2.7 Измерения и контроль; измерения и испытания; измерения и диагностика

Чёткое разграничение понятий измерение, контроль, испытание, диагностика и соответствующих действий, процедур со стороны оператора, экспериментатора способствует избеганию досадных недоразумений и ошибок в принятии решений, неоправданных затрат и потерь. Все эти названные понятия довольно близки друг к другу, иногда перекрывают друг друга, что нередко приводит к их смешению, подмене, путанице.

Особенно часто не различаются между собой понятия «измерение» и «контроль». Понятию «измерение» выше уже неоднократно давалось определение: измерение – это нахождение ранее неизвестного значения физической величины с помощью специального технического средства. Контроль – понятие многоплановое и многозначное: есть контроль государственный и народный, финансовый и экологический, правовой и технический и др. Далее речь будет идти только о контроле техническом. Но, строго говоря, даже технический контроль – понятие не метрологическое.

Технический контроль (далее – просто контроль) в общем случае – это процесс (процедура, операция) установления соответствия действительного значения какого-либо свойства продукции (или целого комплекса свойств) установленному (заданному, желаемому) требованию, норме, номиналу. Процесс контроля в общем случае разделяется на два основных этапа. На первом этапе получают информацию о фактическом, действительном состоянии некоторого объекта (продукции), о признаках и показателях его свойств. Эта информация называется первичной. На втором этапе первичная информация сопоставляется с заранее установленными требованиями, нормами, критериями. При этом выявляется соответствие или несоответствие фактических данных требуемым. Это уже информация вторичная, и она используется для выработки решений относительно объекта контроля: приемлемо – не приемлемо, соответствует – не соответствует, годно – не годно (брак).

В зависимости от источников (способов) получения первичной информации контроль разделяется на органолептический и инструментальный. Органолептический способ основан на использовании органов чувств человека-контролёра и применяется к таким свойствам продукции, которые нельзя или очень сложно выразить в виде физических величин или даже их комплекса: внешний вид, фактура, цвет, запах, вкус, консистенция, наличие посторонних включений и т.п. Этот способ довольно универсальный, но ограничен возможностями органов чувств и субъективен. Инструментальный способ предусматривает обязательное использование измерений или квазиизмерений. Однако это использование не всегда приводит к измерению тех или иных свойств в явном виде. Имеют место способы инструментального контроля, когда названные выше этапы осуществляются одновременно и, более того, без представления результата измерений. В связи с этим инструментальный контроль делится на измерительный и неизмерительный. Последний вид контроля имеет место, когда контролируемое свойство продукции сравнивается непосредственно со специальной мерой данного свойства, воспроизводящей предельные (допускаемые) значения этого свойства и которая применительно к линейным и угловым величинам называется калибром (пример: скобы-калибры и пробки-калибры, щупы для контроля деталей в машиностроении). Особый вид инструментального неизмерительного контроля – дефектоскопия, основанная на применении квазиизмерений – обнаружении неоднородностей внутри тела; и она может быть двух видов: разрушающая (деталь распилили) и не разрушающая (деталь просветили рентгеновским излучением).

Различают ещё инструментальный контроль неавтоматический (ручной), автоматизированный (полуавтоматический) и автоматический. При неавтоматическом контроле оба его этапа (обязательно – второй) выполняются непосредственно человеком (оператором, котролёром, поверителем). При автоматическом контроле оба этапа выполняются средствами измерений и контроля без участия человека. В этом случае обычно измерительная информация со средства измерений в виде сигнала поступает на один из входов средства контроля, на другой его вход подаётся сигнал (сигналы) о допускаемых значениях контролируемого свойства (физической величины). Само средство контроля в этом случае представляет собой устройство сравнения дискретного действия, выдающее на своём выходе информацию типа «да – нет», «годен – брак», «соответствует – не соответствует». Зачастую оба эти средства – измерительное и контрольное – объединяются конструктивно в единое устройство (пример – контактный ртутный термометр).

Важнейшей характеристикой качества контроля является ошибка контроля, оцениваемая через вероятность её появления. Различают два рода ошибок контроля: первый и второй.

Ошибка первого рода – принято решение «не годен», когда истинное (действительное) значение контролируемого свойства находится в пределах допускаемых значений.

Ошибка второго рода – принято решение «годен», когда истинное (действительное) значение контролируемого свойства находится за пределами допускаемых значений.

Наличие ошибок контроля, как это было показано выше, в первую очередь и главным образом связано с погрешностью измерений контролируемых свойств продукции, в случае автоматического контроля добавляется ещё погрешность задания (установки) предельных (допускаемых) значений свойств продукции. На практике приемлемые (технически и экономически обоснованные) вероятности данных ошибок принимаются равными 7 – 10 % для первого рода и 5 – 7 % для второго.

Испытание – экспериментальное определение количественных и /или качественных оценок изменения свойств объекта испытаний в результате воздействия на него при его функционировании внешних факторов. Такими факторами могут являться параметры и характеристики окружающей среды (температура, давление, влажность, загазованность, агрессивность, радиация, вибрация, тряска и т.п.), параметры энергопитания, характер и размер нагрузки, время (при испытаниях на надёжность).

Объектом испытаний является продукция и / или процессы её производства и функционирования. В общем случае испытание включает четыре этапа:

1) оценка действительного состояния (свойств) объекта испытаний до начала воздействия на него внешних факторов;

2) воздействие на объект испытаний внешних факторов;

3) оценка состояния (свойств) объекта испытаний во время или после воздействия на него внешних факторов;

4) обработка результатов испытаний.

Первые три этапа – экспериментальные и в большинстве случаев включают в себя измерения. На первом и третьем этапах для оценки состояния объекта могут приниматься органолептические способы – фиксация целостности и разрушения образца при испытаниях на прочность, фиксация электрического пробоя, фиксация отказа при испытаниях на надёжность и т.п. На втором этапе измерения обязательны; это может быть или измерения свойств (параметров, характеристик) воздействующих внешних факторов, или дозирование, генерирование этих факторов с наперёд заданными (установленными) значениями свойств (параметров).

Содержанием испытаний является выявление наличия или отсутствия изменения свойств объекта испытаний во время воздействия и / или после воздействия на него внешних факторов. Изменения (при их наличии) могут быть выражены или в виде функций влияния конкретного воздействующего фактора на конкретное свойство объекта испытаний, или в виде фиксированных интервалов изменения свойства объекта при фиксированных значениях воздействующего фактора. Как и при контроле достоверность результатов испытаний определяется, в первую очередь, погрешностью измерений свойств (параметров) как воздействующих внешних факторов, так и объекта испытаний. Выбор допускаемых погрешностей измерений в конечном итоге зависит от ожидаемых или нормированных изменений свойств (параметров) объекта испытаний при нормированных или желаемых значениях или интервалах изменений воздействующих факторах. Задача оптимального выбора допускаемых погрешностей измерений при испытаниях, как правило, объёмна, многогранна, сложна, и поэтому её решение очень часто требует проведения предварительных исследований, экспериментов, оценок, что неизбежно выливается в работу по разработке методик испытаний, включая методики измерений, новой продукции, проводимую параллельно разработке самой продукции уже на начальных стадиях.

Существует большое число разных видов испытаний, и они классифицируются по разным признакам и критериям. По назначению испытания делятся на исследовательские, контрольные, сравнительные и определительные. По уровню проведения различают испытания государственные, межведомственные, ведомственные (заводские). В зависимости от этапа разработки испытуемой продукции различают предварительные (в процессе разработки продукции), приёмочные (опытных образцов или опытных партий по окончанию разработки продукции), квалификационные (продукции из установочных серий по окончанию постановки её на производство) испытания. При выпуске продукция подвергается испытаниям приёмосдаточным (весь выпускаемый объём продукции по минимальному перечню показателей), периодическим (отобранные партии или экземпляры продукции по большинству показателей), типовым (экспериментальные образцы продукции при внесении изменений в саму продукцию или в технологию её изготовления). По месту и условиям проведения испытания различаются на лабораторные (стендовые), полевые (полигонные), эксплуатационные. Кроме того, испытания могут быть узкоцелевыми, специальными: на надёжность, на безопасность, на экологичность и т.п.

Испытания проводят по программам и методикам, разработанным и утверждённым в установленном порядке.

Диагностика (от гр. diagnōstikos – способный распознавать) – комплекс мероприятий по выявлению причин (как правило, скрытых) неприемлемых отклонений действительных значений тех или иных свойств объекта (продукции, системы, сети, процесса) от нормированных, номинальных значений с целью их дальнейшего устранения. Необходимость диагностики возникает при устойчивых и повторяющихся отрицательных результатах контроля или испытаний объекта. Зачастую для целей диагностики возникает необходимость в повторных, специальных или параллельных измерениях и испытаниях.

Измерения связаны с диагностикой постольку, поскольку они являются неотъемлемой частью контроля и испытаний, результаты которых потребовали диагностирования. Не редки случаи, когда диагностика требует измерения таких свойств объекта, которые обычно не измеряются и не нормируются. Пример: измерение спектра частот шума работающей машины с целью выявления частых поломок или ухудшения показателей и выявления так называемых посторонних шумов, появление которых можно связать с неисправностью, дефектностью конкретного узла или детали машины. В этом случае возникает задача выбора, приобретения необходимых средств измерений и, возможно, разработки соответствующих методик измерений и даже новых средств измерений. Диагностирование может быть связано с применением как инструментальных, так и органолептических методов получения информации о свойствах объекта или их комбинации.

В современной практике довольно часто диагностику трактуют расширительно, относя к ней все виды получения информации о свойствах и состоянии того или иного объекта: измерение, контроль, испытание, что порой приносит не пользу, а дополнительные сложности и издержки. Практически любое средство измерений, квазиизмерений, контроля или испытаний может использоваться или по прямому назначению, или в целях диагностики. Так, например, рентгеновская установка, размещённая на прокатном стане, является средством контроля изготавливаемой продукции: листа, рельса, балки, а использование её для обнаружения внутренних дефектов каких- либо вышедших из строя деталей машин уже решает задачу диагностики – поиска срытой причины поломки.