Тема: Основные понятия и классификация контроля и испытаний сложных технических систем.
Вопрос 1. Испытания и контроль. Основные термины и определения
При создании летательного аппарата особо важное место занимают процессы испытания и контроля, цель которых состоит в обеспечении его высокой надежности, способности выполнять в полном объеме заданные функции. В настоящее время трудоемкость испытательных и контрольных процессов составляет 20—40% общей трудоемкости изготовления ЛА и постоянно возрастает. Контроль и испытания проводятся на всех этапах жизненного цикла ЛА, начиная с проверки исходных свойств материалов и кончая запуском и эксплуатацией.
Под испытаниями понимается экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта:
а) в процессе различного вида воздействий на него;
б) при его функционировании;
в) при моделировании объекта и (или) воздействий.
Таким образом, при любых испытаниях должны быть установлены характеристики свойств продукции (объекта испытаний), т. е. параметры или (и) показатели качества: назначения, надежности, эргономические, технологические, экологические, безопасности и др. При этом различают два вида параметров и показателей качества объекта испытаний (ОИ):
• измеряемые — физические величины и производные от них;
• неизмеряемые (например, плотность компоновки, удобство пользования, рациональность формы и др.).
Измеряемыми, контролируемыми и управляемыми являются параметры следующих видов: температура и тепло, давление и вакуум, влажность, линейные и угловые, световые и оптические, акустические, электрические и магнитные, электромагнитные и радиотехнические; уровень, объем, расход, состав и концентрация физико-химических свойств вещества; сила, масса, скорость и ускорение; ионизирующее излучение; аэродинамические и комбинированные параметры и др. (см. ГОСТ 26001).
Под измерением понимают алгоритмическую операцию, которая ставит в соответствие наблюдаемому состоянию объекта, процесса, явления определенное обозначение (число, номер или символ). Наиболее распространены при испытаниях технических изделий статистические измерения, под которыми понимают нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных физических средств. Необходимая информация при этом получается из результатов измерений с помощью обработки экспериментальных данных.
Параметры объекта испытаний могут быть: постоянной или случайной величиной.
Характеристики свойств объекта при испытаниях могут оцениваться, если задачей испытаний является получение количественных или качественных оценок, или контролироваться, если задача испытаний заключается только в установлении соответствия характеристик объекта заданным требованиям. В последнем случае испытания сводятся к контролю. Поэтому ряд видов испытаний являются контрольными.
Для контроля характеристик необходимо задать их требуемые значения. Последние указывает разработчик объекта в документации (чертежах, технологии, технических условиях и т.п.). Проверка соответствия объекта (продукции или процесса) установленным техническим требованиям называется техническим контролем. Анализируя данное определение технического контроля, можно заключить, что для всякого контроля характерно осуществление двух основных этапов:
1) получение информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств;
2) сопоставление этой информации с заданными требованиями и установление соответствия фактических данных требуемым значениям.
Информация второго этапа используется для выработки соответствующих управляющих воздействий на контролируемый объект. В этом смысле всякий контроль всегда активен. Первичная информация сопоставляется с техническими требованиями, записанными в нормативной документации, с признаками контрольного образца.
На стадии разработки продукции технический контроль заключается, например, в проверке соответствия опытного образца и (или) разработанной технической документации правилам оформления и техническому заданию.
На стадии изготовления техническому контролю подвергаются качество, комплектность, упаковка, маркировка и количество предъявляемой продукции, ход (состояние) производственных процессов.
На стадии эксплуатации продукции технический контроль заключается, например, в проверке соблюдения требований эксплуатационной и ремонтной документации.
Объектами технического контроля являются предметы труда (изделия, материалы, техническая документация и т.п.), средства труда (например, оборудование предприятий) и трудовые (например, производственные) процессы. Контроль осуществляется различными методами. Последние основаны на физических, химических, биологических и других явлениях и зависимостях (законах, принципах), применяемых при получении первичной информации об объекте контроля.
Как правило, кроме объекта контроля и исполнителя (контролера) для первого этапа контроля, т.е. получения первичной информации об объекте контроля, необходимо привлечение дополнительных изделий и (или) материалов, главным образом для преобразования информации, поступающей от объекта контроля. Эти дополнительные изделия и материалы называются средствами контроля. К ним относятся соответствующее оборудование, измерительные приборы, приспособления, инструмент, реактивы и т.д.
Для контроля должна быть определена контрольная точка, которая может быть частью (элементом) контролируемого объекта или находиться на некотором удалении от него (например, при контроле суммарной герметичности). В контрольной точке обычно размещают датчик или производят отбор пробы вещества.
Для получения результата контроля, т.е. оценки качества изделий, их годности или негодности, сортности и т.д., требуется определение параметров отдельных показателей качества продукции (ПКП). При этом возможны два вида контроля. В первом из них предполагается необходимым контролировать соответствие значений ПКП (физических величин) установленным требованиям. Иначе говоря, в процессе такого контроля можно (нужно) использовать измерительные процедуры. Такой контроль называют измерительным (количественным). При втором виде контроля требуется лишь фиксировать наличие отдельных ПКП в определенном поле допуска, ограниченном его верхней и нижней границами, т.е. по существу, осуществлять качественную оценку продукции. Подобный контроль называют качественным. В процессе измерительного (количественного) контроля используются средства измерений (СИ), а при качественном контроле — индикаторные средства. \
К объектам испытаний (ОИ) помимо изделий (отдельных деталей, соединений, агрегатов, изделий в целом, их моделей) относятся также материалы и процессы. Главная цель испытаний объекта состоит в том, что по их результатам принимается то или другое решение относительно объекта: о его годности или браковке, о предъявлении на следующие испытания, о возможности серийного выпуска и пр.
В зависимости от вида продукции и программы испытаний объектами последних могут быть единичное изделие или партия изделий, подвергаемая сплошному или выборочному контролю, отдельный образец или партия продукции. Объектом испытаний может также быть макет, или модель изделия. Решение по полученным результатам будет относиться в данном случае непосредственно к макету, или модели. Однако если при испытании какого-либо изделия приходится некоторые его элементы заменять моделями или отдельные характеристики изделия определять на моделях, то ОИ остается само изделие, хотя оценку его характеристик получают на основе испытаний модели.
По определению испытания предполагают наличие двух основных элементов: воздействия на объект и определения характеристик, которое может производиться как при функционировании объекта, так и при отсутствии такового.
Условия испытаний — совокупность воздействующих факторов и (или) режимов функционирования объекта при их проведении. К условиям испытаний относятся внешние воздействующие факторы (ВВФ) как естественные, так и искусственно создаваемые, а также внутренние воздействия, возникающие при функционировании объекта (например, нагрев, вызываемый трением или прохождением электрического тока), режимы функционирования объекта, способы и место его установки, монтажа, крепления, скорость перемещения и т.п.
Нормальные условия испытаний — условия, указанные в нормативной документации (НД) на данный вид продукции. Нормальные условия испытаний (значения воздействующих факторов, режимы функционирования) должны быть указаны в НД на методы испытаний конкретных видов продукции. Так, например, устанавливаются нормальные климатические условия испытаний для различных видов технических изделий.
Испытания технических изделий классифицируются по видам и категориям.
Вид испытаний — классификационная группа испытаний по конкретному признаку. Вид испытания определяется местом его проведения, масштабом интервала времени, а также воздействием соответствующих факторов, проверяемыми параметрами. При этом различные виды испытаний проводятся в рамках тех или иных категорий.
Категория испытаний — группа испытаний, характеризуемая одинаковыми организационными признаками их проведения и принятия решений по результатом оценки ОИ в целом.
Широкий круг видов испытаний, объединяемых в категории, характеризуется организационными признаками их проведения, а именно: уровнем (государственные, межведомственные, ведомственные испытания), этапами разработки (предварительные, приемочные), различными видами испытаний готовой продукции (квалификационные, приемосдаточные, периодические, типовые и т.д.).
По результатам всех этих испытаний производится оценка объекта в целом и принимается соответствующее решение о возможности предъявления изделия на приемочные испытания, постановки изделия на производство, об окончании освоения серийного производства или его продолжении, о присвоении изделию той или другой категории качества и т.д.
Проведению испытаний предшествует разработка их программы.
Программа испытаний — организационно-методический документ, устанавливающий объект и цели испытаний, виды, последовательность и объем осуществляемых экспериментов, порядок, условия, место и сроки выполнения испытаний, отчетность по ним, а также ответственность за обеспечение их проведения. Программа испытаний должна содержать методы и методики испытаний или ссылки на них, если они оформлены как самостоятельные документы.
Метод испытаний — правила применения определенных принципов и средств испытаний.
Методика испытаний — организационно-методический документ, включающий метод испытаний, средства и условия их проведения, отбор проб, алгоритмы выполнения операций по определению одной или нескольких взаимосвязанных характеристик свойств объекта, формы представления данных и оценивания точности, достоверности результатов, требования техники безопасности и охраны окружающей среды.
Методика испытаний, определяющая, по существу, технологический процесс их проведения, может быть оформлена в самостоятельном документе или в программе испытаний, или в нормативном документе на продукцию (стандарты, технические условия). Методика испытаний должна быть аттестована. Для реализации технологического процесса испытаний технических изделий используют средства испытаний.
Средство испытаний — техническое устройство, вещество и (или) материал для проведения испытаний. Понятие «средство испытаний» охватывает любые технические средства, применяемые при испытаниях, и прежде всего испытательные стенды. Испытательным стендом называется техническое устройство для установки объекта испытаний в заданных положениях, воздействия на объект, получения информации и управления процессом и (или) объектом испытаний. Следовательно, испытательный стенд позволяет не только воздействовать на объект, но и контролировать характеристики объекта и его свойства, определять их качественно и (или) количественно.
Совокупность средств испытаний, исполнителей и определенных ОИ, взаимодействующих по правилам, установленным соответствующей нормативной документацией, составляет систему испытаний. Главным характерным признаком любой системы испытаний является наличие некоторой организованной совокупности исполнителей (организаций или отдельных лиц), располагающих необходимыми для этого средствами и взаимодействующих с определенными объектами испытаний по установленным правилам. В этом смысле говорят, например, о системе государственных испытаний СИ, базирующейся на метрологических институтах и регламентируемой соответствующими государственными стандартами.
Технологический процесс любого вида испытаний завершается анализом полученных данных и формированием их результатов.
Данные испытаний — регистрируемые значения характеристик свойств объекта и (или) условий испытаний, наработок, а также других параметров, являющихся исходными для последующей обработки.
Результат испытаний — оценка характеристик свойств объекта, установление соответствия объекта заданным требованиям, данные анализа качества функционирования объекта в процессе испытаний.