李诗礼¹ 罗燕玲¹ 李骏奇¹

摘 要 文章介绍了广州海关技术中心玩具婴童用品实验室历年来组织的玩具机械物理领域的能力验证计划项目的基本情况，详细分析了各项目的技术要点和常见不满意问题，总结了现阶段该领域能力验证计划的开展情况。

关键词 能力验证；玩具；机械物理；实验室；检测；技术分析

 Technical Analysis and Suggestions for the Physical Proficiency Test of Toy Machinery

LI Shi-Li¹  LUO Yan-Ling¹  LI Jun-Qi¹

Abstract This paper introduces the basic situation of the proficiency testing scheme in the toy mechanical and physical field organized by the Toys and Juvenile Products Testing Lab of Guangzhou Customs Technology Center, analyzes the key techniques and common dissatisfactions of each project in detail, and summarizes the development of the program at the current stage.

Keywords proficiency testing, toy, mechanical and physical field, laboratory, test, technical analysis

能力验证(Proficiency Testing) ^[1]是指利用实验室间比对，按照预先制定的准则评价参加者的能力。通俗来说，能力验证是评价一个实验室有无开展某项检验检测活动、出具合法有效的检验检测报告的能力。能力验证的目的是保证实验室的运行满足质量管理的要求，出具的结果公平公正、合法有效。通过参加能力验证，实验室可证明满足监管机构和认证机构的要求，评估自身能力，提高实验室可信度，并通过能力验证结果和报告发现自身问题，提高实验室检测水平。

1  能力验证活动现状

近年来，我国实验室能力验证体系逐步成型。目前我国累计开展了大量的能力验证计划，吸引了国内外数十万个/次实验室参加。玩具因为涉及儿童的健康安全，一直是海关重要的法定监管商品。全国海关系统有数十家实验室开展玩具相关检测业务，他们通过参加能力验证开展质量控制活动，改善实验室质量管理。

中外玩具测试标准主要包括中国玩具安全标准GB 6675、欧盟玩具安全标准EN 71、美国玩具安全标准ASTM F963、美国联邦消费品安全法令CPSC、加拿大玩具法规SOR/2011-17、日本玩具安全标准ST 2016和国际玩具安全标准ISO 8124。所有的玩具标准都包含机械物理项目，它们通过模拟儿童对玩具进行正常使用及可预见的合理滥用，评定玩具是否存在潜在的物理危害，例如尖端、利边、小零件、小球、玩具包装袋的薄膜厚度不足、发声玩具的声响过大等等。设计、用料不当或制造工艺不良的玩具会给儿童带来伤害，如窒息死亡、胃穿孔、肠道坏死、割伤、刺伤等。

按实验室认可规则^[2]，实验室初次申请如涉及玩具标准的机械物理领域，应至少参加过1次相关领域的能力验证且获得满意结果，在日后运作中，还应满足CNAS能力验证玩具机械物理领域2年1次的频次要求，实验室应给予关注。

2008年以前，我国国内还没有组织过玩具机械物理领域的能力验证，实验室只能参加化学领域的能力验证活动。实际上，由于机械物理检测项目在场地、检测设备、检测技术等方面的投入门槛较低，因此大部分玩具检测实验室首先建立的能力，小零件、尖端、利边、薄膜厚度等玩具基础物理项目也常见于海关系统内各个实验室。相关能力验证的缺失造成了监管真空，也不利于行业整体水平的提升。

广州海关技术中心玩具婴童用品实验室是我国玩具检测行业的首家能力验证提供者，在行业内组织的能力验证计划最多，涉及的测试项目类别也最多，是海关系统唯一开展玩具机械物理能力验证的提供者。近10年，该实验室积极研发机械物理相关的能力验证技术，先后组织了30多次能力验证计划，为上百家实验室提供了能力验证服务。回顾、总结和分析参加者代表性的技术问题，有助于科学策划和改进未来的能力验证工作，提高参加者满意率，促进玩具行业整体技术能力的提升。

2  玩具机械物理领域能力验证项目介绍

国内举办的玩具机械物理领域能力验证项目包括玩具的形状尺寸符合性判定、玩具性能选项判定、弹射动能、声响玩具的声压级测量、磁体磁通量指数的测量、塑料薄膜的厚度，这些都是常见的基础项目，几乎每个检测机构都会开展。广州海关技术中心近10年已开展各项目能力验证累计18次，除声响玩具的声压级测量项目外，其他项目中参加实验室的满意率总体逐步提高。各项目开展年份及其满意率详见图1。

图1 近10年玩具机械物理领域能力验证满意率走势

Fig.1 Trend of satisfaction rate of proficiency testing in toy mechanical and physical field in recent 10 years

2.1 玩具的形状尺寸符合性判定

2.1.1 测试原理和技术要点

(1)小零件判定

在无外界压力的情况下，以任一方向将玩具放入符合标准要求的小零件试验器，确定玩具是否可完全容入小零件试验器。在此，建议把测试的小零件试验器放置于水平桌面上，然后轻轻地把被测样品放入其中。观察时应确保视线与试验器上表面保持同一水平。遇到临界情况时，可以借助清洁的透明塑料薄片（或其他合适的方式）放在仪器的顶部来确定被测样品是否突出于仪器顶部。进行检查时应该把被测样品以任意的方向放入小零件试验器，找出最有可能完全容入的方向。

(2)某些特定玩具的形状及尺寸判定

将测试模板用夹具固定好，使槽的轴线基本处于垂直并使槽的上下开口处畅通无阻。调整被测试的样品，使其以最有可能进入并穿过测试模板内的槽的方位将玩具放入槽内，使作用在玩具上的力仅是玩具本身的重力。观察玩具任何部分是否穿过测试模板的孔的全部深度。一般来说，符合条件的玩具应先使用模板A进行检查，对于具有近球形、半球形或圆形端部的玩具，还需使用模板B进行检查。

2.1.2 常见不满意情况

据统计分析，在进行此类外形尺寸定性判定测试时，往往容易忽略了最小尺寸的方向，从而未能找出最不利的方向。因此，在进行小零件、玩具形状及尺寸判定测试前，应先确定被测物品的最小尺寸，然后以该尺寸所在的面/方向与测试仪器开口一致的方向放入，以判定其符合性。

2.1.3 验证试验

对等边三角形积木样品按不同方向验证是否属于小零件。

(1) 以边长与小零件试验器开口一致的方向放入，该边长是略大于小零件试验器开口直径，不能放入（见图2），结果判定为“不是小零件”。

图2  不能完全容入小零件试验器

Fig.2  Sample is not fit entirely into the small parts cylinder

(2)以三角形的中垂线与小零件试验器开口一致的方向放入，由于中垂线略小于小零件试验器开口直径，故此方向能把被测样品完全放入小零件试验器，结果判定为“是小零件”（见图3）。

图3  完全容入小零件试验器

Fig.3  Sample is fit entirely into the small parts cylinder 

2.2 弹射玩具的动能测试

2.2.1 测试原理

其中，E_k为动能，m为测量弹射物质量，V为弹射物的飞行速度，可通过天平和测速仪测得。

2.2.2 技术要点

进行玩具弹射动能测试时，应注意：

(1)了解玩具的操作，找出弹射物发射最大动能的正常使用状态；

(2)找出弹射物发射最大动能的最佳测试距离。不同的发射机构其最佳的发射距离不同，一般约为一个弹射物长度的距离最佳；

(3)注意所有测量数值的取值对最终结果的影响。

2.2.3 验证测试

(1)发射距离对最大动能结果的影响

采用2013年能力验证计划样品进行试验（见图4），发现最大动能随着发射距离的变化而变化，当发射距离在120 mm时（注：被测弹射物长度为120 mm），能获得最大的弹射动能（见图5和表1）。

图4  弹射玩具

Fig.4  Projectile toy

图5 最大动能与发射距离的变化关系

Fig.5 Variation relationship between maximum kinetic energy and launching distance

表1 不同发射距离的最大动能测试数据

Table 1 Test date of maximum kinetic energy test data at different launch distances

注：D为一个弹射物长度120 mm

(2)过程数值的取值对最终结果的影响

弹射物飞行速度V由两道感应屏之间的距离L除以飞行时间t得出，以某次能力验证处于中位值的实验室数据为例，其参数见表2。

表2  测试数据表

Table 2  Test data sheet

若在测试时，时间通过四舍五入修正至小数点后2位，即t取值为0.03 s，则得出以下动能：

由此可见，当时间t分别取小数点后2位和小数点后5位时，两者最终的动能差值为0.091J，动能增加了16.6%。因此，在计算过程中不可忽视各数据取值的影响。

2.3 磁体或磁性部件的磁通量指数的测量

2.3.1 测试原理

磁体的磁通量指数基于磁通量密度和磁极面积的测量结果计算所得。磁通量指数（kG²mm²）＝最大磁通量密度平方（kG²）X 磁体的极面面积（mm²）。根据算式可知，关键要测准磁通量密度和极面面积。

2.3.2 技术要点

(1)通量密度的测量：

找出磁体磁极所在的表面，将高斯计探头顶端接触到磁体的磁极表面，使探头与表面保持垂直，在整个表面移动探头找出最大的磁通密度绝对值。

(2)磁极表面积的测量和计算：

取出磁体（可能需要破坏玩具），若磁体的磁极表面是平的，测量其尺寸，并用合适的几何公式计算表面积；若磁极表面是不平的（例如半球形表面），则测量与穿过磁体磁极的轴线相垂直的磁体最大直径，并计算相应横截面的面积。

(3)磁通量指数的计算：

磁通量指数（kG²mm²）等于磁极表面积（mm²）和最大通量密度平方值（kG²）的乘积。

2.3.3 常见不满意情况

以往组织能力验证计划常见不满意情况包括(1)仪器的精度未达到要求；(2)对磁极表面积的理解错误：计算了整个磁体所有表面的面积之和而不是通过磁极的轴垂直的最大横截面面积；(3)测量最大通量密度的方法错误：破坏了塑料外壳直接测量磁体的通量密度；(4)计算错误：计算磁通量指数时，最大通量密度未取平方值等。

2.4 玩具性能选项判定

选项判定是对指定标准的每一个条款进行适用/不适用的判定。判定依据是标准条款的适用性条件。标准的适用性条件包括条款正文的描述和标准相关附录的说明。进行判定时不应只凭外观检查确定条款是否适用，需要时，可用测试或测量的手段来判定是否适用。

通过分析不满意实验室的结果，发现实验室因采用日常选项习惯进行判定适用性，从而导致判定结果与能力验证指定值结论不一致。因此，建议实验室准确研读适用性判定规则，按标准条文结合样品结构特征逐条判定条款的适用性。

2.5 声响玩具的声压级测量

2.5.1 测试原理

(1)在符合GB/T 3768-1996附录A中条件要求的环境中测试。

(2)按要求安放玩具。用于安放玩具的试验装置和/或玩具的操作者，在测试中不能影响到玩具声音的发射，也不能造成声音反射。

(3)按预定的或可预见的模式操作待测试玩具，使其对麦克风产生最大的发射声压级，以得到最大噪声声级。

(4)根据玩具的类别设定麦克风的位置进行测试。

2.5.2 技术要点

声响玩具声压级的测量是难度较大的测试项目，测试时需考虑以下方面：

(1)安放玩具时，应考虑玩具的操作选择合适的安放方式。

(2)要确保测试环境对测试的影响降到最低。

(3)声级计麦克风的定位要准确。

(4)按预定的或可预见的模式操作玩具，使其对麦克风产生最大的声压级，以得到最大噪声声级。

(5)测量时间和次数应根据玩具的类别和发声特征来确定。

在按照GB 6675进行测试时，对于一般的发声玩具，大多数实验室都能正确测量声音的声压级。但是对于有界限分明的运行周期的玩具，标准虽然有要求测试至少一个完整周期，但未指出需持续测试的时间；而国际标准ISO 8124-1:2018则明确指出：如果运行周期持续时间少于15 s，则应尽快重复运行周期，测试时间应为运行周期的整数倍且至少15 s。因此，建议参考国际标准的做法，尽快重复触发声响，使其发声时间持续至少15 s以提高测试准确性。

2.6 塑料薄膜的厚度测量

2.6.1 测试原理

在薄膜上取任意100 mm X 100 mm面积的部分，使用符合标准要求的测厚仪对对角线上10个等距点的厚度进行测量。

2.6.2 技术要点

塑料薄膜的厚度测量应注意仪器的各参数要符合标准要求，不同标准的仪器参数要求有所不同，对比GB 6675.2-2014^[3]、ISO 8124-1:2018+A1:2020+A2:2020^[4]、EN 71-1:2014+A1:2018^[5]和ASTM F963-17^[6]，仪器参数差异比对见表3；仪器除了要有较好的精确度和稳定性外，还要确保仪器干净无油污、灰尘等污染。此外，还要注意被测点的标记方式不要让标记点处的薄膜厚度受到影响。

表3  各玩具标准测厚仪参数

Table 3  Parameters of toy standards thickness gauge

3  结语

能力验证是科学、客观、高效地判断和监控实验室的能力，发现检测各环节存在的问题。总结多次能力验证的结果和发现的问题，实验室应在人机料法环各环节严格把关，加强控制，才是获得满意结果的可靠基础。如果出现可疑或不满意结果也应理性对待，通过发现问题并纠正错误可获得能力的提升。能力验证报告中的技术分析是帮助实验室提高水平十分有益的学习材料，因为能力验证提供者会针对参加者提交的所有关键信息进行深入剖析，发现问题并给出相关的技术建议，使得参加实验室能清楚认识到各自之间的差异，了解自身的不足，从技术分析中获得改进的指导信息，从而有效地提高实验室的检测水平。同时结合行业内较高水平实验室的工作经验，为参加者提供良好的参考范例。

综上所述，能力验证活动是评价和证明实验室检测能力的有效手段，是实施实验室有效管理的一个重要环节，也是监管机构对实验室认可的管理要求，积极参加能力验证计划对提高实验室的检测水平以及扩大社会声誉具有重要意义。

【该文经CNKI学术不端文献检测系统检测，总文字复制比为6.4%。】

基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFF0214803-03）

第一作者：李诗礼（1979—），男，汉族，广州人，硕士，高级工程师，主要从事玩具和婴童用品安全检测工作，E-mail：lishl@iqtc.cn

1.广州海关技术中心  广州  510623

1. Guanghzou Customs Technology Center, Guangzhou  510623

参考文献

[1] GB/T 28043-2019 实验室间比对能力验证统计的方法[S], 2019.

[2] CNAS-RL02：2018 能力验证规则[S], 2018.

[3] GB 6675.2-2014玩具安全 第2部分：机械与物理性能[S], 2014.

[4] ISO 8124-1:2018+A1:2020+A2:2020 Safety of Toys - Part 1: Safety aspects related to mechanical and physical properties[S], 2020.

[5] EN 71-1:2014+A1:2018 Safety of toys - Part 1: Mechanical and physical properties[S], 2018.

[6] ASTM F963-17 Standard Consumer Safety Specification for Toy Safety[S], 2017.

（文章类别：CPST-C）