Способы проведения испытаний
В настоящие время в лабораторных и стендовых испытаниях применяют следующие способы проведения испытаний:
- последовательный;
- параллельный;
- последовательно-параллельный;
- комбинированный.
При последовательном способе проведения испытаний один и тот же объект испытаний последовательно подвергается всем предусмотренным программой видам испытаний. Исключение составляют испытания при воздействии большинства химических и биологических ВВФ. Эти испытания проводят на различных выработках. Важнейшим условием проведения последовательных испытаний является соблюдение определенного порядка воздействия внешних факторов. Для скорейшего выявления потенциально ненадежных образцов и, следовательно, сокращения времени испытаний предусматривают такую последовательность ВВФ, при которой вначале действуют наиболее сильно влияющие на данный объект ВФ. Однако при этом теряется большая часть информации о влиянии других факторов, которая могла быть получена при их воздействии. Поэтому чаще на практике рекомендуется начинать испытания с воздействия на ЭС наименее жестких внешних факторов. Но при этом значительно увеличивается время проведения испытаний. Как видно, последовательность проведения испытаний ЭС играет важную роль. Поэтому для каждого вида ЭС устанавливается своя последовательность, которая указывается в ТУ или программе испытаний.
Характерной особенностью последовательного способа проведения испытаний является наличие эффекта накопления деградационных изменений в физической структуре объекта испытаний по мере перехода от одного внешнего ВФ к другому, в результате чего каждое воздействие предыдущего фактора оказывает влияние на результат испытаний при воздействии последующего, что, в свою очередь, усложняет интерпретацию результатов испытаний.
При параллельном способе проведения испытаний образец подвергается одновременному воздействию различных ВФ одновременно (параллельно) на нескольких выборках. Такой способ позволяет получить больший объем информации за более короткий промежуток времени, чем последовательный способ. Однако параллельный способ требует значительно большего числа испытываемых изделий, чем последовательный.
Последовательно-параллельный способ является компромиссным между последовательным и параллельным. Он позволяет в каждом конкретном случае более эффективно использовать преимущества того или иного способа. При последовательно-параллельном способе все изделия, отобранные для испытаний, разбиваются на несколько групп, которые испытываются параллельно. В каждой из групп испытания проводят последовательно. В данном случае все испытания должны быть разбиты на группы, число которых равно числу испытуемых групп. По своему составу группы испытаний должны формироваться так, чтобы, с одной стороны, продолжительность испытаний во всех группах была примерно одинаковой, а с другой, чтобы условия проведения объединенных в группу видов испытаний были близки к реальным.
Рассмотрим пример группирования различных видов испытаний при последовательно-параллельном способе их проведения.
| Группа | Вид испытаний |
| 1. Виброустойчивость 2. Вибропрочность при длительном воздействии 3. Ударная прочность 4. Ударная устойчивость 5. Устойчивость к воздействию центробежного ускорения 6. Воздействие одиночных ударов с большим ускорением 7. Циклическое воздействие температуры 8. Высотность 9. Воздействие солнечной радиации 10. Воздействие пыли (пылеустойчивость и пылезащищенность) | |
| 1. Теплоустойчивость при длительном воздействии 2. Воздействие морского тумана | |
| 1. Влагоустойчивость при длительном воздействии 2. Холодоустойчивость 3. Воздействие инея и росы | |
| 1. Грибоустойчивость |
Однако каждый из рассмотренных способов проведения испытаний предусматривает раздельное воздействие на объект ВФ, что является существенным отличием от реальных условий эксплуатации.
При комбинированном способе проведения испытаний на объект испытания одновременно воздействуют несколько внешних факторов (в основном, два).
Выбор сочетаний совместных воздействий различных факторов на испытываемое ЭС может производиться в соответствии с таблицей 6.1.
Основной причиной ограничения применения комбинированного способа проведения испытаний является отсутствие необходимого оборудования, а также сложность и дороговизна их проведения.
В заключение следует отметить, что многообразие разрабатываемой и выпускаемой аппаратуры не позволяет дать однозначной рекомендации по выбору способа и порядка проведения испытаний. Но можно с полной уверенностью сказать, что выбор того или иного алгоритма проведения испытаний должен проводиться исходя из условий его последующей эксплуатации, чтобы в процессе испытаний механизм отказов усиливался и все потенциально ненадежные образцы были обязательно выявлены.
Планирование испытаний
Проведению испытаний предшествует этап планирования, по результатом которого устанавливается необходимая совокупность данных о видах испытаний, об объемах испытуемых партий (выборок или проб), о нормах и допусках на контролируемые параметры и правила принятия решений.
Планирование испытаний имеет целью оптимизировать эксперимент по оценке (контролю) свойств ЭС. Такая оптимизация проводится по двум основным критериям, это - достоверность (точность) оценки свойств или экономическая эффективность испытаний.
В результате планирования испытаний необходимо ответить на следующие вопросы:
- целесообразно ли проводить испытания;
- какие должны быть характеристики плана испытаний.
Таблица 6.1
Целесообразность проведения испытаний определяют исходя из ожидаемого экономического эффекта.
Известно, что с ростом затрат на обеспечение качества (затраты на испытания, включая затраты на контроль) растет уровень качества и снижаются потери от брака и отказов. В связи с этим каждому показателю качества соответствует определенное соотношение между затратами, при которых введение испытаний экономически оправдано.
Пусть введение испытаний позволяет уменьшить число отказов у потребителя за определенный период на Dn, при этом у изготовителя число забракованных изделий возросло на Dn. При стоимости отказа С0 (затраты на обнаружение отказа, ремонт, потери в результате простоя на ремонте, расходы на ликвидацию последствий отказа), стоимости изготовления одного отказавшего изделия Сизг и стоимости испытаний Сисп экономически оправдано введение испытаний при
DnC0/(DNCизг+Сисп)>1, (1)
где DN – рост числа забракованных изделий.
Необходимые для оценки по формуле (1) первоначальные данные могут быть получены по результатам анализа экономических параметров предшествующих образцов или конструктивно-технологических аналогов.
Определив целесообразность проведения испытаний, приступают к их непосредственному планированию, в ходе которого разрабатывается программа испытаний и определяются характеристики плана испытаний.
Содержание программы испытаний
Программа испытаний является основополагающим документом для проведения испытаний на стадии разработки и производства.
Программы испытаний различают по определяемым характеристикам ЭС. Они могут быть предназначены для проведения функциональных испытаний и испытаний на надежность. При разработке программ функциональных испытаний нужно предусмотреть, что их результатом является определение показателей качества и, главным образом, определение технических характеристик изделий, а при составлении программ испытаний на надежность, главным является общая оценка случайного события результата испытаний: положительный исход или отказ, а также установление времени работы до отказа.
Также следует различать программы испытаний, проводимые на стадиях разработки и производства, т.к. их задачи различаются.
Правильная организация испытаний на начальном этапе разработки ЭС позволяет сократить время на разработку данного ЭС. Это достигается за счет осуществления следующих мероприятий:
- проведения лабораторных испытаний прототипов разрабатываемых изделий с целью выдать проектировщикам данные и характеристики по результатам испытаний для построения математических и физических моделей и их дальнейшего исследования;
- проведения лабораторных корреляционных испытаний макетов в целях использования результатов для сравнения с данными, полученными в процессе математического моделирования и внесения необходимых поправок в модель;
- уточнения в процессе лабораторных испытаний правильности задания внешних воздействий и проверки на модели уточненных значений сигналов, имитирующих внешние воздействия;
- выявление в процессе лабораторных испытаний нерешенных проблем.
По результатам испытаний на стадии разработки должны быть даны рекомендации по усовершенствованию принципиальных схем и конструкций ЭС.
Основанием для разработки программы испытаний являются ТУ или ТЗ на ЭС. Программа испытаний должна предусматривать решение следующих основных задач.
1.Выбор объекта испытаний проводится на основе классификации изделий по функционально-конструктивному признаку (классы деталей, узлов, приборов, комплексов и систем) С точки зрения испытаний все классы изделий можно разделить на две группы:
- низшую,
- высшую.
Низшая группа включает в себя изделия, не имеющие самостоятельного эксплуатационного назначения (детали, узлы и блоки). Высшая группа соответственно содержит в себе изделия, имеющие самостоятельное эксплуатационное назначение.
Решение о проведении испытаний для низшей или высшей группы принимается конкретно для каждого случая.
Испытания изделий низшей группы позволяет применять более простое, дешевое и менее объемное испытательное оборудование. При таких испытаниях оказывается возможным быстро обнаружить слабые места конкретного изделия, так как на испытуемое изделие в процессе испытаний не оказывают влияния взаимодействующие с ним элементы. При этом возможно более быстрое принятие мер по усовершенствованию изделий и устранению обнаруженных неисправностей.
Испытания изделий высшей группы обеспечивают получение результатов, учитывающих взаимодействие различных узлов и блоков при меньшем числе образцов и за более короткое время.
В зависимости от класса изделий в программе испытаний может быть предусмотрена замена отказавших элементов в процессе испытаний.
2.Определение назначения (цели) испытаний, которое зависит от того, на какой стадии «жизненного» цикла изделия предполагается проводить испытания и какие характеристики изделия представляют интерес. В зависимости от стадии жизненного цикла изделия выбирают условия и место проведения испытаний.
Очевидно, что на стадии разработки, когда осуществляются исследовательские испытания, наиболее вероятным является проведение лабораторных испытаний. Однако в некоторых случаях возможно осуществление и полигонных испытаний.
На стадии производства также наиболее широкое применение получили лабораторные испытания. При этом возможно проведение стендовых, полигонных и даже эксплуатационных испытаний.
3.Выбор состава видов испытаний на воздействие внешних факторов осуществляется на основании требований, предъявляемых НТД на изделие, а также стандартов, предусматривающих перечень видов испытаний для изделий, предназначенных для эксплуатации только в районах с тропическим или холодным климатом. Выбирая виды испытаний, необходимо учитывать их различие не только по виду воздействующего фактора, но и по методу и режиму проведения. Важно определить, какие виды испытаний объединить для проведения комбинированных испытаний. В случае испытаний на стадии разработки следует установить, какие виды испытаний можно моделировать, а какие необходимо осуществлять с применением средств испытаний. Решение этого вопроса зависит от наличия испытательного оборудования, стоимости испытаний и от наличия высококвалифицированного персонала.
4.Оценка условий и места проведения испытаний зависит от стадии жизненного цикла изделия, а также от его технических особенностей. Очевидно, что на стадиях разработки и производства наибольшее применение имеют лабораторные, стендовые и полигонные испытания. Натурные и эксплуатационные - могут быть реализованы в целях получения необходимых данных для усовершенствования изделия.
5.Выбор испытательных режимов проводится в соответствии с действующими НТД на испытуемое изделие. На практике пользуются тремя видами норм на значения параметров испытательных режимов:
- предельные нормы;
- испытательные нормы;
- эксплуатационные нормы.
Предельные нормы это нормы, на которые рассчитывают изделия, приводятся в техническом отчете, и по ним испытания не проводятся.
Испытательные нормы, характеризуемые степенями жесткости, значения которых зависят от климатического и механического испытания изделия, указываются в ТУ. Испытательные нормы отличаются от предельных на величину производственного допуска. По ним проводятся испытания в процессе производства.
Эксплуатационные нормы ниже испытательных, указываемых в ТУ. В соответствии с эксплуатационными нормами разрешается эксплуатация изделий, и по ним проводятся испытания в процессе эксплуатации.
6.Определение контролируемых параметров испытуемых изделий, их значений и допустимых пределов отклонений осуществляется при различных внешних воздействиях. Одновременно должен быть определен перечень других показателей качества, которые подлежат контролю, а также допустимые пределы отклонения их значений в процессе испытаний. Также должны быть указаны режимы работы испытуемых изделий в процессе испытаний и продолжительность работы в данных режимах. Для контроля состояния ряда изделий необходимо уделять большое внимание визуальному осмотру и осуществлению методов неразрушаемого контроля.
7.Установление продолжительности каждого вида испытаний зависит от назначения (цели) испытаний, а также от определяемых характеристик изделия. При проведении функциональных испытаний продолжительность испытаний обычно задается НТД. Однако необходима разработка методик расчета продолжительности испытаний в зависимости от условий и продолжительности реальной эксплуатации. При испытаниях на надежность в основу разработки должны быть положены вероятностные и статистические методы, позволяющие обеспечить научно обоснованное планирование испытаний и оценку результатов. При этом продолжительность испытаний зависит от времени наработки на отказ для восстанавливаемых изделий и средней наработки на отказ для невосстанавливаемых изделий (в таком случае она может быть определена расчетным путем). Также следует установить, какова должна быть продолжительность испытаний в зависимости от того, планируется ли проведение нормальных, ускоренных или сокращенных испытаний.
8.Выбор последовательности (способа) проведения испытаний является одним из основных элементов программы испытаний - в ряде случаев может предусматриваться в НТД на изделие. В принципе, для обеспечения достоверности испытаний при выборе последовательности их проведения следует исключать сочетания воздействий ВФ, не соответствующих условиям эксплуатации.
9.Оценка общей продолжительности испытаний на все виды воздействия проводится на основании установленных ранее продолжительностях каждого вида испытаний и последовательности их проведения. При этом в случае выбора параллельно-последовательного способа может возникнуть необходимость пересмотра видов испытаний, включенных в параллельные группы для выравнивания общей продолжительности испытаний во всех группах.
10.Определение количества испытуемых изделий, так же как и установление продолжительности каждого вида испытаний, зависит от назначения (цели) испытаний и определяемых характеристик. Только при испытаниях на надежность число испытуемых изделий может быть определено расчетным путем при условии, что заданы вероятность безотказной работы, риск заказчика и поставщика, а также закон распределения отказов. Принято считать, что для восстанавливаемых изделий внезапные и постепенные отказы следуют экспоненциальному закону, а для невосстанавливаемых – биноминальному закону. Установив количество изделий, необходимых для испытаний, следует отобрать их из числа проверенных ОТК и в специальном документе указать номера.
11.Установление периодичности (срока) проведения испытаний изделий зависит от того, к какой группе они принадлежат. Периодичность проведения испытаний изделий низшей группы обычно больше, чем у высшей группы изделий, но в обоих случаях она зависит от вида производства и количества изделий, выпускаемых за контролируемый период. Периодичность испытаний следует указывать в ТУ на изделие; отбор изделий для испытаний осуществляется в порядке, предусмотренном в ТУ, из числа прошедших приемо-сдаточные испытания.
12.Выбор средств испытаний и определение характеристик приспособлений для установки испытуемых изделий в климатические камеры и на столах стендов для механических испытаний, в зависимости от конструкции, габаритных размеров и массы испытуемых изделий, проводится с учетом всех запланированных видов испытаний, а также требований к испытательным режимам и допускам на них. От качества приспособлений существенно зависит достоверность результатов испытаний. Для некоторых изделий приспособления унифицированы, и на них имеются НТД. В принципе необходимо, чтобы для изделий одного типа при испытаниях на различных предприятиях использовались одинаковые приспособления. Это обеспечивает идентичность условий проведения испытаний и повышает достоверность при проведении сравнения результатов испытаний.
13.Выбор средств измерений, используемых для контроля значений параметров изделий с заданными допусками, производимого до испытаний, во время них и после испытаний, завершается оформлением перечня с указанием их типов. Результаты этого контроля являются основными критериями оценки качества испытуемых изделий.
14.Разработка требований автоматизации процесса испытаний, регистрации и обработки результатов испытаний предусматривает применение ЭВМ, позволяющих обеспечить управление процессом испытаний, сбор измерительной информации, обработку сигналов, интерпретацию данных испытаний с представлением результатов в удобной форме, а также динамическое моделирование процессов испытаний. Для реализации перечисленных функций ЭВМ должна быть оснащена соответствующим программным обеспечением. При необходимости возможно совместное применение ЭВМ и средств измерений (например ЭВМ и газоанализатор, ЭВМ и самопишущий вольтметр и т.д.).
15.Метрологическое обеспечение процесса испытаний, реализуемое аттестацией всего испытательного оборудования и проверкой средств измерения значений параметров испытательных режимов и испытуемых изделий. Для осуществления аттестации должны использоваться специально предусмотренные НТД средства измерения, обладающие требуемыми точностными характеристиками. Аттестация должна осуществляться с заданной периодичностью.
Проведение испытаний предусматривает соблюдение правил техники безопасности и производственной санитарии. Наряду с общими требованиями, излагаемыми в соответствующих НТД, для различных видов испытаний должны предусматриваться специальные требования, приводимые в методиках испытаний.
В программе испытаний следует указать организацию, которая должна проводить испытания, и организации, участвующие в испытаниях. Помимо всего, в программе испытаний должно предусматриваться материально-техническое обеспечение испытаний, в том числе перечень и сроки поставок испытуемых изделий.
Кроме того, в программе испытаний указываются:
- состав участников испытаний;
- порядок их доступа к проведению испытаний;
- распределение обязанностей по проведению испытаний и составлению отчетной документации.
В заключение должны приводиться требования к отчетности и формулировка рекомендаций о дальнейшем использовании испытуемых изделий. При этом указываются критерии, которыми следует руководствоваться при решении вопроса об использовании испытуемого изделия после завершения всей программы испытаний (списание и уничтожение, ремонт и техническое обслуживание с последующим применением по прямому назначению с ограничениями или без).
Лекция 4