Организация и технология испытаний. Учебное пособие

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тамбовский государственный технический университет»

Н. М. Гребенникова, Г. В. Шишкина, П. В. Балабанов

ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ИСПЫТАНИЙ

Утверждено Учёным советом университета в качестве учебного пособия для студентов 4 курса, обучающихся по направлениям подготовки

15.03.06«Мехатроника и робототехника» и 27.03.02 «Управление качеством», очной и заочной форм обучения при изучении дисциплины

«Организация испытаний мехатронных систем»

Учебное электронное издание

Тамбов Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ»

2022

1

УДК 620.1(075)

ББК Ж3-1я73

Г79

Рецензенты:

Кандидат экономических наук, начальник производства ОАО «Кондитерская фирма «ТАКФ»

Е. К. Румянцев

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Материалы и технология» ФГБОУ ВО «ТГТУ»

Д. М. Мордасов

95/98/XP ; мышь. – Загл. с экрана. ISBN 978-5-8265-2504-3

Приведены классификация видов испытаний; основные вопросы, связанные с организацией и проведением испытаний. Рассмотрены основы составления организаци- онно-методических документов, определяющих проведение испытаний, таких как программа и методика испытаний, а также процедура аккредитации. В приложении приведены примеры программы и методики испытаний.

Предназначено для студентов 4 курса, обучающихся по направлениям подготовки 15.03.06 «Мехатроника и робототехника» и 27.03.02 «Управление качеством», очной и заочной форм обучения при изучении дисциплины «Организация испытаний мехатронных систем».

УДК 620.1(075)

ББК Ж3-1я73

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком. Нелегальное копирование и использование данного продукта

запрещено.

2

ВВЕДЕНИЕ

Испытания являются неотъемлемой частью жизненного цикла любой про-

дукции. В процессе испытаний изделия, материалов определяются значения ха-

рактеристики. Проведение испытаний позволяет определить пригодность при-

меняемых материалов и сырья для изготовления продукции, получить их ха-

рактеристики и оценить соответствие заявленным или нормированным показа-

телям. При этом необходимо знать основные понятия и классификацию испы-

таний, этапы организации и проведения испытаний. В пособии рассмотрены нормативные документы, регламентирующие требования к продукции и прове-

дению испытаний. Для получения достоверных результатов важно правильно провести все этапы испытаний: подготовка испытания, проведение испытания,

обработка результатов. С этой целью важно правильно составить такие органи-

зационно-методические документы, как программа и методики испытания, рег-

ламентирующие процесс испытаний. Для обеспечения доверия к результатам испытаний предусмотрена процедура аккредитации испытательных лаборато-

рий (центров), основные этапы которой рассмотрены в данном пособии.

3

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ ИСПЫТАНИЙ

1.1.КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ИСПЫТАНИЙ. РАЗЛИЧИЕ ПОНЯТИЙ «ИЗМЕРЕНИЕ»,

«ИСПЫТАНИЕ», «КОНТРОЛЬ»

Согласно ГОСТ 16504–81 [5] испытание – это экспериментальное определение количественных и(или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функционировании, при моделировании объекта и(или) воздействии. Надо отметить, что данное определение включает оценивание и(или) контроль.

При проведении испытаний важно воспроизвести требуемые условия испытаний, при этом создаются условия реальной эксплуатации или моделирование условий. Испытания проводятся при нормальных условиях, которые установлены нормативной документацией на данный вид продукции.

Условия испытаний (реальные и моделируемые) – совокупность воздействующих факторов (внутренних и внешних) и(или) режимов функционирования объекта при испытаниях.

Объект испытаний – продукция, подвергаемая испытаниям (единичное изделие, выборка по генеральной совокупности, модель, макет).

1.2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ИСПЫТАНИЯМИ [3, 5]

Вид испытаний – классификационная группировка испытаний по определённому признаку.

Категория испытаний – вид испытаний, характеризуемый организационным признаком их проведения и принятием решений по результатам оценки объекта в целом.

Образец для испытаний – продукция или её часть, или проба, непосредственно подвергаемая эксперименту при испытаниях.

Опытный образец – образец продукции, изготовленный по вновь разработанной рабочей документации для проверки путём испытаний соответствия его заданным техническим требованиям в целях принятия решения о возможности его постановки на производство и использование по назначению.

Модель для испытаний – изделие, процесс, явление, математическая модель, находящаяся в определённом соответствии с объектом испытаний и воздействующими на него факторами, способная замещать их в процессе испытаний.

4

Макет для испытаний – изделие, представляющее упрощённое воспро-

изведение объекта испытаний или его части и предназначенное для испытаний. Метод испытаний – правила применения определённых принципов и

средств испытаний.

Объём испытаний – характеристика испытаний, определяемая количест-

вом объектов и видов испытаний, а также суммарной продолжительностью испытаний.

Программа испытаний – обязательный организационно-методический документ, устанавливающий объект и цели испытаний, виды, последователь-

ность и объём проводимых экспериментов, порядок, условия, место и сроки проведения испытаний, обеспечение и отчётность по ним, а также ответствен-

ность за обеспечение и проведение испытаний.

Методика испытаний – организационно-методический документ, обяза-

тельный к выполнению.

Средство испытаний – техническое устройство, вещество и(или) мате-

риал для проведения испытаний.

Испытательное оборудование – средство испытаний, представляющее собой техническое устройство для воспроизведения условий испытаний.

Оценка пригодности средств испытаний к испытаниям – анализ при-

меняемых средств испытаний (испытательное оборудование, средства измере-

ний, вспомогательные технические устройства) на соответствие требований на само средство испытаний и на конкретную продукцию, подвергаемую испыта-

ниям.

Точность результатов испытаний – свойство испытаний, характеризуе-

мое близостью результатов испытаний к действительным значениям характери-

стик объекта в определённых условиях испытаний.

Воспроизводимость результатов испытаний – характеристика резуль-

татов испытаний, определяемая близостью результатов повторных испытаний объекта.

Результат испытаний – оценка характеристик свойств объекта, установ-

ления соответствия объекта заданным требованиям по данным испытаний, ре-

зультаты анализа качества функционирования объекта в процессе испытаний. Протокол испытаний – документ, содержащий необходимые сведения

об объекте испытаний, применяемых методах, средствах и условиях испыта-

ний, результаты испытаний, а также заключение по результатам испытаний,

оформленный в установленном порядке.

5

Испытательное подразделение – подразделение организации, на кото-

рое руководством последней возложено проведение испытаний для своих нужд.

Аттестация испытательных организаций и подразделений – удосто-

верение компетентности испытательных организаций и подразделений и их ос-

нащённости, обеспечивающих проведение на должном техническом уровне всех предусмотренных нормативно-технической документацией испытаний за-

креплённых видов продукции и(или) видов испытаний.

Аттестация методики испытаний – определение обеспечиваемых мето-

дикой значений показателей точности, достоверности и воспроизводимости ре-

зультатов испытаний и их соответствия заданным требованиям.

Аттестация испытательного оборудования – определение нормирован-

ных точностных характеристик испытательного оборудования, их соответствия требованиям нормативно-технической документации и установления пригодно-

сти этого оборудования к эксплуатации.

Процесс проведения испытаний связан с такими понятиями, как «измере-

ние», «испытание» и «контроль» [3, 4]. Рассмотрим общее и различия этих понятий.

Задача измерения – определение значения конкретной величины (пара-

метра), при этом характеристикой качества измерения служит значение по-

грешности, определяющее степень близости результатов измерений к действи-

тельным значениям.

Задача испытаний – определение значения конкретной величины при заданных режимах и воздействующих факторах. При этом качеством испыта-

ния служит значение погрешности испытания, включающее не только погреш-

ность измерения, но и погрешность оператора, и погрешность влияния внешних факторов, определяющее степень близости результатов измерений к действи-

тельным значениям при заданных режимах и воздействующих факторах.

Задача контроля – установление соответствия характеристик продукции требованиям, заданным в нормативных документах, в том числе и по результа-

там испытаний. При этом характеристикой качества контроля является досто-

верность нахождения параметров в допустимых пределах, характеризующихся вероятностью ошибок I или II рода.

Взависимости от объекта контроля выделяют:

−контроль продукции;

−контроль услуг;

−контроль систем качества;

−контроль персонала.

6

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ [3 – 5]

Все испытания продукции (на разных этапах жизненного цикла) можно разделить по следующим основным признакам:

−по стадии жизненного цикла;

−по уровню проведения;

−результату внешнего воздействия;

−временному периоду проведения;

−внешним факторам воздействия.

Эти признаки характерны для каждого этапа жизнедеятельности продукции. На исследовательском этапе проверяется научная (теоретическая) гипотеза функционального процесса, определяющего основной эксплуатационный параметр или критерий качества продукции. На этапе разработки опытных образцов продукции характерны доводочные, проверочные и приёмочные испытания, при которых решается вопрос серийного производства данной разработки. На этапах производства и эксплуатации продукции проводятся сертификационные, контрольные, инспекционные и эксплуатационные испытания.

По методу проведения испытаний выделяют две большие группы:

1) физические испытания, проводимые на реальных изделиях или маке-

тах;

2) испытания с использованием моделей. Рассмотрим достоинства и недостатки этих методов.

Физические испытания на реальных объектах или макетах [1, 3]. Ис-

пытания на реальных изделиях позволяют более точно получать значения параметров. Однако при таких испытаниях увеличивается временной фактор, что приводит к существенному удорожанию испытаний. Использование макетов изделий позволяет провести испытания с бó льшим числом вариаций, для определения более надёжной и безопасной конструкции объекта.

Физические испытания могут проводиться как при внешних воздействующих факторах, создаваемых искусственным путём с помощью испытательных стендов (стендовые испытания) или специальных методов и средств, применяемых в лабораторных условиях (лабораторные испытания), так и при естественных внешних воздействующих факторах.

При лабораторных и стендовых испытаниях нет возможности смоделировать все внешние воздействия, которые будут при реальной эксплуатации. При таких испытаниях воздействуют одной или несколькими нагрузками, вследствие чего результаты могут отличаться от значений в условиях реальной эксплуатации. Поэтому целесообразно проводить наряду с лабораторными и стен-

7

довыми испытаниями испытания в естественных условиях. Различают полигонные и натурные испытания изделий.

Полигонные испытания объекта проходят на специально оборудованном полигоне.

При реализации натурных испытаний воздействию подвергается непосредственно изготовленное изделие, испытания проводятся в условиях, соответствующих условиям и воздействиям при их использовании по целевому назначению, при этом определяемые характеристики свойств объекта испытаний измеряются непосредственно без использования аналитических зависимостей, отражающих физическую структуру объекта испытаний и его составных частей. Однако при обработке экспериментальных данных может применяться статистическая обработка. Примером натурных испытаний является опытная эксплуатация изделий.

Натурные испытания позволяют:

−получать наиболее полную и достоверную информацию о комплексном влиянии факторов окружающей среды на параметры, характеризующие изделие;

−исследовать реальные физико-химические процессы, протекающие в материалах и комплектующих изделиях при воздействии естественных внешних факторов;

−уточнять данные, полученные при испытании объекта под воздействием внешних факторов, создаваемых искусственным путём, а также нормы на допустимые изменения параметров (критерии годности).

Итогом проведения полигонных и натурных испытаний являются рекомендации по защите изделия от внешних воздействующих факторов.

Недостатком натурных испытаний является большая продолжительность по времени, сложность и высокая стоимость реализации. Поэтому такие испытания требуют чёткой их организации и оптимального планирования. Для этой цели проводят анализ результатов эксплуатации, лабораторных и стендовых испытаний, а также требований, предъявляемых к изделиям, что позволяет выявить условия, при которых влияние дестабилизирующих факторов наиболее

существенно.

Испытания с использованием моделей [1, 3, 4]. Второй группой испы-

таний являются испытания с использованием математических и физических моделей. В ходе таких испытаний проводят расчёты с применением математических или физико-математических моделей объекта испытаний. При этом совмещают такие испытания с натурными испытаниями объекта/составных частей или используют физическую модель объекта испытаний, что позволяет со-

8

кратить необходимость в сложных физических испытаниях на реальных изделиях или их макетах.

Физическое моделирование. При физическом моделировании имитация изменения внешнего воздействия или параметра объекта испытаний заменяется простой физической моделью. Физическое моделирование может осуществ-

ляться несколькими статистическими методами испытаний, такими как метод статистических испытаний (метод Монте-Карло) или метод статистических ис-

пытаний физическим моделированием объекта.

Математическое моделирование. При математическом моделировании создаётся образ исследуемого объекта с помощью математических систем, по-

зволяющий провести изучение свойств объекта. Преимущество математическо-

го моделирования состоит в значительном сокращении затрат.

Математическое моделирование включает следующие этапы:

−постановка и уточнение задачи и определение влияющих факторов;

−составление математической модели и выбор алгоритма решения;

−проведение вычислительных экспериментов с применением соответ-

ствующих математических пакетов и получение расчётных значений;

− анализ полученных результатов и сравнение с экспериментальными данными и принятие решения о необходимости уточнения модели.

С развитием информационных технологий и компьютерной техники тра-

диционное математическое моделирование заменяется на компьютерное. Это позволяет обеспечить наглядность и точность вычислений, а также уменьшает время, необходимое на проектирование.

Однако данный метод требует большего числа различных исследований как теоретических, так и экспериментальных, что приводит к большим затратам времени и стоимости, и как следствие, редкому применению на практике.

Рассмотрим классификацию испытаний по отдельным признакам.

1. По стадиям жизненного цикла. Соответствующие испытания прово-

дят на всех этапах жизненного цикла продукции (рис. 1.1).

На стадии исследования проводят исследовательские испытания – для изучения определённых характеристик свойств объекта [5]

На стадии разработки на опытных образцах проводят следующие виды испытаний.

Доводочные испытания – исследовательские испытания, проводимые при разработке продукции в целях оценки влияния вносимых в неё изменений для достижения заданных значений показателей её качества [5].

9

Классификация испытаний по стадиям жизненного цикла продукции

Предварительные испытания – контрольные испытания опытных образцов и(или) опытных партий продукции в целях определения возможности их предъявления на приёмочные испытания [5].

Приёмочные испытания – контрольные испытания опытных образцов, опытных партий продукции или изделий единичного производства, проводимые соответственно в целях решения вопроса о целесообразности постановки этой продукции на производство и(или) использования по назначению [5].

Испытания на прочность – испытания, проводимые для определения значений воздействующих факторов, вызывающих выход значений характеристик свойств объекта за установленные пределы или его разрушение [5].

На стадии производства проводят следующие виды испытаний. Квалификационные испытания – контрольные испытания установочной

серии или первой промышленной партии, проводимые в целях оценки готовности предприятия к выпуску продукции данного типа в заданном объёме [5].

Предъявительские испытания – контрольные испытания продукции, проводимые службой технического контроля предприятия-изготовителя перед предъявлением её для приёмки представителем заказчика, потребителя или других органов приёмки [5].

Приёмо-сдаточные испытания – контрольные испытания продукции при приёмочном контроле [5].

Типовые испытания – контрольные испытания выпускаемой продукции, проводимые в целях оценки эффективности и целесообразности вносимых изменений в конструкцию, рецептуру или технологический процесс [5].

10