1. Метрологическое обеспечение испытаний продукции. Основные понятия

В ГОСТ Р 51672 применяются основные термины и определения понятий в области метрологического обеспечения, испытаний и оценки соответствия.

Наряду с впервые стандартизованными понятиями «метрологическое обеспечение испытаний», «погрешность результатов испытаний», в ГОСТ Р 51672 применяются термины с соответствующими определениями в соответствии со статьей 1 «Основные понятия» Закона Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений», ГОСТ Р 8.000-2000 [6], ГОСТ Р 1.12-99 [2], ГОСТ 16504 [7], ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 [4].

1.1. Рассмотрим основные отличительные характеристики процесса испытаний.

Определение понятия «испытание» в п. 3.2 ГОСТ Р 51672 полностью адекватно международным документам ИСО/МЭК и соответствует определению этого понятия, содержащемуся в основополагающем терминологическом стандарте Государственной системы стандартизации Российской Федерации ГОСТ Р 1.12 «Стандартизация и смежные виды деятельности. Термины и определения».

Согласно ГОСТ Р 1.12 (п. 139) испытание: Техническая операция, заключающаяся в определении одной или нескольких характеристик данной продукции, процесса или услуги в соответствии с установленной процедурой.

Испытание является сложным процессом получения информации о характеристиках объекта испытаний. Причем эту информацию получают разными способами - путем выполнения измерений, анализов, диагностическими, органолептическими, экспертными и другими методами.

Наиболее распространенным способом получения количественной информации о характеристиках объекта (в нашем случае - продукции) при испытаниях являются измерения, позволяющие получать эту информацию с гарантированной оценкой точности - степени близости к условно истинному (действительному) значению характеристики продукции, подвергаемой испытаниям.

Таким образом, испытания являются более общим понятием по сравнению с измерениями, которые служат одним из наиболее распространенных способов получения информации при испытаниях, позволяющим количественно оценивать характеристики (параметры) продукции с известной точностью. (По ГОСТ Р 8.000-2000 - Измерение: Нахождение значения величины опытным путем с помощью специальных технических средств.)

Однако в мире, несмотря на колоссальный научно-технический прогресс в области измерений различных физических величин, далеко не все потребительские свойства и параметры важнейших видов промышленной и сельскохозяйственной продукции удается измерить с применением технических средств, чем вызвана необходимость применения в ряде случаев других способов получения информации, в том числе визуальных, органолептических и других, не позволяющих получить достоверную количественную оценку испытуемых характеристик объекта.

В ГОСТ Р 51672-2000 рассматриваются испытания, которые выполняются с применением технических средств, в первую очередь, средств измерений, необходимых для получения достоверной измерительной информации. Но наличие соответствующих требованиям технических средств является необходимым, но не достаточным условием получения достоверной измерительной информации о характеристиках испытуемого объекта.

Для получения достоверной измерительной информации о характеристиках испытуемого объекта (о значениях показателей качества и безопасности продукции) необходимо установить и реализовать целый комплекс научных и организационных основ, технических средств, метрологических правил и норм, который входит в понятие «метрологическое обеспечение испытаний», в том числе и в отношении характеристик условий испытаний и (или) режимов функционирования объекта при испытаниях, и в отношении самого испытуемого объекта (его однородности и стабильности).

Следовательно, получение достоверной измерительной информации о значениях показателей качества и безопасности продукции и (или) услуг может иметь место только при обеспечении единства и требуемой точности измерений значений воздействующих на объект факторов (например, параметров окружающей среды) и (или) режимов функционирования испытуемого объекта при испытаниях.

Задачей испытаний для целей подтверждения соответствия (в том числе для целей сертификации) является контроль или проверка соответствия характеристик объекта требованиям, установленным в нормативной и (или) технической документации.

Важнейшим признаком испытаний является принятие по их результатам определенных решений.

Другим важнейшим признаком испытаний является задание определенных условий испытаний - реальных или моделируемых. Под условиями испытаний в ГОСТ 16504 [7] понимается совокупность воздействующих факторов и (или) режимов функционирования объекта при испытаниях. Воздействия на объект могут определяться внешними воздействующими факторами - климатическими, тепловыми, радиационными, химическими и т.п., как естественными, так и создаваемыми искусственно. Испытания по проверке устойчивости или прочности продукции при воздействии на нее таких факторов проводятся для целей подтверждения соответствия, если соответствующие требования и методы испытаний установлены в нормативной документации на продукцию.

Условия испытаний, регламентированные в нормативных документах на методы испытаний продукции, могут предусматривать проверку характеристик продукции при наличии воздействия внешнего фактора или после его приложения.

При испытаниях могут иметь место внутренние воздействия, вызываемые функционированием объекта (например, нагрев объекта, вызываемый прохождением электрического тока при включении объекта в сеть).

Режимы функционирования объекта испытаний включают способы и место его установки, монтажа, скорость перемещения и т.д.

1.2. В ГОСТ Р 51672 понятие (термин) «объект испытаний» (англ. Item under test) применяется с определением по ГОСТ 16504 [7], согласно которому объект испытаний - продукция, подвергаемая испытаниям (см. п. 6 ГОСТ 16504).

Следует разграничивать термин «объект испытаний» и термин «образец для испытаний» (англ. Test speciment) - продукция или ее часть, или проба (англ. Sample), непосредственно подвергаемые эксперименту при испытаниях (см. п. 7 ГОСТ 16504).

Например, если испытывается партия продукции, то объектом испытаний является, безусловно, вся партия, в то время как в процессе испытаний проверяются (оцениваются) характеристики лишь выбранных из партии изделий (единиц продукции) или отобранных из партии проб, которые и являются образцами для испытаний. При этом полученные при испытаниях образцов результаты испытаний их характеристик используются для получения результатов испытаний этих характеристик объекта в целом.

1.3. Данные испытаний (англ. Test data) по ГОСТ 16504 (п. 22): Регистрируемые при испытаниях значения характеристик свойств объекта и (или) условий испытаний, а также других параметров, являющихся исходными для последующей обработки.

Результат испытаний (англ. Test result) по ГОСТ 16504 (п. 23): Оценка характеристик свойств объекта, установления соответствия объекта заданным требованиям по данным испытаний, результаты анализа качества функционирования объекта в процессе испытаний.

Протокол испытаний (англ. Test report) по ГОСТ 16504 (п. 23): Документ, содержащий необходимые сведения об объекте испытаний, применяемых методах, средствах и условиях испытаний, результаты испытаний, а также заключение по результатам испытаний, оформленный в установленном порядке.

1.4. При получении при испытаниях объекта измерительной информации, позволяющей количественно оценить характеристики свойств объекта, результаты измерений можно рассматривать как данные для получения на их основе результатов испытаний объекта.

Как уже отмечалось, результаты испытаний характеристик образцов, взятых в качестве выборки из партии изделий (объекта испытаний), являются основой для определения характеристик всей партии - получения результатов ее испытаний по этому параметру (характеристике).

Результаты измерений и испытаний могут совпадать, когда объектом испытаний является конкретный образец. Именно такой подход имеет место в МИ 1317-86 [8] и в Международном стандарте ИСО 5725 [4], в котором в примерах по определению точности методов измерений (МВИ) одновременно используются термины «метод измерений» и «результат измерений»; «метод измерений» и «результат испытаний», а также «метод испытаний» и «результат испытаний». Этот подход принят и в ГОСТ Р 51672 (см. 1.6 настоящего пособия).

1.5. С учетом вышеизложенного в ГОСТ Р 51672 Метрологическое обеспечение испытаний определено как «установление и применение научных и организационных основ, технических средств, метрологических правил и норм, необходимых для получения достоверной измерительной информации о значениях показателей качества и безопасности продукции и услуг, а также о значениях характеристик воздействующих факторов и (или) режимов функционирования объекта при испытаниях, других условий испытаний» (см. п. 3.1 ГОСТ Р 51672 в приложении к настоящему пособию).

Понятие «Метрологическое обеспечение», стандартизованное в ГОСТ 1.25 «ГСС. Метрологическое обеспечение. Основные положения», за эти годы прочно вошло в практику, стало одним из главных элементов, характеризующих состояние производства, в том числе при сертификации производств и систем качества в соответствии с требованиями государственных стандартов серии ГОСТ Р ИСО 9000 [9, 10, 11], ГОСТ Р 40.003-2000 [12], вошло в словарь-справочник в области метрологии [13].

Стандартизованное в ГОСТ Р 51672 понятие «метрологическое обеспечение испытаний», опираясь на базовый термин ГОСТ 1.25, в максимальной степени конкретизировано применительно к испытаниям продукции.

1. Научной основой метрологического обеспечения испытаний является метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства измерений и способах достижения заданного уровня точности (ГОСТ 8.000, п. 2.1.1).

2. Техническими средствами испытаний являются любые технические устройства, вещества и материалы, необходимые для проведения испытаний.

Наряду со средствами измерений важнейшим видом средств испытаний является испытательное оборудование, под которым понимают техническое устройство для воспроизведения условий испытаний (ГОСТ 16504, п. 17). Это специальные испытательные стенды (вибростенды, ударные стенды и т.п.), испытательные машины, установки, испытательные климатические камеры и другие устройства, в которых воспроизводятся заданные условия испытаний: температура, влажность, давление, электромагнитные или радиационные воздействия, механические нагрузки и т.п.

К техническим средствам испытаний относятся также стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов по ГОСТ 8.315-97 [14], обеспечивающие воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и материалов.

В соответствии с нормативными документами на методы испытаний, кроме средств измерений и испытательного оборудования, при проведении испытаний, как правило, применяется широкая номенклатура других видов технических устройств, не используемых для воспроизведения условий испытаний. К таким видам технических устройств относится вспомогательное и технологическое оборудование (например, вакуумные насосы, линии сжатого воздуха, других энергоносителей, соединительные узлы, муфты и т.д.), а также лабораторная посуда (стеклянная и фарфоровая, чашки кварцевые, тигли, бюксы и т.п.) и лабораторное оборудование (центрифуги лабораторные, аппараты из стекла, водяные циркуляционные термостаты, бидистилляторы, муфельные печи, колбонагреватели, бани водяные, песочные часы, сита металлические, водоструйные насосы, металлические чашки, ультратермостаты, сушильные шкафы, вытяжные шкафы и т.д.).

Однако следует отметить, что в ряде случаев технические устройства, относящиеся по действующей классификации к лабораторному оборудованию, в соответствии с регламентированной процедурой испытаний используются для воспроизведения условий испытаний. Например, термостаты электрические, сушильные шкафы могут использоваться для воспроизведения нормированных в документации условий испытаний объекта, в частности, для поддержания в процессе испытаний стабильной температуры с нормированной погрешностью; в этих случаях упомянутые термостаты и (или) сушильные шкафы следует отнести к испытательному оборудованию (см. также раздел 4 настоящего пособия).

К категории испытательного оборудования во всех случаях не следует относить аппараты из стекла и оборудование для пробоподготовки, которые функционально являются лабораторным оборудованием.

1.5.3. Организационной основой метрологического обеспечения испытаний являются метрологические службы или иные организационные структуры по обеспечению единства измерений, которые должны быть созданы на предприятиях и в организациях, где проводят испытания для целей обязательной сертификации и в других сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора (см. статьи 11 и 13 Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» и п. 5.1 ГОСТ Р 51672). К таким сферам относятся испытания для целей обязательной сертификации продукции и услуг, а также испытания и контроль качества продукции в целях определения соответствия обязательным требованиям государственных стандартов Российской Федерации и испытания и контроль качества продукции, поставляемой по контрактам для федеральных государственных нужд в соответствии с законодательством Российской Федерации.

1.5.4. Метрологические правила и нормы устанавливаются в государственных стандартах, международных (региональных) стандартах, правилах и рекомендациях по метрологии Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).

1.6. Важнейшими характеристиками качества испытаний являются те, которые определяют доверие к их результатам: точность, достоверность, повторяемость, воспроизводимость результатов испытаний.

Нормы показателей точности (погрешности и (или) воспроизводимости результатов испытаний) устанавливают в государственных стандартах и других нормативных документах на продукцию и методы ее испытаний. Эти нормы должны быть согласованы с установленными в этих документах допусками на показатели качества и безопасности продукции.

В разделе 3 ГОСТ Р 51672 даны определения терминам «погрешность результатов испытаний» (п. 3.3), «воспроизводимость результатов испытаний» (п. 3.4), «норматив (предел) воспроизводимости» (п. 3.4.1) и «статистическая оценка воспроизводимости» (п. 3.4.2), «повторяемость (сходимость) результатов испытаний» (п. 3.5), «норматив (предел) повторяемости (сходимости)» (п. 3.5.1), «статистическая оценка повторяемости (сходимости)» (п. 3.5.2).

Термины по п.п. 3.4.1, 3.4.2, 3.5.1, 3.5.2 даны в стандарте с определениями в соответствии с Международным стандартом ИСО 5725 (часть 1) «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений» (см. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002) [4].

1.6.1. Определение понятия «погрешность результата испытаний» взято из МИ 1317-86 [8]; основные положения этого документа, разработанного ВНИИМС, широко применяются в практике испытаний важнейших видов промышленной продукции.

Погрешность результата испытаний определяется как разность между результатом испытаний характеристики объекта при фактических условиях испытаний и истинным (действительным) значением характеристики объекта при условиях испытаний, установленных в нормативном документе на методы испытаний объекта (см. п. 3.3 ГОСТ Р).

1.6.2. В соответствии с ИСО 5725 и ГОСТ Р ИСО 5725-1 [4], воспроизводимость результатов испытаний определяется как характеристика результатов испытаний, определяемая близостью результатов испытаний одного и того же объекта по единым методикам в соответствии с требованиями одного и того же нормативного документа с применением различных экземпляров оборудования разными операторами в разное время (п. 3.4 ГОСТ Р). Такие условия обеспечиваются при проведении испытаний в разных лабораториях.

Норматив (предел) воспроизводимости: Предельно допускаемое абсолютное расхождение между двумя результатами испытаний, полученными в условиях воспроизводимости для доверительной вероятности 0,95 (п. 3.4.1 ГОСТ Р).

В международной практике принято условное обозначение предела воспроизводимости R ≤ |X₁ - X₂|, где X₁ и X₂ - результаты испытаний одного и того же объекта по единым методикам в соответствии с требованиями одного и того же нормативного документа с применением различных экземпляров оборудования разными операторами в разное время (в разных лабораториях).

При проведении межлабораторных испытаний для целей подтверждения соответствия X₁ и X₂ – результаты испытаний одного и того же объекта по единым методикам в соответствии с требованиями одного и того же нормативного документа в разных лабораториях [4].

Статистическая оценка воспроизводимости: Среднеквадратическое отклонение воспроизводимости результатов испытаний σ_R (п. 3.4.2 ГОСТ Р).

1.6.2.1. Следует отметить, что принятое в международной практике и стандартизованное в ГОСТ Р 51672 понятие воспроизводимости результатов испытаний фактически является и показателем воспроизводимости методики испытаний, при этом предполагается, что объекты испытаний при многократных испытаниях по этой методике полностью идентичны. Эту же количественную оценку воспроизводимости R можно распространить и на результаты испытаний одного и того же объекта в разных лабораториях по разным методикам при условии, что каждая методика аттестована. Нормирование предела воспроизводимости R результатов испытаний одного и того же объекта по стандартизованным альтернативным методикам в международной практике стандартизации методов испытаний продукции является обязательным (см. также п. 5.8 настоящего пособия).

1.6.2.2. Показатели воспроизводимости используются для разрешения спорных ситуаций между поставщиком и потребителем продукции, в том числе по результатам испытаний продукции для целей подтверждения соответствия. Для этих случаев в международной практике [4, 15] регламентированы алгоритмы оценки качества (приемлемости) результатов испытаний в случае возникновения спора между поставщиком и потребителем (см. раздел 6 настоящего пособия).

1.6.3. Повторяемость (сходимость) результатов испытаний: Характеристика результатов испытаний, определяемая близостью результатов испытаний одного и того же объекта по одной и той же методике в соответствии с требованиями одного и того же нормативного документа в одной и той же лаборатории одним и тем же оператором с использованием одного и того же экземпляра оборудования в течение короткого промежутка времени (п. 3.5 ГОСТ Р) (см. также ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002).

Норматив (предел) повторяемости (сходимости): Предельно допускаемое абсолютное расхождение между двумя результатами испытаний, полученными в условиях повторяемости (сходимости) для доверительной вероятности 0,95 [4] (п. 3.5.1 ГОСТ Р).

В международной практике принято условное обозначение предела повторяемости (сходимости) r ≤ |x₁ - x₂|, где x₁ и x₂ - два результата испытаний одного и того же объекта по одной и той же методике в одной и той же лаборатории одним и тем же оператором с использованием одного и того же экземпляра оборудования в течение короткого промежутка времени.

Под коротким промежутком времени понимается время, необходимое в соответствии с методикой оператору для повторения испытания в условиях повторяемости (сходимости).

Статистическая оценка повторяемости (сходимости): Среднеквадратическое отклонение повторяемости (сходимости) результатов испытаний σ_r (п. 3.5.2 ГОСТ Р).

1.6.4. Достоверность результатов испытаний характеризует степень совпадения заключения о состоянии объекта испытаний действительному его состоянию.

Количественной характеристикой достоверности является показатель достоверности контроля при испытаниях, в качестве которого могут быть использованы вероятности ошибок контроля, определяющие риск поставщика или потребителя [8].

1.6.5. В стандарт ГОСТ Р 51672 включено справочное приложение А, в котором отражены наиболее важные вопросы, относящиеся к заданию и определению погрешности и воспроизводимости результатов испытаний в соответствии с действующими отечественными нормативными документами и международными стандартами ИСО 5725 [4], ИСО 4259 [15]. Так, например, в приложении А сформулирован ряд общих положений, относящихся к нормам на показатели точности результатов испытаний и к приписанным значениям показателей точности результатов испытаний. Дан перечень характеристик, которые могут использоваться для выражения точности результатов испытаний. Ряд пунктов приложения А посвящен статистическим оценкам характеристик показателей точности результатов испытаний, в частности показателей повторяемости (сходимости) и воспроизводимости результатов испытаний. Разработчики стандарта, учитывая специфику ряда методических вопросов метрологического обеспечения испытаний продукции, сочли необходимым включить в него (в виде приложения) три примера, детально поясняющих расчет характеристик погрешности и воспроизводимости результатов испытаний. Примеры подобраны таким образом, чтобы они в наибольшей степени отражали некоторые «типовые» ситуации, характеризующие практику испытаний продукции (см. ГОСТ Р 51672 в приложении к настоящему пособию). С введением стандартов ГОСТ Р ИСО 5725 в ГОСТ 511 (пример 2) должны быть внесены уточнения в части нормирования условий определения воспроизводимости.

1.7. Характеристики показателей точности результатов испытаний определяются, в основном, методикой испытаний, представляющей собой «подробное описание практических действий, используемых при проведении испытаний по определенному методу» (ГОСТ Р 1.12, п. 143).

Методика испытаний является по существу технологическим процессом проведения испытаний, устанавливает правила применения стандартизованного метода испытаний. По ГОСТ Р 1.12 (п. 142) метод испытаний: Установленная техническая процедура проведения испытаний.

В соответствии с методом испытаний в методике испытаний приводятся необходимые средства испытаний, заданные условия испытаний, операции подготовки к испытаниям, включая порядок отбора, подготовки и хранения образцов (проб) для испытаний, алгоритм выполнения операций по определению одной или нескольких взаимосвязанных характеристик свойств объекта испытаний; требования к квалификации персонала, проводящего испытания; алгоритмы обработки данных испытаний и вычислений результатов измерений при испытаниях; требования к оформлению результатов испытаний; требования к обеспечению безопасности выполняемых работ; требования к обеспечению экологической безопасности (см. п. 5.11 ГОСТ Р 51672).