6. Технологии комплексных испытаний

6.1. Виды испытаний, структура системы испытаний

Для определения того, как выполнено техническое задание на разработку и создание любого промышленного объекта, необходимо провести его комплексные испытания. Под испытаниями в общем случае понимают совокупность процедур, связанных с экспериментальной проверкой объекта на соответствие предъявляемых к нему требований и последующей оценкой результатов. Иными словами, необходимо проверить соответствуют ли его характеристики требованиям технического задания, а также особым требованиям заказчика (если они есть).

Типовыми видами испытаний являются:

• приемо-сдаточные испытания, когда изготовленный промышленный объект проверяется на соответствие его характеристик требованиям технического задания при сдаче объекта заказчику (покупателю);

• входные испытания, когда объект испытывается заказчиком перед использованием в своих целях (например, для отбраковки возможных неисправных объектов);

• периодические испытания, когда объект испытывается в процессе эксплуатации согласно инструкции по его эксплуатации;

• сертификационные испытания, которые проводятся при необходимости (а такая необходимость всё чаще возникает у российских производителей, особенно при попытках выхода на мировой рынок) сертификационных работ, т.е. работ, подтверждающих соответствие объекта действующим национальным предписаниям или промышленным стандартам в принятой на данный момент форме. Последнее обстоятельство касается как добровольной, так и обязательной сертификации. При добровольной сертификации фирма при желании может выбрать для сертификации любой сертификационный центр и любой нормативный документ на продукцию - государственный стандарт, международный (например, в соответствии со стандартами ИСО-9000 на системы общего управления качеством), региональный, национальный стандарт какой-либо страны, технические условия и т.д. При обязательной сертификации, касающейся, прежде всего, вопросов безопасности, когда согласно Закону о защите прав потребителей «использование продукции может причинить вред жизни, здоровью или имуществу граждан, а также окружающей среде» (например, автотранспортных средств, электробытовых товаров, продуктов питания и т.д.), приходится пользоваться государственными стандартами и услугами соответствующих сертификационных центров.

Для проведения испытаний любого вида необходимо составить и придерживаться соответствующие программу и методику испытаний, в которых содержатся данные, подлежащие проверке при испытании объекта, а также порядок и методы их контроля (например, программа и методика приемо-сдаточных испытаний должны предусматривать проверки соответствия объекта чертежам и техническим требованиям, показатели качества, надежности работы, комплектность и др.).

Программа испытаний определяет перечень того, что должно быть испытано (например, точность позиционирования привода станка с ЧПУ, наработка на отказ и т.д.).

Методика испытаний определяет перечень работ и их содержание, которые должны быть сделаны для выполнения программы испытаний (например, сколько объектов необходимо взять для определения наработки на отказ, сколько времени и в каких режимах их испытывать, как обработать результаты испытаний).

В основе всех перечисленных видов испытаний лежат процедуры контроля технического состояния объекта. Поэтому предметным содержанием работ, выполняемых при испытаниях, можно считать работы и технологии, описанные в предыдущей главе. При этом в перечисленных случаях необходимо составить об объекте то или иное представление, содержание которого зависит от конкретной решаемой задачи.

При приемо-сдаточных испытаниях объекта заказчику необходимо определить соответствие характеристик объекта требованиям технического задания.

При сертификации объекта необходимо определить соответствие характеристик требованиям выбранных нормативных документов (международным или национальным стандартам и т.д.).

При проведении пуско-наладочных, регламентных и ремонтных работ необходимо определить соответствие характеристик объекта и его составных частей требованиям технической документации.

Таким образом, указанные соответствия можно установить, только проведя контрольные испытания объекта или его составных частей (блоков, узлов, подсистем и т.д.) и определив его (их) техническое состояние. Поэтому в дальнейшем мы не будем разделять перечисленные процедуры (испытания, сертификация и пуско-наладочные работы), понимая, что основным содержанием этих работ является определение технического состояния инновационного объекта в соответствии с теми или иными нормативными документами.

Создание системы испытаний и контроля - сложная многофакторная проблема, требующая системного подхода.

Классификация методов, позволяющих определить техническое состояние объекта, представлена на рис.6.1.

Все применяемые при испытаниях методы можно разделить на две группы: физические испытания реальных объектов (макеты, экспериментальные и опытные образцы) и испытания на основе полунатурного моделирования. При полунатурном моделировании часто производят комплексирование объекта из элементов в систему, при этом отдельно оцениваются элементы, а полученные оценки используются для формирования оценки всего объекта. Так осуществляются по большой части лабораторные испытания. При приемо-сдаточных испытаниях, например, на заключительном этапе полного инновационного цикла, приходится иметь дело с завершенным объектом, и в этом случае необходимо использовать физические испытания реального объекта, блок-схема которых представлена на рис. 6.2.

В процессе физических испытаний формируются внешние (испытательные) воздействия на объект в соответствии с созданными заранее программой и методикой испытаний, определяющими порядок и содержание всех действий системы испытаний. Специальными средствами осуществляется приём реакции объекта на испытательные воздействия, после чего система анализа результатов испытаний формирует оценку (диагноз) результата. Следует иметь в виду, что испытательные (внешние) воздействия формируются с целью задания таких условий испытаний, при которых объект может быть охарактеризован в соответствии с требованиями, предъявляемыми к системе испытаний. При этом испытательные воздействия могут формироваться как с помощью специальных технических средств (например, термокамер для испытаний при повышенных и пониженных температурах окружающей среды, вибростендов для испытаний в условиях повышенных вибраций и др.), так и путём использования различных возможностей самого испытываемого объекта (например, создания специальных «тяжёлых» условий работы объекта - динамические удары за счёт резкого набора скоростей перемещения подвижных частей металлорежущего станка и т.д.). Как правило, внешние воздействия имитируют самые плохие условия работы объекта, так как существует общее правило: чем хуже условия работы объекта, тем хуже работает и сам объект. Поэтому испытания при наиболее плохих условиях позволяют быстрее выявить дефекты объекта.

Приём сигналов реакции объекта также можно организовать как с помощью специальной измерительной аппаратуры (элемента системы так называемой внешней технической диагностики) - например, датчиков, определяющих уровень вибраций суппорта токарного станка или датчика, определяющего уровень силы резания в том же станке; так и с помощью штатной измерительной аппаратуры, входящей в состав испытываемого объекта (элемента системы внутренней технической диагностики) - например, датчиков перемещений суппорта токарного станка.

Очевидно, что перечисленные разные варианты организации системы испытаний могут оптимально использоваться при проведении разных испытаний. Например, при приемо-сдаточных испытаниях в условиях работы инновационной фирмы, когда главнейшими требованиями являются минимальные сроки и стоимость проведения испытаний, предпочтение следует отдать вариантам, использующим по возможности минимальный объём средств внешней технической диагностики. В то же время при приемо-сдаточных испытаниях металлорежущих станков, выпускаемых серийно, вполне допустимо и оправданно использование специальных стендов с элементами внешней диагностики.

Полный цикл испытательных процедур состоит из следующих стадий, содержание которых отличается в зависимости от целей и характера процесса испытаний (рис. 6.3):

• подготовка к испытаниям, определяющая цели, последовательность и методические особенности проведения испытаний, а также составление (разработка) системы испытаний;

• собственно проведение испытаний;

• оценка результатов испытаний.

Подготовка к испытаниям

(формирование программ и методик испытаний,

подбор испытательных лабораторий,

синтез системы испытаний)

Проведение комплексных

испытаний

(реализация программ и методик)

Оценка результатов испытаний

(соответствие требованиям технического задания, соответствие нормативным документам, соответствие особым требованиям заказчика)

Рис. 6.3. Последовательность и состав работ при комплексных испытаниях

При реализации программ и методик испытаний осуществляется определение технического состояния испытываемого объекта, т.е. решается задача технического диагностирования. В некоторых случаях, например, при сертификации объекта, может решаться задача контроля, т.е. определения только вида технического состояния (исправен - неисправен). Иногда при испытаниях ставится задача прогнозирования состояния объекта, т.е. как будет вести себя объект по истечении заданного отрезка времени.

Ключевым моментом при управлении процессом контроля и диагностирования является математическое описание испытываемого объекта, т.е. установление математических соотношений между параметрами, характеризующими техническое состояние объекта, и измеряемыми параметрами.

В общем случае в качестве измеряемых параметров могут выступать и параметры, которые не являются показаниями каких-либо физических приборов, а назначаемые экспертами. Последние наблюдают за объектом и формируют своё представление о нём путём назначения этих параметров. Мнения экспертов используются тогда, когда измерить какие-либо параметры объекта очень сложно и дорого или невозможно (например, практически невозможно измерить толщину и определить форму металлической стружки при точении, хотя эти параметры хорошо характеризуют оптимальность режимов резания). Такой подход позволяет существенно расширить возможности систем контроля и диагностики особенно в случаях испытаний недостаточно изученных объектов.

Кроме того, очень перспективным в случаях недостаточной информации об испытываемом объекте является применение методов обучения и самообучения, когда системе испытаний придаются свойства адаптации к изменяющимся условиям испытаний (режимов работы объекта, программ испытаний и т.д.).