0.2 测试技术的作用

机械行业的发展离不开测试技术，它促进了科学研究和产品设计的发展，其独特的作用见图0-3。

1. 为行业的基础理论研究提供科学的依据

各个行业都有自己的基础理论研究方向，如汽车行业研究行驶理论，机械制造行业研究刀具切削理论，工程机械行业研究插入阻力、挖掘阻力，等等。其试验称为基础理论研究试验，往往依赖于测试技术去完成。

因此，测试技术的水平在很大程度上决定了科学研究的深度和广度。测试技术的水平愈高，所提供的信息愈丰富、愈可靠，科学研究取得突破性进展的可能性就愈大。测试技术的发展推动着现代科学技术的进步。

例如，通过安装在斗轮挖掘机铲斗销轴处的传感器，测试在各种工况下切割阻力的变化规律，可以建立切割阻力与驱动扭矩之间的公式，为合理设计铲斗的结构和确定驱动功率提供科学依据。

岩石、金属和土壤等破坏机理的研究则往往决定了机械产品发展的方向。例如，对岩石破碎机理的研究，是为了寻求最好的钻进方法，研究的结果导致了从“钢绳冲击钻机（磕头钻）→火钻→潜孔钻机→牙轮钻机”的发展历程，工作效率从穿一个孔需要24h到目前的0.5h。

2. 为产品的开发和设计提供技术支持

测试技术可以为产品的开发和设计提供技术支持。在机械工程零部件及整机的设计、研制和使用等工作中，会遇到大量的结构强度、结构动力学、寿命和可靠性等问题。一方面，应根据载荷和使用条件进行强度和振动等计算分析；另一方面则需要根据实际或模拟条件进行试验应力分析和振动响应特性的实验分析，两者相辅相成。当计算分析困难时，则主要靠试验研究提供可靠的数据。因此，测试技术是产品开发和设计的工具。

对有故障的构件进行测试，找出最大应力值及分析破坏原因，是重新合理设计产品的一种手段。因为测试可以发现应力的变化规律，找到最大应力点的位置、大小和方向。

一个杆件的截面多大最合理？什么形状最优？杆件不坏并不意味着最合理，往往存在着强度储备过高而造成原材料浪费的问题。测试可以弥补理论设计的不足。

例如，20世纪80年代，我国某厂曾对一台刚刚进行了可靠性试验的日本推土机进行解体拆卸，发现左侧履带架出现明显变形。是什么原因造成的？最后通过测试应力的方法找到了答案。

逆止器是应用在大型胶带机上的制动器，其原理是在内外套之间安装数个异形块，外套顺转时异形块倒下，外套逆转时异形块立起，从而阻止内外套之间的运动，达到制动目的。沈阳某工厂设计了逆止力矩为90000N·m的逆止器，在测试试验时，发现逆止器顺转时，摩擦引起的温度很高，表面温度最高时达80℃，这是不允许的；在逆止时，逆止角过大，逆止力矩达不到预定值，甚至发生过内套涨裂的情形。这说明异形块形状设计不合理。后来通过数次试验，数次修改，才使产品满足要求。如果没有反复的试验和测试，逆止器的研制根本不会成功。

对工业产品的测试试验研究，往往可以有效解决产品在开发研究过程中无法通过理论计算和分析得到有效解决的问题，如产品的抗撞特性、安全性能研究等。

破坏性试验（Destructive Test）是指产品在试验后不能使用，或已失去原有功能的实验，往往是在人为设定的特殊条件下进行的，如汽车碰撞试验、工程机械驾驶室防倾翻的ROPS试验、防落物的FOPS试验等。破坏性试验往往是在相关的检测手段与高速摄像监视配合下进行的。

几乎所有的产品在定型之前，都要经过无数次的破坏性试验，又在一次次的改进后才最终成为过得硬产品。例如，美国曾对小型汽车进行了一系列的撞击10m高的易碎柱子和撞击木质标牌的破坏性试验，以检验汽车的安全性能。通过这些试验，最终确定了在汽车上使用中空的弹性材料作为缓冲物，以解决汽车受撞击的问题。

在英国的汽车撞击试验中，发现当卡车以80km/h的速度撞击缓冲物时，缓冲物倒塌了，卡车只受轻伤，且只需略维修即可继续使用。因此为了安全起见，英国强制性地在高速路上设置了该种防撞击缓冲物。

3. 可以评价产品质量

测试技术可以评价产品的制造质量、工作质量、结构强度和经济效益。

机器的质量检查性测试试验，针对目前生产的产品，定期进行质量检查试验，评价产品质量的稳定性，及时检查出产品存在的问题。检查内容包括产品的性能、强度、寿命、可靠性、可维修性、废品率和使用期等。

新产品定型测试试验是在新机械产品投产以前，按规程进行全面适应性和使用性的形式试验，在试验中测试全部参数。有些产品的测试试验还必须在热带、高原和严寒等不同条件下进行。国家规定，必须经对口的权威质检部门和认证机构的检测，合格以后出具检测报告，才允许开鉴定会，才能进行小批量生产。在定型试验中，不允许出现重大损坏、性能恶化及维修频繁等情况。且所有的检测依据都应遵循检测试验标准来进行。

检测试验标准分为国际标准、区域标准、国家标准、行业标准和企业标准。检测标准首先贯彻中国的国家标准，如果国家标准尚没有制定出来，优先考虑的顺序是ISO国际标准、区域标准、国外主要国家的标准、企业标准。

试验的标准主要对以下内容进行了统一和规定：

① 统一规定了试验项目、试验规程，并作为制定试验大纲、实施试验的依据；

② 规定了性能参数、技术要求、允许值，可作为试验结果评价的标准；

③ 规定了产品各项试验检测规程、操作方法，可作为产品定型、合格产品出厂验收标准。

如图0-4所示，即为在车辆动力性的检测中依据国家标准制定的检测项目。

4. 监控设备运行状态和运行条件及实现产品自动检验和质量控制

随着生产向机械化、自动化方向发展，就必须在生产过程中通过各种参数的测量、分析，进行控制和监视，才能保证产品的质量和生产的效率。检测技术就是利用传感器或检测仪器，将机器的各种参数转换成为电信号，测试这些电信号，以检测、监视和控制各种静态参数及动态参数，使设备或系统正常运行，且处于最佳状态，从而保证生产安全、高效和高质量的。或者把这些电信号送入自动控制系统，自动调节设备运行状态。该技术被广泛地应用在电力、冶金、石化、化工和交通等行业，监控设备的工作状态。

一辆普通汽车需要配置30～100余种传感器及其配套测试仪表，用以检测发动机、车速、转矩、油压、油量、温度和振动等。一部豪华汽车则需要配置安装100～200个传感器，传感器数量的多少，标志着汽车的豪华程度。

在数控机床内部，也广泛使用了各种传感器及自动检测装置来监视加工中的各个环节，从而实现加工过程的自动检测和控制。例如，采用铂热电阻、热敏电阻、热电偶等传感器检测机床的轴温、压力油温、润滑油温、冷却空气的温度和电动机绕组温度等环境量的测量；采用电阻式、电感式、电涡流式、霍尔式、光电式、超声波式传感器测量机床工作台、刀架等运动部件的位置，实现伺服控制；在刀具加工工件的过程中，进行力和加速度的测量，保证工件加工状态不超出设定的允许条件；机床在进行超精加工切削状态下，要使用传感器监控其动态稳定性、自激现象、加工精度，在线检测零件尺寸和精度。

同时可通过对机床的静、动态参数，如工件的加工精度、切削力、切削速度、位移、振动等机械量参数进行在线检测和自动调整，可使检测和生产加工同时进行，达到及时、主动地用检测结果对生产过程进行调节和控制，使其达到最佳运行状态，生产出合格产品的目的。

设备运行状态监控系统的特点是其传感器或仪器是安装在机器上的，它们是整机不可分割的组成部分。

5. 是实现自动化控制技术中不可缺少的重要环节

自动化技术可以降低人的劳动强度，提高工作效率和工作精度。现代工业生产与自动控制系统是以计算机为核心，以传感器为基础组成的。精确可靠的传感器是信息的获取与转换的组成环节，只有精确及时地将被控对象的各项参数检测出来并转换成易于传送和处理的信号，整个控制系统才能正常工作。检测与转换技术是自动检测技术和自动转换技术的总称。

工业自动化主要包括单机（单台机器）系统自动化、生产过程自动化和工业系统管理自动化。

单机系统自动化的机器，如矿用钻机可以根据岩石硬度的变化，自动调节钻头处轴压力、回转扭矩、除尘的注水量和排渣风量。因此它可以使整机的振动减到最小，提高钻头的使用寿命，节省能源和水资源，提高工效，并且无需操纵机器。这些都是依靠各种传感器采集不同的信息，转换成电信号进行反馈，自动控制钻机运行的。

生产过程自动化指的是机器实现无人控制，工作人员可在远方控制室内，通过传感器等监控系统，监视并控制机器的工作情况。例如，斗轮堆取料机进行堆、取料作业时，操作人员可以通过计算机显示屏的画面切换，来了解斗轮堆取料机的工作位置和工作情况的图示，以及取煤量、悬臂角度、回转角度、大车位置、各驱动装置、辅助系统等各部件、各系统的各种运行参数并通过打印机获得所需要的数据。同时可以随时与主控室之间进行数据交换，使主控室可以设定各运行参数，并通过显示屏了解斗轮堆取料机的运行状况和故障原因等。生产过程自动化可以适应大型电厂、现代化港口等高度自动化生产的要求，并提高工作效率。

生产过程自动化涉及现场总线技术、现场传感器技术、计算机通信、计算机视觉系统和管理技术、故障诊断技术的综合运用。

工业系统管理自动化，如斗轮堆取料机制造厂与各用户联网，可以及时获取机器的使用信息和产品升级信息。

6. 测试技术可以组成故障自诊断系统

在化工、机械、电力、石油、煤炭和交通等行业中，一些大型设备通常在高温、高压、高速和大功率状态下运行，为了保证这些设备的安全运行，通常设有故障监测系统对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行长期动态的监测，对故障进行早期诊断，避免突发事故，保证设备和人员的安全，提高经济效益。

故障自诊断系统，就是利用计算机来处理检测信息，进行分析、判断，及时诊断出设备故障并自动报警或采取相应对策的。该过程的技术则称为自动检测技术或故障自诊断系统。

7. 可以为专门实验场的现场测试服务

如汽车试验场，往往是一个占地面积几十平方千米的大型综合性试验基地。它包括各种车辆实际可能遇到的一切典型使用条件的模拟设施，如有高速环行跑道、各种坡道、滑台、涉水池、强化试验的各种路面、地面。强化路面试验行驶1600km相当于一般使用中行驶160000km，强化程度达1∶100。汽车可以在试验场中完成各种性能、寿命试验。在试验场可深入研究汽车的各种性能、缩短试验周期、提高试验结果的可比性和试验工作的安全性。

试验场就是研究中心，集中了各种大型精密的测试仪器和试验设备（研究中心常常拥有数千研究人员，是一个包括许多学科、许多专业、许多科学技术领域的大规模科学实验集体）。

8. 是研究国外进口设备性能的工具

测试技术是研究国外进口设备性能的工具。在合资过程中，外国公司往往不会把产品开发的整个程序和关键技术拿到中国来，他们只是利用中国廉价的劳动力与资源，把中国的工厂当作加工厂或装配厂。而且在与外方的合作中，中方某些单位往往放弃了自我开发产品的能力，过分依赖国外公司的技术，丧失了独立自主的开发能力。我们要掌握开发的技术手段，而不是专注于国外产品的具体结构与图纸。提升自己的开发能力，其中关键一条就是通过试验测试手段摸清技术的关键，为国产化生产服务。

有一次，我们现场测试中德合作生产的斗轮挖掘机，却遭到德国人的粗暴干涉，他们指责我们是在“偷技术”，可见就连普通的外国工人都懂得测试的重要性，而我们许多单位的领导却不知道测试的重要意义。

9. 可以为其他实验方法服务

模型试验法又称模拟试验。这种方法利用相似三定理，可以把预期设计的机器的整机或工作装置等部件（原型）进行放大或缩小，做成模型，通过对模型模拟试验和测试发现问题，解决问题，完善产品性能或设计理论。这种方法最大的好处是可以避免一旦设计原型失败所造成的巨大浪费。如一台造价数亿的3600m2/h型斗轮挖掘机，如果不在模型试验的基础上就直接设计制造，一旦失败将会带来巨大浪费。我国在二十世纪七八十年代，生产制造了许多台平巷掘进机，产量超过了当时世界各国的总和，但没有一台好用，造成了人力、物力的巨大浪费。

模型试验需要测试技术进行各种各样的性能参数的测试。

模型试验还可以解决不易或不能直接在某些真实条件下进行的试验，如月球车的设计与试验，只能在地球上模拟月球的条件进行试验研究。

再如正交试验也需要测试技术进行配合。试验最优化不需要事先建模就很容易实现。试验的最优化设计可以以最少的试验次数得出令人信服的试验结论，取得最优的配方、设计参数的最优搭配及最优的生产工艺等。如采用正交表，可以用27次试验代替1594 323次试验。日本曾在20世纪50年代后期开始使用这项技术迅速使工业崛起。实验优化试验技术被当作日本的国宝，实验设计课程是日本所有大学必开设的课程。

测试技术还可以为可靠性试验等其他试验方法服务。