3. При производстве, испытаниях и гарантийном обслуживании серийной продукции -

1. для выявления соответствия материалов, полуфабрикатов и готовых изделий заданным техническим требованиям;

2. для целей управления и регулирования технологическими про­цессами.

Примечание. Эффективность применения НК определяется сокраще­нием суммарных затрат на разработку, производство и эксплуатацию про­мышленной продукции.

Полученная в результате применения методов и средств НК каче­ства изделий информация об источниках и причинах появления де­фектов, о механизмах их развития во времени дает возможность реа­лизовать в процессе производства заложенное разработчиком высо­кое качество изделия путем:

• контроля качества исходных материалов и комплектующих из­делий;

• корректировки режимов и условий технологических процессов изготовления изделий;

• отбраковки некачественных и ненадежных изделий;

• оптимизации разработки нового или усовершенствования вы­пускаемого изделия с точки зрения его качества и надежности.

1.5. Испытания продукции

Основным источником получения объективной информации о качестве продукции, ее реальных свойствах, функционировании и причинах отказов являются экспериментальные исследования, ис­пытания и результаты эксплуатации. Испытания являются особым видом контроля качества продукции.

Испытанием называется экспериментальное определение коли­чественных и (или) качественных характеристик свойств изделия как результата его функционирования, воздействий и (или) моделирова­ния воздействий [ГОСТ 16504-81].

Испытание - это техническая операция, заключающаяся в уста­новлении одной или нескольких характеристик данной продукции, процесса или услуги в соответствии с установленной процедурой. Правила применения определенных принципов и средств испытаний составляют метод испытаний.

Объекты испытаний. Испытания проводят:

1. На образцах продукции (продукции в целом или ее части) - это натурные испытания, т.е. испытания на натурных изделиях.

Объектами испытаний могут быть материалы, детали машин, узлы, машины и целые технические системы, состоящие из множества ма­шин и приборов. Широко распространены испытания отдельных ча­стей деталей машин, например, испытания зуба зубчатого колеса на изгиб, испытания шейки вала на износ.

2. На макетах (упрощенном воспроизведении продукции для ис­пытаний), изготовляемых из тех же или других специальных мате­риалов в натуральную величину или в масштабе с применением тео­рии подобия. Например, макеты самолетов для обдува в аэродинами­ческой трубе, макеты подводных лодок для испытаний в бассейне.

3. На моделях (изделия, процесса), способных заменить продук­цию или происходящий в ней процесс при испытаниях. Моделью для испытаний могут быть изделие, процесс, явление, математическая модель, находящиеся в определенном соответствии с объектом ис­пытаний и/или воздействиями на него, и способные замещать их в процессе испытаний. Например, математическая модель процесса из­нашивания детали, позволяющая с определенной точностью рассчи­тать величину износа этой детали на любой момент времени; компь­ютерная модель электрической цепи, позволяющая исследовать ре­жимы ее работы; генератор механических колебаний, позволяющий моделировать внешние вибрационные воздействия на объект.

Испытания проводят как в процессе функционирования, так и при имитации условий эксплуатации, а также при воспроизведении определенных воздействий на продукцию по заданной программе. По результатам испытаний получают данные о характеристиках, опре­деляющих свойства качества изделий, например, целевые (точность, устойчивость, мощность, быстродействие), конструктивные (проч­ность, герметичность), эксплуатационные (грузоподъемность, ско­рость движения) и другие, - т. е. производится оценка и контроль показателей качества продукции.

Общим требованием к испытаниям является возможность срав­нения их результатов. Только при соблюдении этого условия резуль­таты испытаний могут быть использованы для получения законо­мерностей общего характера. Поэтому испытания должны прово­диться по единым методикам, с соблюдением единых норм.

В процессе испытаний изделие подвергается одному или несколь­ким внешним воздействиям (силовым, вибрационным, тепловым, радиационным, химическим и т. д.). При этом производится измере­ние интересующих исследователя свойств, характеристик, парамет­ров или показателей качества изделия. Широкое распространение получили испытания машин и приборов на долговечность, виброус­тойчивость, помехоустойчивость, коррозионную стойкость; испыта-

ния материалов на прочность, твердость, устойчивость к воздей­ствию агрессивных сред, ударную вязкость, усталость, истираемость. На многие виды испытаний существуют стандарты, устанавливаю­щие условия испытаний, режимы, форму и размеры образцов, пере­чень регистрируемых параметров и другие принципиальные сведе­ния.

Испытания могут быть непрерывными или циклическими. В пер­вом случае на протяжении всего периода испытаний, вплоть до отка­за, образцы находятся под стабильной нагрузкой. При циклических испытаниях образцы периодически подвергаются воздействиям всех основных видов нагрузок: температуры, вибрации, влажности и элек­трического напряжения. Поскольку на практике одновременное при­ложение всех этих нагрузок затруднительно, испытываемые изде­лия подвергаются воздействиям различных факторов последователь­но, причем каждый из циклов включает все виды воздействий.

Испытания классифицируются в соответствии с ГОСТ 16504-81.

1. В зависимости от назначения испытания делятся на исследо­вательские, контрольные, сравнительные и определительные.

1. Исследовательские испытания проводятся в соответствии с конструкторской документацией в процессе экспериментальной отработки опытного изделия. Их цель - изучение определенных характеристик свойств объекта (его параметров, свойств и показате­лей качества). Объектами испытаний могут быть как натурные об­разцы, так и макеты. В процессе этих испытаний собирается инфор­мация о свойствах материала или изделия, что необходимо для более полного и эффективного использования этих свойств в последующих разработках.

2. Контрольные испытания проводятся с целью контроля ка­чества продукции, т. е. для контроля соответствия фактически дос­тигнутого показателя качества заданному. Эти испытания проводят­ся в процессе производства, эксплуатации и хранения продукции. По результатам этих испытаний выявляются и устраняются причи­ны обнаруженного несоответствия и разрабатываются рекомендации по повышению качества. Объекты испытаний - только натурные об­разцы.

Контрольные испытания не дают достаточных сведений о надеж­ности продукции. Для определения надежности требуются специаль­ные испытания - ресурсные (на долговечность), на безотказность, на сохраняемость и др.

Однако результаты контрольных испытаний могут быть исполь­зованы не только для обнаружения явного брака. Статистически об­работанный материал контрольных испытаний позволяет оценить

качество и стабильность технологического процесса, помогает нахо­дить пути его улучшения. Каждый из параметров контрольных ис­пытаний в известной мере характеризует состояние определенного участка технологического процесса.

Например, ток холостого хода асинхронного двигателя зависит от ве­личины воздушного зазора между статором и ротором. Потери холостого хода связаны с качеством штамповки и сборки листовой стали. Сопротив­ление первичной цепи характеризует качество намотки, натяжение обмо­точного провода, колебания его диаметра. Сопротивление вторичной цепи зависит от качества заливки роторов и т. д.

Таким образом, надлежащая обработка и анализ материала контрольных испытаний позволяет управлять качеством процесса серийного производ­ства электрических машин. Совершенствование технологического процес­са ведет к уменьшению разброса характеристик и параметров машин, к общему повышению качества машин и их надежности.

3. Сравнительные испытания - испытания аналогичных по характеристикам или одинаковых объектов, проводимые в идентич­ных условиях для сравнения характеристик их свойств.

4. Определительные испытания - испытания, проводимые для определения неизвестных ранее значений характеристик объекта с заданными точностью и (или) достоверностью, и, при необходимос­ти, закона распределения случайной величины.

2. По этапам разработки продукции различают испытания: доводочные, предварительные, приемочные.

1. Доводочные - исследовательские испытания, проводимые в процессе разработки продукции с целью оценки влияния вносимых в нее изменений для достижения заданных значений показателей ее качества.

2. Предварительные - контрольные испытания опытных об­разцов и/или опытных партий продукции с целью определения воз­можности их предъявления на приемочные испытания.

3. Приемочные - контрольные испытания опытных образцов, опытных партий продукции или изделий единичного производства, проводимые соответственно с целью решения вопроса о целесообраз­ности постановки этой продукции на производство и/или использо­вания по назначению.

3. Испытания готовой продукции классифицируются следую- щим образом.

3.1. Квалификационные - контрольные испытания установоч­ной серии или первой промышленной партии, проводимые с целью оценки готовности предприятия к выпуску продукции данного типа в заданном объеме. (Т. е. разработано новое изделие и решается, бу­дут его выпускать или нет.)

2. Предъявительские - контрольные испытания продукции, проводимые службой технического контроля предприятия-изгото­вителя перед предъявлением ее для приемки представителем заказ­чика, потребителя или других органов приемки.

3. Приемосдаточные - контрольные испытания продукции при приемочном контроле.

4. Периодические - контрольные испытания выпускаемой про­дукции, проводимые в объемах и в сроки, установленные норматив­но-технической документацией, с целью контроля стабильности ка­чества продукции и возможности продолжения ее выпуска.

5. Инспекционные - контрольные испытания установленных видов выпускаемой продукции, проводимые в выборочном порядке с целью контроля стабильности качества продукции специально упол­номоченными организациями.

6. Типовые - контрольные испытания выпускаемой продукции, проводимые с целью оценки эффективности и целесообразности вно­симых изменений в конструкцию, рецептуру или технологический процесс.

7. Аттестационные - испытания, проводимые для оценки уров­ня качества продукции при ее аттестации по категориям качества.

8. Сертификационные.

4. По условиям и месту проведения.

1. Лабораторные - испытания объекта, проводимые в лабора­торных условиях.

2. Стендовые - испытания объекта, проводимые на испыта­тельном оборудовании.

3. Полигонные - испытания объекта, проводимые на испыта­тельном полигоне.

4. Натурные - испытания объекта в условиях, соответствую­щих условиям его использования по прямому назначению, с непос­редственным оцениванием или контролем определенных характери­стик свойств объекта. Эти испытания (межведомственные, государ­ственные) являются завершающими, их проводят на образцах, изго­товленных по документации, передаваемой в серийное производство и эксплуатацию, в условиях, максимально приближенных к услови­ям реальной эксплуатации. Эти испытания дают наиболее полное представление о работоспособности и надежности элементов техни­ческой системы и всей системы в целом.

5. С использованием моделей.

6. Эксплуатационные - испытания готовой продукции, про­водимые при эксплуатации. По своей цели они относятся к исследо­вательским испытаниям.

Как бы тщательно ни планировались испытания изделия, в лабо­раторных условиях практически невозможно воспроизвести всё мно­гообразие значений и различных сочетаний внешних воздействий, условий и режимов, встречающихся в реальных эксплуатационных условиях. Поэтому для изготовителя продукции информация, соби­раемая в результате наблюдения за испытываемым изделием в про­цессе его эксплуатации, является бесценной. Организовав оператив­ный сбор и обработку информации о работе изделий в эксплуатаци­онных условиях, изготовитель может быстро вносить необходимые изменения в конструкцию следующих партий продукции, совершен­ствовать технологические процессы и разрабатывать новые улучшен­ные модели.

Однако эксплуатационная информация обладает рядом суще­ственных недостатков. Один из них - невозможность выделить влияние на работу изделия того или иного отдельно взятого внешне­го фактора - температуры, скорости, нагрузки и др. Такое раздель­ное исследование влияния внешних факторов бывает необходимо для разработки аналитических методов расчета.

Другим недостатком является слишком большая продолжитель­ность сбора информации. Срок службы наиболее дорогих и сложных технических систем (станков, энергетических установок и др.) мо­жет достигать нескольких десятков лет. Как правило, к концу этого срока изделие оказывается снятым с производства, и в связи с этим ценность собранной информации в значительной мере теряется.

С целью сокращения сроков получения информации о характери­стиках свойств продукции применяются сокращенные или ускорен­ные испытания.

5. По продолжительности испытания могут быть отнесены к од­ному из трех классов: нормальные испытания, сокращенные или ус­коренные (частный случай ускоренных испытаний - форсированные).

5.1. Нормальные - испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации о характеристиках свойств объекта в такой же срок, как и в предус­мотренных условиях эксплуатации. Нормальные испытания про­водятся при нагрузках на изделие, близких к номинальным. Досто­инством этих испытаний является достоверность результатов, так как в процессе испытаний, по существу, воспроизводятся нормаль­ные эксплуатационные условия. Их основной недостаток - продол­жительность, и исследование устройств, обладающих большим ре­сурсом, этим методом нежелательно. Несвоевременность поступаю­щей информации снижает ее ценность и затрудняет оперативное уп­равление качеством продукции.

2. Сокращенные - испытания, проводимые по сокращенной программе. Их продолжительность меньше, чем у нормальных ис­пытаний. Они характеризуются отсутствием интенсификации дег-радационных процессов и строятся на основе принципов уплотнения рабочих циклов или экстраполяции во времени (наработке). Сокра­щение рабочих циклов допускается, если перерывы в работе не влия­ют на скорость приводящих к отказам процессов. Экстраполяция по времени производится на основе модели отказов. К методам сокра­щения длительности испытаний относятся: уплотнение испытаний во времени (сокращение холостых ходов и простоев, круглосуточная работа изделия и т. п.); одновременное испытание возможно боль­шего числа изделий; выделение лидера - изделия, работающего не­прерывно в наиболее тяжелых заданных условиях. Принципы орга­низации сокращенных испытаний существенно сказываются на ка­честве информации и снижают достоверность результатов.

3. Ускоренные - испытания, методы и условия проведения ко­торых обеспечивают получение необходимой информации о характе­ристиках свойств объекта в более короткий срок, чем при нормаль­ных условиях.

В зависимости от способов сокращения времени выделяются три основных пути проведения ускоренных испытаний. Первый: испы­тания, при которых режимы работы изделий соответствуют нормаль­ным условиям, указанным в технической документации на эксплуа­тацию, а сокращение времени достигается за счет использования ста­тистических моделей. Второй: форсированные испытания с после­дующим пересчетом результатов к нормальным условиям, при кото­рых уменьшение времени достигается за счет интенсификации про­цессов деградации. Третий: комбинированные испытания, исполь­зующие первый и второй пути.

Сокращение времени получения информации при высокой досто­верности результатов испытаний может быть достигнуто только пу­тем проведения форсированных испытаний.

5.4. Форсированные - ускоренные испытания, основанные на ин- тенсификации деградационных процессов, приводящих к отказу. Ин- тенсификация деградационных процессов достигается за счет воздей- ствия на изделие форсирующих (ускоряющих) факторов (воздей- ствий).

Эффективность форсированных испытаний характеризуется ко­эффициентом ускорения й_у, показывающим, во сколько раз быстрее протекают процессы деградации в режиме испытаний по сравнению с работой изделия в нормальном режиме

T н

где Т^н, Т^ф - время, за которое оцениваются характеристики надежно­сти изделия в нормальном режиме работы и при форсированных ис­пытаниях соответственно.

При этом под нормальным режимом испытаний понимается ре­жим, при котором ни одна из его составляющих Y{y₁(t), y₂(t), y_n(t)} не выходит за границы значений, установленных в технической до­кументации. Форсирование осуществляется ужесточением одной или нескольких составляющих режима, что приводит к интенсифика­ции процессов перехода изделия в предельное состояние. При испы­таниях механических устройств форсирования добиваются ужесто­чением нагружения или характеристик окружающей среды за счет:

• увеличения частоты приложения нагрузок;

• ужесточения нагрузки давления, напряжения и т. д.;

• ужесточения внешних механических и кинематических факто­ров (удары, вибрация, температура и т. д.);

• ужесточения воздействия рабочей среды (агрессивные среды, абразивные частицы и т. д.);

• воспроизведения спектра нагрузок, оказывающих превалирую­щее влияние на основные качественные характеристики объекта.

Выбор режимов - один из наиболее ответственных этапов планирова­ния форсированных испытаний. Форсированный режим должен отличаться от режима нормальной эксплуатации изделия, но в то же время оба режи­ма должны быть определенным образом связаны как качественно, так и количественно.

Всякая интенсификация процессов разрушения или старения при­водит к искажению истинной картины потери изделиемработос­пособности. Проведение форсированных испытаний осложняется еще и тем, что реальные условия нагружения любого объекта при его эксплуатации характеризуются спектром нагрузок вероятност­ной природы.

Работа изделия в форсированных режимах может вызвать новые явления в процессах старения и разрушения, не характерные для ус­ловий эксплуатации, и качественно изменить картину отказов. В этом случае приведение показателей качества к нормальным условиям ра­боты изделия будет иметь формальный характер и может вызвать гру­бые ошибки. Форсирование режимов допустимо лишь в пределах из­вестного закона старения или разрушения материала изделия.

Основой проведения форсированных испытаний являются мето­ды теории подобия. Они применяются при постановке эксперимен-

та, обработке опытных данных и указывают, как обобщать и рас­пространять полученные результаты на другие объекты. При форси­рованных испытаниях необходимо обеспечить подобие процессов возникновения отказа в нормальном и форсированном режимах функционирования изделия.

Для реализаций деградационного процесса, являющихся линей­ными функциями времени, время работы изделия может быть пере­считано с форсированного режима на нормальный по соотношению

где Т^н, Т^ф - время работы изделия в нормальном и форсированном режимах; Ь^н, Ь^ф - значения скорости разрушения в нормальном и форсированном режимах; - коэффициент ускорения (коэффици-

ент пересчета) испытаний.

Если реализации полуслучайного процесса деградации - нелиней­ные функции времени, обычно применяется способ кусочно-линей­ной аппроксимации. Время работы изделия пересчитывается с фор­сированного режима на нормальный по выражению

где Т_;^ф - длина участка линеаризации в форсированном режиме; b -угловой коэффициент секущей прямой, соответствующей i-му участ­ку линеаризации.

Итак, форсированные испытания позволяют сократить длитель­ность испытаний в несколько раз, но для сложных изделий достовер­ность их результатов снижается. Снижение достоверности проис­ходит за счет того, что зависимости, полученные в форсированном режиме работы изделия (т.е. при повышенных нагрузках), пересчи­тывают (экстраполируют) затем на нормальные условия работы изделия, т.е. в область номинальных нагрузок. При этом для раз­ных узлов изделия коэффициенты пересчета являются разными (своими собственными), так как для разных узлов изделия один и тот же форсирующий фактор по-разному сказывается на скорости изменения их технического состояния.

6. По типу воздействия выделяют следующие испытания.

1. механические - испытания на воздействие механических фак­торов;

2. климатические - испытания на воздействие климатических факторов (атмосферного давления, температуры, влажности, атмос-

ферных осадков, тумана, солнечного излучения, ветра, пыли, песка

и др.);

3. термические - испытания на воздействие термических факто­ров;

4. радиационные - испытания на воздействие радиационных фак­торов;

5. электрические - испытания на воздействие электрического напряжения, тока или поля;

6. электромагнитные - испытания на воздействие электромаг­нитных полей;

7. магнитные - испытания на воздействие магнитного поля.

8. химические - испытания на воздействие специальных сред.

9. биологические - испытания на воздействие биологических фак­торов.

7. По результату воздействия испытания подразделяют следу­ющим образом.

1. Неразрушающие - испытания с применением неразрушаю-щих методов контроля. Проводятся без разрушения или поврежде­ния объекта. Включают все методы определения или измерения свойств или характеристик материалов, деталей или изделий, кото­рые не ухудшают их эксплуатационную надежность (не изменяют качество изделий). Неразрушающими испытаниями нельзя получить информацию о надежности и долговечности изделия.

2. Разрушающие - испытания с применением разрушающих методов контроля. Преимущество разрушающих испытаний состо­ит в том, что они дают возможность получить количественные ха­рактеристики свойств изделий. Правда, при каждом испытании по­лучают обычно только одну характеристику (например, для матери­ала - предел выносливости, твердость и т. д.).

Этим испытаниям могут подвергаться образцы, заготовки, дета­ли, узлы, изделия и технические системы в целом. Разрушающие испытания позволяют получать показатели назначения, надежнос­ти и технологичности продукции. При разрушающих испытаниях детали подвергаются разрушению под действием механических на­грузок или разрезаются, чтобы можно было исследовать деталь из­нутри. К разрушающим относятся и испытания на надежность, так как в результате их расходуется ресурс исследуемого изделия (пол­ностью или частично).

Естественно, что детали, которые в дальнейшем будут использо­ваться в изделиях, не могут подвергаться испытаниям разрушаю­щими методами; а если разрушающим испытаниям подвергаются сами изделия или системы, то после проведения испытаний они яв-

ляются непригодными к дальнейшему их использованию по назна­чению. Разрушающим испытаниям подвергаются не все изделия (ге­неральная совокупность), а небольшая их часть, называемая вы­боркой. В этом случае показатели качества изделия могут отличать­ся от соответствующих статистических оценок вследствие ограни­ченности и случайного состава выборки. Чтобы учесть это возмож­ное отличие, вводится понятие доверительной вероятности. Довери­тельная вероятность - вероятность того, что истинное значение оцениваемого параметра или числовой характеристики лежит в за­данном интервале, называемом доверительным.

7.3. Испытания:

на стойкость;

на прочность - испытания, проводимые для определения значе­ний воздействующих факторов, вызывающих выход значений харак­теристик свойств объекта за установленные пределы или его разру­шение;

на устойчивость - испытания, проводимые для контроля спо­собности изделия выполнять свои функции и сохранять значения параметров в пределах установленных норм во время действия на него определенных факторов.

8. По определяемым характеристикам различают испытания.

1. На надежность - испытания, проводимые для определения или контроля показателей надежности в заданных условиях. Испы­тания на надежность могут быть определительными и контрольны­ми, нормальными и форсированными, и т. д.

2. На безопасность.

3. На транспортабельность - испытания, проводимые для определения или контроля показателей транспортабельности в за­данных условиях.

4. Граничные испытания - испытания, проводимые для опре­деления зависимостей между предельно допустимыми значениями параметров объекта и режимами эксплуатации.

5. Технологические испытания - испытания, проводимые при изготовлении продукции с целью оценки ее технологичности.

9. По получаемой информации (по объему выборки).

9.1. Групповые - испытания, проводимые групповыми методами оценки показателей качества. Результаты испытаний относятся к выборке, к партии; поскольку обработка групповых испытаний на надежность выполняется методами математической статистики, то для этой цели требуется значительное число образцов. Точность и достоверность результатов возрастает с увеличением количества ис­пытываемых однотипных изделий.