Общие положения. Понятие об испытании и контроле

При выборе СИ учитывают совокупность м етр о л о г и ч е_с к их (цена деления, погрешность, пределы измерени й.,измерител ьное

усилие), эксплуатационных и экономических показателей, к ко- т0|Шм относятся: массовость (повторяемость измеряемых разме­ров) и доступность их для кон^рля;.^Х9И.мр.схь..^нмежноШ; СИ; метод измерения; время, затрачиваемое на настройку и про­цесс измерения; масса, габаритные размеры, рабочая нагрузка; жесткость объекта контроля, шероховатость его поверхности; ре­жим работы и т. д.

Основная трудность технико-экономического подхода при вы­боре СИ заключается в том, что сам процесс измерения не сопро­вождается непосредственным созданием материальных ценностей. Учитывая также различные цели контрольно-измерительных опера­ций и их различную принадлежность к этапам жизненного цикла ТС (производство, эксплуатация, ремонт), очевидно, невозможно предложить единую методику выбора СИ. Однако некоторые общие принципы выбора на основании накопленного опыта сводятся к следующим положениям:

I. Для гарантирования заданной или расчетной относительной пофешности измерения 5_и (например, методами, предложенными в гл. 2) относительная погрешность СИ 5_си должна быть на 25—30% ниже, чем5_и, (т. е. 5_си= 0,7 5_и). Если известна приведенная погреш- ностьу_и измерения, то приведенная погрешность СЙ

("Y cit T У и — > х„

где х и х_н — результат измерения и нормированное значение шка­лы СИ.

II. Выбор СИ зависит от м а сш таба про из в о дет в а или количе­ства находящихся в эксплуатадйи: однотимых (одноименных) ТС.

Например,'в массовом производстве с отработанным техно­логическим процессом, включая конфольные операции, исполь­зуют высокопроизводительные механизированные и автоматизи­рованные средства измерения и конфоля. Универсальные СИ при­меняются преимущественно для наладки оборудования.

В серийном производстве основными средствами контроля доджны быть жесткие предельные калибры, шаблоны^дещцдь- ные контрольные присгюсоблёййяГВозможно применение уни­версальных СЙ. '

~~В~мелкосерийном и индивидуальном производстве основными являются универсальные СИ, поскольку применение других орга- нй3а"цйшни*и экоШмически невыгод

пользоваться специальные контрольные приспособления или по- фе^уется большое количество калибров различных типоразмеров.

ПШМетод измерения, определяемый целью контроля, выдви­гает требования к СИ по базировке: если контролируется точ­ность технологического процесса, то выбирают СИ для техноло­гических баз; если ТС контролируется с точки зрения эксплуата- ции^то СИ выбирается под эксплуатационные базы.

Пу^При выборе СИ по мефологическим характеристикам не­обходимо учитывать следующее:

(Месли технологический процесс неустойчив, т. е. возможны су­щественные отклонения измеряемого парамефа за пределы поля

допуска, то нужно, чтобы пределы шкалы СИ превышали диапа­зон рассеяния значений параметра;

^У^ена деления шкалы должна выбираться с учетом заданной точ­нее™измёреШШГТШтр^ контролирсГ- ватГсрочностью до 0,01 мм, то и СИ следует выбирать с ценой деления 0,01 мм, так как СИ с более грубой шкалой внесет допол­нительные субъективные погрешности, а с более точной — выби­рать не имеет смысла из-за удорожания СИ. При контроле техноло­гических процессов должны использоваться СИ с ценой деления не более 1/6 допуска на изготовление;

"iry поскольку качество измерения определяется величиной относи­тельной погрешности 5 = ±(Д/х) 100%, т. е. с уменьшениемх величи­на 5 увеличивается (качество измерения ухудшается). Следователь­но, качество измерений на разных участках шкалы неодинаково.

Поэтому при измерениях рабочий уча.схок.шкалы-СИ.ДО-лжен выбиратШПта 1ТравШ|^"относительная погрешность к пределах ра­бочего участка шкалы СИ не должнапревышатьприведенную по- грШЯТСТГ'боэтее чем в 3 раза (8<3у); Из этого правила следует: а) при односторонней равномерной шкале с нулевой отметкой в ее начале рабочий участок занимает последние две трети длины шка­лы; б) при двусторонней шкале с нулевой отметкой посредине — последнюю треть каждого сектора; в) при шкале без нуля рабочий участок может распространяться на всю длину шкалы.

В пределах рабочего участка шкалы наибольшая возможная абсо­лютная погрешность равновероятна на всех отметках. Таким обра­зом, при выборе СИ важно определить рабочий участок шкалы и ее цену деления. Последняя зависит от класса точности СИ и числа п_ш делений шкалы.

Если класс точности СИ определяет наибольшую допустимую погрешность с заданной вариацией, то цена деления должна учиты­вать эту вариацию, а именно — должна быть равна удвоенному значению приведенной погрешности СИ: С= 2у или п_ш= 100/2у.

Исходя из требований удобства считывания показаний, допускает­ся использование более крупных делений шкалы, но обязательно крат­ных п_ш (в пределах 2—10). Кроме того, цена деления должна составлять целоечисло единиц измеряемой величины (1, 2, 5, 10 и т. д.).

(VyК регистрирующей аппаратуре предъявляются следующие ос­новные требования:

сигнал, проходящий через СИ, должен сохранять необходимого иь^форман^ю. не подвергаться искаженйкГи отделяться от помех: _.

первичные преобразователи (датчики) должны потреблять ми­нимум энергии от объекта измерения, и их подключение не должно нарушать его нормальной работы. Особые требования предъявляют­ся к точности и чувствительности датчиков, так как эти низкие показатели сведут на нет все усилия по повышению точности изме­рений;

носитель информации должен иметь достаточный объем для регистрации всех необходимых сведений;

регистрирующая аппаратура должна обеспечивать получение информации в возможно сжатые сроки.

Если аппаратура не может одновременно удовлетворять всем предъявляемым требованиям, то выбираются наиболее важные из них, позволяющие наилучшим образом справиться с выполнени­ем поставленной задачи.

Оценка погрешности измерений и выбор СИ зависят также от цели измерений. При этом понятие измерения является общим для таких специфических операций, как испытание, контроль, ди­агностирование и прогнозирование технического состояния объек­та (продукции).

Диагностирование — процесс распознавания состояния сис­темы в настоящий момент. Прогнозирование есть определение при­знаков технического состояния объекта на будущий момент или интервал времени.

Изучение принципов диагностирования и прогнозирования является предметом специальных дисциплин. Поэтому остановимся лишь на соотнесении понятий испытания, контроля и измере­ния.

Испытанием называется экспериментальное определение коли­чественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функцио­нировании, а также моделировании объекта и (или) воздействий (ГОСТ 16504—81). Экспериментальное определение характерис­тик свойств объекта при испытаниях может проводиться путем использования измерений, оценивания и контроля.

Объектом испытаний является продукция или процессы ее про­изводства и функционирования. В зависимости от вида продукции и программы испытаний объектом может быть как единичное изде­лие, так и их партия. Объектом испытания может также быть макет или модель изделия.

Важнейшим при проведении любых испытаний является зада­ние требуемых реальных или моделируемых условий испытаний.

Под условиями испытаний понимается совокупность воздействую­щих факторов и (или) режимов функционирования объекта при испытаниях. В нормативно-технических документах на испытания конкретных объектов должны быть определены нормированные условия испытаний.

Существует большое число разновидностей испытаний. Они клас­сифицируются по различным признакам. По назначению испытания делятся на исследовательские, контрольные, сравнительные и оп­ределительные. По уровню проведения различают следующие катего­рии испытаний: государственные, межведомственные и ведомствен­ные. По виду этапов разработки испытуемой продукции различают предварительные и приемочные испытания. В зависимости or вида испытаний готовой продукции их подразделяют на квалификацион­ные, приемосдаточные, периодические и типовые.

Целью испытаний следует считать оценку истинного значения параметра (характеристики) в заданных номинальных условиях ис­пытания. Условия испытаний практически всегда отличаются от реальных. Следовательно, результат испытания всегда имеет по­грешность, возникающую не только из-за погрешности опреде­ления искомой характеристики, но и из-за неточности установ­ления номинальных условий испытания.

Результатом испытаний называется оценка характеристик свойств объекта, установления соответствия объекта заданным требованиям, данные анализа качества функционирования объекта в процессе испытаний. Результат испытаний характеризуется точ­ностью — свойством испытаний, показывающим близость их ре­зультатов к действительным значениям характеристик объекта в определенных условиях испытаний.

Между измерением и испытанием существует большое сход­ство: во-первых, результаты обеих операций выражаются в виде чисел; во-вторых, погрешности и в том, и в другом случае могут быть выражены как разности между результатами измерений (ис­пытаний) и истинными значениями измеряемой величины (или определяемой характеристики при номинальных условиях эксплу­атации).

Однако с точки зрения метрологии между этими операциями имеется значительная разница: погрешность измерения является только одной из составляющих погрешности испытания. Поэтому можно сказать, что испытание — это более объемная операция, чем измерение. Измерение можно считать частным случаем испы­тания, при котором условия испытаний не представляют интереса.

7 Метрология, стандартизация, сертификация

Контроль — это процесс определения соответствия значения параметра изделия установленным требованиям или нормам. Сущ­ность всякого контроля состоит в проведении двух основных эта­пов. На первом этапе получают информацию о фактическом состо­янии некоторого объекта, о признаках и показателях его свойств. Эта информация называется первичной. На втором этапе первич­ная информация сопоставляется с заранее установленными тре­бованиями, нормами, критериями. При этом выявляется соответ­ствие или несоответствие фактических данных требуемым. Инфор­мация об их расхождении называется вторичной. Она используется для выработки соответствующих решений по поводу объекта кон­троля. В ряде случаев граница между этапами контроля неразличи­ма. При этом первый этап может быть выражен нечетко или прак­тически не наблюдаться. Характерным примером такого рода яв­ляется контроль размера детали калибром, сводящийся к операции сопоставления фактического и предельно допустимого значений параметра.

Контроль состоит из ряда элементарных действий: измеритель­ного преобразования контролируемой величины; воспроизведе­ния установок контроля; сравнения и получения результата кон­троля.

Измерения и контроль тесно связаны друг с другом, близки по своей информационной сущности и содержат ряд общих опе­раций (например, сравнение, измерительное преобразование). В то же время процедуры во многом различаются:

• результатом измерения является количественная характери­стика, а контроля — качественная;

• измерение осуществляется в широком диапазоне значений измеряемой величины, а контроль — обычно в пределах неболь­шого Числа возможных состояний;

• контрольные приборы, в отличие от измерительных, приме­няли для проверки состояния изделий, параметры которых зада­ны и изменяются в узких пределах;

• «основной характеристикой качества процедуры измерения является точность, а процедуры контроля — достоверность.

Контроль может быть классифицирован по ряду признаков.

В зависимости от числа контролируемых параметров on подразде­ляется на однопараметрический, при котором состояние объекта оп­ределяется по размеру одного параметра, и многопараметрический, при котором состояние объекта определяется размерами многих па­раметров. ■. -.ЛУМ....j...

По форме сравниваемых сигналов контроль подразделяется на аналоговый, при котором сравнению подвергаются аналоговые сиг­налы, и цифровой, при котором сравниваются цифровые сигна­лы. В зависимости от вида воздействия на объект контроль под­разделяется на пассивный, при котором воздействие на объект производится, и активный, при котором воздействие на объект осуществляется посредством специального генератора тестовых сигналов.

На практике большое распространение получил так называе­мый допусковый контроль, суть которого состоит в определении путем измерения или испытания значения контролируемого пара­метра объекта и сравнение полученного результата с заданными граничными допустимыми значениями. Частным случаем допуско- вого контроля является поверка СИ, в процессе которой исследу­ется попадание погрешностей средства измерений в допускаемые пределы.

По расположению зоны контролируемого состояния различают допусковый контроль состояний:

• ниже допускаемого значения (Т< Л^);

• выше допускаемого значения (ЛГ> Х_в);

• между верхним и нижним допускаемыми значениями (X < X

< ^Х*У>

Результатом контроля является не число, а одно из взаимоис­ключающих утверждений:

• контролируемая характеристика (параметр) находится в пре­делах допускаемых значений, т. е. результат контроля — "годен";

• контролируемая характеристика (параметр) находится за пре­делами допускаемых значений, т. е. результат контроля — "негоден" или "брак".

Для определенности примем, что решение "годен" должно при­ниматься, если выполняется условие Х_к < X < Х_к, где X, X, Х_к — истинное значение и допускаемые верхнее и нижнее значения кон­тролируемого параметра. На самом деле с допускаемыми значени­ями Х_н и Х_в сравнивается не истинное значение X (поскольку оно неизвестно), а его оценка Х₀, полученная в результате измерений. Значение Х_о отличается от Хна величину погрешности измерения: Х= Х_о ± Д. Решение "годен" при проведении контроля принимается при выполнении неравенства Х_н <Х<Х_в. Отсюда следует, что при Допусковом контроле возможны четыре исхода.

1. Принято решение "годен", когда значение контролируе­мого параметра находится в допускаемых пределах, т. е. имели
место события Х_н < X < Х_в и Х_и < Х_о < Х_в. Если известны плотности вероятностей законов распределения/(X) контролируемого па­раметра X и погрешности его измерения /(А), то при взаимной независимости этих законов и заданных допустимых верхнем и нижнем значениях параметра вероятность события "годен"

jf(A)dA

dX.

П =/ДХ)

2. Принято решение "брак", когда значение контролируемого параметра находится вне пределов допускаемых значений, т. е. име­ли место события X < X или X > X и X < X или X > X. При

н вон о в ^

оговоренных допущениях вероятность события "негоден" или "брак"

Рпг = J ДХ)

й?Х +

J ДА уд + /ддуд

dX.

+ 1ДХ)

1/(АуД+ 1ДДУД

3. Принято решение "брак", когда истинное значение контроли­руемого параметра лежит в пределах допускаемых значений, т. е. X < Х_н или Х₀ > Х_в и Х_н < Х_о < Х_в и забракован исправный объект. В этом случае принято говорить, что имеет место ошибка первого рода. Ее вероятность

Р\ = S ДЛ

\f{A>fA

\f{ Д¥Д

dX.

dX + f f{X)

4. Принято решение "годен", когда истинное значение контро­лируемого параметра лежит вне пределов допускаемых значений, т. е. имели место события X < Х_ц или X > X и X < X < X. и

н в н о в

неисправный объект признан годным. В этом случае говорят, что произошла ошибка второго рода, вероятность которой

If (АУЛ

jf(A)dA

dX + / f{x)

dX.

Рг = / /(X)

Очевидно, что ошибки первого и второго рода имеют разное значение для изготовителей и потребителей (заказчиков) контро­лируемой продукции. Ошибки первого рода ведут к прямым поте­рям изготовителя, так как ошибочное признание негодным в дей­ствительности годного изделия приводит к дополнительным затра-

там на исследование, доработку и регулировку изделия. Ошибки второго рода непосредственно сказываются на потребителе, кото­рый получает некачественное изделие. При нормальной организа­ции отношений между потребителем и производителем брак, обна­руженный первым из них, приводит к рекламациям и ущербу изго­товителя.

Рассмотренные вероятности Р_г, Р_т, Р_{ и Р₂ при массовом конт­роле партий изделий характеризуют средние доли годных, негод­ных, неправильно забракованных и неправильно пропущенных из­делий среди всей контролируемой их совокупности. Очевидно, что

Р_г+ ^р_т + ^L

Достоверность результатов допускового контроля описывается различными показателями, среди которых наибольшее распрост­ранение получили вероятности ошибок первого (Р,) и второго (Р₂) родов и риски изготовителя и заказчика (потребителя):

R =_L. R - ^Р2

^ИЗГ Р₁₊Р_11Г' ^ЗЙК Р₂+Р/

Одна из важнейших задач планирования контроля — выбор оптимальной точности измерения контролируемых параметров. При завышении допускаемых погрешностей измерения умень­шается стоимость СМ, но увеличиваются вероятности ошибок при контроле, что в конечном итоге приводит к потерям. При занижении допускаемых погрешностей стоимость средств из­мерений возрастает, вероятность ошибок контроля уменьшает­ся, что приводит к росту себестоимости выпускаемой продук­ции. Очевидно, что существует некоторая оптимальная точность, соответствующая минимуму суммы потерь от брака и стоимос­ти контроля.

Приведенные формулы позволяют осуществить целенаправлен­ный поиск таких значений погрешности измерения, которые при заданных верхнем и нижнем значениях контролируемого пара­метра обеспечили бы допускаемые значения вероятностей оши­бок первого и второго рода (Р, и Р₂) или соответствующих рисков. Этот поиск производится путем численного или графического ин­тегрирования. Следовательно, для рационального выбора точност­ных характеристик СИ, используемых при проведении контроля, в каждом конкретном случае должны быть заданы допускаемые зна­чения P_t и Р₂.

Дата добавления: 2015-04-30