Статистическая обработка данных измерений

Для последующего анализа и подготовки заключения по результатам испытания проводится статистическая обработка данных измерений значений параметров ЭС. Достоверность полученных выводов зависит от погрешности измерений каждого параметра, объема исходного статического материала и качества его обработки. Математическая обработка наблюдений предусматривает применение методов теории вероятности и математической статистики для выводов об истинных значениях искомых величин. Дело в том, что мы измеряем параметры ЭС при помощи средств измерений, которые обладают определенной погрешностью. Эта погрешность может привести к тому, что годное изделие мы посчитаем бракованным (риск изготовителя), а бракованное - годным (риск заказчика).

На рис 17.1 изображены распределения значения параметра годности ЭС при условии пренебрежимо малой погрешности измерения.

Рисунок 17.1

Рисунок 17.2

На рис 17.2 изображен случай распределений параметров (X) ЭС после разбраковки при наличии существенной систематической погрешности (Y). А именно, при s_м/s₀=1/4; –е=–s₀ +е=s₀, где s_м – среднее квадратичное отклонение погрешностей метрики при гауссовском их распределении j_м(Y); s₀ – среднее квадратичное отклонение параметров ЭС при гауссовском их распределении j₀(Х).

Важным вопросом обработки результатов испытаний является выбор методов обработки экспериментальных данных. Из-за большой стоимости испытаний необходим выбор методов, позволяющих оперировать малыми выборками Они должны предусматривать проведение вычислений на ЭВМ. Поскольку большинство данных по испытаниям ЭС являются случайными величинами, их обработка осуществляется статистическим методом.

В случае гауссовского распределения можно ограничиваться вычислением только основных параметров случайной величины:

- ее среднего значения;

- дисперсии;

- доверительных интервалов.

При статической обработке результатов испытаний необходимо оценить ошибку измерения и исключить ее из дальнейшего рассмотрения.

При проведении измерений параметров ЭС иногда встречаются резко отклоняющиеся значения параметров (выбросы). Эти выбросы могут быть следствием:

- случайных ошибок измерений;

- начавшейся деградации ЭС.

Существует несколько статических критериев, устанавливающих пределы для исключения резко выделяющихся значений случайных величин. Если изменение контролируемого параметра подчиняется гауссовскому закону распределения, наиболее распространенным является критерий Диксона.

Однако на практике случайная величина не всегда подчиняется гауссовскому закону или закон распределения ее вообще не известен. В этом случае резко выделяющиеся результаты испытаний исключаются при помощи критерия Ирвина.

Результаты испытаний принято представлять либо в табличной, либо в графической форме. В графической форме наиболее распространенными графиками являются:

- полигоны (дискретные изменения значения параметров);

- гистограммы (интервальные изменения значения параметров);

- кумуляты (интегральная кривая);

- огивы (обратная кривая (ось х и у поменяны местами)).

Автоматизация испытаний

Постоянное увеличение функциональной сложности и интеграции, широкое внедрение цифровых методов обработки и передачи информации и микропроцессорных устройств привели к тому, что изменились как объект испытаний (ЭС), так и контрольно-испытательная аппаратура. Одновременно повысились требования к ЭС по стойкости к воздействиям внешних факторов, что вызвало значительное увеличение объема испытаний, привело к увеличению трудоемкости испытаний и парку испытательной техники. По некоторым данным, трудоемкость контрольно-испытательных операций составляет 40–50 % общей трудоемкости изготовления ЭС. Опыт показывает, что объем испытаний за 5 лет возрастает в среднем в 2–2.5 раза. Время, трудоемкость и, соответственно, стоимость проведения испытаний возможно снизить при помощи автоматизации испытаний.

Также на трудоемкость испытаний оказывает влияние низкая универсальность испытательного оборудования. Для каждого вида испытания предусмотрено свое оборудование; камера тепла, камера влаги, камера холода, барокамера и т.п. Все это приводит к затратам времени на подготовительно-заключительные операции: изготовление крепежных приспособлений, монтаж изделия на приспособление, установка в камеру и т.д.

Создание нового поколения испытательного оборудования основывается на универсальности, позволяющей на одной установке проводить испытания различных видов и в любой последовательности. Алгоритм управления этими установками достаточно сложен, что также требует автоматизации испытаний.

Все операции проведения испытаний можно сгруппировать в четыре группы и рассматривать процесс автоматизации каждой группы.

· К первой группе относятся операции, связанные с измерением испытательных параметров и управлением режимом испытаний.

· Вторая группа операций – это измерение параметров испытываемого ЭС.

· Третья группа связана со сбором и обработкой результатов испытаний.

· Оставшаяся часть операций связана с поддержанием заданной точности и достоверности результатов испытаний.

Первая группа автоматизировалась путем автоматизации испытательного оборудования. Это обеспечило поддержание параметров испытательного режима в определенных пределах, указанных в программе испытаний и ТУ на изделие. При этом показания приборов выводятся на пульт управления испытательной установкой, и при отклонении параметров сверх установленных пределов подается световой или звуковой сигнал.

Вторая группа автоматизировалась за счет появления установок полуавтоматического и автоматического тестового контроля функционирующих по жесткому алгоритму. Это, в свою очередь, дало возможность увеличить число измеряемых параметров.

Третья группа автоматизировалась с появлением ЭВМ и специальных программ, позволяющих собирать, обрабатывать и хранить результаты испытаний.

Развитие автоматизации испытаний привело к созданию комплексной высокоэффективной автоматизированной системы испытаний (АСИ) ЭС.

Под АСИ следует понимать программно-аппаратный комплекс на базе средств испытательной, измерительной и вычислительной техники, предназначенный для выполнения комплексных испытаний ЭС. Создание АСИ позволяет:

- сократить трудоемкость испытаний;

- повысить точность и достоверность испытаний;

- сократить персонал для проведения испытаний;

- повысить эффективность разработок ЭС и уменьшить затраты на разработку;

- сократить срок испытаний образцов новых ЭС;

- повысить оперативность в получении, обработке и использовании информации о надежности ЭС.

АСИ в процессе своей работы выполняет ряд функций:

- управляющая – управление режимами испытаний;

- информационная – сбор и обработка информации испытаний;

- вспомогательная – самотестирование.

Перечисленные функции АСИ могут выполняться:

- непрерывно;

- дискретно.

По принципу централизации АСИ можно разделить на:

- централизованные;

- децентрализованные.

Централизованные АСИ осуществляют прием информации и управление несколькими объектами с помощью центрального блока. Подобные системы имеют ряд недостатков:

- недостаточную гибкость автоматической перестройки и различные режимы и объекты испытаний;

- невозможность увеличения измерительных каналов;

- недостаточный объем памяти, который не позволяет накапливать большие объемы экспериментальной информации и т.п.

Децентрализованные АСИ лишены этих недостатков. При этой организации каждое из устройств программного управления решает определенные задачи, что обеспечивает:

- более полную и равномерную загрузку устройств разных уровней;

- повышение производительности;

- надежности;

- гибкости в перестройке на другие режимы.

Возможности современной вычислительной техники позволяют объединить децентрализованные АСИ в более высокие иерархические уровни организации службы испытаний – испытательный центр и испытательную станцию.

Основные задачи, решаемые в испытательных центрах:

- предоставление предприятием технической базы, позволяющей проводить различные виды испытаний изделий в комплексе;

- проведение граничных и ресурсных испытаний, направленных на выявление конструктивно-технологических запасов;

- накопление, обобщение и анализ результатов испытаний для реализации мероприятий по увеличению качества изделий и совершенствованию методов проведения испытаний;

- разработка нового испытательного оборудования.

Лекция 18