W dniu 14 czerwca 1990 roku wynosiła: rozwojowych i znaczenie będą relatywnie mniejsze (realna m = 1 kg + 227 µg. waga tych środków będzie mniejsza w relacji do PKB i do Złożona niepewność standardowa wyznaczenia war- ogółu środków rozwojowych). Pomimo tej zmiany nowa tości masy prototypu wynosi:

perspektywa unijna i prognozy dynamiki rozwoju naszego uc = 2,3 µg. kraju są korzystne w kontekście konstrukcji i realizacji Od roku 1889 definicja i realizacja jednostki masy takich projektów jak waga Kibble’a, ponieważ lokują je opiera się na materialnym wzorcu kilograma, znajdującym

30 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

się w Międzynarodowym Biurze Miar (BIPM) w Sèvres stałego oraz rezystancji są utrzymywane w GUM. pod Paryżem. Kopie międzynarodowego wzorca wyko- Stanowią one wzorce pierwotne, bazujące odpowiednio nane z tego samego materiału (stop 90 % platyny i 10 % na zjawisku Josephsona oraz kwantowym zjawisku Halla. irydu) o takich samych wymiarach i takich samych wła- Układ odtwarzający jednostkę napięcia elektrycznego ściwościach powierzchniowych są używane do przeka- JVS (Josephson Voltage Standard) w 2003 roku ustano- zywania jednostki masy na najwyższym poziomie spój- wiony został Państwowym Wzorcem Jednostki Miary ności pomiarowej (hierarchicznego układu sprawdzeń). Napięcia Elektrycznego Stałego. W skład tego układu Pracownia Wag i Wzorców Masy jest zainteresowana pomiarowego wchodzi m.in. matryca złącz Josephsona wieloma aspektami prac w obszarach redefinicji kilogra- o napięciu znamionowym wynoszącym 10 V, oscylator ma. Przed redefinicją międzynarodowy prototyp kilogra- na bazie diody Gunna, częstościomierz z pętlą PLL i mul- ma o masie 1 kg przekaże jednostkę masy wzorcom wtór- tiplekser MUX. Napięcie wzorcowe, otrzymywane na nym, aby w trakcie porównań (wagi Kibble’a) określić jak matrycy złącz Josephsona, wykorzystywane jest w kolej- najdokładniej wartość liczbową stałej Plancka h. nym etapie do wzorcowania, opartych na diodach Zenera, W ostatnim czasie, w Pracowni Wag i Wzorców Masy wzorcowych źródeł odtwarzających napięcie elektryczne zbudowano (aktualnie jest na etapie testów) nowe stano- stałe. Wzorzec napięcia stałego w GUM umożliwia reali- wisko kilograma wzorca państwowego wyposażone zację jednostki z zakresu od –10 V do 10 V z rozszerzoną w próżniowy, automatyczny komparator masy (rys. 3) pro- niepewnością względną wynoszącą 5 ∙ 10-9. Stanowisko odtwarzające jednostkę rezystancji w GUM oparte jest na kwantowym zjawisku Halla obserwowanym w heterostrukturach GaAs/AlGaAs. Wykorzystanie drugiego i czwartego charakterystycznego

plateau funkcji Rxy(B) pozwala na odtworzenie wartości rezystancji, wynoszącej odpowiednio 12 906,4035 Ω oraz 6453,201 75 Ω. Stanowisko pomiarowe składa się między innymi z komory kriogenicznej z próbką hallowską, elek- tromagnesu nadprzewodzącego z układem zasilającym, źródła prądowego oraz układu mierzącego rezystancję, bazującego na multimetrze cyfrowym. W 2016 roku system ten ustanowiony został Państwowym Wzorcem Jednostki Miary Rezystancji. Niepewność rozszerzona względna odtwarzania jednostki sięga 6,8 ∙ 10-10. Stosowany w GUM specjalistyczny komparator prądowy umożliwia Rys. 3. Automatyczny, próżniowy komparator masy AVK-1000 (z systemem „load-lock”) w GUM bezpośrednie przekazanie jednostki z wzorca kwantowego na rezystory o wartości nominalnej 100 Ω z niepewnością względną rzędu 10-8. dukcji polskiej [43] o obciążeniu maksymalnym 1 kg, z działką elementarną 0,1 µg. Urządzenie oferuje prowa- 3. Samodzielne Laboratorium Czasu i Częstotliwości dzenie pomiarów w próżni o wartości 10-6 mbar lub w at- mosferze gazów szlachetnych i neutralnych. Po zakoń- Zdolności pomiarowe Samodzielnego Laboratorium czonym etapie testów możliwe będzie wykonanie pomia- Czasu i Częstotliwości GUM, formalnie na poziomie rów masy z jeszcze wyższą dokładnością. Precyzyjność < 2 · 10-14 niepewności standardowej względnej, są obecnie i dokładność pomiarów może zostać wykorzystana w przy- o 4–5 rzędów wielkości wyższe niż wymagania wagi szłości w etapie realizacji projektu wagi Kibble’a. Kibble’a dla pomiarów poszczególnych wartości wielkości mierzonych i nie stanowią ograniczenia w zakresie moż- 2. Pracownia Wzorców Wielkości Elektrycznych liwości zapewnienia spójności pomiarowej dla pomiarów Samodzielnego Laboratorium Elektryczności i Magne- grawimetrycznych, prędkości i częstotliwości poprzez tyzmu wzorcowanie w odniesieniu do Państwowego Wzorca Jednostek Miar Czasu i Częstotliwości lub dostarczenie Pracownia Wzorców Wielkości Elektrycznych wzorcowych sygnałów częstotliwości. Jako lokalne Samodzielnego Laboratorium Elektryczności i Magne- źródło wzorcowego sygnału częstotliwości i sygnału tyzmu realizuje, oparte na stałych podstawowych, kwan- synchronizującego pracę poszczególnych elementów towe wzorce wielkości elektrycznych [4]. Niezbędne dla wagi Kibble’a może być użyty wywzorcowany wzorcowy konstrukcji wagi Kibble’a wzorce napięcia elektrycznego generator rubidowy, którego odtwarzalność oraz

31 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

krótko- i długoterminowe wahania częstotliwości w prak- w większej elastyczności i gotowości do przeprojektowy- tyce nie powinny przekraczać 10-11 wartości względnej. wania urządzeń dostępnych katalogowo w przypadku nie- W zależności od lokalizacji wagi Kibble’a, możliwe też standardowych potrzeb rozwojowych. Warto dodać, że jest bezpośrednie wykorzystanie wzorcowych sygnałów w tym przypadku konieczne będzie nie tylko wykonanie częstotliwości z Państwowego Wzorca Jednostek Miar nietypowego komparatora masy, ale również jego sprzę- Czasu i Częstotliwości, przesyłanych lokalnie lub za po- żenie z zasadniczym mechanizmem wagi Kibble’a. średnictwem sieci światłowodowej. Ponadto główny ciężar zaprojektowania siłownika wagi Kibble’a (w tym cewki i obwodu magnetycznego z ma- 4. Pracownia Długości gnesami stałymi) również spocząłby na konstruktorach z tej firmy, ze względu na to, że jako jedyna w Polsce ma Pierwotnym wzorcem w obszarze długości jest sta- doświadczenie w tym zakresie, a firmy zagraniczne nie- nowisko pomiarowe, składające się z syntezera (grzebie- chętnie przyjmują niestandardowe zlecenia, dyktując ceny nia) częstotliwości optycznych oraz lasera helowo-neono- zaporowe. Firma ta będzie również brana pod uwagę, jako wego stabilizowanego jodem, stanowiące Państwowy potencjalny wykonawca głównego szkieletu i obudowy Wzorzec Jednostki Miary Długości. Syntezer częstotli- wagi, a w dalszej przyszłości może też wykonać konstruk- wości optycznych jest układem pomiarowym odtwarza- cję wagi Kibble’a do pomiarów masy w warunkach próż- jącym wzorcowe długości fal promieniowania laserowego niowych. Przesłanką do takiego wskazania jest duże osią- z wykorzystaniem lesera femtosekundowego i światłowo- gnięcie technologiczne firmy, które zaowocowało w ostat- dów mikrostrukturalnych. Cały układ pomiarowy zsyn- nim czasie wdrożeniem do produkcji komparatora próż- chronizowany jest z sygnałem Państwowego Wzorca niowego, zbudowanego wg własnego projektu. Jednostek Miar Czasu i Częstotliwości. Stanowisko za- Innym przykładem polskiej firmy innowacyjnej jest pewnia spójność pomiarową w dziedzinie długości po- firma, która może odegrać ważną rolę w realizacji pol- przez wzorcowanie stabilizowanych laserów metrologicz- skiego projektu wagi Kibble’a. Specjalizuje się ona w ni- nych, głowic interferometrów laserowych oraz laserów szowej produkcji urządzeń do spektrometrii mösbauerow- helowo-neonowych stabilizowanych jodem w zakresie skiej, która jest naturalną metodą jądrową, stosowaną do długości fali promieniowania (532 ÷ 1064) nm, wykorzy- badań m.in. nanomateriałów magnetycznych na bazie stując metodę zdudnienia optycznego z niepewnością żelaza. Szczególna przydatność tej firmy w realizacji pol- względną 10-13. Stanowisko pomiarowe umożliwia wy- skiego projektu wagi Kibble’a wynika z faktu, że jako znaczenie wartości częstotliwości oraz jej stabilności dla jedyna na świecie, spośród producentów spektrometrów głowicy interferometru laserowego wykorzystanego mösbauerowskich, specjalizuje się w produkcji kalibrato- w układzie pomiarowym wagi Kibble’a. Dodatkowo rów laserowych do napędów wibracyjnych. Zarówno Pracownia Długości prowadzi również prace nad rozwo- wspomniane kalibratory z interferometrami laserowymi, jem metod pomiaru współczynnika załamania światła jak i same napędy, mogłyby być wykorzystane w wadze w powietrzu, a tym samym umożliwia wzorcowanie kom- Kibble’a. Istnieje szansa, że wymagana będzie jedynie pensujących układów pomiarowych interferometrów niewielka rekonfiguracja urządzeń. Gdyby jednak okazało laserowych. się, że wymagane będzie gruntowne przeprojektowanie układu, firma jest do tego przygotowana. Warto podkre- Współpraca z polskimi firmami ślić, że firma ta od podstaw potrafi konstruować układy optyczne interferometrów, dzięki czemu jest w stanie do- Podstawą powodzenia realizacji polskiego projektu stosować je do ściśle określonych potrzeb (np. dotyczących wagi Kibble’a jest zaangażowanie się polskich firm, re- miniaturyzacji czy też pracy w warunkach próżniowych). prezentujących szczególnie wysoki poziom zaawansowa- Poza tym, eliminując konieczność korzystania z komer- nia technologicznego swojej produkcji i usług. Fakt ten cyjnych, gotowych interferometrów, firma redukuje zna- jest podkreślany wielokrotnie w niniejszej analizie. W tym cząco koszty docelowych urządzeń. Ma również doświad- miejscu zostaną podane informacje, które będą czytelnym czenie w projektowaniu obwodów magnetycznych z ma- uzasadnieniem wyboru głównych uczestników przyszłego gnesami stałymi do precyzyjnych napędów oraz jest w sta- konsorcjum. Realizacja projektu wydaje się całkowicie nie koordynować montaż układów mechatroniczno- niemożliwa bez udziału wiodącej krajowej firmy, która -optycznych, a więc takich, jakie występują w wadze jest jedynym w Polsce i tylko jednym z trzech na świecie Kibble’a. producentów komparatorów do krajowych wzorców masy. Przykładów polskich firm, które mogą pomóc w re- Z tego względu firma ta mogłaby zostać naturalnym do- alizacji polskiego projektu wagi Kibble’a, jest znacznie stawcą dedykowanego komparatora kompensacyjnego do więcej. Oczywiście krąg potencjalnych wykonawców nie wagi Kibble’a. Przewaga rodzimej firmy przejawia się ogranicza się jedynie do polskich przedsiębiorstw

32 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

innowacyjnych. Przed podjęciem decyzji o ostatecznym być pracownikami laboratorium nowego wzorca masy, wyborze wykonawców zostaną wdrożone wszelkie nie- bazującego na polskiej wadze Kibble’a oraz uczestniczyć zbędne i wymagane prawnie procedury ewaluacji ofert, w jego sukcesywnym rozwoju. zgodnie z wymogami adekwatnymi dla określonych źró- Uczelnią, która już od wielu lat współpracuje deł finansowania. z Głównym Urzędem Miar w Warszawie, jest Uniwersy- tet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Najbardziej zaanga- Współpraca z polskimi uczelniami żowanym w tą współpracę jest Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej. Na tym wydziale, w Instytucie Realizacja polskiego projektu wagi Kibble’a nie bę- Fizyki funkcjonuje Krajowe Laboratorium Fizyki dzie możliwa bez udziału polskich uczelni, które w ostat- Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO), które nich latach coraz chętniej współpracują z przemysłem jest ogólnopolską międzyuczelnianą jednostką badaw- i partycypują w pracach wdrożeniowych. Poza tym są czą, utworzoną w celu umożliwienia prowadzenia w Polsce motorem innowacyjności w podstawowych gałęziach doświadczalnych badań na światowym poziomie z zakresu techniki, do których bez wątpienia zalicza się współczesna fizyki atomowej, molekularnej i optycznej. Istotną rolą metrologia. KL FAMO jest integracja polskiego środowiska fizyków Jedną z uczelni bardzo silnie zaangażowanych w stra- atomowych, molekularnych i optycznych oraz wzmacnia- tegiczną analizę polskiego projektu wagi Kibble’a jest nie ich udziału w europejskiej współpracy naukowej. Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazi- Z punktu widzenia praktycznej metrologii najważniejszym mierza Pułaskiego w Radomiu (dawniej Politechnika i najbardziej innowacyjnym układem w tym laboratorium Radomska). Pracownicy Katedry Fizyki na Wydziale Me- jest Polski Optyczny Zegar Atomowy sprzężony ze wzor- chanicznym posiadają bogate doświadczenie we współ- cem czasu UTC, realizowanym w Obserwatorium Astro- pracy z przemysłem w zakresie metrologii, technik próż- geodynamicznym PAN w Borowcu pod Poznaniem oraz niowych i kriogenicznych oraz ultrastabilnych tempera- z urzędowym wzorcem czasu UTC(PL) w Głównym turowo materiałów magnetycznych do wag analitycznych Urzędzie Miar w Warszawie i odniesiony do uniwersal- i komparatorów masy. Kolejnym obszarem kompetencji nego czasu światowego. Polski Optyczny Zegar Atomowy pracowników Katedry Fizyki są symulacje metodą ele- to w rzeczywistości układ dwóch wzorcowych źródeł mentów skończonych (MES-FEM) obwodów magnetycz- światła (bazujących na atomach strontu), połączonych nych z magnesami stałymi (niezbędnych m.in. do siłow- z ultrawąskim spektralnie laserem z tzw. optycznym grze- nika wagi Kibble’a). Poza tym Wydział Mechaniczny bieniem częstotliwości. Doświadczony personel nauko- posiada też wyspecjalizowaną kadrę w zakresie mecha- wo-techniczny, który pracuje przy tym zaawansowanym nicznych symulacji FEM-MES, komputerowego projek- układzie optycznym, mógłby być bardzo pomocny przy towania CAD-CAE, programowania obrabiarek CNC oraz konstruowaniu i konfigurowaniu laserowych układów zaawansowanych metod statystycznych w metrologii. interferometrycznych, niezbędnych do pracy wagi Jeden z pracowników Katedry Fizyki podjął się meryto- Kibble’a. rycznego nadzoru nad realizacją całokształtu polskiego projektu wagi Kibble’a. Ryzyko wykonalności projektu Kolejną uczelnią, która może okazać się pomocna w realizacji projektu polskiej wagi Kibble’a, jest Jak w przypadku każdego długoterminowego projektu Politechnika Świętokrzyska w Kielcach. Jak już wspo- innowacyjnego projekt polskiej wagi Kibble’a jest obar- mniano, docelową lokalizacją laboratorium nowego wzor- czony ryzykiem zaistnienia okoliczności utrudniających ca masy będzie powstający w Kielcach świętokrzyski jego realizację. Natura tych czynników ryzyka jest złożona kampus laboratoryjny Głównego Urzędu Miar. Rektor i różnorodna. Obejmuje ona zarówno kwestie techniczne, Politechniki Świętokrzyskiej zadeklarował w ostatnim finansowe, jak i organizacyjne. Przygotowując projekt czasie, że na tej kieleckiej uczelni technicznej zostaną o charakterze pionierskim nie jest możliwe ścisłe zapla- uruchomione nowe kierunki kształcenia, związane z me- nowanie wszystkich punktów harmonogramu działań, trologią. Najbardziej predystynowane do utworzenia ponieważ nie są do końca znane wszystkie aspekty tech- tego typu kierunków kształcenia i specjalności metrolo- niczne zagadnienia. Jak już wspomniano w niniejszej ana- gicznych są: Wydział Elektrotechniki, Automatyki lizie, zespoły międzynarodowe, które już realizują pro- i Informatyki oraz Wydział Mechatroniki i Budowy jekty wagi Kibble’a, bardzo często zmieniają koncepcje Maszyn. Politechnika Świętokrzyska już w 2020 roku konstrukcyjne lub pracują nad kilkoma różnymi, alterna- może stać się naturalnym dostarczycielem wyspecjalizo- tywnymi wariantami projektowymi. Zgodnie z informa- wanej kadry do świętokrzyskiego kampusu laboratoryj- cjami zawartymi w rozdziale dotyczącym wyboru kon- nego GUM. Oznacza to, że absolwenci tej uczelni mogą cepcji, najpoważniejszym dylematem w polskim projekcie

33 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

będzie wybór między konstrukcją wagi Kibble’a o kon- i ograniczony. Dzięki temu, w sytuacji przekroczenia strukcji z ruchomą cewką a wariantem z ruchomym ma- wstępnie szacowanych kwot kosztorysowych, w uzasad- gnesem. Decyzja rozstrzygająca zapadnie po dalszym, nionych przypadkach można byłoby występować o kolejne dokładnym rozpoznaniu. Konieczne do tego będą konsul- transze na zasadzie dodatkowych konkursów lub innych tacje z partnerami zagranicznymi oraz ekspertyzy specja- dofinansowań. Warto też podkreślić, że zaproponowana listów z polskich firm i uczelni zaangażowanych w pro- w niniejszej analizie całkowita wysokość środków na jekt. Nigdy jednak nie ma całkowitej pewności czy wybór projekt polskiej wagi Kibble’a dotyczy prototypowej wersji będzie trafny, a jego zasadność zostanie zweryfikowana urządzenia. Biorąc pod uwagę doświadczenia innych ze- dopiero w praktyce, dzięki testom i eksperymentom. społów międzynarodowych, już od kilku lat pracujących Ewentualna konieczność korekty przyjętych rozwiązań nad konstrukcją wag Kibble’a, konstrukcja prototypowa lub całkowitej zmiany koncepcji pociągnie za sobą nie- wymaga wielu dalszych działań korekcyjno-optymaliza- unikniony wzrost kosztów realizacji pionierskiego pro- cyjnych, zwłaszcza gdy zależy nam na sprawnej, powta- jektu i wydłuży czas jego wykonania. Ponadto mogą się rzalnej produkcji wielu egzemplarzy wagi. W szczegól- pojawić zupełnie nieprzewidziane problemy techniczne, ności konieczne będą projekty dotyczące realizacji wzor- które niekoniecznie skłonią do modyfikacji koncepcji, ale ców masy mniejszych niż jeden kilogram. Wobec powyż- niekorzystnie wpłyną na terminowość wykonania oraz na szego, po realizacji projektu polskiej wagi Kibble’a w wer- wysokość docelowego budżetu projektu. sji prototypowej celowym stanie się występowanie Kolejnym zagrożeniem dla projektu polskiej wagi o środki na kolejne wnioski związane z realizacją wersji Kibble’a mogą być trudności lub opóźnienia w pozyskaniu docelowej takiej wagi dla wzorca kilograma oraz wag dla środków na jego realizację. Wszelkie procedury konkur- wzorców subkilogramowych. sowo-grantowe oraz planowanie budżetu GUM rządzą się określonymi regułami, które wymagają działań z dużym Współpraca zagraniczna wyprzedzeniem. Z racji tego, że projekt polskiej wagi Kibble’a dopiero powstaje, to przy bardzo optymistycz- W dotychczasowej analizie projektu już po wielokroć nych założeniach, środki na jego realizację będzie można przewijały się różnego rodzaju aspekty międzynarodowe. pozyskać najwcześniej za rok. Nie wiadomo też dokładnie, W tym miejscu chcielibyśmy jednak uwypuklić kwestię jakiego typu konkursy ogłoszone zostaną przez NCBiR perspektyw realnej współpracy międzynarodowej podczas oraz NCN w najbliższym czasie, jakie dodatkowe środki realizacji poszczególnych etapów projektu. I tak, w fazie budżetowe na projekt może otrzymać bezpośrednio GUM wstępnej (rozpoznawczej), która w zasadzie już się roz- i jakie formy dystrybucji funduszy unijnych zostaną udo- poczęła, zespół roboczy intensywnie wykorzystuje swoje stępnione. Wydaje się jednak, że nie istnieje duże ryzyko kontakty z międzynarodowymi środowiskami metrolo- negatywnej oceny merytorycznej projektu polskiej wagi gicznymi. Celem tych kontaktów jest pozyskanie wiedzy Kibble’a ze względu na jego innowacyjność i znaczenie i doświadczenia, którym dysponują i chcą się podzielić strategiczne. Zasadniczą sprawą będzie oczywiście jakość zagraniczne ośrodki już od lat zaangażowane w analo- napisania wniosku oraz dobór konsorcjantów i wykonaw- giczne projekty. Na uwagę zasługują zwłaszcza robocze ców. Nie wiadomo jednak, jaki będzie górny limit wyso- spotkania i rozmowy konferencyjne z przedstawicielami kości dofinansowania przyznawanego w ramach ogłasza- laboratorium masy oraz kwantowych wzorców elektrycznych konkursów grantowych. Całkowity koszt projektu nych w BIPM w Sèvres. Jednakże specjalnego znaczenia polskiej wagi Kibble’a, oszacowany wstępnie na 5 mln nabierają niedawno zapoczątkowane (i w ostatnim czasie złotych nie wydaje się zbyt wygórowany, biorąc pod uwagę bardzo zintensyfikowane) relacje między GUM złożoność materii i pionierskość rozwiązań. Warto w tym a Krajowym Instytutem Metrologicznym w Turcji (Natio- miejscu dodać, że np. gotowy i seryjnie produkowany nal Metrology Institute / Ulusal Metroloji Enstitüsü, przyrząd, jakim jest skaningowy mikroskop elektronowy UME). Instytut ten funkcjonuje dzięki bezpośredniemu z emisją polową i mikroanalizą rentgenowską, kosztuje wsparciu finansowemu tureckiej agencji rządowej, odpo- właśnie tyle, ile wynosić ma wstępny budżet polskiej wagi wiedzialnej za rozwój innowacyjnych technologii Kibble’a, którą dopiero należy skonstruować. W przypad- (Scientific and Technological Research Council of Turkey, ku trudności w pozyskaniu całości środków na projekt Türkçe Scientific and Technological Research Council of z jednego źródła finansowania, można projekt podzielić Turkey, TÜBİTAK). Należy podkreślić, że współpraca na etapy i występować kolejno o cząstkowe dofinansowa- z tureckim Krajowym Instytutem Metrologicznym została nia z różnych źródeł i konkursów. To rozwiązanie, choć ostatnio zinstytucjonalizowana dzięki międzynarodowym nieco komplikowałoby i wydłużało proces realizacji pro- umowom partnerskim. Strona turecka nie ogranicza się jektu, miałoby też zaletę, polegającą na tym, że przy takim jedynie do kooperacji z samym GUM, gdyż prowadzi podejściu budżet projektu nie jest odgórnie domknięty ożywioną współpracę z polskimi firmami zajmującymi

34 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

się metrologią masy na najwyższym poziomie. projektu wagi Kibble’a na 1 kg. Jego realizacja staje się Ta współpraca dotyczy m.in. zagadnień związanych konicznością w świetle rezolucji redefinicyjnej 26. z próżniowymi komparatorami masy, jak również turec- Generalnej Konferencji Miar. Należy więc zbudować de- kiego projektu wagi Kibble’a. Dzięki tym interakcjom dykowany wzorzec pierwotny jednostki masy w postaci pojawiła się realna szansa na to, by część polskiego i tu- kompaktowej wagi Kibble’a. Jednakże realizacja polskiej reckiego projektu realizować wspólnie. Jak już wspomnia- edycji tego projektu wymagałaby bardzo ścisłej współ- no w sekcji dotyczącej wyboru koncepcji, turecki pomysł pracy z dwoma ośrodkami na świecie (LNE we Francji na wagę Kibble’a bez ruchomej cewki, lecz z ruchomym i NIST w USA), które uwspólniają działania i zapraszają magnesem wydaje się atrakcyjny pod względem techno- Polskę do częściowej partycypacji w ich projekcie na za- logicznym, chociaż ma też swoje ograniczenia. Być może sadzie wymiany doktorantów i doktorów. Kolejna możli- częściowe uwspólnienie realizacji projektu tureckiego wość to zakup zminiaturyzowanej wersji wagi i polskiego zaowocuje wypracowaniem nowego, zopty- Kibble’a z brytyjskiego NPL na zakres 100 gramów. Oferta malizowanego rozwiązania. Obydwu stronom tego part- wydaje się korzystna cenowo (zwłaszcza, że połączona nerstwa zależy na dobrej, owocnej współpracy, gdyż jej jest z kilkumiesięcznym szkoleniem), ale niestety do tej finalny sukces może przyczynić się do zwiększenia wza- pory nie ma kompletnej specyfikacji technicznej urządze- jemnej pozycji w obszarach leżących wyraźnie poza re- nia. Za działanie komplementarne uznano już rozpoczęty gionami dotychczasowego oddziaływania. projekt kontenera próżniowego, którego celem jest zapewnienie próżniowego transportu wzorców materialnych do Wnioski międzynarodowych instytutów metrologicznych, posia- dających wagi Kibble’a. Pierwszym, wykonanym już przez Zgodnie z zapowiedzią zawartą we Wprowadzeniu, GUM, krokiem w tym kierunku jest zakup komparatora zasadniczym powodem przeprowadzenia niniejszej ana- próżniowego z systemem „load-lock”. Rozwinięciem tych lizy było stworzenie podstawy do podjęcia decyzji o roz- działań mógłby być też naukowy projekt badań nad wpły- poczęciu realizacji polskiego projektu wagi Kibble’a. wem transferu próżnia-powietrze na masę i na stan po- Rozpatrywana materia okazała się szczególnie złożona, wierzchni wzorców masy wykonanych z różnych mate- zarówno pod względem merytorycznym, jak i organiza- riałów. Warty wzięcia pod uwagę jest też projekt tzw. wagi cyjno-strategicznym. Mimo to udało się zebrać i uporząd- Plancka (z niemieckiego PTB), opartej na komercyjnym kować fakty oraz argumenty, które umożliwiają sformu- komparatorze masy, a więc łatwej do komercjalizacji. łowanie finalnych konkluzji. We wszystkich aspektach Istotną motywacją do podjęcia się przez Polskę reali- analizy celowości projektu pojawiają się wskazania prze- zacji jednego z wariantów projektu wagi Kibble’a są prze- mawiające za podjęciem jego realizacji. widywane efekty jego oddziaływania międzynarodowego. Kluczowa konkluzja dotyczy wyboru odpowiedniego Polska ma szansę stać się prawdziwym liderem metrologii wariantu projektu. Doświadczenia najbogatszych i za- w naszym regionie oraz wypracować sobie znaczącą po- awansowanych technologicznie krajów na świecie suge- zycję również pośród partnerów z innych obszarów geo- rują, że Polska niekoniecznie powinna angażować się graficznych, np. takich jak Turcja. Jednocześnie przy re- w projekt wagi Kibble’a na jeden kilogram. Jednak biorąc alizacji projektu polskiego wskazano na konieczność ści- pod uwagę perspektywę długookresową wykazano, że słej współpracy z tymi instytutami metrologicznymi na całkowite zaniechanie projektu mogłoby bardzo negatyw- świecie, których realizowane projekty są już w fazie nie wpłynąć na polską metrologię oraz gospodarkę, której znacznego zaawansowania (zwłaszcza francuskiego LNE, stopień innowacyjności jest wciąż niedostateczny. Taka amerykańskiego NIST oraz brytyjskiego NPL). postawa pozostawałaby w wyraźnej sprzeczności ze stra- Ocena wykonalności projektu sygnalizuje potencjalne tegiami rozwoju kraju, uchwalanymi przez kolejne ekipy zagrożenia, które mogą utrudniać realizację projektu, rządowe. Zwłaszcza w świetle perspektywy rozwojowej zwłaszcza, że w tak innowacyjnej materii nie wszystko do roku 2030, nakreślonej ostatnio przez premiera da się przewidzieć z odpowiednim wyprzedzeniem. Mateusza Morawieckiego, rezygnacja z realizacji takiego W szczególności można spodziewać się opóźnień w po- projektu jak polska waga Kibble’a, byłaby poważnym błę- zyskiwaniu niezbędnych środków finansowych na projekt dem strategicznym. oraz trudności w terminowej realizacji poszczególnych Wobec powyższych argumentów wskazano kilka pro- działań wymienionych w harmonogramie. Mimo to pię- jektów alternatywnych, które mają duże szanse na reali- cioletnia perspektywa projektu wydaje się wystarczająca, zację. Projekt zasadniczy (dla którego opracowano kom- przynajmniej do skonstruowania prototypowej wersji wagi pletny harmonogram i kosztorys) to polska kompaktowa Kibble’a na zakres małych mas. Podobnie jak inne zespoły waga Kibble’a na zakresy małych mas (gramy, miligramy). w zagranicznych instytutach metrologicznych, które za- Projektu tego nie należy traktować jako „namiastki” częły już pracę nad wagą Kibble’a, również polskie

35 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

środowisko metrologiczne powinno być gotowe do sta- [6] Resolutions of the 26th CGPM. Versailles, 13–16 November wienia czoła wyzwaniom natury zarówno technicznej, 2018. jak i finansowo-organizacyjnej. W analizie wykonalności [7] Steiner R., Newell D., Williams E., A result from the NIST watt balance and an analysis of uncertainties. IEEE wykazano, że właściwym sposobem radzenia sobie ze Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 48 spodziewanymi problemami jest ścisła współpraca GUM (1999), s. 205‒208. z firmami-liderami polskiej branży metrologicznej, jak [8] Kibble B., Robinson I., Principles of a new generation of również z polskimi ośrodkami akademickimi. Kolejną simplified and accurate watt balances. Metrologia, vol. 51 optymistyczną przesłanką jest aktualny stan posiadania (2014), s. S132‒S139. [9] Haddad D., Seifert F., Chao L., Li S., Newell D., Pratt J., GUM kwantowych wzorców elektrycznych, jak i atomo- Williams C., Schlamminger S., Invited Article: A precise wych wzorców czasu oraz nakreślone perspektywy roz- instrument to determine the Planck constant, and the fu- budowy GUM w ramach kampusu świętokrzyskiego. ture kilogram. Review of Scientific Instruments 87 (2016), Dodatkowego wsparcia w realizacji projektu można się 061301. spodziewać ze strony zagranicznych partnerów GUM. [10] Steiner R., Newell D., Williams E., Details of the 1998 Biorąc pod uwagę przedstawione wyniki analizy stra- watt balance experiment determining the Planck constant. Journal Research of the NIST, vol. 110 (2005), s. 1‒26. tegicznej, Zespół jednoznacznie rekomenduje realizację [11] Haddad D., Seifert F., Chao L., Cao A., Sineriz G., Pratt polskiego projektu wagi Kibble’a na zakres małych mas J., Newell D., Schlamminger S., First measurements of oraz kilka mniejszych projektów komplementarnych. the flux integral with the NIST-4 watt balance. IEEE Autorzy analizy żywią nadzieję, że niniejsza rekomenda- Transactions on Instrumentation and Measurement, cja będzie czynnikiem skutecznie motywującym zarówno vol. 64 (2015), s. 1642‒1649. [12] Seifert F., Newell D., Chao L., Haddad D., Pratt J., polskie środowisko metrologiczne, akademickie, jak Schlamminger S., Monitoring gravity for the NIST-4 watt i polski przemysł innowacyjny oraz polskie władze do balance. Proc. of IEEE 2016 Conference on Precision podjęcia i wspierania prac związanych z projektem. Electromagnetic Measurements (CPEM), 2016, 1‒2. Oczywistym warunkiem powodzenia tego przedsięwzię- [13] Leaman E., Haddad D., Seifert F., Chao L., Cao A., Pratt cia jest zapewnienie odpowiednich środków finansowych J., Schlamminger S., Newell D., A determination of the (głównie budżetowych i unijnych). local acceleration of gravity for the NIST-4 watt balance. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 64 (2015), s. 1663‒1669. [14] Jarrett D., Elmquist R., Kraft M., Quantum Hall Resistance Podziękowania Traceability for the NIST-4 Watt Balance. Proc. of IEEE 2016 Conference on Precision Electromagnetic Measure- Autorzy artykułu pragną złożyć podziękowania Panu ments (CPEM) 2016. [15] Haddad D., Waltrip B., Steiner R., Low Noise Programmable Michałowi Soleckiemu oraz Pani Agnieszce Żukowskiej Current Source for the NIST-3 and NIST-4 Watt Balance. za pomoc w jego opracowaniu. Szczególne uznanie autorzy Proc. of IEEE 2012 Conference on Precision electromag- wyrażają Panu Włodzimierzowi Lewandowskiemu, za netic Measurements, 2012. twórczą inspirację, która doprowadziła do powstania [16] Chao L., Seifert F., Cao A., Haddad D., Newell D., artykułu. Schlamminger S., Pratt J., The Design of the New NIST- 4 Watt Balance. Proc. of IEEE 29th Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM), 2014. [17] Haddad D., Seifert F., Chao L., Possolo A., Newell D., Literatura Pratt J., Williams C., Schlamminger S., Measurement of the Planck constant at the National Institute of Standards [1] Mills I., Mohr P., Quinn T., Taylor B., Williams E., and Technology from 2015 to 2017. Metrologia, vol. 54 Redefinition of the kilogram: a decision whose time has (2017), s. 633‒641. come. Metrologia, vol. 42 (2005), s. 71‒80. [18] Schlamminger S., Design of the permanent-magnet sys- [2] Ossowski R., Przegląd aktualnej wiedzy na temat prowa- tem for NIST-4. IEEE Transactions on Instrumentation dzonych badań nad redefinicją jednostki masy (stan na and Measurement, vol. 62 (2013), s. 1524‒1530. koniec 2013 r.). Biuletyn GUM, nr 1-2 (2014), s. 25‒29. [19] Schlamminger S., Steiner R., Haddad D., Newell D., Seifert [3] Consultative Committee for Mass and Related Quantities F., Chao L., Liu R., Williams E., Pratt J., A summary of (CCM): Report of the 12th meeting (26 March 2010) to the Planck constant measurements using a watt balance the International Committee for Weights and Measures. with a superconducting solenoid at NIST. Metrologia, Bureau International des Poids et Mesures, Sèvres. vol. 52 (2015), s. L5‒L8. [4] Dudek E., Mosiądz M., Orzepowski M., Wzorce wielkoś- [20] https://www.bipm.org/en/bipm/mass/watt-balance/ ci elektrycznych oparte na zjawiskach kwantowych. Biuletyn [21] Improved understanding of Kibble balance magnets GUM, nr 3 (2009), s. 3‒16. https://www.bipm.org/en/news/full-stories/2018-01-kib- [5] Zięba A., Kwantowy układ SI – podstawy fizyczne i per- ble.html spektywy przyjęcia. Biuletyn GUM, nr 1-2 (2015), s. 14‒19.

36 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

[22] Li S., Bielsa F., Stock M., Kiss A., Fang H., A permanent Planck-Balance – using a fixed value of the Planck con- magnet system for Kibble balances. Metrologia, vol. 54 stant to calibrate E1/E2-weights. Measurement Science (2017), s. 775‒783. and Technology, vol. 29 (2018), 074003. [23] Li S., Bielsa F., Stock M., Kiss A., Fang H., Coil-current [33] Günther L., Rothleitner C., Schleichert J., Rogge N., effect in Kibble balances: analysis, measurement, and Vasilyan S., Härtig F., Fröhlich T., The Planck-Balance optimization. Metrologia, vol. 55 (2018), s. 75‒83. – primary mass metrology for industrial applications. [24] Ahmedov H., Korutlu B., Özgür B., Yaman O., Alignment Journal of Physics: Conf. Series 1065 (2018) s. 042021- in UME oscillating-magnet Kibble balance experiment. 1– 042021-4. UME Reports 2017. [34] Collaboration on the design and construction of the next [25] Ahmedov H., Babayiğit Aşkın N., Korutlu B., Orhan R., generation of Kibble balances. National Physical Laboratory, Preliminary Planck constant measurements via UME os- July 2018. cillating magnet Kibble balance. Metrologia, vol. 55 (2018), [35] Davidson S., Determination of the effect of transfer be- s. 326‒333. tween vacuum and air on mass standards of platinum– [26] Robinson I., Towards the redefinition of the kilogram: iridium and stainless steel. Metrologia, vol. 47 (2010), a measurements of the Planck constant using the NPL s. 487–497. Mark II watt balance. Metrologia, vol. 49 (2012), s. 113‒156. [36] J. Berry, S. Davidson: Effect of pressure on the sorption [27] Davidson S., Robinson I., Lovelock P., Jarvis C., The de- correction to stainless steel, platinum/iridium and silicon velopment of a next-generation Kibble balance for the mass artefacts. Metrologia, vol. 51 (2014), s. S107‒S113. realization of the unit of mass following the revision of [37] P. Fuchs, K. Marti, S. Russi: Traceability of mass in air the SI. Euspen’s 18th International Conference & Exhibi- to mass in vacuum: results on the correlation between the tion, Venice, June 2018. change in mass and the surface chemical state. Metrologia, [28] Pinot P., Macé S., Geneves G., Gournay P., Haddad D., vol. 51 (2014), s. 376‒386. Lecollinet M., Villar F., Himbert M., Study of flexure [38] Davidson S., Berry J., Abbott P., Marti K., Green R., strips made of copper-berilium alloy to be used for French Malengo A., Nielsen L., Air–vacuum transfer; establish- watt balance experiment. Revue Française de Métrologie ing traceability to the new kilogram. Metrologia, vol. 53 21 (2010), s. 9‒21. (2016), s. A95–A113. [29] Thomas M., Ziane D., Pinot P., Karcher R., Imanaliev A., [39] Czteroletni strategiczny plan działania GUM 2018–2021. Pereira Dos Santos F., Merlet S., Piquemal F., Espel P., Wydawnictwo GUM, Warszawa 2017. A determination of the Planck constant using the LNE [40] Współpraca z Przemysłem i Nauką. Wydawnictwo GUM, Kibble balance in air. Metrologia, vol. 54 (2017), Warszawa, 2017. s. 468–480. [41] Strategia Rozwoju Kraju 2020. Ministerstwo Rozwoju [30] Researchers developing a new balance for the new kilo- Regionalnego, Departament Koordynacji Polityki Strukturalnej. gram. Technische Universität Ilmenau (2017) Warszawa 2012. https://phys.org/news/2017-06-kilogram.html [42] Strategia na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju do roku [31] Rothleitner Ch., Schleichert J., Günther L., Vasilyan S., 2020 (z perspektywą do 2030 r.). Dokument przyjęty uchwa- Rogge N., Knopf D., Fröhlich T., Härtig F., The Planck- łą Rady Ministrów w dniu 14 lutego 2017 r. w Warszawie. Balance – a self-calibrating precision balance for indus- [43] Pierwszy w Polsce próżniowy komparator masy będzie trial applications. 59th ILMENAU SCIENTIFIC pracował w GUM. Artykuł w Biuletynie GUM, nr 1 (2018), COLLOQUIUM, Technische Universität Ilmenau, 11–15 s. 5. September 2017. [32] Rothleitner C., Schleichert J., Rogge N., Günther L., Vasilyan S., Hilbrunner F., Knopf D., Fröhlich T., Härtig F., The

37 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

Bezpieczeństwo cyfrowe a rzetelność pomiaru Digital security and measurement reliability

Michał Mosiądz, Janusz Sobiech, Jacek Wójcik (Główny Urząd Miar)

Zadaniem metrologii jest zapewnienie wiarygodności pomiarów. Nowoczesne przyrządy pomiarowe uży- wają oprogramowania sterującego. Oprogramowanie ma wpływ na rzetelność i jakość pomiaru. Ryzyko obniżenia wiarygodności pomiarów powoduje konieczność stosowania zasad bezpieczeństwa cyfrowego w metrologii. Wytyczne dotyczące przyrządów pomiarowych powinny uwzględniać te zasady.

The goal of metrology is to ensure the reliability of measurements. Modern measuring instruments use control software. The software affects the reliability and quality of measurement. The risk of lowering the reliability of measurements requires the use of digital security principles in metrology. Guidelines for measuring instruments should include these principles.

Wstęp Oprogramowanie w urządzeniach pomiarowych Wszystkie przyrządy pomiarowe, niezależnie od sposobu ich konstrukcji i zastosowanych technologii, muszą Na kluczową rolę oprogramowania w komputerowych zapewnić wiarygodność pomiaru. Znajduje to odzwier- systemach pomiarowych zwracano już uwagę w latach ciedlenie w budowie i wykonaniu przyrządu, który ma 90., kiedy to opisywano rozwój metrologii. Zastosowanie z zamierzoną dokładnością zapewnić wskazanie wartości informatyki w metrologii ukazywano wtedy jako odrębną wielkości fizycznej, która została zmierzona. Przyrząd, fazę rozwoju, która nastąpiła po okresie stosowania metod gwarantując akceptowalną zgodność kolejnych wyników pomiarowych, opartych na bezpośrednim porównaniu pomiaru w tych samych oraz zmienionych warunkach i korzystaniu z mierników mechanicznych, elektromecha- pomiarowych, poza wynikiem pomiaru, powinien rów- nicznych oraz po etapie rozwoju przyrządów elektronicz- nież miarodajnie rejestrować inne dane pozwalające na nych. Zastosowanie czujników elektrycznych oraz prze- identyfikację procedury pomiarowej, poprzez wskazanie tworników analogowo-cyfrowych do pomiarów wielkości m.in. czasu, miejsca, egzemplarza przyrządu bądź układu elektrycznych i nieelektrycznych umożliwiło późniejszą pomiarowego, osoby mierzącej. cyfryzację pomiarów. Opisując fazę wprowadzenia infor- Celem artykułu jest przedstawienie problematyki, matyki do metrologii stwierdzono: Umożliwiło to włącze- związanej z wpływem rozwiązań informatycznych nie do pomiaru praktycznie dowolnie skomplikowanych (w szczególności szeroko rozumianego oprogramowania) operacji obliczeniowych oraz automatyczne sterowanie na rzetelność pomiaru w przyrządach i systemach pomia- pomiarem; […] Komputerowy system pomiarowy może rowych. Począwszy od przedstawienia wpływu oprogra- bowiem spełnić wiele złożonych funkcji związanych zarów- mowania na środowisko i proces pomiarowy, autorzy no z przetwarzaniem informacji pomiarowej, jak i z obsługą pokazują problem wiarygodności pomiaru w związku obiektu pomiaru – z jednej strony – oraz odbiorcy wyników z trudnością rzetelnego oszacowania poziomu ryzyka cy- pomiaru – z drugiej [1]. Przedstawiając możliwości, jakie frowego. W artykule zostaną pokrótce przedstawione wydaje zastosowanie technologii informatycznych w metro- pracowane metody szacowania ryzyka informacyjnego logii, w następujący sposób zwracano uwagę na znaczenie oraz standardy bezpieczeństwa cyfrowego, ze szczegól- oprogramowania: O jego [komputerowego systemu pomia- nym uwzględnieniem wytycznych, dotyczących przyrzą- rowego] możliwościach w coraz większym stopniu decyduje dów pomiarowych, w których zastosowano rozwiązania oprogramowanie (software), w mniejszym zaś – konstrukcja teleinformatyczne. W końcowej części przedstawiono (hardware). Opisane przemiany w dziedzinie instrumentacji ogólnie nowe tendencje wykorzystania nowoczesnej in- umożliwiły podjęcie przez metrologię nowych zadań. […] formatyki w metrologii. Pojawiła się potrzeba równoczesnego mierzenia wielu współzależnych wielkości opisujących obiekty i zjawiska

38 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

x Przetwornik Przetwornik Pole odczytowe Obserwator wejściowy pomiarowy

Urządzenie zbierające dane (komputer) lub rejestrator

Rys. 1. Dawny schemat funkcjonalny przyrządu pomiarowego fizyczne. Pomiar wyszedł poza ramy inżynierii, nauk ści- Zmiany wynikające z włączenia do konstrukcji przy- słych i wymiany towarów. Pomiary zaczęto wykorzystywać rządów pomiarowych zdobyczy informatyki i telekomu- do celów nietechnicznych (przykładem: złożone pomiary nikacji sprawiły, że stajemy przed koniecznością innego w medycynie). […] Rewolucja komputerowa w metrologii spojrzenia na przyrząd pomiarowy. Przykładem może być […] co prawda zmniejszyła różnorodność stosowanych nie tylko włączenie do metrologii technologii informa- rozwiązań konstrukcyjnych, ale w jej miejsce wprowadziła tycznej, ale również implementacja wcześniej niedostęp- nieporównywalnie większą rozmaitość oprogramowania nych rozwiązań technicznych z użyciem techniki świa- [1]. tłowodowej, czy zjawisk kwantowych i nadprzewodnic- Opisywane przemiany wynikają również z dynamicz- twa. W rezultacie dalszych przemian wspominane wcze- nego rozwoju metrologii ogólnej, która dawniej nazywana śniej oprogramowanie stało się nie tylko elementem skła- miernictwem, stała się interdyscyplinarną dziedziną nauki dowym przyrządu pomiarowego, ale jego centralną [1, 2]. częścią (rys. 2), mającą często krytyczny wpływ na pomiar Początkowo rolę komputera sprowadzano do urządze- i jego rzetelność. nia zbierającego dane i biorącego udział w opracowaniu Podobnie wcześniej marginalnie traktowany sprzęt wyników lub do urządzenia, które tylko współpracuje komputerowy [1] stał się stałym i ważnym elementem z jedną bądź wieloma specjalistycznymi kartami pomia- urządzenia lub układu pomiarowego, który ma wpływ na rowymi (przyrządy wirtualne), a jego monitor pełnił funk- niezawodność przyrządu. cję pola odczytowego (rys. 1) [2]. Na rzetelność wyników badań i ich bezpieczeństwo Z czasem urządzenie zbierające dane (komputer lub znaczący wpływ ma oprogramowanie, które wraz z czuj- rejestrator) zaczęło być traktowane jako część przyrządu nikiem i przetwornikiem pomiarowym stanowi jądro pomiarowego, a nie tylko dodatek do niego. przyrządu. Oprogramowanie, pracujące na sprzętowej

CYKL POMIAROWY

x Czujnik

Przetwornik

OPROGRAMOWANIE PRZYRZĄDU POMIAROWEGO Przechowywanie danych

STEROWANIE CYKLEM POMIAROWYM

Transmisja Drukarka Wyświetlacz danych

PREZENTACJA WYNIKÓW

Rys. 2. Współczesny schemat blokowy przyrządu pomiarowego na bazie oprogramowania

39 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

części przyrządu (hardware), steruje całym cyklem po- Przy ocenie wiarygodności pomiaru automatyzacja miarowym, zarządza danymi odebranymi od przetwor- nie zwalnia nas jednak z uwzględniania zachodzących nika oraz decyduje o dalszym przetwarzaniu i wykony- w urządzeniu pomiarowym procesów, które w urządze- waniu obliczeń. Oprogramowanie kontroluje również niach informatycznych zazwyczaj przebiegają w sposób prezentację wyników oraz zarządza gromadzeniem i prze- niewidoczny dla zwykłego użytkownika. Warstwa infor- syłaniem danych pomiarowych. matyczna przyrządu bierze bowiem udział w procesie pomiarowym i stanowi część środowiska pomiarowego Proces i rzetelność w nowoczesnych wraz z zastosowanym w urządzeniu pomiarowym syste- przyrządach mem operacyjnym, programem BIOS, sterownikami, in- terfejsami komunikacyjnymi oraz elementami sprzętowy- Wpływ oprogramowania i technik teleinformatycz- mi i ich stabilnością pracy [3]. Znajduje to również swój nych na metrologiczną wiarygodność powinien być rów- wyraz w omówionych dalej zbiorach wymagań i wytycz- nież brany pod uwagę ze względu na prezentowany w li- nych dla przyrządów pomiarowych, działających pod teraturze algorytm procesu pomiarowego [2]. Zazwyczaj kontrolą oprogramowania. wyróżnia się w nim trzy podstawowe elementy: 1) czynności przygotowawcze, Problem wyznaczenia poziomu 2) realizację techniczną pomiarów (pomiary właściwe bezpieczeństwa informatycznego i prezentacja wyniku), 3) opracowanie i interpretację wyników pomiaru. Przedstawione rozważania prowadzą do wniosku, że w procesie metrologicznym, przy zapewnieniu wiarygod- W zastosowaniu przyrządów pomiarowych z opro- ności pomiaru, konieczne jest uwzględnienie zagadnień gramowaniem sterującym wpływ ten jest szczególnie bezpieczeństwa cyfrowego i określenia ryzyka, wynika- istotny na wymienioną realizację techniczną pomiarów jącego z użycia oprogramowania w przyrządach pomia- (2), a wraz z nią na prezentację wyników. Oprogramowanie rowych. W różny sposób definiowane bezpieczeństwo może wspomagać też proces opracowywania i interpretacji cyfrowe jest związane z ogólnym pojęciem bezpieczeń- wyników pomiaru (3). Z tego powodu wymieniony algo- stwa informacji. Przykładowo podawane jest, że: rytm pomiarowy można bardziej uszczegółowić o takie Bezpieczeństwo informacyjne, niejednokrotnie […] rozwa- elementy, jak: przetwarzanie sygnału, rejestrację i wska- ża się jako element systemu informatycznego, jako synonim zanie wyniku, przechowywanie danych pomiarowych bezpieczeństwa komputerowego, telekomunikacyjnego, czy oraz ich odtwarzanie i cyfrową transmisję (rys. 3). bezpieczeństwa sieciowego [4]. W określaniu bezpieczeń- Wymienione składniki biorą udział w pomiarze wła- stwa cyfrowego używana jest zamiennie różna termino- ściwym i mają istotny wpływ na jego wiarygodność, po- logia, np. bezpieczeństwo komputerowe, bezpieczeństwo nieważ bezpośrednio (chociaż w niewidoczny dla użyt- sieci i systemów oraz inżynieria bezpieczeństwa. Mają kownika sposób) operują na uzyskanych z przetwornika w nim szerokie zastosowanie zagadnienia ogólnie defi- danych pomiarowych. Ponadto oprogramowanie zazwy- niowanego bezpieczeństwa informacji. czaj steruje częścią lub całością cyklu pomiarowego, bę- Pomimo dużego znaczenia problemu, dziedzina bez- dąc realizacją założonego modelu pomiaru we wcześniej pieczeństwa informacyjnego na gruncie polskim od wielu zaprojektowanym systemie pomiarowym [1, 3]. W litera- lat jest zaniedbana i zagadnienia bezpieczeństwa informa- turze metrologicznej, przy okazji omawiania realizacji cyjnego nadal nie doczekały się formalnego uznania – z per- technicznej pomiarów w procesie pomiarowym, coraz spektywy nauki polskiej nie są [one] dostrzegalne, a postu- częściej mówi się o automatyzacji i cyfryzacji. Przy- lat włączenia bezpieczeństwa informacyjnego do dyscypliny kładowo, w jednej z pozycji pojawia się ogólne stwierdze- naukowej „nauka o bezpieczeństwie” jako odrębnej spe- nie: Na pomiar właściwy składają się: wybór zakresów cjalności naukowej nie został zrealizowany [5]. Próbując pomiarowych, porównanie z wzorcem, odczyt pomiaru. znaleźć przyczyny takiego stanu rzeczy zauważono, że: Czynności te coraz częściej wykonywane są automatycznie Być może przyczyną trudności ze znalezieniem miejsca bez udziału człowieka [2]. w formalnej nauce dla bezpieczeństwa informacyjnego jest

Przetwarzanie Rejestracja i prezentacja Odtwarzanie Pomiar Przechowywanie sygnału wyniku danych i transmisja danych

Rys. 3. Proces pomiarowy w przyrządach z oprogramowaniem sterującym

40 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

fakt, że jest to problematyka interdyscyplinarna. Mogłoby dotyczące technik bezpieczeństwa w informatyce, zawarte się wydawać, że we współczesnym społeczeństwie infor- w normie PN-ISO/IEC 27005. Szacowanie ryzyka podzie- macyjnym wszyscy powinni być zainteresowani informacją lono tam na etapy, w których można wyróżnić: identyfi- dobrej jakości, w szczególności informacją bezpieczną. kację, analizę i ocena ryzyka [6]. Dla następstw i praw- Jednak postrzeganie tego zagadnienia przez techników i nie dopodobieństwa zidentyfikowanych zagrożeń, w zależ- techników jest znacząco różne [5]. ności od przyjętej metodyki jakościowej lub ilościowej, Widzimy więc, że temat ten jest różnie, a nawet se- norma w analizie ryzyka stosuje skale opisowe lub nume- lektywnie postrzegany i jak to zostanie dalej przedstawio- ryczne, za pomocą których określany jest poziom ryzyka ne, problematyka interdyscyplinarności zagadnień doty- i dokonywana jest ocena. Oceny ryzyka mogą być wielo- czących bezpieczeństwa informacji i uwzględniania ich krotne i jeśli dochodzi się do niesatysfakcjonującego wy- w metrologii polega faktycznie na trudności z precyzyj- niku, proces szacowania jest ponawiany i bardziej uszcze- nym określeniem poziomu bezpieczeństwa cyfrowego góławiany. Ma to na celu podjęcie dodatkowych działań w odniesieniu do urządzeń pomiarowych i samych wyni- (postępowań), zmierzających do zminimalizowania ry- ków pomiarów. Liderman zauważa, że bezpieczeństwo nie zyka do ostatecznie akceptowalnego poziomu [6]. jest ani stanem, ani zdarzeniem, ani procesem – to impon- Wymieniony standard pozwala na dużą elastyczność derabilia z dziedziny psychologii, co swoje implikacje ma w wyborze metodyki. W jej wyniku osiąga się przybliżoną na przykład w możliwościach pomiaru bezpieczeństwa [5]. wartość poziomu ryzyka na bazie szacowanych prawdo- Stwierdzenie to wydaje się bardzo trafne, gdyż pomimo podobieństwem ocen i danych. tego, że stosuje się różnorodne metody oceny ryzyka cy- Mając na względzie faktyczną niemierzalność opisy- frowego, to jednak poziomu bezpieczeństwa informacji wanego ryzyka, przy ocenie bezpieczeństwa warto rów- nie daje się ani dokładnie zmierzyć, ani obliczyć. nież korzystać z metod opartych na podejściu niesforma- Bezpieczeństwo informacyjne (w tym przetwarzanych, lizowanej dowolności. Podejście tego typu oferuje doraźne przechowywanych i przesyłanych danych pomiarowych) metody ad hoc i eksploracyjne [7], które pozwalają lepiej ze względu na cyfryzację i coraz większe wykorzystanie uwzględnić użycie najnowszych rozwiązań w aparaturze transmisji, przechowywania i przetwarzania danych, a tak- pomiarowej, w obliczu dynamicznych zmian i nowych że przez rozbudowane nowoczesne środki techniczne, jest rozwiązań w technologii informatycznej. Bieżące tworze- wrażliwe na różnej postaci zagrożenia. Są to znaczne pro- nie testów na potrzeby badania konkretnego urządzenia blemy, wiążące się z awarią sprzętu, błędami w oprogra- daje większą szansę wykrycia poważnych luk bezpieczeń- mowaniu, w szczególności błędami wynikającymi z nie- stwa i znacząco uzupełnia systemową metodologię badań, dostatecznego testowania i pospiesznego jego wdrażania opartą na dużo wcześniej przygotowanych założonych oraz zagrożenia związane z tzw. cyberprzestępczością. testach i procedurach.

Ocena ryzyka cyfrowego w świetle Szacowanie ryzyka w metodach opartych rzetelności pomiaru na modelowaniu

Korzystając z rozwiązań informatycznych w przyrzą- Przy dążeniu do określenia przybliżonego wskaźnika dach pomiarowych i w przetwarzaniu danych cyfrowych, ryzyka często wykorzystywane są również metody oparte ze względu na konieczność zapewnienia wiarygodności na modelowaniu ochrony informacji. Naukowcy pomiaru, metrologia musi korzystać z wypracowanych z Krajowego Instytutu Metrologicznego w Niemczech przez informatykę rozwiązań na określenie ryzyka. (PTB) zwracają uwagę, że wymieniona norma [6] nie na- Dodatkowo, metrologia powinna podejmować próby two- rzuca modelu odniesienia do obliczeń poszczególnych rzenia nowych metod i testów, które poprzez analizę ja- liczbowych prawdopodobieństw dla rozpatrywanych za- kościową, ilościową lub mieszaną pozwoliłyby porówny- grożeń i wybór modelu jest pozostawiony użytkownikowi wać ryzyko cyfrowe i uwzględniać je w ocenie wyników standardu [8]. Wybór i dostosowanie właściwego modelu pomiaru. do zaistniałej badanej sytuacji wydaje się więc kwestią Pojęcie ryzyka w jednej z norm, dotyczących technik dość istotną i mającą wpływ na wynik szacowania ryzyka. informatycznych, ogólnie zdefiniowano jako wpływ nie- Można również zwrócić uwagę, że samo sięganie po pewności na cele [6], co odnosi się również do ryzyka uproszczone modele uzmysławia ukazywaną trudność związanego z wykorzystaniem technologii cyfrowej rzetelnego oszacowania bezpieczeństwa informatycznego, w przyrządach pomiarowych i jego związku z rzetelnością które w praktyce okazuje się zadaniem bardzo pomiaru. złożonym. Jedną z prób usystematyzowania procesu zarządzania Modele tego rodzaju opisują zwykle organizację i ste- ryzykiem w bezpieczeństwie informacji są wytyczne, rowanie dostępem do informacji, z czym spotykamy się

41 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

w schemacie Grahama–Denninga, operującym na zbiorach informacji w obszarach poufności, integralności (niena- podmiotów, obiektów, poleceń i na macierzach dostępu. ruszalności) i dostępności (rys. 4). W opartym na nim innym modelu Harrisona–Ruzzo– Wymienione atrybuty bezpieczeństwa odnoszą się –Ullmana (HRU) mamy do czynienia ze skupieniem się również do urządzeń pomiarowych z oprogramowaniem, wyłącznie na zagadnieniu ochrony samej informacji. które powinny zapewnić ochronę informacji przed nieau- Kolejny, podobny model BLP (Bella–LaPaduli), poza ste- toryzowanym ujawnieniem (poufność), ochronę informa- rowaniem dostępem, szerzej uwzględnia ochronę cji przed zmodyfikowaniem przez podmioty, które nie danych w zakresie tajności. W systemach komputerowych mają do nich uprawnień (integralność) oraz umożliwić z kluczową integralnością informacji zazwyczaj wyko- stabilne korzystanie z danych i zasobów przez osoby rzystywane są reguły nakreślone w modelach Biby oraz uprawnione (dostępność) [10]. Clarka–Wilsona. W przemyśle, dla oceny bezpieczeństwa Użyteczna w swej prostocie triada jest także opisem systemów komputerowych stosowany jest model pewnego podstawowego modelu, który w zależności od Brewera–Nasha. Jest to model oparty na koncepcji tzw. potrzeb może być modyfikowany i uzupełniany [11, 12]. „chińskiego muru”, w którym uprawnienia dostępu zmie- Do powyższego odnosi się praktyka administratorów niają się dynamicznie i podlegają weryfikacji po każdej systemów informatycznych, która wykazuje, że bezpie- zmianie [5, 9]. czeństwo cyfrowe nie jest stabilnym stanem. Jest raczej W modelowaniu systemów intensywnie korzystają- procesem, w którym wciąż potrzeba wykonywać pewien cych z oprogramowania wymienia się model SRAM zespół określonych czynności, co wyrażono następująco: (Software Risk Assessment Model) oceniający ryzyko Z punktu widzenia administratora systemu lub sieci sprawa oprogramowania za pomocą rozbudowanego kwestiona- jest relatywnie prosta, z perspektywy osoby, która zarządza riusza oraz model SRAEP (Software Risk Assessment and procesem lub działaniem całość staje się bardziej skompli- Evaluation Process) bazujący na modelowaniu i identyfi- kowana. […] Do pomocy istnieje wiele narzędzi, zarówno kowaniu ryzyka za pomocą drzewa błędów w oprogramo- na poziomie administracji, jak i na poziomie zarządzania. waniu. Wymienione modele są tylko bardziej znanymi […] Na poziomie zarządzania skorzystać można z literatury przykładami różnorodnych podejść i mają tylko ilustrować i norm opracowanych specjalnie w celu wyznaczenia ram złożoność problemu. dla procesów bezpieczeństwa oraz aplikacji komputero- Jak widać, dla różnych systemów i specyficznych po- wych wspomagających zarządzania [10]. trzeb ochrony informacji tworzone są własne, przystoso- Podobnie Liderman zauważa, że zapewnienie bezpie- wane modele. Dodatkowo, co stwierdził Liderman, modele czeństwa zawsze będzie sztuką, ale też zawsze powinno być formalne mają swe teoretyczne ograniczenia i same w so- oparte na solidnych podstawach inżynierskich [5]. bie nie zapewniają bezpieczeństwa, mogą co najwyżej do- Można przyjąć, że szacowanie ryzyka dla przyrządów starczyć wskazówek, jak to bezpieczeństwo budować [5]. pomiarowych jest możliwe dwutorowo. Po pierwsze, po- Podczas szacowania ryzyka najczęściej wychodzi się od przez analizę potencjalnych zagrożeń, z wykorzystaniem ogólnych wyznaczników jakości, związanych z ochroną wektorów ataków analogicznych do stosowanych w roz- informacji, takich jak: tajność, integralność, dostępność, wiązaniach informatycznych, stosowanych w innych ob- rozliczalność, niezaprzeczalność, autentyczność [5]. W ce- szarach. Przykładem mogą być naruszenia ograniczeń lu opisania podstawowego standardu oceny i wdrażania dostępu, ataki obciążeniowe (Denial of Service, DoS), bezpieczeństwa informatycznego przyjęło się, niezależnie zdobycia uprawnień umożliwiających ingerencję w kon- od systemów, stosować tzw. triadę CIA (Confidentiality, figurację bądź sposób działania przyrządu, a także dostęp Integrity, Availability), określającą zabezpieczenia do danych poufnych i manipulacja nimi. Zagrożenia takie mogą być analizowane teoretycznie, a wskaźniki ryzyka szacowane na podstawie powszechnie użytkowanych sys- temów teleinformatycznych, w sposób uwzględniający techniczne, psychologiczne i inne metody włamań. Po drugie, poprzez analizę ryzyka, na podstawie rze- INTEGRITY AVAILABILITY (Integralność) (Dostępność) czywistych incydentów zidentyfikowanych w trakcie INFORMATION czynności kontrolnych służb metrologicznych, analiz re- SECURITY (Bezpieczeństwo jestrów zdarzeń i obserwacji zachowań użytkowników Informacji) przyrządów. Oczywiście podejście takie wymaga stworzenia narzędzi rejestrujących incydenty oraz systemu

CONFIDENTIALITY nadzoru nad przyrządami pomiarowymi, uwzględniają- (Poufność) cego weryfikację zagrożeń cyfrowych. Rys. 4. Bezpieczeństwo informacji

42 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

Połączenie tych dwóch podejść w analizie ryzyka opracowaniami zagadnień, związanych z ochroną i oceną może wskazać pełny obraz sytuacji i zagrożeń, z jakimi bezpieczeństwa informacji w systemach informatycznych mamy do czynienia w środowisku pracy cyfrowych przy- i pomiarowych. W celu zapoznania się z nimi najlepiej rządów pomiarowych. Eliminacja wystąpienia ryzyka bezpośrednio zwrócić się do wymienionych wytycznych o wysokim prawdopodobieństwie bądź wysokim poziomie oraz dodatkowej literatury. istotności jest możliwa, ale dopiero na podstawie zgroma- Przykładowo, odnośnie do przyrządów pomiarowych dzonych długookresowo danych. możemy ogólne stwierdzić, że dokument D31 OIML podaje wymagania dotyczące takich podstawowych zagad- Standardy i normy bezpieczeństwa nień, jak: identyfikacja oprogramowania, ochrona przed informacyjnego niewłaściwym użyciem i oszustwami, kontrola prawidło- wości zastosowanych algorytmów i funkcji, a także pra- Wymagany poziom bezpieczeństwa cyfrowego urzą- widłowe wykrywanie błędów i ich obsługa. Poza tym dzeń metrologicznych można zapewnić poprzez zacho- dokument D31 określa specyficzne wymagania, odnoszące wanie ustalonych standardów informatycznych. Stan- się do konfiguracji i budowy przyrządu, w których dardem można nazwać pewne zdefiniowane uzgodnienia, uwzględnia się aspekty separacji składowych części opro- zatwierdzone albo przez instytucję normalizacyjną, albo gramowania i podzespołów, automatycznego zapisu i za- przyjęte nieformalnie, poprzez ich znaczące upowszech- bezpieczenia przechowywania danych, zagadnienia zwią- nienie i uznanie w środowiskach zajmujących się daną zane z bezpieczną transmisją danych pomiarowych oraz dziedziną. Standardy bezpieczeństwa teleinformatycznego weryfikacją i rejestracją aktualizacji oprogramowania. zasadniczo można podzielić na dwie grupy [5]. Pierwszą Zarys wymagań standaryzowany przez Software stanowią tzw. „miary gwarantowanej odporności”, do któ- Guide 7.2 WELMEC przedstawiono w uproszczeniu w ta- rych przypisuje się standardy: Common Criteria (CC) [13] beli 1, gdzie dodatkowo wyszczególniono ich znaczenie (również jako norma [14]), TCSEC [15], ITSEC [16]. dla wiarygodności pomiaru. Zazwyczaj służą one certyfikacji systemów i produktów Można zauważyć, że wytyczne przewodnika teleinformatycznych. WELMEC koncentrują się na zabezpieczeniach w trzech Drugą grupą są standardy tzw. „dobrych praktyk”, kategoriach: bezpieczeństwa oprogramowania, bezpie- określające cechy bezpiecznych systemów informacyj- czeństwa przechowywania danych oraz na zabezpiecze- nych, z których najbardziej znane są następujące: BS 7799 niach transmisji danych pomiarowych, co jest kluczowe [17, 18] i oparte na nim normy ISO/IEC 2700x, rekomen- dla ochrony oprogramowania i danych w celu zapewniania dacje NIST (serii SP-800) [19] oraz dokumenty: CAG/CIS rzetelności urządzenia pomiarowego. [20], COBIT [21], ITIL [22], SSE-CMM [23], w tym norma ISO/IEC 21827. W tej grupie możemy również wymienić Wykorzystanie nowoczesnej informatyki wytyczne, dotyczące przyrządów pomiarowych z opro- w metrologii gramowaniem sterującym, publikowane przez organizacje metrologiczne, jak OIML i WELMEC oraz niektóre Nawet bardzo ogólne przedstawienie wielu dość zło- opracowania norm PKN, w których uwzględniono żonych zagadnień, jakie należy uwzględnić, chcąc wyko- aspekty bezpieczeństwa informatycznego dla urządzeń rzystywać zdobycze informatyki i telekomunikacji w dzie- pomiarowych. dzinie metrologii, może powodować wrażenie, że użycie Odnośnie do urządzeń metrologicznych, warto zwró- oprogramowania i sprzętu cyfrowego w budowie i wyko- cić uwagę na ogólne wymagania dla oprogramowania rzystaniu przyrządów i systemów pomiarowych rodzi kontrolującego przyrządy pomiarowe zawarte w doku- wiele trudnych do przezwyciężenia problemów, z którymi mencie D31 OIML [24] oraz na odnoszący się do dyrek- należy się zmierzyć. Dlatego, na zakończenie powinno się tywy MID [25] przewodnik oprogramowania WELMEC wspomnieć o szerokich możliwościach wykorzystania 7.2 [26], jak również na normy branżowe, dotyczące urzą- tego typu urządzeń w nowoczesnych laboratoriach pomia- dzeń pomiarowych (np. wag nieautomatycznych PN EN rowych, przemyśle i możliwościach, które bez informatyki 45501). byłyby niedostępne. Odzwierciedlenie tych standardów można znaleźć Rozwój ICT przyczynił się do praktycznej realizacji również w krajowych przepisach, dotyczących wymagań koncepcji urządzeń, które za pomocą sieci elektrycznej technicznych dla poszczególnych rodzajów przyrządów lub komputerowej mogą bezpośrednio gromadzić, prze- pomiarowych [27]. twarzać i wymieniać dane (Internet of Things – IoT, Nawet krótkie przedstawienie każdego z wymienio- Internet of Everything – IoE). Przyrządy pomiarowe nych standardów wykracza poza cele i zakres niniejszego wyposażane w interfejsy i oprogramowanie, umożliwiają artykułu, gdyż są one obszernymi i szczegółowymi pracę w sieci i automatyczne przesyłanie danych

43 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

Tabela 1. Obszary regulacji w Software Guide 7.2 WELMEC

Wpływ na wiarygodność Wymagania szczegółowe w obszarach regulacji Cel regulacji BEZPIECZEŃSTWO OPROGRAMOWANIA OPROGRAMOWANIE – Jednoznacznie identyfikowalne oprogramowanie Niezmienność programu – Niezależność programu sterującego od innego oprogramowania – Automatyczna aktualizacja oprogramowania z zachowaniem zabezpieczeń Zarządzanie aktualizacjami – Autoryzacja autentyczności i sprawdzenie integralności aktualizacji – Nieusuwalny rejestr zmian oprogramowania – Zabezpieczenie przed przypadkowymi zmianami i celową modyfikacją DANE – Niezmienność – Brak możliwości zmiany i wiarygodna prezentacja wyników INTERFEJSY – Rozróżnienie wyników pomiaru od informacji dodatkowych Interfejs użytkownika (GUI) – Brak wpływu na zawartość i działanie programu, konfigurację i dane Zabezpieczenie interfejsów – Bezpieczna wymiana danych metrologicznych i komunikacji – Inne oprogramowanie nie może zaburzać pomiaru POMIAR – Ciągłość pracy programu w sytuacjach awaryjnych i zaburzeń działania Odporność na awarie – Wewnętrzne zasilanie, zapewniające odpowiednio długą ciągłą pracę – Zabezpieczenie przed nieautoryzowaną zmianą Parametry konfiguracyjne BEZPIECZEŃSTWO PRZECHOWYWANIA DANYCH DANE – Przechowywanie wszystkich wymaganych danych Zapewnienie niezmienności danych – Zabezpieczenie przed przypadkowymi zmianami i celową modyfikacją – Zachowane dane zapewniają identyfikowalność pomiaru Poufność i uwierzytelnienie danych – Poufność kluczy kryptograficznych i zabezpieczonych danych – Prezentacja i weryfikacja niezmienności zapisanych danych Odtwarzalność danych – Automatyczny zapis i odpowiednia pojemność nośnika danych – Okresowa kopia zapasowa danych pomiarowych w pamięci nieulotnej – Brak możliwości skasowania liczników kumulacyjnych – Zapewnienie ciągłego i poprawnego wskazywania wyniku pomiaru INTERFEJS (GUI) – Wykrywanie i raportowanie przekroczenia parametrów pracy POMIAR – Niezawodność BEZPIECZEŃSTWO TRANSMISJI DANYCH DANE – Przesyłanie wszystkich niezbędnych danych do dalszego przetwarzania Zapewnienie niezmienności danych – Zabezpieczenie transmitowanych danych przed przypadkowymi zmianami – Zabezpieczenie przed celową modyfikacją przesyłanych danych – Weryfikacja autentyczności przesyłanych danych Poufność i uwierzytelnienie danych – Poufność kluczy kryptograficznych i zabezpieczonych danych – Obsługa i uniemożliwienie przetwarzania uszkodzonych danych POMIAR – Opóźnienie transmisji nie może wpływać na przebieg pomiaru Niezawodność i odporność na awarie – Zachowanie danych w przypadku niedostępności sieci komunikacyjnej

pomiarowych. Powoduje to, że pomimo istniejących za- Równocześnie, w przypadku komunikacji z urządze- grożeń cybernetycznych coraz szerzej zaczynają być sto- niami o otwartej architekturze (np. przytoczony smartfon, sowane sieciowe rozwiązania metrologiczne. Nawet tym- wyposażony w system operacyjny z rodziny Android), czasowe połączenie sprzętu pomiarowego np. ze smart- mogą pojawić się dodatkowo nowe i trudne do zdefinio- fonem daje ogromne możliwości. Podobnie perspektywę wania ryzyka, mające wpływ na rzetelność pomiaru i wia- poszerza zbieranie, analizowanie i monitorowanie danych rygodność wyników, gdyż są to systemy podlegające cią- pomiarowych z wielu rozproszonych czujników poprzez głym zmianom i dające potencjalną możliwość manipu- sieć teleinformatyczną, oferując tych możliwości jeszcze lacji i niezdefiniowanego wpływu na oprogramowanie więcej. i na cykl pomiarowy.

44 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

W świecie trwają prace nad powszechnym wdroże- odpowiedzialnością za bezpieczeństwo pomiędzy użyt- niem sieci inteligentnych (Smart Grids) do pomiaru do- kownikiem usługi a jej dostawcą. Środowisko metrolo- starczonej energii i zarządzaniem jej dystrybucją [28]. giczne stoi więc przed wielkim wyzwaniem, dotyczącym Przez zastosowanie nowoczesnych liczników (Smart wiarygodności nowoczesnych technologii IT w urządze- Meters), które umożliwiają dwukierunkową komunikację, niach i systemach pomiarowych, a także przed wypraco- następuje przesyłanie wyników pomiaru do centralnych waniem filozofii zaufania i narzędzi, umożliwiających systemów informatycznych. Przykładowo, omawiając te- walidację niezawodności i bezpieczeństwa nowoczesnych mat bezpieczeństwa informatycznego w sieciach inteli- przyrządów i rozwiązań. gentnych, Billewicz zwrócił uwagę, że zwiększenie auto- Wydaje się, że czarnoskrzynkowe metody testowania matyzacji i komunikacji, przy zastosowaniu tego typu oprogramowania są tutaj optymalnym rozwiązaniem sieci, boryka się z problemem zwiększonej podatności na (również ze względu na brak dostępu do szczegółów tech- ataki i możliwej ingerencji cyberprzestępców. Spośród nicznych konfiguracji tych rozwiązań). Jednakże z uwagi najczęstszych zagrożeń systemów informatycznych wy- na uwarunkowanie bezpieczeństwa przyrządu od konfi- mienił on następujące: zablokowanie dostępu do usługi, guracji programowo-sprzętowej, zależnej wyłącznie od włamanie do infrastruktury systemu informacyjnego, utrata operatora udostępnianej platformy, konieczne jest oparcie danych, kradzież danych, ujawnienie poufnych danych, zaufania o pozametrologiczne standardy i system certy- zafałszowanie informacji, kradzież kodu oprogramowania, fikacji bezpieczeństwa, powszechnie stosowane w środo- kradzież sprzętu, uszkodzenia systemów komputerowych wisku ICT (np. stosowanie standardowych kanałów ko- [29]. Pomimo pojawiających się trudności w zabezpiecze- munikacji – sieć Internet, kanały VPN, NFC, Bluetooth, niach, technologia jest wciąż udoskonalana. RS232). Dylemat ten występuje również w przypadku Rozwój technik teleinformatycznych, związanych konieczności oparcia bezpieczeństwa na systemach ope- z wprowadzeniem najnowszych systemów, opartych na racyjnych o odpowiedniej konfiguracji, wysokim stopniu Cloud Computing i Big Data, otwiera nowe możliwości złożoności i nieokreślonym kierunku rozwoju i aktu- również dla metrologii. Pojęciem Cloud Computing okre- alizacji. śla się skalowalną platformę, zawierającą sprzęt IT wraz Również rozwiązania dostępne poprzez najnowsze z oprogramowaniem, która jest dostępna dla zewnętrznego techniki analizy i składowania dużych ilości danych o wy- operatora i jako usługa jest dostarczana za pośrednictwem sokiej złożoności (Big Data) dają nadzieję na wykorzysta- Internetu. Cloud Computing oznacza również system roz- nie ich przy zbieraniu i analizie wyników pomiarów proszenia, zdolność uruchamiania programu lub aplikacji w skali dotąd nieosiągalnej. Próbując zdefiniować tę nową na wielu połączonych komputerach w tym samym czasie dziedzinę podaje się, że Big Data to określenie stosowane lub dynamiczną obsługę danego żądania, polegającą na dla takich zbiorów danych, które jednocześnie charaktery- przydzieleniu zadania do jednego z dostępnych serwerów zują się dużą objętością, różnorodnością, strumieniowym [30]. Użytkownik, przykładowo firma lub instytucja, nie napływem w czasie rzeczywistym, zmiennością, złożono- musi posiadać w swoich zasobach urządzeń (np. serwerów) ścią, jak również wymagają zastosowania innowacyjnych ani oprogramowania, natomiast wszystko podnajmuje od technologii, narzędzi i metod informatycznych w celu wy- innych firm. Rozwiązanie takie wygląda dość korzystnie dobycia z nich nowej i użytecznej wiedzy [30]. i mogłoby mieć zastosowanie również w systemach me- W 2013 r. firma IBM, odnosząc się do budowy takich trologicznych, o ile udałoby się rozwiązać pojawiające się usług, w których należy obsługiwać wiele danych, pocho- w związku z tym dylematy (np. prawne). Trzeba byłoby dzących z różnych źródeł i generowanych z dużą prędko- zapewnić właściwą ochronę uwierzytelnienia danych po- ścią, opisała Big Data za pomocą czterech głównych miarowych i zagwarantować należytą ochronę oprogra- atrybutów: objętości (volume), szybkości przetwarzania mowania pracującego na odległym serwerze, który jest (velocity), różnorodności danych (variety) oraz, na co administrowany przez zewnętrznego dostawcę usługi. warto zwrócić uwagę, wiarygodności (veracity) [30]. Rozwiązania takie opierają się na sposobach zabez- Wykorzystanie powyższych technologii wiąże się z za- pieczeń trudnych do technicznej weryfikacji i opartych miarem opracowania skutecznych metod przetwarzania na pozametrologicznych standardach bezpieczeństwa, Big Data, pochodzących z rozproszonych źródeł, z czego stosowanych w branży ICT. Dodatkowo, fakt osadzenia oczekuje się osiągnięcia możliwości reakcji na napływ elementów infrastruktury pomiarowej w lokalizacjach, danych w czasie rzeczywistym. Wydaje się, że metody te niepodlegających lokalnym rozwiązaniom prawnym i nad- mogą znaleźć zastosowanie w rozproszonych systemach zorowi metrologicznemu, stwarza szereg problemów pomiarowych i podobnie jak w innych rozwiązaniach, formalno-prawnych oraz technicznych, związanych będą wymagały wypracowania przez metrologię odpo- z możliwościami weryfikacji zabezpieczeń w stosunku wiedniego podejścia. do rozwiązań lokalnych. Związane jest to z rozmytą

45 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

Podsumowanie Literatura

Zastosowanie oprogramowania metrologicznego [1] Jaworski J. M., Morawski R. Z. [et al.], Wstęp do metro- w przyrządach pomiarowych stało się powszechne. logii i techniki eksperymentu, Wydawnictwa Naukowo- Oprogramowanie i elementy realizujące funkcje przetwa- -Techniczne, Warszawa 1992, s. 3-5, 153-190. [2] Lisowski M., Podstawy metrologii, Oficyna Wydawnicza rzania danych we współczesnych urządzeniach pomiaro- Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2011, s. 7, 68, 70, wych są integralnymi i ważnymi częściami składowymi 72. przyrządów, mającymi wpływ na niezawodność i rzetel- [3] Winiecki W., Organizacja komputerowych systemów po- ność pomiaru. Wykorzystanie rozwiązań informatycznych miarowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, przyczyniło się do rozszerzenia procesu pomiarowego Warszawa 2006, s. 256. o cyfrowe i programowe przetwarzanie sygnału, rejestra- [4] Więcaszek-Kuczyńska L., Zagrożenia bezpieczeństwa informacyjnego, „Obronność. Zeszyty Naukowe” 2014, cję i wskazanie wyniku, przechowywanie danych pomia- nr 2(10), s. 210-233. rowych oraz odtwarzanie i transmisję wyników [5] Liderman K., Bezpieczeństwo informacyjne: nowe wy- pomiaru. zwania, PWN, Warszawa 2017, s. 10, 17-18, 84-137, Mając na uwadze, że istnieje związek bezpieczeństwa 318-353. informatycznego z rzetelnością pomiaru, należy określić [6] PN-ISO/IEC, 27005:2014-01. Technika informatyczna. Techniki bezpieczeństwa. Zarządzanie ryzykiem poziom ryzyka cyfrowego. Zadanie to okazuje się dość w bezpieczeństwie informacji, PKN, Warszawa 2014, skomplikowane, gdyż bezpieczeństwa informacji faktycz- s. 10, 20-28. nie nie daje się ani dokładnie zmierzyć, ani obliczyć. [7] ISTQB, Słownik wyrażeń związanych z testowaniem. Ocena ryzyka cyfrowego wymaga więc opracowywania Wersja 2.3 (2014), Stowarzyszenie Jakości Systemów i zastosowania systemowych metod przybliżonych. Przy Informatycznych 2014, s. 69, 71. tym warto również korzystać z metod doraźnych i eksplo- [8] Esche M., Thiel F., Software Risk Assessment for Mea- suring Instruments in Legal Metrology, Łódź 2015, t. 5, racyjnych, gdyż pozwalają na wykrywanie dodatkowych s. 1114. zagrożeń bezpieczeństwa i uzupełniają systemową meto- [9] Stokłosa J., Bilski T., Pankowski T., Bezpieczeństwo da- dologię badań, opartą na wcześniej opracowanych testach nych w systemach informatycznych, Wyd. Naukowe PWN, i procedurach. Narzędziem dla przybliżonych metod Warszawa, Poznań 2001. szacowania poziomu ryzyka cyfrowego są liczne metody [10] Wojsław D., Pojęcie bezpieczeństwa. CIA, http://webse- curity.pl/pojecie-bezpieczenstwa-cia/ [6 listopad 2018 r.]. oparte na uproszczeniu i modelowaniu, wypracowywane [11] Cherdantseva Y., Hilton J., Information Security and przez instytucje zajmujące się bezpieczeństwem Information Assurance. The Discussion about the informacji. Meaning, Scope and Goals [w:] Organizational, Legal, Ważną rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa informa- and Technological Dimensions of Information System cyjnego i rzetelności urządzeń i systemów pomiarowych Administrator. Almeida F., Portela, I. (eds.), IGI Global pełnią standardy i normy bezpieczeństwa, które w metro- Publishing 2013. [12] Wikipedia, Information security, https://en.wikipedia.org/ logii koncentrują się na bezpieczeństwie oprogramowania wiki/Information_security [16 listopad 2018 r.]. i przechowywania danych oraz na zabezpieczeniach trans- [13] Białas i in. A., Zastosowanie wzorców projektowych w kon- misji wyników pomiarów. W tej dziedzinie szczególnie struowaniu zabezpieczeń informatycznych zgodnych ze użyteczne wydają się wytyczne organizacji metrologicz- standardem Common Criteria, Katowice 2011. nych, jak OIML i WELMEC oraz szczegółowe normy [14] ISO/IEC 15408, Information technology – Security tech- niques – Evaluation criteria for IT security. branżowe, tworzone w oparciu o dostępne standardy. [15] Department of Defense Standard, Trusted Computer System Wykorzystanie nowoczesnej informatyki w metrologii Evaluation Criteria (TCSEC, Orange Book), 15.08.1983 r., daje wiele korzyści, pomimo konieczności uwzględniania https://csrc.nist.gov/csrc/media/publications/conference- licznych zagadnień, związanych z zapewnieniem bezpie- -paper/1998/10/08/proceedings-of-the-21st-nissc-1998/ czeństwa cyfrowego przyrządów pomiarowych. Są to ko- documents/early-cs-papers/dod85.pdf [7 grudzień rzyści, które bez informatyki byłyby niedostępne, dające 2018 r.]. [16] ITSEC, Information Technology Security Evaluation nowe możliwości i posiadające wiele zalet, takich jak: Criteria (ITSEC). Provisional Harmonised Criteria, możliwość gromadzenia dużych ilości danych, ich bieżącą https://web.archive.org/web/20060523094527/http://www. i przyszłą analizę oraz użycie sprzętu i oprogramowania ssi.gouv.fr/site_documents/ITSEC/ITSEC-uk.pdf [7 gru- w rozproszonych systemach komputerowych. dzień 2018 r.].

46 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

[17] British Standard Institute, BSI, Code of practice for wodawstw państw członkowskich odnoszących się do Information Security Management (BS 7799-1:1995), udostępniania na rynku przyrządów pomiarowych, 1995. http://www.ce-polska.pl/upload/pictures/2014-32-ue.pdf [18] British Standard Institute, BSI, Specification for Information [17 grudzień 2018 r.]. Security Management Systems (BS 7799-2:1998), 1998. [26] WELMEC, Software Guide, https://www.welmec.org/ [19] National Institute of Standards and Technology, NIST fileadmin/user_files/publications/WG_07/WELMEC_ Special Publications, https://csrc.nist.gov/publications/sp Guide_7.2_Software_Guide_2018.pdf [7 grudzień [7 grudzień 2018 r.]. 2018 r.]. [20] Center for Internet Security, The CIS Critical Security [27] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 17 lutego Controls for Effective Cyber Defense, https://web.archive. 2014 r. w sprawie wymagań, którym powinny odpowiadać org/web/20160919021105/https://www.cisecurity.org/ przyrządy do pomiaru prędkości pojazdów w ruchu dro- critical-controls/documents/CSC-MASTER-VER61-FINAL. gowym, oraz szczegółowego zakresu badań i sprawdzeń pdf [7 grudzień 2018 r.]. wykonywanych podczas prawnej kontroli metrologicznej [21] Information Systems Audit and Control Association (ISACA), tych przyrządów pomiarowych. Control Objectives for Information and related Technology [28] Kowalak T., Wybrane wymagania dla liczników odbior- (COBIT), https://www.isaca.org/Knowledge-Center/cobit/ ców końcowych oraz liczników bilansujących w kontek- Pages/Downloads.aspx [7 grudzień 2018 r.]. ście współpracy Infrastruktury AMI z Infrastrukturą Sieci [22] AXELOS, ITIL – IT Service Management, Domowej (d. HAN) oraz potrzeb rozliczeniowych odbior- https://www.axelos.com/best-practice-solutions/itil ców końcowych, http://old.ure.gov.pl/download/1/5634/ [7 grudzień 2018 r.]. Wybranewymaganiadlalicznikowodbiorcowkoncowych [23] SSE-CMM, The Systems Security Engineering Capability orazlicznikowbilansujacychwkonteks.pdf [17 październik Maturity Model, http://www.sse-cmm.org/model.htm 2018 r.]. [7 grudzień 2018 r.]. [29] Billewicz K., Problematyka bezpieczeństwa informatycz- [24] OIML, General requirements for software controlled me- nego w inteligentnych sieciach, Jurata 2011. asuring instruments, D 31, https://www.oiml.org/en/files/ [30] Tabakow M., Korczak J., Franczyk B., Big Data – defini- pdf_d/d031-e08.pdf [7 grudzień 2018 r.]. cje, wyzwania i technologie informatyczne, „Informatyka [25] MID, Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/32/ Ekonomiczna Business Informatics” 2014, nr 1(31), s. 141, UE z dnia 26 lutego 2014 r. w sprawie harmonizacji usta- 147.

47 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

Projekty strategiczne Samodzielnego Laboratorium Długości Głównego Urzędu Miar Strategic projects of the Length Laboratory of the Central Office of Measures

Dariusz Czułek (Główny Urząd Miar)

Omówiono dwa projekty strategiczne realizowane w Samodzielnym Laboratorium Długości: „Udział w projekcie wykorzystania mikroukładów elektromechanicznych do zapewnienia wzorców wymiarów dla użyt- kowników mikroskopów bliskich oddziaływań i mikroskopów elektronowych” oraz „Udział w projekcie opracowania polskiego kompaktowego laserowego wzorca długości/częstotliwości – elementu składowe- go interferometru dla celów przemysłowych”.

Two strategic projects realized in the Length Laboratory was discussed: “Participation in the project of using MEMS to provide dimensional standards for users of atomic force microscopes” and “Participation in the project of developing a Polish compact laser length / frequency standard – a part of the interferometer for industrial purposes”.

Wprowadzenie specjalnych, w szczególności grupy roboczej ds. nano- technologii (poruszane zagadnienia: m.in. wzorce dla mi- Działania Samodzielnego Laboratorium Długości kroskopów bliskich oddziaływań i mikroskopów elektro- Głównego Urzędu Miar na rzecz zagwarantowania zdol- nowych) oraz ds. technologii laserowych (poruszane za- ności pomiarowych niezbędnych dla zapewnienia rozwoju gadnienia: m.in. laserowe wzorce dla interferometrii, gospodarki oraz odpowiedniego poziomu jakości życia pomiary i stanowiska interferometryczne). w Polsce zmierzają m.in. w kierunku podejmowania prac nad tworzeniem nowych wzorców pomiarowych. Nowe Udział w projekcie wykorzystania stanowiska pomiarowe oraz wzorce odniesienia pozwalają mikroukładów elektromechanicznych do osiągnąć mniejszą niepewność, a tym samym poprawiają zapewnienia wzorców wymiarów dla dokładność pomiaru. użytkowników mikroskopów bliskich oddziaływań i mikroskopów elektronowych Konsultacyjne Zespoły Metrologiczne Rosnąca miniaturyzacja, a tym samym liczba użyt- Z inicjatywy Prezesa Głównego Urzędu Miar, w roku kowników mikroskopów bliskich oddziaływań, powoduje 2017, w celu zapewnienia stałego dialogu z zewnętrznymi konieczność udoskonalenia, a nawet wynalezienia oraz środowiskami gospodarczymi i eksperckimi w określaniu wytworzenia nowych wzorców odniesienia w skali nano. strategicznych priorytetów działania GUM oraz identyfi- Projekt, którego głównym inicjatorem, a zarazem kacji potrzeb polskiego państwa i gospodarki narodowej, liderem jest Politechnika Wrocławska, a wykonawcą oraz określenia zadań stojących przed nowocześnie zor- Instytut Technologii Elektronowych, przewiduje zastoso- ganizowaną krajową instytucją metrologiczną, powołane wanie nowej koncepcji dla wzorców mikroskopów bli- zostały Konsultacyjne Zespoły Metrologiczne. Są to ciała skich oddziaływań. Wzorzec odniesienia oparty będzie doradcze, w skład których wchodzą osoby związane zana strukturze MEMS [1, 2]. Zasada działania oraz zasto- równo z przemysłem, jak i ze światem nauki. Główne sowania polega na umieszczeniu mikromostka w stałym oczekiwanie, związane z powołaniem zespołów, dotyczy polu magnetycznym B. Podczas przepływu prądu o natę- nie tylko ich zaangażowania w powstanie strategii rozwoju żeniu I przez mikromostek wygenerowana zostanie siła polskiej metrologii, ale też wymiany doświadczeń i inte- Lorentza: gracji środowiska metrologicznego, a przede wszystkim   () korzyści dla polskiej gospodarki. FIL =×lB Przywołane w streszczeniu tematy realizowanych Efekt ten spowoduje ugięcie się belki mikromostka projektów powstały w wyniku prac Konsultacyjnego prostopadle do jej długości l o kierunku działającego pola Zespołu Metrologicznego ds. infrastruktury i zastosowań magnetycznego. W takim przypadku możliwe jest

48 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

przewidywanie oraz kontrola odkształcenia mikromostka, • głębokości nierówności lub wysokości schodka (wzor- a tym samym zastosowanie go jako wzorca odniesienia ców typu A1 i A2 wg PN-EN ISO 5436-1) w zakresie (rys. 1). wysokości nierówności wysokości h ≤ 1 mm, • stanu ostrza (np. wzorców chropowatości typu B1, należących do grupy B wg PN-EN ISO 5436-1) w zakresie parametru d ≤ 1 mm, • geometrycznych (wzorców typu C1, C2, C3 i C4 w PN-EN ISO 5436-1, zwanych inaczej wzorcami odstępu).

Podczas pomiaru zastosowano ww. układ pomiarowy z wzorcową długością fali λ = 536,9 nm oraz zakresem pomiarowym 1 µm. Pomiary zostały wykonane poprzez Rys. 1. Badania mikromostka produkowanego przez ITE zarejestrowanie pięciu obrazów interferencyjnych prze- suniętych względem siebie w fazie o π/2. Przesunięcie Do wstępnego eksperymentu zastosowano Mikro- realizowane było za pomocą automatycznie kontrolowa- interferometr MII-4, który w Samodzielnym Laboratorium nego elementu piezoelektrycznego. Zarejestrowany obraz Długości pełni funkcję wzorca odniesienia jednostki mia- 3D został przeanalizowany za pomocą dedykowanego ry chropowatości powierzchni. Stanowisko pomiarowe oprogramowania komputerowego. Poniżej zaprezentowa- służy do odtwarzania i przekazywania jednostki miary, no wstępne wyniki pomiarów. zgodnie ze schematem spójności pomiarowej oraz do za- Otrzymane wyniki pomiarów pozwalają zaobserwo- pewnienia spójności z wzorcami międzynarodowymi, wać różnicę w ugięciu belki mikromostka przy różnym przy porównaniach międzynarodowych. Zautomatyzowany natężeniu przepływającego prądu (rys. 3). Pokazują też mikrointerferometr dwupromieniowy Linnika (typ MII-4) jednak duży wpływ efektu termicznego w zastosowanej bazuje na zasadzie działania interferometru Michelsona, lecz jest zaprojektowany i dostosowany do pomiarów a) w dużym powiększeniu (ok. 500 razy). Stanowisko pomiarowe umożliwia pomiar głębokości nierówności/wy- sokości schodka oraz następujących parametrów chropo- watości: Ra, Rp, Rv, Rm (odpowiednik Ry), Rz oraz RSm. Średnica pola widzenia przyrządu, a co za tym idzie mak- symalna długość odcinka pomiarowego zastosowanego do pomiaru, wynosi 0,3 mm. Układ pomiarowy pokazany został na rys. 2 i składa się z mikrointerferometru MII-4 oraz kamery CCD połą- czonej z komputerem wraz z systemem akwizycji danych. System pomiarowy docelowo stosowany jest do wzorcowania następujących wzorców:

Rys. 2. Mikrointerferometer MII-4 Rys. 3. Wyniki pomiarów dla: I = 0 mA (a), I = 3 mA (b)

49 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

metodzie pomiarowej. Efekt ten może zostać zminimali- źródła laserowego dla interferometru pomiarowego do zowany za pomocą odpowiedniej optymalizacji konstruk- badania geometrii maszyn. Do realizacji wybrane zostanie cji mikromostka. źródło promieniowania laserowego, pracujące w paśmie 532 nm. Elementem projektu jest również opracowanie Udział w projekcie opracowania polskiego narzędzi dla technologii fotonicznych w paśmie 532 nm, kompaktowego laserowego wzorca w celu umożliwienia rozwoju tej techniki. W ramach pro- długości/częstotliwości – elementu jektu opracowane zostaną: system wzorcowy do wzorco- składowego interferometru dla celów wania częstotliwości pracy lasera oraz autonomiczne źró- przemysłowych dło dla interferometru laserowego w paśmie 532 nm. Oczekiwana stabilność częstotliwości opracowanego źró- Z listy rekomendowanych źródeł promieniowania dła będzie na poziomie 10-10, a moc rzędu pojedynczych świetlnego najbardziej rozpowszechnione w praktyce mW. Dzięki autonomicznemu zasilaniu i małemu pobo- i stosowane, przy realizacji jednostki długości, są lasery rowi energii możliwe będzie mocowanie lasera bezpo- gazowe He-Ne o długości fali promieniowania 633 nm średnio w przestrzeni roboczej badanej maszyny i wyko- i He-Ne o długości fali promieniowania 532 nm, lampy rzystanie prostej konfiguracji pomiarowej. Opracowana kadmowe 114Cd (stosowane w pomiarach interferencyj- głowica interferometru wyznaczy nową jakość na rynku nych), a obecnie również syntezery (grzebienie) często- precyzyjnych urządzeń pomiarowych do badań geometrii tliwości optycznych [3]. maszyn. Tendencja rozwoju nowych opracowań podąża w kie- Podstawowym zadaniem Samodzielnego Labora- runku wykorzystania i rozpowszechnienia syntezerów torium Długości GUM w ramach projektu będzie stwo- częstotliwości, w celu realizowania szerokiej gamy po- rzenie stanowiska pomiarowego do badań stabilizowanych miarów w pracach badawczych instytucji metrologicz- laserów w paśmie 532 nm, w początkowej fazie projektu nych, a dotyczących pomiarów kwantowych źródeł pro- o stabilności częstotliwości 10 -7, a w końcowej na poziomie mieniowania oraz realizowania usług metrologicznych 10-10. Układ pomiarowy stworzony zostanie na bazie pań- dla wielu dziedzin gospodarki, jak medycyna, wojsko, stwowego wzorca jednostki miary długości, syntezera przemysł telekomunikacyjny, spektroskopia itp. częstotliwości optycznych. Rosnące zapotrzebowanie przemysłu wymusza na Opracowany układ oraz metoda pomiaru częstotliwo- producentach tworzenie kompaktowych, wytrzymałych ści w paśmie 532 nm umożliwi wielokrotne badania la- oraz przyjaznych dla użytkowników stabilizowanych serowego wzorca częstotliwości dla podanej długości fali. laserów metrologicznych nowej generacji. Z inicjatywy W Laboratorium Długości wyznaczona zostanie stabilność polskiej firmy Lasertex Sp. z o.o. oraz przy współudziale częstotliwości i mocy, odtwarzalność długości fali, czas Wojskowej Akademii Technicznej powstał pomysł stwo- stabilizacji po włączeniu, czas stabilnej pracy (w warun- rzenia nowego wzorca odniesienia. Celem projektu jest kach laboratoryjnych oraz w warunkach zbliżonych do opracowanie autonomicznego, zasilanego bateryjnie przemysłowych). Wykonane zostaną badania krótko-

Rys. 4. Syntezer częstotliwości optycznych (pierwotny wzorzec długości)

50 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary oraz długoterminowe, w wyniku których potwierdzone Literatura zostaną charakterystyki metrologiczne nowego wzorca. [1] Dziomba T., Koenders L., Wilkening G., Standardization Podsumowanie in dimensional nanometrology: development of a calibration guideline for Scanning Probe Microscopy. Proc. SPIE 5965, Optical Fabrication, Testing, and Metrology II, 59650C Zadania poszczególnych Laboratoriów Głównego (October 19, 2005); Urzędu Miar zostały opisane w czteroletnim planie stra- [2] Moczała M., Majstrzyk W., Sierakowski A., Dobrowolski R., tegicznym na lata 2018‒2021. Laboratorium Długości Grabiec P., Gotszalk T., Metrology of electromagnetic sta- GUM stara się aktywnie uczestniczyć w pracach badaw- tic actuation of MEMS microbridge using atomic force czych, wynikających z inicjatywy środowisk polskiej go- microscopy. Micron 84 (2016), s. 1-6. spodarki, co pokazuje zaangażowanie w opisane powyżej [3] Quinn T. J., Practical realization of the definition of the meter, including recommended radiations of the other opti- projekty naukowe. Udział w projektach naukowych umoż- cal frequency standards (2001) – international report. liwia dodatkowo rozwój istniejących stanowisk pomiaro- Metrologia 40 (2003), s. 103-133. wych, zwiększenie zdolności pomiarowych oraz popra- wienie jakości oferowanych usług. Powyższy artykuł jest tekstem referatu (ze zmianami re- dakcyjnymi) przedstawionego na XIII konferencji naukowo- -technicznej PPM’18, która odbyła się w dniach od 4 do 6 czerwca 2018 roku w Szczyrku.

51 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

Weryfikacja wpływu wyników porównań prowadzonych w warunkach zrównoważonego eksperymentu wewnątrzlaboratoryjnego na CMC laboratorium wzorcującego Verification of the results of comparisons carried out in the conditions of balanced within laboratory experiment impact on CMC of calibration laboratory

Wiesław Gosk (Główny Urząd Miar)

W referacie przedstawiono metodę weryfikacji wpływu wyników porównań wewnątrzlaboratoryjnych na CMC laboratorium wzorcującego, opartą na analizie wariancji wyników eksperymentu, zrealizowanego jako doświadczenie dwuczynnikowe przy założeniu, że czynnikiem zmiennym jest operator wykonujący wzorcowanie oraz czas upływający między kolejnymi cyklami porównań.

Paper presents the method of verifying the impact of the within laboratory comparisons results on the CMC of calibration laboratory, based on the variance analysis of as a two factor experiment results, assu- ming that the influencing factors are the operator performing the calibration and the time between conse- cutive comparisons.

Wstęp laboratorium, wyposażenie pomiarowe i jego wzorcowanie, stosowane procedury i przyjęte w nich metody po- Porównania wewnątrzlaboratoryjne są narzędziem miarowe, personel wzorcujący oraz czas specyficzny, ro- potwierdzenia ważności wyników wzorcowań realizowa- zumiany jako upływ czasu od zdarzenia z życia laborato- nych przez laboratoria akredytowane. W praktyce można rium, będącego odniesieniem (potwierdzenie metrologicz- spotkać, w zależności od dziedziny i specyfiki laborato- ne wyposażenia pomiarowego, zrealizowany cykl porów- rium, różne sposoby (plany) prowadzenia tych porównań nań wewnątrzlaboratoryjnych). Warunki, w których ww. oraz różne, często ustalane arbitralnie przez laboratoria, czynniki są stałe podczas wzorcowania, są warunkami miary i kryteria akceptacji ich wyników. Nie utrwaliła się powtarzalności. Skrajny przypadek, w którym wszystkie natomiast praktyka weryfikacji ewentualnego wpływu czynniki wpływające (łącznie z organizacją) są zmienne, wyników porównań wewnątrzlaboratoryjnych na oszaco- determinuje warunki odtwarzalności międzylaboratoryj- wanie zdolności pomiarowej laboratorium. Tymczasem nej. Warunki, w których czynniki zmienne są ograniczone współcześnie rozumiana zdolność pomiarowa laborato- do M czynników wewnątrz laboratorium, są określane rium wzorcującego CMC (Calibration and Measurement jako pośrednie warunki precyzji z M czynnikami zmien- Capability) jest niepewnością wzorcowań, szacowaną nymi [1]. W niniejszym artykule określono je jako warunki w warunkach rutynowego wykonywania pomiarów, odtwarzalności wewnątrzlaboratoryjnej, a analizę wpły- a więc w warunkach, w których czynnikami wpływają- wu czynników zmiennych na wyniki wzorcowania ogra- cymi na zmienność wyników mogą być, obok czynników niczono do obserwacji wpływu czynnika ludzkiego (zmia- ilościowych, także czynniki jakościowe: kto z personelu ny personelu wzorcującego) oraz czynnika wyżej okre- wzorcującego wykonuje wzorcowanie oraz kiedy jest ono ślonego jako czas specyficzny. wykonywane (w sensie upływu czasu od ostatniego cyklu Zaplanowano doświadczenie, w którym błędy wybra- porównań). nego obiektu wzorcowania (np. przepływomierza) będą wyznaczane kolejno przez v osób personelu (operatorów), Plan eksperymentu w możliwie krótkim czasie (np. w ciągu 2 dni), przy czym wewnątrzlaboratoryjnego każdy z operatorów wykona równą liczbę n pomiarów. Tak wykonane pomiary będą przez wszystkich operatorów Klasyfikacja czynników wpływających na niepew- powtarzane r razy, w miarę równomiernych odstępach ność wzorcowań wykonywanych przez laboratorium, czasu (np. co 3 miesiące). Wyposażenie pomiarowe, obiekt zgodnie z normą [1], obejmuje: ogólnie pojętą organizację wzorcowania, procedura wzorcowania, w tym metoda

52 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

Tabela 1

Operator 1 … Operator j … Operator v

Czas 1 y111, y112, …, y11n … y1j1, y1j2, …, y1jn … y1v1, y1v2, …, y1vn

Czas 2 y211, y212, …, y21n … y2j1, y2j2, …, y2jn … y2v1, y2v2, …, y2vn . … …

Czas i yi11, yi12, …, yi1n … yij1, yij2, …, yijn … yiv1, yiv2, …, yivn … …

Czas r yr11, yr12, …, yr1n … yrj1, yrj2, …, yrjn … yrv1, yrv2, …, yrvn pomiarowa i określone w niej warunki odniesienia, pozo- wariancja rozkładu tych zmiennych jest jednakowa dla staną stałe. Wyposażenie pomiarowe powinno być po- wszystkich rozpatrywanych podklas, co wyraża się twierdzone metrologicznie, ale wzorcowanie wyposażenia następująco: należy przeprowadzić bezpośrednio przed tak zaplanowa- D2(Y ) = σ 2 = σ2 ; i = 1…r, j = 1…v (3) nym eksperymentem (wyklucza się wzorcowanie wypo- ijk ijk sażenia w trakcie trwania eksperymentu). Założenie (3), z pozoru silne, w rzeczywistości –

Wyniki pomiarów dla wybranej wartości wielkości uwzględniając fakt, że zmienność Yijk w każdej podklasie mierzonej (np. błędu wskazań strumienia objętości) zgro- T(i)xO(j) jest generowana głównie przez rozrzuty wska- madzono w sposób przedstawiony w tabeli 1. Tworzą one zań tego samego wzorca i tego samego obiektu wzorco- tzw. dwukierunkową (podwójną) klasyfikację krzyżową wania – jest na ogół spełnione i zawsze może być zwery- z czynnikami klasyfikacyjnymi: „operator” i „czas”, gdzie fikowane testem jednorodności wariancji. operatorzy 1… v i czasy 1…r stanowią klasy tej klasyfi- Niech model statystyczny, generujący wyniki wzor- kacji. Jest ona ortogonalna, ponieważ w każdej podklasie cowania w podklasie T(i)xO(j), ma postać: „czas–operator” liczba n przeprowadzonych pomiarów Y = m + ξ , k = 1, 2, … , n (4) jest taka sama. W sensie statystycznym, zgodnie z [2], jest ijk ij ijk ona także zrównoważona, nie dopuszcza się bowiem, aby W modelu tym: którakolwiek z podklas była pusta (wszyscy operatorzy m = E(Y ) (5) muszą być obecni podczas eksperymentu). Może to być ij ijk kłopotliwe w stosunku do innych planów eksperymentu, natomiast ξijk jest zmienną losową o parametrach zakładających puste podklasy (np. planów hierarchicz- rozkładu: nych), ale znacznie ułatwia dalszą analizę statystyczną. E(ξ ) = 0 (6) Planowane w ten sposób doświadczenie określono w ni- ijk niejszym artykule mianem zrównoważonego eksperymen- oraz zgodnie z założeniem (3): tu wewnątrzlaboratoryjnego. 2 2 D (ξijk) = σ (7) Model statystyczny eksperymentu Jeżeli wpływy czynników: „czas” i „operator” na wyniki wzorcowania są statystycznie istotne, wówczas wartości

Wzorcowanie obiektu w czasie „i” przez operatora „j” przeciętne mij w każdej podklasie mogą być inne. przyniosło następujące wyniki: Zróżnicowanie tych wartości obserwuje się w stosunku do wartości przeciętnej m, określonej w zbiorze populacji y , y ,…y ,…, y (1) ij1 ij2 ijk ijn odpowiadającej wszystkim, obejmującym zaplanowany Wszystkie wyobrażalne wyniki pomiarów w podkla- eksperyment, podklasom T(i)xO(j): sie „czas i – operator j”, oznaczonej jako T(i)xO(j), tworzą 1 r v pewną populację generalną. Otrzymane wyniki wzorco- m = ∑∑ mij (8) wania stanowią zatem realizację obserwowanego w tej rv⋅ i=1 j=1 populacji n wymiarowego wektora losowego: Wprowadza się obciążenie Bij wyrażające odchylenie mij od m, spowodowane łącznym wpływem czynników „czas” (Y , Y , …, Y , …, Y ) (2) ij1 ij2 ijk ijn i „operator” na wyniki wzorcowania w podklasie Eksperymentalny charakter danych (1) pozwala na T(i)xO(j): przyjęcie założenia, że zmienne losowe Yij1, Yij2, … Yijk …, Bij= mij – m (9) Yijn są niezależne i mają rozkład normalny. Zakłada się, że

53 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

Wówczas równanie (4) przybiera postać: monitorowania ważności wyników podejmowanych wzor- cowań, eksperyment wewnątrzlaboratoryjny polegający Y = m + B + ξ (10) ijk ij ijk na realizacji porównań w warunkach powtarzalności (j-ty Rozdzielenie wpływów czynników „czas” i „operator” na operator wykonuje następujące po sobie w krótkich okre- wyniki wzorcowania prowadzi do równania: sach czasu wzorcowania tego samego obiektu). Należy zauważyć, że w przypadku takich porównań nie jest moż- Y = m + B + B + B + ξ (11) ijk i(T) j(O) ij(TO) ijk liwe uzyskanie jakiejkolwiek informacji dotyczącej wpły- gdzie: wu czasu i zmiany operatora na wyniki wzorcowań (w wa-

Bi(T) – obciążenie, będące efektem głównym wpływu runkach powtarzalności, czyli dla danej podklasy

czasu, T(i)xO(j), obciążenia Bj(O), Bi(T) i Bij(TO) są stałe).

Bj(O) – obciążenie, będące efektem głównym wpływu operatora, Analiza wyników eksperymentu

Bij(TO) – obciążenie, będące efektem interakcji wpływu wewnątrzlaboratoryjnego czasu i operatora,

ξijk – zmienna losowa, reprezentująca efekty oddziały- Analizę wyników eksperymentu przeprowadzono wania czynników przypadkowych w ekspery- metodą jednowymiarowej, dwuczynnikowej analizy wa- mencie. riancji (ANOVA). Estymatory wariancji dla poszczegól-

Zróżnicowanie obciążeń Bj(O) w klasie „operator” wy- nych źródeł zmienności wyników wzorcowania przedsta- nika z różnych, obserwowanych w i-tym czasie, umiejęt- wiono w tabeli 2, stanowiącej tzw. tabelę analizy ności technicznych operatorów i ich indywidualnych na- wariancyjnej.

wyków w stosowaniu metod pomiarowych. Średnia arytmetyczna zmiennych losowych Yijk, re-

W zróżnicowaniu Bi(T) w klasie „czas” może przeja- prezentujących wyniki wzorcowania w i-tym czasie przez wiać się wpływ czasu na fizyczną i psychiczną dyspozycję j-tego operatora jest określona jako: j-tego operatora, jego indywidualne zaangażowanie w roz- 1 n wój swoich umiejętności lub przeciwnie – utrwalenie Y ij⋅ = Y (12) n ∑ ijk złych nawyków, przy czym w przypadku każdego z ope- k=1 ratorów może to przebiegać inaczej. Średnie arytmetyczne brzegowe zmiennych losowych

Ewentualne współdziałanie (interakcja) czynników Yijk, reprezentujących wyniki wzorcowania uzyskane „operator” i „czas”, gdy brak jest prostej addytywności w i-tym czasie od wszystkich v operatorów albo wyniki efektów ich oddziaływania (np. w sytuacji przejawiających wzorcowania uzyskane przez j-tego operatora we wszyst- się w wynikach pomiarów każdego operatora, zależnych kich r porównaniach, przeprowadzonych w eksperymen- od czasu, dryfów aparaturowych), wyrazi się z kolei cie, określa się odpowiednio jako: zmiennością B . ij(TO) 11v n r n Laboratoria akredytowane często wykonują, w ra- Y i⋅⋅ = YY⋅⋅j = Y (13) ⋅ ∑∑ ijk ⋅ ∑∑ ijk mach zawartych w normie [4] dyspozycji, dotyczących vnj=1 k=1 rni=1 k=1

Tabela 2

Źródło Suma kwadratów odchyleń z próby Stopnie swobody Wariancja z próby zmienności 1 2 3 4 r 2 2 SS()T =⋅ ()i⋅⋅ − T SS()T vn∑ YY (r – 1) S()T = i=1 r −1 v 2 2 SS()O SS =⋅rn ()YY⋅⋅j − O ()O ∑ (v – 1) S()O = j=1 v−1 r v 2 2 SS()TO =−()ij⋅⋅ij⋅⋅−+⋅ T x O SS()TO nY∑∑ YY Y (r – 1) · (v – 1) STO = i=1 j=1 ()rv−⋅11()−

r v n 2 2 SSr =−()ij⋅ Resztowe SSr ∑∑∑ YYijk r · v (n – 1) Sr = i=1 j=1 k−1 rv⋅⋅()n−1

r v n ()2 Ogółem SS()Y =−∑∑∑ YYijk r · v · n – 1 i=1 j=1 k=1

54 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Technika i pomiary

Średnią arytmetyczną ogólną, reprezentującą wszyst- albo hipotez zerowych odnoszących się do poszczegól- kie wyniki eksperymentu, stanowi: nych czynników wpływających:

r v n 1 H0(T): Bi(T)=0 i = 1…r (16) Y = ∑∑∑Yijk (14) rv⋅⋅n i=1 j=1 k=1

H0(O): Bj(O)=0 j = 1…v (17) Suma kwadratów odchyleń SS(Y) (kolumna 2, tabela 2) zmiennej Y , reprezentującej wszystkie wyniki wzorco- ijk H : Bij =0 i = 1…r, j = 1…v (18) wania od średniej ogólnej (14), została rozłożona na skład- 0(TO) (TO) niki: sumę kwadratów odchyleń SS(T) wywołanych czyn- Dopiero odrzucenie hipotezy zerowej o braku wpływu nikiem „czas”, sumę kwadratów odchyleń SS(O), wywoła- danego czynnika otwiera drogę do uznania hipotezy al- nych czynnikiem „operator”, sumę kwadratów odchyleń ternatywnej, że wpływ taki jednak istnieje.

SS(TO), wywołanych efektem interakcji czynnika „czas” W celu zweryfikowania hipotez zerowych (16), (17) i „operator” oraz tzw. resztową sumę kwadratów odchyleń i (18) zastosowano test istotności z funkcjami testowymi,

SSr, spowodowanych wpływem niekontrolowanych czyn- opartymi na analizie wariancji, które zgodnie z [3] są ników przypadkowych. Każda z nich, po podzieleniu określone odpowiednio, jako: przez właściwą jej liczbę stopni swobody (kolumna 3, 2 S()TTrv⋅−()n 1 SS() tabela 2), staje się miernikiem wpływu na wyniki wzor- 2 = ⋅ ; Srrr −1 SS cowania odpowiednio: czasu, operatora, interakcji obydwu 2 S()OOrv⋅−()n 1 SS() tych czynników albo występujących w eksperymencie = ⋅ ; (19) S 2 v−1 SS czynników przypadkowych. Należy zwrócić uwagę, że r r 2 S()TO rv⋅−()n 1 SS()TO wpływ niekontrolowanych czynników przypadkowych = ⋅ S 2 ()rv−⋅11()− SS nie ogranicza się wyłącznie do wpływu błędów przypad- rr kowych w pomiarach, ale może dotyczyć także wpływu Jeżeli spełnione są założenia (3) eksperymentu, a hi- losowego innych czynników, nie objętych modelem poteza H0 jest prawdziwa, wówczas funkcje testowe (19) eksperymentu. stają się statystykami o rozkładzie F Fishera, o stopniach swobody określonych w kolumnie 4 tabeli 3. Weryfikacja wyników eksperymentu Zakłada się dopuszczalne prawdopodobieństwo błędu wewnątrzlaboratoryjnego wnioskowania o słuszności H0 na poziomie istotności α = 0,05. Dla założonego poziomu istotności i konkretnych Czynniki „czas” i „operator” mogą mieć wpływ na parametrów r, v i n, określających stopnie swobody, moż- wyniki wzorcowania, ale także tego wpływu może nie liwe jest ustalenie wartości krytycznej f statystyki F, a na- być lub, inaczej mówiąc, może on być statystycznie nie- stępnie zbudowanie odpowiedniego obszaru krytycznego istotny (wiele zależy od specyfiki pomiarów w danej dzie- (kolumna 5, tabela 3), który odnosi się do weryfikowanego dzinie). Weryfikacja wyników przeprowadzonego ekspe- źródła zmienności. rymentu sprowadza się przede wszystkim do weryfikacji Jeżeli na podstawie wyników eksperymentu wartość hipotez statystycznych formułujących przypuszczenie, że funkcji testowej, odpowiadającej weryfikowanemu źródłu na wyniki wzorcowania czynniki „czas” i „operator” nie zmienności, znajdzie się w obszarze krytycznym, odrzuca mają wpływu. Oznacza to przyjęcie ogólnie sformułowa- się hipotezę zerową i przyjmuje hipotezę alternatywną nej hipotezy zerowej: głoszącą, że wpływ tego źródła na wyniki wzorcowania jest statystycznie istotny. H0: Bij=0 i = 1…r, j = 1…v (15)

Tabela 3

Źródło Wartości f statystyki F Funkcja testowa Rozkład Stopnie swobody Obszary krytyczne zmienności dla eksperymentu EWL

1 2 3 4 5 6 22 22³ T SS()T r F(T) r – 1; r · v(n – 1) SS()TTr f() 1,8

22 22³ O SS()O r F(O) v – 1; r · v(n – 1) SS()OOr f() 3,0

22 22³ T x O SS()TO r F(TO) (r – 1)(v – 1); r · v(n – 1) SS()TO r f()TO 1,6

55 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Technika i pomiary

Rozważa się następujący przykład: w ramach ekspe- w miarę prosta i skuteczna statystyczna analiza uzyska- rymentu wewnątrzlaboratoryjnego EWL v = 3 operatorów nych wyników. Weryfikację wyników porównań ograni- wzorcowało rotametr, wykonując po n = 10 pomiarów. czono do testowania hipotezy zerowej o braku wpływu Wzorcowanie powtarzano co miesiąc, wykonując r = 12 na CMC laboratorium wzorcującego, wyróżnionych w pla- cykli takich wzorcowań. W kolumnie 6 tabeli 3 podano nie czynników zmiennych. wartości krytyczne f dla tak zaplanowanego eksperymen- W przypadku wielu laboratoriów, w których pomiary tu. Na podstawie wyników próby r · v · n = 12 · 3 · 10 = 360 są zautomatyzowane, pozytywny wynik weryfikacji, przy 2 2 otrzymano S(O)/Sr = 3,8. Wartość krytyczna statystyki F założonym poziomie dokładności wnioskowania, kończy

o 2 i 324 stopniach swobody wynosi f(O) = 3,0, wartość analizę. Oczywiście, w celu monitorowania ważności wy- funkcji testowej znajduje się więc w obszarze krytycznym. ników wzorcowań, laboratorium jest zobowiązane do po- W sposób praktycznie bezsporny (z błędem wnioskowania dejmowania innych działań niż porównania wewnątrzla- wyznaczonym, przyjętym poziomem istotności testu) boratoryjne, a przewidzianych zaleceniami normy [4].

można odrzucić hipotezę H0 o braku wpływów operatorów W przypadku laboratoriów, gdzie czynnik ludzki ma na wyniki wzorcowania. Oznacza to, że wyniki pomiarów, istotne znaczenie w procesach wzorcowania, weryfikację a zatem i CMC laboratorium, są obciążone czynnikiem tak sformułowanej hipotezy zerowej należy traktować jako ludzkim. W tym i w podobnych przypadkach konieczne pierwszy krok w procedurze weryfikacji. W dziedzinie jest oszacowanie tego wpływu (oszacowanie wariancji przepływów, w wielu przypadkach, rola operatora podczas odtwarzalności wewnątrzlaboratoryjnej) i uwzględnie- wzorcowania jest bardzo istotna. Dotyczy to wzorcowań nie, jako składnika, niepewności w budżecie CMC. anemometrów, rotametrów oraz przepływomierzy cieczy W przypadku otrzymania stosunkowo dużych, ale i gazów, gdy pomiary nie są zautomatyzowane. mieszczących się w obszarze przyjęcia, wartości statystyk W podsumowaniu należy podkreślić, że we wszyst- (19) nie ma wprawdzie podstaw do odrzucenia hipotezy kich przypadkach, w których hipoteza o braku wpływów o braku wpływu rozpatrywanych czynników na wyniki została odrzucona, laboratorium powinno szacować te wzorcowania, ale także, co cechuje testy istotności, nie wpływy i uwzględniać w swoim CMC. W większości ma też silnych podstaw do jej potwierdzenia. Laboratorium przypadków, w których hipoteza o braku wpływów nie mogłoby samo ocenić, czy bardziej korzystne, ze względu została odrzucona, zaleca się laboratoriom przyjęcie jako na właściwe oszacowanie CMC, jest uwzględnienie wpły- standardu badanie mocy przeprowadzonego testu. wu tych czynników, czy wręcz przeciwnie (ryzykując niedoszacowaniem CMC) uznać, że są to wpływy staty- Literatura stycznie nieistotne. Podjęcie takiej arbitralnej decyzji by- łoby do przyjęcia wyłącznie w sytuacji braku merytorycz- [1] PN-ISO 5725-3: 2002. Dokładność (poprawność i precyzja) nych podstaw oceny zaistniałej sytuacji. Na szczęście metod pomiarowych i wyników pomiaru. Część 3: Pośrednie miary precyzji standardowej metody pomiarowej. statystyka dysponuje niecentralnym rozkładem F Fishera, [2] Dobosz M., Wspomagana komputerowo statystyczna ana- umożliwiającym analizę statystyczną także wtedy, gdy liza wyników badań, Akademicka Oficyna Wydawnicza

obciążenia Bij ≠ 0. Dla konkretnej wartości funkcji testo- EXIT, Warszawa, 2004. wej (19) i konkretnych parametrów: r, v, n, i α przeprowa- [3] Fisz M., Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka ma- dzanego eksperymentu, dysponując funkcją mocy testu F tematyczna, PWN, Warszawa, 1969. [5], możliwe jest wyznaczenie mocy przeprowadzanego [4] PN-EN ISO/IEC 17025:2008-02 Ogólne wymagania doty- czące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących. testu. Z mocy testu otrzymuje się (na zasadzie dopełnienia [5] Zieliński R., Tablice statystyczne, Warszawa 1972. prawdopodobieństwa) prawdopodobieństwo popełnienia we wnioskowaniu tzw. błędu drugiego rodzaju, czyli przy- Powyższy artykuł jest tekstem referatu (ze zmianami re- jęcie hipotezy zerowej o braku wpływów, gdy nie jest ona dakcyjnymi) przedstawionego na XIII konferencji naukowo- prawdziwa. Dopiero teraz laboratorium dysponuje pełną -technicznej PPM’18, która odbyła się w dniach od 4 do 6 czerw- wiedzą o poziomie dokładności wnioskowania i podjętego ca 2018 roku w Szczyrku. ryzyka.

Podsumowanie

W artykule przedstawiono metodę, w której standardowe narzędzia analizy statystycznej zostały wykorzystane w nowym zastosowaniu – do analizy i weryfikacji wyników porównań wewnątrzlaboratoryjnych. Zapro- ponowano taki plan tych porównań, aby możliwa była

56 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Współpraca

Konsultacyjny Zespół Metrologiczny ds. regulacji rynku The Consultative Metrology Team of Market Regulations

Monika Kusyk (Główny Urząd Miar)

Artykuł przedstawia działalność Konsultacyjnego Zespołu Metrologicznego ds. regulacji rynku, jako przy- kład współpracy Głównego Urzędu Miar z przedstawicielami zewnętrznych środowisk związanych z szeroko rozumianą metrologią, a także omawia wypracowane przez Zespół efekty.

This article presents activities of the Consultative Metrology Team of Market Regulations as the example of cooperation between Central Office of Measures and the representatives of external environment related to broadly understood metrology, as well as the results achieved.

Wstęp 1) ds. przeglądu przyrządów pomiarowych podlegają- cych prawnej kontroli metrologicznej, w ramach której Proces intensywnych zmian w funkcjonowaniu przygotowywane były rekomendacje zmian prawa Głównego Urzędu Miar oraz terenowej administracji miar w zakresie rodzajów przyrządów pomiarowych pod- i administracji probierczej, zapoczątkowany w 2016 r., ma legających prawnej kontroli metrologicznej oraz w zana celu doprowadzenie do tego, aby Główny Urząd Miar kresie zasad i trybu wykonywania prawnej kontroli stał się w pełni nowoczesną krajową instytucją metrolo- metrologicznej przyrządów pomiarowych; giczną, pełniącą ważną rolę we wspieraniu innowacyjno- 2) ds. rozwiązań systemowych, której celem jest przy- ści i konkurencyjności polskiej gospodarki, a także w za- gotowanie rekomendacji zmian prawa w systemie pewnieniu efektywnej ochrony bezpieczeństwa gospodar- prawnej kontroli metrologicznej przyrządów pomia- czego i technicznego państwa oraz interesów obywateli. rowych, w zakresie ustawy – Prawo o miarach i nie- Strategiczne priorytety w działalności Głównego Urzędu których aktów wykonawczych do tej ustawy (m.in. Miar wyznaczane są przy udziale przedstawicieli środo- aktów dotyczących upoważnień do legalizacji oraz wisk zewnętrznych, m.in. poprzez stały dialog w ramach punktów legalizacyjnych); powołanych przez Prezesa GUM konsultacyjnych zespo- 3) ds. certyfikacji, przygotowująca rekomendacje dla łów metrologicznych. Celem pracy dziewięciu zespołów Głównego Urzędu Miar, działającego jako Jednostka i utworzonych w ich ramach grup roboczych jest identy- Notyfikowana 1440; fikacja potrzeb polskiej gospodarki oraz określenie zadań 4) ds. rynku paliw, która przygotowuje rekomendacje stojących przed nowocześnie zorganizowaną krajową in- rozwiązań w zakresie przyrządów pomiarowych użyt- stytucją metrologiczną. Zespoły stanowią płaszczyznę kowanych na rynku paliw; wymiany doświadczeń i integracji środowisk związanych 5) ds. bezpieczeństwa ruchu drogowego, której celem z metrologią – prowadzone są działania w obszarach m.in.: jest przygotowanie rekomendacji rozwiązań prawnych budowy przyrządów i opracowywania metod pomiaro- w zakresie przyrządów pomiarowych użytkowanych wych, inicjowania zmian w regulacjach prawnych, w tym w związku z kontrolą bezpieczeństwa ruchu drogo- upraszczania przepisów i procedur. wego; w ramach grupy utworzono cztery podgrupy: ds. przyrządów do kontroli ruchu drogowego, ds. KZM ds. regulacji rynku przyrządów do kontroli kierowców, ds. przyrządów do diagnostyki stanu technicznego pojazdów, ds. przy- Zespołem, który od początku działalności wzbudzał rządów do ważenia pojazdów w ruchu drogowym; najszersze zainteresowanie, jest Konsultacyjny Zespół 6) ds. tachografów, której obszarem zainteresowań są Metrologiczny ds. regulacji rynku. Przedmiotem jego prac wymagania dla tachografów oraz w zakresie instala- jest szeroko rozumiana regulacja rynku w obszarze cji, napraw i sprawdzeń tachografów; metrologii. 7) ds. przyrządów do pomiaru mediów („utilities”), zaj- W ramach Zespołu utworzonych zostało dziewięć mująca się zagadnieniami regulacji rynku w obszarze grup roboczych: opomiarowania mediów (ciepłomierze, gazomierze,

57 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Współpraca

liczniki energii elektrycznej, wodomierze, przyrządy metody statystycznej, sposób liczenia okresów waż- do pomiaru ścieków); ności legalizacji, wzór świadectwa legalizacji; 8) ds. nadzoru rynku, której celem jest przygotowanie 3) zmiana rozporządzenia w sprawie wymagań dla przy- rekomendacji rozwiązań prawnych dla Głównego rządów do pomiaru prędkości pojazdów w ruchu Urzędu Miar, działającego jako organ nadzoru; drogowym; 9) ds. kas rejestrujących, w której utworzono podgrupy: 4) zmiana rozporządzenia w sprawie wymagań dla in- ds. metodyki badań, ds. repozytorium testowego, ds. stalacji pomiarowych do ciągłego i dynamicznego współpracy z terminalem płatniczym. pomiaru ilości cieczy innych niż woda; 5) projekt rozporządzenia zmieniającego rozporządze- Tworzone były również grupy ad hoc – w przypadku nie w sprawie wymagań dla gazomierzy i przelicz- wystąpienia potrzeby doraźnego rozwiązania danego pro- ników do gazomierzy; blemu – np. grupa ds. przyrządów do pomiaru prędkości 6) możliwość zmiany ustawy – Prawo o miarach i nie- w ruchu drogowym lub grupa ds. taksometrów. których przepisów wykonawczych – w zakresie Udziałem w pracach Konsultacyjnego Zespołu umożliwienia zdjęcia i nałożenia nowych cech za- Metrologicznego ds. regulacji rynku i ww. grup roboczych bezpieczających przez pracownika administracji miar wyraziło zainteresowanie ponad 200 osób – przedstawi- w okresie ważności legalizacji (tzw. „asysta”), cieli producentów i użytkowników przyrządów pomiaro- 7) projekt ustawy o tachografach (ustawa została opu- wych, organizacji i stowarzyszeń branżowych, uczelni blikowana w sierpniu 2018 r., wyniki prac grupy były technicznych, instytutów badawczych, organów admini- na bieżąco wykorzystywane przez GUM oraz stracji rządowej i in. Do końca 2018 r. odbyło się 65 spo- Ministerstwo Infrastruktury i Budownictwa); tkań tego zespołu. Świadczy to o ogromnym zaintereso- 8) propozycja objęcia prawną kontrolą metrologiczną waniu zagadnieniami z obszaru regulacji metrologicznych przyrządów do pomiaru pobieranych wód i przyrzą- i o istniejącej potrzebie uzyskania interpretacji przepisów, dów do pomiaru odprowadzanych ścieków (zgodnie szczegółowych wytycznych dotyczących ich stosowania, z ustawą – Prawo wodne); a także wprowadzania konkretnych zmian. 9) wydłużenie okresu ważności legalizacji statycznych KZM przyjął zasadę pracy polegającą na tym, że zgła- liczników energii elektrycznej; szane wnioski (propozycje tematów), są omawiane i pod- 10) projekt rozporządzenia w sprawie kryteriów i wa- dawane dyskusji w poszczególnych grupach roboczych, runków technicznych, którym muszą odpowiadać a na ich podstawie grupa opracowuje i przyjmuje do dal- kasy rejestrujące (wyniki prac grupy były na bieżąco szej realizacji rekomendacje, które następnie są zatwier- wykorzystywane przez Ministerstwo Rozwoju, dzane przez Zespół do dalszego procedowania. Ministerstwo Finansów i GUM); 11) kluczowe działania dla wdrożenia sprawnego syste- Działalność Zespołu i grup roboczych mu certyfikacji kas rejestrujących online w GUM i tym samym bardzo istotne dla całego projektu Przedmiotem prac grup roboczych, działających w ra- wprowadzania tych kas, służącego poprawie ściągal- mach Konsultacyjnego Zespołu ds. regulacji rynku były ności podatku VAT w Polsce – m.in. opracowanie m.in. następujące zagadnienia: i uzgodnienie koncepcji badań kas rejestrujących on- 1) zmiany rozporządzenia w sprawie rodzajów przyrzą- line (metod i narzędzi), omówienie praktycznych dów pomiarowych podlegających prawnej kontroli aspektów badań i ich wyników; metrologicznej oraz zakresu tej kontroli – w przed- 12) 63 wnioski związane z działaniami dotyczącymi miocie objęcia prawną kontrolą metrologiczną lub przyrządów stosowanych w obszarze bezpieczeństwa zmiany jej zakresu: mierników poziomu dźwięku, ruchu drogowego (realizacja w toku); analizatorów wydechu, luksomierzy, manometrów 13) powiązanie zasad monitorowania jakości dostarcza- do opon, liczników energii elektrycznej czynnej kla- nych mediów z pomiarem ilości tych mediów; sy dokładności 0,2 oraz liczników energii elektrycz- 14) budowa bazy danych zalegalizowanych przyrządów nej biernej, przeliczników do gazomierzy, przyrzą- pomiarowych. dów do rejestracji naruszenia prawa, polegającego na niestosowaniu się do sygnałów świetlnych; Znaczna część wymienionych powyżej wniosków 2) zmiany zapisów rozporządzenia w sprawie prawnej została przyjęta przez Zespół, jako rekomendacje. kontroli metrologicznej, dotyczące takich zagadnień, Oto kilka przykładów: jak legalizacja ponowna przyrządów pomiarowych 1) projekty zapisów w rozporządzeniach zmieniających do pomiaru mediów, wykonywana z wykorzystaniem wymagania techniczne i metrologiczne w odniesieniu

58 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Współpraca

do: instalacji pomiarowych do ciągłego i dynamicz- zapis został również zgłoszony do projektu rozporzą- nego pomiaru ilości cieczy innych niż woda, przyrzą- dzenia w sprawie prawnej kontroli metrologicznej); dów do pomiaru prędkości pojazdów w ruchu drogo- 6) objęcie prawną kontrolą metrologiczną mierników wym, taksometrów elektronicznych oraz gazomierzy natężenia oświetlenia (luksomierzy) – temat ujęty i przeliczników do gazomierzy – rozporządzenia zo- w harmonogramie prac legislacyjnych GUM; stały opublikowane na początku br.; 7) dokonanie zmian w przepisach, które dopuszczałyby 2) zmiany rozporządzenia w sprawie prawnej kontroli tzw. „asystę” podczas prac serwisowych na zbiorni- metrologicznej przyrządów pomiarowych w zakresie kach pomiarowych – rekomendacja Zespołu, wstępna przepisu, dotyczącego sposobu liczenia okresu wersja zapisów została przygotowana przez grupę ważności legalizacji – rozporządzenie opublikowane roboczą, obecnie trwa analiza możliwych sposobów w kwietniu 2019 r.; zrealizowania tej rekomendacji. 3) opracowanie części projektu ww. rozporządzenia w sprawie prawnej kontroli metrologicznej przyrzą- Podsumowanie dów pomiarowych, określającej zasady legalizacji ponownej przyrządów pomiarowych z wykorzysta- Na przykładzie opisanych działań Konsultacyjnego niem metody statystycznej; Zespołu ds. regulacji rynku oraz ich efektów można za- 4) wytyczne Prezesa GUM dla organów administracji obserwować ogromne znaczenie dialogu i współpracy miar w zakresie dokumentowania i udostępniania in- przedstawicieli różnych środowisk związanych z metro- formacji, dotyczących stanowisk pomiarowych do logią dla wypracowywania wspólnych konstruktyw- sprawdzania odmierzaczy gazu ciekłego propan-bu- nych rozwiązań. Zapraszamy do udziału w pracach tan, w tym gazu skroplonego (LPG), wprowadzają- Konsultacyjnych Zespołów Metrologicznych i grup robo- cych określone zasady postępowania; rekomendacja czych, a tym samym do aktywnego uczestnictwa w kre- została zrealizowana przez GUM – opracowano wy- owaniu zmian w obszarze metrologii. tyczne i uzupełniono je o instrukcje sprawdzania ww. odmierzaczy oraz protokół sprawdzania, w celu ujed- Literatura nolicenia podejścia w tym zakresie w całej terenowej administracji miar; [1] Kusyk M., Ramotowski Z., Służba Miar w służbie polskie- 5) wytyczne Prezesa GUM dla organów administracji go przemysłu – IX Sympozjum TOp-Gaz Technika opomiarowania gazu dziś i jutro, Materiały konferencyjne, miar w zakresie udostępniania tabel litrażowych s. 1-5. zbiorników pomiarowych wraz ze świadectwem le- [2] Sprawozdania z posiedzeń KZM ds. regulacji rynku i grup galizacji – rekomendacja zrealizowana (stosowny roboczych.

59 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Współpraca

Konsultacyjne Zespoły Metrologiczne – krótkie podsumowanie działalności Consultative Metrology Teams – a short summary of the activity

Anna Łukaszewska (Biuro Strategii, GUM)

Niniejszy artykuł zawiera podstawowe informacje na temat Konsultacyjnych Zespołów Metrologicznych, które powołane zostały w wyniku ukierunkowania działań Głównego Urzędu Miar na realizację potrzeb wszystkich gałęzi gospodarki narodowej.

This article includes a basic information on the Consultative Metrology Teams, which were set up as a result of focusing the activities of the Central Office of Measures on the implementation of the needs of all- bran ches of the national economy.

Główny Urząd Miar (GUM) prowadzi zintensyfiko- 8. Konsultacyjny Zespół do spraw probiernictwa wane działania, które mają na celu stworzenie odpowied- (KZM8), nich warunków dla rozwoju przedsiębiorczości i efektyw- 9. Konsultacyjny Zespół do spraw rozwoju przemysłu nego wykorzystania narodowych zdolności pomiarowych. województwa świętokrzyskiego (KZM9) – powołany W tym celu, w 2016 roku powołano do życia Konsultacyjne decyzją Prezesa GUM w dniu 15.11.2018 r. Zespoły Metrologiczne (KZM), w których skład wchodzą przedstawiciele środowisk gospodarczych, eksperckich W sumie odbyło się 200 spotkań roboczych (rys. 1). i naukowo-badawczych. Głównym zadaniem KZM jest Członkowie Zespołów, spotykający się i pracujący identyfikowanie potrzeb krajowego przemysłu w zakresie w Grupach Roboczych (GR), są przedstawicielami m.in. pomiarów oraz regulacji rynku. Działalność KZM została ukierunkowana tematycznie według obszarów gospodarki takich, jak: przemysł, energetyka, infrastruktura, środo- wisko, zdrowie, czy rynek [1].

Powołano następujące Konsultacyjne Zespoły Metrologiczne: 1. Konsultacyjny Zespół Metrologiczny do spraw zdrowia i bezpieczeństwa żywności (KZM1) – powołany decyzją Prezesa GUM w dniu 15.11.2018 r. w miejsce KZM do spraw zdrowia, 2. Konsultacyjny Zespół Metrologiczny do spraw energii Rys. 1. Wykres ilustrujący liczbę spotkań, które odbyły się w ramach (KZM2), prac wszystkich Konsultacyjnych Zespołów Metrologicznych w okresie od 08.2016 r. do 01.2019 r. 3. Konsultacyjny Zespół Metrologiczny do spraw technologii i procesów przemysłowych (KZM3), 4. Konsultacyjny Zespół Metrologiczny do spraw infra- instytucji rządowych, administracji, instytutów nauko- struktury i zastosowań specjalnych (KZM4), wych, uczelni, stowarzyszeń/zrzeszeń branżowych, spół- 5. Konsultacyjny Zespół Metrologiczny do spraw śro- ek państwowych i prywatnych, producentów. Efektem ich dowiska i zmian klimatycznych (KZM5), współpracy jest m.in. określenie w sumie 105 tematów 6. Konsultacyjny Zespół Metrologiczny do spraw pojaz- różnych prac – badawczych oraz związanych np. z regu- dów o napędzie elektrycznym (KZM6) – powołany lacjami prawnymi (rys. 2). decyzją Prezesa GUM w dniu 01.06.2018 r., Na szczególne wyróżnienie zasługują prace prowa- 7. Konsultacyjny Zespół Metrologiczny do spraw regu- dzone przez Grupę Roboczą ds. pomiarów przestrzennych, lacji rynku (KZM7), geodezyjnych, geofizycznych i zastosowań technik

60 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Współpraca

barierę dla rozwoju przedsiębiorstw działających w wo- jewództwie świętokrzyskim. Zespół chce również wsłu- chiwać się w potrzeby przedsiębiorców i pomagać im w poszukiwaniu najlepszych dróg rozwoju. Działanie Zespołu w tym regionie jest szczególnie istotne z uwagi na rozpoczynający się projekt budowy Świętokrzyskiego Kampusu Laboratoryjnego Głównego Urzędu Miar. W Głównym Urzędzie Miar nieustannie prowadzone są prace, których celem jest nie tylko poprawa jakości, ale również zwiększanie zakresu usług dostępnych dla przed- Rys. 2. Wykres ilustrujący liczbę i stopień zaawansowania realizacji siębiorstw. Dialog pomiędzy różnymi środowiskami jest tematów – łącznie dla wszystkich Konsultacyjnych Zespołów Metrologicznych. niezbędny do wskazania konkretnych problemów oraz * Jako pozostałe rozumiemy tematy, które są zainicjowane (dyskusja wypracowania odpowiednich rozwiązań. Poprzez powo- wstępna), zawieszone, bądź z których zrezygnowano. łanie Konsultacyjnych Zespołów Metrologicznych GUM udostępnił przestrzeń, w której możliwa jest dyskusja, a jej satelitarnych. Ww. grupa robocza stanowi ciało zadanio- wynikiem są i będą prace leżące w interesie gospodarczym we, działające przy KZM ds. infrastruktury i zastosowań i społecznym oraz przyczyniające się do rozwoju polskiego specjalnych. W jej skład wchodzą między innymi przed- przemysłu. stawiciele Instytutu Geodezji i Kartografii, Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii, Polskiej Agencji Literatura Kosmicznej. Prace partnerów były skoncentrowane na zagadnieniach związanych z nadzorem metrologicznym [1] Czteroletni strategiczny plan działania Głównego Urzędu mierników geodezyjnych. W rezultacie podjętych starań Miar 2018–2021, Warszawa 2017. [2] Raport Końcowy z prac Grupy Roboczej ds. pomiarów opracowano materiały, umożliwiające utworzenie stosow- przestrzennych, geodezyjnych, geofizycznych i zastosowań nych regulacji w zakresie zapewnienia wiarygodności technik satelitarnych działającej w ramach Konsultacyjnego danych gromadzonych w zasobach geodezyjnych [2]. Zespołu Metrologicznego ds. infrastruktury i zastosowań W 2018 roku zainaugurował swoją działalność specjalnych z dnia 11.12.2018 r. Konsultacyjny Zespół ds. rozwoju przemysłu wojewódz- twa świętokrzyskiego. W pierwszym spotkaniu uczestni- czyło 38 osób reprezentujących różne środowiska (w tym Źródłem pozostałych danych, które pojawiły się w powyż- biznesowe). Ustalono, że prace zespołu powinny oscylo- szym tekście, są dokumenty z zasobów Biura Strategii (stan na wać wokół definiowania i rozwiązywania zagadnień 25.02.2019 r.) o charakterze metrologicznym, które często stanowią

61 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Probiernictwo

175-lecie powstania Urzędu Probierczego w Krakowie 175 anniversary of the founding of the Assay Office in Cracow

Aleksandra Górkiewicz-Malina (Dyrektor OUP w Krakowie)

Niniejszy artykuł opisuje przebieg uroczystego seminarium, zorganizowanego w dniu 23 listopada 2018 roku, z okazji 175-lecia powstania Urzędu Probierczego w Krakowie.

This article describes the course of the solemn seminar, organized on November 23, 2018, on the occasion of the 175th anniversary of the founding of the Assay Office in Cracow.

1843–2018

WYDZIAŁ SPRAW WEWNĘTRZNYCH I POLICYI W SENACIE RZĄDZĄCYM!!!!

„Podaje się do publicznej wiadomości, iż od dnia 1 listopada roku bieżącego poczynając, kancelarya Urzędu Probierczego postanowieniem Senatu Rządzącego z dnia 7 lipca 1843 roku ustanowionego do uznawania i po- świadczania wyrobów złotych i srebrnych otwartą będzie w ulicy Grodzkiej w Domu pod L.229 codziennie od godziny 2 do 4 z południa, wyjąwszy dni niedzielne i święta uroczyste. Stosownie więc do przepisów w tej mierze ogłoszonych tak Złotnicy jak i Jubiliery jak i strony interesowane w celu poświadczenia i wybicia na ich wyrobach próby, do namienionego wyżej Urzędu zgłaszać się mają.”

Senator Prezydujący KOPFF Referendarz – WOLFF

W oparciu o powyższy zapis, z dniem 1 listopada 1843 roku, rozpoczął swoją działalność Urząd Probierczy w Krakowie. W 2018 roku Urząd ten obchodził 175-lecie swojej nieprzerwanej działalności. Z tej okazji, w dniu 23 listopada 2018 roku odbyło się uroczyste seminarium, zorganizowane w siedzibie Urzędu Miasta Krakowa, w dawnym pałacu Wielopolskich, w Sali Obrad im. Stanisława Wyspiańskiego, co nadało tej uroczystości odpowiednią rangę i oprawę. Seminarium zostało zorganizowane pod patronatem jednostki nadrzędnej, Głównego Urzędu Miar. Niewiele instytucji może się pochwalić tak długim okresem działalności, a na szczególną uwagę zasługuje fakt, iż nasze 175-lecie obchodziliśmy w 2018 roku, w którym świętowano setną rocznicę odzyskania przez Polskę niepodległości, a zarazem był to rok poprzedzający obchody 100-lecia Głównego Urzędu Miar w Warszawie, czyli naszej jednostki nadrzędnej. Rys. 1. Baner

62 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Probiernictwo

Rys. 2. p.o. Prezesa GUM Maciej Dobieszewski Rys. 3. Sala im. Stanisława Wyspiańskiego

Z okazji tak dostojnego jubileuszu naszą uroczy- Zaproszonych gości – serdecznie, z wielką atencją – witała stość uświetnili swoją obecnością licznie zaproszeni pani Aleksandra Górkiewicz-Malina, dyrektor OUP goście, w osobach: pana Macieja Dobieszewskiego, w Krakowie. p.o. Prezesa GUM i pana Jana Landowskiego, Dyrektora Po powitaniu nastąpiła część oficjalna. Biura Służby Miar. Władze Miasta Krakowa reprezento- W oficjalnym wystąpieniu p.o. Prezesa Głównego wał I Zastępca Prezydenta, pan Jerzy Muzyka a Mini- Urzędu Miar, pan Maciej Dobieszewski podkreślił rolę sterstwo Przedsiębiorczości i Technologii – przedstawi- Urzędu w Krakowie, który sprawuje nadzór nad prawi- cielka Departamentu Obrotu Towarami Wrażliwymi dłowością obrotu wyrobami z metali szlachetnych w dzie- i Bezpieczeństwa Technicznego – pani Karina Katzer. więciu województwach: małopolskim, świętokrzyskim, Zaszczycili nas swoją obecnością przedstawiciele podkarpackim, śląskim, opolskim, wielkopolskim, lubu- Wydziału Metali Nieżelaznych Akademii Górniczo- skim i zachodniopomorskim, poprzez badanie i oznacza- -Hutniczej w Krakowie, z którą nasz urząd od lat bardzo nie cechami probierczymi wyrobów z metali szlachetnych konstruktywnie współpracuje, w osobach prodziekana, oraz poprzez kontrole podmiotów prowadzących obrót pana prof. Józefa Zasadzińskiego i pana dr. hab. takimi wyrobami. Prezes Dobieszewski podkreślił zaan- Remigiusza Kowalika oraz panów doktorów Grzegorza gażowanie pracowników, ich profesjonalizm oraz speł- Włocha i Marcina Mroczkowskiego, członków nianie, wymagań wynikających ze specyfiki pracy. Konsultacyjnego Zespołu ds. Probiernictwa. Nie zabrakło Kolejne wystąpienia i gratulacje zawierały wiele pozy- również przedstawicieli branży jubilerskiej – klientów tywnych ocen administracji probierczej, która – poprzez naszego urzędu, którzy mieli i nadal mają duży udział swoje działania – stanowi gwarancję jakości dla nabywcy w kształtowaniu jego ponad półtorawiekowej historii. biżuterii ze stopów metali szlachetnych. Byli to: pan Jacek Kurczab – Starszy Cechu Złotników, Po części oficjalnej nastąpiła część „merytoryczna”, Jubilerów i Zawodów Pokrewnych oraz pan Jerzy Kurczok którą stanowiły trzy prezentacje. Pierwsza to „Kartki z ka- – Cechmistrz Śląskiego Cechu Złotników i Grawerów lendarium”, omawiająca najważniejsze wydarzenia przy Izbie Rzemiosła w Katowicach. i zmiany w Okręgowym Urzędzie Probierczym Na naszej uroczystości nie mogło zabraknąć dyrek- w Krakowie w ciągu ostatnich 25 lat, przedstawiona przez torów wszystkich okręgowych urzędów miar w Polsce, pana Wojciecha Jarzynę, Zastępcę Naczelnika Wydziału jak również całego kierownictwa bratniego Okręgowego Nadzoru w OUP w Krakowie. Urzędu Probierczego w Warszawie, z panią dyrektor Sygnalizowane w prezentacji wydarzenia i zmiany Marią Magdaleną Ulaczyk oraz wszystkich naczelników dotyczyły: wydziałów zamiejscowych tego okręgu. Zebrane gre-  stanu lokali oraz lokalizacji Okręgu i podległych mu mium uzupełnili naczelnicy wydziałów zamiejscowych jednostek. I tak – siedziba Urzędu Probierczego naszej jednostki, wraz z oddelegowanymi pracowni- w Krakowie przeniesiona została z ul. Kanoniczej kami oraz kierownictwo i wszyscy aktualni i byli pracow- (gdzie Urząd działał przez 150 lat) na ul. Rakowicką, nicy Okręgowego Urzędu Probierczego w Krakowie. w której funkcjonuje do dnia dzisiejszego. Przeniesiony

63 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Probiernictwo

Rys. 4. Strona tytułowa prezentacji Rys. 5. Wojciech Jarzyna

został również ówczesny Obwodowy Urząd Miar matycznymi podajnikami, urządzenia do laserowego w Chorzowie – do zakupionej nowej siedziby przy oznaczania wyrobów; ulicy Kilińskiego. Powiększyły się także powierzch-  ustalenia zasad honorowania cech probierczych nie Obwodowych Urzędów Probierczych w Poznaniu państw będących członkami UE, w związku z człon- i we Wrocławiu, które urzędują w pomieszczeniach kostwem RP, od 2004 roku; okręgowych urzędów miar;  uzyskania przez Polskę w 2005 roku członkostwa  zmian ustawodawczych, które w prezentowanym w Konwencji o kontroli i cechowaniu wyrobów okresie wystąpiły dwukrotnie: wejście w życie ustawy z metali szlachetnych, nazywanej Konwencją Prawo probiercze z 1993 roku oraz ustawa Prawo pro- Wiedeńską. biercze z 2011 roku. Obydwie regulacje oraz wyda- wane na ich podstawie akty wykonawcze, wprowa- W końcowej części prezentacji poinformowano, że dziły istotne zmiany w strukturach organizacyjnych w okresie od 1993 do 2017 roku w Wydziale Technicznym okręgowych urzędów probierczych, w zestawie obo- okręgu i w czterech podległych wydziałach zamiejsco- wiązujących prób, w wizerunkach cech probierczych wych w Poznaniu, Wrocławiu, Częstochowie oraz itp.; Chorzowie zbadano i oznaczono cechami probierczymi  modernizacji stosowanych metod badawczych oraz lub wystawiono świadectwa badania dla 38,3 mln sztuk metod oznaczania wyrobów, co spowodowało ko- wyrobów ze złota o masie 104,6 ton (odpowiadającej nieczność wyposażenia urzędów w nowoczesną, masie 17 słoni afrykańskich) oraz 61,1 mln sztuk wyrobów specjalistyczną aparaturę, taką jak np. spektrometry ze srebra o masie ponad 444 ton (odpowiadającej masie fluorescencji rentgenowskiej, potencjometry z auto- 74 słoni afrykańskich).

Rys. 6. Strona tytułowa prezentacji Rys. 7. dr Michał Myśliński

64 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Probiernictwo

Rys. 8. Strona tytułowa prezentacji Rys. 9. Aleksandra Górkiewicz-Malina

Drugą prezentację przedstawił pan dr Michał Skarb został wykopany w maju 1988 roku, a dopiero Myśliński z Instytutu Sztuki PAN, omawiając zarys dzia- w sierpniu Wojewódzki Konserwator Zabytków zwrócił łania krakowskiego urzędu probierczego w XIX wieku. się do obecnego Wydziału Zamiejscowego OUP we Swój esej opatrzył przewrotnym tytułem „Biedni złotnicy Wrocławiu z prośbą o zbadanie odnalezionych wyrobów. wobec bogatego Urzędu Probierczego w Krakowie w XIX Badanie odbyło się w siedzibie Narodowego Banku wieku.” Polskiego, pod nadzorem funkcjonariuszy Milicji Prezentacja pokazuje, że w istocie biednymi nie byli Obywatelskiej, w obecności władz miasta i Wojewódzkiego krakowscy złotnicy, a Urząd Probierczy, którego małe Konserwatora Zabytków. Z przeprowadzonych badań dochody nie pokrywały kosztów funkcjonowania. sporządzona została dokumentacja, którą stanowiły: Pracownicy często nie otrzymywali wypłat, a musieli  świadectwa badania wyrobów i elementów; ponosić koszty zakupu opału oraz odczynników chemicz-  fotografie badanych przedmiotów. nych. Sytuacja zmieniła się dopiero wtedy, gdy po 1866 W posiadaniu Urzędu Probierczego w Krakowie są roku Urząd włączono w system administracji austriackiej. liczne artykuły prasowe z 1988 roku oraz komplet doku- Zatrudniono w nim wówczas osoby niezwiązane z kra- mentacji z badania wyrobów. Do badania wyrobów i ele- kowskim środowiskiem złotników i jubilerów, krytycznie mentów skarbu średzkiego oddelegowani zostali: nastawionych i głoszących pogląd, że Urząd służy głównie Naczelnik Urzędu we Wrocławiu, pan Romuald Miękus do generowania dochodów i utrudnia im wykonywanie i jego zastępca, pan Andrzej Podbielski. Jako ciekawostkę pracy. obrazującą ówczesne realia, można podać, że za ten czyn społeczny Naczelnik Romuald Miękus otrzymał: Trzecia prezentacja, opracowana przez dyrektora  przydział na komplet opon do samochodu Fiat 125p; krakowskiego Urzędu, panią Aleksandrę Górkiewicz-  talon na zakup 20 litrów benzyny. -Malinę, przypomniała o udziale pracowników z Oddziału we Wrocławiu w badaniu tzw. skarbu średzkiego, znale- Takie to były czasy… zionego przed 30 laty w Środzie Śląskiej. Po zakończeniu prezentacji, które bardzo zaintereso- W 2018 roku minęło 30 lat od odkrycia skarbu średz- wały uczestników seminarium, udano się do sal: kiego, który znaleziono 24 maja 1988 roku. W związku Portretowej i Kupieckiej, gdzie przy symbolicznej lampce z 30-leciem odkrycia skarbu, wyjątkowo – od 2 paź- szampana i skromnym poczęstunku, w kameralnej atmos- dziernika do 30 grudnia 2018 roku, był on wystawiony ferze, kontynuowano rozmowy i wspomnienia. w Muzeum Narodowym we Wrocławiu. Poza tym szcze- gólnym, jubileuszowym okresem, przez cały rok skarb można oglądać w muzeum w Środzie Śląskiej.

65 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Probiernictwo

System Zarządzania Jakością w OUP w Warszawie The Quality Management System in Regional Assay Office in Warsaw

Jacek Motyka (Naczelnik Wydziału Nadzoru OUP w Warszawie, Pełnomocnik Dyrektora OUP ds. jakości)

Tematem artykułu jest wdrożenie i utrzymywanie Systemu Zarządzania Jakością w Okręgowym Urzędzie Probierczym w Warszawie.

The subject of the article is implementation and maintenance of the Quality Management System in Regio- nal Assay Office in Warsaw.

W 2005 r. Okręgowy Urząd Probierczy w Warszawie wyrobów i usług. W normie zastosowano podejście pro- ustanowił i wdrożył System Zarządzania Jakością, który cesowe uwzględniające cykl Planuj – Wykonaj – Sprawdź utrzymuje do dziś. W 2018 r. dokonano jego modyfikacji, – Działaj (PDCA) oraz podejście oparte na ryzyku. zgodnie z wymaganiami normy PN-EN ISO 9001:2015, Większy nacisk położono na osiąganie zgodności wyro- będącej kontynuacją modelu zarządzania, określonego we bów i usług z wymaganiami oraz na zadowolenie klienta. wcześniejszych wersjach normy (ISO 9001:2001 oraz W OUP w Warszawie sformułowano podstawowe zasady 9001:2008). Jednostką certyfikującą nasz urząd jest British zarządzania jakością, takie jak: Standards Institution (BSI) – jedna z najstarszych i naj- – orientacja na klienta, bardziej znanych organizacji certyfikujących na świecie, – przywództwo, założyciel International Organization for Standardiza- – zaangażowanie ludzi, tion (ISO). – podejście procesowe, – doskonalenie, Norma ISO w nowym wariancie jest skutecznym na- – podejmowanie decyzji na podstawie dowodów, rzędziem, które ma za zadanie wspomagać nowoczesne – zarządzanie relacjami. zarządzanie instytucją dostarczającą potrzebne klientom Opisane poniżej zmiany SZJ, związane z dostosowa- usługi. Stosowanie normy ISO w urzędzie pozwala na niem go do nowej wersji normy, dotyczyły wszystkich sprawniejsze zarządzanie, przyczynia się do poprawy elementów systemu. efektywności świadczonych usług oraz daje impuls dla ciągłego rozwoju instytucji, w której ten system funkcjo- Zakres systemu nuje. SZJ, skonstruowany na podstawie aktualnej normy ISO 9001:2015, współdziała i uzupełnia się z kontrolą Norma ISO 9001:2015 wymaga, aby instytucja, która zarządczą, od lat z powodzeniem stosowaną w OUP stosuje system zarządzania jakością, określiła jego zakres. w Warszawie. Pozwala również na skuteczną realizację Powinien on być utrzymywany jako udokumentowana celów określonych w czteroletnim strategicznym planie informacja, obejmować kontekst organizacji, wymagania działania Głównego Urzędu Miar na lata 2018–2021. istotnych stron zainteresowanych, określać wyroby i usłu- Korzyści, które uzyskuje nasz urząd, dzięki zastoso- gi objęte systemem, a także być powszechnie dostępny. waniu normy ISO w wersji 9001:2015, to: Realizacja procesów w Okręgowym Urzędzie Pro- – zdolność do dostarczania usług, spełniających wy- bierczym w Warszawie przebiega na podstawie wymagań magania prawne, zgodnych z oczekiwaniami określonych przepisami prawa, związanymi z probiernic- klienta, twem. Zakres systemu zarządzania jakością obejmuje, – utrzymywanie wysokiego poziomu tych usług, co między innymi, nadzór nad przestrzeganiem przepisów stwarza szansę na zwiększanie zadowolenia klienta, ustawy Prawo probiercze, nadzór wewnętrzny, prowadze- – uwzględnienie ryzyka i szans związanych z jej kon- nie rejestru znaków imiennych, postępowanie z niezgod- tekstem i celami, nościami i skargami oraz koordynację i nadzór nad dzia- – możliwość wykazania zgodności z wyspecyfikowa- łalnością wydziałów zamiejscowych w zakresie badania nymi wymaganiami SZJ. i oznaczania wyrobów z metali szlachetnych oraz prze- Wymagania dotyczące SZJ wyspecyfikowane w nor- strzegania przez nie wyżej wymienionej ustawy – zgodnie mie stanowią uzupełnienie wymagań, dotyczących z wymaganiami PN-EN ISO 9001:2015.

66 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Probiernictwo

Wydanie: 4 Kontekst organizacji KSIĘGA JAKOŚCI Data wydania: 16.04.2018 Strona 1 z 1

PODLEGA AKTUALIZACJI TAK X NIE Zgodnie z wymaganiami normy powstała konieczność

określenia kontekstu organizacji oraz stron zainteresowanych, jak również ich potrzeb i oczekiwań, ważnych dla systemu zarządzania jakością. Kontekst organizacji jest KSIĘGA nowym pojęciem, stanowi go kombinacja czynników we- JAKOŚCI wnętrznych i zewnętrznych, które mogą wpływać na podej-

ście organizacji do opracowania i osiągania swoich celów. tel: 048-22 620 33 94 fax: 048-22 620 33 94 Instytucja określa czynniki wewnętrzne i zewnętrzne, e-mail: [email protected] www.gum.gov.pl

które mogą mieć pozytywny lub negatywny wpływ na

zdolność do osiągnięcia zamierzonych wyników. Czynniki

Opracował: Zatwierdził: zewnętrzne stanowią warunki prawne, finansowe, tech-

...... nologiczne, ekonomiczne, a także polityczne i społeczne. Jacek Motyka mgr Maria Magdalena Ulaczyk Pełnomocnik Dyrektora Dyrektor Okręgowego Urzędu ds. Jakości Probierczego w Warszawie Czynniki wewnętrzne związane są, między innymi, ze

strukturą organizacyjną, potencjałem ludzkim i technicz- Zatwierdzona przez: Autor: Jacek Motyka

Dyrektora Okręgowego Urzędu Data wydania: 16 kwietnia 2018 r. Probierczego w Warszawie nym oraz zasobem wiedzy. Generują je także wewnętrzne wymagania, odnoszące się do efektów działalności, strategia i zaplanowane do realizacji cele, a wspomaga – sys- właścicielowi oraz zwrócić szczególną uwagę w zarzą- tem informatyczny, stosowane normy i standardy. dzaniu procesem na ryzyka (zdarzenia negatywne) i szanse Wszystkie czynniki powinny być regularnie monito- (pozytywne możliwości). Odnosi się do tego wprowadzo- rowane i przeglądane. Należy także określić strony zain- ny nowy punkt normy 6.1 – „Planowanie” – dotyczące teresowane (interesariuszy), istotne dla systemu zarządza- zagrożeń (ryzyk), oraz wykorzystania możliwości (szans). nia jakością oraz ich wymagania. Za sposób pozyskiwania, gromadzenia i przedstawia- W OUP w Warszawie, na bazie metody PEST, została nia danych o procesie, prowadzenia analizy danych oraz przeprowadzona segmentacja makro i mikro otoczenia wnioskowania o podjęcie działań poprawiających efek- oraz zostały określone istotne czynniki dotyczące urzędu, tywność i skuteczność procesu odpowiedzialny jest jego z określeniem ich wpływu na jego funkcjonowanie. właściciel. Jako punkt wyjścia do zarządzania ryzykiem Określono ww. czynniki wewnętrzne i zewnętrzne. przyjęto wyniki analizy ryzyka prowadzonego w ramach Kontekst organizacji stanowi jeden z załączników do kontroli zarządczej. Punktem odniesienia są także usta- Księgi Jakości, jest on przeglądany i aktualizowany w ra- lenia kontekstu zewnętrznego i wewnętrznego urzędu, mach przeglądu zarządzania oraz w ramach potrzeb, wy- wyniki analizy przebiegu procesów. Analizę ryzyka opar- nikających z bieżących zmian w otoczeniu urzędu. to na wytycznych normy ISO 31000 i kryteriach oceny – w skali trzypunktowej. Kryteria oceny i punktacji po- System zarządzania jakością i jego procesy dawane są w procesowych analizach ryzyka.

W normie podkreślono istotne znaczenie stosowania Interesariusze podejścia procesowego do systemu zarządzania jakością oraz konieczność jego planowania. W OUP w Warszawie Określono strony zainteresowane (interesariuszy opis procesów znajduje się w „Księdze Jakości”. Księga urzędu) oraz ich wymagania, które stanowią załącznik do obejmuje procedury systemowe: nadzór nad udokumen- kontekstu działania. Ich monitorowanie i przegląd odbywa towaną informacją, nadzór nad audytami wewnętrznymi, się podczas przeglądu zarządzania. działania korygujące. Procesy zidentyfikowano w postaci mapy procesów i podzielono na trzy kategorie: zarządza- Przywództwo jące, główne (związane z kompetencją Okręgowego Urzędu Probierczego w Warszawie) oraz pomocnicze. Norma zwiększa odpowiedzialność kierownictwa Wzajemne oddziaływanie procesów zostało uwzględnione i kładzie szczególnie mocny nacisk na przywództwo. na mapie procesów. W zakresie odpowiedzialności kierownictwa dodano, mię- Norma wymaga, aby w procesach uwzględnić wyma- dzy innymi, kwestie dotyczące: odpowiedzialności za gania wejściowe oraz oczekiwane efekty na wyjściu pro- skuteczność systemu zarządzania jakością, komunikowa- cesów. W procesach należało również określić mierzal- nie ważności skutecznego zarządzania, angażowanie, ność, poprzez odniesienie do wskaźników, ponadto przy- promowanie i wspieranie pracowników, przyczyniających pisać jednoznaczną odpowiedzialność za proces się do skutecznego zarządzania, promowanie ciągłego

67 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Probiernictwo

doskonalenia oraz wspieranie innych zarządzających. Aktualizacja polityki jakości odbywa się w ramach Rozszerzeniu uległa formuła przeglądu zarządzania, który przeglądów zarządzania. z obszaru odpowiedzialności kierownictwa został przeniesiony do rozdziału 9 – „Monitorowanie, pomiary, ana- Role, odpowiedzialność i uprawnienia liza i ocena”. Zakres przeglądu zarządzania został posze- w organizacji rzony o dodanie aspektów „strategicznego kierunku organizacji”, rozważenia „znaczących stron zainteresowa- Wymogi normy z 2015 r. w tym punkcie mają szerszy nych” oraz „ocenę ryzyka i możliwości jego wystąpienia” zakres niż te określone w wersji normy z 2008 r. Obecnie na poziomie strategicznym. mają one zastosowanie do wszystkich „funkcji”, jakie Obowiązki i uprawnienia Dyrektora Okręgowego pełni instytucja, a nie jedynie do „tych związanych z sys- Urzędu Probierczego w Warszawie zdefiniowane zostały temem zarządzania”. Kadra kierownicza musi zapewnić, w opisie procesu „Zarządzanie organizacją i planowanie aby obowiązki i uprawnienia, dotyczące odpowiednich realizacji usług”. Zaangażowanie kierownictwa jest wy- ról, zostały zgłoszone, zakomunikowane oraz zrozumiane kazane poprzez: ustanawianie i zatwierdzanie strategii w ramach organizacji. rozwoju i funkcjonowania urzędu, zapewnienie zasobów, Odpowiedzialność i uprawnienia zostały określone spotkań z pracownikami w celu nadzoru nad bieżącymi przede wszystkim w nadanym przez Prezesa GUM działaniami oraz monitoringiem wyników procesowych. Regulaminie Organizacyjnym Okręgowego Urzędu Wymagania prawne są identyfikowane na etapie przygo- Probierczego w Warszawie, ale również przez dokumen- towywania założeń aktów prawnych w zakresie probier- tację systemową: opisy procesów w Księdze Jakości, in- nictwa oraz poprzez bieżący przegląd Dzienników Ustaw strukcje, procedury. Właściciele procesów są odpowie- RP. Wykaz aktów prawnych, związanych z działalnością dzialni za nadzór nad procesami, dokumentowanie wyni- urzędu, przedstawiono w formie załącznika do Księgi ków, definiowanie potrzeb związanych z doskonaleniem. Jakości. Promowanie orientacji na klienta zapewnia Dyrektor OUP w Warszawie oraz właściciele procesów. Za zapewnienie Polityka jakości utrzymania integralności SZJ odpowiada Pełnomocnik Dyrektora ds. Systemu Jakości. Funkcję tę pełni w OUP Polityka jakości została ustanowiona i zawarta Naczelnik Wydziału Nadzoru. w Księdze Jakości. Jest dostosowana do celów i kompetencji OUP w Warszawie, związanych z realizacją usta- Działania odnoszące się do ryzyk i szans wowych zadań. Stanowi gwarancję w stosunku do interesariuszy. Jest dostępna w dokumentacji systemowej, W OUP w Warszawie ryzyka i szanse zostały odnie- zakomunikowana pracownikom, rozwieszana w ogólno- sione do procesów realizacji usług oraz wprowadzone do dostępnych miejscach, rozpowszechniana przez bezpo- SZJ. Jako punkt wyjścia do zarządzania ryzykiem przyjęto średnich przełożonych. wyniki analizy ryzyka prowadzonego w ramach kontroli zarządczej oraz ustalenia kontekstu zewnętrznego i we- wnętrznego urzędu, jak również wyników analizy przebiegu procesów. Analizę ryzyka oparto na wytycznych

POLITYKA JAKOŚCI normy ISO 31 000 i kryteriach oceny w skali trzypunk- POLITYKĄ JAKOŚCI OKRĘGOWEGO URZĘDU PROBIERCZEGO W WARSZAWIE jest zapewnienie wysokiego poziomu merytorycznego i ciągłe doskonalenie działań wchodzących w zakres jego kompetencji oraz podejmowanych w celu spełnienia oczekiwań interesariuszy i wymagań przepisów obowiązującego prawa towej. Analiza ryzyka weryfikowana jest w ramach zmian

INTERESARIUSZ NASZE GWARANCJE:

PRZESTRZEGANIE UNIJNYCH ZASAD PRAWNYCH OBOWIĄZUJĄCYCH W DZIEDZINIE OBROTU systemowych, z uwzględnieniem niezgodności i skarg WYROBAMI Z METALI SZLACHETNYCH ORAZ ZAWARTYCH POROZUMIEŃ MIĘDZYNARODOWYCH UNIA EUROPEJSKA WSPÓŁPRACA Z EUROPEJSKIMI ORGANIZACJAMI PROBIERCZYMI I URZĘDAMI PROBIERCZYMI zewnętrznych, związanych z kompetencją urzędu oraz UCZESTNICTWO W MIĘDZYNARODOWYCH PROGRAMACH BADAWCZYCH I PORÓWNAWCZYCH UTRZYMYWANIE WYSOKICH KOMPETENCJI ORGANU ADMINISTRACJI PAŃSTWOWEJ W

ZAKRESIE ŚWIADCZENIA CZYNNOŚCI PROBIERCZYCH w ramach okresowych ocen. Szanse OUP w Warszawie

PAŃSTWO WYKRYWANIE I ZWALCZANIE DZIAŁAŃ NARUSZAJĄCYCH PRAWO, NARAŻAJĄCYCH NA STRATY BUDŻET PAŃSTWA RZETELNE I EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE FINANSAMI I ZASOBAMI ORAZ PROWADZENIE SPRAWOZDAWCZOŚCI W TYM ZAKRESIE zawarto w analizie ryzyka i szans procesu „Zarządzanie KONSUMENCI SKUTECZNY NADZÓR NAD OBROTEM WYROBAMI Z METALI SZLACHETNYCH, ZAPEWNIAJĄCY BEZPIECZEŃSWTWO KONSUMENTÓW ZAPEWNIENIE WYMAGANYCH ZASOBÓW KOORDYNACJA DZIAŁAŃ, WSPARCIE I NADZÓR organizacją i planowanie realizacji usług”. WYDZIAŁY POMOC MERYTORYCZNĄ W PRZYGOTOWANIUMERYTORYCZNY LABORATORIÓW DO WYMOGÓW NORMY ZAMIEJSCOWE 17 025 ORGANIZOWANIE BADAŃ PORÓWNAWCZYCH, POTWIERDZAJĄCYCH KOMPETENCJE POPRAWA DOSTĘPNOŚCI SIEDZIB, MODERNIZACJA WYPOSAŻENIA TECHNICZNEGO, WYTWÓRCY UTRZYMYWANIE DOKŁADNOŚCI BADAŃ, ZWIĘKSZENIE INNOWACYJNOŚCI W DZIEDZINIE OZNACZANIA I DYSTRYBUTORZY ZACHOWANIE ZASADY POUFNOŚCI ORAZ OCHRONA PRAW WŁASNOŚCI KLIENTÓW WYROBÓW Z METALI URZĘDU SZLACHETNYCH Cele jakościowe i planowanie ich PROFESJONALNA, RZETELNA, TERMINOWA I SYSTEMATYCZNIE DOSKONALONA OBSŁUGA

WSPÓŁPRACA UKIERUNKOWANA NA REALIZACJĘ MISJI ORAZ CELÓW STRATEGICZNYCH GUM GUM I DZIAŁAŃ PRZYPISANYCH OUP SKUTECZNA KOMUNIKACJA osiągnięcia PRZESTRZEGANIE WYMAGAŃ PRAWNYCH W ZAKRESIE ORGANIZOWANYCH ZAKUPÓW DOSTAWCY I DOSTAW USŁUG WYMIERNE, RZETELNE KRYTERIA OCENY DOSTAW I DOSTAWCÓW

PODNOSZENIE KOMPETENCJI I UMIEJĘTNOŚCI PRACOWNIKÓW POPRZEZ PLANOWANE, SPECJALISTYCZNE I WEWNĘTRZNE SZKOLENIA ORAZ MENTORING

SYSTEM WYNAGRODZEŃ I SYSTEM MOTYWACYJNY GWARANTUJĄCY ZAANGAŻOWANIE PRACOWNICY I SATYSFAKCJĘ ZATRUDNIONYCH PRACOWNIKÓW Cele dotyczące jakości muszą być zgodne z polityką PROMOWANIE WIZERUNKU PROFESJONALNEGO, TAKTOWNEGO I KULTURALNEGO URZĘDNIKA ADMINISTRACJI PROBIERCZEJ

jakości, istotne dla zapewnienia wyrobom i usługom zgod-

Maria Magdalena Ulaczyk Dyrektor ności, a także muszą wpływać na zwiększenie zadowole- Okręgowego Urzędu Probierczego w Warszawie nia klienta. Po określeniu celów należy je monitorować,

odpowiednio aktualizować, a także informować o nich

68 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Probiernictwo

pracowników OUP. Cele jakościowe są określane przez okresowe pracowników, które pomagają poprawiać efek- kierownictwo urzędu i zatwierdzone przez Dyrektora tywność pracy i podejmować decyzje kadrowe w sprawie OUP w Warszawie podczas przeglądu zarządzania. awansów oraz ustalać ścieżki kariery pracowników.

Zasoby Świadomość pracowników

Za określenie i zapewnienie zasobów, związanych Świadomość pracowników urzędu dotycząca SZJ pod- z funkcjonowaniem okręgu i wydziałów zamiejscowych, noszona jest przez wewnętrzne szkolenia pracowników odpowiedzialny jest Dyrektor OUP w Warszawie. oraz udział w naradach i spotkaniach, organizowanych Odpowiedzialność za definiowanie potrzeb, związanych przez Dyrektora OUP w Warszawie i kierowników komó- z zasobami na poziomie procesowym, spoczywa na wła- rek organizacyjnych. Szkolenie z polityki i celów jako- ścicielu procesu i dyrektorze. Definiowane potrzeby za- ściowych na dany rok, a także szkolenia wewnętrzne z SZJ kupowe uwzględnia się w planowaniu finansowym. są weryfikowane przez bezpośrednich przełożonych Potrzeby w zakresie zasobów ludzkich wynikają ze struk- i w trakcie audytów. tury organizacyjnej, wymagań systemowych, z uwzględ- nieniem wymagań klienta oraz konieczności zapewnienia Komunikacja możliwości funkcjonowania urzędu i realizacji wymaganych zadań. W OUP w Warszawie komunikacja pomiędzy wy- Przeglądy infrastruktury odbywają się pod kątem wy- działami i stanowiskami ma charakter bezpośredni – od- magań przepisów nadrzędnych, dotyczących stanu zabu- bywa się podczas narad i spotkań z naczelnikami i pra- dowań oraz istniejących tam instalacji, a także stanu po- cownikami OUP. Ze względu na terenową strukturę OUP mieszczeń, w których przyjmowani są klienci. Potrzeby często wykorzystywana jest komunikacja za pośrednic- związane z utrzymaniem infrastruktury są objęte plano- twem poczty elektronicznej oraz telefoniczna. waniem finansowym, ze względu na konieczność zagwa- W ważnych sprawach dyrektor wydaje zarządzenia, rantowania odpowiednich funduszy. Przeglądy infrastruk- decyzje i polecenia służbowe. Potrzeby komunikacji we- tury wykonywane są raz w roku (w ramach przeglądu wnętrznej wynikają z wymogów procesowych i są inicjo- zarządzania) lub w miarę bieżących potrzeb. Nadzorowanie wane przez właścicieli procesów. infrastruktury całego okręgu odbywa się według opisu Jest to obszar, który ma bardzo duży wpływ na pra- procesu „Nadzorowanie infrastruktury”. Zasoby objęte widłowość funkcjonowania instytucji i wymaga stałego rejestrem wyposażenia pomiarowego, z określonymi za- doskonalenia. sadami nadzoru, zapisem wyników wzorcowania (ze- Informacja o usługach świadczonych klientom przez wnętrzne lub wewnętrzne) są dowodem przydatności do OUP w Warszawie jest dostępna na stronie internetowej, użycia – zgodnie z przeznaczeniem. Wagi wykorzysty- w przepisach nadrzędnych dotyczących probiernictwa wane do kontroli probierczej są wzorcowane przez admi- oraz poprzez kontakt telefoniczny, e-mailowy i tablice nistrację miar co 24 miesiące. Wiedza w organizacji do- wywieszane w siedzibie OUP. tyczy sposobu realizacji usług urzędu oraz interpretacji przepisów prawa, które mają zastosowanie w czasie reali- Udokumentowana informacja zacji procesów. Wiedzę tę nabywa się w trybie doskonalenia zawodowego urzędników – samokształcenia, szkoleń Zasady nadzoru nad dokumentacją określa opis pro- wewnętrznych, jak i zewnętrznych. cedury „Nadzór nad udokumentowaną informacją”. Procedura obejmuje: opracowanie, przegląd, zatwierdza- Kompetencje pracowników nie, aktualizację, dystrybucję, dostęp, wyszukiwanie, wy- korzystywanie, zapewnienie czytelności oraz zasady prze- Kompetencje pracowników urzędów administracji chowywania i likwidacji dokumentów. państwowej są określone przepisami nadrzędnymi. Szczegółowe wymagania kwalifikacyjne stawiane zatrud- Planowanie realizacji usług oraz wymogi nianym pracownikom ustala Dyrektor OUP w Warszawie dotyczące produktów i usług w uzgodnieniu z kierownikiem komórki organizacyjnej zatrudniającej pracownika. Zapisy dotyczące wykształ- W procesie planowania ustalana jest procedura postę- cenia, szkoleń, doświadczenia zawodowego oraz posia- powania i określone są zasoby, a także wymagane doku- danych umiejętności czy uprawnień przechowuje się pod menty. Ustalona jest odpowiedzialność za realizację zadań nadzorem pracownika odpowiedzialnego za sprawy ka- oraz cele procesowe związane z planowaną usługą. drowe. W urzędzie cyklicznie przeprowadza się oceny

69 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Probiernictwo

Informacja o usługach świadczonych przez OUP Audyt wewnętrzny w Warszawie jest dostępna w przepisach prawnych, do- tyczących probiernictwa oraz w komunikatach na stronie Audyty są planowane, prowadzone i dokumentowane internetowej. Wiele informacji – w tym wykładnia prawa zgodnie z zasadami określonymi w procedurze „Audyty krajowego i zagranicznego – przekazywanych jest w trak- wewnętrzne”. Harmonogram audytów wewnętrznych na cie bezpośredniego kontaktu klienta z urzędem. Urząd nie rok jest sporządzony przez Naczelnika Wydziału Nadzoru, prowadzi na większą skalę działań marketingowych. zatwierdzony przez Dyrektora OUP w Warszawie. Istotne znaczenie mają informacje zwrotne od klien- tów. Pozyskiwanie informacji umożliwiają badania po- Ciągłe doskonalenie ziomu zadowolenia klienta z usług oraz analiza skarg i wniosków wpływających do urzędu. Należy zaznaczyć, Uzyskane wyniki analiz procesowych, oceny systemu że w ciągu ostatnich kilku lat nie było żadnych skarg na wraz z danymi wyjściowymi przeglądu zarządzania są pracę OUP, co świadczy o wysokim poziomie świadczo- uwzględniane, jako elementy służące ciągłemu doskona- nych usług. leniu systemu. System zarządzania jakością obejmuje swoim zakresem całą działalność administracyjną urzędu Nadzór nad procesami, wyrobami i jest adekwatny do wymagań prawnych. Przydatność i usługami dostarczanymi z zewnątrz przyjętych rozwiązań systemowych potwierdzają wyniki z procesów, wyniki sprawozdawczości kontroli zarząd- Okręgowy Urząd Probierczy w Warszawie określa czej, skuteczne metody zarządzania ryzykiem proceso- wymagania wobec dostawców w zamówieniach, zapyta- wym oraz niski poziom skarg zewnętrznych, związanych niach ofertowych oraz w ogłoszeniach przetargowych. z działalnością urzędu. W rejestrze dostaw określane są kryteria oceny dostawców. Reasumując powyższe można stwierdzić, iż System Szczególne zasady postępowania dotyczą zamówień Zarządzania Jakością, wdrożony do realizacji na dostawę znaczników i iglic probierczych oraz ich ewi- w Okręgowym Urzędzie Probierczym w Warszawie od dencji i zabezpieczenia przed utratą. Zasady postępowania 2005 r. i kontynuowany według zasad określonych w nor- opisane są w specjalnych, wyodrębnionych procesach. mie PN-EN ISO 9001:2015, jest dojrzałym, spełniającym Odbiory dostaw dokonywane są komisyjnie, w formie standardy systemem. Efekty podejmowanych przez kie- protokolarnej. Nadzór nad dostawcami zewnętrznymi rownictwo działań są widoczne i potwierdzane podczas określa proces „Kwalifikacja dostawców i realizacja kolejnych audytów nadzoru. Kierownictwo urzędu do- zakupów”. kładnie i kompleksowo wprowadziło wymagania normy do systemu zarządzania i co roku dostarcza dowodów, Monitorowanie, pomiary, analiza i ocena potwierdzających jego prawidłowe funkcjonowanie oraz nadzór nad niezgodnościami w OUP w Warszawie. Uzyskany od BSI certyfikat infor- muje klientów i pracowników, że w naszym urzędzie są Pomiary skuteczności i efektywności procesów prze- stosowane najlepsze praktyki. prowadza się według ustalonych w tym celu wskaźników procesowych. Poziom zadowolenia klienta badany jest na podstawie wymiernych kryteriów oceny oraz poprzez analizę skarg i wniosków. Przegląd wyników dokonywany jest w ramach przeglądu zarządzania – według wymagań dokumentacji systemowej i wymagań aktów prawnych, zgodnie z wynikami monitorowania, pomiarów i analiz.

Zasady nadzoru nad niezgodnościami oraz uprawnienia do podejmowania decyzji w odniesieniu do niezgod- ności opisane są w procesie „Postępowanie z niezgodno- ściami i skargami”. Stwierdzone niezgodności stanowią punkt wyjścia do podjęcia decyzji o konieczności podjęcia działań korygujących i weryfikacji analizy ryzyka procesowego. W toku działań zapobiegawczych i korygujących zakładane są specjalne karty.

70 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Metrologia wczoraj i dziś

Od metra dawnego do współczesnego From the old to the modern meter

Paweł Fotowicz (Główny Urząd Miar)

W artykule przestawiono historię definicji metra, od jej pierwotnej idei powiązanej z długością wahadła matematycznego do współczesnej, powiązanej z prędkością światła w próżni. Droga ta wiodła poprzez ar- tefakty i zjawiska fizyczne, służące do odtwarzania jednostki miary długości. W obu wypadkach, tej dawnej i współczesnej definicji metra, istotą jest odwołanie się do jednostki czasu, poprzez stałą fizyczną.

The article presents the history of the metre definition, from its original idea related to the length of the mathematical pendulum to the modern one, related to the speed of light in a vacuum. This road led through artifacts and physical phenomena used to realization of the length unit. In both cases, this old and modern metre definition, the essence is to refer to the time unit through a physical constant.

Już w XVII stuleciu zastanawiano się nad przyjęciem dotyczącej wartości przyśpieszenia ziemskiego i jego jednostki miary długości opartej na obiektywnym, stałym zmienności, nie zyskała akceptacji twórcy pierwszej de- i niezmiennym odniesieniu, próbując odejść od jej antro- finicji metra, systemu metrycznego, Pierre’a Simona de pometrycznego sposobu definiowania, opartego na wy- Laplace’a, mino że pierwotnie definicja ta miała być wła- miarach ludzkiego ciała, w postaci łokci, stóp czy sążni, śnie oparta na długości wahadła sekundowego, zapropo- jak to bywało przez wieki. Jedną z takich propozycji, nowanej Zgromadzeniu Narodowemu Francuskiemu przez w postaci metra powszechnego, przedstawił Polak z wy- biskupa Talleyranda w 1790 roku. Laplace oparł definicję boru, a Włoch z urodzenia, Tytus Liwiusz Burattini vel metra na długości południka przechodzącego przez Paryż, Boratyni. Opisał ją w pracy pt. „Miara powszechna”, opu- w postaci dziesięciomilionowej części połowy tej długo- blikowanej w 1675 roku [1]. Miara ta miała być oparta ści, która została przyjęta przez Zgromadzenie w 1791 na długości wahadła matematycznego o okresie drgań roku [2]. 2 s. Podobne projekty zgłaszali również Picard w 1671 Jednakże praktyczne zrealizowanie definicji metra roku i Huyghens w 1673 roku [2]. nie było łatwe, szczególnie w trudnych czasach rewolu- Długość wahadła matematycznego można wyznaczyć cyjnych. Zadania tego podjęli się dwaj francuscy uczeni na podstawie: Jean Baptiste Delambre i Pierre Francois Méchain. 2 Delambre wykonywał pomiary metodą triangulacyjną na  T  l = g   odcinku od Dunkierki do Rodez, a Méchain pomiędzy  2π  Barceloną a Rodez. Niestety Méchain popełnił błąd w po- gdzie: T to okres drgań wahadła, g to przyśpieszenie ziem- miarach szerokości geograficznej punktu startowego skie. Przyjmując wartość przyśpieszenia ziemskiego nor- w centrum Barcelony. Gdy uświadomił to sobie, nie mógł malnego (na poziomie morza na szerokości geograficznej już powtórzyć pomiaru, ze względu na wybuch konfliktu 2 około 45,5°) gn = 9,806 65 m/s , długość takiego wahadła pomiędzy Hiszpanią a Francją. Wraz z Delambre’em po- to l = 0,993 621 m, a więc niecały współczesny metr. stanowił ukryć ten fakt przed komisją metryczną, by nie Długość ta ściśle powiązana jest z wartością przyśpiesze- doprowadzić do unieważnienia przez nią żmudnie wyko- nia ziemskiego, uzależniona od wysokości nad poziomem nywanych obliczeń długości południka przechodzącego morza i związana z szerokością geograficzną. przez Paryż, uzyskanych na podstawie wieloletnich po- miarów triangulacyjnych. W roku 1799 ostatecznie przy- Istotą powyższego rozwiązania było powiązanie jed- jęto długość metra, wyznaczoną na drodze pomiarów nostki długości z jednostką czasu, właśnie poprzez przy- geodezyjnych i na tej podstawie wykonano z platyny jego śpieszenie ziemskie, podobnie jak to się realizuje współ- materialny wzorzec w postaci końcowej (odległość metra cześnie, ale poprzez powiązanie ze stałą fizyczną w postaci wyznaczały końcowe jego powierzchnie). Od tej pory prędkości światła w próżni. Idea ta jednak, ze względu na wzorzec ten definiował samą jednostkę długości systemu problematyczność związaną z brakiem ścisłej wiedzy, metrycznego. Artefakt zdeponowano w Archiwum

71 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Metrologia wczoraj i dziś

Republiki Francuskiej [2]. Błąd Méchain’a skrócił metr 2 · 10-8, a nawet 10-9 [4]. Jednakże lata 60. dwudziestego o dwie dziesiąte milimetra w stosunku do definicyjnej jego wieku przyniosły nowe źródło promieniowania, jakim jest długości i tak już pozostało do dziś. laser. Emisja wymuszona, uzyskiwana w obszarze rezo- Sposób definiowania jednostki długości w oparciu natora tego urządzenia, umożliwia wygenerowanie wy- o artefakt przyjęto również po podpisaniu Konwencji jątkowo wąskiej linii widmowej o szerokości spektralnej, Metrycznej w 1875 roku. Metr wyznaczała odległość po- pozwalającej na odtwarzanie długości z niepewnością między środkowymi kresami wzorca kreskowego, wyko- względną dochodzącą do 10-11, pod warunkiem, że pro- nanego ze stopu platynowo-irydowego. Jednakże dokład- mieniowanie jest stabilizowane, np. przy użyciu par jodu. ność odtwarzania takiej jednostki nie była zbyt wysoka Interferometry laserowe umożliwiały pomiar odległości (niepewność względna 2 · 10-7). Znacznie wyższą odtwa- z dokładnością lepszą od przyjętej definicji metra w opar- rzalność jednostki długości zapewniało zjawisko interfe- ciu o promieniowanie monochromatyczne. Musiało to rencji fali optycznej, pochodzącej z monochromatycznego doprowadzić do kolejnej redefinicji jednostki długości źródła promieniowania. Prace nad tym zjawiskiem i bu- i oparcia jej już nie na zjawisku fizycznym, lecz na stałej dową przyrządu do jego realizacji prowadził Albert fizycznej. Wybór padł na prędkość światła, jako niezmien- Abraham Michelson, noblista z Kujaw. Ściśle współpra- ną wartość w próżni. Dlatego definicja metra przyjęta cując z Międzynarodowym Biurem Miar już pod koniec w roku 1983 odwoływała się do umownie ustalonej jej XIX wieku zaproponował zdefiniowanie metra w oparciu wartości prawdziwej. Dzięki przyjęciu tej definicji moż- o wielokrotność długości fali światła. liwe jest wyznaczanie długości fali światła w oparciu Michelson, urodzony w Strzelnie koło Bydgoszczy, o wzór: kształcił się w USA, a całe swoje naukowe życie poświecił λ · f = c badaniu prędkości światła. W 1887 roku, wraz z Morleyem wykonał eksperyment dowodzący, że światło rozchodzi gdzie λ to długość światła, f – jego częstotliwość, się ze stałą prędkością niezależnie od kierunku i szybkości a c = 299 792 458 m/s to umownie przyjęta wartość praw- jego źródła. Wynik tego eksperymentu posłużył Albertowi dziwa prędkości światła w próżni. Dzięki takiemu podej- Einsteinowi do sformułowania podstawowego postulatu ściu możliwe jest zwiększenie dokładności odtwarzania szczególnej teorii względności, mówiącej o stałości pręd- jednostki miary długości, poprzez pomiar częstotliwości kości światła w próżni. Dzięki temu prędkość tę można i fakt, że sama stała fizyczna, którą uznano za prawdziwą, traktować jak stałą fizyczną. Michelson współpracował jest wartością dokładną i nie powiększa niepewności jej blisko z Międzynarodowym Biurem Miar i w latach 1892 wyznaczenia. i 1893 przeprowadzał porównania międzynarodowego wzorca długości z długością fali światła kadmu, na zbu- W roku 2005 Komitet Noblowski przyznał nagrodę dowanym przez siebie układzie pomiarowym zwanym J. Hallowi i T. Hänschowi, za opracowanie „techniki grze- interferometrem. Urządzenie przetransponowano ze bienia częstotliwości optycznych” (the optical frequency Stanów Zjednoczonych do Paryża, gdzie Michelson wy- comb technique). Technika ta umożliwia wygenerowanie konywał pomiary. Ustalił on długość międzynarodowego wielu określonych, stabilnych częstotliwości odniesienia wzorca metra, jako wielokrotność 1 553 164 długości linii (w postaci grzebienia linii widma promieniowania o sze- czerwonej kadmu [3]. Badania te zostały uhonorowane rokim zakresie optycznym), które można wykorzystać do w 1907 roku przez Komitet Noblowski nagrodą za „pre- wzorcowania laserów stosowanych w układach interfero- cyzyjne przyrządy optyczne i pomiary metrologiczne prze- metrów do odtwarzania jednostki długości. Był to kolejny prowadzone przy ich użyciu”. Było to wyróżnienie za krok ku zaawansowanej technologicznie realizacji dokonania w dziedzinie metrologii, dotyczące nowego definicji jednostki długości, po prawie stuleciu od przy- sposobu definiowania jednostki miary, opartego na zja- znania tego prestiżowego wyróżnienia za dokonania wisku fizycznym, a nie na artefakcie. Michelsona. W praktyce idea powyższa została zrealizowana do- Należy też dodać, że zespół Johna Halla już w latach piero w drugiej połowie XX wieku, gdy ostatecznie po- 70. ubiegłego wieku dokonał pomiaru prędkości światła rzucono sposób definiowania długości w oparciu o artefakt z niezwykłą precyzją dochodzącą do 1 m/s, co utorowało na rzecz definicji opartej o zjawisko fizyczne. Definicję drogę do przyjęcia nowej definicji przez Międzynarodowy metra oparto na wielokrotności długości określonej fali Komitet Miar w 1983 roku. Pomiary te wykonano poprzez kryptonu, gdyż linia kadmu zawierała kilka blisko siebie niezależne wyznaczenie długości światła lasera stabili- znajdujących się częstotliwości promieniowania. Przyjęto zowanego i jego częstotliwości, odnosząc ją do częstotli- ją wraz z wdrożeniem międzynarodowego układu jedno- wości wzorcowej zegara atomowego [5]. stek miar SI w 1960 roku. Dzięki temu można było od- Zgodnie z decyzją Międzynarodowego Komitetu twarzać jednostkę długości z niepewnością względną Miar, w 2019 roku nastąpi redefinicja podstawowych

72 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Metrologia wczoraj i dziś

jednostek miar układu SI. Metr ponownie otrzyma nową nawiązuje do pierwotnej idei „miary powszechnej” rów- formułę definicyjną w proponowanym brzmieniu [6]: nież opartej na jednostce czasu i stałej fizycznej w postaci przyśpieszenia ziemskiego, której realizacją miało być wahadło matematyczne. Współcześnie jest nim technika metr, oznaczenie m, jest to jednostka SI długości. z wykorzystaniem grzebienia częstotliwości optycznych, Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej a stałą fizyczną reprezentuje prędkość światła w próżni. wartości liczbowej prędkości światła w próżni c, wy- Można zatem stwierdzić, że w pewnym sensie historia noszącej 299 792 458, wyrażonej w jednostce m s-1, definicji metra kołem się toczy. przy czym sekunda zdefiniowana jest za pomocą częstotliwości cezowej Δv . Cs Literatura

Definicję tę można przedstawić w postaci wyrażenia [1] Leschiutta S., Leschiutta M., Tytus Liwiusz Burattini za- [6]: pomniany metrolog z XVII wieku. Normalizacja 8-9 (1982), s. 52-62.  cc 9192 631770 c 1 ms=  =≈30,663 3319 [2] Kowalczewska Z., Historja systemu metrycznego, Przegląd   299 792 458 299 792 458 ∆nCs ∆nCs Techniczny nr 13 i 14 (1921) s. 85-89. [3] Szudy J., Wpływ Alberta Abrahama Michelsona na rozwój fizyki i astronomii. Studia i materiały pod red. D. Kurzawy, gdzie ΔvCs = 9 192 631 770 Hz to częstotliwość promieniowania przejścia kwantowego między dwoma nadsubtel- Strzelno 2007, s. 23-33. nymi poziomami atomu cezu 133 w stanie podstawowym. [4] Obalski J., Zasady międzynarodowego układu jednostek miar SI, WNT Warszawa 1970. Wartość tej częstotliwości definiuje jednostkę miary czasu [5] Phillips J., JILA: The First 50 Years, 2012. SI, sekundę [6]. [6] Draft of the ninth SI Brochure, 5 December 2018.

Przedstawiona definicja metra oparta jest na nie- zmiennej stałej fizycznej i jednocześnie powiązana z pod- stawową jednostką czasu, sekundą. W pewnym sensie

73 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Metrologia wczoraj i dziś

Przyszłość w metrologii kwantowej The future in quantum metrology

Kontynuujemy prezentację wzorców wielkości elektrycznych, utrzymywanych w Laboratorium Elektryczności i Magnetyzmu GUM. Po rezystancji przyszedł czas na wzorzec napięcia elektrycznego stałego.

The Bulletin “Metrology and Hallmarking” continues to present national measurement standards of elec- trical quantities, maintained in the Laboratory of Electricity and Magnetism Laboratory. This time we are talking about National DC voltage standard.

Adam Żeberkiewicz (redaktor działu „Metrologia wczoraj i dziś” Biuletynu GUM): – Czy możemy powiedzieć, że dziedzina, którą Pani się zajmuje, pojawiła się wraz z wynalezieniem elektryczności?

Edyta Dudek (Kierownik Pracowni Wzorców Wielkości Elektrycznych) – Nie. Rozmawiać będziemy o kwantowym wzorcu napięcia elektrycznego stałego. Wykorzystuje on zjawisko tunelowania, które zostało od- kryte przez Briana Josephsona (Nagroda Nobla z fizyki w 1973 roku) w 1962 roku, a potwierdzone doświadczalnie w 1963. Jeżeli założymy, że badanie zjawisk elektrycznych rozpoczęło się od odkrycia w 1785 roku przez samo zjawisko, układ sterowania jest podobny, pozwalają Charlesa Augustine’a Coulomba, a w 1800 roku przez odtworzyć jednostkę napięcia elektrycznego z taką samą Alessandro Voltę pierwszej baterii elektrycznej, to można niepewnością, są najlepszą realizacją tej jednostki na stwierdzić, że będziemy rozmawiać o dość „młodym” świecie. wzorcu. Jeśli chodzi o wielkości jednostek elektrycznych, to pod względem konstrukcji są jednymi z bardziej skom- – Ale zanim doszliśmy do wzorca kwantowego, plikowanych, ale przy tym również ważniejszych jedno- napięcie elektryczne stałe było realizowane w inny stek miar na świecie. Te związane z elektrycznością sta- sposób. nowią bowiem odniesienie dla pomiarów wszystkich dziedzin. Metrologia kwantowa jest młodą, ale bardzo Wzorzec, o którym mówiliśmy, został zakupiony dynamicznie rozwijającą się poddziedziną. Kiedy nasi w 1997 roku, opiera się on na efekcie kwantowym odkry- profesorowie – wykładowcy kończyli studia, nie była jesz- tym teoretycznie w 1962 roku, a potwierdzonym doświad- cze znana. Odkrycia noblistów w tej dziedzinie fizyki: czalnie rok później – w 1963 roku. Co było wcześniej? Josephsona i von Klitzinga miały miejsce w latach 60 i 80 W GUM, w specjalnych warunkach przechowywaliśmy XX wieku. Tak naprawdę o metrologii kwantowej mło- ogniwa Westona. Były to ogniwa galwaniczne, w których dzież będzie się uczyć dopiero za parę lat. elektrodę dodatnią stanowiła rtęć, ujemną amalgamat ka- Jeśli chodzi o nasz wzorzec napięcia elektrycznego dmu, a elektrolitem był nasycony wodny roztwór siarczanu stałego, to jest to wzorzec o najlepszych parametrach me- kadmu. Pozwalały nam one zrealizować bardzo dokładnie trologicznych, nie tylko w kraju, ale również na świecie. jedną wartości napięcia – 1,018 V. Odtworzyć z dużą do- W innych krajowych instytutach metrologicznych wystę- kładnością, pod warunkiem, że ogniwa przechowywane pują wzorce skonstruowane w ten sam sposób. Różnią się były w odpowiednich warunkach. Chodziło głównie co najwyżej szczegółami, pojedynczymi elementami, o brak jakichkolwiek wstrząsów i stałą temperaturę. Były w zależności od tego, w jakich latach powstawały i kiedy one więc przechowywane w termostatach olejowych. były modernizowane. Wszystkie wykorzystują jednak to Taki wzorzec tworzyła grupa 12 ogniw, połączonych,

74 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Metrologia wczoraj i dziś

sprawdzanych i porównywanych ze sobą, a także wzor- – Takie porównania odbywały się zanim wzorzec cowanych okresowo w BIPM. Wiązało się to z wieloma został ustanowiony. Otóż, po jego uruchomieniu chodziło trudnościami, bo przewiezienie takiego ogniwa do BIPM o wykonanie takiego porównania międzynarodowego, istotnie zmieniało jego parametry. Ale przede wszystkim żebyśmy mogli potwierdzić, że parametry, które deklaruje wartość 1,018 V, przy rosnących wymaganiach przemysłu, producent układu, są osiągalne w naszych warunkach stała się kompletnie niefunkcjonalna. Wszystkie multi- laboratoryjnych i jednocześnie, że my – jako pracownicy metry, zwłaszcza te najdokładniejsze, wymagały do kali- techniczni – jesteśmy w stanie wykorzystać naszą wiedzę bracji wartości 10 V. Wreszcie konieczne stało się, zarów- do sprawnego poruszania się w systemie, zgodnie z me- no z uwagi na wymagania europejskich komitetów tech- trologicznymi zaleceniami. Chodziło więc o potwierdze- nicznych, jak i wobec oczekiwań naszych klientów, żeby nie kompetencji technicznych nie tylko samego układu, mieć wzorzec, który będzie najlepszą realizacją jednostki ale również zespołu, który będzie się tym zajmował. na świecie. Nie wiem dokładnie, kiedy zostały podjęte Pozytywny wynik takiego porównania był warunkiem pierwsze działania w tym kierunku. Pierwszy wzorzec niezbędnym do uzyskania przez nasz wzorzec statusu został zakupiony w 1997 roku, czyli wtedy, kiedy zaczę- wzorca państwowego. Dalej poszło szybko. W 1997 roku łam tutaj pracę. W tym samym czasie pracownicy labora- nastąpił zakup, w 1998 roku wzorzec ruszył, a w 2003 torium zaczynali jeździć do innych europejskich NMI, roku był już wzorcem państwowym. Okresowo oczywi- w których takie wzorce były już wykorzystywane, żeby ście uczestniczymy także w porównaniach kluczowych. zdobyć doświadczenie i dowiedzieć się, jakie warunki są Mogą być dwa rodzaje takich porównań: bezpośrednie wymagane do uruchomienia wzorca i stworzenia labora- i pośrednie. O pierwszych mówimy wtedy, kiedy przyjeż- torium na najwyższym poziomie. Potem trzeba było o te dża do nas złącze, będące sercem całego układu i wmon- warunki powalczyć. Chodziło między innymi o likwidację towuje się je do naszego systemu. Takie serce jest własno- okien. Pomimo, że jest to budynek zabytkowy, udało się ścią organizatora porównania. Porównanie jest bardzo je zamurować. Oprócz tego, pomieszczenie zostało wy- kosztowne, ponieważ trzeba wyjąć sondę, zużyć znaczną posażone w tzw. pływającą podłogę, wszystko zostało ilość ciekłego helu, poza tym istnieje pewne ryzyko uszko- ekranowane. Znajdujemy się przecież w centrum dzenia falowodu. Warszawy, więc o drgania czy wpływ urządzeń elektro- Prostszym, szybszym i pozwalającym na uzyskanie nicznych jest nietrudno. Remont kapitalny trwał dłuższy oczekiwanych efektów jest porównanie pośrednie, czyli czas. Musieliśmy jednak zapewnić odpowiednie warunki, nie zmienianie niczego w systemie. Wówczas tylko za żeby wzorzec mógł dobrze funkcjonować. Udało się, cho- pomocą układu badamy wzorzec odniesienia, biorący ciaż np. nasza klimatyzacja jest jedną z najstarszych udział w porównaniu. w urzędzie – pochodzi z 1997 roku. Wtedy była dość wy- W porównaniach bierze udział często wielu uczest- jątkowa i spełniała nasze wymagania – zapewniała bo- ników, nawet do 20. U każdego z nich wzorzec musi przez wiem stabilizację na poziomie 0,1 stopnia Celsjusza. jakiś czas przebywać, zanim się zaaklimatyzuje. Ale elementy, które tworzyły ten system zużyły się, trudno Porównania, które służą do określenia wyników, trwają było o zamienniki i z czasem instalacja stała się wadliwa, od dwóch tygodni do miesiąca. Do tego dodać należy czas a problem z jej modernizacją coraz większy. W zasadzie podróży. Zatem taki ciąg porównań może trwać latami. właśnie klimatyzacja jest w tej chwili naszym jedynym Gdybyśmy się chcieli porównywać, powinniśmy to robić problemem. Nie ma negatywnego wpływu drgań, czy zawsze wtedy, kiedy dochodzi nowy element. Chodzi o po- innych tego typu czynników środowiskowych. twierdzenie, że nie pogorszył on naszych parametrów. Podobnie jest w przypadku nowego pracownika, musimy – Na co powinniśmy zwrócić uwagę, jeśli chodzi wykazać, że i on może się tym zajmować i wykonywać o sam wzorzec? pomiary.

– Aktualnie jest to wzorzec państwowy, co ma zna- – Czy często się te nowe elementy pojawiają? czenie nie tylko prestiżowe, ale również wpływa na znaczne obniżenie kosztów wzorcowania przyrządów w BIPM, – Aktualnie można powiedzieć, że temat został już gdzie jest dokładnie takie samo stanowisko. Po prostu wyczerpany, ponieważ nasz wzorzec nie może być już uniezależniliśmy się, jesteśmy w posiadaniu wzorca, który dokładniejszy. Nie wydaje mi się, żebyśmy mogli jakikol- pozwala nam osiągnąć takie same możliwości wiek element we wzorcu DC (napięcia stałego) pomiarowe. udoskonalić.

– A co z porównaniami międzynarodowymi? – A gdyby zmieniła się teoria, np. nastąpiło jakieś odkrycie?

75 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Metrologia wczoraj i dziś

– Nie sądzę, żeby mogło się tu coś zmienić. Prace – Stosowane u nas źródła napięcia są powszechnie badawcze idą w kierunku kwantowego wzorca AC. używane nie tylko w laboratoriach akredytowanych, ale W kwestii poprawy technologii wzorzec DC wyczerpał również są wykorzystywane przez metrologów resortu już swoje możliwości. Oczywiście jest on nadal odniesie- Obrony Narodowej. Wcześniej wzorcowane były w bazie niem dla wzorców jednostki napięcia elektrycznego we NATO w Niemczech. Wszystkie laboratoria na wysokim wszystkich laboratoriach, zarówno w GUM, jak i w innych poziomie, które wykonują pomiary napięcia elektryczne- laboratoriach krajowych. Wykonywane są również po- go, powinny być wyposażone w tego typu wzorzec. równania dla klientów z zagranicy, przeważnie dla tych z Litwy, Łotwy i Estonii. – Czy przy wzorcu są potrzebne jakieś prace Muszę w tym miejscu zaznaczyć, że istnieje ogromna konserwacyjne? potrzeba pomiarów napięć przemiennych z największą dokładnością. Od lat staramy się o kwantowy wzorzec AC – Tak. Najważniejsza jest prawidłowa praca złącza. i myślę, że w ciągu 2-3 lat taki wzorzec uda się uzyskać. Wytrzymałość materiałowa złącza jest określona na ok. 10 lat. Obawiam się, że wielkimi krokami zbliżamy się – Proszę wyjaśnić, jak często na stanowisku do momentu, kiedy będziemy musieli je wymienić. Mija wzorca państwowego napięcia stałego wykonywane są właśnie 10 lat, kiedy ostatnio wymienialiśmy ten element. pomiary? To dość kosztowne zadanie. Zwykle nie da się takiej inwestycji zaplanować w planie rocznym, bo nie wiemy, – W ciągu roku wykonujemy pomiary przez ok. kiedy złącze się zepsuje – za 8 czy za 12 lat? dziesięć miesięcy. Jedno naczynie dewara o pojemności 100 litrów, w którym znajduje się ciekły hel, a które kosz- – I komponentów nie można nabyć w Polsce? tuje ok. 4 tysięcy złotych, wystarcza nam na maksymalnie 6 tygodni pracy. Już po pięciu tygodniach widzimy, że – Rzeczywiście, na razie nie jest to możliwe. W mo- złącze pracuje inaczej, pojawia się pewien dyskomfort, mencie, gdy wymieniamy złącze, to wyłączamy układ, więc kończymy pomiary. Nie może dojść do sytuacji, że a kiedy zanurzamy złącze – włączamy układ. Po każdym hel zupełnie się zużyje, zostaje wtedy zbyt dużo wilgoci, uruchomieniu, a przed każdym wzorcowaniem, konieczne gaz skropli się, zamarznie i może spowodować uszkodze- jest sprawdzenie systemu i każdego elementu krok po nie. Dlatego po zakończeniu pracy musimy ogrzać złącze kroku. Oczywiście z uwagi na to, że jest to wzorzec pań- do temperatury pokojowej, a przede wszystkim dokładnie stwowy, musimy odnotować takie wydarzenie. Zresztą, osuszyć, jest to przecież bardzo precyzyjny układ elek- jeżeli coś pójdzie nie tak, jak trzeba, to wykonanie pomia- troniczny, który tworzy 15 tysięcy złącz. Jedno złącze ru w ogóle nie będzie możliwe. System wskaże, który pozwala wygenerować napięcie 1 miliwolta, które jest element nie działa tak, jak powinien. Bywa, że trzeba zbyt małe. My potrzebujemy 10 woltów. W związku z tym wyczyścić styki, zbierają się tam osady i nie ma takiego wykorzystywanych jest 15 tysięcy złącz, podłączonych przepływu, jakiego oczekujemy. Czasem mamy problemy szeregowo na płytce. Jeżeli cokolwiek zostanie uszkodzo- z sygnałem czasu i częstotliwości. System jest coraz star- ne – choćby jedno z nich, np. kropelką wilgoci – to wtedy szy, elementy się zużywają, więc coraz częściej mogą się cały system nie działa. Tak więc jest to praca, która wy- pojawiać problematyczne sytuacje. Główną czynnością maga zarówno doświadczenia, jak i odpowiedniego logistyczną po naszej stronie jest zabezpieczenie ciekłego skupienia. helu, a co za tym idzie środków na ten cel.

– Jak długo trwa taki pomiar? – Proszę powiedzieć coś o znaczeniu wzorca, również w kontekście pomiarów w innych pracowniach – Jedno źródło o dwóch wartościach znamiono- Laboratorium Elektryczności GUM. wych mierzone jest od 10 do 14 dni. – Wzorzec stanowi odniesienie dla wszystkich po- – To dosyć długo. miarów elektrycznych wykonywanych w kraju. Gdyby tego wzorca nie było, wszystkie pomiary musiałyby być – Tak, ale jest to bardzo dokładny pomiar, który odnoszone do wzorca, który znajduje się w BIPM. wykonywany jest w dość specyficznych warunkach. Oczywiście koszty utrzymania wzorca są znaczne, ale jeszcze większe byłyby koszty transportu i ubezpieczenia – Laboratoria z jakich branż wzorcują u nas swo- wzorca na czas podróży do Paryża. To wpłynęłoby także je przyrządy? na podniesienie kosztów działalności prowadzonej przez naszych klientów, wywodzących się z przemysłu

76 gum.gov.pl Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 Metrologia wczoraj i dziś

i laboratoriów akredytowanych, które nie mając naszego stanowiła praca naszych metrologów. Czyli można powie- wzorca, musiałyby szukać zapewnienia spójności pomia- dzieć, że przez trzy lata trwania projektu, oprócz codzien- rowej czy odniesienia w innych krajach. nych obowiązków, mieliśmy dodatkowe zadania. Oprócz wzorców państwowych mamy wciąż ogniwa Jeśli chodzi o projekty międzynarodowe, to właśnie za- Westona, które nadal są wykorzystywane w niektórych kończył się projekt EMPIR, dotyczący wzorca napięcia laboratoriach. Istnieje potrzeba ich okresowego sprawdza- przemiennego. Dzięki projektowi uzyskaliśmy wiedzę, nia, dla zapewnienia spójności. Planujemy tez prace ba- jakie inwestycje będą potrzebne. Jeśli otrzymamy zgodę dawczo-rozwojowe, dzięki którym moglibyśmy coś Kierownictwa, to jesteśmy w stanie w ciągu 2–3 lat stwo- poprawić. rzyć kompletnie nowy wzorzec. Staramy się więc znaleźć powiązanie naszych badań – Powiedzmy coś o tych pracach… z projektami europejskimi, a jednocześnie uzyskać duże zainteresowanie uczelni krajowych. Udział GUM w ja- W Pracowni Wzorców Wielkości Elektrycznych, kimkolwiek projekcie zwiększa szansę uzyskania wspar- w której pracuje 5 osób, zrealizowaliśmy dwa projekty cia ze środków NCBiR. Taki projekt jest dobrze odbierany, badawczo rozwojowe finansowane przez NCBiR. Jeden najczęściej ma silne powiązanie z potrzebami polskiego z ostatnich dotyczył transferów Hamona, realizowaliśmy przemysłu i gospodarki. Przeważnie efektem jest stwo- go we współpracy z Politechniką Wrocławską. Udział rzenie stanowiska, które pozwala na przeprowadzanie GUM polegał na wykonaniu przez pracowników całego nowych badań, bez dodatkowych nakładów finansowych. systemu przekazania jednostki, ze zjawiska kwantowego, Oczywiście jest to dla nas pracochłonne, ale też satysfak- a efektem tych prac było uzyskanie dla GUM nowego cjonujące. Zawsze czegoś się uczymy. stanowiska. Czyli w tej chwili możemy w naszym laboratorium wykonać te same prace, które wykonuje NIST. – Dziękuję za rozmowę. Główny Urząd Miar, uczestniczył w tym projekcie jako członek konsorcjum, deklarował wkład własny, który

77 Metrologia i Probiernictwo – Biuletyn Głównego Urzędu Miar ♦ 1(22)/2019 gum.gov.pl Randka z metrolożką (czyli rozmowa między dwoma mężczyznami)

Spotyka się dwóch przyjaciół i ‒ jak to mężczyźni ‒ rozmawiają o kobietach. Jeden odzywa się do drugiego:

– Cześć, stary! Jak minął weekend? – Miałem randkę z metrolożką. – Z kim??? – No przecież mówię, że z metrolożką. – A kto to taki? Aa… już się domyślam, to taka pogodynka, czyli pani od prognozowania pogody. One wszystkie są ładne, zgrabne i bardzo miłe, szczególnie gdy zapowiadają… wyże, więc opowiadaj, jak Ci z nią było? Pewnie pogodnie? ‒ Wiesz, niezupełnie, bo najpierw chciała sprawdzić mój intelekt i zapytała, jaki jest rozkład Gaussa-Laplace’a? – No i co odpowiedziałeś? – Że chyba nie jest normalny… – Ten, kto zadaje takie pytania? – Tego jej nie powiedziałem. – I co było dalej? – Stwierdziła, że jestem ignorant, bo właśnie rozkład Gaussa-Laplace’a jest normalny. – Słuchaj, o tym Gaussie to coś słyszałem, ale od czego jest ten… Laplace? – Powiedziała, że od… metra. – He, he, a może od… kilograma. – Nie, powiedziała, że od kilograma to jest Lavoisier. – A ja słyszałem, że od kilograma jest wzorzec w Sèvres pod Paryżem. – Ja też tak myślałem, ale powiedziała, że teraz od kilograma jest już stała Plancka. – Co, stara Blanka, to chyba jakaś dziewczyna? – Nie Blanka, tylko stała Plancka, a gdy się zdziwiłem ‒ powiedziała, że Planck to był fizyk, co wymyślił kwanty i że był przyjacielem Einsteina, który nazwał te kwanty fotonami. A te fotony to się rozchodzą z prędkością światła w próżni, która to prędkość odnosi się do… metra. ‒ A ja myślałem, że metrem jest również wzorzec materialny w Sèvres pod Paryżem. ‒ Ja też tak myślałem, bo niektórzy mówią – być doskonałym jak wzorzec metra z Sèvres. A on wcale nie jest doskonały – powiedziała – i dlatego leży zamknięty w archiwum już od prawie sześćdziesięciu lat. – To co jest teraz wzorcem metra? – Powiedziała, że zęby grzebienia. – Co takiego? Czy ona zwariowała? Przecież grzebień służy do czesania. – Zęby grzebienia – powiedziała – to bardzo regularne i wąskie linie widmowe o częstotliwo- ściach optycznych, wytwarzane przez ultraszybki laser stabilizowany, uruchomiony po raz pierwszy na uniwersytecie Kolorado w 1999 roku, po 110 latach od ustanowienia wzorca materialnego metra, od którego jest milion razy dokładniejszy – i za który John Hall i Theodor Hänsch w 2005 roku otrzymali nagrodę Nobla. – A skąd ona to wszystko wie? – Bo pracuje w Głównym Urzędzie Miar! KALENDARIUM NADCHODZĄCYCH WYDARZEŃ 2019 Maj 10 Poznań – Obchody regionalne 100-lecia GUM w Poznaniu. 11 Warszawa, Stadion Narodowy – 23. Piknik Naukowy Polskiego Radia. Kołobrzeg – XXV Sympozjum Klubu Pollab pt. „Implementacja wymagań normy 13–15 PN-EN ISO/IEC 17025:2018-02 procesem doskonalenia działalności laboratorium”. 20 Warszawa, GUM – Światowy Dzień Metrologii i Piknik z okazji 100-lecia GUM. 21–24 Boras – 13. Zgromadzenie Ogólne EURAMET z udziałem Prezesa GUM. 24 Gdańsk – Obchody regionalne 100-lecia GUM w Gdańsku. 26–29 Janów Podlaski – XVIII Międzynarodowa Konferencja Zwalczania Hałasu Noise Control 2019. Koszyce – Posiedzenie GV4 – państw Grupy Wyszehradzkiej z udziałem dyrektorów OUP 27–29 w Warszawie i Krakowie. 31 Katowice – Obchody regionalne 100-lecia GUM w Katowicach. Czerwiec 7 Łódź – Obchody regionalne 100-lecia GUM w Łodzi. 9–12 Augustów – VIII Kongres Metrologii. 12–15 Gliwice – Kongres Fizyki Medycznej. Białystok – Obchody regionalne 100-lecia GUM w Białymstoku (organizatorzy: OUM Warszawa 14 i OUM Białystok). Lipiec 1–4 Warszawa, GUM – EMPIR Partner Meeting.

Biuletyn Głównego Urzędu Miar „Metrologia i Probiernictwo” przed- The bulletin of the Central Office of Measures “Metrology and stawia w możliwie obszerny sposób działalność polskiej administracji Hallmarking” presents as broadly as possible the activity of the Polish miar, jak również administracji probierczej. Dzięki temu czytelnicy mają administration of measures and hallmarking administration as well. Thanks okazję poznać dorobek laboratoriów pomiarowych, a także dowiedzieć to this fact the readers have the opportunity to familiarize themselves się więcej o zadaniach realizowanych przez terenową administrację with the output of the measurement laboratories and learn more about miar. W Biuletynie prezentowane są zagadnienia związane z techniką tasks fulfilled by the local administration of measures. In the bulletin i pomiarami, prawną kontrolą metrologiczną czy współpracą w zakresie there are presented issues connected with technology, measurements, międzynarodowych programów naukowo-badawczych. Swoje miej- legal metrological control and cooperation in the field of the international sce w publikacji znajduje również przegląd najważniejszych wydarzeń research and development programs as well. In the publication there is w świecie metrologii. also place for review of the important events in the world of metrology. Staramy się być blisko wszystkiego, co ważne w metrologii. Przeka- We try to be close to everything what is important for metrology. zujemy treści interesujące zarówno dla profesjonalistów, jak też i dla We transfer contents interesting for both professionals and persons who osób nie zajmujących się metrologią. Stąd też w Biuletynie pojawiają się deal not with metrology. Hence in the bulletin there appear papers on artykuły na temat aktualnych zagadnień technicznych w metrologii, omó- current technology issues in metrology, legislation reviews, interviews and wienia aktów prawnych, ale także wywiady i artykuły popularyzatorsko- contributions with promoting and historical contents. The contributions -historyczne. Artykuły zostały poprzedzone krótkimi opisami zawartości are introduced by abstracts in English. w języku angielskim. The bulletin is open for everybody who wants to rise an interesting Łamy pisma są otwarte dla wszystkich, którzy chcieliby poruszyć cieka- metrology issue or to share with the knowledge in some specific area. wy temat metrologiczny czy podzielić się wiedzą z jakiejś konkretnej spe- We would like to encourage you to participate in the edition of the cjalizacji. Zachęcamy Państwa do współredagowania pisma i przysyłania bulletin and to send us your proposals. swoich propozycji. We would like to invite you to make contact with the redaction: Zapraszamy do kontaktu z redakcją: [email protected]. [email protected].