4.8. Вопросы обеспечения испытаний стендовым оборудованием
Типичными можно считать следующие варианты.
1. В организации – изготовителе продукции, подлежащей испытаниям, прорабатываются возможности осуществления испытаний в другой организации или в отдельной, специально аттестованной испытательной лаборатории. При этом основным моментом является установление и документирование основных требований к испытаниям и согласование их с заказчиком продукции и с исполнителем, который будет проводить испытания.
2. Предварительно прорабатываются возможности испытаний изделий в самой организации-изготовителе. В этих случаях необходимо, с одной стороны, установить типовые требования, содержащиеся в стандартах и технических условиях на подобные конкретные изделия, а с другой — проанализировать сведения об имеющемся в организации испытательном оборудовании.
3. При отсутствии в организации-изготовителе испытательного оборудования ставится вопрос о приобретении стендов. Необходимо изучить все доступные материалы о серийно выпускаемых испытательных установках и, возможно, об отдельных разработках отечественных организаций, а также о стендах, выпущенных в единичных экземплярах или о нереализованных проектах, как возможных прототипах, а затем сопоставить их с требованиями к параметрам и режимам испытаний.
4. При установлении категорической необходимости создания новых стендов под новые требования нужно формулировать технические требования для разработки нового испытательного оборудования, предусмотреть необходимость и обеспечить его аттестацию и сертификацию, а также разработать методики испытаний на этих стендах.
5. В организации, получившей заказ на создание нового испытательного оборудования с формулировкой всех технических требований, нужно провести весь цикл, начиная с поэтапного проектирования, включая конструирование, представление рабочей документации, выбор комплектующих, размещение заказов на изготовление составных частей, сборку, монтаж и отладку.
6. Существующее испытательное оборудование, созданное в самой организации или полученное со стороны, без существенных изменений необходимо или модернизировать с целью расширения возможностей (например, изменения диапазона), или дополнить вспомогательными механическими устройствами, или повысить степень автоматизации, или встроить в единый комплекс с другим оборудованием.
7. При наличии необходимого испытательного оборудования необходимо разработать новые методики осуществления испытаний, обосновать задание режимов испытаний, выбрать те или иные алгоритмы обработки первичных данных, вторичной обработки, и соответствующее программное обеспечение, обеспечить регистрацию окончательных результатов и их представления.
В конкретных ситуациях перечисленные задачи могут ставиться и решаться в различных комбинациях. Нужно быть готовым если не самостоятельно проводить указанные работы, то по крайней мере, хорошо понимать проблематику и активно участвовать в их выполнении на различных этапах испытаний.
Приложение 1 . Классификация испытаний (по гост 16504-81)
Наиболее подробную картину разнообразия типов, видов и вариантов испытаний дает ГОСТ 16504-81 Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения. Содержащаяся в этом стандарте терминология тщательно выверена и устойчиво сложилась в единую терминосистему, в ней интегрирован отечественный опыт на протяжении десятилетий. Конечно, нужно иметь в виду принцип добровольности стандартизации, установленный Федеральным законом «О техническом регулировании». Кроме того, имеются определенные пробелы, и конечно, в ГОСТ 16504-81 не учтены новые тенденции, представленные в переводах на русский язык международных стандартов, а тем более национальных и корпоративных нормативных документов других стран.
Во времена разработки первой версии (начало семидесятых годов) ГОСТ 16504-81 входил в комплекс стандартов «Система государственных испытаний продукции», в который должна была входить серия стандартов «Испытания и контроль качества продукции». В этом комплексе в семидесятые годы был задумана совокупность взаимно согласованных стандартов, но были разработаны и введены в действие только немногие из них. Государственные испытания были высшей формой испытаний практически любой продукции, теперь они сохранились только для продукции в определенных областях (здравоохранение, военная техника, атомная промышленность и некоторые другие). В наше время часто окончательным является уровень «заказчик-производитель». Но большинство терминов ГОСТ 16504-81 имеет всеобщую применимость, не только к государственным испытаниям.
В СССР еще в семидесятые годы одновременно с международной организацией по стандартизации ИСО (ISO) и при одной и той же общей концепции прорабатывались вопросы управления качеством; исходным можно считать ГОСТ 15467-79 Управление качеством продукции. Основные понятия, термины и определения. При этом, вопреки обычным житейским представлениям, качество в стандартах понимается исключительно как мера соответствия документально установленным требованиям. Именно такое понимание вполне соответствует содержанию основных пунктов стандартов ИСО серии 9000 всех нескольких последовательных версий.
В далее разбираемом ГОСТ 16504-81 вводятся и стратифицируются две близких категории: испытания и контроль. Близость этих понятий проявляется в частности в том, что существует такой вид испытаний - контрольные испытания. В многочисленной учебной литературе четкого понимания различий между ними часто нет.
В ГОСТ 16504-81 термины, определяющие виды испытаний, пронумерованы. В приведенных ниже комментариях, необходимых вследствие вынужденной традиционной лаконичности многих определений, номер каждого термина приводится в скобках, как он есть в стандарте. При этом, если это требуется в соответствии с логикой, последовательность номеров иногда нарушается. После номера приводится перевод термина на английский язык. По некоторым пунктам комментарии значительно расширяют представления о разнообразии целей и процедур испытаний. В комментариях приводимые тексты определений обычно не повторяют тексты рассматриваемого стандарта (иногда они расширяются, иногда сокращаются); это делается умышленно, поскольку нужно учитывать другие стандарты и кроме того практика не всегда следует стандартам. Некоторые из пунктов стандарта опускаются или термины приводятся без определений, когда их смысл ясен сам по себе, и формальные определения ничего не раскрывают. С другой стороны, иногда оказываются необходимыми дополнения, очень важные для практики, но отсутствующие в стандарте.
Испытания (1) (англ. test) определяются, как экспериментальное определение количественных и/или качественных характеристик свойств объектов испытаний как результат воздействия на него при его функционировании, при моделировании объекта и/или воздействий. Определение включает оценивание и (или) контроль.
Метод испытаний (11) (англ. test method) определяется, как правила применения определенных принципов и средств испытаний. При испытаниях очень большое значение придают документации, поэтому следует обратить внимание на два следующих общих понятия, имеющих подробную расшифровку. ГОСТ 16504-81 определяет содержание программы испытаний (13) (англ. test program); в программе устанавливаются: объект и цели испытаний, виды, последовательность и объем проводимых экспериментов, порядок, условия, место и сроки проведения испытаний, обеспечение и формы отчетности, а также ответственность за обеспечение и проведение испытаний. На практике бывает важно, кем утверждается программа.
Методика испытаний (14) (англ. test procedure) представляет собой организационно-методический документ, в который включают: описание метода испытаний, указания по выбору средств и условий испытаний, порядок выбора образцов для испытаний, описание алгоритмов преобразования экспериментальных данных, формы представления конечных результатов, показателей их точности и достоверности, требования техники безопасности при испытаниях. Совокупность средств испытаний, исполнителей и объектов испытаний, взаимодействующих по правилам, установленным нормативной документацией, объединяются в понятие «система испытаний». Стандарт различает данные испытаний, получаемые непосредственно при испытаниях значений характеристик (например, пары значений) или условий испытаний, и результаты испытаний — конечные оценки характеристик свойств объекта.
Стандарт устанавливает основные принципы взаимодействия организаций, ответственных за проведение испытаний, а именно, головной организации по государственным испытаниям продукции, государственного испытательного центра, республиканского (регионального) испытательного центра, ведомственного испытательного центра, базового испытательного подразделения головной организации, опорного пункта головной организации по государственным испытаниям продукции.
В стандарте важно не только и не столько установление единообразных терминов, которые следует использовать в научной, учебной и монографической литературе и тем более в технической документации, но и дает максимально широкую общую картину того, какие вообще бывают испытания, с чем приходится встречаться при планировании, организации и проведении испытаний. Отметим, что планирование испытаний на практике сводится буквально к составлению планов, к определению ответственных и мест их проведения, к заданию условий и режимов, к выбору испытательного оборудования, к способу представления результатов и т.п. В рамках научных методов планирования эксперимента, которым посвящена обширная литература, рассматриваются решения совсем других, полностью формализованных математических задач, которые здесь не рассматриваются.
По материалам ГОСТ 16504-81 авторами этого издания построена многоаспектная классификация видов испытаний по восьми независимым классификационным признакам. Классификационные признаки испытаний представлены в виде таблицы на рис. 2.1. В жирных рамках приведены нумерованные наименования признаков, а ниже в простых рамках - конкретные варианты.
Классификация по первому признаку определяет назначение и характер испытаний. Исследовательские испытания (35) (англ. investigation test) проводятся для изучения определенных качественных свойств и количественных характеристик объектов. Этот вид испытаний, наиболее разнообразных и часто не поддающихся регламентации, находит применение на всех этапах жизненного цикла изделий. Так на этапе маркетинга, когда собственные изделия еще не созданы, объектами испытаний являются аналоги, образцы изделий того же назначения других фирм-производителей или предполагаемые комплектующие. На этапе серийного производства могут продолжаться испытания образцов с целью получения обоснованных рекомендаций по их совершенствованию.
Исследовательские испытания в принципе в наименьшей степени регламентируются, поскольку априори часто имеет место неопределенность в знании слабых мест изделий, а их выявление очень важно. Это не значит, что исследовательские испытания не следует планировать. Но хотя программы таких испытаний целесообразно по мере возможности предусматривать, такие программы часто корректируются и дополняются.
Исследовательские испытания могут проводиться для выяснения перспективности тех или иных схемных и конструктивных решений, установления возможности использования различных комплектующих, определения параметров предельных режимов и состояний, запасов прочности или жесткости, выяснения условий сохранения работоспособности после аварий и т.д. Часто исследовательские испытания служат для подготовки к испытаниям других видов, а именно, для отработки методик, выяснения возможностей сокращении объема испытании, применения различных средств измерений и т. п. Нередко одним из результатов исследовательских испытаний является построение математической модели объекта, который до этого рассматривался, как «черный ящик» с совершенно неизвестными свойствами. Результаты исследовательских испытаний могут предъявляться в любой форме: системой формул, совокупностями значений параметров, графиками процессов во времени, функциями распределения в пространстве, но иногда они могут представлять собой только словесные описания. Часто исследовательскими являются испытания, проводимыми в рамках выполнения диссертационных работ.
Определительные испытания (38) (англ. determinative test) проводятся для определения характеристик или параметров объектов. Чаще всего имеется в виду, что перечень параметров, подлежащих определению, и их смысл заранее полностью определены или математическая модель уже построена, нужно определять параметры этой модели. Обычные особенности процедур определительных испытаний заключаются в использовании при обработке первичных данных алгоритмов статистической обработки и аппроксимации аналитическими зависимостями (см. п. 4.3).
Контрольные испытания (36) (англ. check test) проводятся с целью определения соответствия характеристик или параметров объекта установленным требованиям, которые обычно задаются полями допусков, но, кроме того, могут включать качественные понятия (например, комплектность, отсутствие видимых наружных повреждений и т.д.). Контрольным испытаниям в виде допускового контроля в первую очередь подвергаются изделия при серийном или массовом производстве, когда требования к изделиям установлены и утверждены. Отметим, что в ГОСТ 16504-81 записано, что контрольные испытания проводятся для контроля качества; если под качеством понимать соответствие установленным требованиям, то это действительно в конечном счете сводится к допусковому к контролю.
Контрольные испытания обычно являются наиболее жестко регламентируемыми. Методы и средства контроля, контролируемые параметры, границы полей допусков, число контролируемых изделий, условия контроля — все это фиксируется утвержденными методиками. По результатам контрольных испытаний объекты относятся к нескольким различным группам (часто к двум группам: годные и негодные). На практике применительно к контрольным испытаниям широко используют термин «тестовые испытания», но он официально не признан и в рассматриваемом стандарте отсутствует.
В ГОСТ 16504-81 имеется целый большой раздел, посвященный классификации и трактовке понятия «контроль» (англ. inspection) или правильнее, «технический контроль», которое определяется, как проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям. Близость понятий «контроль» и «контрольные испытания» очевидна, на практике часто между ними часто не проводится различий. В СССР на государственных предприятиях выполнение основных операций технического контроля возлагалось на персонал отделов технического контроля (ОТК), имеющих особый статус; но уже более двух десятилетий эта система мало где функционирует. Заметим, что созвучное английское «control» имеет совсем другой смысл: это управление.
В последующих разделах классификации по другим классификационным признакам часто выясняется, что тот или иной вариант испытаний реализуется в виде исследовательских, определительных или контрольных испытаний.
В отдельный вид выносятся сравнительные испытания (37) (англ. comparative test), которым подвергаются одинаковые по назначению объекты, для того, чтобы по результатам можно было сравнивать их свойства, характеристики или параметры. В сравнительных испытаниях могут участвовать различные образцы одного и того же изделия, и тогда по результатам можно судить о стабильности производства. Сравнительные испытания естественно проводить также со сходными изделиями конкурирующих фирм при выборе поставщика или при решении об организации лицензионного производства. В сравнительных испытаниях может участвовать изделие самого высокого качества (по общему признанию), которое принимается за «эталон», и изделие, выпускаемое или подготавливаемое к серийному выпуску. При сравнительных испытаниях, проводимых по возможности в идентичных условиях, могут сравниваться количественные показатели или характеристики, но часто результатом является констатирование по экспертным оценкам того факта, что один объект лучше (или не хуже) другого. Программы сравнительных испытаний часто бывают укороченными, когда есть основания считать, что по определенной части параметров сравниваемые объекты близки друг другу. Один из распространенных случаев применения сравнительных испытаний — при сопоставлении свойств экспериментальных образцов, образцов установочной серии, серийных образцов различных видов выпуска, образцов одной и той же продукции, выпускаемой различными предприятиями, а также при сопоставлении модернизированных изделий с прототипами. Идеология сравнительных испытаний, как демонстрационных, широко используется в рекламе, например, чистящих средств.
Вторая группа показателей (по классификации, приведенной на рис. 2.1) определяет уровень или статус испытаний. Здесь, как испытания самого высокого уровня выделяются государственные испытания (39) (кратко – госиспытания, англ. state test), отмечается, что им подвергается важнейшая продукция. Порядок их проведения всегда бывает жестко регламентирован. Они проводятся головной организацией, назначается специальная государственная комиссия. При положительных результатах изделие заносится в государственный реестр; если изделие прошло госиспытания, этому изделию открыт путь в серийное или массовое производство. Более низкий уровень имеют межведомственные (40) (англ. interdepartmental test) и ведомственные (41) (англ. departmental test) испытания. Следует иметь в виду, что в рассматриваемом стандарте, формально относящемся только к высшим уровням, не вводятся специальные термины для наиболее распространенных в наше время и важных испытаний на низших уровнях, на уровне «заказчик-производитель» и на уровне только производителя.
Третья группа определяет виды испытаний на этапах разработки продукции, это доводочные (42) (англ. developmental test), предварительные (43) (англ. preliminary test) и приемочные (44) (англ. acceptance test) испытания. Доводочные испытания определяются, как подвид исследовательских испытаний, проводимых для выявления, а затем устранения отрицательного влияния главных факторов и, в конечном счете, повышения качества. Предварительные и приемочные испытания – это подвиды контрольных испытаний. В эту же группу могут быть отнесены технологические испытания (80) (англ. in-process test), проводимые с целью оценивания правильности выполнения технологических операций и уровня технологичности.
Четвертая группа определяет виды испытаний готовой продукции: приемо-сдаточные (44) (англ. approval test), квалификационные (45) (англ. qualification test), предъявительские (46) (англ. predelivery test), периодические (48) (англ. periodical test), инспекционные (49) (англ. inspection test), типовые (50) (англ. type test), аттестационные (51) (англ. evaluation test), сертификационные (52) (англ. certification test). Все они являются контрольными, они проводятся на разных этапах жизненного цикла изделий или производителем, или заказчиком, или ими совместно. Эти испытания осуществляются по разным программам с целями определения соответствия продукции установленным требованиям, по результатам оформляются различные документы, соответствующие типу испытаний. Например, по результатам сертификационных испытаний выдается сертификат соответствия (но не качества!), в котором указывается, что изделия определенной модели и такой-то партии, выпущенные таким-то предприятием, соответствуют таким-то требованиям (указываются пункты технических условий или стандартов). Классифицирование по признаку четвертой группы определяет тип документации, представительность процедур, но не конкретное содержание испытаний. Нередко сертификат определяет не ожидаемый полезный эффект от использования изделия, а только его безопасность для пользователя (например, это относится к биологически активным пищевым добавкам), но чтобы это установить, нужно по документам расшифровать, в чем конкретное содержание пунктов, перечисленных в сертификате соответствия.
В связи с достаточно широким распространением сертификации необходимо обратить особое внимание на оговоренные условия, которые могут быть в различных вариантах. Известно [29] много (более двадцати) различных, так называемых схем сертификации, они различаются преимущественно местом проведения испытаний и (или) контроля (или у производителя на производстве, или при сдаче, или при приемке у заказчика), полнотой программы, способом отбора (выборочно или 100 %), при поступлении только первой партии или всех партий и т.д. В некоторых схемах сертификации объектом анализа может быть не продукция, а само производство, его организация, наличие и функционирование на предприятии специальной структуры, называемой системой качества (англ. quality system).
Представляется, что перечень по этой группе должен быть дополнен двумя позициями. Во-первых, это диагностические испытания, которые предпринимаются для выявления причин отказов и иных нарушений. Постановки задач в технической диагностике кратко рассмотрены в п. 5.3. Стандарты по технической диагностике составляют самостоятельную группу, но в общую классификацию диагностические испытания следовало бы ввести. Во-вторых, практика определила особую важность особого вида испытаний, а именно демонстрационных испытаний, соответствующее понятие не стандартизовано, хотя именно эти испытания в наше время широко распространены. Специфика демонстрационных испытаний подробно обсуждается в п. 2.5.
Пятая группа определяет виды испытаний по условиям и типу места их проведения. Лабораторные испытания (53) (англ. laboratory test) проводятся иногда действительно в отдельной лаборатории, но нередко по месту изготовления или сборки, а что самое главное, без применения стендового оборудования. Для многих изделий, например, приборов важно, что лабораторные испытания производятся на неподвижном основании, при нестабилизированной температуре. Стендовые испытания (54) (англ. bench test) проводятся на испытательном оборудовании. В больших организациях часто основной парк стендов (англ. bench), особенно крупногабаритных и мощных, сосредоточен в специальных стендовых залах. Однако некоторые из стендов, необходимых для пробных испытаний экспериментальных образцов, нередко раздаются по проектирующим подразделениям или по производственным участкам. При крупносерийном или массовом производстве на конвейерах иногда испытательные стенды встраиваются в технологическую линию, в этих случаях нередко операции контроля и контрольных испытаний трудно различимы. Проблематика формулирования требований, создания, проектирования механических стендов и проведения испытаний на них рассмотрена в этом пособии в главе 3 .
В тех случаях, когда существуют специальные полигоны, осуществляются полигонные испытания (55) (англ. ground test). Отличительной особенностью полигонных испытаний является то, что они производятся не в помещении, а в открытом пространстве, часто очень больших размеров (порядка километров), но это необязательно. В течение многих десятилетий понятие полигонных испытаний относилось только к военному делу, однако в последнее время область использования этого понятия не ограничивается, важным является условие предоставления практически неограниченных пространств. Например, широко применяются полигонные испытания всех транспортных средств, ряда их составных частей и подсистем. Применительно к использованию высококачественных труб для транспортировки нефти и газа по трубопроводным системам осуществляются полигонные испытания на герметичность при высоком давлении секций со сварными швами, больших емкостей и т.п..
В условиях, максимально приближенных к эксплуатационным, осуществляются натурные испытания (56) (англ. verification test innature), проводимые в натурных условиях, но при широких возможностях управления режимами и измерениями; иногда невозможно провести определенную границу между натурными и полигонными испытаниями. Термин по-русски «верификация» (англ. verification) в последние годы в отечественной технике применяется все чаще, причем в различных смыслах. Наконец, в процессе нормальной эксплуатации производятся эксплуатационные испытания (58) (англ. field test). Порядок перечисления вариантов пятого классификационного признака как правило соответствует этапам жизненного цикла изделий.
Как частный вид могут рассматриваться граничные испытания (79), (англ. marginal test) как вариант исследовательских испытаний, проводимых для определения зависимостей между предельно допустимыми значениями параметров объектов и режимами эксплуатации. Предельные состояния обычно определяются по появлению недопустимых нарушений, больших отклонений параметров от номинальных значений, причем нарушения могут быть обратимыми или необратимыми. Например, граничными являются ресурсные испытания, при которых устанавливается зависимость долговечности от нагрузки и температуры.
Шестая группа классификационных признаков характеризует задание режимов и последствия испытаний для образцов. Выделяются следующие виды испытаний: нормальные (59) (англ. normal test), проводимые на интервалах времени, соответствующим установленным срокам эксплуатации изделий (для многих изделий их практически также можно называть длительными), ускоренные (60) (англ. accelerated test), проводимые в более короткие сроки. Часто ускоренные испытания являются форсированными, усиленными (англ. forced test), т.е. они проводятся в более тяжелых условиях, чем условия нормальной эксплуатации (например, при механических нагрузках более высокого уровня). Также выделяются сокращенные испытания (61) (англ. reduced test), проводимые по сокращенным программам с исключением некоторых режимов или целых разделов из программ нормальных испытаний.
Понятия неразрушающих испытаний (71) (англ. nondestructivе test), и разрушающих испытаний (72) (англ. destructive test) тоже требуют некоторых пояснений. Для изделий в целом или их составных частей разрушение может пониматься в разных смыслах: как механическая поломка детали, как безнадежное заклинивание передачи, как пробой изоляции или как разрыв электрической цепи вследствие отрыва пайки и т.д. Разрушающим испытаниям на стендах обычно подвергаются образцы конструкционных материалов, причем испытываться могут образцы данной марки или даже определенной партии, если есть подозрения, что партии могут существенно различаться по характеристикам. Естественно, после разрушения объект испытаний перестает существовать, поэтому разрушающие испытания проводятся для объектов, которые можно считать по всем свойствам практически идентичными, тогда характеристики предельных состояний, полученные при разрушении испытуемого объекта, приписываются остальным экземплярам, не подвергавшимся именно таким испытаниям.
Неразрушающие испытания могут быть сплошными, стопроцентными (англ total test) или выборочными (англ. sampling test). Виды неразрушающих испытаний, как пассивные, так и активные (при специальных испытательных воздействиях) многочисленны, они классифицируются в первую очередь по используемым физическим принципам. Для конструкций и их элементов основными являются акустические (в частности, ультразвуковые), а также электромагнитные, рентгенографические и т.д.
Седьмая группа классификационных признаков характеризует природу групп факторов воздействий, которым подвергается объект в процессе испытаний, ниже они перечисляются в целом (за некоторыми исключениями) сначала в порядке следования разделов физики, а затем других фундаментальных наук. Для полноты классификации сначала следовало бы ввести пункт «испытания без специальных воздействий». Далее перечисляются следующие основные виды испытаний: механические (62), термические (64), климатические (63), электрические (67), магнитные (68), электромагнитные (66), химические (69), биологические (70). Этот перечень может быть продолжен. Классификация по этому признаку должна быть иерархической, многоуровневой; на верхнем уровне (соответствующие признаки перечислены) она является укрупненной, на более низких уровнях должна производиться дифференциация по подвидам. Так механические испытания могут производиться на статические нагрузки, на синусоидальные вибрации, на удары и т.д. При электрических испытаниях электродвигателей обычно определяется целый комплекс характеристик при задании изменений напряжения питания, момента нагрузки на валу, температуры, различных режимов включения, выключении и реверсировании и т.п. Факторами воздействий и их параметрами определяется выбор необходимого стендового и другого испытательного оборудования и требования к его проектированию. Применительно к механическим испытаниям проблематика подробно рассмотрена в главе 3 данного пособия.
Под химическими испытаниями в ГОСТ 16504-81 понимают испытания на воздействия химических факторов среды. Но химический аспект гораздо более важен в другом плане, в плане анализа химического состава (в частности, количественного соотношения составных частей сплавов и содержания малых примесей в конструкционных материалах). Все это – предмет так называемого количественного химического анализа, который по существу является совершенно самостоятельным типом испытаний, со своими законами. Химический анализ не рассматривается.
Обычно программы испытаний предусматривают проведение сначала испытаний на воздействие различных факторов по отдельности; как правило они проводятся во времени последовательно, на различных стендах. Затем по мере возможности проводятся комплексные испытания на одновременное воздействия нескольких факторов; иногда существуют возможности проведения испытаний на совместное и одновременное воздействие факторов различных видов или разной природы, что приближает условия испытаний к реальным условиям эксплуатации.
Восьмая группа классификационных признаков характеризует испытания по тому, какие именно свойства выявляются и получают количественную оценку в результате их проведения. Важное место занимают функциональные испытания (75) (англ. functional test), которые могут быть как контрольными (и тогда выясняется, способен ли объект в полном объеме выполнять предусмотренные функции), или определительными (и тогда определяются показатели функционирования, например, производительность). Смысл испытаний на надежность (76) (англ. reliability test) может быть достаточно широким, если в основу положено стандартизованное понимание этого термина (как способность выполнять требуемые функции с установленными показателями в течение установленного времени). При этом можно иметь в виду входящие в обобщающее свойство надежности четыре составляющих свойства надежности; в соответствии с этим могут предусматриваться раздельные испытания на безотказность (англ. failureness test), на долговечность (англ. longevity test), на сохраняемость (англ. storeability test), на ремонтопригодность (англ. maintainability test). Однако на практике часто при испытаниях определяется лишь показатель безотказности, характеризующий свойства только в режиме эксплуатации. Часто нормальные испытания на надежность оказываются практически нереализуемыми, поскольку требуют очень больших интервалов времени (месяцы, годы); ускоренные форсированные испытания позволяют значительно сокращать потребное время, но возникают трудности пересчета на реальные условия. В общее понятие сохраняемости вообще часто включают сохраняемость в различных условиях, в частности, при транспортировании, но испытания на транспортабельность (78) (англ. transportability test) выделены в самостоятельный вид.
В стандарте не упоминается ряд важнейших видов испытаний. В частности, во многих областях большую роль играют испытания на эргономичность, степень приспособленности технических объектов к человеку, обслуживающему персоналу, на различных этапах: монтажа, испытаний, а в особенности эксплуатации и ремонта.
В последние годы, в частности в связи с разработкой комплекса государственных регламентов большое внимание уделяется испытаниям на безопасность (77) (англ. safety test), которые включают испытания на электробезопасность, пожароопасность и т.д. Применительно к объектам различных классов эти требования отражены в большой серии разработанных в течение десятилетий и действующих в настоящее время стандартов безопасности труда (ССБТ). Однако следует иметь в виду, что в разных областях (например, в здравоохранении, в строительстве, в экологии и т.п.) существуют и действуют свои, самостоятельные системы нормативных документов безопасности, государственные и международные. Некоторые вопросы испытаний на безопасность рассматриваются в п. 2.7.
На практике многообразие свойств, выявляемых по результатам испытаний, очень велико и не поддается простой классификации. Так для приборов обязательны испытания на точность (англ. accuracy test), для энергетических установок и мощных приводов – испытания на энергопотребление и т.д. Для трубопроводов и емкостей предусматриваются испытания на герметичность.
Вопрос о выборе объектов испытаний может быть и элементарным, и сложным. Для простых объектов он часто решатся однозначно. Если рассматриваются неразборные изделия, которые только и существуют, как единое целое (полупроводниковые приборы, часы, многие предметы быта, например, посуда, мебель, ручной инструмент, обувь и т.д.), очевидно, именно они и подвергаются испытаниям. Чем сложнее по структуре объекты, тем разнообразней возможности: испытаниям может подвергаться или объект в целом, или его составные части, причем разного уровня (детали, сборочные единицы, механизмы, агрегаты, подсистемы). При отношению к средствам измерений существуют понятия комплектной (целиком) и поэлементной (по частям) аттестации, градуировки и поверки. Этот аспект выбора объекта испытаний (6) (англ. item under test) нашел в ГОСТ 16504-81 лишь очень краткое выражение. Образец для испытаний (7) (англ. test specimen) в общем виде определяется, как продукция или ее часть, непосредственно подвергаемые эксперименту при испытаниях.
Но имеются также и совершенно другие возможности. Испытаниям может подвергаться макет для испытаний (10), его часто называют физическим макетом (англ. test mock-up), представляющий собой упрощенное воспроизведение объекта испытаний или его части. На практике физическое макетирование означает в первую очередь изменение (как правило уменьшение в несколько раз или в несколько десятков раз) габаритных размеров при соблюдении по определенным параметрам геометрического подобия. Перенесение результатов испытаний макета на реальный объект требует использования принципов и основных соотношений теории подобия; некоторые сведения из этой области применительно к конкретным областям и типовым большим объектам (несущие конструкции сооружений, корпуса судов, планеры самолетов и т.п.) рассмотрены в п. 5.1.
Как правило, когда это в принципе возможно, перед испытаниями самих объектов или их физических моделей широко используется математическое моделирование, в ГОСТ 16504-81 введено не вполне ясное понятие модели для испытаний (9). В течение многих лет использовалось понятие «машинный (или компьютерный) эксперимент». В математическом моделировании имеются свои различные виды. Например, существует метод статистических испытаний, при котором объектом является математическая модель, расчеты производятся многократно, и конечные результаты получаются осреднением. Соотношение между математическим моделированием и экспериментом (испытаниями) представляет самостоятельную проблему. В наше время совершенно справедливо математическое моделирование рассматривается, как обязательный этап проведения расчетных исследований и исключается из проблематики собственно испытаний. При крупном членении («теория-практика») математическое моделирование, безусловно, должно быть отнесено к теории. В данном пособии эти вопросы не рассматриваются.
В проблематике испытаний значительное внимание уделяется регламентации и документированию. Как отмечалось выше, в стандартизации испытаний большое место занимает правильное и полное составление технической документации, включающей программу испытаний и методику испытаний. Отметим, что английское «procedure» в этой и других областях часто имеет смысл «методика», но не «процедура». По существу, как правило, методика представляет собой руководство для выполнения работ.
Испытания любых уровней должны иметь программы и методики, но для высших уровней, в первую очередь, государственных, их составление и утверждение часто представляет очень сложный процесс вследствие обычной конфликтности интересов различных сторон (заказчика, проектировщика, изготовителя); после утверждения они приобретают силу законов, которые нельзя нарушать. Ситуация существенно упрощается, когда методики заранее проходят аттестацию. Аттестованные, унифицированные методики испытаний на определенные виды факторов (например, на электробезопасность) изделий или их составных частей часто входят в общие методики испытаний, в подобных случаях приводятся соответствующие ссылки.
В метрологии методика, как официальный документ, называется «методика выполнения измерений». При высоком уровне проводимых испытаний указанные методики выполнения измерений должны пройти аттестацию установленным порядком. Кроме того, должно быть аттестовано само испытательное оборудование и математическое (алгоритмическое и программное) обеспечение. Правила для указанных процедур аттестации определяют государственные стандарты серии ГСИ (Государственная система обеспечения единства измерений). Если используется не универсальное, а специально разрабатываемое программное обеспечение, то при высоких уровнях испытаний оно, как самостоятельный объект, должно подвергаться соответствующим испытаниям по всем формальным правилам. Вопросы испытаний и аттестации алгоритмов и реализующих их программ кратко рассмотрены в этом пособии в п. 4.3.
Общие требования к испытаниям формулируются по четырем основным пунктам: объективность (англ. objectivity), достоверность (англ. reliability), воспроизводимость (21) (англ. reproducelity), точность (20) (англ. accuracy). В первую очередь имеется в виду, что при представлении результатов испытаний должна быть уверенность в том, что для данного испытуемого объекта или для данной совокупности объектов результаты испытаний, проводимых по одной и той же программе, не будут зависеть от персонала (при условии его достаточной квалификации), от того, где проводятся испытания и на каких стендах и с какими средствами измерения, удовлетворяющими определенным требованиям. Результатами испытаний могут быть: оценка характеристик свойств объекта, установление соответствия объекта определенным требованиям, выводы по анализу качества функционирования в процессе испытаний, и т.п. Точность результатов испытаний определяется, как «свойство испытаний, характеризуемое близостью результатов испытаний к действительным значениям характеристик объекта в определенных условиях испытаний». Точность, очевидно, имеет прямой смысл при определительных испытаниях. При этом вопрос о том, насколько результаты испытаний одного или нескольких объектов могут быть распространены на другие объекты, однотипные или даже предполагаемые идентичными (например, той же партии, того же года выпуска и того же производителя), остается за рамками прямой интерпретации результатов.
Степень однородности (с определенной точностью - идентичности) свойств объектов может быть строго, объективно и достоверно установлен только для экземпляров, подвергшихся испытаниям. Так называемую «представительность» (англ. representativity) стараются обеспечивать процедурой «случайной выборки» (англ. random sample); например, из тары выбирается несколько образцов наугад, не подряд, и поэтому принимается, что их параметры имеют случайные, равновероятные отклонения от средних значений в обе стороны. Однако для крупных объектов в условиях индивидуального или мелкосерийного производства нет возможности выбора образцов, к выполняемым по максимально полной программе приемочные или квалификационные испытания предъявляются максимально хорошо доведенные и отрегулированные экземпляры. Но при этом нет никакой уверенности в том, что последующие экземпляры будут того же уровня. При этом нужно учитывать, что серийные экземпляры будут подвергаться сокращенным испытаниям, при которых могут быть обнаружены и выявлены значимые отклонения не всех параметров. На эти и другие подобные вопросы, лишь отчасти может дать теория надежности.