Организация испытаний. Учебное пособие

Задачи метрологического обеспечения испытаний должны отражаться в стандартах государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).

О важности работ по обеспечению ЕИ свидетельствует тот факт, что эти работы берутся под государственный контроль и надзор.

После принятия Закона «Об обеспечении единства измерений» большую актуальность приобрела проблема соответствия государственных стандартов положениям Закона. Эта проблема охватывает, в первую очередь, массив государственных стандартов на методы контроля и испытаний.

Проверка наличия сведений о погрешности измерений показала, что большая часть стандартов на методы контроля и испытаний (примерно 60 %) может быть признана не соответствующей требованию обеспечения ЕИ, так как в них не указаны погрешности измерений. Например, в области испытаний пищевой продукции и продовольственного сырья, т. е. там, где осуществляется государственный метрологический надзор, только каждый пятый государственный стандарт отвечает требованиям единства измерений. Отсутствие в стандартах сведений о погрешностях измерений, выполняемых при испытаниях приводит к следующему:

1.Нельзя решить вопрос о правомерности замены одной методики испытаний другой, если хотя бы для одной из них не известна основная метрологическая характеристика – погрешность измерений.

2.Отсутствие сведений о погрешности измерений делает невозможным проведение процедур сличения результатов измерений, получаемых с помощью разных методик или в разных лабораториях.

3.Отсутствие сведений о погрешности измерений делает невозможным даже приближенную оценку тех материально-экономических потерь, которые вызываются погрешностью измерений.

Таким образом, отсутствие сведений о точности измерений свидетельствует о недостаточно полной проработке метрологических задач при разработке процедуры испытаний продукции. В результате качество самой испытательной процедуры может оказаться невысоким, а результаты испытаний – ненадежными. Отсутствие сведений о погрешности измерений при испытаниях продукции может повлечь снижение качества продукции, поступающей к потребителю.

41

8 . 3 . Р а з р а б о т к а д о к у м е н т а ц и и п о м е т р о л о г и ч е с к о м у о б е с п е ч е н и ю и с п ы т а н и й

В современном обществе метрология играет большую роль. Это связано с тем, что практически нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы ни использовались результаты измерений. С помощью измерений получают информацию о состоянии различных процессов. Измерительная информация служит основой для принятия решений. И только ее достоверность и точность обеспечивают правильность решений на всех уровнях.

Испытательные лаборатории играют важную роль в этом процессе. Они призваны на основе испытаний предоставлять объективную информацию о характеристиках испытуемой продукции, в первую очередь, о наличии и о количестве веществ, представляющих опасность для жизни.

Каждая лаборатория в своей деятельности стремится к получению точной и достоверной информации, и метрологическое обеспечение призвано помочь в этом, так как вся система метрологического обеспечения деятельности испытательной лаборатории направлена на получение достоверной измерительной информации.

Метрологическое обеспечение устанавливает правила и нормы, направленные на достижение единства и требуемой точности измерений.

Единство измерений является конечной общественной целью, при достижении которой удовлетворяются общественные потребности в результатах измерений.

Неуклонно возрастающая значимость и ответственность измерений и измерительной информации обусловили необходимость установления в законодательном порядке комплекса правовых и нормативных положений, соблюдение которых направлено на обеспечение единства и требуемой точности измерений.

Однако положения Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» и документов ГСИ носят общий характер и требуют конкретизации, что происходит в документах более низкого уровня. Поэтому необходимо изучение проблем метрологического обеспечения и разработка документации низшей категории, например стандартов организации.

Использование этих стандартов в испытательной лаборатории позволяет правильно осуществлять данную процедуру, что обеспечи-

42

вает получение достоверной информации о значениях показателей качества и безопасности продукции.

Виспытательной лаборатории стандарты организации разрабатываются на основе и в дополнение стандартов высшей категории (ГОСТ, ГОСТ Р), методик, инструкций и т. д.

Стандарты организаций (СТО), в том числе коммерческих, общественных, научных организаций, саморегулируемых организаций, объединений юридических лиц могут разрабатываться и утверждаться ими самостоятельно исходя из необходимости применения этих стандартов для целей указанных в Федеральном Законе «О техническом регулировании».

Вцелях обеспечения организационного единства и создания условий для своевременной подготовки к применению стандарта организации в испытательной лаборатории необходимо предусматривать следующий порядок разработки СТО:

1. Принятие решения о разработке, которое должно осуществ-

ляться на основе:

– приказа руководителя лаборатории;

– личной инициативы любого работника.

2. Разработка модели процесса.

3. Планирование, т. е. определение ресурсов, сроков разработки, исполнителей и т. д.

4. Принятие решения о возможности исполнения.

5. Разработка концепции документа. После принятия решения следует стадия разработки концепции документа и реализация. Организация разработки концепции документа ведется в три стадии:

−разработка и согласование проекта (первой редакции) СТО;

−разработка проекта (окончательной редакции) по замечаниям

ипредложениям подразделений лаборатории;

−проведение нормоконтроля, т. е. проверка правильности изложения и оформления согласно ГОСТ.

6. Реализация, которая включает в себя:

−изготовление подлинника документа;

−подписанный нормоконтролером подлинник далее принимают

ивводят в действие приказом или личной подписью на первой странице стандарта руководителя лаборатории или его заместителя. В случае утверждения СТО приказом в нем устанавливают дату введения стандарта в действие с учетом мероприятий, необходимых для внедрения СТО, а также регистрируют;

43

−тиражирование, которое означает обеспечение всех заинтересованных подразделений данным документом способом ксерокопирования.

Для создания модели процесса разработки СТО «Метрологическое обеспечение испытаний» возможно применение процессного подхода. Он предполагает проведение следующих операций:

−выявление входных потоков и источников (поставщиков);

−установление управляющих воздействий (стандарты, методики и др.);

−установление необходимых для осуществления процесса ресурсов (помещения, оргтехники, подготовленного персонала и др.), не преобразуемых в выходные потоки;

−идентификация выходных потоков процесса.

Входным потоком для метрологического обеспечения испытаний является измерительное оборудование, в частности средства измерений (СИ) и испытательное оборудование (ИО). В качестве управляющих воздействий выступают нормативные документы (НД) на проведение испытаний (ГОСТ, СТО, ТУ, РД) и методики проведения испытаний. Персонал и финансы – это ресурсы, необходимые для осуществления процесса. Выходным потоком данного процесса в общем виде является достоверная информация, на получение которой направлена вся деятельность по метрологическому обеспечению испытаний.

Для процедуры метрологического обеспечения испытаний базовая модель представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Модель процесса метрологического обеспечения испытаний

44

Содержание стандарта организации может быть представлено следующими разделами:

1.Назначение.

2.Область применения.

3.Нормативные ссылки.

4.Определения.

5.Обозначения и сокращения.

6.Общие положения.

7.Обеспечение единства и требуемой точности измерений.

8.Состояние помещений.

9.Подготовка персонала.

10.Организация получения, учета, хранения, эксплуатации и ремонта СИ и ИО.

11.Подтверждение пригодности.

12.Методы испытаний и процедуры.

13.Обращение с испытуемыми образцами.

14.Обработка результатов.

15.Порядок внесения изменений.

Приложение А1. Состояние основных производственных помещений лаборатории.

Приложение А2. Перечень журналов ИЛ сырья и продуктов газопереработки.

Приложение А3. Сведения о средствах измерений, используемых в лаборатории при КХА.

Приложение А4. Сведения об испытательном оборудовании, используемом при КХА.

Приложение А5. Форма свидетельства о поверке. Приложение А6. Форма графика периодической поверки СИ.

Приложение А7. Перечень НД, устанавливающей требования к испытываемой продукции и методы ее испытаний.

Приложение А8. Форма журнала регистрации образцов, поступивших на испытания.

Приложение А9. Форма регистрации результатов испытаний в рабочих журналах.

Приложение А10. Форма протокола испытаний образца продукции. Приложение А11. Лист регистрации изменений.

45

8 . 4 . О б р а б о т к а и а н а л и з р е з у л ь т а т о в и с п ы т а н и й

Обработка данных испытаний проводится для установления соответствия объекта испытаний требованиям нормативных документов и определения фактических значений и оценок показателей качества испытываемой продукции.

По ГОСТ 16504:

Данные испытаний – регистрируемые при испытаниях значения характеристик свойств объекта и (или) условий испытаний, наработок, а также других параметров, являющихся исходными для последующей обработки.

Результат испытаний – это оценка характеристик свойств объекта, установления соответствия объекта заданным требованиям по данным испытаний, результаты анализа качества функционирования объекта в процессе испытаний.

Данные испытаний фиксируют в такой форме и последовательности, в которых они были получены. Предварительная группировка, окружение данных и исключение отдельных значений не допускается.

Методы обработки данных испытаний, полученных с помощью средств измерений, существенно зависят от вида регистрируемого параметра объекта испытаний, погрешности его измерения, показателя качества продукции (показателя назначения).

Регистрируемый параметр объекта испытаний может быть одним из четырех видов:

–постоянная величина;

–случайная величина;

–детерминированная функция;

–случайная функция времени или наработки.

Погрешность измерения может быть малой величиной, которую можно не учитывать, случайной величиной, случайной функцией.

Показатели назначения, которые подлежат проверке или оцениванию по данным испытаний, могут быть выбраны как

–среднее значение;

–среднее квадратичное отклонение;

–квантиль;

–разность квантилей распределения некоторой случайной величины. Такой случайной величиной может быть:

46

– собственно регистрируемый параметр объекта испытаний; _ известная функция этого параметра или нескольких регистри-

руемых параметров;

–время или наработка до выхода регистрируемого параметра за установленные пределы (если параметр является функцией времени или наработки продукции).

При оценке результатов испытаний используются показатели точности, воспроизводимости и достоверности результатов испытаний.

Точность результатов испытаний – свойство испытаний, ха-

рактеризуемое близостью результатов испытаний к действительным значениям характеристик объекта, в определенных условиях испытаний (ГОСТ 16504). Здесь нет принципиального различия с привычным для метрологов определением понятия «точность измерений».

Однако нужно рассмотреть два момента:

1. Определяемой характеристикой объекта испытания может быть:

–характеристика одиночного объекта (образца из партии, пробы);

–какая-либо статистическая характеристика (если объект испытания – партия изделий или некий объем продукции). В этом случае за результат испытания могут быть приняты такие характеристики, как математическое ожидание, дисперсия, функция распределения для всей партии или всего объема продукции. И точность испытаний определяется как степень близости полученных в результате испытаний таких статистических характеристик к их действительным значениям.

2. Поскольку результат испытаний относится к объекту, а результат измерений – к образцу, пробе, взятым от этого объекта, то и точность результатов испытаний может не совпадать с точностью измерений характеристики образца.

Количественной характеристикой точности результата испытаний для измерений, является показатель точности, который так же, как

идля измерений является вероятностной характеристикой погрешности результата испытаний. Погрешность определяется как разность полученного при испытаниях и истинного значения величины, выражающей определенное свойство объекта в заданный отрезок времени, в заданном состоянии, условиях и режиме функционирования объекта.

В качестве показателей точности данных испытаний чаще всего используются нижняя и верхняя границы погрешности с указанием вероятности. Границы доверительного интервала – нижняя Uн и верхняя Uв, называемые доверительными границами, учитывают объем и

47

характер разброса результатов оценки случайной величины, определяемой в процессе испытаний.

Достоверность результатов испытаний – это свойство кон-

трольных испытаний, характеризуемое степенью совпадения заключения о состоянии объекта при испытаниях действительному его состоянию (ГОСТ 16504). К показателям достоверности результатов контрольных испытаний относят:

–вероятность ложного соответствия – вероятность того, что объект испытаний, признанный соответствующим установленным требованиям, в действительности им не соответствует;

–вероятность ложного несоответствия – вероятность того, что объект испытаний, признанный несоответствующим установленным требованиям, в действительности им соответствует.

Для объектов испытаний, подвергаемых статистическому приемочному контролю, эти понятия соответствуют понятиям риска потребителя и риска поставщика.

Воспроизводимость результатов испытаний – это характери-

стика результатов испытаний, определяемая близостью результатов повторных испытаний объекта (ГОСТ 16504).

Показатели воспроизводимости результатов испытаний – это вероятностные характеристики, количественно определяющие степень близости результатов повторных испытаний объекта и зависящие от методики и объекта испытаний. К таким показателям, являющимся оценками количественных характеристик свойств продукции, относят:

–интервал, в котором с установленной вероятностью находится модуль разности любой пары результатов повторных испытаний;

–вид распределения и среднее квадратичное отклонение результатов повторных испытаний.

При контрольных испытаниях к показателям воспроизводимости результатов испытаний относят:

–вероятность забраковывания при повторном испытании объекта, признанного годном при первом испытании;

–вероятность признания годным при повторном испытании объекта, забракованного при первом испытании.

Показатели воспроизводимости делятся на показатели повторяемости (сходимости) и межлабораторной воспроизводимости.

Показатель повторяемости результатов испытаний (показатель сходимости) – это показатель воспроизводимости для условий проведе-

48

ния повторных испытаний в одной лаборатории, по одной и той же методике, одними и теми же операторами, с применением одних и тех же средств испытаний в течение достаточно короткого интервала времени.

Показатель межлабораторной воспроизводимости результатов испытаний – показатель воспроизводимости для условий проведения повторных испытаний в разных лабораториях, по одной и той же методике, на разном, но аттестованном испытательном оборудовании, с применением поверенных средств измерений, на образцах, взятых из одной партии продукции, или на одних и тех же образцах в течение такого интервала времени, при котором можно гарантировать достаточную стабильность характеристик образцов.

Показатели воспроизводимости используют для определения:

−допустимых расхождений между результатами повторных испытаний и установления норм этих расхождений;

−характеристик неоднородности продукции;

−характеристик нестабильности продукции;

−характеристик нестабильности свойств продукции;

−изменения условий испытаний.

Международный стандарт ИСО 5725 определяет повторяемость как характеристику испытаний, произведенных в условиях точного копирования, а воспроизводимость определяется для условий повторения, без ограничений, связанных с местом, условиями, средствами, временем проведения испытаний.

8 . 5 . М е т о д и к а с т а т и с т и ч е с к о й о б р а б о т к и р е з у л ь т а т о в и с п ы т а н и й

Статистическая обработка результатов испытаний необходима для того, чтобы достоверно оценить, соответствует объект испытаний установленным требованиям или нет.

Методика статистической обработки результатов испытаний составляет математическое обеспечение, включающее алгоритмы и программы обработки. Алгоритмы обработки данных имеют существенное различие при ручной обработке и при использовании ЭВМ.

49

В настоящее время действующие нормативные документы предназначены для ручной обработки. Фактически все алгоритмы построены по одинаковой схеме.

На основании результатов испытаний вычисляется ограниченное число параметров объектов испытаний или внешних воздействий, эти параметры сравниваются с табличными критическими значениями, а затем делается вывод о годности испытанного изделия (выборки, генеральной совокупности).

При обработке данных на ЭВМ алгоритмы содержат не только соотношения и данные (таблицы, графики), необходимые для проведения расчетов, но специальные процедуры, позволяющие рационально организовать весь вычислительный процесс.

Методика статистической обработки результатов испытаний должна включать разделы, определяющие:

–последовательность;

–алгоритмы и программы обработки, используемые методы и средства;

–указания о принимаемых решениях по результатам испытаний. Выбор каждого раздела зависит от характеристик измерений

(точности, достоверности) и характеристик объекта испытаний. Требования к метрологическим характеристикам результатов

испытаний представляются в виде оценки точности по относительной средней квадратичной погрешности δ соответствующего параметра и оценки достоверности по суммарной вероятности принятия ошибочного решения как суммы вероятностей ошибок первого и второго рода:

Рош.=α+β.

Точность результатов испытаний оценивается путем вычисления относительной погрешности. Для прямых измерений относительная погрешность ε оценки величины х определяется формулой

ε=∆х/х ∙ 100 %,

где ∆х=tα(n)∆SХ; tα(n) – коэффициент Стьюдента для заданного объема

выборки n и уровня значимости Р=1 – α; ∆SX = √∑(х −хср)2.

( −1)

Достоверность D результатов испытаний может быть оценена как вероятность принятия правильного решения (т. е. решения о нахождении контролируемых параметров в поле допуска или вне его):

D=1 – РОШ.,

50