測試設備是為保證工業産品符合技術指标和性能要求, 在科研生産和服務過程中, 用于質量控制、性能評定、産品檢驗而專門研制和配置的非通用測試設備 (含有量值準确度要求的工裝) 。專用測試設備的計量校準是實現單位統一、設備性能參數的量值準确可靠, 确保設備滿足預期使用要求, 具備随時準确執行預定任務的能力而進行的全部活動。合理地确定專用測試設備的校準周期是計量校準管理體系有效運行的一個重要條件, 如果校準周期過短, 将會造成人力、物力、财力和時間上的極大浪費, 還會影響工作的正常開展;如果校準周期過長, 則有可能造成裝備檢測設備的測量誤差過大, 影響性能參數的測量精度, 無法精确掌握裝備的技術狀态。

測試設備校準周期确定原則和方法

1.1 校準周期确定的基本原則

參照JJF 1139—2005《計量器具校準周期确定原則和基本方法》, 校準周期确定應遵循如下原則。

1) 根據計量器具的本身特征 (如設備的工作原理、結構形式與所用材質) 、性能要求 (如最大允許誤差、測量重複性、測量穩定性) 以及計量器具的使用情況 (如環境條件、使用頻率與維護狀況) 以及制造廠的建議、使用維修記錄、以往校準數據趨勢等來确定測量設備的校準周期;

2) 确定計量器具的可靠性目标R, 一般器具的可靠性目标R≥90%, 所選定的校準時間間隔應使計量器具的整體性能在後續校準時應保持在所期望的合格範圍内;

3) 計量器具校準周期的确定應恰當地選用反應法或最大似然估計法中某種或幾種合适的方法進行分析計算。

1.2 校準周期确定方法

校準周期确定的方法一般有固定階梯調整法、增量反應調整法、間隔測試法、最大似然估計法, 也可參照管理圖法或核查标準法、綜合加權評分法等。

專用測試設備種類繁多, 涉及的參數廣、結構複雜, 由于其特殊性, 同種設備的數量較少, 并且根據型号的更新而換代, 使用時間較短。在周期确定時可以參照類似設備國家校準規程所規定的校準周期, 并對類似設備的測量可靠性目标、性能要求、使用情況、環境條件與校準方法進行對比分析确定, 也可以通過對設備的設計結構、性能要求、使用情況分析, 并聽取制造廠的建議後進行工程分析确認。然後根據日本著名質量管理專家田口玄一博士倡導的田口式計量管理的基本原理, 采用綜合加權評分法, 根據綜合加權評分的總分來确定專用測試設備的校準周期。

（一）綜合加權評分法

根據現代計量管理的基本原理, 采用綜合加權評分的方法評定測量設備的校準周期, 确定步驟如下:

第一步, 确定專用測試設備的校準周期時, 首先應找出影響測量設備校準周期的因素, 根據專用測試設備的實際使用情況, 考慮影響測量設備校準周期的主要因素有: (1) 測量設備測量的重要性, 測量失敗後對設備、人員的影響程度; (2) 測量設備發生故障的頻繁程度; (3) 測量設備的長期穩定性; (4) 測試不确定度比; (5) 測量設備的使用頻繁程度; (6) 測量設備的維護保養情況; (7) 測量設備連接、磨損情況; (8) 使用環境條件對測量設備的影響程度等。

第二步, 在全面考慮影響周期長短的八種因素的條件下, 根據科學分析和統計資料, 按照影響校準周期的八種因素逐項進行分級評分, 評分等級可分為ABC三級, A級為5-4分、B級為3-2分、C級為1-0分, 再根據這些因素的重要程度确定加權系數, 各影響量的加權系數見表1。八種因素的具體評定内容如下。

表1 各影響因素的加權系數

1) 測量的重要性

專用測試設備在武器裝備科研、生産、服務過程中的重要程度, 測量失敗後對産品質量、人員安全、設備安全以及環境的影響程度。評定級别分為:A級 (影響很大) 、B級 (影響較大) 、C級 (影響不大或基本無影響) 。也可根據測量設備的管理分類進行評定, A類設備評定為A級, B類設備評定為B級, C類設備評定為C級。

2) 計量器具發生故障的頻繁程度

評定級别分為:A級 (2次以上/年) 、B級 (1次/年~2次/年) 、C級 (平均少于1次/年) 。

3) 長期穩定性

穩定性是指設備保持其計量特性持續恒定的能力。在評定時可參考國家計量技術規範JJF 1033—2008, 以相鄰兩年的測量結果之差作為該時間段内設備的穩定性, 即穩定性

。若在使用中采用标稱值或示值 (不加修正值使用) , 則測得的穩定性應小于設備最大允許誤差的絕對值Δmax。評定級别分為:A級 (穩定性≥2Δmax) 、B級 (1≤穩定性<2Δmax) 、C級 (穩定性<Δmax) 。

4) 測試不确定度比

被測單元與其檢測設備, 檢測設備與其校準設備之間的最大允許誤差或測量不确定度的比值。評定級别分為:A級 (比值小于3) 、B級 (比值在3~5範圍内) 、C級 (比值大于5) 。

5) 設備使用頻繁程度

結合武器裝備計量保障的特點, 根據設備累計每月使用的平均次數來評定測試設備的使用頻繁程度, 評定級别分為:A級 (連續使用或頻繁使用如C1≥10) 、B級 (間歇使用如1≤C1<10) 、C級 (偶爾使用, 如C1<1) 。

6) 設備維護保養情況

可根據保養的水平和能力進行評定.如:操作人員是否熟悉其結構原理和操作規程, 能正确操作;是否定期進行保養且發現問題及時解決;是否按時校準等, 評定級别分為:A級 (維護保養情況差) 、B級 (維護保養情況一般) 、C級 (維護保養情況良好) 。

7) 設備部件連接、磨損情況

評定級别分為:A級 (連接差、磨損嚴重) 、B級 (連接較好、磨損不嚴重) 、C級 (連接好、幾乎沒有磨損) 。

8) 使用環境條件對設備的影響程度

評定級别分為:A級 (計量性能受環境條件影響大) 、B級 (計量性能受環境條件影響不大) 、C級 (計量性能基本不受環境條件影響) 。

第三步, 根據總分來評定周期總分計算公式如下:

式中:Y———總分;

Ti———第i項因素評定級别得分;

Pi———第i項因素的加權系數。

然後根據綜合加權評分的總分來确定測量設備的校準周期, 總分與評定校準周期的關系見表2。

表2 總分與評定校準周期的關系表

（二）固定階梯調整法

采用該方法時, 首先應确定所期望的測量可靠性目标R (某種計量器具的整體性能在後續校準時保持所期望的合格範圍内的概率) 。在确定測量可靠性目标時可以參照計量器具ABC管理的分類, A類計量器具的可靠性目标R≥99%, B類計量器具的可靠性目标95≤R<99%, C類計量器具的可靠性目标91≤R<95%。

第一步, 統計數據并進行分析, 描繪測量可靠性随時間變化的函數圖像, 如圖1所示。設定測量設備的測量可靠性應至少大于等于90%, 即R≥90%。

第二步, 确定初始時間間隔。在确定初始時間間隔時可以參照類似設備的校準周期或通過綜合加權評分法初步拟定一個校準周期, 并對類似設備的測量可靠性目标、性能要求、使用情況、環境條件與校準方法進行對比分析确定, 也可以通過對設備的設計結構、性能要求、使用情況分析, 并聽取制造廠的建議後進行工程分析确認。

第三步, 校準周期的調整。當測量設備投入經過使用一定的初始時間或經過一定時間間隔的後續校準之後, 其整體性能經重新确認超出規定的可靠性目标R, 應考慮适當縮短該類計量器具的校準周期;其整體性能經重新确認未超出規定的可靠性目标R, 可以考慮适當延長該類計量器具的校準周期, 也可保持原校準周期不變。在周期調整時, 調整的時間間隔增量或減量一般取一個固定的整月數按階梯狀逐漸遞增或逐漸遞減, 且一般情況下, 時間間隔增量系數a小于時間間隔減量系數b;拟調整的時間間隔增量 (或時間間隔減量)

圖1 測量可靠性R (t) 變化示意圖

式中:I0———初始時間間隔。

在确定某種設備的初始時間間隔及測量可靠性目标R≥90%, 通過對樣本校準周期的評估, 其時間間隔的調整可參照表3。

表3 校準時間間隔調整表

用此種方法進行校準周期的确定時, 時間間隔調整起來較為容易, 但是用這種方法需要經過多次調整後才能穩定到所期望的測量可靠性目标R。

專用測試設備計量周期的實例分析

導彈武器配套的專用測試設備種類繁多, 結構複雜, 每種設備的性能要求、工作原理以及結構形式等都不相同, 現以某型号自動化測試設備為例進行分析。

2.1 綜合加權評分法

第一步, 對各影響因素進行評級

自動測試設備為綜合參數的專用測試設備, 用于對導彈技術性能、彈上設備間工作正常性和協調性等的測試, 在裝備科研、生産、服務中非常重要, 重要性評定為A級4分;根據計量校準人員多年的經驗總結, 對多套同類自動化測試設備的多年校準結果進行統計分析, 平均故障的頻率每年約1次~2次, 故障率為B級3分;穩定性評定為B級3分;被測武器裝備與自動化測試設備之間最大允許誤差的比值大于5, 測試不确定度比可評定為C級1分;該測試設備平均每月使用小于10次, 使用頻繁程度評定為B級2分;自動化測試設備在交付時有針對結構原理、操作規程、維護保養等有專門的培訓, 維護保養情況良好, 評定為C級1分;該測試設備投入使用時間不長, 連接磨損情況對測量結果幾乎無影響, 評定為C級1分;該測試設備受環境溫度濕度影響較大, 環境适應能力評定為B級3分, 該自動化測試設備的評分見表3。

表3 分級評分表

第二步, 根據綜合加權 評分确定校準周期

計算出綜合加權評分的總分為33分, 根據總分與評定校準周期的關系表得出, 該自動化測試設備的校準周期為12個月。

2.2 固定階梯調整法

某型号用數字式壓力表的校準周期為12個月, 該設備的初始時間間隔為12個月, 該設備主要用于監測工作, 為B類設備, 可靠性目标設為95≤R<99%。對100塊同型号壓力表的校準結果進行統計分析, 合格率達100%, 可以适當延長時間間隔。取a=0.50, 則拟調整的時間間隔增量Δ=a×I0=6個月, 多次調整後的校準結果統計見表4。

表4 校準結果統計表

根據校準結果的統計, 以24個月為校準時間間隔時, 測量可靠性目标R仍不小于95%的預期期望值, 壓力表的校準周期可以調整為24個月。

采用此方法确定設備的校準周期時, 隻是根據孤立的校準結果來确定, 依據不夠充分, 需要經過較長時間多次調整之後才能得到合理正确的校準時間間隔。

校準周期的确定應堅持盡可能減少不符合技術規範而産生風險的原則, 并遵循維持校準成本最低的原則。校準周期的确定應有科學的依據, 既要避免單純為保證量值準确可靠而不合理地縮短校準周期, 增加不必要的物力、人力、财力浪費;也不應隻為了降低校準成本而随意延長校準周期, 不考慮使用設備超差可能造成的經濟損失和安全隐患。無論采用哪種方法對測量設備的校準周期進行确定, 都需要對設備自身的特點、重要性、可靠性、穩定性以及維護使用情況等有足夠的了解, 并需要充足的曆史校準統計數據作為參考依據。每種評定方法都不能盡善盡美, 在周期評定時應綜合幾種方法進行合理地評定, 并在實踐中加以完善。

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