Методика испытаний

1. Основные определения.

Согласно ГОСТ 16504-81, существуют следующие понятия, относящиеся к технологии испытаний и контроля (помимо упомянутых выше):

Испытания -экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воздействий.

Контроль – проверка соответствия объекта техническим требованиям.

Система испытаний – совокупность средств испытаний, исполнителей и определенных объектов испытаний, взаимодействующих по правилам, установленным соответствующей нормативной документацией.

Программа испытаний - организационно-методический документ, обязательный к выполнению, устанавливающий объект и цели испытаний, виды, последовательность и объем проводимых экспериментов, порядок, условия, место и сроки проведения испытаний, обеспечение и отчетность по ним, а также ответственность за обеспечение и проведение испытаний.

Методика испытаний - организационно-методический документ, обязательный к выполнению, включающий метод испытаний, средства и условия испытаний, 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.

Метод испытаний – правила применения определенных принципов и средств испытаний.

Условия испытаний – совокупность воздействующих факторови (или) режимов функционирования объекта испытаний.

Объем испытаний – характеристика испытаний, определяемая количеством объектов и видов испытаний,а такжесуммарной продолжительностью испытаний.

Точность результатов испытаний – свойство испытаний, характеризуемое близостью результатов испытаний кдействительным значениям характеристик объекта, в определенных условиях испытаний.

Структуры и содержание программ и методик испытаний изделий различных видов и назначения изложены в нормативных материалах соответствующих отраслей промышленности и государственных стандартах на программы и методики испытаний конкретных изделий (датчиков, приборов и т.д.). Представленные ниже структуры и содержание разделов программы и методики испытаний являются результатом анализа и обобщениясведений по этим материалам.

2. Структура программ и методик испытаний.

В соответствии с ГОСТ В 15.211-78 программа испытаний должна содержать следующие разделы: 1) объект испытаний; 2) цель испытаний; 3) общие положения; 4) объем испытаний; 5) условия и порядок проведения испытаний; 6) материально-техническое обеспечение испытаний; 7) метрологическое обеспечение испытаний; 8) обеспечение сохранения государственной и военной тайны; 9) отчетность; 10) приложение.

В соответствии с тем же стандартом методики испытаний должны содержать следующие разделы: 1) объект испытаний; 2) цель испытаний; 3) общие положения; 4) оцениваемые характеристики и расчетные соотношения; 5) условия и порядок проведения испытаний; 6) обработка, анализ и оценка результатов испытаний; 7) материально-техническое и метрологическое обеспечение испытаний; 8) обеспечение сохранения государственной и военной тайны; 9) отчетность.

Методика испытаний разрабатывается на основе ТЗ и утвержденных программ испытаний, то есть методика испытаний является документом, непосредственно определяющим весь комплекс действий, составляющих процесс испытания.Кроме того, в соответствии с ГОСТ16504-81. Испытания и контроль качества продукции, Приложение 1 (к термину «Методика испытаний») методики испытаний изделий, по существу, представляют технологические процессы испытаний.

Как следует из состава разделов программ и методик, их структуры различаются незначительно. Однако содержание разделов программ имеет более общий характер в отличии от содержания методик, что обусловлено ее назначением, а именно – программа определяет предварительную «стратегию» для последующей разработки методики, которая уже непосредственно определяет технологию испытаний конкретного объекта.

В связи со схожестью содержаний программы и методики в данном проекте рассматривается только методика испытаний.

3. Содержание методик испытаний.

Содержание разделов методики испытаний определяют в зависимости от вида объекта испытаний (опытного образца) и проверяемой технической характеристики.

1. Объект испытаний. Согласно указанным выше нормативным материалам в разделе «Объект испытаний» указывают наименование, индекс и состав объекта испытаний, а также особенности его функционирования, существенные для применения методики.

2. Цели испытаний. Согласно нормативным документам на методики испытаний в разделе «Цель испытаний» указывают: конечную цель проверки характеристики, сформулированную в наименовании методики.

3. Общие положения. В разделе «Общие положения» должны быть приведены: а) определение проверяемой характеристики, если она не определена в стандарте или другой НТД; б) метод испытаний и обоснование его выбора; в) поясняющие сведения, относящиеся к объекту испытаний.

4. Оцениваемые показатели и расчетные соотношения. В данном разделе методик должны быть приведены: а) перечень показателей, количественно выражающих оцениваемую характеристику; б) расчетные соотношения и формулы (математическая модель), по которым рассчитывают оцениваемые показатели.

5. Условия и порядок проведения испытаний. В данном разделе должны быть указаны:

· условия проведения испытаний;

· продолжительность, периодичность, цикличность испытаний и последовательность воспроизведения внешних воздействий;

· требования к квалификации обслуживающего персонала;

· требования по технике безопасности;

· особенности функционирования испытываемых и привлекаемых к испытаниям средств, порядок их взаимодействия;

· объем регистрируемой информации и способы ее регистрации;

· формы и порядок учета статистических данных, в том числе подробная развернутая форма записи данных;

· методы контроля опытного образца (внешний осмотр, проведение измерений и др.);

· последовательность выполнения операций при испытаниях и проверках с указанием контрольных точек, способов и количества замеров, используемых средств измерений и описанием выполняемых регулировок, операций с переключателями, схем расположения и включения приборов.

Если в процессе испытаний используется метод моделирования, то должны быть указаны принцип моделирования, порядок применения результатов моделирования, принцип и метод проверки совместимости результатов моделирования с результатами натурных экспериментов.

6. Обработка, анализ и оценка результатов испытаний. В данном разделе должны быть указаны:

· порядок применения статистических данных, накопленных до начала испытаний (при наличии);

· объем обрабатываемой информации;

· методы статистической обработки результатов испытаний, применяемые в методике;

· способы обработки информации с указанием их места в процессе обработки;

· требования к виду обработанной информации;

· требования к точности обработки информации;

· порядок и последовательность проведения анализа результатов, полученных на выходе системы обработки, а также экспресс-анализа;

· объем исходных данных, необходимых для оценки результатов испытаний;

· способ сравнения полученных данных с требованиями, заданными в программе испытаний;

· критерии, при выполнении которых испытываемое изделие считается выдержавшим испытания;

· критерии достаточности испытаний.

7. Материально-техническое и метрологическое обеспечение испытаний. В данном разделе должно быть указано:

· состав технических средств с указанием их наименований и шифров;

· оборудование, необходимое для испытаний;

· перечень средств измерений и регистрации с указанием наименований, шифров, количества экземпляров по видам;

· перечень необходимой конструкторской и другой технической документации;

· состав имитирующих и моделирующих средств с указанием наименований, шифров и количества;

· перечень и количество материалов, в том числе расходных, необходимых для проведения испытаний;

· состав привлекаемых транспортных средств и другие виды материально-технического обеспечения, при необходимости;

· порядок подготовки и использования материально-технических средств в процессе испытаний.

8. Прочие требования к методикам испытаний. В состав требований к методикам испытаний входят также требования к форме отчетности (к оформлению результатов испытаний), а также дополнительные требования к особенности некоторых видов специальных методик (к типовым методикам).

Ниже представлена методика испытаний объекта, рассматриваемого в данном проекте (раздел 2), на конкретном испытательном комплексе (раздел 3).

4. Объект испытаний.

В соответствии с данной методикой, испытаниям подвергаются элементы бортового комплекса управления КА «Спектр-РГ» в составе:

· блока определения координат звезд БОКЗ-МФ;

· вычислительно-управляющей системы БКУ.

5. Цель испытаний.

Целью испытаний является определение влияния внешних воздействий на целостность конструкции и параметров, выдаваемых бортовым комплексом управления в условиях пониженного атмосферного давления (менее 1 Па) в диапазоне температур от - 173° С до +200° С. Оценивается погрешность показаний БОКЗ-МФ (параметры трехосной ориентации по изображению произвольных участков звездного неба), а также точность входных параметров, передаваемых на привод ОНА.

6. Общие положения.

1) Определение проверяемых характеристик.

Под целостностью объекта испытаний понимается его способность сохранять свою внутреннюю структуру, автономность, а также определённая устойчивость к внешним воздействиям.

Под погрешностью показаний БОКЗ-МФ понимается разница между значениями параметров трехосной ориентации по изображению произвольных участков звездного неба и значениями параметров, полученных с помощью вычислительного блока управляющей ЭВМ.

Под точностью понимается характеристика качества измерения, отражающая близость полученных с датчиков значений измеряемой величины к её истинным значениям (показаниям контрольных датчиков).

2) Метод испытаний.

Данным проектом предусмотрено проведение комплексных испытаний объекта с одновременным моделированием внешних физических и функциональных воздействий. Этот метод является предпочтительным, т.к. позволяет более полно воспроизвести реальные условия функционирования объекта в процессе испытаний. Выбранное ИО (раздел 3) обеспечивает реализацию комплексных испытаний.

7. Условия и порядок проведения испытаний.

Испытания проводятся в помещении при соответствии внешних условий номинальным значениям нормальных условий при эксплуатации средств автоматизации (ГОСТ 12997):

· температура окружающего воздуха от +15 до +20 °С;

· относительная влажность воздуха 45 до 75%;

· атмосферное давление от 86 до 106 кПа.

Управляющая ЭВМ и комбинированные термо-вакуумные камеры с управляющим устройством получают питание в виде однофазного напряжения ~220 В, 50 Гц и требуют строгого соблюдения правил электробезопасности при их эксплуатации и обслуживании.

В процессе испытаний на астродатчик БОКЗ-МФ производится термо-вакуумное воздействие. В соответствии с условиями функционирования ОИ на испытательном комплексе необходимо смоделировать следующие воздействия:

· температура в диапазоне от - 173° С до +200° С;

· вакуум: от 0.9 Па до 7х10^-5 Па.

Так как целью курсового проекта является создание универсальной методики испытаний – ниже, на основе условий функционирования ОИ, предлагается следующий комплекс воздействий, который можно изменять в зависимости от поставленных задач.

В соответствии с условиями функционирования ОИ, чтобы максимально приблизить испытания к реальным условиям, воздействия должны воспроизводится комплексно и в течение длительного промежутка времени. Целесообразно в данном случае проводить испытания в течение 8.2 суток – периоду обращения КА «Спектр-РГ» вокруг Земли. Это позволит смоделировать целый комплекс функциональных и физических воздействий на ОИ.

Перед проведением испытаний необходимо проверить ОИ на работоспособность и отсутствие внешних повреждений. Также рекомендуется проверять ОИ на отсутствие повреждений между циклами воспроизведения испытательных воздействий.

Цикл воспроизведения испытательных воздействий, соответствующих положению КА на орбите, схематично представлен на Рис. 5-1:

Рис. 5-1 Цикл воспроизведения испытательных воздействий.

1. Первые 1.5 суток (36 часов).

1) Создать в камере с ОИ вакуум P=10^-3 Па. В течение 36 часов повышать давление до 0.9 Па. По 0.025 Па каждый час.

2) Подать на ОИ температуру -173 °С. В течение 36 часов повышать температуру до -100 °С. По 2.02 °С каждый час.

3) По истечении 36 часов (точка 2 на Рис. 5-1) смоделировать прохождение через терминатор. Повысить температуру до +100 °С в течение 1 минуты.

2. От 1.5 до 2 суток (12 часов).

1) Давление в камере в течение 12 часов понижать до 10^-3 Па. По 0.075 Па каждый час.

2) Температуру в течение 12 часов повышать до +150 °С. По 12.5 °С каждый час.

3. От 2 до 3.075 суток (25 часов 48 мин).

1) Давление в камере в течение 25 часов 48 минут понижать до 10^-4 Па. По 3.5х10^-5 Па каждый час.

2) Температуру в течение 25 часов 48 минут повышать до +170 °С. По 0.77 °С каждый час.

4. От 3.075 до 4.1 суток (24 часа 36 мин).

1) Давление в камере в течение 24 часов 36 минут понижать до 7х10^-5 Па. По 1.2х10^-6 Па каждый час.

2) Температуру в течение 24 часов 36 минут повышать до +200 °С. По 1.2 °С каждый час.

5. От 4.1 до 5.125 суток (24 часа 36 мин).

1) Давление в камере в течение 24 часов 36 минут повышать до 10^-4 Па. По 1.2х10^-6 Па каждый час.

2) Температуру в течение 24 часов 36 минут понихать до +170 °С. По 1.2 °С каждый час.

6. От 5.125 до 6.2 суток (25 часов 48 мин).

1) Давление в камере в течение 25 часов 48 минут повышать до 10^-3 Па. По 3.5х10^-5 Па каждый час.

2) Температуру в течение 25 часов 48 минут понижать до +150 °С. По 0.77 °С каждый час.

7. От 6.2 до 6.7 суток (12 часов).

1) Давление в камере в течение 12 часов повышать до 0.9 Па. По 0.075 Па каждый час.

2) Температуру в течение 12 часов понижать до +100 °С. По 12.5 °С каждый час.

3) По истечении 12 часов (точка 8 на Рис. 5-1) смоделировать прохождение через терминатор. Понизить температуру до -100 °С в течение 1 минуты.

8. От 6.7 до 8.2 суток (36 часов).

1) Давление в камере в течение 36 часов понижать до 10^-3 Па. По 0.025 Па каждый час.

2) Температуру в течение 36 часов понижать до -173 °С. По 2.02 °С каждый час.

Параметры длительности этапов испытаний определяются исходя из достоверных данных о параметрах температуры и вакуума в точках пространства с 1 по 8. При выбранных длительностях этапов, результаты повторных экспериментов не должны различаться более, чем на 5%.

Таким образом, в течение одного цикла удалось охватить весь спектр воспроизводимых воздействий. Так как целью курсового проекта ставится создание универсальной методики испытаний – этого вполне достаточно для разработки конкретной методики испытаний БКУ.

Данный цикл воспроизведения испытательных воздействий требуется повторить необходимое количество раз, в зависимости от технического задания, при одновременном воспроизведении следующих функциональных воздействий:

1. Периодическое изменение оптических условий на СДИ БОКЗ-МФ, соответствующее положению КА на орбите, осуществляется за счет перемещения звезд по экрану монитора;

2. Периодическое включение режима мгновенного изменения значения температуры для имитации прохождения через терминатор;

3. Периодическое включение ксеноновых имитаторов инфракрасного и солнечного излучения (в зависимости от положения КА на орбите) для имитации вращения вокруг Земли и отработки режимов для приборов ориентации на Солнце.

Конкретные значения параметров функциональных воздействий, периодичности, скорости и шага их изменения определяются на основе технических характеристик реальных элементов ОИ. Значения рассчитываются с использованием существующих методов оптимального планирования эксперимента, исходя из условия охвата максимально широкого спектра воздействий в процессе испытаний. Полученные значения передаются программе, управляющей воспроизведением функциональных воздействий, на этапе подготовки КПМИ.

Также при проведении испытаний необходимо соблюдать требования техники безопасности:

· Работа с испытательным оборудованием должна производиться только специально обученными людьми в спецодежде.

· Необходимо обеспечить безопасность испытательного комплекса от лиц, не участвующих в проведении испытаний, во избежание несчастных случаев и нанесения намеренного вреда испытательному комплексу.

· Перед включением аппаратуры необходимо проверить её на внешнюю целостность, т.к. внешние повреждения могут повлечь за собой риск нанесения повреждений испытательному оборудованию, объекту испытаний, а также испытателям и обслуживающему персоналу.

8. Обработка, анализ и оценка результатов испытаний.

В процессе проведения испытаний на мониторах управляющей ЭВМ помимо данных о воспроизводимых воздействиях отображается

· информация, получаемая с испытываемых и контрольных датчиков;

· изображение, выводимое на экран для испытаний астродатчика БОКЗ-МФ с указанием координат отображаемых пикселей;

· координаты положения КА в заданной системе координат;

· погрешности показаний испытываемых датчиков, рассчитываемые на ЭВМ в реальном времени.

При испытаниях БОКЗ-МФ в первую очередь оценивается погрешность выходных параметров (координаты пикселей на экране монитора) относительно расчетных с использованием специального программного комплекса при визуальном контроле испытателя.

При испытаниях вычислительно-управляющей системы БКУ оценивается точность позиционирования привода ОНА (находящегося за пределами испытываемой системы) после переориентации.

Все данные, поступающие на ЭВМ в ходе испытаний, регистрируются с целью их дальнейшей обработки по традиционным алгоритмам обработки результатов эксперимента. Выводы о результатах испытаний формулируются экспертами в соответствии с расчетными данными.

9. Материально-техническое и метрологическое обеспечение испытаний.

В данном разделе указаны наименования основных технических средств, необходимых для создания испытательного комплекса. Наименования конкретных моделей приведены для термо-вакуумных камер, контроллеров, системы сбора информации и датчиков температуры т.к. в проекте не ставилась задача выбора прочего оборудования. Соединительные кабели и стандартные крепёжные изделия не указаны.

1) ЭВМ управления процессом испытаний:

a. системный блок;

b. контроллеры Siemens LOGO 230RC;

c. система сбора информации CompactDAQ 9211;

d. устройства ввода;

e. устройства отображения информации.

2) Аппаратура, моделирующая внешние физические воздействия:

a. комбинированная камера для термо-вакуумных испытаний объемом 226 л. от компании «УниверсалПрибор» Россия;

b. криотермовакуумная установка КТВУ-40С на территории НПО «Молния».

3) Аппаратура, моделирующая функциональные воздействия:

a. СДИ БОКЗ-МФ;

b. ксеноновые имитаторы солнечного излучения;

c. источники инфракрасного излучения

d. устройство отображения информации.

4) Датчики для метрологической аттестации оборудования:

a. датчики температуры;

b. датчик давления.

5) Контрольные датчики:

a. датчик температуры Термодат-16Е3;

b. датчик давления.

6) Система обеспечения работоспособности ОИ:

a. генератор электропитания;

b. контроллеры для связи с ЭВМ.

7) Приспособления для закрепления ОИ в термо-вакуумной камере:

a. ферма крепления вычислительно-управляющей системы БКУ;

b. кронштейн для крепления БОКЗ-МФ;

8) Система освещения.

Дата добавления: 2014-10-31