Классификация испытаний

Все испытания ЭУ классифицируют по методам проведения, назначению, этапам проектирования, изготовления и выпуска, виду испытаний готовой продукции, продолжительности, уровню проведения, виду воздействия, определяемым характеристикам объекта.

Методы испытаний подразделяют на две основные группы:

1) физические испытания реальных ЭУ или их макетов;

2) испытания с использованием моделей.

Физические испытания могут проводиться как при внешних воздействующих факторах (ВВФ), создаваемых искусственным путемпутём с помощью испытательных стендов (стендовые испытания) или специальных методов и средств, применяемых в лабораторных условиях (лабораторные испытания), так и при естественных ВВФ (полигонные и натурные испытания). Лабораторные и стендовые испытания ЭУ отличаются от реальной эксплуатации тем, что при их проведении не представляется возможным моделировать случайную совокупность всех внешних воздействий одновременно, как при реальной эксплуатации. Обычно при лабораторных и стендовых испытаниях ЭУ подвергают воздействию одной или нескольких нагрузок. Это приводит к результатам, отличающимся от получаемых при реальной эксплуатации. Поэтому при исследовании влияния ВВФ наряду с лабораторными и стендовыми испытаниями проводят также испытания ЭУ в естественных условиях.

В зависимости от условий и места проведения испытаний в естественных условиях различают полигонные и натурные испытания ЭУ. Полигонные испытания ЭУ осуществляют на специально оборудованном полигоне при воздействии внешних климатических факторов. При этом испытания ЭУ, предназначенных для эксплуатации и хранения только в определенныхопределённых климатических районах, проводят на полигонах, расположенных в пунктах с соответствующим климатом (для Беларуси с небольшой территорией, характеризующейся единой климатической зоной это требование означает необходимость проведения таких испытаний за границей).

При проведении натурных испытаний ЭУ предполагается выполнение трехтрёх основных условий:

1) испытаниям подвергаются ЭУ, а не их модели или составные части;

2) испытания проводятся в условиях и при воздействиях на ЭУ, соответствующих условиям и воздействиям при эксплуатации;

3) определяемые характеристики объекта испытаний измеряются непосредственно, без использования аналитических зависимостей, отражающих физическую структуру объекта испытаний и его составных частей.

Математический аппарат допускается применять только для статистической обработки экспериментальных данных.

Например. На испытания представлена радиолокационная станция (РЛС) кругового обзора. Цель испытаний – определить дальность обнаружения летательного аппарата заданного типа с заданной отражающей поверхностью. В процессе испытаний летательный аппарат выполняет полет по заранее выбранным маршрутам. Дальность обнаружения РЛС находят непосредственно (координаты РЛС известны заранее, координаты летательного аппарата известны для любого момента времени, момент обнаружения аппарата определяется в процессе испытаний). Все три приведённые условия выполняются, т.е. испытания РЛС являются натурными. Испытания останутся натурными, если вместо летательного аппарата будет использовано некоторое физическое тело с параметрами движения, близкими параметрам летательного аппарата заданного типа с заданной отражающей поверхностью

Пример 2. Проводятся испытания РЛС кругового обзора. В процессе испытаний измеряются непосредственно чувствительность приёмного тракта РЛС, мощность передатчика, частота излучаемого сигнала и т.д. По результатам измерений с помощью формул радиолокации определяют дальность действия РЛС. Здесь не выполняется третье условие, так как фактически используется математическая модель – формула радиолокации. Поэтому рассмотренные испытания РЛС не являются натурными

Цель натурных испытаний – исследование комплексного влияния естественно воздействующих факторов на изменение параметров, свойств и механизмов отказов ЭУ при их эксплуатации и хранении. По результатам полигонных и натурных испытаний разрабатывают рекомендации по защите ЭУ от влияния внешних факторов.

Спецификой натурных испытаний являются их продолжительность, сложность и высокая стоимость. Поэтому эти испытания требуют чёткой организации и оптимального планирования. Испытания следует проводить только в тех условиях, в которых влияние дестабилизирующих факторов наиболее значительно. Условия проведения натурных испытаний ЭУ должны максимально приближаться к реальным временным режимам эксплуатации, для которых характерно чередование рабочих и нерабочих периодов. Поэтому проводят натурные испытания двух видов: под электрической нагрузкой (непрерывной или циклической) - для определения надёжности ЭУ при функционировании; без электрической нагрузки – для определения надёжности ЭУ при хранении.

Натурные испытания достаточно проводить только с типичными "представителями" групп ЭУ (ЭУ, имеющих близкие конструктивно-технологические решения), а затем результаты испытаний распространять на всю группу. Это уменьшает объем и стоимость испытаний. К физическим относятся также эксплуатационные испытания ЭУ. Один из основных видов таких испытаний - опытная эксплуатация.

Испытания с использованием моделей осуществляют методами физического и математического моделирования, которыми в ряде случаев можно заменить сложные физические испытания реальных ЭУ или их макетов. На выходные параметры ЭУ оказывают влияние изменения параметров элементов, колебания напряжений питания, температуры окружающей среды, влажности и др., т.е. большая группа (часто взаимосвязанных) параметров, которые при создании моделей отказов называют первичными (входными).

Физическое моделирование состоит в том,– что первичный параметр объекта испытаний заменяется простой физической моделью, способной имитировать изменения данного параметра.

Физические модели могут подвергаться статистическим испытаниям. Метод статистических испытаний (Монте- Карло) заключается в том, что– путём многократных случайных испытаний определяют вероятность появления некоторого случайного события (математического ожидания случайной величины). Метод позволяет определить характеристики надёжности в предположении, что известен механизм отказов ЭУ при различных сочетаниях значений параметров, выбираемых случайным образом согласно заданной статистической модели. Метод статистических испытаний предусматривает проведение испытаний на реальных объектах или их физических моделях. При испытаниях на реальных объектах производят исследование возможных причин отказов ЭУ, искусственно вводя в схему обрывы, короткие замыкания или устанавливая элементы с параметрами, выходящими за допустимые нормы. При испытаниях на моделях ЭУ ряд элементов заменяют их физическими моделями, параметры которых можно менять. Моделирование элементов осуществляют на специальных стендах, на которых воспроизводят случайные изменения указанных параметров.

Граничные испытания – проводят для определения зависимостей предельно допустимых значений параметров ЭУ от режимов эксплуатации. Цель граничных испытаний – нахождение области таких значений параметров ЭУ, при которых значения выходных (вторичных или эксплуатационных) параметров находятся в пределах допуска, т.е. области безотказной работы ЭУ.

Каждый выходной параметр Y зависит от множества входных параметров Х₁, Х₂, ... Хп. Для безотказной работы ЭУ должно выполняться условие

Y_imin£y_i £Y_imax

что соответствует изменению значения каждого входного параметра в пределах

X_jmin£X_j£X_jmax

Таким образом, область безотказной работы ЭУ определяется путем изменения значений входных параметров и фиксации предельных значений выходных параметров, превышение которых приводит к отказам ЭУ.

Из-за наличия производственного разброса параметров элементов выходной параметр может выходить за пределы указанного диапазона. Свойство конструкции РЭУ иметь выходной параметр в диапазоне пределов допуска, непосредственно после сборки конструкции, называют серийнопригодностью. На практике серийнопригодность описывают процентом выхода годных к эксплуатации устройств непосредственно после процесса их сборки и регулировки, если последняя предусмотрена технологией. При этом предполагается, что комплектующие элементы исправны, а технология сборочных и регулировочных работ полностью соблюдена.

Граничные испытания могут быть реализованы аналитическим, графическим и графоаналитическим способами.

Аналитический способ применяют для испытаний простых электронных устройств, характеризующихся простой моделью с одним параметром. Границы области безотказной работы определяют расчётным путём с помощью уравнения Y_i=f(X_i).

Графический способ используют для сложных изделий, когда выходной параметр зависит от нескольких входных. В этом случае определить область безотказной работы ЭУ при одновременном изменении многих первичных параметров аналитически невозможно. Поэтому границы области безотказной работы определяют экспериментально путём построения сечения функции Y для каждого первичного параметра X, т.е. находят допустимые пределы изменения значений этих параметров в зависимости от значения выбранного параметра граничных испытаний.

Построение сечения функции выполняют следующим образом. На основании анализа требований, предъявляемых к ЭУ, выбирают один или несколько критериев отказа. Один из первичных параметров ЭУ принимают за параметр граничных испытаний Xгp. Устанавливают номинальные значения входного параметра Х_j, по которому производится сечение функции Y, и параметра Xгp. При этом значения остальных входных параметров сохраняют постоянными. Изменяют значение параметра Xгp в меньшую и большую сторону от номинального значения до момента отказа ЭУ – ухода значения выходного параметра У за границы поля допуска. Аналогичные испытания осуществляют для других значений первичных параметров Xj, отличных от номинального значения. В результате получают семейство точек, соответствующих предельным значениям выходного параметра Yi. Соединив эти точки, устанавливают область безотказной работы ЭУ. Пример построения области безотказной работы (графика граничных испытаний) ЭУ приведён на рис. а.

Рис. Построение области безотказной работы ЭУ при изменении значений одного входного параметра

В качестве параметра граничных испытаний выбрано напряжение питания, а в качестве изменяемого входного параметра – сопротивление в коллекторной цепи. Точки 1 и 1^I, 2 и 2', 3 и 3', соответствующие предельным значениям выходного параметра, получены при изменении напряжения питания в меньшую и большую сторону от номинального значения. Кривая линия, соединяющая большое число подобных точек, разделяет область безотказной работы и область отказов ЭУ.

Аналогично проводят построение сечения функции Yi по другому входному параметру - например, разделительной ёмкости усилителя, сохраняя значения остальных входных параметров ЭУ постоянными. Для всех входных параметров строят ряд графиков, наложив которые друг на друга, получают область безотказной работы для совокупности первичных параметров. При этом изменение входных параметров производят в пределах, превышающих заданные ТУ, с целью определения потенциального запаса надёжности ЭУ.

Рис. Построение области безотказной работы ЭУ при изменении значений двух входных параметров

Изменение первичных параметров при проведении граничных испытаний имитируют различными методами. Так, постоянные резисторы и конденсаторы испытываемого изделия заменяют переменными или осуществляют поочерёдную замену исследуемого элемента однотипным с известными отклонениями его параметра от номинала.

Графики граничных испытаний позволяют: прогнозировать отказы ЭУ; определять правильность выбора номинальных значений параметров элементов, питающих напряжений; сравнивать "запас" надёжности ЭУ (по площади областей безотказной работы и положению рабочей точки). Чем больше площадь области безотказной работы и чем дальше отстоит от её границ рабочая точка, тем больше запас надёжности. К недостаткам метода граничных испытаний относятся невозможность количественной оценки надёжности и большая трудоёмкость проведения экспериментов, что затрудняет получение данных об изменении выходных параметров ЭУ при изменении комплекса внешних воздействий и взаимодействии элементов.

Снизить трудоёмкость граничных испытаний позволяет графоаналитический способ. При этом, функцию Y(x) разлагают в ряд Тейлора в окрестности рабочей точки, ограничиваясь членами первого порядка. В результате получают неравенства (условия безотказной работы ЭУ), в состав которых входят частные производные. Экспериментальная часть данного метода испытаний заключается в определении этих производных графическим путём. По значениям частных производных оценивают влияние каждого из входных параметров.

Матричные испытания являются развитием метода граничных испытаний и используют для решения следующих задач: определения области безотказной работы ЭУ, вычисления вероятности нахождения значения выходного параметра ЭУ в этой области, оптимизации параметров элементов схемы и допусков на них по заданной работоспособности изделия. Эти испытания заключаются в моделировании рабочей области ЭУ при всех возможных значениях первичных параметров, находящихся в пределах допусков, и сопоставлении рабочей области с областью безотказной работы. Моделирование осуществляют следующим образом. Диапазон X_i.min … X_i.max возможных изменений значений каждого входного параметра разбивают на равные интервалы, называемые квантами. Перебор всех возможных сочетаний квантов, т.е. ситуаций, производят в соответствии с заранее составленной таблицей – матрицей ситуаций. Обычно такая матрица содержит число столбцов, равное числу моделируемых параметров, и число строк, равное числу перебираемых ситуаций. Результаты испытаний записываются в виде матрицы с числом элементов, равным числу реализации ситуаций безотказной работы. Использование ЭВМ позволяет ускорить перебор ситуаций, проверку работоспособности ЭУ в каждой ситуации в соответствии с заданными критериями отказа, регистрацию числа и характера отказов.

Математическое моделирование базируется на использовании уравнений, связывающих входные и выходные параметры объекта испытаний (в предыдущих методах такая связь реализуется непосредственно в физической модели). Основной недостаток метода – огромный объем теоретических и экспериментальных исследований для определения соотношений, характеризующих математическую модель изделия, что требует применения ЭВМ с высоким быстродействием, а также точного знания законов распределения входных и выходных параметров изделия.

По назначению испытания можно разделить на исследовательские, определительные, сравнительные и контрольные.

Исследовательские испытания проводят для изучения определённых характеристик свойств ЭУ. Результаты этих испытаний служат для решения следующих задач: определения или оценки показателей качества функционирования испытываемых ЭУ в определённых условиях эксплуатации; выбора оптимальных режимов работы и показателей надёжности ЭУ; сравнения множества вариантов реализации ЭУ при проектировании и аттестации; построения математической модели функционирования ЭУ (оценки параметров математической модели); отбора существенных факторов, влияющих на показатели качества функционирования ЭУ; выбора математической модели ЭУ из заданного множества вариантов. Примером исследовательских испытаний могут служить испытания моделей. Особенностью исследовательских испытаний является факультативный характер их проведения; они, как правило, не применяются при сдаче готовой продукции.

Определительные испытания проводят для определения количественных показателей надёжности ЭУ с заданной достоверностью. Показатели определяют экспериментально путём испытаний и последующих измерений, анализа диагностирования, с помощью органолептических методов*[3] регистрации отказов, повреждений и других событий.

Сравнительные испытания служат для сравнения показателей надежностинадёжности аналогичных или одинаковых объектов. Так, на практике иногда возникает необходимость сопоставить качество аналогичных по характеристикам или даже одинаковых ЭУ, выпускаемых различными предприятиями. Для этого сравниваемые объекты испытывают в идентичных условиях.

Контрольные испытания проводят для установления соответствия характеристик ЭУ заданным в нормативных документах.

Испытания на этапах проектирования, изготовления, выпуска и эксплуатации изделий имеют различные цели и задачи. В связи с этим производится выделение испытаний по этапам. Проводят доводочные, предварительные и приёмочные испытания Эти испытания по своему назначению могут быть исследовательскими, контрольными, сравнительными, определительными Так, доводочные испытания — исследовательские, и проводят их при проектировании изделий с целью оценки влияния вносимых в ЭУ изменений (конструктивных, схемотехнических и др.) для достижения заданных значений показателей качества; предварительные испытания являются контрольными для опытных образцов и/или опытных партий продукции и проводятся с целью определения возможности их предъявления на приемочные испытания; приемочные испытания также являются контрольными для опытных образцов, опытных партий продукции или единичных изделий. Эти испытания проводят для решения вопроса о целесообразности постановки продукции на производство (в случае опытных образцов) или передачи ее в эксплуатацию (в случае производства единичных изделий).

Испытания готовой продукции подразделяют на квалификационные, предъявительские, приемосдаточные, периодические, инспекционные, типовые, аттестационные, сертификационные.

Квалификационные испытания проводят на установочной серии или первой промышленной партии изделий, т.е. на стадии освоения производства ЭУ. Цель – оценка готовности предприятия к выпуску продукции данного типа в заданном объёме. Предъявительские испытания проводит служба технического контроля предприятия – изготовителя перед предъявлением ЭУ для приёмки представителем заказчика, потребителем или другими органами приёмки. Приёмосдаточные испытания проводят в освоенном производстве. Это контрольные испытания изготовленной продукции при приёмочном контроле.

периодические испытания проводят с целью контроля стабильности качества продукции и возможности продолжения её выпуска, обычно каждый месяц или квартал, а также в начале выпуска ЭУ и при возобновлении производства после временного прекращения. Периодические испытания включают в себя такие испытания, при которых вырабатывается часть ресурса ЭУ (длительная вибрация, многократные удары, термоциклы). Это сравнительно дорогостоящие испытания, и поэтому они всегда являются выборочными. Результаты периодических испытаний распространяют на все партии, выпущенные в течение определённого времени

Инспекционные испытания – особый вид контрольных испытаний. Их осуществляют выборочно для контроля стабильности качества установленных видов продукции специально уполномоченными организациями. Типовые испытания – испытания выпускаемой продукции, проводимые для оценки эффективности внесения конструктивных изменений, применения новых материалов или технологических операций. аттестационные испытания проводят для оценки качества продукции при ее аттестации по категориям качества. сертификационные испытания – для установления соответствия показателей качества ЭУ национальным и/или международным нормам и стандартам.

По продолжительности все испытания подразделяют на нормальные, ускоренные и сокращённые. нормальные – обеспечивают получение информации о показателях надёжности изделия в необходимом объёме за такое же время, что и при эксплуатации. ускоренные испытания обеспечивают получение информации о качестве ЭУ в более короткий срок, чем при нормальных испытаниях. Сокращённые испытания выполняют по сокращённой программе.

По уровню проведения испытания ЭУ разделяют на государственные, межведомственные и ведомственные. К государственным относят испытания важнейших видов ЭУ, проводимые головной организацией, или приёмочные испытания, проводимые государственной комиссией. Межведомственные – приёмочные испытания ЭУ, разработанных совместно несколькими ведомствами. Эти испытания проводит комиссия из представителей нескольких ведомств. Ведомственные испытания осуществляются комиссией из представителей заинтересованных министерства и ведомства.

По виду воздействия различают механические, климатические, тепловые, радиационные, электрические, магнитные, электромагнитные, химические (воздействие специальных сред) и биологические (воздействие биологических факторов) испытания.

По результату воздействия на ЭУ испытания делят на разрушающие и неразрушающие, а также испытания на стойкость, прочность, устойчивость. Испытания являются разрушающими, если в процессе их проведения применяют разрушающие методы контроля и в результате воздействия внешних факторов, испытываемые объекты становятся непригодными для дальнейшего использования.

В сертификации заинтересованыне только изготовитель (в целях повышения конкурентоспособности товаров) и потребитель (в целях получения гарантий соответствия характеристик изделий заявлениям изготовителя), но и общественные организации, правительства и даже межправительственные организации.