测试设备是为保证工业产品符合技术指标和性能要求, 在科研生产和服务过程中, 用于质量控制、性能评定、产品检验而专门研制和配置的非通用测试设备 (含有量值准确度要求的工装) 。专用测试设备的计量校准是实现单位统一、设备性能参数的量值准确可靠, 确保设备满足预期使用要求, 具备随时准确执行预定任务的能力而进行的全部活动。合理地确定专用测试设备的校准周期是计量校准管理体系有效运行的一个重要条件, 如果校准周期过短, 将会造成人力、物力、财力和时间上的极大浪费, 还会影响工作的正常开展;如果校准周期过长, 则有可能造成装备检测设备的测量误差过大, 影响性能参数的测量精度, 无法精确掌握装备的技术状态。
测试设备校准周期确定原则和方法
1.1 校准周期确定的基本原则
参照JJF 1139—2005《计量器具校准周期确定原则和基本方法》, 校准周期确定应遵循如下原则。
1) 根据计量器具的本身特征 (如设备的工作原理、结构形式与所用材质) 、性能要求 (如最大允许误差、测量重复性、测量稳定性) 以及计量器具的使用情况 (如环境条件、使用频率与维护状况) 以及制造厂的建议、使用维修记录、以往校准数据趋势等来确定测量设备的校准周期;
2) 确定计量器具的可靠性目标R, 一般器具的可靠性目标R≥90%, 所选定的校准时间间隔应使计量器具的整体性能在后续校准时应保持在所期望的合格范围内;
3) 计量器具校准周期的确定应恰当地选用反应法或最大似然估计法中某种或几种合适的方法进行分析计算。
1.2 校准周期确定方法
校准周期确定的方法一般有固定阶梯调整法、增量反应调整法、间隔测试法、最大似然估计法, 也可参照管理图法或核查标准法、综合加权评分法等。
专用测试设备种类繁多, 涉及的参数广、结构复杂, 由于其特殊性, 同种设备的数量较少, 并且根据型号的更新而换代, 使用时间较短。在周期确定时可以参照类似设备国家校准规程所规定的校准周期, 并对类似设备的测量可靠性目标、性能要求、使用情况、环境条件与校准方法进行对比分析确定, 也可以通过对设备的设计结构、性能要求、使用情况分析, 并听取制造厂的建议后进行工程分析确认。然后根据日本著名质量管理专家田口玄一博士倡导的田口式计量管理的基本原理, 采用综合加权评分法, 根据综合加权评分的总分来确定专用测试设备的校准周期。
（一）综合加权评分法
根据现代计量管理的基本原理, 采用综合加权评分的方法评定测量设备的校准周期, 确定步骤如下:
第一步, 确定专用测试设备的校准周期时, 首先应找出影响测量设备校准周期的因素, 根据专用测试设备的实际使用情况, 考虑影响测量设备校准周期的主要因素有: (1) 测量设备测量的重要性, 测量失败后对设备、人员的影响程度; (2) 测量设备发生故障的频繁程度; (3) 测量设备的长期稳定性; (4) 测试不确定度比; (5) 测量设备的使用频繁程度; (6) 测量设备的维护保养情况; (7) 测量设备连接、磨损情况; (8) 使用环境条件对测量设备的影响程度等。
第二步, 在全面考虑影响周期长短的八种因素的条件下, 根据科学分析和统计资料, 按照影响校准周期的八种因素逐项进行分级评分, 评分等级可分为ABC三级, A级为5-4分、B级为3-2分、C级为1-0分, 再根据这些因素的重要程度确定加权系数, 各影响量的加权系数见表1。八种因素的具体评定内容如下。
表1 各影响因素的加权系数
1) 测量的重要性
专用测试设备在武器装备科研、生产、服务过程中的重要程度, 测量失败后对产品质量、人员安全、设备安全以及环境的影响程度。评定级别分为:A级 (影响很大) 、B级 (影响较大) 、C级 (影响不大或基本无影响) 。也可根据测量设备的管理分类进行评定, A类设备评定为A级, B类设备评定为B级, C类设备评定为C级。
2) 计量器具发生故障的频繁程度
评定级别分为:A级 (2次以上/年) 、B级 (1次/年~2次/年) 、C级 (平均少于1次/年) 。
3) 长期稳定性
稳定性是指设备保持其计量特性持续恒定的能力。在评定时可参考国家计量技术规范JJF 1033—2008, 以相邻两年的测量结果之差作为该时间段内设备的稳定性, 即稳定性
。若在使用中采用标称值或示值 (不加修正值使用) , 则测得的稳定性应小于设备最大允许误差的绝对值Δmax。评定级别分为:A级 (稳定性≥2Δmax) 、B级 (1≤稳定性<2Δmax) 、C级 (稳定性<Δmax) 。
4) 测试不确定度比
被测单元与其检测设备, 检测设备与其校准设备之间的最大允许误差或测量不确定度的比值。评定级别分为:A级 (比值小于3) 、B级 (比值在3~5范围内) 、C级 (比值大于5) 。
5) 设备使用频繁程度
结合武器装备计量保障的特点, 根据设备累计每月使用的平均次数来评定测试设备的使用频繁程度, 评定级别分为:A级 (连续使用或频繁使用如C1≥10) 、B级 (间歇使用如1≤C1<10) 、C级 (偶尔使用, 如C1<1) 。
6) 设备维护保养情况
可根据保养的水平和能力进行评定.如:操作人员是否熟悉其结构原理和操作规程, 能正确操作;是否定期进行保养且发现问题及时解决;是否按时校准等, 评定级别分为:A级 (维护保养情况差) 、B级 (维护保养情况一般) 、C级 (维护保养情况良好) 。
7) 设备部件连接、磨损情况
评定级别分为:A级 (连接差、磨损严重) 、B级 (连接较好、磨损不严重) 、C级 (连接好、几乎没有磨损) 。
8) 使用环境条件对设备的影响程度
评定级别分为:A级 (计量性能受环境条件影响大) 、B级 (计量性能受环境条件影响不大) 、C级 (计量性能基本不受环境条件影响) 。
第三步, 根据总分来评定周期总分计算公式如下:
式中:Y———总分;
Ti———第i项因素评定级别得分;
Pi———第i项因素的加权系数。
然后根据综合加权评分的总分来确定测量设备的校准周期, 总分与评定校准周期的关系见表2。
表2 总分与评定校准周期的关系表
（二）固定阶梯调整法
采用该方法时, 首先应确定所期望的测量可靠性目标R (某种计量器具的整体性能在后续校准时保持所期望的合格范围内的概率) 。在确定测量可靠性目标时可以参照计量器具ABC管理的分类, A类计量器具的可靠性目标R≥99%, B类计量器具的可靠性目标95≤R<99%, C类计量器具的可靠性目标91≤R<95%。
第一步, 统计数据并进行分析, 描绘测量可靠性随时间变化的函数图像, 如图1所示。设定测量设备的测量可靠性应至少大于等于90%, 即R≥90%。
第二步, 确定初始时间间隔。在确定初始时间间隔时可以参照类似设备的校准周期或通过综合加权评分法初步拟定一个校准周期, 并对类似设备的测量可靠性目标、性能要求、使用情况、环境条件与校准方法进行对比分析确定, 也可以通过对设备的设计结构、性能要求、使用情况分析, 并听取制造厂的建议后进行工程分析确认。
第三步, 校准周期的调整。当测量设备投入经过使用一定的初始时间或经过一定时间间隔的后续校准之后, 其整体性能经重新确认超出规定的可靠性目标R, 应考虑适当缩短该类计量器具的校准周期;其整体性能经重新确认未超出规定的可靠性目标R, 可以考虑适当延长该类计量器具的校准周期, 也可保持原校准周期不变。在周期调整时, 调整的时间间隔增量或减量一般取一个固定的整月数按阶梯状逐渐递增或逐渐递减, 且一般情况下, 时间间隔增量系数a小于时间间隔减量系数b;拟调整的时间间隔增量 (或时间间隔减量)
图1 测量可靠性R (t) 变化示意图
式中:I0———初始时间间隔。
在确定某种设备的初始时间间隔及测量可靠性目标R≥90%, 通过对样本校准周期的评估, 其时间间隔的调整可参照表3。
表3 校准时间间隔调整表
用此种方法进行校准周期的确定时, 时间间隔调整起来较为容易, 但是用这种方法需要经过多次调整后才能稳定到所期望的测量可靠性目标R。
专用测试设备计量周期的实例分析
导弹武器配套的专用测试设备种类繁多, 结构复杂, 每种设备的性能要求、工作原理以及结构形式等都不相同, 现以某型号自动化测试设备为例进行分析。
2.1 综合加权评分法
第一步, 对各影响因素进行评级
自动测试设备为综合参数的专用测试设备, 用于对导弹技术性能、弹上设备间工作正常性和协调性等的测试, 在装备科研、生产、服务中非常重要, 重要性评定为A级4分;根据计量校准人员多年的经验总结, 对多套同类自动化测试设备的多年校准结果进行统计分析, 平均故障的频率每年约1次~2次, 故障率为B级3分;稳定性评定为B级3分;被测武器装备与自动化测试设备之间最大允许误差的比值大于5, 测试不确定度比可评定为C级1分;该测试设备平均每月使用小于10次, 使用频繁程度评定为B级2分;自动化测试设备在交付时有针对结构原理、操作规程、维护保养等有专门的培训, 维护保养情况良好, 评定为C级1分;该测试设备投入使用时间不长, 连接磨损情况对测量结果几乎无影响, 评定为C级1分;该测试设备受环境温度湿度影响较大, 环境适应能力评定为B级3分, 该自动化测试设备的评分见表3。
表3 分级评分表
第二步, 根据综合加权 评分确定校准周期
计算出综合加权评分的总分为33分, 根据总分与评定校准周期的关系表得出, 该自动化测试设备的校准周期为12个月。
2.2 固定阶梯调整法
某型号用数字式压力表的校准周期为12个月, 该设备的初始时间间隔为12个月, 该设备主要用于监测工作, 为B类设备, 可靠性目标设为95≤R<99%。对100块同型号压力表的校准结果进行统计分析, 合格率达100%, 可以适当延长时间间隔。取a=0.50, 则拟调整的时间间隔增量Δ=a×I0=6个月, 多次调整后的校准结果统计见表4。
表4 校准结果统计表
根据校准结果的统计, 以24个月为校准时间间隔时, 测量可靠性目标R仍不小于95%的预期期望值, 压力表的校准周期可以调整为24个月。
采用此方法确定设备的校准周期时, 只是根据孤立的校准结果来确定, 依据不够充分, 需要经过较长时间多次调整之后才能得到合理正确的校准时间间隔。
校准周期的确定应坚持尽可能减少不符合技术规范而产生风险的原则, 并遵循维持校准成本最低的原则。校准周期的确定应有科学的依据, 既要避免单纯为保证量值准确可靠而不合理地缩短校准周期, 增加不必要的物力、人力、财力浪费;也不应只为了降低校准成本而随意延长校准周期, 不考虑使用设备超差可能造成的经济损失和安全隐患。无论采用哪种方法对测量设备的校准周期进行确定, 都需要对设备自身的特点、重要性、可靠性、稳定性以及维护使用情况等有足够的了解, 并需要充足的历史校准统计数据作为参考依据。每种评定方法都不能尽善尽美, 在周期评定时应综合几种方法进行合理地评定, 并在实践中加以完善。
