ГЛАВА X. ОБЩИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Вопросы оптимизации ходовых систем мобильных машин.

1.2. Вопросы надежности ходовой системы.

1.3. Анализ отказов ходовых систем мобильных машин.

1.4. Определение потребности проектирования новых систем.

1.5. Выбор цели проектирования.

1.6. Обзор методов исследования динамики движения мобильных машин и прогнозирование создания их конструкции.

1.7. Цель и задачи работы.

1.8. Методологические основы решения проблемы.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

МОБИЛЬНЫХ МАШИН АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА.

2.1. Скоростные, силовые и энергетические характеристики современных энергонасыщенных машин агропромышленного комплекса.*.

2.2. Тяговые характеристики пневматических ходовых колес.

2.3. Характеристика гидромеханического привода ходовой системы комбайна.

2.4. Тяговые характеристики дизельных двигателей уборочных комбайнов.

2.5. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ОТКАЗОВ

ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ.

ГЛАВА 4. ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ.

4.1. Динамическая модель ходовой системы мобильной машины в транспортном режиме работы.

4.2. Динамическая модель ходовой системы мобильной машины в рабочем режиме.

4.3. Модель гидромеханического привода ходовой системы.

4.3.1. Разгон машины с гидромеханическим приводом ходовой системы.

4.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАБОТЕ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ КОМБАЙНА В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ.

5.1. Методические вопросы проведения экспериментов.

5.2. Анализ результатов экспериментального исследования.

5.2.1. Результаты экспериментальных исследований механической части привода ходовой системы.

5.2.2. Результаты экспериментальных исследований гидравлической части привода ходовой системы.

5.2.3. Исследование погрешностей динамических расчетов ходовой системы.

5.2.4. Оценка достоверности принятых моделей при исследовании динамики ходовой системы.

5.3. Мероприятия по повышению надежности бортового редуктора зерноуборочного комбайна «Дон-1500».

ГЛАВА 6. ОПТИМИЗАЦИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ.

ГЛАВА 7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОВЕДЕННЫХ В РАБОТЕ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Рекомендованный список диссертаций

• Разработка методики повышения работоспособности ходовой системы зерноуборочного комбайна за счет улучшения ее динамических свойств 2012 год, кандидат технических наук Партко, Светлана Анатольевна

• Научное обоснование рациональных структуры и параметров объемного гидромеханического привода сельскохозяйственных машин с целью повышения эффективности их функционирования 2003 год, доктор технических наук Дьяченко, Анатолий Дмитриевич

• Исследоввание, разработка и обоснование рациональных технических решений по созданию подземных гидрофицированных погрузчиков 1999 год, кандидат технических наук Тулупов, Виктор Павлович

• Динамика, нагруженность и пути совершенствования механических узлов трансмиссии самоходного комбайна с гидрообъемной передачей 1984 год, кандидат технических наук Михайлов, Валерий Валерианович

• Динамика и нагруженность рабочих органов зерноуборочных комбайнов 1998 год, кандидат технических наук Далальянц, Армэн Ашотович

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование метода расчета ходовых систем мобильных машин»

В настоящее время возникает еще ряд проблем создания надежных и долговечных машин, связанных с обеспечением показателей назначения, технологичностью изготовления, эргономическими показателями, стандартизацией и унификацией, поэтому надежность остается острой проблемой в технике .

В агропромышленном комплексе эта проблема наиболее остра: сельскохозяйственное машиностроение является одним из самых крупных потребителей черных металлов, резины, пластмасс и других материалов; мощности ремонтных предприятий в сельском хозяйстве в несколько раз превышают мощности производящей отрасли. Сроки проектирования сельскохозяйственных машин затягиваются до пяти - восьми лет, но и после запуска в серийное производство производятся конструктивные доработки, планируется ежегодное снижение металлоемкости, повышение надежности .

Создание новых высокопроизводительных мобильных машин агропромышленного комплекса не только не сняло эту проблему, но еще более ее обострило: усложнение конструкции, увеличение массы, габаритов, интенсификация нагрузок, повышение нормативного срока службы привело к увеличению длительности, трудоемкости и стоимости работ по обеспечению надежности.

Надежность закладывается при проектировании машины и не может в дальнейшем быть повышена без конструктивных изменений или нового конструктивного решения. Она определяется силовой схемой, параметрами элементов, материалами, защитой от вредных воздействий и т.д. Надежность обеспечивается при изготовлении машины и достигается изготовлением деталей, сборочных единиц в соответствии с технической документацией. В процессе производства могут быть найдены новые конструкторско-технологические решения, повышающие характеристики машины, но не требующие ее существенного изменения. Надежность реализуется при эксплуатации машины. В процессе использования ее по назначению проявляются все ее недостатки, которые были заложены при проектировании и изготовлении .

Получение параметров конструктивных структур требуемой долговечности для машиностроения возможно при разработке алгоритма и программного обеспечения задачи, наличии критериев оценки ресурса с позиций механики хрупкого разрушения конструкций и динамики нагруженности, соответствующей реальным условиям эксплуатации машин.

Для повышения надежности основных несущих конструкций машин, их функциональных рабочих органов с прогнозированным ресурсом работы необходим комплексный подход к решаемой задаче, особенно при использовании САПР.

Кроме того, современное производство сложных изделий машиностроения требует согласованной работы многих предприятий. Для такого согласования работы всех предприятий, участвующих в проектировании, производстве, реализации и эксплуатации изделий, необходима соответствующая информационная поддержка этапов жизненного цикла изделий. Эта поддержка и компьютерное сопровождение жизненного цикла изделий получили название CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support). Назначение CALS - технологий - предоставлять необходимую информацию в нужное время, в нужном виде, в конкретном месте любому пользователю на каждом этапе жизненного цикла изделий.

Что касается начального этапа жизненного цикла машины, т.е. этапа эскизного проекта, то встраиваясь в систему CALS - технологии необходимо иметь в распоряжении проектировщика научно-обоснованные, достоверные инженерные методики проектирования надежных конструкций.

1. ОБЩИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ

Похожие диссертационные работы по специальности «Машиноведение, системы приводов и детали машин», 05.02.02 шифр ВАК

• Прогнозирование вибронагруженности дотрансформаторной зоны трансмиссий транспортных машин и синтез гасителей крутильных колебаний 2003 год, кандидат технических наук Тараторкин, Игорь Александрович

• Разработка методов и средств улучшения условий функционирования рабочих органов зерноуборочного комбайна оптимизацией динамических свойств пневматических шин 2001 год, кандидат технических наук Меликов, Иззет Мелукович

• Обеспечение динамического качества силовых приводов машинных агрегатов на стадии проектирования 2000 год, кандидат технических наук Мержеевский, Андрей Викторович

• Обеспечение эффективности функционирования зерноуборочных комбайнов за счет рационального конструирования несущих систем на стадии проектирования 2006 год, кандидат технических наук Ковалева, Анастасия Валерьевна

• Оптимизация параметров конструкции энергосиловой установки транспортной машины 2001 год, доктор технических наук Филькин, Николай Михайлович

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Партко, Светлана Анатольевна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Проведен анализ скоростных, силовых и энергетический характеристик современных отечественных и зарубежных энергонасыщенных мобильных машин (на примере уборочных комбайнов семейства «Дон»). Установлено, что эти машины оснащены двигателями внутреннего сгорания дизельного типа, потенциальная мощность которых не превышает 200 кВт. Мощность, потребляемая ходовой системой комбайнов на различных режимах работы не превышает 80 кВт. Поэтому при реально существующей неравномерности загрузки, д.в.с. машины эксплуатируется на регуляторной ветви потенциальной тяговой характеристики даже с учетом затрат энергии на технологический процесс. Это обстоятельство было использовано в работе при построении модели гидромеханической трансмиссии.

2. Разработаны динамические модели корпуса (в рабочем и транспортном положении) и гидромеханической трансмиссии ходовой системы позволившие произвести амплитудный и частотный анализ, и оценить плавность хода и влияние крутильных колебания в приводе.

4. Определена степень идентичности принятых моделей и реальных объектов. Дисперсионная мера идентичности получена £ = 0,72 + 0,65 и удовлетворяет известным ограничениям на адекватность описания.

5. Накопленный в работе статистический материал и систематизация характеристик эксплуатационных отказов ходовой системы комбайнов семейства «Дон» выпуска (1995 - 2003 годов), позволили получить функцию распределения ресурсов моста ходовых колес этой машины. Было установлено, что средний и у - процентный ресурсы узла являются недостаточным для обеспечения безотказной работы комбайна за 10 - летний срок эксплуатации.

Положенные в основу настоящей работы мероприятия по повышению надежности деталей трансмиссии позволили за счет улучшения конструкции и технологии изготовления бортового редуктора довести ресурс этого узла до 2000 часов, с вероятностью безотказной работы р = 0,95.

6. Обоснован принцип нахождения глобального оптимума ходовой системы мобильной машины, как связанной многомерной динамической системы со случайными воздействиями и колебательными параметрами.

7. Разработана методика выбора оптимальных колебательных параметров ходовой системы мобильной машины.

8. Условно-годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований при постановке на производство модернизированной конструкции бортового редуктора и применении методики оптимизации колебательных параметров ходовой системы комбайна Дон-1500 составил порядка 72960 рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Партко, Светлана Анатольевна, 2010 год

1. Абдула С.А. Повышение технического уровня трансмиссий семейства тракторов Т-150/ С.А. Абдула, И.П. Чернявский, А.В. Павленко // Повышение технического уровня зубчатых передач энергонасыщенных тракторов. - Харьков, 1982. - С. 3 - 7.

2. Абрамян Б.Л. О кручении валов переменного сечения/ Б.Л. Абрамян, М.М. Джрбашян // Прикладная математика и механика. 1951 XV, вып.4. -С. 11 - 19.

3. Абрахаме Дж. Анализ электрических цепей методом графов / Дж. Абрахаме, Дж. Каверли М.: Мир. 1967. - 176 с.

4. Агуреев А.Г. Крутильные колебания и надежность судовых валоприводов/ А.Г.Агуреев, Ю.С. Баршай М.: Транспорт, 1982. - 112 с.

5. Алексапольский Д.Я. Гидродинамические передачи / Д.Я. Алексапольский М.: Машгиз, 1963. - 368 с.

6. Алексеев В.В. Демпфирование крутильных колебаний в судовых валопроводах / В.В. Алексеев, Ф.Ф. Болотин, Г.Д. Кортин JL: Судостроение, 1986.- 368 с.

7. Алферов С.А. Динамика зерноуборочного комбайна / С.А. Алферов -М.: Машиностроение, 1973. 254 с.

8. Альгин В.Б. Динамика и надежность трансмиссий мобильных машин: Автореферат дис. канд. техн. наук. Минск, 1978. - 23 с.

9. Альгин В.Б. Некоторые вопросы динамики системы «колесный трактор сельскохозяйственная машина» / В.Б. Альгин, В.А. Дьяченко, P.P. Русев // Научные труды ВНИИМЭСХ - Руссе (НРБ). - 1978. - Том XX, сер. I -С. 47 - 55.

10. Альгин В.Б. Динамика трансмиссии автомобиля и трактора / В.Б. Альгин., В.Я. Павловский, С.Н. Поддубко Минск: Наука и техника, 1986. -215 с.

11. Андросов А.А. Исследование эксплуатационной нагруженности несущих элементов зерноуборочных комбайнов повышеннойпроизводительности: дис канд. техн. наук: 05.05.01/ А.А. Андросов -1. Ростов н/Д, 1981.-213 с.

12. Андросов А.А. Поиск решений оптимальной конфигурации несущих металлоконструкций с применением программного комплекса АРМ WinMachine/ А.А. Андросов, А.В. Ковалева // САПР и графика. 2004. - №9. -С. 114-116

13. Андросов А.А. Прогнозирование режимов эксплуатации зерноуборочных машин: межвуз.сб. / А.А. Андросов, В.В. Спиченков; РИСХМ. Ростов н/Д, 1982. - С. 26 - 36.

14. Андросов А.А. Использование конечно-элементной модели при оптимизации структуры пространственных несущих систем сельхозмашин/

15. A.А. Андросов, М.М. Черкашин. // Вестник ДГТУ: Вопросы машиноведения и конструирования машин. Ростов н/Д, 1999 - С.

16. Антонов И.С. Силовые передачи колесных и гусеничных машин/ И.С. Антонов JL: Машиностроение, 1975. - 480 с.

17. Анилович В.Я. Расчет нелинейных колебаний колесного трактора /

18. B.Я. Анилович, В.В. Каратин //Тракторы и сельхозмашины. 1980. - №10 - С. 6-10.

19. Арутюнян М.Х. Кручение упругих тел / М.Х. Арутюнян, Б.А. Абрамян. М.: Физматгиз, - 720 с.

20. Арасланов A.M. Расчет элементов конструкций заданной надежности/ A.M. Арасланов М.: Машиностроение, 1987. - 126 с.

21. Атаева О.О. Зарубежные системы автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM) в машиностроении / О.О. Атаева, Н.Б. Быстрова. М.: ВНИИТЭМП, 1991. - 152 с.

22. Артоболевский И.И. Теория механизмов / И.И. Артоболевский М.: Наука, 1967. - 719 с.

23. Афанасьев Н.И. Пути повышения надежности кормоуборочной техники / Н.И. Афанасьев. // Повышение качества и технического уровня сельскохозяйственных машин ключевое звено Продовольственной программы. - Минск: БелНИИНТИ, 1983. - С. 6 - 8.

24. Афанасьев Н.И. Повышение надежности приводных механизмов кормоуборочных машин при проектировании, производстве и эксплуатации: автореф. дис. канд. техн. наук / Н.И. Афанасьев. Ростов н/Д, 1987. - 36 с.

25. Афанасьев Н.И. Выбор и оптимизация трансмиссий кормоуборочных комбайнов / Н.И. Афанасьев, В.А. Дьяченко, В.В. Михайлов // Динамика и прочность сельскохозяйственных машин: межвуз. сб./ РИСХМ. Ростов н/Д, 1986. - С. 65-71.

26. Бабаков И.М. Теория колебаний / И.М. Бабаков М.: Наука, 1968. -559 с.

27. Базовский И. Надежность. Теория и практика: пер. с англ. / И. Базовский М.: Мир, 1965. - 524 с.

28. Банах JI.Я. Упрощение расчетных схем динамических систем / Л.Я. Банах // Колебания и динамическая прочность элементов машин. М.: Наука, 1976. С. 39 - 46.

29. Барский И.Б. Конструирование и расчет тракторов / Барский И.Б. -М.: Машиностроение, 1980. 335 с.

30. Барский И.Б. Максимальные динамические нагрузки и трансмиссии колесного трактора / И.Б. Барский, Ю.К. Колодий, Юй Жун-Хуаа. //Тракторы и сельхозмашины. 1965. - № 4. - с.6 - 9.

31. Барский И.Б. Динамика трактора / И.Б. Барский, В.Я. Анилович, Г.М. Кутьков. М.: Машиностроение, 1973. - 280 с.

32. Белоусов А.И. Динамические свойства системы «колесо грунт»/ А.И. Белоусов. // Сборник научных трудов Белорус, с.-х. академии. - 1979. -№62. - С. 8 - 11.

33. Бендат Дж. Измерение и анализ случайных процессов: пер. с англ./ Дж. Бендат, А. Пирсол. М.: Мир, 1974. - 463с.

34. Беккер М.Г. Введение в теорию системы местность машина / М.Г. Беккер - М.: Машиностроение 1973. - 520 с.

35. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетных сооружениях / В.В. Болотин 2-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1982. - 351с.

36. Болотин В.В. О прогнозировании надежности и долговечности машин /В.В. Болотин Машиностроение. - 1977. - №5. - С. 86-93.

37. Болотин В.В. Случайные колебания упругих систем / В.В. Болотин -М.: Наука, 1979.-335 с.

38. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций / В.В. Болотин М.: Машиностроение, 1984. - 312 с.

39. Бочаров Н.Ф. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости / Н.Ф. Бочаров, И.С. Цитович, А.А. Полунгян М.: Машиностроение, 1983. - 300 с.

40. Бугло Р.И. Методические основы проведения ускоренных стендовых испытаний на надежность / Р.И. Бугло, А.В. Руднев, В.В. Занцевич // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1987. № 9. - С. 35-36

41. Бусел Б.У. Исследование нагруженности трансмиссии автомобиляпри движении по дороге с неровной поверхностью: Автореф. дисканд.техн. наук / Б.У. Бусел Минск, 1973. - 22 с.

42. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г.В. Веденяпин М.: Колос, 1973. - 199 с.

43. Величкин И.Н. Общие вопросы методик ускоренных испытаний / И.Н. Величкин //Труды НАТИ. М., 1970. Вып. - 203. - С. 54 - 60.

44. Величкин И.Н. Пути совершенствования программ и методик ускоренных испытаний на долговечность и безопасность / И.Н. Величкин //Тракторы и сельхозмашины. 1987. - №9. - С. 9-12.

45. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов / В. Вейбулл М.: Машиностроение, 1964. - 275 с.

46. Вейц B.JT. Динамические расчеты приводов машин / B.JI. Вейц, А.Е. Кочура, A.M. Мартыненко. Л.: Машиностроение, 1971. - 352 с.

47. Вейц В.Л. Построение динамических моделей голономных механических систем / В.Л. Вейц, А.Е. Кочура //Прикладная механика. -1975. T.XI, вып.9. - С. 83-89.

48. Вейц В.Л. Динамика машинных агрегатов с двигателями внутреннего сгорания / В.Л. Вейц, А.Е. Кочура Л.: Машиностроение, 1976. -383 с.

49. Вентцель Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель М.: Наука, 1969.-576 с.

50. Вибрация в технике: справочник. Т.6. Защита от вибрации и ударов / Под ред. Фролова К.В. М.: Машиностроение, 1981. - 456 с.

51. Вовк А.А. Динамика водонасыщенных грунтов / А.А. Вовк, А.Г. Смирнов. Киев: Наукова думка, 1975. - 246 с.

52. Вознисенко О.П. Исследование некоторых факторов воздействия на трактор с целью воспроизведения их на полигоне ресурсных испытаний: автореф. дис. . канд. техн. наук / О.П. Вознисенко Харьков, 1971.-е.

53. Волошин Ю.Л. Типоразмерный ряд гидроматоров с оптимизацией демпфирования подвесок/Ю.Л. Волошин //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006. - №4. - С. 24-27.

54. Волошин Ю.Л. Расчет колебаний сельскохозяйственных тракторов с подрессориванием и неподрессореванным передним мостом/ Ю.Л. Волошин // Труды НАТИ. 1966. - Вып. 183.-С.

55. Волков П.М., Тенненбаум М.М. Основы теории и расчета сельскохозяйственных машин на прочность и надежность / П.М. Волков, М.М. Тенненбаум-М.: Машиностроение, 1977. 310 с.

56. Вопросы рассеяния энергии при колебаниях упругих систем / Под ред. Писаренко Г.С. Киев: ГИТЛ УССР, 1962. - 224 с.

57. Вульфсон И.И. Нелинейные задачи динамики машин / И.И. Вульфсон, М.З. Козловский Л.: Машиностроение, 1968. - 280 с.

58. Гальчук В.Я. Техника научного эксперимента / В.Я. Гальчук, А.П. Соловьев Л.: Судостроение, 1982. - 256 с.

59. Гнеденко Б.В. Математические методы в теории надежности / Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляев, А.Д. Соловьев М.: Наука, 1965. - 524 с.

60. Голобородько А.А. Исследование колебаний колесного трактора в агрегате с навесным орудием: дис. . канд. техн. наук / А.А. Голобородько -Воронеж, 1967. 215 с.

61. Гольд Б.В. Теория, конструирование и расчет автомобиля / Б.В. Гольд, Б.С. Фалькевич. М.: Машгиз, 1957. - 536 с.

62. ГОСТ 237228-88. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки. Введ. 1989 - 01 - 01. - М.: Изд-во стандартов, 1988. -12 с.

63. ГОСТ 25.101-83. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы схематизации случайных процессов нагруженияэлементов машин и конструкций и статического представления результатов. -Введ. 1986 01 - 01. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 29 с.

64. Грибанов Ю.И. Спектральный анализ случайных процессов / Ю.И. Грибанов, B.JI. Мальков. М.: Энергия, 1974. - 237 с.

65. Гриньков Ю.В. Основные принципы инженерного расчета упругих колебаний конструкций зерноуборочных комбайнов: автореф. дис.д-ра техн. наук / Ю.В. Гриньков Ростов н/Д, 1971. - 53 с.

66. Гришкевич А.И. Влияние дорожных неровностей на нагруженность трансмиссии/ А.И. Гришкевич, Б.У. Бусел. М.: Автотракторостроение, 1975. - Вып.7. - С. 27-35.

67. Грошев Л.М. Исследование динамики несущих систем зерноуборочных машин: дис.д-ра техн. наук: 05.06.01/ Л.М. Грошев - Ростов н/Д, 1974. 370 с.

68. Грошев Л.М. Гидравлический привод в агропромышленном комплексе / Л.М. Грошев, А.Д. Дьяченко; ДГТУ. Ростов.н/Д: Издательский центр, 2006. - 227 с.

69. Грошев Л.М. Крутильные колебания приводов сельскохозяйственных машин с обгонной муфтой / Л.М. Грошев, А.Ф. Ефимов, В.А. Терликов // Динамика и прочность сельскохозяйственных машин: межвуз. сб. / РИСХМ. Ростов н/Д 1983. - С. 23-29.

70. Гуков А.И. Об учете упругости на прочностной расчет некоторых рам сельскохозяйственных машин / А.И. Гуков, В.А. Терликов // Прочность, устойчивость и колебания элементов машин и сооружений: межвуз. сб. / РИСХМ. Ростов н/Д, 1978. - С. 68-72.

71. Гусев А.С. Сопротивление усталости и живучести конструкций при случайных нагрузках / А.С. Гусев М.: Машиностроение, 1989. - 248 с.

72. Данилова Г.М. Элементы математической модели зерноуборочного комплекса машин как сложной системы / Г.М. Данилова // Механизация уборки зерновых культур. М., 1977. - с. 42-54.

73. Дженкинс Г. Спектральный анализ и его приложения / Г. Дженкинс, Д. Ватгс. М.: Мир, 1971. - Вып. 1. - 316 с.

74. Динамические модели зерноуборочных машин / В.В. Спиченков, В.А. Терликов, Ю.А. Луконин и др. // Динамика и прочность сельскохозяйственных машин: межвуз. сб./ РИСХМ Ростов н/Д, 1980. - С. 27-48.

75. Дитрих Я. Проектирование и конструирование. Системный подход / Я. Дитрих М.: Мир, 1981. - 456 с.

76. Дмитриченко С.С. Определение коэффициента ускорения испытаний на усталостную прочность по спектральным плотностям динамических нагрузок / С.С. Дмитриченко, А.А. Бурда // Тракторы и сельхозмашины. -1981.- №7. -С. 6-8.

77. Дмитров В.И. К проекту Федеральной Программы «Развитие CALS-технологий в России» / В.И. Дмитров, И.П. Норенков, В.В. Павлов // Информационные технологии. 1998. - № 4. - С. 3-10.

78. Дополнение к техническому заданию на проектирование комбайна зерноуборочного, самоходного, однобарабанного с шириной молотилки 1500 мм. Ростов н/Д: ГСКБ ПО «Ростсельмаш», 1984. - 34 с.

79. Доронин Е.Ф. Зерноуборочные комбайны и их производительность / Е.Ф. Доронин //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. - №4. - С. 41-43.

80. Дружинин Г.В. Надежность систем автоматики / Г.В. Дружинин М.: Энергия, 1967. - 527 с.

81. Дунин-Барковский И.В., Смирнов Н.В. Теория вероятностей и математическая статистика в технике / И.В. Дунин-Барковский, Н.В. Смирнов М.: Гостехиздат, 1955. - 556 с.

82. Дьяченко В. А. Прочностной анализ элементов валопроводов мобильных машин / В.А. Дьяченко, JI.B. Лаврентьев // Динамика и прочность автомобиля. М., 1986. С. 102 -103.

83. Ерохин Г.Н. Сравнительная оценка зерноуборочных комбайнов «Дон-1500Б» и «Вектор» / Г.Н. Ерохин, Д.С. Орешкин //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008 - №3. - С. 15-16.

84. Ермолов Л.С. Основы надежности сельскохозяйственной техники / Л.С. Ермолов, В.М. Кряжков, В.Е. Черкун М.: Колос, 1974. - 224 с.

85. Жаров В.П. Научные основы оптимизации колебательных систем мобильных сельскохозяйственных машин по показателям качества: автореф. дис. д-ра техн. наук/ В.П. Жаров. Ростов н/Д, 1980. - 49 с.

86. Железко Б.Е. Термодинамика, теплопередача и двигатели внутреннего сгорания/ Б.Е. Железко, В.М. Адамов, Р.И. Есьман Минск: Высш. шк, 1985. -380 с.

87. Жутов А.Г. Влияние продольных колебаний остова трактора на динамическую нагруженность трансмиссии / А.Г. Жутов, В.И. Аврамов, С.В. Молоканов //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006. - №12. - С. 33-34.

88. Иванцов В.И. Методика экспериментальных исследований и испытаний сельхозмашин: учеб. пособие / В.И. Иванцов; РИСХМ. Ростов н/Д, 1987. - 83 с.

89. Испытание автомобилей / В.В. Цимбалин, В.И. Кравец, С.М. Кудрявцев и др. М.: Машиностроение, 1978. - 199 с.

90. Исследование полей напряжений при совершенствовании узлов зерноуборочных комбайнов / Н.А. Махутов, Н.И. Пригоровский, Ю.В. Шумаков и др. // Машиноведение. 1986. - № 6. - С. 76-83.

91. Капур К. Надежность и проектирование систем: пер. с англ./ К. Капур, JI. Ламберсон. М.: Мир, 1980. - 604 с.

92. Кардашевский С.В. Методика статического анализа экспериментальных данных при государственных испытаниях сельскохозяйственной техники / С.В. Кардашевский М.: ЦНИИТЭИ, 1975. Вып.1. - 69 с.

93. Кардашевский С.В. Испытания сельскохозяйственной техники / С.В. Кардашевский, JI.B. Погорелый М.: Машиностроение, 1979. - 288 с.

94. Кахидзе Р.В. Способ определения демпфирования и жесткости трансмиссии колесной машины/ Р.В.Кахидзе // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006 - №7. - С. 31-32.

95. Кленин Н.И. Сельскохозяйственные машины/ Н.И. Кленин, И.Ф. Попов, В.А. Скакун М.: Колос, 1970. - 211 с.

96. Клятис J1.M. Основы ускорений стендовых испытаний сельскохозяйственных машин: автореф. дис. д-ра техн. наук / JI.M. Клятис -М., 1980.-36 с.

97. Клятис М.Н. Ускоренная оценка сельскохозяйственных машин / JT.M. Клятис. М.: Агропромиздат, 1985. - 174 с.

98. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени / В.П. Когаев М.: Машиностроение 1977. - 232 с.

99. Кожевников С.Н. Динамика машин с упругими звеньями / С.Н. Кожевников Киев: АН УССР. 1961.-е

100. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн М.: Наука, 1983. - 831 с.

101. Кубарев А.И. Надежность в машиностроении / А.И. Кубарев М.: Изд-во стандартов, 1989. - 224 с.

102. Кузнецов Г.Г. Реализация потенциальных возможностей дизелей на тракторах с механической трансмиссией / Г.Г. Кузнецов // Тракторы и сельхозмашины. 2004 г. №4 - С. 18-19.

103. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины / М.Н. Летошнев. -М.; Л.: Сельхозгиз, 1955. 764 с.

104. Луконин Ю.А. Разработка методики оценки показателей прочности и надежности элементов несущих систем зерноуборочных комбайнов на стадии проектирования: дис. канд. техн. наук: 05.06.01/ Ю.А. Луконин -Ростов н/Д, 1983.-230 с.

105. Лурье Л.Б. Статическая динамика сельскохозяйственных агрегатов / Л.Б. Лурье М.: Колос, 1970. - 376 с.

106. Лурье Л.Б. Математические модели сельскохозяйственных машин как объектов управления / Л.Б. Лурье // Автоматизация мобильных сельскохозяйственных агрегатов: Записки Ленингр. с.-х. ин-та / ЛСХИ. Л., 1972.-Т.176.-С. 33-36.

107. Львов Е.Д. Теория трактора / Е.Д. Львов // Машгиз, 1960

108. Малков В.П., Угодчиков А.Г. Оптимизация упругих систем / В.П. Малков, А.Г. Угодчиков М.: Наука, 1981. - 288 е.

109. Маньшин Ю.П. Теоретическое обоснование некоторых вопросов тензометрического исследования сельскохозяйственных машин: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.06.01/ Ю.П. Маньшин Ростов н/Д, 1971. - 29 с.

110. Машиностроительный гидропривод / Под ред. В.Н. Прокофьева. -М.: Машиностроение, 1978. 495 с.

111. Методы оценки конструктивной прочности машин: учеб. пособие / A.M. Грошев, В.В. Спиченков, А.А. Андросов и др.; ДГТУ Ростов н/Д, 1997. - 162 с.

112. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов / K.JI. Навроцкий. М.: Машиностроение, 1991. - 345 с.

113. Настенко М.М. Системы автоматического регулирования зерноуборочных комбайнов / М.М. Настенко, И.М. Гурарий М.: Машиностроение, 1973. - 232 с.

114. Непесов К.Б. Исследование колебательного движения колесного трактора в рабочем режиме: Автореф. дис. канд. техн. наук / К.Б. Непесов -Минск, 1970. с.

115. Носов С.В. Динамическая нагруженность трансмиссий колесных машин с учетом реологических свойств опорного основания / С.В. Носов, Н.Н. Азовцев, О.В. Акулич //Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2006-№8. С. 31-32.

116. Основы проектирования сельскохозяйственных машин: учебник / Ю.И. Ермольев, А.Д. Чистяков, А.А. Андросов и др. Тула: Грифик, 2006. -604 с.

117. Осипов В.Н. Объемные гидравлические машины / В.Н. Осипов. -М.: Машиностроение, 1996. 315 с.

118. Основы теории и расчета сельскохозяйственных машин на прочность и надежность / Под ред. П.Н.Волкова, М.М. Тененбаума. М.: Машиностроение, 1977. - 310 с.

119. Островерхов H.JI. Динамическая нагруженность трансмиссий колесных машин / H.JI. Островерхов, И.К. Русецкий, Л.И. Бойко. Минск: Наука и техника, 1977. - 192 с.

120. Партко С.А. Оптимизация колебательных параметров ходовой системы уборочного комбайна / С.А. Партко // Вестник ДГТУ. 2008 - Т.8, №2 (37) С. 141 - 144.

121. Погорелый Л.В. Инженерные методы испытаний сельскохозяйственных машин/ Л.В. Погорелый Киев: Техника, 1981. - 176 с.

122. Попов Д.Д. Оценка показателей надежности несущих систем зерноуборочных комбайнов по характеристикам их эксплуатационнойнагруженности: дис. канд. техн. наук: 05.02.04/ Д.Д. Попов Ростов н/Д, 1985.-200 с.

123. Полушкин О. А. Научные основы нормирования точности исполнения агрегатов сельхозмашин на базе моделирования их динамики и процессов функционирования: автореф. дис.д-ра техн. наук: 05.06.01/ О.А. Полушкин. Ростов н/Д, 1983. - 50 с.

124. Радин В.В. Теория оптимального проектирования мощности двигателя зерноуборочного комбайна / В.В. Радин; РГАСХМ. Ростов н/Д, 2007. - 89 с.

125. Радин В.В. Динамика и оптимизация процессов в приводе зерноуборочных комбайнов: дис.д-ра техн. наук / В.В. Радин; РИСХМ. -Ростов н/Д, 1990. 382 с.

126. Радин В.В. Дисперсия угловой скорости двигателя молотилки зерноуборочного комбайна/ В.В. Радин //Сборник научно-исследовательских работ по созданию сельскохозяйственных машин и рабочих органов / РИСХМ. Ростов н/Д, 1972. - С. 28 - 37.

127. Радин В.В. Динамика сложных машин как неголономных систем (на примере зерноуборочного комбайна)/В.В. Радин, В.А. Бураков; РГАСХМ, Ростов н/Д, 2003. 150 с.

128. Радин В.В. К вопросу анализа технологического процесса обмолота зерновых культур бильным барабаном статистическими методами / В.В. Радин, В.Н. Поляков // Совершенствование уборки зерновых культур: Тр. ЧИМЭСХ. Челябинск, 1974. - Вып. 73. - С. 41 - 51.

129. Райбман Н.С. Что такое идентификация / Н.С. Райбман. М.: Наука - 1970.-245 с.

130. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля / Р.В. Ротенберг М.: Машиностроение, 1972. - 392 с.

131. Рублев B.C. К вопросу классификации несущих конструкций сельскохозяйственных машин / B.C. Рублев // Эксплуатационная нагруженность и прочность сельскохозяйственных машин / РИСХМ: сб. ст. -Ростов н/Д, 1979. С. 64-72

132. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций/

133. A.А. Свешников М.: Наука, 1968. - 464 с.

134. Семенов В.М. Определение динамической нагруженности трансмиссий и работы буксования муфты сцепления при трогании с места/

135. B.М. Семенов, С.И. Кондрашкин, С.П. Контанистов //Автомобильная промышленность. 1978. - №2. - С. 23 - 25.

136. Серенсен С.В. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность: справ, пособие/ С.В. Серенсен, В.П. Когаев, P.M. Шнейдерович. -М.: Машиностроение, 1975. 488 с.

137. Силаев А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин/ А.А. Силаев М.: Машгиз, 1972. - 192 с.

138. Соломенцев Ю.М. Концепция CALS технологий/ Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов//Автоматизация и современные технологии. -2005.-№9. -С. 3-9.

139. Солодовников В.В. Статистическая динамика линейных систем автоматического управления / В.В. Солодовников М.: Физматгиз, 1960. -635 с.

140. Спиченков В.В. Проектирование несущих конструкций зерноуборочных машин с заданным уровнем надежности: дис. д-ра техн. наук: 05.20.04/ В.В. Спиченков Ростов н/Д, 1988. - 505 с.

141. Спиченков В.В. Оценка эксплуатационной надежности комбайна Дон-1500»/ В.В. Спиченков, Д.Д. Попов, А.Б. Шостенко // Тракторы и сельхозмашины. 1987. - № 9. - С. 39-41

142. Тарасик В.П. Теория автомобилей и двигателей: учеб. пособие / В.П. Тарасик, М.П. Бренч. Мн.: Новое знание, 2004. - 400 с.

143. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин / Е.С. Босой, О.В. Верняев, И.И. Смирнов, Е.Г. Султан-Шах. М.: Машиностроение, 1978. - 568 с.

144. Терликов В.В. Исследования динамических процессов при движении самоходных сельскохозяйственных машин с гидропневмоподвеской: дис. канд. техн. наук / 05.06.01. Ростов н/Д, 1979. -221 с.

145. Терских В.П. Крутильные колебания валопроводов силовых установок: В 4 т. Л.: Судостроение, 1971. - Т.4. - С. 65 - 67.

146. Технико-экономическое обоснование для комбайна «Дон-1500»: отчет ГСКБ при ОАО «Ростсельмаш». Ростов н/Д, 1998. - 56 с.

147. Технические основы создания машин// Инженерный журнал. 2004.- №9. С. 2 - 32

148. Труханов В.М. Методы обеспечения надежности изделий машиностроения / В.М. Труханов М.: Машиностроение, 1995. - 304 с.

149. Фролов К.В. Некоторые проблемы параметрических колебаний элементов машин / К.В. Фролов // Колебания и устойчивость приборов, машин и элементов систем управления. М.: Наука, 1968. - С. 5-20.

150. Хог Э. Прикладное оптимальное проектирование / Э. Хог, Я. Арора.- М.: Мир, 1983.-479 с.

151. Ходес И.В. Дестабилизирующее свойство управляемой оси колесной машины в режиме прямолинейного движения/ И.В. Ходес, И.А. Долгов, М.В. Бондаренко // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2006-№2.-С. 10-12.

152. Цитович И.С. Динамика автомобиля / И.С. Цитович, В.Б. Альгин -Минск: Наука и техника, 1981. 189 с.

153. Цитович И.С. Оценка надежности деталей машиностроения / И.С. Цитович, В.А. Дьяченко // Изв. АН БССР. Сер. физ.-техн. наук. 1978. - №4. -С. 82-91.

154. Чернышов К.В. Оптимальное управление демпфированием подвески на основе принципа максимума/ К.В. Чернышов, В.В. Новиков, И.М. Рябов //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006 - №2. - С. 1315.

155. Чудаков Д.А. Основы теории трактора и автомобиля / Д.А. Чудаков.- М.: Сельхозиздат, 1962. 312 с.

156. Шульгин Б.Д. Нагруженность несущих систем хлопкоуборочных машин /Б.Д. Шульгин // Тракторы и сельхозмашины. 1985. - № 9. - С. 33-36.

157. Шумаков Ю.В. Повышение ресурса и снижение металлоемкости зерноуборочных комбайнов / Ю.В. Шумаков // Машиностроитель. 1987. - № 9. С. 15.

158. Шуляков B.C. Колебания и нагруженность трансмиссии автомобиля / B.C. Шуляков М.: Транспорт, 1974. - 328 с.

159. Яценко Н.И. Нагруженность трансмиссии автомобиля и ровность дороги / Н.И. Яценко, B.C. Шупляков М.: Транспорт, 1967. - 164 с.

160. Яценко Н.Н. Колебания, прочность и форсирование испытаний грузовых автомобилей. М.: Машиностроение, 1972. - 372 с.

161. ESPRIT Europaeisches Strategisches Programm fur Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Informationstechnologie. Jahresbericht 1989: EGKS - EWG - EAG, Brussel, Luxemburg, 1990

162. FOCUS Das Digital Kundenmagazin: Digital Equipment GmbH, Munchen, 1991

163. MICRO CADAM: CADAM INC, 1985 Nort Buena Viesta Street, Burbank, California 91504, USA, 1987

164. Mikell P. Groover, Emory W. Zimmers, Jr. CAD/CAM: Computer-Aided Design and Manufacturing: Department of Industrial Engieering Lehigh University Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 07632, USA, 1984

165. Oden, J.T., and Reddy, J.N., «Mathematical Theory of Finite Elements» John Wiley and Sons, New York, 1972

166. Oden, J.T., «Finite Elements of Nonlinier Continua» McGraw Hill, New York, 1972

167. PROFESSIONAL CADAM: Dezentral entwerfen, konstruieren, fertigen: IBM Deutschland GmbH, Stuttgart, 1991

168. МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА.

169. Настоящая методика определяет виды и порядок работ по оценке колебаний ходовой системы на различных режимах работы комбайна.

170. На испытательном стенде определяется момент инерции массы корпуса молотилки с загруженным и незагруженным бункером.

171. Определяется развесовка комбайна по опорам (колесам) при загруженном и незагруженном бункере.

172. Рассчитываются координаты центров масс основных узлов комбайна.

173. Измеряется радиальная жесткость шин ходовых и управляемых колес при паспортном давлении.

174. Измеряется (или рассчитывается) крутильная суммарная жесткость привода на ход при различных положениях КПП.

175. Определяется (или рассчитывается) суммарный момент инерции при различных положениях КПП.

176. По соотношению частот колебаний в ходовой системе на принятых имитационных режимах принимается решение о необходимости конструктивных изменений ходовой системы, направленных на снижение автоколебаний.

177. Зав. каф. ОКМ проф. Андросов А.А. проф. каф. СМ Грошев Л.М. ассистент каф. ОКМ Партко С.А.в » О/Млб/Ut 2008г.1. Утверждаю»1. Д.т.1. Зам1. АКТ

178. ВНЕДРЕНИЯ МЕТОДИКИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА.

179. Настоящий акт составлен в том, что разработанная в ДГТУ методика выбора оптимальных колебательных параметров ходовой системы ЗУК нашла применение во ВНИИПТИМЭСХ.

180. Указанная методика нашла применение при анализе ходовых систем мобильных машин и машинно-тракторных агрегатов.от ДГТУд.т.н. профессор Грошев Л.М. ассистент Партко С.А.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ. УСКОРЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

РД 50-424-83

Москва

ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

РАЗРАБОТАНЫ Государственным комитетом СССР по стандартам ИСПОЛНИТЕЛИ

В.Ф. Курочкин, А.И. Кубарев, Е.И. Бурдасов, И.З. Аронов, Ж.Н. Буденная, К.А. Криштоф, Н.А. Сачкова, Т.Н. Дельнова, А.И. Кусков, Р.В. Кугель, В.П. Важдаев, К.И. Кузьмин, Л.Я. Подольский, Л.П. Лозицкий, А.Н. Ветров, В.Ф. Лопшов, В.Н. Любушкина, В.К. Медвежникова

ВНЕСЕНЫ Государственным комитетом СССР по стандартам

УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 10 октября 1983 г. № 4903

РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

Утверждены Постановлением Госстандарта от 10 октября 1983 г. № 4903, срок введения установлен с 1 января 1985 г.

Настоящие методические указания распространяются на изделия машиностроения и приборостроения и устанавливают основные принципы ускорения испытаний на надежность, которые рекомендуется применять при разработке нормативно-методической (программы и методики) и технической (испытательное оборудование) основ системы государственных испытаний продукции по ГОСТ 25051.0-81.

Основные понятия в области ускоренных испытаний на надежность и их определения приведены в справочном приложении.

. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

где CN,N и - срок службы N -гo объекта в выборке объема N , упорядоченной по возрастанию, при нормальных и ускоренных испытаниях, соответственно;

М - оператор математического ожидания.

Коэффициент пересчета показателей надежности, выраженных через календарную продолжительность, определяют по методу равных вероятностей (черт. 1), который заключается в следующем. На стадии предварительных исследований берут две случайные выборки из одной и той же партии изделий. Одна из них испытывается в нормальных условиях, другая - в режиме ускоренных испытаний. В процессе испытаний фиксируются моменты отказа изделий. По полученным экспериментальным данным находится функция K 1,p (см. черт. ) как геометрическое место точек, соответствующих равным квантилям р. Чтобы убедиться, что функция K 1,p, будет инвариантом производства, необходимо повторить эксперимент на нескольких партиях. При наличии функции K 1,p результаты ускоренных испытаний любой другой выборки приводятся к нормальным условиям.

Если же показатель надежности подсчитывают по наработке, то коэффициент пересчета равен единице.

Пересчет показателей надежности по методу равных вероятностей

С и С* - срок службы при нормальных и ускоренных испытаниях, соответственно; Р - вероятность недостижения предельного состояния; K 1,p - функция пересчета

где αi , αj - доли наработки в i -м нормальном и j -м форсированном режимах, соответственно;

Kji = 1 / Kij - коэффициент пересчета от j -го форсированного режима к i -му нормальному;

Ki - коэффициент пересчета от комплексного форсированного режима к i -му нормальному;

Kj - коэффициент пересчета от j -го форсированного к комплексному нормальному.

Ускоренными называются испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации в более короткий срок, чем в предусмотренных условиях и режимах эксплуатации. Ускоренные испытания бывают сокращенными и форсированными.

Сокращенные испытания - ускоренные испытания без интенсификации процессов, вызывающих отказы или повреждения. В сокращенных испытаниях уменьшение сроков получения показателей надежности достигается за счет прогнозирования поведения объекта испытаний на период, больший, чем продолжительность испытаний.

Форсированные испытания - ускоренные испытания, основанные на интенсификации процессов, вызывающих отказы или повреждения. При форсированных испытаниях проводится преднамеренное увеличение скорости утраты работоспособности изделия.

Ускоренные испытания разрабатываются с целью сокращения сроков проведения испытания по сравнению с нормальными испытаниями, т.е. испытаниями, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации в такой же срок, как и в предусмотренных НТД условиях и режимах эксплуатации для данного изделия /23/.

Основной характеристикой ускоренных испытаний является коэффициент ускорения - число, показывающее, во сколько раз продолжительность ускоренных испытаний меньше продолжительности испытаний, проведенных в предусмотренных условиях и режимах эксплуатации (нормальных испытаний).

Коэффициент ускорения может исчисляться по наработке и по календарному времени. Коэффициент ускорения по наработке - отношение наработки изделия в нормальных испытаниях к наработке в ускоренных испытаниях. Коэффициент ускорения по к а лендарному времени - отношение календарного времени нормальных испытаний к календарному времени ускоренных испытаний.

При разработке ускоренных испытаний для конкретного вида изделий необходимо в первую очередь установить принцип ускоренных испытаний, затем на основании сформулированного принципа выбрать метод и режим ускоренных испытаний /22/. Принцип ускоренных испытаний - совокупность теоретических и экспериментально обоснованных закономерностей или допущений, на использовании которых основано проведение испытаний с сокращением их продолжительности. Метод ускоренных испытаний - совокупность правил применения принципов ускоренных испытаний для получения показателей надежности определенных групп или видов изделий. Режим ускоренных испытаний - режим, предусмотренный применяемым принципом и методом ускоренных испытаний и обеспечивающий сокращение продолжительности испытаний.

Режим ускоренных испытаний может быть нормальным (для сокращенных испытаний), форсированным (для форсированных испытаний), комбинированным при чередовании нормального и форсированного режимов (при форсированных испытаниях).

Нормальный режим - режим, при котором значения его параметров находятся в пределах, установленных в технической документации для нормальной эксплуатации испытуемого изделия. Частным случаем нормального режима является номинальный режим испытания, соответствующий установленным параметрам внешних воздействий, принимаемых обычно за начало отсчета допустимых отклонений.

Форсированный режим - режим испытаний, обеспечивающий увеличение интенсивности процессов утраты работоспособности по сравнению с нормальным режимом. Форсированный режим может достигаться за счет изменения одного или одновременно нескольких форсирующих факторов.

Форсирующим фактором называется составляющая режима испытаний, изменение параметров которой по сравнению с режимом нормальных испытаний приводит к интенсификации процессов, вызывающих отказ или повреждение. В качестве форсирующего фактора используют усилие (момент), скорость (частоту), температуру, влажность среды, абразивность среды, химическую агрессивность среды и т.д.

Показатели надежности, полученные по результатам ускоренных испытаний, можно пересчитать для нормального режима при условии, что физические процессы разрушения при форсированных и ускоренных испытаниях одинаковы. Поэтому режимы ускоренных испытаний и форсирующий фактор могут изменяться при ускорении процесса испытаний только до определенного предела, называемого предельной нагрузкой . Такой нагрузкой является предельно допустимый уровень форсирующего фактора, обеспечивающий максимально возможную степень форсирования испытаний при сохранении идентичности картины разрушения в условиях ускоренных и нормальных испытаний и выполнении предпосылок, положенных в основу выбранного принципа ускоренных испытаний.

Результаты нормальных и ускоренных испытаний будут сопоставимы, если при соблюдении идентичности природы разрушения получаемые значения показателей надежности будут одинаковы, т.е.

где R(t н), R(t y) - показатели надежности при нормальном и ускоренном режимах соответственно.

При экспоненциальном распределении для вероятности безотказной работы условие (7.26) запишется в виде

, (7.27)

где  н,  у - интенсивность отказов в нормальном и ускоренном режимах испытаний соответственно.

Если коэффициент ускорения по наработке
, то из (7.27) получаем, что интенсивность отказов в нормальном режиме должна составлять

. (7.28)

Для распределения Вейбулла с плотностью
условие равной вероятности безотказной работы при нормальном и ускоренном режимах испытаний (7.26) принимаетвид

. (7.29)

Отметим, что в этих выражениях параметр масштаба  (или Т 1 =1/ , см. разд.4.5, формулы (4.33)-(4.35)) не является интенсивностью отказов; интенсивность отказов при распределении Вейбулла является функцией времени (наработки) и описывается формулой (4.35).

Из условия (7.29) следует, что параметр масштаба в нормальном режиме должен составлять

. (7.30)

Если ускоренные испытания проводятся с целью определения средней наработки, которая для распределения Вейбулла

, (7.31)

то из условия
будем иметь

(использовано одно из свойств гамма-функции: Г(x+1)=xГ(x)).

Отсюда параметр масштаба в нормальном режиме при испытаниях с целью определения средней наработки до отказа (среднего ресурса) в случае распределения Вейбулла должен составлять

. (7.33)

К основным принципам ускоренных испытаний относятся /22/:

Уплотнение рабочих циклов;

Экстраполяция по времени;

Усечение спектра нагрузок;

Учащение рабочих циклов;

Принцип сравнения;

Экстраполяция по нагрузке;

Принцип «доламывания»;

Принцип «запросов».

Уплотнение рабочих циклов применяется при испытании изделий, которые в эксплуатации имеют большие перерывы в работе. На сокращении этих перерывов основано ускорение испытаний. Примером использования принципа уплотнения рабочих циклов могут служить испытания машин с сезонной загрузкой. В этом случае, сокращая или совсем ликвидируя известные перерывы в эксплуатации, связанные с ночным временем, нерабочими климатическими периодами и т.п., можно добиться значительного коэффициента ускорения по календарному времени.

Экстраполяция по времени основана на гипотезе о возможности достаточно достоверной оценки закономерностей процесса накопления повреждений по начальным этапам процесса. При этом испытания в нормальном режиме проводятся лишь на некотором начальном участке работы изделия, включающем выход в стационарный режим повреждения, измеряется параметр, определяющий накопленное повреждение, а затем эти результаты экстраполируются до перехода в неработоспособное (предельное) состояние. Экстраполяция проводится графически или аналитически.

Практически при всяком детерминированном изменении накопленного повреждения  (например, величины износа) во времени t путем соответствующего преобразования координат стационарный процесс его накопления можно отобразить в линеаризованном виде.

Выравнивание методом наименьших квадратов в этом случае сводится к отысканию коэффициентов а и b уравнения линейной регрессии

. (7.34)

Значение этих коэффициентов определяется на основе результатов испытаний по значениям повреждения  i (величины накопленного износа), соответствующим определенным моментам времени t i .

При этом искомые коэффициенты уравнения (7.34) могут быть определены по формулам:

;

, (7.35)

где m - число парных значений t i и  i .

Для каждого момента времени t i вычисляется статистическая оценка дисперсии
по формуле

. (7.36)

где m i - число экспериментальных точек, полученных в момент времени t i , (число реализации процесса); j - порядковый номер экспериментальных точек, полученных в момент времени t i (1 < j ≤ m i);
- оценка математического ожидания (среднее арифметическое) процесса(t), определяемая по всем реализациям процесса, наблюдаемым в момент t i , т.е.

.

Для стационарного процесса повреждения (изнашивания) результаты испытаний по дисперсии выравниваются квадратической зависимостью вида

.

Если величина a 2 t 2 в пределах изучаемого интервала времени оказывается незначительной по сравнению с a 1 t, то последним слагаемым можно пренебречь. Если a 1 t << a 2 t 2 , то считают, что процесс характеризуется доминирующим влиянием начального качества образцов. Экстраполяция для такого процесса может быть осуществлена на основе испытаний как минимум нескольких образцов.

Для эргодического процесса оценка ресурса может быть получена испытаниями даже одного образца, но достаточно большой продолжительности.

Практически можно считать, что экстраполяция по времени дает удовлетворительную оценку долговечности при продолжительности испытаний не менее 40…70% ресурса изделия. Этот принцип может применяться для изделий, процессы исчерпания ресурса которых достаточно хорошо изучены. Вообще, проблема экстраполяции по времени требует решения в каждом конкретном случае трех основных задач /22/:

1) выбора уравнения состояния, достаточно надежно описывающего экспериментальные результаты в области изменения параметров испытаний;

2) исследования поведения выбранного уравнения вне области эксперимента, что сводится к определению оценки точности прогнозирования;

3) выбора объема экспериментальных данных, обеспечивающих надежный прогноз на заданный срок службы.

Так, в результате многочисленных исследований, проведенных в нашей стране и за рубежом, для прогнозирования длительной прочности конструкционного металла на сроки службы более 100 тыс. час. рекомендована температурно-временная зависимость типа

,

где a, n, b, c - параметры-константы, отражающие индивидуальные особенности материала; Т - абсолютная температура;  - напряжение.

Усечение спектра нагрузок заключается в отбрасывании определенной части нагрузок, не оказывающих заметного повреждающего воздействия на объект испытаний. Большинство реальных машин и их элементов подвержены в условиях эксплуатации воздействию определенного спектра случайных или периодически повторяющихся нагрузок. Точное воспроизведение этого спектра нагрузок представляет значительные технические трудности, поэтому в большинстве случаев проводят статистический анализ повторяемости нагрузок различных уровней в эксплуатационном спектре нагружения объекта и составляют программный блок нагрузок, имитирующий с той же степенью приближения спектр эксплуатационных нагрузок.

При испытаниях изделия многократно воспроизводят программный блок нагрузок, а ресурс, полученный в результате программных испытаний, считают оценкой ресурса изделия в эксплуатационных условиях. Недостаток такого подхода - большая длительность испытаний для изделий высокой надежности. С целью сокращения длительности программных испытаний в определенных случаях может быть использован принцип усечения спектра нагрузок.

Частным случаем усечения спектра нагрузок является использование из всего рабочего цикла, состоящего из пуска, установившегося движения и останова, только двух элементов - пуска и останова. Целесообразность применения этого принципа основана на свойствах некоторых механизмов сохранять высокую износостойкость при установившемся движении, которое характеризуется гидродинамическим трением. Во время пуска или останова наблюдается граничное или даже сухое трение, приводящее к значительному износу рабочих поверхностей.

Исходя из предположения, что установившееся движение не приводит к существенному износу, в испытаниях воспроизводят режим пусков и остановов. Ресурс при этом пересчитывают по следующей формуле, пренебрегая временем пусков и остановов:

,

где N - число пусков-остановов; - средняя продолжительность интервала между пусками, определяемая по данным эксплуатации или расчетным методом с учетом функционального назначения испытываемого объекта.

Испытания по этому принципу дают несколько завышенную оценку ресурса, но в большинстве случаев вполне приемлемую для практического использования.

Форсирование пусками-остановами применяется при ускоренных испытаниях коробок передач, муфт сцепления, электродвигателей и других механизмов и агрегатов, работающих в циклических режимах эксплуатации.

Принцип учащения рабочих циклов основан на увеличении частоты циклического нагружения или скорости движения под нагрузкой испытуемого элемента изделия. Предполагается, что долговечность изделия, выраженная в количестве циклов до предельного состояния, не зависит от частоты приложения нагрузки. При этом коэффициент ускорения определяется заранее из выражения

,

где f y , f н - частота приложения нагрузки соответственно при ускоренных и нормальных испытаниях.

Принцип учащения рабочих циклов используется при стендовых испытаниях изделий и их элементов. Коэффициент ускорения ограничивается скоростными возможностями испытательного оборудования, а иногда и возникновением сопутствующих процессов (например, повышением температуры), искажающих прямой переход к нормальным условиям по частотам.

Модификацией принципа учащения рабочих циклов является проведение испытаний подвижных сопряжений деталей машин на изнашивание при повышенных скоростях скольжения v.

Выражая ресурс по износу в виде накопленного пути трения L и считая в первом приближении, что L y = L н (это условие может быть корректно применено к процессу изнашивания лишь в очень ограниченном диапазоне изменения скоростей скольжения), можно определить коэффициент ускорения: k y = V y /V н.

Для практической реализации этого принципа необходимо сохранение параметров, определяющих физические условия трения, в тех же пределах, что и при нормальных испытаниях. Так, для поддержания заданного температурного режима необходимо в ускоренных испытаниях использовать охлаждение поверхностей трения. Кроме того, увеличение частоты вращения, например, для подшипников скольжения может замедлить процесс изнашивания благодаря переходу от граничного к гидродинамическому трению.

Вообще, применение принципа учащения рабочих циклов требует экспериментального обоснования режимов ускоренных испытаний во избежание получения несопоставимых результатов.

Принцип сравнения основан на проведении испытаний изделия в форсированном режиме и пересчете полученных результатов с помощью известных данных по эксплуатации аналогичных изделий.

В зависимости от имеющейся информации оценка надежности изделий производится тремя способами:

1) сравнением долговечности двух изделий по результатам только форсированных испытаний;

2) сравнением долговечности изделий, испытываемых в форсированном режиме, с результатами испытаний в этом режиме изделия-аналога и данными его эксплуатации;

3) пересчетом результатов испытаний изделий в форсированном режиме применительно к нормальному режиму по имеющейся зависимости ресурса от уровня нагрузки.

Первый способ применяется в чисто сравнительных испытаниях двух изделий при выявлении более долговечного из них. При этом считается, что изделие, проработавшее больше в форсированном режиме, имеет больший ресурс и в нормальных условиях. Это правомерно при условии, что зависимости ресурса от уровня форсирующего фактора для сравниваемых изделий не пересекутся в интервале от номинального до форсированного уровней форсирующего фактора.

Второй способ предполагает наличие информации о долговечности изделия-аналога в форсированном и нормальном режимах. Определяемый из этой информации коэффициент ускорения для аналога умножается на значение наработки до предельного состояния, полученной при испытании нового изделия в форсированном режиме. Такая оценка производится в предположении, что физические свойства, определяющие зависимость ресурса от уровня форсирующего фактора, у нового изделия и изделия-аналога близки. Этот способ наиболее приемлем для испытания новых изделий массового производства, по которым имеется обширная информация о надежности предыдущих модификаций.

Третий способ основан на пересчете результатов форсированных испытаний посредством имеющейся зависимости ресурса изделия от нагрузки.

Принцип «доламывания» является достаточно универсальным принципом ускорения испытаний, который применяется при ресурсных испытаниях элементов машин и конструкций на усталость, изнашивание и длительную прочность.

Для пояснения этого принципа в применении к задачам ускоренной оценки ресурса изделия при некотором эксплуатационном режиме нагружения представим себе, что мы имеем несколько однотипных изделий с различными наработками при эксплуатационном режиме нагружения. В общем случае эти изделия в результате различной продолжительности эксплуатации получают различную степень повреждения в зависимости от той доли, которую составляет их эксплуатационная наработка от всего ресурса при том же эксплуатационном режиме нагружения. Однако, не зная ресурса изделия при эксплуатационном нагружении, невозможно оценить эту долю в предположении о линейном суммировании повреждений, когда доля вносимого в единицу времени повреждения постоянна и не зависит от начала отсчета по шкале времени.

Принцип «доламывания» предполагает для оценки степени повреждения объекта испытаний за время эксплуатационной наработки подвергнуть объект испытаний воздействию форсированного режима нагружения и на этом режиме довести объект до предельного состояния («доломать» его).

В результате «доламывания» объекта оценивается его остаточный ресурс на форсированном режиме. Путем сравнения полученного остаточного ресурса объекта с полным ресурсом нового (без предварительной эксплуатационной наработки) объекта того же типа на форсированном режиме нагружения оценивается степень повреждения (степень исчерпания ресурса) объекта за время его эксплуатационной наработки. Если полный ресурс объектов испытаний на форсированном режиме нагружения не известен, необходимо несколько новых объектов из той же партии испытать на этом режиме до предельного состояния и оценить таким образом средний ресурс объектов при форсированной нагрузке, что не займет много времени при правильном выборе коэффициента форсирования нагрузки.

Принцип «запросов» применяется при ускоренных испытаниях изделий машиностроения, отказ которых обусловливается постепенным накоплением износных повреждений, проявляющихся в монотонном изменении уровня контролируемого выходного параметра (износа лимитирующего элемента, производительности, расхода энергии и др.).

Ускоренные ресурсные испытания по принципу запросов предназначены для ориентировочной оценки ресурса испытываемого образца изделия до достижения заданного предельного износа или оценки износа, соответствующего заданной наработке изделия в нормальном режиме. Под износом здесь понимается изменение любого параметра, характеризующего степень постепенной утраты испытуемым изделием ресурса. Износ отсчитывается от начала испытаний.

Принцип «запросов» применим для объектов со стационарным и нестационарным изнашиванием в нормальном режиме. Наиболее эффективно использование данного метода для нестационарного изнашивания, когда интенсивность изнашивания (или скорость размерного износа) зависит от величины накопленного износа. При наличии информации о стационарности изнашивания объекта в эксплуатации целесообразнее использование методов сокращенных испытаний (ускоренных испытаний, не связанных с форсированием режимов).

Испытания по принципу «запросов» проводятся при последовательном ступенчатом чередовании нормального и форсированного режимов в процессе испытаний каждого образца. В процессе испытаний устанавливается зависимость интенсивности изнашивания в нормальном режиме от уровня накопленного изделием износа при условии, что эта зависимость, полученная по результатам ступенчатых испытаний, справедлива для процесса изнашивания в нормальном режиме в интервале от момента окончания приработки до накопления предельного износа. Ускоренное получение всего необходимого ряда уровней накопленного износа обеспечивается испытаниями на ступенях с форсированным режимом (форсированных ступенях).

Достоверность результатов испытаний кроме прочих факторов (погрешности измерений и т.п.) определяется правильностью выбора вида функции изменения интенсивности изнашивания от уровня накопленного изделием износа (или соответствующей функции накопления износа от времени). В процессе обработки результатов испытаний возможна корректировка с целью выбора функции, отличной от предварительно выбранной и приводящей к меньшей по сравнению с ней погрешностью результатов.

При испытаниях по данному методу в качестве нормального режима на соответствующих ступенях применяют любой режим, по отношению к которому оценивается ресурс изделия: постоянный режим, режим с циклическим или стационарным случайным изменением уровня внешних нагрузочных воздействий и др. Параметры нормального режима должны задаваться нормативно-технической документацией, отражающей требования к надежности изделия. При отсутствии таких требований параметры нормального режима назначают в соответствии с требованиями работы изделия в эксплуатации по общим правилам выбора режимов нормальных ресурсных испытаний.

Форсированный режим должен быть выбран таким, чтобы скорость изнашивания на каждой ступени с нормальным режимом (нормальной ступени) при данном значении износа (или в данном диапазоне износа) не зависела от того, при каком режиме был накоплен этот износ - форсированном или нормальном.

К возможным причинам невыполнения этого требования относятся следующие:

а) форсированный режим обладает свойством избирательности по отношению к отдельным элементам изделия, что приводит к изменению относительного распределения износа:

Между отдельными деталями и узлами изделия;

Между поверхностями трения сопряжения;

По отдельным участкам одной и той же поверхности трения и т.п.;

б) форсированный режим приводит к значительным изменениям физико-химического состояния поверхностей трения по отношению к условиям работы в нормальном режиме или изменениям, совершенно не свойственным таким условиям, например, пластическому деформированию поверхностных слоев, шаржированию абразивных частиц на поверхности трения, образованию дополнительных вторичных структур и др.

Отсутствие последействия режима в отношении скорости изнашивания на последующей нормальной ступени можно подтвердить непосредственно в процессе испытаний нескольких образцов изделия по настоящему методу. С этой целью испытания двух образцов строятся так, что износ, накопленный в одном из.образцов в нормальном режиме после первой форсированной ступени, достигается другим образцом путем испытаний только в нормальном режиме. При этом скорость изнашивания в нормальном режиме после форсированной ступени для одного образца сопоставляется с аналогичной скоростью изнашивания для второго образца.

Испытания каждого испытуемого образца методом запросов начинают с приработочной ступени, проводимой в режиме, установленном для приработки данного изделия. После окончания ступени производят измерение приработочного износа.

На правах рукописи ПАНЬКОВ АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Специальность 05.11.15 - Метрология и метрологическое обеспечение Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук г. Москва 2016 г. 2 Работа выполнена в Федеральном Государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы» Российской Федерации. Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Кудеяров Юрий Алексеевич, Главный научный сотрудник ФГУП «ВНИИМС» Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Данилов Александр Александрович, Заместитель директора Пензенского ЦСМ доктор технических наук Левин Александр Давидович, ведущий научный сотрудник ФГУП «ВНИИОФИ» Ведущая организация: Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана Защита диссертационной работы состоится «___» ___________ 2016 г. в ___ : ___ на заседании диссертационного совета Д 308.001.01 в ФГУП «ВНИИМС» по адресу: 119361, Москва, ул. Озерная, д.46. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ВНИИМС». Автореферат разослан «___» ___________ 2016 г. Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Лысенко В.Г. 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы Подавляющее большинство современных средств измерений представляют собой автоматизированные приборы, которые включают в себя или сопровождаются программным обеспечением. Хорошо известно, что использование ПО в СИ приводит к появлению рисков, связанных как с внутренними свойствами самого ПО, так и с возможностью внешнего воздействия на него. Это приводит к тому, что всё чаще ставятся вопросы о доверии к результатам измерений, полученным с применением такого СИ, о степени влияния программного обеспечения на метрологические характеристики СИ и об уровне его защищённости от внешних воздействий, могущих привести к искажению измерительной информации. Отсюда следует, что одной из основных задач работников метрологических служб в современных условиях является задача оценки и минимизации рисков, связанных с использованием ПО в СИ. Актуальность данной проблемы на законодательном метрологическом уровне была в свое время обозначена таким авторитетным деятелем в области законодательной метрологии, как директор МОЗМ J.F. Magana, который в бюллетене МОЗМ v. XLIX, N 2, 2008 отметил, что современные СИ в ряде случаев оснащены таким ПО, которое может радикально расширять и видоизменять функциональные возможности СИ. При этом органы, ответственные за утверждение типа СИ, в ряде случаев по тем или иным причинам не способны дать корректные и исчерпывающие ответы на вопросы, связанные с защищенностью ПО и измеренных данных, а также гарантировать в сложившейся ситуации их достоверность. Эти проблемы являются решающими для законодательной метрологии, чьей задачей является обеспечение доверия к результатам измерений, полученными средствами измерений, функционирующими без систематического и постоянного надзора со стороны компетентных метрологических органов. Если технологии защиты информации не будут использоваться в этих средствах измерений, доверие не может быть обеспечено, и все другие метрологические и технические решения, поставляемые законодательной метрологией, будут иметь очень ограниченный интерес. В отечественных нормативных документах федерального уровня указание о необходимости проведения оценки влияния ПО на метрологические характеристики СИ и уровня его защищенности закреплено в п. 1 и 2 ст. 9 Федерального закона РФ «Об обеспечении единства измерений» и в приказах Минпромторга России от 30 ноября 2009 г. №1081 и Минэкономразвития России от 30 мая 2014 г. № 326. Указанные нормативные документы устанавливают необходимость проведения оценки ПО СИ, но не поясняют механизм и методику ее осуществления. Из сказанного следует, что вопросы, связанные с разработкой, исследованием и совершенствованием методов оценки и испытаний ПО СИ являются актуальными, и их рассмотрение вызвано насущными и реальными проблемами, стоящими перед разработчиками, пользователями и испытателями автоматизированных средства измерений. 4 Таким образом, возникает важная научно-техническая задача научного обоснования, разработки, исследования и совершенствования методов испытаний и оценки характеристик и свойств ПО СИ. Решению этих задач посвящена предлагаемая диссертационная работа. Цель диссертационной работы Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов испытаний ПО СИ, в том числе опорного ПО, и выработка критериев оценки характеристик и свойств ПО СИ. Задачи исследования Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие научные и практические задачи: 1. Провести анализ и исследование существующих требований к программному обеспечению СИ, контролируемому законодательной метрологией, с целью обоснования выбора оптимального набора требований. 2. Провести анализ и исследование существующих методов проверки и критериев оценки качества (характеристик и свойств) ПО СИ с целью их дальнейшего совершенствования. 3. Разработать типовую методику проведения испытаний ПО СИ. 4. Разработать опорное программное обеспечение для испытаний ПО СИ цифровых подстанций в соответствии с протоколом IEС 61850-9-2. 5. Исследовать метод испытания программного обеспечения, основанный на перекрестной проверке (кросс-валидации), и сформулировать количественный критерий оценки качества (характеристик и свойств) ПО. 6. Исследовать возможность применения критериев адекватности аппроксимирующих функций (коэффициентов детерминации, информационных критериев и критерия Колмогорова) в методе калибровочных кривых. Объект исследования Программное обеспечение средств измерений. Методы и средства исследования В работе применялись эмпирические и теоретические методы исследования (методы анализа и синтеза, сравнения и моделирования). Теоретические исследования осуществлялись методами программного и математического моделирования с использованием аппарата математической статистики, численных методов математического анализа, которые послужили основой для разработки и реализации программных алгоритмов в средах C Builder, Mathcad, Dreamweaver. Эмпирические исследования проводились в ФГУП «ВНИИМС» и базировались на сравнении полученных теоретических выводов с экспериментальными результатами исследований, проводимых на реальных массивах данных измерений, полученных от компаний ООО «Теквел», ООО «Систел» и ООО «Компания ДЭП» и ООО «ЭнергопромАвтоматизация». Научная новизна работы заключается в следующем: 1. По результатам проведенного анализа и исследований обоснован оптимальный набор требований к ПО СИ и определен порядок проведения испытаний ПО при испытаниях автоматизированных СИ с целью утверждения типа, реализованный в рекомендациях Росстандарта по метрологии Р 50.2.077 – 2014. 2. На основе предложенного набора требований разработан ряд опорных программных продуктов для испытаний ПО СИ, в том числе ПО цифровых подстанций в соответствии с протоколом IEC 61850-9-2. 3. На основе проведенного анализа и полученных результатов исследований разработаны два национальных стандарта, содержащие требования к ПО СИ и усовершенствованный вариант типовой методики испытаний такого ПО. 4. Экспериментально подтверждена возможность использования метода перекрестной проверки (кросс-валидации) при оценке и подборе модельно зависимых параметров качества передаваемой электроэнергии. 5. Наряду с известными информационными критериями показана возможность применения критерия Колмогорова для отбраковки неадекватных модельных функций в методе калибровочных кривых. Основные положения, выносимые на защиту 1. Разработанная методика проверки уровня защищенности и идентификационных признаков ПО позволяет проводить его испытания при испытаниях СИ для целей утверждения типа. 2. Разработанные национальные стандарты и опорные ПП позволяют проводить испытания ПО СИ, в том числе ПО цифровых подстанций в соответствии с протоколом IEС 61850-9-2. 3. Подход, основанный на использовании метода кросс-валидации и количественного критерия оценки качества ПО применим для оценки значений модельно-зависимых параметров. 4. Критерий Колмогорова может быть эффективно использован в методе калибровочных кривых для отбраковки неадекватных модельных функций. Практическая ценность работы Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты позволяют принципиально усовершенствовать процедуру испытаний в целях утверждения типа средств измерений за счет введения дополнительных методов проверки ПО СИ, что, в свою очередь, позволяет: - повысить доверие к результатам измерений, полученным с применением такого СИ, - убедиться в отсутствии несанкционированного доступа к метрологически значимой части ПО СИ и данным; 6 - установить уровень защищенности ПО СИ; - провести оценку влияния ПО СИ на МХ СИ; - ускорить и удешевить процедуру проверки ПО СИ цифровых подстанций. Достоверность и обоснованность Достоверность и обоснованность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректностью применения логического и математического аппарата; достаточным объемом и результатами испытаний ПО СИ, выполненных в аккредитованных лабораториях организациями, проводящими испытания в целях утверждения типа средств измерений; достаточным объемом и результатами испытаний ПО, выполненных в СДС ПО СИ ФГУП «ВНИИМС», СДС ПО СИ и АПК АНО «МИЦ»; использованием для тестирования и отладки опорного ПО эталонных пар данных. Реализация и внедрение результатов работы Результаты исследований были использованы при разработке рекомендаций по метрологии, методик института, национальных стандартов и большого количества работ, проводимых в рамках системы добровольной сертификации ПО СИ. В их числе: 1. Национальный стандарт ГОСТ Р 8.654-2015 «ГСИ. Программное обеспечение средств измерений. Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения»; 2. Национальный стандарт ГОСТ Р 8.883-2015 «ГСИ. Программное обеспечение средств измерений. Алгоритмы обработки, хранения, защиты и передачи измерительной информации. Методы испытаний»; 3. Рекомендации Росстандарта по метрологии Р 50.2.077-2014 ГСИ. Испытания средств измерений в целях утверждения типа. Проверка защиты программного обеспечения; 4. Методика института МИ 3455-2015 «Требования к программному обеспечению для тестирования средств измерений, осуществляющих генерацию и/или передачу выборок результатов измерений мгновенных значений тока и напряжения в соответствии с стандартом МЭК 61850-92LE»; 5. Методика института МИ 3464-2015 «Требования к структуре Ethernet кадра SV сообщений в соответствии с серией стандартов МЭК 61850»; 6. Опорное ПО, используемое при сертификационных испытаниях ПО СИ цифровых подстанций в рамках СДС ПО СИ ФГУП «ВНИИМС» (работы велись с компаниями ООО «Теквел», ООО «Систел» и ООО «Компания ДЭП»); 7. Методы испытаний ПО СИ и критерии оценки качества (характеристик и свойств) ПО при сертификационных испытаниях ПО в рамках СДС ПО СИ ФГУП «ВНИИМС»; 8. Стандарт организации по испытаниям ПО СИ, проводимых в институте, являющийся составной частью системы менеджмента качества ФГУП «ВНИИМС». Апробация работы Основные результаты работы доложены и обсуждены на региональных, всероссийских и международных конференциях и семинарах: - Международный научно-технический семинар «Математическая, статистическая и компьютерная поддержка качества измерений», г. СанктПетербург, 2006г.; - IV Научно-практическая конференция «Метрологическое обеспечение измерительных систем», г. Пенза, 2007г.; - Отраслевая научно-практическая конференция когенерация 2014», г. Москва, 2014г.; «Теплоснабжение и - XVI Всероссийская научно-техническая конференция «Метрологическое обеспечение энергетических ресурсов», г. Анапа, 2014г.; - 1-я Всероссийская научно-практическая конференция «Современное состояние законодательства в области метрологии, экологической и промышленной и пожарной безопасности», г. Южно-Сахалинск, 2014г.; - Однодневный семинар, посвященный новой версии Рекомендаций к методикам «Испытания средств измерений в целях утверждения типа. Проверка защиты программного обеспечения», Москва, 2014г.; - IX Всероссийская научно-практическая конференция «ВЕСЫ-2014», г. Туапсе, 2014г.; - Региональная конференции ассоциации «Автометхим», г. Нижнекамск, 2014г.; - Региональная научно-практическая конференция «Автоматизация и метрологическое обеспечение технологических процессов», г. Томск, 2015г.; - Всероссийская конференция главных метрологов предприятий химического и нефтехимического комплекса, г. Воскресенск, 2015г.; - XIII Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы измерений», МГТУ им. Н.Э. Баумана, кафедра «Метрология и взаимозаменяемость», г. Москва, 2015г.; 8 - Научная конференция молодых специалистов метрологических институтов, посвященная 90-летию Росстандарта, г. Москва, 2015г.; - Однодневный технический семинар Безопасность», г. Находка, 2015г.; «Автоматизация. Метрология. - Семинар КООМЕТ в рамках PTB - COOMET проекта «Поддержка регионального сотрудничества между странами-членами региональной метрологической организации КООМЕТ», г. Минск, 2015г.; - 9-я научно-практическая конференция «Метрологическое обеспечение измерительных систем», г. Пенза, 2015г.. Публикации Материалы диссертации опубликованы в 16 научных работах, из которых 5 в изданиях, входящих в перечень ВАК. Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами к каждой из них, выводов, заключения и библиографии из 113 наименований. Общий объем диссертации изложен на 170 страницах машинописного текста, содержит 14 рисунков, 12 таблиц и 2 приложения. 2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении показана важность и актуальность работы, сформулирована цель и задачи исследования, аргументирована научная новизна исследования и практическая значимость результатов работы, представлены выносимые на защиту научные положения и сведения об апробации работы. В первой главе осуществлено выделение программного обеспечения средств измерений как объекта исследования и рассмотрено его правовое регулирование в существующей системе нормативно-правовых актов РФ. Был проведен анализ состояния вопроса в области регламентации требований к ПО СИ на основе обширного списка отечественных и международных документов (Рисунок 1). Проведенный анализ показал, что: 1. Проблема установления и регламентации требований к ПО СИ нашла свое отражение в большом количестве отечественных и международных документах. 2. Упоминание о необходимости проверки ПО СИ в Директиве Евросоюза по средствам измерений в 2004 г. послужило основой для развития этого направления во всем мире, в результате чего были разработаны основные рекомендательные документы ряда метрологических организаций, таких как МОЗМ, КООМЕТ, WELMEC. 10 3. Отечественные метрологические институты и центры ведут активные работы в рассматриваемой области, используя за основу, как вышеуказанные международные нормативные документы, так и собственные разработки. 4. Обзор отечественных нормативных документов и публикаций, а также анализ зарубежного опыта в рассматриваемой области показали, что существующая отечественная нормативная база в отношении требований к ПО СИ находится на высоком уровне и оптимально гармонизирована с требованиями к ПО СИ, предъявляемых в ведущих странах мира. При этом, отечественные нормативные документы учитывают Российскую специфику применения требований к ПО СИ: отсутствие классов риска, расширенные требования к идентификационным признакам ПО, упрощенную, в оговоренных случаях, процедуру проверки защиты ПО СИ, декларирование ряда характеристик ПО (Рисунок 3). 5. Среди многообразия рассмотренных документов основополагающими для установления требований к ПО СИ и в последствии его испытаний являются документы: - ГОСТ Р 8.654 Требования к программному обеспечению средств измерений. - ГОСТ Р 8.839-2013 Государственная система обеспечения единства измерений. Общие требования к измерительным приборам с программным управлением. - Р 50.2.077-2014 ГСИ. Испытания средств измерений в целях утверждения типа. Проверка защиты программного обеспечения. - МИ 2174-91. Рекомендация. ГСИ. Аттестация алгоритмов и программ обработки данных при измерениях. Основные положения. Результатом исследовательской работы стала актуализация стандарта ГОСТ Р 8.654, который с 1 марта 2016 г. вступил в силу в новой редакции. Вторая глава работы посвящена исследованию существующих и разработке новых методов и методик тестирования ПО СИ, а также выработке критериев оценки качества ПО СИ. Существующие на сегодня методы тестирования ПО не позволяют однозначно и полностью выявить все дефекты анализируемой программы, поэтому все существующие методы тестирования действуют в рамках процесса проверки исследуемого или разрабатываемого программного обеспечения. Такой процесс может доказать, что дефекты отсутствуют с точки зрения используемого метода, а его реализация не сводится к следованию строгим и чётким процедурам или созданию таковых. В первом разделе второй главы был проведён анализ существующих методик, применяемых при испытаниях программное обеспечение средств измерений в результате чего удалось выявить ряд особенностей, их характеризующих: методики проверки должны учитывать особенности, характерные для ПО СИ, а процесс проверки представляться следующими основными этапами: - разработка тестов; - проведение тестирования; - обработка результатов тестирования. При этом, методика проверки ПО должны учитываться требования, предъявляемые к ПО СИ: - ПО должно иметь структуру с выделением метрологически значимой части; - данное ПО реализует алгоритмы, сбора, передачи и обработки данных, т.е. к таким алгоритмам применяются требования к точности; - ПО должно иметь набор идентификационных признаков; - ПО и данные измерений должны иметь средства защиты от несанкционированных и случайных изменений. Исследование существующих методик испытаний ПО СИ показали, что наиболее предпочтительным является подход, изложенный в рекомендациях ФГУП «ВНИИМС» МИ2955-2010 «ГСИ. Типовая методика аттестации программного обеспечения средств измерений», т.к. он учитывает специфику метрологического ПО, носит универсальный характер и не зависит от типа СИ, а также основывается на международном опыте тестирования ПО СИ. Структура документа показана на Рисунке 2. Результатом исследовательской работы стала переработка и актуализация в данного документа, который с 1 марта 2016 г. вступил в силу в статусе государственного стандарта ГОСТ Р 8.883-2015 «ГСИ. Программное обеспечение средств измерений. Алгоритмы обработки, хранения, защиты и передачи измерительной информации. Методы испытаний». 12 Методам тестирования ПО СИ посвящена вторая часть второй главы работы. Проведен обзор существующих методов тестирования ПО СИ, основанных на методах «черного ящика» и «белого ящика». При тестировании программы методом «черного ящика», она подвергается известному набору воздействий, и по его реакции на эти воздействия делаются заключения о некоторых его свойствах. Метод «белого ящика», подразумевает проверку исходного кода ПО и детальное исследование функций. Были рассмотрены такие методы тестирования ПО СИ, как: - метод испытаний, основанный на использовании опорного программного обеспечения; - метод испытаний ПО СИ с использованием моделей исходных данных, либо с применением метода генерации «эталонных» данных; - метод сличения программного вычислительной точности; обеспечения одинакового уровня - метод испытаний, основанный на анализе исходного кода. Для широкого круга метрологических задач по оценке адекватности калибровочных кривых были рассмотрены методы, основанные на вычислении коэффициента детерминации, скорректированного коэффициента детерминации, информационных критериев Акаике, выборочного критерия Акаике и информационного критерия Байеса. Наряду с информационными критериями была предложена возможность применения критерия Колмогорова. При использовании критерия Колмогорова рассматриваются три функции: - функция y = y (x) ,неизвестна и описывает объективно существующую зависимость выходного сигнала от входного; - эмпирическая функция y n = y (x n) , является эмпирическим представлением функции y = y (x) ; - теоретическая функция y€(x | θ) , предлагается для описания функции y = y (x) . Статистика Колмогорова D (максимальное расстояние между функциями) для эмпирической функции y n = y(xn) определяется соотношением D = sup y(xn) − y€(x | θ) , (1) При применении критерия Колмогорова необходимо сформулировать статистическую гипотезу H 0 , заключающуюся в утверждении, что модельная функция отклика y€(x | θ) совпадает с объективной, реальной зависимостью y = y (x) , что можно записать так гипотеза H 0: y€(x | θ) = y (x) . (2) Если же гипотеза Н0 неверна, т.е. справедлива альтернативная гипотеза Н1: y€(x | θ) ≠ y(x) , то величина D будет положительной и не будет стремиться к нулю, т.е. D = sup | y(xn) − y€(x | θ) |> 0. Колмогоровым было показано, что независимо от вида теоретической (модельной) функции от непрерывной случайной величины x в случае неограниченного увеличения числа независимых измерений N вероятность неравенства D N ≤ λ (3) стремится к предельной вероятности, равной p(λ) = ∞ ∑ (−1) e i −2i 2λ2 . (4) i =−∞ Из (3) следует, что для больших значений λ вероятность реализации такого неравенства, т.е. вероятность p (λ) , велика. Если положить эту вероятность равной 0,95, то найденная экспериментально статистика D для адекватной модельной функции будет с такой же большой вероятностью заведомо удовлетворять неравенству (3). В свою очередь, вероятности p (λ) = 0,95 соответствует квантиль распределения (4), равный λ0,95= 1,39. Из сказанного следует, что если найденное из эксперимента критериальное значение λex = D N удовлетворяет условию λex < λ0,95 = 1,39, то нулевая гипотеза Н0 об адекватности модельной функции справедлива. Если же значение λ ex превышает значение λ0,95, то нулевая гипотеза H 0 отвергается. При практическом применении критерия А.Н. Колмогорова критериальный параметр λ ex принимается равным λex = D N . (5) Применение критерия Колмогорова при оценке адекватности модельных функций в методе калибровочных кривых сводится к выполнению следующей последовательности действий: 1. В реальном эксперименте получить эмпирическую зависимость y n = y (x n) выходного сигнала y n от значений входного xn . 2. С помощью экстраполяционной процедуры получить аналитическое выражение для эмпирической функции y (x n) . 3. На основе анализа полученной экспериментальной информации и/или теоретических соображений предложить теоретическую (модельную) функцию, описывающую зависимость выходной реакции анализатора на входные воздействия. 14 4. Методом наименьших квадратов оценить значения параметров θ модельной функции. 5. Графическим или программным образом из сравнения эмпирической и модельной функции найти значение величины D . 6. По формуле (5) вычислить значение критериального параметра λ ex и сравнить его с критическим значением λ0,95 квантиля распределения. Если найденное из эксперимента критериальное значение λex = D N удовлетворяет условию λ < λ0,95 = 1,39, то гипотезу H 0 о соответствии экспериментальной функции модельной следует рассматривать как правдоподобную, не противоречащую опытным данным, а модельную функцию адекватной. В противном случае следует принять гипотезу Н1. Для демонстрации возможностей вышеобозначенных критериев было рассмотрено применение нескольких модельных функций для описания экспериментальных зависимостей, полученных при проведении иммуносорбентного анализа ферментно связанных мононклональных антител и при определении концентрации бензодиазипина методом иммунохроматографии. Рисунок построенные данным 3 Модельные функции, по экспериментальным Рисунок 4 Модельные функции, построенные по экспериментальным данным Из этого перечня модельных функций только экспоненциальные функции имеют простейшее кинетическое обоснование. Из рисунков видно, что адекватные функции (кривые 1 и 3) действительно удовлетворяют всем используемым критериям. В то же время, для линейной функции (кривая 2), обратно пропорциональной функции (кривая 4) и для некоторых других функций критерии, основанные на вычислении коэффициентов детерминации, не позволяют оценить ее неадекватность, в то время как критерий Колмогорова такие функции бракует. Таблица 1 Модельные функции и параметры критериев Модельная функция y = β0 +β1(1 − e−β2x) Номер кривой на рисунке Критерий Колмогорова 1 λ ex =0.73 y = β0e−β1x + β2 2 β1 1 + β2 ⋅ x 0.99 0.97 -2.77 -0.99 λ ex =2.73 0.8 0.77 -0.73 1.27 0.99 0.99 -2.07 -0.22 0.99 0.99 -1.91 0.19 λex > λ0,95 λ ex =1.28 3 λex < λ0,95 4 λ ex =1.52 β0 = 9.14 β1 = 0.30 β2 = 0.02 y= BIC λex < λ0,95 β0 = -0.65 β1 = 4.09 β2 = 220.32 y = β 0 + β 1⋅ x β0 = -0.398 β1 = 0.004 (λ0,95 = 1,39) AIC λex > λ0,95 β0 = 9.65 β1 = 0.03 По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что выбор того или иного метода тестирования ПО зависит, прежде всего, от возможности его применения. При наличии опорного ПО выбор метода сравнительного тестирования будет оптимальным. При отсутствии опорного ПО, а также возможности подачи на вход ПО (программный интерфейс) модельных («опорных») данных может быть выбран метод получения/генерации опорных данных. На выбор методов также влияет и жесткость требований к испытаниям ПО СИ. При высокой жесткости, в большинстве случае необходимо проводить структурное тестирование, т.е. тестированием с применением методов анализ исходного кода ПО. В зависимости от области применения ПО и используемых при его разработке математических алгоритмов возможно применение различных критериев оценки качества ПО. Третья глава посвящена проверке программного обеспечения при испытаниях средств измерений с целью утверждения типа. На основе нормативных документов был проведен анализ правового регулирования ПО СИ в РФ и выделены основные особенности ПО СИ, которые сводятся к следующему: - использование ПО в СИ не должно приводить к искажению измерительной информации; - ПО СИ должно быть защищено от преднамеренных и случайных изменений; 16 - ПО, используемое в конкретных СИ данного типа, должно идентифицироваться и полностью соответствовать ПО, установленному в СИ при испытаниях с целью утверждении типа. Рассмотрена структура и содержание рекомендаций по метрологии Р 50.2.077-2014. «Испытания средств измерений в целях утверждения типа. Проверка защиты программного обеспечения». На Рисунке 3 приведены ее отличительные особенности. Рисунок 5. Отличительные особенности рекомендации Р 50.2.077-2014 Данный документ был разработан специалистами ФГУП «ВНИИМС» в рамках рабочей группы по программному обеспечению СИ, созданной Росстандартом РФ и в него вошла значительная часть наработок и результатов исследований, проведенных в рамках данной диссертационной работой. Сформулированы основные отличительные особенности отечественного подхода к испытанию ПО СИ: - разработчик (изготовитель, заявитель) должен декларировать уровень защиты программного обеспечения, а задача аккредитованной организации - провести работу по установлению соответствия СИ заявленному уровню защиты ПО и зафиксировать это в описании типа СИ; - основными характеристиками программного обеспечения, проверяемыми при испытаниях с целью утверждения типа СИ, являются уровень защиты и идентификация; - допускаются случаи, когда проверку защиты ПО СИ и оценку ее уровня допускается не проводить; - разработчик (изготовитель, заявитель) должен декларировать отсутствие недокументированных возможностей ПО, полноту представленной документации. Сформулированы выводы относительно текущего состояния состояние нормативной базы в области законодательно контролируемого программного обеспечения: - рекомендация Р 50.2.077-2014 отражает основные особенности национального подхода к тестированию программного обеспечения технических средств, входящих в сферу государственного регулирования в области обеспечения единства измерений, при этом, она максимально гармонизирована с международными рекомендациями, относящимися к программному обеспечению средств измерений: документом МОЗМ D31 и рекомендацией WELMEC 7.2. - рекомендации Р 50.2.077-2014 стали заключительным звеном в цепочке документов, состоящих из методик институтов, рекомендаций и национальных стандартов, определяющих требования к ПО СИ, процедуре их оценки и тестированию. - текущее состояние нормативной базы в области законодательно контролируемого программного обеспечения позволяет проводить оценку ПО СИ с учетом передового мирового опыта в данной области и при этом учитывать специфику Российского законодательства со своими особенностями. В четвертой главе проведена апробация рассмотренных в диссертационной работе требований, методов и методик испытаний ПО СИ на примере разработки опорного программного продукта для целей тестирования технических средств и ПО СИ, функционирующих в соответствии с протоколом IEС 61850-9-2 и дополнительными рекомендациями МЭК 61850-9-2LE. Рассмотрены особенности применяемых стандартов. В соответствии с ГОСТ Р 8.654-2009 (ГОСТ Р 8.654-2015) установлены требования к опорному ПО: - документации; - разделению программного обеспечения; - идентификации программного обеспечения; - защите программного обеспечения и данных; - интерфейсу пользователя; - синхронизации данных и обнаружению потерь; - структуре Ethernet кадра для приема SV сообщений. 18 Приведено описание опорного программного продукта, его функций и интерфейсов. Описана процедура оценки вычислительных возможностей программных продуктов с использованием опорного ПО. (тестирование проводилось на реальных массивах данных измерений, полученных от компаний ООО «Систел», ООО «Компания ДЭП» и ООО «ЭнергопромАвтоматизация», а также генераторах цифровых SV сообщений Volcano и iMerge). Описаны этапы проведения оценки, структурная схема (Рисунок 6) испытательного стенда и результаты испытаний Таблица 2 Рисунок 6 Структурная схема испытательного стенда Таблица 2 ООО «Теквел», Volcano, SV80 IA = 1000 А UA = 63500 В ωA = 50 Гц ϕA0= 1.047197551 рад ООО «Теквел», IMerge, SV80 IA = 1000 А UA = 110000 В ωA = 50 Гц ϕA0 = 0,5235987760 рад ООО «Компания ДЭП», SV 80 IA = 5 А UA = 100 В ωA = 50 Гц ϕA0 = 1,832595715 рад ООО «Систел», SV 256 UA = 220 В ωU = 50 Гц ϕU0 = 1,570796327 рад ООО «Систел», SV80 UA = 220 В ωU = 50 Гц ϕU0 = 1,570796327 рад Опорное ПО IA = 999,999593 А UA = 63499,994968 В ωA = 49,999999999998806 Гц ϕA0 = 1.046878141 рад Относительное расхождение, % 0.00004070001656447 0.00000792441007826 0.00000000000240163 0.03051071442706810 IA = 999,999593 А UA = 109999,996102 В ωA = 50,000000000009479 Гц ϕA0 = 0,5231536660 рад 0,00004070001656447 0,00000354363648502 0,00000000001880096 0,08508207605679400 IA = 4,998652 А UA = 100,010244 В ωA = 49,997491649562726 Гц ϕA0 = 1,832985405 рад 0,02696727037609590 0,01024295071212920 0,00501695256010878 0,02125983103968060 UA = 219,995601 В ωU = 50,000000004993794 Гц ϕU0 = 1,5707963286 рад 0,00199958543716812 0,00000000998740290 0,00000010185915775 UA = 219,895029 В ωU = 50,0000009633535 Гц ϕU0 = 1,5707963335 рад 0.04773686812174650 0.00000192670696304 0.00000041380284210 Для задач оценки качества подбора значений модельно-зависимых параметров при применении моделей интерполяции в опорном ПО было предложено использовать метод кросс-валидации в совокупности с количественным критерием оценки качества. Метод основан на проведении оценки для части данных, выбранных из основного набора по остальным данным с последующим вычислением ошибки оценки. После оценок по всем наборам или выборкам оценивается среднее значение полученных оценок. По нему сравниваются различные методы или выбираются наилучшие параметры модели. Процедура кросс-валидации сводится к следующему: Исходная выборка разбивается N различными способами на две, где: непересекающиеся подвыборки - обучающая подвыборка длины m, - контрольная подвыборка длины k = L- m, n=1,…,N - номер разбиения. Далее, для каждого разбиения n строится алгоритм, где наборы параметров модели вычисляется значение функционала качества. В качестве количественного критерия оценки качества используется относительное расхождение между параметрами модели, описывающими на n-ом разбиении обучающую и контрольную подвыборки. На примере генератора SV сообщений, разработанного компаний ООО «Компания ДЕП», было продемонстрировано применение метода K-кратной кросс-валидации (Рисунок 7) для оценки качества подбора значений модельнозависимых параметров при разработке опорного ПО для тестирования ПО СИ цифровых подстанций. Блок 1 Блок 2 … Блок K-1 … Блок K Контрольная Обучающая подвыборка Точность подвыборка Шаг 1 Блок 1 Блок 2 … … Блок K-1 Блок K Q1 Шаг 2 Блок 1 Блок 2 … … Блок K-1 Блок K Q2 . . . . . . . . . . . . Шаг K-1 Блок 1 Блок 2 … … Блок K-1 Блок K QK-1 Шаг K Блок 1 Блок 2 … … Блок K-1 Блок K QK Итоговая оценка точности 20 На основании проведенных испытаний сделаны выводы о правильности реализации опорного ПО и его пригодности для использования в качестве инструмента при подтверждении соответствия ПО. ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Проведенные исследования показали возможность и целесообразность применения новым методов тестирования СИ, в частности его программной составляющей с целью обеспечение доверия к результатам измерений, полученными средствами измерений. Изучение литературных источников, нормативной и технической документации показали перспективность создание новых технических и нормативно-методических решений, обеспечивающих повышение качества испытаний СИ и его программной составляющей. В результате проведенных исследований был обоснован оптимальный набор требований к ПО СИ и разработана рекомендация по метрологии Р 50.2.077-2014, отражающая особенности национального подхода к тестированию программного обеспечения технических средств, входящих в сферу государственного регулирования в области обеспечения единства измерений и максимально гармонизированная с международными рекомендациями, относящимися к программному обеспечению средств измерений. Кроме того, были разработаны два национальных стандарта ГОСТ Р 8.6542015, ГОСТ Р 8.883-2015 и ряд методик института, устанавливающих требования к ПО СИ цифровых подстанций. Обоснована возможность применения критерия Колмогорова для оценки качества ПО СИ для задач, связанных с отбраковкой неадекватных модельных функций. Был разработан и опробован метод проверки программного обеспечения, основанный на использовании метода кросс-валидации и количественного критерия оценки качества ПО. Было разработано «опорное» ПО для целей тестирования ПО СИ, осуществляющих генерацию и/или передачу выборок результатов измерений мгновенных значений измерений тока и напряжения в соответствии с стандартом МЭК 61850-9-2LE. Разработка и тестирование «опорного» ПО осуществлялась с учетом требований к ПО СИ. Результаты испытаний «опорного» ПО отражают правильность его реализации и пригодность для использования в качестве инструмента при подтверждении соответствия ПО СИ. Тестирование и опробование «опорного» ПО проводилось на реальных массивах данных измерений, полученных от компаний ООО «Систел», ООО «Компания ДЭП» и ООО «ЭнергопромАвтоматизация». Разработанные рекомендации, стандарты и методики успешно используются при разработке ПО СИ и проведении испытаний СИ с целью утверждения типа. «Опорное» ПО применяется как инструмент тестирования ПО в рамках работ, проводимых в СДС ПО СИ ФГУП «ВНИИМС». 3. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации: 1. Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Структура и особенности Руководства WELMEC 7.2 (The Structure and Features of Guidance WELMEC 7.2) // Измерительная техника. 2008. №5. C. 69 – 72, 2. Козлов М.В., Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Тестирование программного обеспечения средств измерений и информационно-измерительных систем // Приборы. 2009. №3, 3. Паньков А.Н. Подтверждение соответствия программного обеспечения. Сертификация и аттестация программного обеспечения. Система добровольной сертификации программного обеспечения // Приборы. 2015. №1. C. 26 – 28, 4. Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Новая редакция рекомендаций по метрологии Р 50.2.077-2014 // Приборы. 2015. №1. C. 29 – 33, 5. Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Критерии оценки адекватности аппроксимирующих функций в методе калибровочных кривых // Измерительная техника. 2015. №7. C. 43 – 46. Публикации в иных рецензируемых научных изданиях: 6. Дудыкин А.А., Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Проблемы аттестации встроенного программного обеспечения средств измерений // Законодательная и прикладная метрология. 2007. №4 C. 22 – 26. 7. Акимов А.А., Козлов М.В., Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н., Раевский И.А., Стефанов А.Ю., Стефанов Ю.В. Стенд для тестирования (испытаний) программного обеспечения средств измерений // Законодательная и прикладная метрология. 2008. №6. C. 25 – 27. 8. Бурдунин М.Н., Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Оценка качества ПО счетчика - расходомера РМ-5 и счетчика количества теплоты КМ-5 // Главный метролог. 2007. №3. C. 32 – 39. 9. WELMEC 7.2. Руководство по программному обеспечению (основано на Директиве по измерительным приборам 2004/22/EC). – М.: АНО «РСККонсалтинг», 2009. – 183 с. 10. Акимов А.А., Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Еще раз о проверке программного обеспечения средств измерений в целях утверждения типа // Законодательная и прикладная метрология. 2011. №2. C. 38 – 43. 11. Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Новая редакция рекомендации по метрологии Р 50.2.077-2013 // Законодательная и прикладная метрология. 2014. №2. C. 13 – 16. 12. Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Критерии выбора аппроксимирующих функций в методике градуировочных характеристик (Criteria for selection of 22 approximating functions in the method of calibration curves) // Законодательная и прикладная метрология. 2014. №6. C. 22– 27. 13. Кудеяров Ю.А., Паньков А.Н. Criteria for Assessing the Adequacy of Approximating Functions in the Method of Calibration Curves // Measurement Techniques, издательство Instrument Society of America (United States), том 58, №7 14. Кудеяров Ю.А., Паньков, Стефанов Ю.В. Аттестация программного обеспечения средств измерений // Компетентность. 2009. №3. C. 22 – 28. 15. Ю.А. Кудеяров, А.Н. Паньков. Испытания ПО СИ методом перекрестной проверки (кросс-валидации). Главный метролог, №6, 2016, 12-14. 16. В.В. Киселев, Ю.А. Кудеяров, А.Н. Паньков Нормативные основы тестирования технических средств, осуществляющих передачу мгновенных значений измерений в соответствии с серией стандартов МЭК 61850 (ФГУП «ВНИИМС»). Журнал Законодательная и прикладная метрология. №6, 2015. С. 18-24

В последние годы вопрос о приемочных испытаниях стоит очень остро. Многие считают, что стандарты в нашей стране используются на добровольной основе, а Технический регламент не дает прямых указаний на необходимость приемочных испытаний. Встречаются и такие суждения: зачем вкладывать лишние средства, если все равно нужно оформлять сертификат. Или: разрешение на применение можно не получать, приемочные испытания тоже лишняя процедура, и т. д.

Попробуем разобраться.

Технический регламент

С середины февраля 2013 года вступил в силу документ, который долго ждали: "О безопасности машин и оборудования" ТР ТС 010/2011. В нем прописаны прямые указания по гарантии безопасности при проектных работах и последующем изготовлении. То есть разговор идет о том, что необходимо определить и установить допустимый для машины и/или оборудования риск. При этом уровень безопасности должен быть обеспечен:

• комплексом расчетов и испытаний, которые основаны на проверенных методических разработках;
• полнотой опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ;
• изготовление машины и/или оборудования должно сопровождаться испытаниями, прописанными в прилагаемой конструкторской (проектной) документации.

То есть понятно, что и проектная организация, и производитель обязаны произвести испытания объекта. Они предусматриваются проектной документацией, их необходимо осуществить до сертификации (процедуры, подтверждающей соответствие). Очевиден факт декларирования - наличия документа о собственных испытаниях, проведенных до процедуры подтверждения. Но непонятно, какие испытания имеются в виду.

Понятие «испытание»

Оно означает техническое действие, которое дает возможность проверить инженерные характеристики объекта (изделия), определить степень износа, качество и пригодность к длительному использованию. Испытывать опытный образец разрешено как по отдельным элементам, так и в комплексе.

Этапы испытаний

Выделяют ведомственные, межведомственные и государственные приемочные испытания. ГОСТ 34.601-90 устанавливает следующие их виды:

• предварительные;
• опытные;
• приемочные.

Любой из них требует соблюдения определенной процедуры, для которой разрабатываются специальный документ - программа приемочных испытаний. Ее должен утвердить заказчик. В программе прописывается объем испытаний, причем как необходимый, так и достаточный, обеспечивающий назначенную полноту получаемых результатов и их достоверность.

Предварительные испытания должны проводиться после тестирования и предварительной отладки оборудования.

Опытные испытания проходят с целью определения готовности оборудования (машины, системы) к постоянной эксплуатации. Без этих испытаний запрещено проводить приемочные тесты.

Завершающий этап

Это приемочные испытания. От них зависит путевка в жизнь разрабатываемого оборудования (машины, системы). Этот этап дает ответы на вопросы, поставленные перед проектировщиками. В первую очередь, это соответствие заданному назначению, производительности и технико-экономической эффективности, то, будет ли она соответствовать современным требованиям техники безопасности и способствовать улучшению труда рабочих.

Еще в ходе приемочных испытаний проверяют:

• оценку успешности пройденных опытных испытаний;
• принятие решения о возможности запуска оборудования (машины, системы) в промышленную эксплуатацию.

Проводятся приемочные испытания на объекте заказчика (причем уже действующем). Для этого издается приказ или распоряжение об исполнении необходимых работ.

Оба этих документа пишутся по действующим положениям и стандартам, разработанным для отдельных видов объектов. Утверждаются они министерствами, курирующими проектирующие организации.

В программе подробно прописываются:

• цель предстоящих работ и их объем;
• критерии приемки как объекта в целом, так и его частей;
• перечень объектов, подлежащих испытаниям, а также список требований, которым объект должен соответствовать (обязательно с указаниями на пункты технического задания);
• условия прохождения испытаний и сроки;
• материальное и метрологическое обеспечение предстоящих работ;
• средства проведения испытаний: технические и организационные;
• методика проведения приемочных испытаний и обработки полученных результатов;
• фамилии лиц, назначенных ответственными за проведение испытательных работ;
• перечень необходимой документации;
• проверка ее качества (в основном эксплуатационной и конструкторской).

В зависимости от технических и прочих характеристик объекта исследования, документ может содержать указанные разделы, но при необходимости они могут быть сокращены или введены новые.

Пакет документов для разработки Программы и методики

Требования к оформлению и содержанию этих документов регламентируются ГОСТ 13.301-79.

Перечень документов для создания Программы и методики не является постоянным. Он изменяется в зависимости от отношения тестируемого объекта к тому или министерству или организации. Но в общем случае потребуются следующие документы:

• руководство по эксплуатации;
• нормативно - техническая документация: технические условия, стандарты и пр.;
• паспорт принимаемого объекта;
• документы о пройденной регистрации от предприятия-изготовителя;
• чертежи и описания;
• протоколы заводских испытаний (для иностранных производителей).

Составленные и заверенные Программа и методика испытательных работ заказчиком и специалистами Ростехнадзора регистрируется в Федеральном Агентстве.

Комиссия

Для приемочных испытаний она формируется соответствующим указом по предприятию. В комиссию должны входить представители поставщика комплектующих частей, заказчика, проектной организации, разработчика, органов технадзора и организаций, занимающихся монтажными и Утверждается комиссия профильным министерством.

В своей работе комиссия использует следующие документы:

• техническое задание на создание оборудования (машины, системы);
• протокол предварительных испытаний;
• исполнительную документацию по проведению монтажа;
• программу приемочных испытаний;
• акты (при необходимости);
• рабочие журналы с опытных тестов;
• акты приемки с них и завершения;
• техническую документацию на оборудование (машину, систему).

Перед приемочными испытаниями системную документацию и техническую дорабатывают согласно замечаниям протокола проведения предварительных испытаний и акта о завершении опытных тестов.

Предприятие-производитель и проектирующая организация должны предоставить приемочной комиссии:

• материалы проведенных предварительных испытаний;
• опытные объекты, удачно прошедшие предварительные испытания;
• рецензии, заключения экспертов, патенты, авторские свидетельства, оформленные в процессе приемочных испытаний на образец разработки;
• прочие материалы, утвержденные методиками испытаний для определенных видов объектов и типовыми программами.

Проверка

Это один из главных пунктов приемочных испытаний. Они не должны дублировать предыдущие этапы, а сроки их проведения сжаты.

Приемочные испытания включают в себя проверку:

• качества и полноты реализации функций оборудования (машины, системы) в соответствии с техническим заданием;
• работы обслуживающего персонала в диалоговом режиме;
• исполнения любого требования, относящегося к оборудованию (машине, системе);
• комплектности эксплуатационной и сопроводительной документации, и их качества;
• методов и средств, необходимых для восстановления работоспособности объекта после возможных отказов.

Если испытываются два и более объекта, обладающих сходными характеристиками, то для испытаний создаются одинаковые условия.

На протяжении приемочных испытаний не проводятся исследования на долговечность и надежность, но полученные по ходу тестов показатели должны заноситься в соответствующие акты.

Окончание испытаний

Приемочные испытания завершаются технической экспертизой. То есть, объект разбирается, и устанавливаются техническое состояние его элементов (узлов), а также трудоемкость разборки и сборки всего объекта исследования.

По окончании работ комиссия разрабатывает и составляет протокол проведённых испытаний. На его основе далее будет приемки. В случае необходимости комиссия определяет объем доработки оборудования (машины, системы) и/или технической документации, а также дает рекомендации по запуску тестируемого объекта в серийное производство.

Если это невозможно, то акт проведения приемочных испытаний дополняется предложениями по совершенствованию изделия, повторному приемочному испытанию или требованием по прекращению работ над объектом.

Акты и результаты

Акты о приемке объекта утверждает руководство предприятия, назначившее комиссию для проведения испытаний.

Методика приемочных испытаний рекомендует в случае необходимости рассмотреть результаты проведенных испытаний на научно-техническом совете профильного министерства или предприятия, разрабатывающего объект совместно с заказчиком (то есть еще до утверждения акта приемки).

Решение о запуске испытанных объектов в серию принимается на основании материалов и рекомендаций приемочной комиссии и/или научно-технического совета приказом по министерству. В нем обязательно указывается объем производства, и даются рекомендации по внедрению.

Акт приемочных испытаний

Четыре года назад были отменены унифицированные формы первичных документов. Это дало организациям право разрабатывать собственные шаблоны любого документа. Главное, при этом соблюдать следующие требования:

• Подписывается документ всеми лицами, его составившими. Если одно из них действует по доверенности, это необходимо отразить в акте.
• На законность акта не влияет, оформлен он на обычном листе писчей бумаги или на фирменном бланке. Как, кстати, и то, от руки написан документ или набран на компьютере (главное - «живые» подписи).
• Штампы и печати ставятся на документ, если это прописано в уставе и/или учетной политике организации.
• Логически акт имеет три части: начало (так называемую шапку - дата, название, место составления), основную часть и заключение.

Количество экземпляров документов равно количеству подписавших его сторон. Каждый из них имеет одинаковый правовой статус и идентичный текст. Информация об акте заносится в специализированный журнал учета документации организации.

Ошибок и описок в документе о проведении приемочных испытаний быть не должно. Потому как он может быть не только основанием для постановки объекта на баланс организации или его списания, но и основным подтверждающим документом при обращении с исковым заявлением в судебную инстанцию.

По центру страницы пишется название документа, ниже - место составления (город, поселок и т. д.) и дата.

Основная часть акта содержит следующую информацию:

• Состав комиссии . Указывается предприятие (организация, министерство), представители, которых будут подписывать документ, далее их должности и полные фамилия, имя и отчество.
• Наименование объекта и реальный адрес его монтажа.
• Подробно расписанный перечень испытательных работ (оформляется в виде списка или таблицы) с информацией об условиях прохождения испытаний.
• В случае обнаружения недостатков их, как и предложения по устранению, вносят либо ниже, либо оформляют приложение к акту.
• Акт приемочных испытаний (образец приведен ниже) заканчивается выводами комиссии о дееспособности или недееспособности испытуемого объекта.

Мнение какого-либо члена комиссии, отличное от остальных, обязательно прописывается либо в самом акте (отдельным пунктом), либо в приложении к нему. Все сопровождающие акт бумаги тоже перечисляются в нем.

И только после этого все участники составления документа ставят свои подписи и расшифровывают их.

Завершение работ

Подписанный акт входит в комплект объект, который проходит испытания. Хранится акт либо в соответствии с действующим законодательством, либо в порядке, установленном нормативными актами организации.