Исследовательские испытания используются для изучения физики и механизма изменений функциональных состояний элементов и их систем с целью разработки методов повышения их надежности. Исследовательские испытания можно разделить на разрушающие и неразрушающие. При разрушающих испытаниях нагрузку увеличивают до тех пор, пока испытываемый объект не выходит из строя. После чего путем разборки устанавливают причину отказа и усиливают слабые места. Увеличение коэффициента запаса нагрузки обеспечивает повышение надежности испытываемых объектов. Увеличение нагрузки (жесткости испытательных режимов) при разрушающих испытаниях может про2исходить и не до выхода объекта из строя, а лишь до предельного состояния. После определенной выдержки в предельных режимах объект разбирается и исследуется на предмет обнаружения изменений, приводящих в последующем к появлению отказов.

При исследовательских испытаниях для исследования надежности машин и приборов большое значение имеют неразрушающие методы испытаний. К основным методам неразрушающих испытаний относятся:

- Метод акустической эмиссии , который заключается в исследовании акустических колебаний, возникающих в твердых телах при пластическом деформировании или изломе.

- Метод ультразвуковой спектроскопии , базирующийся на исследовании свойств контролируемых объектов и параметров дефектов по изменению спектрального состава.

- Методы, базирующиеся на визуализации ультразвуковых изображений, которые используют ультразвуковые системы контроля с фотографическими, тепловыми, оптическими и другими способами визуализации нарушений целостности конструкции исследуемого объекта.

- Методы, базирующиеся на отражении ультразвуковых в олн, которые исследуют состояние поверхности по коэффициенту отражения продольных упругих волн, падающих из жидкости на поверхность контролируемой детали.

- Методы ультразвуковой голографии , использующие способы ультразвуковой дефектоскопии, а также электронное сканирование поля ультразвуковой голограммы.

- Методы оптической голографии и когерентной оптики , использующие анализ картины бликов лазерного излучения при контроле механических, тепловых и вибрационных нагрузок.

- Методы, базирующиеся на визуализации рентгеновского и гамма-излучения, которые применяются при контроле толстостенных деталей и сварных швов с использованием телевизионных установок, фотографирования или видеозаписи.

- Методы нейтронной радиографии , основанные на регистрации изображения, получающегося в результате различного ослабления потока нейтронов отдельными участками контролируемого объекта.

- Методы, базирующиеся на волновых процессах , применяемые для обнаружения мест дефектов (раковин, трещин), когда и в качестве волновых процессов используют распространение ультразвуковых и электромагнитных волн в среде без затухания.

- Радиотехнические СВЧ-методы контроля , использующие взаимодействие СВЧ-диапозона с исследуемым материалом.

- Методы теплового излучения , основанные на изучении инфракрасного излучения исследуемого объекта.

Исследовательские испытания являются испытаниями, которые проверяют качество функционирования испытываемого объекта принятого схемно-конструктивного исполнения и устанавливают оптимальное соотношение всех входных параметров.

К исследовательским испытаниям относятся:

Лабораторные испытания для установления работоспособности объекта при выбранных значениях входных параметров;

Лабораторные испытания для установления предельных значений схемно-конструктивных параметров при предельных значениях внешних воздействий;

Граничные испытания;

Ступенчатые испытания и др.

27. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Лабораторные испытания проводятся с целью определения работоспособности и установления соответствия конструкции машин и приборов требованиям ТЗ. Лабораторные испытания обычно начинаются с проверки правильности монтажа и соединения функциональных блоков.

Проверка работоспособности машин и приборов в целом производится вначале в нормальных условиях. В случае несоответствия какого-либо параметра машины или прибора требованиям ТЗ производится корректировка характеристик схемных или конструктивных элементов. Произведенные изменения записываются в специальный журнал по форме, установленной нормативной документацией.

После установления работоспособности машин и приборов в нормальных условиях испытания продолжаются в более жестких эксплуатационных условиях. Режимы испытаний, их продолжительность устанавливаются в соответствии с требованиями ТЗ или ТУ.

Кроме обычных эксплуатационных условий в процессе лабораторных испытаний может проверяется работоспособность машин и приборов и в предельных условиях. В этом случае объекты испытаний подвергаются воздействию предельных значений механических и климатических воздействий, которые могут быть в условиях эксплуатации.

Выявленные в процессе испытаний отказы анализируются и разрабатываются мероприятия по совершенствованию схемных и конструктивных решений, обеспечивающих повышение надежности машин и приборов.

28. ГРАНИЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Граничными испытаниями называются испытания, позволяющие экспериментально определить границы устойчивой работы элементов, узлов, блоков, приборов, машин при изменении входных параметров и внешних воздействий.

Граничные испытания позволяют:

1) установить оптимальный режим работы элементов, узлов, блоков и т.д., а также оценить границы возможных допусков входных параметров;

2) проверить соответствие параметров функциональных преобразователей требованиям ТУ при предельных значениях внешних воздействий, параметров применяемых элементов и деталей, источников питания, предельных значений измеряемой величины (для приборов) и параметров выходной нагрузки;

3) обеспечить наиболее устойчивое функционирование машин и приборов в реальных условиях их изготовления и эксплуатации.

Проведение граничных испытаний состоит из следующих основных этапов:

а) предварительный анализ работы объекта испытания и составление программы испытаний;

б) экспериментальное проведение и построение графиков граничных
испытаний;

в) проведение анализа граничных испытаний и разработка
предложений по повышению устойчивости функционирования
испытываемого объекта;

г) реализация разработанных предложений и проверка их эффективности.

Различают два основных вида граничных испытаний:

1) граничные испытания устройств в процессе их проектирования;

2) граничные испытания устройств в процессе их эксплуатации. Существуют несколько практических способов выполнения граничных испытаний.

Аналитический способ

Для несложных схем, имеющих простое математическое описание, границы области безотказной работы могут быть определены расчетным путем с помощью уравнений типа:

где y imin =const, y imax =const - граничные значения выходных параметров, х1…x n - входные параметры. Это возможно, например, для пассивных линейных четырехполюсников.

Графический способ

Для сложных схем, работу которых математически нельзя удовлетворительно описать, аналитический способ неприменим. Границы области безотказной работы таких схем могут быть определены экспериментально.

Если число входных параметров n>3 (а в сложных схемах всегда n>3), то уже невозможно представить себе конфигурацию области безотказной работы. О ней можно получить некоторое представление, если рассматривать проекции сечений области безотказной работы плоскостями, параллельными координатным плоскостям.

К получению подобных проекций и сводятся на практике выполнение граничных испытаний. На оси абсцисс откладывают относительное изменение напряжения питания, t° окружающей среды и т.п. от номинального значения Хв. На оси ординат - относительное изменение исследуемого параметра Ха. По результатам исследований строятся графики граничных испытаний, представляющие собой сочетание относительных изменений исследуемых параметров, приводящее к отказу испытываемого объекта. Все графики накладывают на один рисунок. Если выходные параметры испытываемого объекта находятся в средней части образованной области устойчивого функционирования и имеют достаточный запас устойчивости, считается, что заложенные схемно-конструктивные параметры обеспечивают достаточную надежность испытываемого объекта. В случае, когда требуемое значение выходных параметров машины или прибора не имеет достаточного запаса устойчивости (по образованной зоне устойчивости), необходимо произвести корректировку номинального значения соответствующего исследуемого параметра.

28.3. Графо-аналитический способ

Дает возможность значительно уменьшить трудоемкость граничных испытаний и ускорить их проведение.

Для этого необходимо математическое описание исследуемого объекта:

y=F(x 1 ,x 2 ,...,x n), где x 1 ...x n - входные параметры. Значения выходного параметра будут находиться в пределах:

У min ≤ У ≤ У max

Разложим функцию F в ряд Тейлора в окрестности номинальной рабочей точки Н и ограничимся членами первого порядка, тогда можно записать:

y=y н +( F/ x 1) н 𝛥x 1 + F/ x 2) н 𝛥x 2 +…+ F/ x n)𝛥x n или

где 𝛥x - приращения входных параметров;

y н - номинальное значение i-гo выходного параметра.

Записанное ранее неравенство можно теперь записать:

Условия функциональной устойчивости можно записать в следующем виде:

Очевидно, что если эти неравенства выполняются, то можно утверждать, что рабочая область не выходит за пределы области безотказной работы. Если неравенства не выполняются, то исследуемая схема ненадежна. В этом случае повышение надежности можно обеспечить:

а) путем уменьшения допусков на параметры элементов;

б) изменением номинальных значений отдельных параметров,
увеличивающих зону функциональной устойчивости.

Указанные мероприятия обеспечивают выполнение неравенств еще с большим запасом.

Экспериментальная часть метода сводится к нахождению частных производных. Частные производные заменяются отношениями приращений выходного параметра при конечном приращении каждого входного параметра. Влияние каждого параметра на значение выходного параметра исследуют при номинальном значении остальных параметров.

Важным достоинством этого метода является и то, что у исследователя появляется возможность видеть всю картину в целом. Действительно, каждый член ряда определяет то частичное изменение выходного параметра, которое вызвано изменением соответствующего входного параметра. Сразу можно оценить удельный вес влияния этого входного параметра. Открывается возможность обоснованного выбора допусков на отклонение тех входных параметров, которые зависят от воли разработчика.

29. Условия эксплуатации и их влияние на показатели надёжности.

29.1. Климатические зоны и факторы, влияющие на надёжность.

В зависимости от функционального назначения изделия используются в определённых эксплуатационных условиях: рабочих режимах, климатических и производственных условиях (температуре, влажности, радиации и т.д.).

В зависимости от изменения климатических и производственных условий можно различать ряд климатических зон:

1) Арктическая;

2) Умеренная, подразделяющаяся на влажную умеренную и сухую умеренную;

3) Тропическая, подразделяющаяся на влажную тропическую (джунгли, побережье морей, острова) и сухую тропическую зону (пустыни).

1. К арктическим и полярным зонам относятся: Арктика и Антарктида, Сибирь, Аляска, Северная Канада, северо-восточная часть Европы. Температура достигает зимой -40°С и даже -55°…-70°С, летом температура доходит до +30°С, а иногда даже до +35°С. Суточные изменения температуры t° - до 20°С. Наилучшая t° моря – 0°С. Абсолютная влажность мала, но вследствие низких температур относительная влажность часто оказывается высокой.

2. Зоны умеренного климата расположены между широтами от 40° до 65°. Условия в этой зоне постепенно переходят с одной стороны, к условиям арктической зоны, а с другой – к условиям субтропической зоны. Области, удалённые от морей и океанов, отличаются большим непостоянством значений температур, относительно высоких летом и низких зимой. Районы, лежащие вблизи морей и океанов, отличаются менее резкими изменениями температуры в течение года и повышенной влажностью. Это способствует увеличению коррозии материалов. Особенно высока коррозия материалов в промышленных районах, загрязняющих воздух и воду агрессивными примесями.

3. К тропическим сухим зонам (зоны пустыни) относятся Северная и Центральная Африка, Аравия, Иран, Средняя Азия и Центральная Австрия. Зоны характеризуются наличием высокой температуры и большими суточными её изменениями, а также низкими значениями относительной влажности. Максимальные дневные t° достигают 60°С, минимальные ночные доходят до -10°С. Вполне нормальным явлениям являются суточные изменения на 40°С. Вследствие поглощения интенсивного солнечного излучения t° машины приборов на поверхности земли может достигать 70°…75°С. Максимальная относительная влажность ночью достигает z=10%, минимальная z=5…3%. Вследствие низкого содержания влаги в атмосфере рассеивание и поглощение ультрафиолетовой составляющей в солнечном излучении мало. Наличие ультрафиолетового излучения вызывает активизацию ряда фотохимических процессов на поверхности изделия. Характерным является наличие движущихся потоков пыли и песка, возникающих под влиянием ветров или создаваемых транспортом. Частицы пыли обычно размером 0,05-0,02 мм имеют угловатую форму и обладают абразивными свойствами. Песок состоит, главным образом, из зерен кварца со средним диаметром примерно 0,4 мм.

Тропические влажные зоны расположены у экватора между 23° северной и 23° южной широты. Они характеризуются постоянным высокой t° с малыми суточными изменениями и высокими значениями относительной влажности. В течение значительной части года выпадают обильные осадки. Дневные t° до 40°С, ночные редко ниже 25°С, в дождливые периоды t° может снижаться до 20°С. Относительная влажность днём z=70-80%, а ночью повышается до z=90% и выше; часто ночью воздух насыщается водяными парами, т.е. z=100%.

В тропическую влажную зону входят Западная, Центральная и Восточная Африка, Центральная Америка, Южная Азия, Индонезия, Филиппины и архипелаги островов в Тихом и Индийском океанах. Характерным для прибрежных районов и островов данной зоны является наличие высокого содержания соли в атмосфере, что при наличие высокой относительной влажности и высокой температуры создаёт условия для интенсивной коррозии металлов.

В связи с развитием авиации и ракетной техники существенный интерес представляют условия в верхних слоях атмосферы. Для ближайшей к земной поверхности зоны (0-12 км) – тропосферы – характерно падение температуры примерно 6,5°С на каждый километр высоты, происходит уменьшение относительной влажности до z=5…2% у верхней границы тропосферы. В следующей зоне (12-80 км) – стратосфере - t° на участке 12…25 км высоты достигает -56,5°С, а затем начинает расти. В стратосфере находятся слои озона, которые имеют максимальную концентрацию на высоте 16…25 км. В тропосфере и стратосфере существуют ветры и течения. Сила ветров возрастает с высотой в тропосфере, а затем уменьшается в стратосфере. Ветры и воздушные течения имеют западное направление. Наиболее мощные течения (до 120 м/с и больше) лежат вблизи нижнего слоя стратосферы.

В зоне, лежащей выше 80 км – ионосфере - t° снова начинает возрастать. На высоте 82 км находится так называемый слой Е, на высоте 150 км – слой F ионосферы, играющие важную роль в распространении коротких и ультракоротких радиоволн. В ионосфере большая часть газов находится в атомарном состоянии. Последняя зона – экзосфера – представляет почти идеальный вакуум.

Итак, как следует из анализа климатических зон, к категории климатических факторов относится действие t°, влажности и солнечной радиации.

Мы выяснили, что t° воздуха вблизи земной поверхности может колебаться от -70° до +60°С. Если оборудование не защищено от прямого воздействия солнечных лучей, то температура твёрдого тела у поверхности Земли может превышать температуру окружающего воздуха на 25°…35°С. t° внутри защищённого кожуха вследствие выделения тепла работающими приборами может повышаться до 150°С и выше. Т.о., диапазон температур, при котором работает оборудование, весьма значителен. Рассмотрим характерные примеры влияния:

Белая модификация олова, переходя в серую, при = 13°С. При =-50°C резко возрастает процесс разрушения олова. Под влиянием изменяются геометрические размеры деталей, что может привести к возникновению зазоров, заклиниванию.

Изменяются также электрические и магнитные свойства материалов. Температурный коэффициент сопротивления меди равен 0,4% на 1°С. Величина сопротивления непроволочных резисторов меняется при изменении от -60°С до +60°С на 15…20%. Сталь с примесью 6% вольфрама теряет до 10% магнитной энергии при изменении температуры от 0° до100°С. Ёмкость конденсатора существенно меняется при изменении температуры (до 20…30%). При изменении окружающей среды от -60° до+60°С параметры полупроводниковых приборов меняются на 10…25%. Существует предельное значение , при котором могут работать полупроводниковые приборы, так, для германиевых диодов и транзисторов, предельно допустимое 70°…100°С, для кремниевых – 120°…150°С.

Влажность также влияет на работоспособность. Водные пары всегда находятся в воздухе, окружающем оборудование. Относительная влажность составляет при нормальных условиях 50…70%, среднее значение относительной влажности колеблется от 5% (в зоне пустынь) до 95% (в зоне тропиков). Влага изменяет механические и электрические свойства материалов. Проникновение влаги в поры диэлектрика повышает диэлектрическую проницаемость, что приводит к изменению ёмкости конденсаторов. Влажность уменьшает поверхностное сопротивление, сопротивление изоляции, электрическую прочность, уменьшает ёмкостную связь между проводами, оказывает существенное влияние на работоспособность полупроводниковых приборов, вызывает коррозию всех металлических деталей.

Существенным фактором для ухудшения работоспособности оборудования является наличие ультрафиолетового излучения и, наконец, высокая относительная влажность и высокая температура способствуют быстрому развитию бактерий и микроорганизмов, которые вызывают порчу органических, а в ряде случаев и металлических частей оборудования (изоляция проводов, изолирующие части конструкции, краски, лаки и другие покрытия).

Установлен ряд климатических исполнений (классы исполнений) изделий по условиям их эксплуатации в макроклиматических районах (ГОСТ 15150-69). Например: У (N) – для районов с умеренным климатом; УХЛ (NF) – с умеренным и холодным климатом; при эксплуатации только в холодном климате – ХЛ (F) и т.д.. Всего установлено 11 климатических исполнений. В зависимости от места размещения изделия при эксплуатации в воздушной среде (на высоте до 4300 м над уровнем моря, а также в подземных и подводных помещениях) установлен ряд категорий размещения:

1- На открытом воздухе;

2- Под навесом или в открытых помещениях;

3- В закрытых помещениях (не отапливаемых);

4- В закрытых отапливаемых помещениях;

5- В помещениях с повышенной влажностью (шахты, подвалы, цеха и т.д.).

Стандарт устанавливает нормы температуры, влажности и другие эксплуатационные параметры для данного вида условий эксплуатации (класса и категории). Например, для изделий исполнения УХЛ 4 рабочие температуры – от +1° до +36°, средняя рабочая температура +20°С, предельные температуры +1°С;+50°С. Предельная относительная влажность 80%.

Похожая информация.

ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

Виды испытаний и их назначение

Испытания двигателей можно разделить на опытно-конструкторские и серийные.

Опытно-конструкторские испытания делятся на исследовательские и контрольные.

Исследовательские испытания проводятся для изучения определенных свойств конкретного двигателя и, в зависимости от целей, могут быть доводочными, испытаниями на надежность и граничными.

Доводочные испытания служат для оценки конструктивных решений, принятых для достижения необходимых значений мощностных и экономических показателей, установленных техническим заданием.

Испытания на надежность проводятся для оценки соответствия ресурса двигателя и показателей его безотказности, установленных техническим заданием.

Граничные испытания проводятся для оценки зависимости мощностных и экономических показателей, работоспособности двигателя от граничных условий, установленных техническим заданием, а также повышенных и пониженных температур окружающей среды, кренов и дифферентов, высоты над уровнем моря, переменных нагрузок и изменяющихся скоростных режимов, вибраций, одиночных ударов.

Контрольные испытания предназначены для оценки соответствия всех показателей опытного двигателя требованиям технического задания. Они делятся на предварительные и межведомственные.

Предварительные контрольные испытания проводятся комиссией предприятия-разработчика с участием представителя заказчика для определения возможности предъявления двигателя на приемочные испытания.

Межведомственные испытания являются приемочными испытаниями продукции опытных образцов, проводимыми комиссией, состоящей из представителей нескольких заинтересованных министерств или ведомств. По результатам межведомственных испытаний решается вопрос о возможности и целесообразности проведения испытаний двигателя в условиях эксплуатации.

Серийные испытания являются завершающим этапом технологического процесса производства двигателей и предназначены для контроля качества производства и соответствия их характеристик техническим условиям на поставку. Эти испытания делятся на приемосдаточные, периодические и типовые.

Приемо-сдаточные испытания проводятся с целью проверки качества сборки двигателя и отдельных его узлов на приработку трущихся поверхностей, определения соответствия показателей двигателя техническим условиям на поставку.

Периодические испытания предназначены для контроля стабильности технологического процесса изготовления двигателей в период между испытаниями, подтверждения возможности продолжения их изготовления по действующей нормативно-технической и технологической документации.

Типовые испытания проводятся по программе периодических испытаний с целью оценки эффективности и целесообразности изменений, вносимых в конструкцию или технологию изготовления двигателей.

Испытания автомобильных двигателей регламентирует ГОСТ 14846-81, который определяет условия испытания, требования к испытательным стендам и аппаратуре, методы и правила проведения испытаний, порядок обработки результатов испытаний, объем контрольных и приемочных испытаний.

Перед испытаниями двигатели должны быть обкатаны в соответствии с техническими условиями. Испытания проводят с использованием горюче-смазочных материалов, указанных в технической документации на двигатель, имеющий паспорт и протоколы испытаний, удостоверяющие соответствие их физико-химических параметров заданным. При проведении испытаний температуру охлаждающей жидкости и масла в двигателе поддерживают в пределах, указанных в технических условиях на двигатель. При отсутствии таких указаний температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя должна быть 348-358 К, а температура масла – 353-373 К.

При испытании число точек измерений должно быть достаточным для того, чтобы при построении характеристик выявить форму и характер кривой во всем диапазоне обследуемых режимов. Показатели двигателя определяют на установившемся режиме работы, при котором крутящий момент, частота вращения коленчатого вала, температуры охлаждения жидкости и масла изменяются во время измерения не более чем на 2 %. При ручном управлении стендом

продолжительность измерения расхода топлива должна составлять не менее 30 с.

В соответствии с ГОСТом при испытаниях двигателей необходимо измерять следующие параметры: крутящий момент, частоту вращения коленчатого вала, расход топлива, температуру всасываемого воздуха, температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, температуру топлива, температуру отработавших газов, барометрическое давление, давление масла, давление отработавших газов, значение угла опережения зажигания или начала подачи топлива.

1 . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Среди видов испытаний, которым должны подвергаться ПР на различных стадиях их создания и эксплуатации, важное место занимают исследовательские испытания. В ходе проведения исследовательских испытаний решаются следующие задачи:

1. Исследование и оценка значений основных функциональных характеристик и параметров ПР.

2. Выявление дефектов конструкции механизмов, привода, системы управления и изыскание путей их совершенствования

4. Исследование областей работоспособных состояний и определение признаков дефектных состояний различных элементов и систем ПР.

2. Сокращенные динамические испытания.

3. Расширенные динамические испытания.

4. Испытания на надежность.

1.2.1. Основная цель статических испытаний - определение жесткости испытательных органов и несущих систем, люфтов и зазоров в передаточных механизмах и опорах.

1.2.2. Основная цель динамических испытаний - определение параметров ПР, которые характеризуют их динамические свойства. Эти испытания являются наиболее трудоемкими и предусматривают определение наибольшего числа характеристик и параметров (табл. 1 и 2). Исследования характеристик и параметров ПР могут проводиться при последовательном выполнении исполнительными механизмами составляющих цикла или одновременном выполнении нескольких движений в наиболее часто встречающихся комбинациях. Выбор этих комбинаций осуществляется в зависимости от особенности работы и конструкции испытуемых роботов.

По количеству проводимых исследований и их сложности динамические испытания подразделяются на сокращенные и расширенные.

При сокращенных динамических испытаниях определяются основные характеристики и параметры роботов при последовательном выполнении элементарных составляющих цикла, что делает эти испытания универсальными и позволяет проводить их по единой методике независимо от места.

Таблица 1

Характеристики ПР	Виды испытаний
	Сокращенные	Расширенные
Грузоподъемность
Быстродействие
Быстроходность
Зона обслуживания
Погрешность позиционирования
(погрешность воспроизведения заданной траектории)
Нагрузка на детали механизмов и привода
Воспроизводимость заданного закона движения
Жесткость исполнительных устройств и опорных систем
Вибрационные характеристики и уровни шума
Температурные поля и деформации
Общий расход энергии, сжатого воздуха, охлаждающей и рабочей жидкостей
Ресурс и другие показатели надежности

Таблица 2

Определяемые параметры	Измеряемые величины	Единица измерения	Виды испытаний
			Сокращенные	Расширенные
Максимальная скорость рабочего органа	Скорость	м/с (рад/с)
Средняя скорость рабочего органа:
а) без учета колебаний	Путь (угол) перемещения, время перемещения без учета колебаний.	м/с (рад/с)
б) с учетом колебаний	Путь (угол) перемещения малые перемещения; время перемещения с учетом колебаний	м/с (рад/с)
Максимальное значение ускорения рабочего органа	Ускорение
Временные параметры
Параметры колебаний рабочего органа	Малые перемещения; частота
Усилия (моменты), действующие на звенья	Усилие (момент)
Давления в полостях пневмогидродвигателей	Давление
Температура деталей робота, масла в гидросистеме, привода и т.д.	Температура
Мощность, потребляемая электродвигателями	Мощность
Расход рабочего тела и охлаждающей жидкости
Параметры вибрации исполнительных органов, корпуса, привода и опорной системы	Виброускорение, виброскорости виброперемещения	м/с 2 (рад/с 2) м/с (рад/с)
Уровень шума в заданных точках лабораторного помещения
Сила тока или напряжение в силовых цепях и цепях системы управления	Ток, напряжение
Максимальное рабочее перемещение захвата по координатам	Ход (угол)
Величина отклонения захвата:
а) от заданного положения	Малые перемещения
б) от заданной траектории	Малые перемещения
Смещение исполнительных органов и опорных систем под действием приложенных сил	Малые перемещения

В ходе расширенных динамических испытаний определяются, кроме основных, ряд дополнительных характеристик и параметров, которые позволяют более детально оценить работу промышленного робота. Вследствие повышенной сложности расширенные динамические испытания проводят, как правило, в лабораторных условиях.

2 . МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Для типовых кинематических схем ПР, работающих в декартовой, цилиндрической, сферической и угловой системах координат, в табл. 3а, б приведены положения рук, в которых необходимо определять жесткость. Там же указаны направления, в которых производят измерения.

2.2.1. При измерении жесткости в вертикальной плоскости нагружение руки может осуществляться посредством груза, прикрепляемого к захвату (например, с помощью троса) или зажатого непосредственно в захвате. Для определения жесткости в горизонтальной плоскости трос дополнительно перекидывается через блок, ось которого перпендикулярна направлению измерения жесткости.

Таблица 3а

Система координат	Кинематическая схема	Координаты исслед. движений	Значение варьируемых параметров в % от максимума							Виды испытаний
				Скорость руки	Грузоподъемность
Декартова										Статические
							(0; 0,5; 1,0) Y max	(0; 0,5; 1,0) Z max
							(0; 0,5; 1,0) Y max	(0; 0,5; 1,0) Z max		Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100		(0; 0,25; 0,50; 0,75; 1,0) Y max
										Статические
						(0; 0,5; 1,0) Х max		(0; 0,5; 1,0) Z max
						(0; 0,5; 1,0) Х max		(0; 0,5; 1,0) Z max		Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100			(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) Z max
										Статические
						(0; 0,5; 1,0) Х max	(0; 0,5; 1,0) Y max
						(0; 0,5; 1,0) Х max	(0; 0,5; 1,0) Y max			Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100	(0; 0,25; 0,50; 0,75; 1,0) Х max	(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) Y max
Цилиндрическая										Статические
								(0; 0,5; 1,0) Z max	(0; 0,5; 1,0) j max
								(0; 0,5; 1,0) Z max	(0; 0,5; 1,0) j max	Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100			(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) Z max
										Статические
						(0; 0,5; 1,0) Х max			(0; 0,5; 1,0) j max
						(0; 0,5; 1,0) Х max			(0; 0,5; 1,0) j max	Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100	(0; 0,25; 0,5; 1,0) Х max			(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) j max
										Статические
						(0; 0,5; 1,0) Х max		(0; 0,5; 1,0) Z max
			20; 40; 60; 80; 100		0; 0,25; 50; 75; 100	(0; 0,5; 1,0) Х max (0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) Х max		(0; 0,5; 1,0) Z max (0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) Z max		Динамические

Таблица 3б

Система координат	Кинематическая схема	Координаты послед. движений	Значения варьируемых параметров в % от максимума			Положение руки по координатам в долях от максимального перемещения				Виды испытаний
				Скорость руки	Грузоподъемность
Сферическая										Статические
							(0; 0,5; 1,0) j max	(0; 0,5; 1,0) ? 1 max
							(0; 0,5; 1,0) j max	(0; 0,5; 1,0) ? 1max		Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100		(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) j max
										Статические
						(0; 0,5; 1,0) X max		(0; 0,5; 1,0) ? 1 max
						(0; 0,5; 1,0) X max		(0; 0,5; 1,0) ? 1 max		Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100			(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) ? 1max
										Статические
						(0; 0,5; 1,0) X max	(0; 0,5; 1,0) j max
						(0; 0,5; 1,0) X max	(0; 0,5; 1,0) j max			Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100	(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) X max	(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) j max
										Статические
								(0; 0,5; 1,0) ? 1 max	(0; 0,5; 1,0) ? 2 max
								(0; 0,5; 1,0) ? 1 max	(0; 0,5; 1,0) ? 2 max	Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100			(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) ? 1max
										Статические
							(0; 0,5; 1,0) j max		(0; 0,5; 1,0) ? 2 max
							(0; 0,5; 1,0) j max		(0; 0,5; 1,0) ? 2max	Динамические
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100		(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) j max		(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) ? 2max
										Статические
							(0; 0,5; 1,0) j max	(0; 0,5; 1,0) ? 1max
							0; 0,5; 1,0) j max	(0; 0,5; 1,0) ? 1 max		Динамически
			20; 40; 60; 80; 100		0; 25; 50; 75; 100		(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) j max	(0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0) ? 1max

Примечание: цифровые данные, приведенные в верхних строках таблиц 3а и 3б, представляют собой значения параметров для сокращенных испытаний, в нижних - для расширенных испытаний.

2.2.2. Нагружающую силу изменяют ступенчато от нуля до максимального значения и обратно до нуля. Значения нагружающей силы рекомендуется брать равными 25; 50; 75; 100 % от максимальной грузоподъемности ПР. При измерении необходимо устранить влияние зазоров. Для этого нагружающая сила должна нарастать до величины, при которой достигается линейная зависимость между ней и измеряемым отклонением.

Для измерения деформаций могут использоваться индикаторы часового типа или индуктивные датчики перемещений.

2.2.3. Для снижения значений случайных погрешностей замеры производят не менее трех раз для каждого направления нагружающей силы.

2.2.1. Результаты оформляются в виде графиков зависимостей деформаций от действующей силы для каждого направления силы. Статические жесткости определяются как отношение нагрузочной силы к соответствующей деформации на участках графиков, в которых исключены влияния зазоров. Из графиков зависимостей деформаций от действующей силы находят также приведенный к захвату суммарный зазор в механизмах привода руки ПР и гистерезис. Зазоры в механизмах можно определить по отклонению выходного звена и замером перемещений индикатором часового типа.

2.2.5. Часто возникает необходимость определения смещений отдельных звеньев в суммарном перемещении захватного устройства. Это осуществляется путем одновременных измерений упругих перемещений основных звеньев руки ПР под действием нагружающих сил.

2.2.6. Схемы нагружения для определения жесткости несущих и опорных систем ПР (корпуса робота, монорельсов, порталов и т.п.) зависят от конструкции систем и указываются в руководствах по испытаниям конкретных моделей.

2.2.7. У ряда роботов значительное влияние на общую податливость выходных звеньев оказывают зазоры в шарнирных и других соединениях. В этих случаях рекомендуется использовать специальную методику испытаний, разработанную в .

3 . МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ СОКРАЩЕННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

3.1. К основным характеристикам, исследуемым при сокращенных испытаниях, относятся: грузоподъемность, быстродействие, быстроходность, зона обслуживания, погрешность позиционирования или воспроизведения заданной траектории, инерционные нагрузки. Первые пять из них являются взаимозаменяемыми, что учтено при построении методики. В частности, грузоподъемность робота, которая характеризуется максимальной массой груза, перемещаемого захватным устройством, существенно зависит от заданных точности позиционирования и быстроходности, а также от вылета руки, т.е. геометрии.

3.1.1. Грузоподъемность определяется путем измерения установленной в захватном устройстве массы груза при заданной быстроходности и мощности привода, допустимой нагрузке на детали механизмов и обеспечении требуемой точности позиционирования. Зависимость грузоподъемности от быстроходности часто отражается в паспортных данных путем указания грузоподъемности при нормальной и пониженной скоростях.

3.1.2. Быстродействие робота, характеризуемое временем движения рабочего органа на заданную величину хода, определяется:

1) по измерениям величин скорости, ускорения и малых перемещений в конце хода;

2) по измерениям непосредственно временных интервалов.

В первом случае характерные участки движения, определяемые по измерениям параметра скорости, уточняются по измерениям величин ускорений и малых перемещений. Быстродействие зависит не только от скорости, задаваемой приводом, но и от величины и направления перемещения, грузоподъемности и сил демпфирования. От величины этих параметров зависит время, затрачиваемое на доведение до заданного уровня колебаний в конце хода. Допустимые амплитуды колебаний определяются требованиями технологического процесса (операции), выполняемого роботом, условиями захватывания перемещаемой детали и т.п. Допустимый уровень ускорений руки при захвате объекта ограничивается в случаях перемещения сосудов с жидкостью и при захвате нежестких деталей, когда возникающие инерционные нагрузки могут привести к повреждению зажимаемых деталей, и в других подобных случаях.

3.1.3. Быстроходность является производной характеристикой. Она рассчитывается по быстродействию с учетом заданной величины перемещения. При оценке этой характеристики необходимо определить допустимый диапазон изменения средних скоростей рабочего органа с учетом факторов, влияющих на него в наибольшей степени. На быстроходность и быстродействие наиболее сложное влияние оказывают характер изменения скорости движения и колебание узла после окончания его перемещения. Сокращение общего времени перемещения приводит не только к повышению быстродействия, но и к понижению точности работы робота и возрастанию динамических нагрузок. Для каждой конструкции при испытаниях необходимо находить наилучшее соотношение составляющих времени, позволяющих не допустить динамических перегрузок и снижения точности.

3.1.4. Зона обслуживания робота характеризуется рабочим объемом, который ограничивается траекторией движения между конечными точками всех возможных поступательных и вращательных перемещений рабочего органа, всех его длин ходов и углов поворота для региональных движений.

При экспериментальном определении обслуживаемого пространства ПР вначале производится оценка паспортного значения допустимой длины хода и угла поворота по. всем степеням подвижности. Величины ходов исполнительных механизмов, предусмотренные конструкцией робота, в ряде случаев не могут быть полностью реализованы при некоторых соотношениях грузоподъемности и быстроходности из-за возникновения сильных колебаний руки, препятствующих выполнению заданной операции. В случае недостижения при максимальных вылетах рабочего органа заданной точности позиционирования следует определить, при каком вылете руки (радиусе поворота) и данной нагрузке погрешности снижаются до допустимых. Таким же образом для нескольких значений нагрузок получают данные для расчета действительного объема зоны обслуживания.

Для предупреждения столкновения с периферийным оборудованием при определении зоны обслуживания необходимо оценить и неиспользованную зону, зависящую от конструктивного исполнения ПР. При этом величина отношения объема зоны обслуживания к объему неиспользуемой зоны может служить показателем, который характеризует эффективность применения испытуемой конструкции ПР для данного техпроцесса.

3.1.5. Погрешность позиционирования является одной из основных характеристик ПР, определяющей их точностные свойства. Под погрешностью позиционирования? D понимается отклонение действительного положения исполнительного органа ПР Х i от запрограммированного Х прог при его многократном двухстороннем позиционировании в различных точках по пути перемещения по каждому из направлений движения. Погрешность позиционирования формируется всем комплексом - механической частью и системой управления ПР и зависит от погрешности блоков и элементов системы управления, погрешности привода, жесткости руки, жесткости и динамических свойств механизмов позиционирования, сил демпфирования и других факторов. Погрешность позиционирования должна определяться в общем случае для различных положений рабочего органа в зоне обслуживания при заданных соотношениях грузоподъемности и быстроходности (с учетом прогиба руки манипулятора), которые изменяются в зависимости от значений масс объектов манипулирования и перемещений рабочего органа в радиальном направлении.

В связи с тем, что при расчете погрешности позиционирования приходится иметь дело со случайными величинами, меняющими свое значение при каждом испытании, для оценки погрешности позиционирования необходимо использовать методы статистического анализа . При этом величина? D определяется следующими статистическими показателями:

а) алгебраической разностью наибольшего и наименьшего (во всем диапазоне перемещений) средних арифметических значений отклонений фактических положений рабочего органа от запрограммированных х прог. Этот показатель характеризует накопленное отклонение;

б) значением рассеяния отклонений Dх при многократном подходе рабочего органа к запрограммированному положению (отклонение рабочего органа от заданного положения). Этот показатель характеризует среднее квадратическое отклонение.

Накопленное отклонение представляет собой разницу средних значений действительных позиций рабочего органа, образующуюся при подходе его к заданной координате на оси различных направлений (с правого и левого направлений). Данная величина позволяет определить среднее отклонение рабочего органа, проявляющееся при позиционировании запрограммированного положения.

Среднее квадратическое стандартное отклонение DХ характеризует диапазон отклонений координат рабочего органа от средней действительной координаты, возникающей при подходе к запрограммированной заданной координате с правой (DХ пр) или левой (DХ л) стороны. Эта величина позволяет установить, в каком диапазоне ожидаются отклонения действительных координат рабочего органа от средней действительной координаты, если заданная координата позиционируется в одном направлении.

При сокращенных испытаниях погрешность позиционирования рассчитывают для одной из точек зоны обслуживания. Выбор метода определения погрешности позиционирования зависит от типа системы управления, которой оснащен ПР. Для ПР с позиционной системой управления погрешность позиционирования оценивается по величине погрешности, подвода захвата в заданную точку при многократном повторении цикла. Для этого в заданную точку рабочего пространства устанавливается измерительный прибор для определения малых перемещений и снимается серия замеров при подходе руки робота к заданной точке. При измерениях применяются контрольные тела , закрепляемые на фланце захватного устройства или в самом захватном устройстве. Используются контрольные тела, имеющие форму шара, куба, цилиндра, призмы, линейки, и сложные тела, позволяющие более точно определить угловые смещения. Число приборов или датчиков перемещения и зависимости от задач измерений изменяется в пределах 1 ? 6. Измерения проводятся для движений руки по всем программируемым координатам в нескольких точках рабочего пространства. Для последующей статической обработки целесообразно, чтобы каждая серия измерений включала не менее 10 замеров. Обработка результатов измерений производится статистическими методами в предположении, что случайные отклонения от заданного положения подчиняются закону нормального распределения Гаусса. Замеры производятся в автоматическом режиме работы ПР.

Для ПР с контурной системой управления задача контроля точности отличается большей сложностью и заключается в следующем. В процессе обучения ПР задаваемая вручную пространственная траектория воспроизводится автоматически. Требуется определить отклонения заданной траектории от фактической? D , воспроизведенной ПР. Данная величина характеризуется :

а) отклонением действительной средней траектории от запрограммированной заданной (погрешность траектории);

б) колебанием (разбросом) действительной траектории вокруг средней (погрешность перемещения).

Оба эти значения объединяются понятием отклонения заданной траектории от фактической.

Методы и схемы измерительных устройств для решений этой задачи рассмотрены в работах . В работе предложен метод контроля точности воспроизведения пространственной кривой, основанный на использовании специальной измерительной головки. Головка, оснащенная двумя индуктивными датчиками малых перемещений, крепится к рабочему органу ПР. Во время обучения измерительная головка перемещается на определенном расстоянии вдоль проверяемой линии. Это перемещение регистрируется системой управления. При автоматическом воспроизведении траектории производят сравнение (с помощью ЭВМ) фактического и запрограммированного перемещений. С целью упрощения метода на практике проверка осуществляется путем перемещения головки вдоль призматического бруска, расположенного диагонально в пространстве. Рассмотренный метод, требующий специального измерительного стенда, может применяться, как правило, при лабораторных испытаниях ПР.

Для измерения значений отклонения заданной траектории от фактической можно использовать и датчик малых перемещений, который устанавливается в рабочем органе и перемещается по проверяемой пространственной траектории.

3.1.6. Для промышленных роботов, выполняющих технологические операции (например, сварочных ПР), важное значение имеет обеспечение и оценка устойчивости перемещения их исполнительных механизмов. Поэтому при испытаниях целесообразно определить степень и характер влияния различных факторов и параметров на неравномерность перемещения исполнительных механизмов ПР.

Оценка неравномерности перемещения исполнительных механизмов ПР, выполняющих технологические операции, в период установившегося движения может проводиться с помощью коэффициента неравномерности К v или К w . Значение коэффициента К v или К w зависит от конструкции, жесткости, качества изготовления, регулировки, смазки механизма, качества обработки и состояния направляющих, определяющих нелинейность характеристик трения. Поэтому при условии получения достаточного количества экспериментальных данных для их статистической обработки коэффициент К v или К w может использоваться в качестве критерия как для сравнения различных вариантов конструкции, так и для выявления дефектов изготовления и регулировки механизмов ПР.

Неравномерность движения исполнительных механизмов ПР может быть оценена также о помощью коэффициента неравномерности ускорения или .

Для исследования указанных выше характеристик достаточна регистрация скорости, ускорения и малых перемещений руки в конце хода. Эти параметры целесообразно регистрировать одновременно при движении по каждой координате в обоих направлениях (вверх-вниз, вперед-назад, по часовой стрелке, против часовой стрелки). В этом случае время позиционирования связывается с заданным уровнем колебаний. Испытания проводятся в автоматическом режиме работы ПР.

При сокращенных испытаниях варьируются следующие параметры:

1. Масса груза m. Испытания проводятся на холостом ходу (m= 0) и при значениях массы груза m = 0,5m max ; m = m max , где m max - максимальная грузоподъемность ПР.

2. Величины перемещений по каждой степени подвижности;

а) для механизмов линейного позиционирования руки рекомендуются интервалы 0,2L max ; 0,6L max ; 1,0L max , где L max - максимальный ход;

б) для механизмов углового позиционирования рекомендуются интервалы 0,2? max ; 0,6? max ; 1,0? max , где? max - максимальный угол поворота.

3. Скорости перемещений и закон движения - для тех ПР, у которых это предусмотрено конструкцией. При этом величины скоростей перемещений по каждой степени подвижности рекомендуется варьировать в следующих интервалах:

а) для механизмов линейного позиционирования от 0,5v max до 1,0v max , где v max - максимальная линейная скорость;

б) для механизмов углового позиционирования от 0,5w max до 1,0w max , где w max - максимальная угловая скорость.

Для повышения достоверности результатов обработки каждое измерение целесообразно проводить не менее трех раз.

3.2. Обработка данных испытаний.

3.2.1. Значения временных интервалов, характеризующих длительность составляющих цикла и весь процесс в целом, можно определить, измеряя электрические сигналы в цепи управления (например, в соленоидах, реле и др.), причем наиболее просто найти время циклов. Для измерения других временных интервалов (например, времени разгона и торможения) необходимо получить информацию о моментах прохождения исполнительным устройством робота отдельных точек его хода. С этой целью вводят в схему измерения дополнительные первичные преобразователи, но это усложняет испытания и увеличивает их трудоемкость.

3.2.2. Временные интервалы можно получить и путем измерения скорости v (или w) исполнительного устройства робота. В этом случае характерные точки начала и конца отдельных временных интервалов уточняются по ускорениям a (или e) и малым перемещениям D в конце хода исполнительного механизма робота, которые регулируются вместе с его скоростью. При этом определяются:

1. Время разгона t р (как обычно, интервал времени с момента v = 0 до момента v = 0,95v max , где v max - максимальная скорость движения).

2. Время установившегося движения t уст.

3. Время торможения t т (интервал времени от конца установившегося движения до момента, когда v = 0).

4. Время успокоения колебаний t усп. (интервал времени от конца торможения до момента, когда амплитуда колебаний исполнительного устройства робота уменьшится до заданной величины (например, до паспортного значения погрешности позиционирования).

5. Максимальные линейные v max и угловые w max скорости

где L и? - заданные линейное и угловое перемещение исполнительного устройства робота; L n и? n - линейное и угловое перемещения, определяемые путем интегрирования измеряемой скорости движения исполнительного устройства робота; h - максимальная ордината измеряемой скорости.

6. Наибольшие величины ускорений при разгоне a р и торможении a т.

7. Амплитуда А и период Т колебаний рабочего органа по измерениям параметров малых перемещений в конце исполнительного устройства робота.

С помощью параметров, определяемых экспериментально, рассчитываются:

1. Время движения t п без учета времени колебаний в конце хода

2. Общее время движения Т п с учетом времени колебаний в конце хода

Т п = t п + t уст.

3. Средние линейные и угловые скорости без учета ( , ) и с учетом (v ср, w ср) колебаний в конце хода

4. Угловое ускорение для механизмов углового позиционирования

где R - радиус установки линейного датчика ускорения.

5. Инерционные нагрузки по максимальным величинам масс ведомых звеньев М или их моментов инерции j

Рир = Ма р; Рит = Ма т;

Мир = je р; Мит = je т.

6. Частота колебаний f по намеренным величинам периода колебаний Т

7. Логарифмический декремент? затухания колебаний определяется по результатам измерения амплитуд двух последовательных колебаний А i и А i+1

(i = 1, 2, ..., n - номер измерения).

На основании полученных данных строятся графики зависимостей между основными характеристиками ПР: v ср = f (L); v ср = f (m) и др.

8. Значения погрешности позиционирования по измерениям величин отклонения рабочего органа от заданного положения:

а) при одностороннем подходе к запрограммированной позиции (см. рис. 1) и нормальном распределении рассеяния можно определить по формулам

где и - накопленная погрешность при правом и левом подходе рабочего органа к заданной точке:

и

Среднее арифметическое значение действительного положения рабочего органа ПР при многократном одностороннем соответственно правом и левом подходе; m - число измерений; X i пр, X iл, X прог. - соответственно действительное при правом и левом подходе и запрограммированное положения рабочего органа ПР; DХ пр = bS пр; DХ л = bX л - границы доверительных интервалов для принятой надежности и числа измерений m при правом и левом подходе рабочего органа:

Средние квадратические отклонения от средних арифметических значений и при правом и левом подходах; b - соответствующий коэффициент Стьюдента;

б) при подходе к запрограммированной позиции с двух направлений и нормальном распределении рассеяния:

где - накопленная погрешность;

и

Средние арифметические отклонения при подходе рабочего органа к заданной позиции соответственно с правой и левой стороны, которые учитывают несовпадение центра рассеивания и заданного в режиме обучения исходного положения.

X iпр и Х iл - результаты отдельных замеров в серии при подходе рабочего органа к заданной позиции соответственно с правой и левой стороны;

m - число измерений в серии;

где, кроме известных величин, Т эi - длительность i-го этапа испытаний;

Ij - удельный вес j-го режима в течение того же этапа;

К НУij - коэффициент ускорения оценки ресурса при j-м режиме на том же этапе;

К i - количество режимов при i-м этапе испытаний;

n - количество этапов испытаний.

Если при РИ реализуется несколько программ, то К НУ определяется для каждой программы.

5.2.20. Составные части ресурсных испытаний:

предварительная;

основная;

заключительная.

5.2.20.1. Предварительная часть РИ включает функциональный и расчетно-конструкторский анализы.

Функциональный анализ проводится разработчиком и представляет собой определение ПР (модулей, частей, блоков) к той или иной функциональной группе (см. ГОСТ 23612-79). В зависимости от функционального назначения модуля, части, блока ПР выбирается критерий работоспособности и назначаются соответственно режим и нагрузочное воздействие при последующих испытаниях.

Расчетно-конструкторский анализ проводится после функционального анализа. Задача расчетно-конструкторского анализа - определение (прогнозирование) наиболее слабых элементов, которые могут в значительной степени повлиять на ресурс в целом.

5.2.20.2. Основная часть РИ состоит из испытаний в НР и УР, включающих:

контрольно-определительные испытания (КОИ);

испытания слабых элементов (ИСЭ).

КОИ проводятся с целью подтверждения правильности выбора слабых элементов, а также определения конструктивных и технологических дефектов изготовления, которые проявляются в первые 1,5 - 2 месяца КОИ. Этому способствует ускорение (ужесточение) режимов РИ. КОИ дают возможность уточнить коэффициенты ускорения оценки ресурса (испытаний слабых элементов). В результате КОИ определяются узлы, которые, в основном, влияют на функционирование.

ИСЭ проводят, как правило, ускоренными методами и подразделяют по испытаниям:

на функционирование;

на износ;

на усталость;

по оценке внезапных и внезапно-проявляющихся отказов;

на долговечность.

ИСЭ на функционирование с целью получения статистических данных проводится во всех случаях, когда к ПР предъявляются высокие требования по точности (повторяемости) позиционирования.

5.2.21. Объем выборок ПР для ресурсных испытаний в НР и УР устанавливается по ГОСТ 20699-75. Минимальный объем выборки как для НР, так и для УР - три ПР.

5.2.22. Порядок подготовки ПР к ресурсным испытаниям соответствует требованиям п. 5.2 настоящих рекомендаций. Для испытаний по оценке динамических свойств должны использоваться датчики ускорений (акселерометры), скорости, малых и больших линейных перемещений, позволяющие фиксировать мгновенные значения положений, скоростей и ускорений охвата руки манипулятора с основной погрешностью измерений не более 5,5 %.

5.2.23. Программы ресурсных испытаний.

Все РИ должны начинаться с проверки соответствия технических характеристик и конструктивных параметров требованиям ТУ на данный тип ПР в объеме приемо-сдаточных испытаний (ПСИ) или в объеме, обеспечивающем проверку правильности функционирования ПР в нормальных условиях по ГОСТ 13216-74.

5.2.24. Составные части программы РИ в нормальном режиме (НР):

Программа 1 . представляющая КОИ с воздействием на ПР различных факторов;

Программа 2 . представляющая ИСЭ с воздействием на ПР различных факторов.

Программа 1 должна состоять из следующих этапов испытаний.

Этап 1 : испытания по определению фактических показателей надежности ПР в нормальных условиях по ГОСТ 13216-74 в соответствии с ТУ на ПР при суммарной наработке = 500 ч + Т ПСИ, где Т ПСИ - продолжительность ПСИ.

Этап 2 : испытания по определению фактических показателей надежности ПР при различных комбинациях значений воздействующих на ПР внешних факторов.

5.2.25. Выбор комбинаций значений воздействующих на ПР факторов проводится на основе имеющейся априорной информации о математической модели влияния этих факторов на ПР и его показатели надежности. В качестве активно воздействующих факторов при испытаниях ПР по программам 1 и 2 рекомендуется принимать:

скорость схвата руки манипулятора, v;

величину перемещения руки манипулятора, l , ?;

грузоподъемность, m;

число изменений режимов работы в единицу времени (или число включений и выключений в единицу времени), n изм;

температуру окружающей среды, Т Н;

напряжение питающей электросети, V c ;

напряжение внутренних источников электропитания, V iBH ;

давление? и расход M s рабочего тела во внешней и внутренней пневмо- и гидросети.

Наиболее активно воздействующими внешними факторами следует считать:

температуру окружающей среды;

напряжение питающей электросети;

вибрационные нагрузки;

давление рабочего тела во внешней пневмосети.

Значения перечисленных выше факторов при НР работы ПР должны соответствовать величинам, реализующимся при эксплуатации ПР на заводах-потребителях. При отсутствии этих данных в качестве нормальных режимов следует принять режимы, при которых скорость, перемещения и масса груза в схвате составляют 80 % максимально допустимых (предельных) значений, предусмотренных ТУ на соответствующие ПР.

5.2.26. При отклонении температуры окружающей среды (воздуха) и относительной влажности от величин, указанных в ТУ в качестве нормальных условий, необходимо учитывать влияние этих факторов на состояние ПР путем сокращения срока их испытаний на соответствующем этапе по формуле

t Rдейст = t Rрасч. /K НУ.

При отклонении значений частот и амплитуд вынужденных колебаний (вибраций) при РИ от значений этих параметров, при которых проводится проверка ПР на вибростойкость согласно ТУ, необходимо вводить соответствующую поправку К В (см. п. 5.2.18).

5.2.27. Продолжительность этапа 2 без учета требований п. 5.2.25 определяется наработкой = 3000 - 3200 ч.

При суммарной наработке 3500 - 4000 ч проводится частичная дефектация с целью определения необходимости в среднем ремонте. После среднего ремонта проводится приработка в течение 200 ч (100 ч - без груза, 100 ч - с грузом массой m ? 0,8m ном).

5.2.28. Программа 2 должна состоять из следующих этапов РИ:

Этап 3 : испытания по определению фактических показателей надежности ПР при различных комбинациях воздействующих на ПР внешних факторов. Продолжительность этапа - 1150 - 1350 ч. При суммарной наработке 5000 - 6000 ч проводится частичная дефектация с целью определения необходимости в капитальном (среднем) ремонте.

Этап 4 : испытания по определению фактических показателей надежности ПР при различных комбинациях значений воздействующих на ПР внешних факторов. Режимы испытаний аналогичны режимам 2-го и 3-го этапов. Продолжительность этапа = 4500 - 5000 ч. Если после 3-го этапа проводился капитальный или средний ремонт, в начале этапа в течение 200 ч прово5.2.29. Разрешается выявленные в процессе 1 - 3 этапов слабые элементы испытывать не в составе ПР, а автономно. В последнем случае этап 4 не проводится. В приложении 4 для примера представлен план-график ресурсных испытаний в НР ПР «Универсал-5.02».

5.2.30. Составные части программы испытаний ПР в ускоренном режиме (УР):

Программа 1 : ускоренные КОИ с форсированием воздействия различных факторов на ПР.

Программа 2 : ускоренные ИСЭ с форсированием воздействия различных факторов на ПР.

5.2.30.1. Программа 1 включает следующие этапы:

Этап 1 : определение фактических показателей надежности в НР в соответствии с ТУ на ПР. Коэффициент ускорения оценки ресурса = 1, суммарная наработка = 350 ч + Т ПСИ, где Т ПСИ - продолжительность ПСИ (обычно Т ПСИ? 200 - 300 ч).

Этап 2 : определение фактических показателей надежности при различных наиболее неблагоприятных комбинациях форсированных значений воздействующих внешних факторов. Режим испытаний ускоренный, для 50 % общего времени испытаний К НУ2,1 ? 3,15.

Для 50 % общего (остального) времени испытаний К НУ2,2 ? 4,2. В последнем случае испытания проводятся при последовательной реализации режимов 1 - 12. Общая продолжительность каждого из режимов 1 - 3 и 5 - 10, 12 - 40 - 50 ч, режимов 4, 11 - 80 - 100 ч. Общая продолжительность этапа = 1000 - 1200 ч.

режим 1: ?Т Н = +1, ?U c = +1, ?f B = ?A B = 0, ?? = 0;

режим 2: ?Т Н = +1, ?U c = -1, ?f B = ?A B = 0, ?? = 0;

режим 3: ?Т Н = -1, ?U c = +1, ?f B = ?A B = 0, ?? = 0;

режим 4: ?Т Н = -1, ?U c = -1, ?f B = ?A B = 0, ?? = 0;

режим 5: ?Т Н = 0, ?U c = 0, ?f B = ?A B = +1, ?? = 0;

режим 6: ?Т Н = -1, ?U c = 0, ?f B = ?A B = +1, ?? = 0;

режим 7: ?Т Н = +1, ?U c = 0, ?f B = ?A B = +1, ?? = 0;

режим 8: ?Т Н = 0, ?U c = +1, ?f B = ?A B = +1, ?? = 0;

режим 9: ?Т Н = 0, ?U c = -1, ?f B = ?A B = +1, ?? = 0;

режим 10: ?Т Н = 0, ?U c = +1, ?f B = ?A B = 0, ?? = +1;

режим 11: ?Т Н = 0, ?U c = -1, ?f B = ?A B = 0, ?? = -1;

режим 12: ?Т Н = 0, ?U c = +1, ?f B = ?A B = +1, ?? = +1.

Здесь: ?Т Н, ?U c , ?f B , ?A B , ?? - относительные отклонения (значения) соответствующих параметров. Если относительное отклонение равно +1, имеет место верхнее максимально допустимое по ТУ значение воздействующего фактора; если относительное отклонение равно -1, налицо минимально допустимое по ТУ значение воздействующего фактора.

Формула для расчета среднего значения коэффициента ускорения оценки ресурса (ускорения режимов работы) приведена в п. 5.2.19.

5.2.30.2. Программа 2 должна состоять из следующих этапов испытаний:

Этап 3 : испытания в УР при различных комбинациях максимально (минимально) допустимых по ТУ значений воздействующих внешних факторов. Для 50 % общего времени испытаний ? 4,2. При этом реализуются режимы 1 - 12. Общая продолжительность каждого из режимов 1 - 3, 5 - 10 и 12 - 40 - 60 ч, режимов 4 и 11 - 60 - 120 ч. Нижний предел продолжительности этапа = 400 ч, верхний предел = 500 ч. Для остального (50 %) времени испытаний на этом этапе ? 3,15.

Этап 4 : испытания в УР при значениях воздействующих внешних факторов, превышающих допустимые по ТУ. Для 50 % общего времени испытаний К НУ4,2 ? 7,25. При этом реализуются режимы 1 - 12. Общая продолжительность каждого из режимов 1 - 3, 5 - 10 и 12 - 30 - 50 ч, режимов 4 и 11 - 70 - 100 ч. Нижний предел продолжительности этапа = 300 ч, верхний предел = 400 ч. Для 50 % (остального) времени испытаний К НУ4,1 ? 3,15. При реализации режимов 1 - 12 значения воздействующих факторов должны быть на 20 % выше, чем указано в ТУ.

Этап 5 : испытания в УР до предельного состояния (вплоть до разрушения) при наиболее неблагоприятных комбинациях воздействующих внешних факторов, превышающих предельно допустимые по ТУ в 2 раза. Продолжительность этапа = 300 - 400 ч. Для 50 % общего времени испытаний К НУ5,1 ? 3,15. Для остального времени испытаний на этом этапе К НУ5,2 ? 33,5. При этом реализуются режимы 1 - 12. Общая продолжительность каждого из режимов 1 - 3, 5 - 10 и 12 не более 50 ч, режимов 4 и 11 не более 100 ч. Для режимов 1 - 12 значения воздействующих внешних факторов должны на 100 % превышать требования ТУ.

5.2.31. Методика проведения ресурсных испытаний.

5.2.31.1. Последовательность проведения РИ:

проверка соответствия технических характеристик и конструктивных параметров ПР требованиям ТУ в объеме ПСИ или объеме, обеспечивающем проверку правильности функционирования ПР в нормальных условиях по ГОСТ 13216-74;

проведение КОИ по программе 1;

проведение ИСЭ по программе 2. Разрешается по согласованию с разработчиком проводить ИСЭ по программе 2, исключив испытываемые слабые элементы из состава всего изделия.

5.2.31.2. РИ в течение суток, как правило, проводятся в 2 смены с общей продолжительностью 16 ч. Разрешается проведение РИ в течение суток в три смены с обязательным перерывом после 16 ч испытаний не менее чем на один час. Продолжительность непрерывной работы на режимах 1 - 12 на этапах 2 - 5 в УР - не менее 6 ч и не более 8 ч.

5.2.31.3. РИ проводятся с восстановлением работоспособности отказавших ПР (модулей, частей, блоков). Разрешается замена устройства программного управления с последующим увеличением срока испытаний.

Для испытаний на безотказность следует принимать риск изготовителя, риск потребителя и отношение приемочного и браковочного уровней наработки между отказами в соответствии с ТУ на конкретный ПР (модуль, часть, блок).

5.2.31.4. Соответствие или несоответствие числа отказов на 1000 ч наработки (наработки между отказами) следует определять по ГОСТ 17331-71 и ТУ на конкретную модель ПР (модуль, часть, блок).

5.2.31.5. Проверка точности (повторяемости) позиционирования в процессе РИ проводится через каждые 100 - 150 ч испытаний продолжительностью при НР и УР не менее 6 ч.

5.2.31.6. Испытания на ремонтопригодность проводятся согласно ГОСТ 20699-75 при следующих исходных данных: приемочное значение среднего времени восстановления = 4 ч, браковочное значение среднего времени восстановления 8 ч.

5.2.31.7. Методика проведения КОИ:

выявление в процессе наработки слабых элементов, а также определение конструкторских и технологических дефектов изготовления;

определение числа отказов на 1000 ч наработки (наработки между отказами);

сбор данных для определения среднего времени восстановления (вероятности восстановления за заданное время);

сбор данных для определения среднего ресурса (вероятности ненаступления предельного состояния);

сбор данных для оценки законов распределения показателей безотказности, ремонтопригодности, долговечности;

сбор данных для оценки динамических свойств ПР;

сбор данных для оценки соответствия ПР паспортным характеристикам (по ТУ);

сбор данных по оценке стабильности работы испытываемых ПР;

сбор данных по оценке контролепригодности и диагностируемости ПР;

сбор данных по оценке вибропрочности и вибростойкости ПР.

5.2.31.8. Методика ИСЭ ПР аналогична.

5.2.31.9. Методика ИСЭ ПР, у которых в качестве критерия работоспособности принята ошибка позиционирования (ОП) или свободный ход (люфт, СХ), сводится к следующему.

Формально процесс изменения ОП или СХ во времени рассматривается как некоторый случайный процесс, являющийся стационарным, то есть все испытываемые ПР считаются однородными по своим качествам, а их свойства практически не изменяемыми до тех пор, пока величина ОП (СХ) не достигнет предельного значения. На основании этого ОП (СХ) описывается уравнением

a(t) = a 0 b t + x 0 (t),

где a 0 - начальная величина ОП (СХ);

b - коэффициент, учитывающий режим работы и износостойкостные свойства материала деталей слабых элементов;

x 0 (t) - случайная функция времени о математическим ожиданием = 0.

В первом приближении, если заменить приведенное выражение кусочно-линейной функцией, для каждого участка получаем зависимость

a(Dt i) = ? i Dt i ,

где - скорость изменения ОП (ОХ), мм/ч.

Наличие выражений, описывающих изменение ОП (ОХ) позволяет получить достаточно правдоподобные кривые a(t) как для НР, так и для УР. В общем случае достаточно получить несколько (минимум две, лучше три) точек, а затем провести экстраполяцию, определив a 0 и b методом наименьших квадратов или (? i) ср.

5.2.31.10. Методика расчета наработки между отказами ПР по изменению величины ОП (СХ), когда значения коэффициентов a 0 и b (или? i) подвержены случайным колебаниям, которые связаны как со случайными величинами нагрузок, действующих в процессе эксплуатации, так и со случайным характером изменений, протекающих в материалах и сопряженных деталях ПР, предусматривает следующую последовательность:

Наработка между параметрическими отказами для каждой j-ой серии испытаний на точность (повторяемость) позиционирования каждого i-го ПР

где, кроме известных величин, a ПР - предельная величина ОП (СХ) по ТУ.

Средняя наработка между отказами

где l - число серий испытаний на точность (повторяемость) позиционирования.

Дисперсия, среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации соответственно равны:

не предусмотренные программой длительные (более 2 с) простои в точках позиционирования;

нарушения программы: непрохождение команд на манипулятор, уход из точек позиционирования (непопадание валом (штырем) груза в отверстие втулки (матрицы), закрепленной неподвижно на стойке;

колебание времени цикла программы (времени обхода контрольных точек) от среднего значения более ± 10 %;

невыполнение точности позиционирования в любой контрольной точке.

5.2.33. После каждого этапа и в конце испытаний в УР необходимо провести проверку величины К НУ: соответствует ли фактическое значение К НУ его расчетному значению. Для этого (см. рис. 3) необходимо построить график, во втором квадранте которого построить кривую (теоретическую) или гистограмму (фактическую), представляющую плотность распределения числа отказом или средней наработки между отказами (линии 2 и 2?) для УР, а в четвертом квадранте - то же для НР (линии 1 и 1?). Геометрическое место точек, соответствующее равным квантилям (S 1 = S 2), дает кривую, тангенс угла наклона которой в любой точке является ни чем иным, как коэффициентом ускорения оценки ресурса К НУ.

5.2.33. Корректировка К НУ проводится на основании результатов проверки К НУ после каждого этапа по формуле, приведенной в п. 5.2.19.

5.2.34. Межремонтное обслуживание и ремонт.

5.2.34.1. Табельное межремонтное техническое обслуживание (часто называют межремонтным обслуживанием) является составной частью профилактического технического обслуживания и проводится на основании руководств и инструкций по эксплуатации для ПР, манипулятора, устройства программного управления и привода.

При эксплуатации ПР в УР сроки проведения табельного межремонтного обслуживания сокращаются в К НУ раз (К НУ - коэффициент ускорения оценки ресурса).

5.2.34.2. Кроме межремонтного технического обслуживания проводятся работы, включающие межремонтное обслуживание и текущий ремонт, с целью устранения причин отказов, выявленных при ежедневных (ежесменных) осмотрах.

5.2.34.4. Средний и капитальный ремонты проводятся при необходимости после дефектации, проведенной членами комиссии, назначенной для проведения РИ.

5.2.34.5. На выполненные работы по ремонту ПР (модулей, частей, блоков) составляются калькуляции, сводная ведомость трудозатрат и ведомость материалов и комплектующих, технологические карты ремонта. При необходимости проведения лабораторных и других исследований для определения причин выхода деталей (узлов) из строя в журнале испытаний производятся соответствующие записи. Данные лабораторных и других испытаний прилагаются к протоколу испытаний.

5.2.35. Оформление результатов испытаний.

5.2.35.1. Во время испытаний ведется журнал в котором фиксируются:

тип испытываемых частей ПР;

дата и время начала испытаний ПР;

продолжительность испытаний (ежедневно по каждому этапу);

время и результаты измерений контролируемых параметров;

условия проведения испытаний (температура, напряжение питающей электросети, относительная влажность, давление окружающей среды, запыленность, вибрации, давление во внешней пневмо- и гидросети);

число испытываемых ПР;

режим испытаний;

дата и время проявления отказов, сбоев и неисправностей;

наименование отказавшего элемента или узла;

меры, принятые для ликвидации отказов, сбоев, неисправностей;

расход запасных частей и материалов на ликвидацию отказов, сбоев и неисправностей.

5.2.35.2. По результатам ресурсных испытаний составляется отчет, в котором приводятся:

результаты обработки данных испытаний каждого ПР из выборок на соответствие паспортным характеристикам;

результаты обработки и расчета данных динамических испытаний (см. п. 1.2 настоящих Р);

сводные итоги по отказам, сбоям и неисправностям (включают сводную таблицу данных испытаний на безотказность всех ПР, подвергнутых ресурсным испытаниям - табл. 4 и расчет показателей точности (повторяемости) позиционирования ПР и скорости ее изменения? ср).

сводные данные о фактических показателях безотказности, долговечности и ремонтопригодности;

законы распределения индивидуальных показателей безотказности долговечности и ремонтопригодности и плотностей их распределений;

оценка соответствия испытанных ПР паспортным характеристикам;

укрупненная структура и состав внезапных и внезапно проявляющихся отказов (см. табл. 6);

обобщенная номенклатура отказов для каждого ПР (см. табл. 5);

сводные данные по времени и трудозатратам, необходимым для межремонтного обслуживания и текущего ремонта (см. табл. 7);

сводные данные для каждого ПР по ремонту после отказов (см. табл. 8);

сводные данные по табельному техническому обслуживанию (регламенту (см. табл. 9);

Таблица 4

Сводная таблица данных испытаний на безотказность ПР... №...

Особенности учета результатов испытаний	Внешнее проявление отказа, отказавший узел, элемент х)
Данные с учетом всех отказов или, например, данные без учета отказа пружин пантографа манипулятора и т.д.	1. Количество отказов (или №№ отказов по порядку)
	2. Наработка между текущими отказами, t i , ч. мин
	3. Средняя наработка между отказами, , ч. мин
	4. Ср. квадратическое отклонение наработки между соседними отказами, S i , ч. мин
	5. Общее время наработки, t R , ч. мин

х) например: разрыв правой пружины пантографа

Таблица 5

Обобщенная номенклатура отказов ПР... №...

х) ЭД1 - условное обозначение электродвигателя № 1

хх) ТГ2 - условное обозначение тахогенератора № 2

Таблица 6

Укрупненная структура и состав внезапных и внезапно проявляющихся отказов

Режим работы (нормальный, ускоренный)
Основной показатель		Количество отказов (ед., %)
					Для всего кол. ПР	Примечания
Условное обозначение части ПР	Условное обозначение узла, сборки	Условия испытаний:

Примечания: приняты обозначения: М - манипулятор, СУ - система управления, МП - механизм привода, ЭД - электродвигатели, ПУ - пульт управления

Таблица 7

Сводные данные времени и трудозатрат, чел.-ч, необходимых для МО и ТР ПР..... №.....

Примечание: введены условные обозначения: М - манипулятор, СУ - система управления, МО - межремонтное обслуживание, ТР - текущий ремонт

Таблица 8

Сводные данные по ремонту ПР... №...

Таблица 9

Сводные данные по табельному техническому обслуживанию (регламенту)

Литература

1. Испытание промышленных роботов: Методические рекомендации. - М., Изд. НИИМАШ, 1983. - 100 с.

2. Нахапетян Е.Г. Экспериментальное исследование динамики механизмов промышленных роботов // Механика машин. - 1978. - Вып. 53.

3. Bernert I. Festlegung von Prufgroben eine von aussetzung fur die Abnah-mebprufungvon Indusnrierobotern // Maschinenbouteehnik. - 1982 - В. 31, № 11. - S. 499 - 502.

4. Warnecke H.I., Schraft R.D. Industrieroboten. - Mainz: Krausskopf verlag, 1980.

5. Калпашников С.Н., Конюхов А.Г., Корытко И.Б., Челпанов И.Б. Требования к аттестационным испытаниям промышленных роботов // Экспериментальное исследование и диагностирование роботов. - М., Наука, 1981. - 180 c.

6. Колиcкор А.Ш., Коченов М.И., Правоторов Е.А. Контроль точности функционирования промышленных роботов // Исследование задач машиноведения на ЭВМ. - М., Наука, 1977.

7. Warnecke H.I., Schraft R.D. Analysis of industrial robots on a test stand // The Industrial Robot. - 1977. - Desember.

8. Колискор А.Ш. Разработка и исследование промышленных роботов на основе l -координат // Станки и инструмент, - 1982. - № 12.

9. Зайдель А.И. Элементарные оценки ошибок измерения. - Л.: Наука, 1968.

10. Артоболевский И.И. Теория механизмов. - М.: Наука, 1967.

11. Ананьева Е.Г., Добрынин С.А., Фельдман М.С. Определение динамических характеристик робота-манипулятора с помощью ЭВМ // Исследование динамических систем на ЭВМ. - М.. Наука, 1981.

12. Бухгольц Н.И. Основной курс теоретической механики. 4.1, - М.: Физматгиз, 1969.

13. Градецкий В.Г., Вешников В.Б., Гукасян А.А. Влияние упругих свойств механизмов пневматического робота на статическую точность позиционирования // Диагностирование оборудования комплексно-автоматизированного производства. - М. Наука, 1984. - С. 88.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

РАЗРАБОТАНЫ: Всесоюзным научно-исследовательским институтом по нормализации в машиностроении (ВНИИНМАШ)

ИСПОЛНИТЕЛИ: Гринфельдт А.Г., Дашевский А.Е., Крупнов В.В., Крюков С.В., Козлова Т.А., Александровская Л.Н., Нахапетян Е.Г., Векилов Р.В., Шушко Д.А., Манзон М.М.

Эксперимент - cистема операций, воздействий и (или) наблюдений, направленных на получение информации об объекте при исследовательских испытаниях.

В теории планирования эксперимента часто определяют эксперимент как совокупность условий и результатов проведения серий опытов.

Опыт - воспроизведение исследуемого явления в определенных условиях проведения эксперимента при возможности регистрации его результатов.

План эксперимента - совокупность данных, определяющих число, условия и порядок реализации опытов.

Планирование эксперимента - выбор плана эксперимента, удовлетворяющего заданным требованиям. Планирование эксперимента - научная дисциплина, занимающаяся разработкой и изучением оптимальных программ проведения экспериментальных исследований.

Фактор (Недопустимо - Параметр) - переменная величина, по предположению влияющая на результаты эксперимента. В большинстве моделей, используемых в планировании эксперимента, предполагается, что факторы могут рассматриваться как детерминированные переменные.

Уровень фактора - фиксированное значение фактора относительно начала отсчета. Факторы могут различаться по числу уровней, на которых возможно их фиксировать в данной задаче. Фактор, варьируемый на р уровнях, называют р -уровневым фактором.

Основной уровень фактора - натуральное значение фактора, соответствующее нулю в безразмерной шкале. Основной уровень фактора служит для фиксирования в области планирования таких условий эксперимента, которые представляют наибольший интерес для исследователя в данный момент, и относится к определенному плану эксперимента.

Нормализация факторов - преобразование натуральных значений факторов в безразмерные. За единицу масштаба безразмерной системы координат принимается некоторый интервал в натуральных единицах. При нормализации фактора наряду с изменениями масштаба изменяется начало отсчета. С геометрической точки зрения нормализация факторов равноценна линейному преобразованию пространства факторов, при котором производится перенос начала координат в точку, отвечающую основным уровням, и сжатие-растяжение пространства в направлении координатных осей.

Априорное ранжирование факторов - метод выбора наиболее важных факторов, основанный на экспертной оценке. Метод основан на упорядочении экспертами множества факторов по убыванию (или возрастанию) их важности, суммирование рангов факторов и выборе факторов путем рассмотрения суммарного ранжирования.

Размах варьирования фактора - разность между максимальным и минимальным натуральными значениями фактора в данном плане. Указывает границы области варьирования данного фактора в данном эксперименте.

Интервал варьирования фактора - половина размаха варьирования фактора.

Эффект взаимодействия факторов - показатель зависимости изменения эффекта одного фактора от уровней других факторов.

Факторное пространство - пространство, координатные оси которого соответствуют значениям факторов. Размерность факторного пространства равна числу факторов k.

Область экспериментирования (область планирования) - область факторного пространства, где могут размещаться точки, отвечающие условиям проведения опытов. Если область планирования задается интервалами возможного изменения факторов, она представляет собой гиперпараллелепипед (в частном случае куб). Иногда область планирования задается гиперсферой.

Активный эксперимент - эксперимент, в котором уровни факторов в каждом опыте задаются исследователем.

Пассивный эксперимент - эксперимент, при котором уровни факторов в каждом опыте регистрируются исследователем, но не задаются.

Последовательный эксперимент (недопустимо Шаговый эксперимент ) - эксперимент, реализуемый в виде серий, в котором условия проведения каждой последующей серии определяются результатами предыдущих.

Отклик (недопустимо Реакция, Параметр ) - наблюдаемая случайная переменная, по предположению, зависящая от факторов.

Функция отклика - зависимость математического ожидания отклика от факторов.

Оценка функции отклика - зависимость, получаемая при подстановке в функцию отклика оценок значений ее параметров.

Дисперсия оценки функции отклика - дисперсия оценки математического ожидания отклика в некоторой данной точке факторного пространства.

Поверхность отклика - геометрическое представление функции отклика.

Поверхность уровня функции отклика - геометрическое место точек в факторном пространстве, которому соответствует некоторое фиксированное значение функции отклика.

Область оптимума - область факторного пространства в окрестности точки, в которой функция отклика достигает экстремального значения.

Рандомизация плана - один из приемов планирования эксперимента, имеющий целью свести эффект некоторого неслучайного фактора к случайной ошибке.

Параллельные опыты - рандомизированные во времени опыты, в которых уровни всех факторов сохраняются неизменными. Параллельные опыты служат для получения выборочной оценки дисперсии воспроизводимости результатов эксперимента.

Временный дрейф - случайное или неслучайное изменение функции отклика во времени. Дрейф обычно связывают с изменением во времени каких-либо характеристик функции отклика (параметров, положения экстремальной точки и т. п.). Различают детерминированный и случайный дрейфы . В первом случае процесс изменения параметров (или иных характеристик функции отклика) описывается детерминированной (обычно степенной) функцией времени. Во втором случае изменение параметров - случайный процесс. Если дрейф аддитивный , то поверхность отклика смещается во времени, не деформируясь (при этом дрейфует только свободный член функции отклика, т. е. член, не зависящий от значений факторов). При неаддитивном дрейфе поверхность отклика во времени деформируется. Цель планирования в условиях аддитивного дрейфа исключить влияние дрейфа на оценки эффектов факторов. При дискретном дрейфе это удается сделать путем разбиения эксперимента на блоки. При непрерывном дрейфе используют планы эксперимента, ортогональные к дрейфу, описываемому степенной функцией известного вида.

Все испытания классифицируют по следующим принципам: назначению, уровню проведения, этапу разработки, испытаниям готовой продукции, условиям и месту проведения, продолжительности, результату воздействия, определяемым характеристикам объекта (рис.).

Рис. Классификация испытаний по видам

3.1 В зависимости от назначения испытания можно разделить на исследовательские, определительные, сравнительные и контрольные.

Исследовательские испытания проводятся для изучения определенных характеристик свойств объекта и их целью являются:

определение или оценка показателей качества функционирования испытуемого объекта в определенных условиях его применения;

выбор наилучших режимов работы объекта или наилучших характеристик свойств объекта;

сравнение множества вариантов реализации объекта при проектировании и аттестации;

построение математической модели функционирования объекта (оценка параметров математической модели);

отбор существенных факторов, влияющих на показатели качества функционирования объекта;

выбор вида математической модели объекта (из заданного мно­жества вариантов).

Особенностью исследовательских испытаний является факульативный характер их проведения, и они, как правило, не применяются при сдаче готовой продукции.

Определительные испытания проводят для определения значений характеристик объекта с заданными значениями показателей точности и достоверности.

Сравнительные испытания проводят для сравнения характеристик свойств аналогичных или одинаковых объектов. На практике иногда возникает необходимость сравнить качество аналогичной по характеристикам или даже одинаковой ЭА, но выпускаемой, например, различными предприятиями. Для этого испытывают сравниваемые объекты в идентичных условиях.

Контрольные и спытания проводятся для контроля качества объекта. Испытания этого вида составляют наиболее многочисленную группу испытаний.

3.2 Цели и задачи испытаний меняются по мере прохождения изделием этапов «жизненного» цикла. В связи с этим понятно выделение в рассматриваемой классификации групп испытаний по этапам проектирования и изготовления готовой продукции.

На этапе проектирования проводят доводочные, предварительные и приемочные испытания.

К видам испытаний готовой продукции относят квалификационные, предъявительские, приемосдаточные, периодические инспекционные, типовые, аттестационные, сертификационные.

Доводочные испытания - это исследовательские испытания, проводимые при проектировании изделий с целью оценки влияния вносимых в нее изменений для достижения заданных значений показателей качества.

Предварительные испытания являются контрольными испытаниями опытных образцов и (или) опытных партий продукции с целью определения возможности их предъявления на приемочные испытания.

Приемочные (МВИ, ГИ) испытания также являются контрольными испытаниями. Это испытания опытных образцов, опытных партий продукции или изделий единичного производства, проводимые для решения вопроса о целесообразности постановки этой продукции (ЭА) на производство и (или) использования ее по назначению.

Квалификационные испытания проводятся уже на установочной серии или первой промышленной партии ЭА, т.е. на стадии освоения производства ЭА. Целью их является оценка готовности предприятия к выпуску продукции данного типа в заданном объеме.

Предъявительские испытания ЭА проводятся обязательно службой технического контроля предприятия-изготовителя перед предъявлением ее для приемки представителем заказчика, потребителем или другими органами приемки.

Приемосдаточные испытания проводятся в освоенном производ­стве. Это контрольные испытания изготовленной продукции при приемном контроле.

Периодические испытания продукции проводят с\целью контроля стабильности качества продукции и возможности продолжения ее выпуска в объеме и в сроки, установленные нормативно-техническими документами (НТД). Этот вид контрольных испытаний обычно проводится каждый месяц или квартал, а также в на­чале выпуска ЭА на заводе-изготовителе и при возобновлении производства после временного его прекращения. Результаты периодических испытаний распространяются на все партии, выпущенные в течение определенного времени. Периодические испытания включают в себя такие испытания, при которых вырабатывается часть ресурса ЭА (длительная вибрация, многократные удары, термоциклы); это сравнительно дорогостоящие испытания, поэтому они всегда являются выборочными.

Инспекционные испытания - это особый вид контрольных испытаний. Они проводятся в выборочном порядке с целью контроля стабильности качества ус­тановленных видов продукции специально уполномоченными организациями.

Типовые испытания - это контрольные испытания выпускаемой продукции, прово­димые с целью оценки эффективности и целесообразности вноси­мых изменений в конструкцию, рецептуру или технологический процесс.

А ттестационные .и спытания, проводятся для оценки уровня качества продукции при ее аттестации по категориям качества.

Сертификационные испытания - это контрольные испытания продукции, проводимые с целью установления соответствия характеристик ее свойств национальным и (или) международным НТД.

3.3 В зависимости от продолжительности все испытания подразделяются на нормальные, ускоренные, сокращенные.

Под нормальными испытаниями ЭА понимаются испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации о характеристиках свойств объекта в такой же интервал времени, как и в предусмотренных условиях эксплуатации.

В свою очередь ускоренные испытания - это такие испы­ания, методы и условия, проведения которых обеспечивают получение необходимой информации о качестве ЭА в более короткий срок, чем при нормальных испытаниях. В НТД на методы испы­таний конкретных видов ЭА указываются значения воздействующих факторов и режимы функционирования, соответствующие нормальным условиям испытаний. Сокращенные испытания проводятся по сокращенной программе.

3.4 В зависимости от уровня значимости испытаний ЭА их можно разделить на государственные, межведомственные и ведомственные.

К государственным испытаниям относятся испытания установленных важнейших видов ЭА, проводимые головной организацией по государственным испытаниям, или приемочные испытания, проводимые государственной комиссией или испытательной организацией, которой предоставлено право их проведения.

Межведомственные испытания - это испытания ЭА, проводимые комиссией из представителей нескольких заинтересованных министерств и ведомств или приемочные испытания установленных видов ЭА для приемки составных ее частей, разрабатываемых совместно не­сколькими ведомствами.

Ведомственные испытания проводятся комиссией из представителей заинтересованного министерства или ведомства.

3.5 Испытания ЭА в соответствии с внешними воздействующими факторами делят на механические, климатические, тепловые радиационные, электрические, электромагнитные, магнит­ные, химические (воздействие специальных сред), биологические (воздействие биологических факторов).

Очевидно, что не все внешние воздействия возможно имитировать, и они, как уже отмечалось, не всегда могут быть приложены совместно, как это бывает в реальных условиях. Поэтому необходимо установить, каким внешним воздействиям должна подвергаться ЭА, какие будут уровень, периодичность, последовательность смены этих воздействий, а также продолжительность работы ЭА в различных режимах. При выборе внешних воздействую­щих факторов при испытаниях ЭА необходимо учитывать:

вид техники, в которой используется аппаратура (наземная, самолетная, морская и т.п.);

уровень обобщения объекта испытаний (радиотехнические комплексы и функциональные системы, электронная аппаратура, радиоэлектронные блоки, комплектующие изделия, материалы), в зависимости от которого число выбранных для испытания внешних воздействующих факторов может уменьшаться или увеличиваться;

климатический район последующей эксплуатации объекта испытаний;

условия применения по назначению, транспортировки и хранения объекта испытаний.

3.6 Испытания называются разрушающими, если в процессе их применяются разрушающие методы контроля или воздействующие на объект внешние факторы приводят к непригодности его для дальнейшего применения.