Структура программ и методик испытаний.

Программа испытаний РЭА

1. Основные определения.

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

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

Контроль – проверка соответствия объекта техническим требованиям.

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

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

Методика испытаний - организационно-методический документ, обязательный к выполнению, включающий метод испытаний, средства и условия испытаний, отбор проб, алгоритмы выполнения операций по определению одной или нескольких взаимосвязанных характеристик свойств объекта, формы представления данных и оценивания точности, достоверности результатов, требования техники безопасности и охраны окружающей среды.

Метод испытаний – правила применения определенных принципов и средств испытаний.

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

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

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

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

Содержание методик испытаний.

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

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

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

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

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

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

· условия проведения испытаний;

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

· требования к квалификации обслуживающего персонала;

· требования по технике безопасности;

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

· объем регистрируемой информации и способы ее регистрации;

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

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

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

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

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

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

· объем обрабатываемой информации;

· методы статистической обработки результатов испытаний, применяемые в методике;

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

· требования к виду обработанной информации;

· требования к точности обработки информации;

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

· объем исходных данных, необходимых для оценки результатов испытаний;

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

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

· критерии достаточности испытаний.

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

· состав технических средств с указанием их наименований и шифров;

· оборудование, необходимое для испытаний;

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

· перечень необходимой конструкторской и другой технической документации;

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

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

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

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

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

Ниже представлена методика испытаний объекта, рассматриваемого в данном проекте (раздел 4), на конкретном испытательном комплексе (раздел 9).

Объект испытаний.

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

· блока определения координат звезд БОКЗ-МФ;

· вычислительно-управляющей системы БКУ.

Вкратце познакомимся с объектом испытаний:

Принцип управления ориентацией космического аппарата состоит в следующем.

Прибор визирует звезды, находящиеся в его поле зрения, вычисляет угловые расстояния между ними (в элементах ПЗС-матрицы), проводит сравнение с данными бортового каталога и выдает угловые параметры в геоцентрической инерциальной системе координат в виде кватерниона или матрицы направляющих косинусов. На борту космического аппарата устанавливается, как правило, несколько таких приборов.

Прибор звездной ориентации БОКЗ-М60/1000 (рис. 1) – плод труда коллектива оптико-физического отдела Института космических исследований. Основные характеристики прибора представлены в табл. 1, 2.

 

Таблица 1. Характеристики оптической части прибора БОКЗ-М60/1000

Параметры объектива:

• фокусное расстояние, мм60

• поле зрения, град16

Параметры матрицы:

• тип ПЗС «Сфера-1000»

• размеры, число элементов 1024×1024

• размер элемента, мкм16

• разрядность АЦП12

• время экспонирования, мс< 120

Устройство бортового звездного каталога:

• число секторов / размер сектора, град162/32

• объем каталога, число звезд 2900

 

 

       Рис. 1. Прибор БОКЗ-М60/1000

 

В качестве фотоприемного устройства в приборе БОКЗ-М60/1000 используется ПЗС-матрица «Сфера-1000» размером 1024 × 1024 элемента. Формат матрицы и объектив с фокусным расстоянием 60 мм обеспечивают поле зрения прибора равным 16°. Объем бортового каталога – 2900 звезд до 6-й звездной величины. Характеристики оптической части прибора БОКЗ-М60/1000, а также сведения о бор- товом звездном каталоге приведены в табл. 1.

Прибор БОКЗ-М60/1000 имеет следующие режимы работы: «Начальная ориентация» («НО»), «Текущая ориентация» («ТО») и «Слежение». В режимах «НО» / «ТО» запускается циклограмма, включающая: экспонирование, считывание информации с ПЗС-матрицы, распознавание в бортовом звездном каталоге и расчет параметров ориентации. Алгоритмы работы прибора в режимах «НО» и «ТО» отличаются тем, что в первом случае процедура распознавания осуществляется по всему бортовому звездному каталогу, а во втором анализируется только небольшая его часть. При положительном исходе распознавания прибор автоматически переходит в режим «Слежение». В этом режиме выполняется ускоренное чтение с ПЗС-матрицы, что вместе с малым временем экспозиции (< 120 мс) обеспечивает расчет параметров ориентации с частотой 4 Гц. В режиме «Слежение» обрабатывается изображение не со всей ПЗС-матрицы, а только из «окон» размером 15 × 13 элементов, формируемых вокруг каталожных звезд (рис. 2).

Рис. 2. Формирование «окон» прибором БОКЗ-М60/1000 в режиме «Слежение»

 

 

Цель испытаний.

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

Общие положения.

1) Определение проверяемых характеристик.

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

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

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

2) Метод испытаний.

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

Заключение

В настоящем проекте описана реализация двух этапов испытаний бортового комплекса управления КА «Спектр-РГ» в составе:

· блока определения координат звезд БОКЗ-МФ;

· вычислительно-управляющей системы БКУ.

В проекте представлены:

· основные сведения об объекте испытаний, его состав и условия функционирования;

· цель испытаний;

· состав и технические характеристики испытательного оборудования, определённые в процессе анализа и расчёта;

· основные теоретические сведения о процессе управления испытаниями;

· условия, порядок проведения и требования к анализу результатов испытаний.

В рамках проекта были разработаны:

· функциональная схема элементов объекта испытаний;

· иерархическая схема испытательного комплекса и схема расположения его основных элементов;

· методика испытаний;

· конструкция кронштейна крепления элементов объекта в процессе испытаний;

· конструкция крепления объекта испытаний.

 

Контрольные вопросы:

1.Чем отличается программа испытаний от методики испытаний?

2. Объясните выражение «Технология испытаний».

3. Перечислите и кратко охарактеризуйте аспекты содержания методики испытаний.

4. Какие технические задачи выполняет рассматриваемый нами объект испытаний?

5. Какие последствия при реальной эксплуатации могут иметь отклонения точности определения координат звезд?

6. Каковы климатические особенности эксплуатации БОКЗ-М60?

7. Как воздействует на материалы объекта глубокий космический вакуум? В чем состоит опасность для техники? Вам необходима будет дополнительная информация.

8. Как воздействует на материалы при эксплуатации объекта сверхнизкие космические температуры? В чем опасность этого фактора для техники?

9.  Как воздействует на материалы объекта интенсивная космическая радиация?

10. Исследуйте и кратко сформулируйте смысл изменений, которые происходят при эксплуатации прибора во время орбитального движения космического аппарата?

11. Охарактеризуйте основные параметры воздействий при испытаниях аппарата БОКЗ-60М?

12. Перечислите способы воспроизведения солнечной радиации.

13. Какие еще объекты, кроме оптической части прибора БОКЗ-60М, подвергаются испытаниям?

Программа испытаний РЭА

1. Основные определения.

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

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

Контроль – проверка соответствия объекта техническим требованиям.

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

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

Методика испытаний - организационно-методический документ, обязательный к выполнению, включающий метод испытаний, средства и условия испытаний, отбор проб, алгоритмы выполнения операций по определению одной или нескольких взаимосвязанных характеристик свойств объекта, формы представления данных и оценивания точности, достоверности результатов, требования техники безопасности и охраны окружающей среды.

Метод испытаний – правила применения определенных принципов и средств испытаний.

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

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

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

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

Структура программ и методик испытаний.

В соответствии с ГОСТ В 15.211-78 программа испытаний должна содержать следующие разделы:

1) объект испытаний;

2) цель испытаний;

3) общие положения;

4) объем испытаний;

5) условия и порядок проведения испытаний;

6) материально-техническое обеспечение испытаний;

7) метрологическое обеспечение испытаний;

8) обеспечение сохранения государственной и военной тайны;

9) отчетность;

10) приложение.

В соответствии с тем же стандартом методики испытаний должны содержать следующие разделы:

1) объект испытаний;

 2) цель испытаний;

3) общие положения;

4) оцениваемые характеристики и расчетные соотношения;

5) условия и порядок проведения испытаний;

6) обработка, анализ и оценка результатов испытаний;

7) материально-техническое и метрологическое обеспечение испытаний;

8) обеспечение сохранения государственной и военной тайны;

9) отчетность.

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

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

 

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

Содержание методик испытаний.

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

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

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

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

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

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

· условия проведения испытаний;

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

· требования к квалификации обслуживающего персонала;

· требования по технике безопасности;

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

· объем регистрируемой информации и способы ее регистрации;

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

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

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

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

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

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

· объем обрабатываемой информации;

· методы статистической обработки результатов испытаний, применяемые в методике;

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

· требования к виду обработанной информации;

· требования к точности обработки информации;

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

· объем исходных данных, необходимых для оценки результатов испытаний;

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

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

· критерии достаточности испытаний.

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

· состав технических средств с указанием их наименований и шифров;

· оборудование, необходимое для испытаний;

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

· перечень необходимой конструкторской и другой технической документации;

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

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

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

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

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

Ниже представлена методика испытаний объекта, рассматриваемого в данном проекте (раздел 4), на конкретном испытательном комплексе (раздел 9).

Объект испытаний.

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

· блока определения координат звезд БОКЗ-МФ;

· вычислительно-управляющей системы БКУ.

Вкратце познакомимся с объектом испытаний:

Принцип управления ориентацией космического аппарата состоит в следующем.

Прибор визирует звезды, находящиеся в его поле зрения, вычисляет угловые расстояния между ними (в элементах ПЗС-матрицы), проводит сравнение с данными бортового каталога и выдает угловые параметры в геоцентрической инерциальной системе координат в виде кватерниона или матрицы направляющих косинусов. На борту космического аппарата устанавливается, как правило, несколько таких приборов.

Прибор звездной ориентации БОКЗ-М60/1000 (рис. 1) – плод труда коллектива оптико-физического отдела Института космических исследований. Основные характеристики прибора представлены в табл. 1, 2.

 

Таблица 1. Характеристики оптической части прибора БОКЗ-М60/1000

Параметры объектива:

• фокусное расстояние, мм60

• поле зрения, град16

Параметры матрицы:

• тип ПЗС «Сфера-1000»

• размеры, число элементов 1024×1024

• размер элемента, мкм16

• разрядность АЦП12

• время экспонирования, мс< 120

Устройство бортового звездного каталога:

• число секторов / размер сектора, град162/32

• объем каталога, число звезд 2900

 

 

       Рис. 1. Прибор БОКЗ-М60/1000

 

В качестве фотоприемного устройства в приборе БОКЗ-М60/1000 используется ПЗС-матрица «Сфера-1000» размером 1024 × 1024 элемента. Формат матрицы и объектив с фокусным расстоянием 60 мм обеспечивают поле зрения прибора равным 16°. Объем бортового каталога – 2900 звезд до 6-й звездной величины. Характеристики оптической части прибора БОКЗ-М60/1000, а также сведения о бор- товом звездном каталоге приведены в табл. 1.

Прибор БОКЗ-М60/1000 имеет следующие режимы работы: «Начальная ориентация» («НО»), «Текущая ориентация» («ТО») и «Слежение». В режимах «НО» / «ТО» запускается циклограмма, включающая: экспонирование, считывание информации с ПЗС-матрицы, распознавание в бортовом звездном каталоге и расчет параметров ориентации. Алгоритмы работы прибора в режимах «НО» и «ТО» отличаются тем, что в первом случае процедура распознавания осуществляется по всему бортовому звездному каталогу, а во втором анализируется только небольшая его часть. При положительном исходе распознавания прибор автоматически переходит в режим «Слежение». В этом режиме выполняется ускоренное чтение с ПЗС-матрицы, что вместе с малым временем экспозиции (< 120 мс) обеспечивает расчет параметров ориентации с частотой 4 Гц. В режиме «Слежение» обрабатывается изображение не со всей ПЗС-матрицы, а только из «окон» размером 15 × 13 элементов, формируемых вокруг каталожных звезд (рис. 2).

Рис. 2. Формирование «окон» прибором БОКЗ-М60/1000 в режиме «Слежение»