Тема 19. Теоретичні основи технічної діагностики

Завдання технічного діагностування

Технічна діагностика — це наукова дисципліна, що досліджує форми

прояви відмов у технічних пристроях і розробляє методи їхнього виявлення, а також принципи конструювання діагностичних систем. Основні завдання технічної діагностики можна сформулювати в такий спосіб:

побудова математичних моделей об'єктів діагностики;

розробка програм перевірки об'єктів;

вибір чи створення технічних засобів перевірки стану об'єктів.

Таким чином, вирішення діагностичної задачі передбачає необхідність характеристик трьох видів:

об'єктів і явищ, що виступають у ролі причин відхилень;

об'єктів і явищ, що виконують роль наслідків цих причин (тобто самих відхилень);

процесу виявлення їхніх зв'язків.

Діагностування є в даний час одним з основних напрямків удосконалення системи ремонту техніки, підвищення її надійності в експлуатації, тому що воно сприяє виявленню відмов випадкового характеру в міжремонтні періоди.

Застосування засобів й методів технічного діагностування дозволяє безперервно чи в дискретні моменти часу перевірити стан вхідних і вихідних параметрів РС, дає змогу ставити РС в ремонт відповідно до його технічного стану. Це сприяє різкому зменшенню кількості відмов між плановими видами ремонтів, підвищенню ступеня використання ресурсу складових частин і деталей РС та зниженню витрат на запчастини й матеріали під час ремонту, підвищенню економічності роботи рухомого складу і його безпеки.

Поняття і визначення

Об' єктом технічного діагностування може бути як трамвай або тролейбус в цілому, так і їх складова частина, технічний стан якої потребує визначення. Під технічним станом слід розуміти сукупність властивостей об' єкта, які змінюються у процесі виробництва, експлуатації і характеризується у певний момент ознаками, що встановлені в нормативно-технічній документації. Таким чином, технічне діагностування - це процес визначення технічного стану об' єкта діагностування із заданою точністю. Відрізняють загальні схеми діагностування, об' єктом яких є виріб в цілому (наприклад, трамвай або тролейбус) і локальні призначені для діагностування складових частин виробу.

Засоби технічного діагностування можуть бути вмонтованими, зовнішніми, універсальними, спеціалізованими. Вмонтований пристрій входить до конструкції транспортного засобу і за необхідністю може виконувати безперервне діагностування у процесі функціонування стану технічного засобу. Зовнішній пристрій існує окремо від об' єкта і призначений для діагностування в дискретні моменти часу з встановленою періодичністю. Універсальні засоби використовуються для об' єктів діагностування різної конструктивної будови (наприклад, трамвайний вагон і тролейбус). На відміну від нього спеціалізований засіб застосовується тільки для однотипних об' єктів (наприклад, для трамвайного вагону таким засобом є пристрій контролю дії рейкових гальм).

Технічний стан за допомогою тих чи інших засобів діагностування визначається виміром сукупності діагностичних параметрів, які встановлені для цього об'єкта діагностування. Під параметром діагностування загалом розуміють будь-яку характеристику, яка відображає фізичну величину. Вхідні параметри характеризують вплив на об' єкт діагностування зовні і поділяються на ті, що задані (тести) й зовнішні збурення.

Вихідні параметри характеризують реакцію об' єкта діагностування на вплив тестів. До внутрішніх параметрів відносяться структурні, ті що характеризують структуру об'єкта діагностування, і функціональні, що характеризують процеси, що відбуваються в ньому.

Параметри об' єкта в процесі експлуатації під впливом різноманітних факторів змінюються. Ця зміна, як правило, являє собою випадковий процес. Під номінальним параметром розуміється його кількісна міра, встановлена в нормативно-технічній документації на об'єкт діагностування, що характеризує його працездатний стан. Граничний параметр установлюється нормативно-технічною документацією за умови забезпечення мінімуму витрат, пов'язаних з експлуатацією та технічним обслуговуванням об'єкта, чи за умови забезпечення його максимальної безвідмовності за встановлений період. При досягненні граничного параметра подальша експлуатація об' єкта неприпустима. Параметри між нижнім й верхнім межами є допустимими.

Залежно від застосовуваного алгоритму діагностування і пред'явлених технічних вимог з усіх параметрів (ознак) технічного стану вибирають діагностичні параметри, які контролюються у процесі діагностування об' єкта, сукупність яких дозволяє знайти пошкодження із заданою глибиною пошуку дефекту.

Діагностичні параметри (ознаки) повинні мати наступні властивості:

однозначність, яка характеризується тим, що зміні параметра технічного стану об'єкта діагностування відповідає цілком визначена зміна діагностичного параметра;

відтворення, що характеризується можливістю виміру та одержання аналогічних результатів на ідентичних об'єктах діагностування незалежно від засобів діагностування, місця і способу установки датчика на об'єкті й параметрів довкілля;

селективну здатність, тобто можливість розділяти пошкодження окремих елементів об'єкта діагностування на основі специфічного характеру або зміни визначених значень діагностичного параметра;

чутливість, обумовлену відношенням можливої зміни діагностичного параметра до зміни параметра технічного стану;

інформативність, що характеризується кількістю інформації, яку одержують під час використання даного діагностичного параметра.

При виборі діагностичних параметрів враховують також вартість діагностування.

До основних питань, що підлягають вирішенню при впровадженні технічної діагностики, слід віднести розробку методів, технічних засобів й стратегії (програми) діагностування.

Зміст першої задачі і послідовність її вирішення зводяться до формалізації моделі РС (або його складової частини) як системи, що функціонує, до її математичного опису, виділення вхідних і вихідних параметрів, їх взаємного зв' язку та визначення сукупності параметрів, що контролюються; розробки методики й засобів апаратного аналізу параметрів. Питання розробки методів і технічних засобів діагностування РС, автоматизації процесу встановлення діагнозу знаходяться поки що у стадіях розробки, особливо для трамвайних вагонів. Протягом останніх років на міському електротранспорті застосовується діагностичне обладнання для діагностування окремих систем тролейбусів (наприклад гальмівних систем).

Розробка стратегії діагностування включає такі завдання, як створення математичних моделей для визначення режимів і періодичності встановлення діагнозу за відповідними обмеженнями й критеріями оптимальності. Розглянемо стисло окремі питання щодо теоретичних та методологічних положень діагностування РС.

Відображення технічного стану системою діагностичних ознак Працездатність РС визначається якістю його виготовлення (надійністю, що закладена під час його виготовлення) і зносом (старінням) складових частин і деталей у процесі експлуатації, що визначається умовами експлуатації та системою ремонтів. РС являє собою складну систему, що характеризує множина вхідних, внутрішніх вихідних параметрів, відсутність достатньої інформації про його внутрішній стан і неявно виражена структура. Основним джерелом кількісної інформації про функціонуванні РС в умовах експлуатації є вимірювальний інструмент, який дозволяє отримати параметри вузлів,

підсистем і РС в цілому, а також кількісну оцінку умов експерименту. Стан РС можна визначити шляхом аналізу його вихідних і внутрішніх параметрів, у варіаціях якого закладена вся інформація про стан підсистем. Виміри відхилень параметрів дають можливість судити про стан РС, але для встановлення причин ненормальних відхилень необхідно знати інтенсивність впливу характеристик окремих підсистем на параметри. Наявність зв'язку між окремими параметрами (у тому числі між вихідними й внутрішніми) дозволяє під час постановки діагнозу вимірювати не всю безліч параметрів, що характеризує стан системи і її елементів, а тільки мінімальну необхідну їх сукупність.

Для визначення мінімальної кількості параметрів, що контролюються, існують різні алгоритми, під час використання яких, крім критерію інформативності кожного параметра, необхідно враховувати такі критерії, як доступність контролю й виміру, вартість апаратури і час, необхідний для виміру.

Технічний стан складової частини (деталі) визначається чисельними величинами8 вибраних параметрів X. Нехай x(t) - монотонна випадкова функція

часу (пробігу) /, що відповідає контрольованому параметра, Хве - критичний

рівень параметра (межа бракувального допуску), перетинання якого

реалізаціями випадкового процесу призводить до відмови вузла, а Хвр -

докритичний рівень (границя ремонтного допуску) такий, що інтервал ЛХ=Хве-

Хвр визначає упереджувальний допуск.

Область (0, Хвр) зміни випадкової функції зветься справним станом,

область (Хвр, Хв е) - станом профілактичних ремонтів (регулювань, замін) й,

нарешті, область (Хв е, ¥ - непрацездатним станом (відмовою).

Приймемо наступні допущення щодо випадкової функції x(t). Нехай

Р(0<х(0 <Хвр)=І, тобто складова частина, що має напрацювання t=0,

знаходиться в справному стані з імовірністю одиниця.

У момент t=T випадковий процес x(t) відповідає справному стану з

імовірністю

pj(T)=P{0<x(T)<Xe.p}, стану профілактичних замін - з імовірністю

(7.19.1)

Р2(Т)=Р{Хв.р<х(Т)<Хв.е},

(7.19.2)

і непрацездатному стану - з імовірністю

рз(Т)=Р{Хв.з<х(Т)<°°}.

(7.19.3)

Подпись: Таким чином, розподілу процесу згідно із станом складових частин підкоряється умові нормування

Метою діагностування є встановлення стану складової частини шляхом виміру параметра X, що може здійснюватися в окремі моменти чи безперервно. Згідно з цією ознакою розрізняють два види діагностування: безперервне й дискретне, які відрізняються за вартістю виконання і техніко-економічною ефективністю.

Параметр, що контролюється, можна визначити різним способами, основними з них є:

безпосереднє (пряме) вимірювання;

непряме визначення шляхом виміру взаємозв'язаного параметра;

прогнозування на підставі кореляційної або функціональної залежності параметра від часу.

Перші два способи використовують як для працюючого РС, так і під час його ремонту або обслуговування. В останньому випадку можливе часткове або повне розбирання складової частини, а також виміри після збирання. Для безпосереднього або непрямого виміру застосовують як серійні, так і спеціальні зразки вимірювальної техніки. Як правило, при цьому використовують електричні методи виміру неелектричних величин.

У різних галузях техніки використовують непрямі методи визначення технічного стану машин (спектральний аналіз мастил, віброакустичні методи і

т. п.).

Основним питанням при виборі стратегії діагностування є визначення періодичності встановлення діагнозу. Залежно від специфіки складової частини, що діагностується, та прийнятого критерію оптимальності ( наприклад заданий рівень безвідмовності або мінімум витрат на виконання діагностування) можуть застосовуватися різні моделі.

Приймемо, що в результаті статистичного дослідження отримано математичний опис випадкового процесу зміни параметра X(t), відомі значення

Хвр, Хвз і міжремонтний період Тр.

За цих умов треба визначити момент діагностування Тд при заданому рівні безвідмовності. Для цього треба знайти зв'язок упередження діагностування Тд=Тр-Тд з упереджуючим допуском АХ=Хве-Хвр.

Перевірка технічного стану складової частини виконує роль своєрідного екрана: прозорого за умови, що Х(Т)<Хвр і поглинаючого при Х(Т)>Хвр (рис.7.19.1). Момент перевірки повинен бути вибраний таким чином, щоб Хв.р<х(Тд,)<Хв(д. У роботі [23] доведена наступна теорема для моделі екранів:

T2 хв.з

\ f(t,x(3.p )dt = \j*xJ2)dx. (7Л94) T1 Хв.р

Для умов нашої задачі Т2=Тр є величина задана. Тому вираз (7.19.4) є рівнянням з невідомим Ті=Тд, його можна вирішити чисельними методами.

Вибір ТД, що задовольняє виразу (7.19.4), забезпечує таке розташування

екранів, за яким всі траєкторії процесу x(t), що пройшли через горизонтальний екран ab, попадають на вертикальний екран be (див. рис. 7.19.1). Іншими

словами, якщо параметр у момент діагностування Т( не перетнув рівня Хвр, то без його регулювання за час Тд=Тр-Тд не наступить відмова, тобто параметр не прийме значення х(Тр)>Хве.

Горизонтальний екран ab буде поглинаючим при наявності безперервного контролю або індикації досягнення підкритичного рівня Хв.р. У такому випадку

момент Ті пересічення рівня процесом x(t) стає відомим, і рівняння (7.19.4)

можна застосовувати для визначення Т2, тобто коригування міжремонтного

терміну Тр=Т2.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я