CC BY
103
УДК 006.067
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-343-349 ВЕРИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ НИЗКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
П.А. Афанасьев, А.Г. Ивахненко
Статья посвящена внедрению процедуры верификации методов испытаний в лаборатории, проводящей испытания низковольтного оборудования. Сформулированы основные этапы верификации, даны рекомендации по их проведению. Подробно описан завершающий этап верификации - экспериментальная проверка применения разрушающих и неразрушающих методов испытаний, результаты которых представлены как в качественной, так и в количественной форме. Приведенное подробное описание методов испытаний позволяет адаптировать приведенные рекомендации по внедрению процедуры верификации для лабораторий с аналогичными методами испытаний.
Ключевые слова: верификация, испытания, методы испытаний, испытательные лаборатории, система менеджмента.
Вступление в действие Приказа Минэкономразвития России от 26.10.2020 № 707 [1], помимо прочего, установило для испытательных лабораторий необходимость проводить верификацию и валидацию применяемых методов испытаний. Ранее данный вопрос, ввиду отсутствия в предыдущей редакции критериев аккредитации требования о соблюдении положений ГОСТ КОЛЕС 17025-2019 [2], оставался добровольным. Во многом по этой причине, вопросы, связанные с верификацией и валидацией, оставались относительно мало изученными, нормативная база по данному вопросу распространяется только частные случаи. Так рекомендации Р 50.2.060-2008 [3] действуют в отношении методов количественного химического анализа.
При этом внедрение в практику лаборатории верификации и валидации методов испытаний позволяет минимизировать такие риски, как отказ в расширении области аккредитации по причине отсутствия необходимого оборудования (либо материалов) и необоснованное принятие заявки на проведение испытаний, что несет за собой не только ущерб деловой репутации лаборатории, но и значительные финансовые потери. Кроме указанных выше рисков, необходимо отметить следующие потенциальные нежелательные события: невозможность удовлетворить потребности заказчиков по причине отсутствия в области аккредитации всех определяемых показателей продукции (ее характеристик), установленных методом испытаний; несоответствие заявленных пределов измерения требованиям заказчиков и/или стандарта; предоставление недостоверных результатов испытаний [4].
В глобальном смысле внедрение российскими испытательными лабораториями верификации и валидации методов испытаний, как элемента системы менеджмента по ГОСТ КОЛЕС 17025-2019 [2], является важным и необходимым условием признания полученных результатов на международном уровне.
Обобщенно говоря о валидации и верификации необходимо отметить, что наличие необходимых методов испытаний значительно зависит от сферы деятельности лаборатории. Ва-лидация стандартных методик, применяемых в не модифицированной форме, не осуществляется [5]. Разработка же нестандартных методов испытания (или модификация стандартных методов) характерны только для лабораторий, выполняющих измерения для оценки состава и свойств веществ. Другим лабораториям, в подавляющем большинстве случаев, достаточно методов испытаний, приведенных в эксплуатационных документах на оборудование, государственных, международных и национальных стандартах [6, 7]. По этой причине в данной статье рассмотрены вопросы, касающиеся только верификации методов испытания низковольтного оборудования, как имеющие большую практическую значимость.
Задачей данной работы является адаптация этапов верификации методов качественного химического анализа, описанных в Р 50.2.060-2008 [3], для испытаний низковольтного оборудования, включая этап проверки возможности получения в лаборатории количественных результатов неразрушающего контроля с необходимой точностью. Для качественных результатов испытаний - разработать способ проверки получения результатов с необходимой точностью.
Как уже отмечалось выше, вопросы верификации в нормативной документации рассмотрены только для методов количественного химического анализа [3]. Данные методы характеризуются возможностью собрать достаточное количество информации для статистиче-
343
ской обработки результатов (провести почти любое количество измерений, получить их среднее значение, значение стандартного отклонения и т. д.), полученные данные, как правило, являются количественными. При проведении испытаний низковольтных аппаратов полученные результаты часто качественные, либо полученное числовое значение нельзя получить повторно из-за разрушения или повреждения образца. В целом, с точки зрения верификации следует выделить следующие группы испытаний низковольтных аппаратов по виду полученных данных (качественные и количественные) и по степени воздействия на образец (разрушающие и не разрушающие).
К количественным измерениям следует отнести:
1) прямые однократные измерения значений параметров с узким полем допуска (поле допуска в два и более раз меньше измеряемой величины) без влияния внешних факторов (в том числе номинального напряжения, постоянного или переменного тока). Например, измерение усилия оперирования с помощью динамометра, измерение момента затяжки крепежных резьбовых соединений моментной отверткой (ключом), измерение сопротивления плавкого предохранителя и т. д. Данные испытания являются неразрушающими, что позволяет собирать и статистически обрабатывать полученные результаты;
2) прямые однократные измерения значений параметров с узким полем допуска, проводимые в течение (либо после) воздействия внешних факторов на образец. В этой группе следует выделить как неразрушающие испытания (испытания на теплостойкость, измерение превышения температуры элементов оборудования (например, выводов и рукояти управления автоматического выключателя), измерения потерь мощности оборудования, измерения падения напряжения цепи на нем), так и те, что приводят к потере работоспособности. К таким относятся испытания на отключающую способность коммутационных аппаратов токами, в тысячи раз превышающих номинальное значение. При их проведении, помимо качественных оценок состояния образца после испытания, оценивают силу тока, при котором произошло срабатывание и время срабатывания.
К качественным испытаниям следует отнести такие проверки как:
1) визуальный контроль маркировки и конструкции, включая проверку низких степеней защиты (код 1Р1Х - 1Р2Х) и проверку механической опасности с помощью щупов, имитирующих части тела человека и инструмент. Работники лаборатории проводят осмотр образцов на соответствие требованиям стандарта в части наличия на маркировки образцов необходимой информации (направление движения органа управления; индикация положения органа управления; код 1Р; класс защиты от электрического удара и т. д.) и наличие обязательных элементов конструкции (цепи заземления, индикаторов, блокировок и т. д.). Естественно, что такие испытания являются неразрушающими;
2) визуальный осмотр образца, на который оказано (либо оказывается в настоящий момент) некоторое внешнее воздействие. Часто такие испытания являются разрушающими, например, проверка стойкости к механическому и коммутационному износу (наличие цепи после заданного количества циклом механического или коммутационного износа), проверка стойкости к падению (оценивается отсутствие сколов и трещин), испытания на воспламеняемость материала образца под действием раскаленной проволоки и т. д. Однако в ряде случаев, образцы остаются пригодными для дальнейшей эксплуатации. Например, при проверке срабатывания автоматического выключателя при токе срабатывания мгновенного расцепителя, проверки срабатывания светодиодных индикаторов и т. д.;
3) прямые однократные измерения значений параметров с широким, в том числе односторонним, полем допуска. Например, измерение электрического сопротивления деталей из диэлектрических материалов и измерение электрической прочности изоляции. Испытание может проводиться как без внешних воздействий, так и при их наличии (как правило, после проведения испытаний на воздействие повышенной влажности). Несмотря на полученный результат испытаний важно не столько его значение, сколько диапазон, в котором он находится, что позволяет считать данные испытания качественными, а не количественными. Например, нормальное значение сопротивления изоляции кабеля - выше 0,5 МОм для каждой его жилы.
Процедура верификации методов испытаний может быть условно разделена на следующие этапы:
1) подготовительный этап;
2) этап проверки наличия необходимых ресурсов;
3) этап проверки операций и приемов, осуществляемых при реализации метода в лаборатории;
4) этап проверки возможности получения в лаборатории результатов с необходимой точностью (экспериментальная проверка правильности использования метода в лаборатории).
На подготовительном этапе уполномоченный работник лаборатории составляет программу верификации на основе нормативной документации на метод испытания: определяет перечень определяемых показателей (характеристик), установленных методом испытаний; необходимые пределы измерения; определяет метод (методы) экспериментальной проверки правильности использования метода в лаборатории. Перечень определяемых показателей зависит в первую очередь от потребностей заказчиков. Например, если лаборатория получает преимущественно заявки на испытания пластиковых корпусов для низковольтных комплектных устройств, то может не включать в свою область аккредитации испытания на стойкость к коррозии, которым подвергаются только корпуса из стали. Тем самым лаборатория, хоть и откажется от потенциального сотрудничества с некоторыми заказчиками, но сэкономит средства от покупки камеры влаги необходимого объема. Аналогично ситуация обстоит и с диапазоном измеряемой величины. Так, например, лаборатория может отказаться от проведения испытаний расцепителей автоматических выключателей на номинальный ток выше определенного значения, если основные заказчики не осуществляют их производство.
Реализация программы верификации должна начинаться с проверки наличия необходимых ресурсов: проверки соответствия помещений требованиям метода и эксплуатационных документов на оборудование, проверка наличия средств измерения и испытательного оборудования с требуемыми метрологическими характеристиками, наличие вспомогательного оборудования, программного обеспечения, материалов и реактивов. Данный этап завершается оформлением акта по форме, установленной в системе менеджмента качества лаборатории, с указанием необходимости закупки и/или модернизации оборудования [3].
Проверка соответствия операций и правил, осуществляемых при реализации в лаборатории метода испытаний, требованиям нормативных документов предусматривает проверку всех этапов процедуры анализа, выполняемых расчетов и регистрации данных. Результаты данного этапа могут быть оформлены протоколом испытаний по форме, установленной лабораторией. Такой подход позволяет убедиться в том, что персонал лаборатории действительно готов к проведению испытаний для заказчиков. В ходе проведения испытаний с целью верификации может быть выявлена необходимость конкретизации (уточнения) отдельных этапов метода. В этом случае разрабатывают дополнительные инструкции в дополнение к нормативным документам на метод испытания [3].
Экспериментальная проверка правильности использования методов неразрушающих испытаний низковольтного оборудования, результатом которых являются количественные данные, должна проводиться оцениванием в лаборатории показателя повторяемости агд, показателя внутрилабораторной прецизионности а ^д и показателя точности результатов испытаний А д по методу, верификация которого проводится.
Повторяемость агд характеризует близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных с применением одного и того же оборудования, в одинаковых условиях и одним работником.
_ I Е"=1(Х1Г - Хсрг )2
агЛ _ V---'
V п -1
где Хцг - результат измерений в условиях повторяемости; ХсрГ - математическое ожидание
серии результатов испытаний, выраженное через среднее арифметическое значение; п - число измерений в серии.
Внутрилабораторная прецизионность а ^д - степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученные способом, на который не оказывает влияние никакой предшествующий результат, полученный при испытаниях. Прецизионность рассчитывают как стандартное отклонение серии результатов измерений.
|Еп_1(Х1я - Хсрд )2
аЯД _ д---,
п -1
где Х^ - результат измерений в условиях прецизионности (полученные с использованием разного оборудования и/или разными работниками лаборатории); Хср^ - математическое
ожидание серии результатов испытаний, выраженное через среднее арифметическое значение. Показатель точности результатов испытаний Ад рассчитывается по формуле
А Д =|Анд| = АвЛ,
где Анд и Авд - нижняя и верхняя граница интервала, в которых лежит погрешность любого из совокупности результатов измерений [3, 8].
Оцениванием в лаборатории показателей качества результатов испытаний агд, а^д и Ад по методу, верификация которого проводится, осуществляется путем сравнения их со
значениями, приведенными в методе, либо (при их отсутствии) со значениями установленными уполномоченными работниками лаборатории экспертно. Экспертная оценка может основываться на требованиях заказчиков и/или результатах бенчмаркинга [3, 9]. Обозначив нормативные значения как аг, а ^ и А , запишем условие при котором принимают решение о соответствии процедуры анализа в лаборатории требованиям метода [3]:
агЛ , аЯЛ , А Д . Экспериментальная проверка правильности использования методов разрушающих испытаний низковольтного оборудования, результатом которых являются как качественные, так и количественные данные, должна проводиться оцениванием в лаборатории согласованности экспертных оценок. Мерой согласованности экспертных оценок является коэффициент конкор-дации Ж [10].
Ж= 12$ ,
2 3 п (т - т)
где $ - сумма квадратов отклонений суммы баллов каждого образца от среднего арифметического баллов (образцу присваивается 1 бал, если, по мнению данного эксперта, образец соответствует предъявляемым требованиям; и 0 баллов, если, по мнению эксперта, образец не соответствует предъявляемым требованиям); п - количество испытателей, принимающих участие в экспериментальной проверке; т - число исследуемых образцов.
Естественно, что при полном единодушии экспертов - если все приняли решение о соответствии, либо несоответствии образца - расчет коэффициента конкордации не имеет смысла. В данном случае метод испытания признается успешно верифицированным в данной лаборатории. Однако в спорных ситуациях, расчет коэффициента конкордации необходим. Например, группа из трех экспертов проводила осмотр двух образцов после испытания на воздействие пыли (проверка степени защиты 1Р5Х). Критерием соответствия (образцу присваивается ранг Кц = 1) является отсутствие пыли внутри образца в том количестве и в таких местах,
и
что это приводит к нарушению работоспособности. Если, по мнению эксперта, образец не соответствует требованиям, то присваивается ранг Кц = 0 . Для удобства обработки результатов,
и
проставленные экспертами баллы и результаты дальнейших расчетов могут быть сведены в таблицу.
Оценка согласованности мнений экспертов по коэффициенту конкордации
Условный номер Эксперт Сумма ран- Отклонение от среднего Квадрат отклонения от
образца 1 2 3 гов образца арифметического среднего арифметического
1 1 1 0 2 0,5 0,25
2 1 1 1 3 0,5 0,25
Рассчитаем значение сумма квадратов отклонений суммы рангов каждого образца от среднего арифметического ранга $:
1. Сумма рангов присвоенных экспертами образцу рассчитывается как ХП=1 Кц .
2. Среднее арифметическое рангов рассчитывается как 1 "^ЦП=\Е!п=\Кц . В рассматри-
т
ваемом примере среднее арифметическое рангов равно 2,5.
346
3. Рассчитав отклонение от среднего арифметического как разность среднего арифметического и суммы рангов образца и, вычислив квадраты полученных значений, рассчитаем значение S. В рассматриваемом примере S = 0,5.
Подставим полученные значения в формулу для расчета коэффициента конкордации:
w=-т^3—=6 = 0,11.
32(23 - 2) 54
Принято считать, что согласованность экспертных оценок достаточная, если полученное значение коэффициента конкордации лежит в диапазоне от 0,5 до 1 включительно. Соответственно, в рассматриваемом примере, при значении коэффициента конкордации меньше 0,5, делают вывод об отсутствии согласованности полученных экспертных оценок.
2
Однако рассчитанное значение W должно быть взвешено по критерию % с уровнем значимости от 0,005 до 0,05. Окончательно решение о согласованности экспертных оценок принимают в случае, если выполняется неравенство
%расч = Wn(m -1) >%табл.
В случае выявления несогласованности мнений экспертов по коэффициентам конкор-
2
дации и соответствующей проверке его величины по критерию % экспериментальную проверку правильности использования метода необходимо провести повторно, снабдив экспертов дополнительной информацией [10]. Например, в рассматриваемом случае могут быть проведены корректирующие мероприятия в виде проверки работоспособности в условиях, соответствующих эксплуатационной документации. Проведение такой проверки позволит однозначно установить соответствие (либо не соответствие) образца, что повысит согласованность экспертных оценок. Необходимость проведения такой дополнительной проверки должна быть закреплена во внутренних нормативных документах, разъясняющих метод испытаний.
Таким образом, внедрение в испытательной лаборатории процедуры верификации методов испытаний позволит обеспечить достоверность полученных результатов испытаний и в целом снизит риски, связанные с лабораторной деятельностью. Этап проверки наличия необходимых ресурсов и проверки операций и приемов, осуществляемых при реализации метода в лаборатории, позволят избежать отказа в расширении области аккредитации и необоснованного принятие заявки на проведение испытаний. Как отмечалось выше, необоснованное принятие заявки на проведение испытаний может произойти при отсутствии в области аккредитации всех определяемых показателей (характеристик), установленных методом испытаний и несоответствие заявленных пределов измерения требованиям заказчиков и/или метода.
Этап проверки возможности получения в лаборатории результатов с необходимой точностью (экспериментальная проверка правильности использования метода в лаборатории) позволяет убедиться в том, что лаборатория стабильно, не зависимо от задействованного персонала и применяемого оборудования, дает результаты испытаний, характеристики точности которых соответствуют применяемому методу, удовлетворяют требования заказчика и находятся на конкурентоспособном уровне. Как видно из приведенного примера обработки качественных данных, даже отклонение результата контроля одного специалиста является основанием для проведения корректирующих действий.
Список литературы
1. Приказ Минэкономразвития России от 26.10.2020 № 707 (ред. от 30.12.2020) «Об утверждении критериев аккредитации и перечня документов, подтверждающих соответствие заявителя, аккредитованного лица критериям аккредитации» (Зарегистрировано в Минюсте России 16.11.2020 N 60907). [Электронный ресурс] URL: http://www.consultant.ru/document/cons doc LAW 367928/(дата обращения:12.10.2021).
2. ГОСТ ISO/IEC 17025-2019. Межгосударственный стандарт. Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий (введен в действие Приказом Росстандарта от 15.07.2019 N 385-ст). [Электронный ресурс] URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_332887/(дата_обращения:12.10.2021).
3. Р 50.2.060-2008. Государственная система обеспечения единства измерений. Внедрение стандартизованных методик количественного химического анализа в лаборато-
рии. Подтверждение соответствия установленным требованиям (утверждены и введены в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 ноября 2008 г. N 320-ст). [Электронный ресурс] URL: https://docs.cntd.ru/document/1200069291(дата обращения:12.10.2021).
4. Каранина Е.В. Управление рисками: механизмы, инструменты, профессиональные стандарты: [16+]. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2020. 257 с. DOI 10.23681/576521.
5. Порошин С.А. Верификация и валидация / Стандарты и качество, 2013. № 7. С. 5.
6. Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 № 102-ФЗ (последняя редакция). [Электронный ресурс]. -URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_77904(дата_обращения:12.10.2021).
7. Горбунова Т.С. Измерения, испытания и контроль. Методы и средства: учебное пособие // Министерство образования и науки России, Казанский национальный исследовательский технологический университет. Казань: Казанский научно-исследовательский технологический университет (КНИТУ), 2012. 108 с.
8. Беляева М.В., Сушкова Т.А. Статистика: учебное пособие: [12+]; науч. ред. Е.В. Асмолова. Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2018. 165 с.
9. Кане М.М., Иванов Б.В., Корешков В.Н., Схиртладзе А.Г. Системы, методы и инструменты менеджмента качества: Учебное пособие. 2-е изд. Переработанное и дополненное. СПб.: Питер, 2019. 576 с.
10. Квалиметрия и нормирование показателей качества [Текст]: учебно-методическое пособие / С.В. Ходыревская; Юго-Зап. гос. унт. Курск, 2010. 253 с.
Афанасьев Павел Андреевич, аспирант, pavelaf@,gmail. com, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Ивахненко Александр Геннадьевич, д-р техн. наук, профессор, ivakhnenko2002@mail.ru, Курск, Юго-Западный государственный университет
VERIFICATION OF LOW-VOLTAGE EQUIPMENT TEST METHODS P.A. Afanasyev, A.G. Ivakhnenko
The article is devoted to the implementation of the procedure for verification of test methods in a laboratory that tests low-voltage equipment. The main stages of verification are formulated, recommendations for their implementation are given. The final stage of verification is described in detail - an experimental verification of the application of destructive and non-destructive test methods, the results of which are presented both in qualitative and quantitative form. The given detailed description of test methods allows to adapt the given recommendations on the implementation of the verification procedure for laboratories with similar test methods.
Key words: verification, testing, test methods, testing laboratories, management system.
Afanasyev Pavel Andreevich, postgraduate, pavelaf@gmail.com, Russia, Kursk, Southwest State University,
Ivakhnenko Alexander Gennadievich, doctor of technical sciences, professor, ivakhnen-ko2002@mail.ru, Kursk, Southwest State University
