Техническая диагностика

I. Общие сведения о диагностике

 

1.1 Термины и  понятия диагностики

Диагностика отрасль знаний, исследующая техническое состояние объектов диагностирования и проявление технических состояний, разрабатывающая методы их определения, а также принципы построения и организацию использования систем диагностирования. Следует иметь в виду, что понятия "техническая диагностика" и" техническое диагностирование" не идентичны:

Техническая диагностика  область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта.

Техническое состояние  объекта¹ - состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Техническое диагностирование² - процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью. Термин "техническое диагностирование" применяют в определениях понятий, когда основной задачей является поиск места и анализ причин отказа. Основное назначение диагностирования состоит в повышении надежности объектов за счет эффективной проверки работоспособности и правильности функционирования, а также прогнозирования технического состояния.

Объект технического диагностирования³ - изделие и его составные части, техническое состояние которых подлежит определению.

Техническое состояние объекта  диагностирования – совокупность подверженных изменению в процессе  производства или эксплуатации свойство объекта, характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией на этот объект. Параметр технического состояния – физическая величина, характеризующая работоспособность или исправность объекта диагностирования, изменяющаяся  в процессе работы. Диагностирование технического состояния объекта проводится с помощью технических средств диагностики:

Средства технического диагностирования – аппаратура и  программы, с помощью которых осуществляется диагностирование.

Диагностический параметр⁴ - параметр объекта диагностирования, используемый в установленном порядке для определения технического состояния объекта диагностирования.

Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Достоверность диагностирования⁵ - вероятность того, что при диагностировании определяется то техническое состояние, в котором действительно находится объект диагностирования.

Структурный параметр⁶ - параметр, который характеризует работоспособность объекта диагностирования (износ, зазор, натяг и др.).

Прогнозирование технического состояния – предсказание изменения параметра технического состояния объекта диагностирования в будущем. Наработка - продолжительность функционирования объекта или объем выполненной им работы за некоторый промежуток времени.

Наработка на отказ – среднее значение на работки  ремонтируемого изделия между отказами.

Остаточный ресурс - наработка объекта диагностирования до предельного изменения его параметра технического состояния, начиная от момента диагностирования.

Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимами условиям использования, в течении требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Количественно надежность оценивается показателями безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Работоспособность - состояние изделия, при котором в данный момент времени его основные (рабочие) параметры находятся в пределах, установленных требованиями технической документации.

Долговечность - свойства объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Безотказность - свойства объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Контролепригодность - свойство изделия, характеризующего приспособленность к проведению контроля заданными средствами.

Ремонтопригодность - свойства объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Важнейшей проблемой  становится не фиксация дефекта как  возникающего отклонения от нормирующего параметра, а исследование и регистрация  физических и других эффектов,  предшествующих времени перехода материала или изделия в "дефектное" состояние.

Для условий эксплуатации важным является понятие исправного технического состояния объекта. Правильно функционирующим является объект, значения параметров которого в момент применения объекта по назначению находятся в требуемых пределах.

Обнаружение и  поиск дефектов являются процессами определения технического состояния объекта и объединяются общим термином "диагностирования". Результатом диагностирования является заключение о техническом состоянии объекта – технический диагноз.

Диагностическое обеспечение-комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла объекта. Это позволяет повышать достоверность правильного функционирования объектов и увеличить срок их службы.

 

1.2 Параметры диагностирования

Все неисправности и отказы, возникающие при эксплуатации транспортных средств, сопровождаются изменением зазоров  в сопряжениях, износом, шумами, вибрациями, нарушениями температурных режимов, пульсациями давления, изменениями  функциональных показателей (снижением  мощности, тягового усилия, производительности, давления). Эти сопутствующие неисправностям и отказам признаки могут служить параметрами технического состояния и часто могут оцениваться количественно. Параметры технического состояния бывают структурные и диагностические.

Структурные: износ, зазор, натяг в сопряжениях – непосредственно характеризуют работоспособность объекта диагностирования.

Диагностические: температура, шум, вибрация, расход топлива, пульсация давления косвенно характеризуют работоспособность объекта диагностирования.

На практике используют параметры, отвечающие требованиям однозначности, широты измерения (рис.1.1), а также  доступности и удобства измерения, информативности, технологичности. При  этом в первую очередь учитывают  параметры, которые характеризуют  наиболее часто повторяющиеся отказы и неисправности. Под однозначностью понимают соответствие каждому значению диагностического параметра только одного вполне определенного значения параметра выходного процесса (состояния  диагностируемого объекта). Широта измерения (чувствительность) – это наибольшее отклонение диагностического параметра при заданном изменении структурного параметра. Она характеризуется отношением изменения диагностического параметра к соответствующему структурному.

 

Рис.1.1Диаграммадляопределенияоднозначности(а)иширотыизмерения(чувствительности)(б)диагностическихпараметровDпоотношениюкструктурномупараметруS:1-неоднозначнаязависимость;2-однозначнаязависимость;3-болеечувствительный;4-менеечувствительный

 

Доступность и удобство измерения  диагностического параметра определяются конструкциями объекта диагностирования и диагностического средства. Информативность  параметра определяется снижением  неопределенности знаний о техническом  состоянии объекта после использования  информации по результатам диагностирования.

Технологичность измерения  параметра определяется удобством  подключения диагностической аппаратуры, простотой измерения и обработки  результатов измерений. В целом  технологичность измерения характеризует  трудоемкость и стоимость диагностирования.

Диагностические параметры  подразделяют на частные и общие.

Частный параметр указывает на вполне определенную неисправность или отказ объекта диагностирования. Например, смещение порога срабатывания предохранительного клапана двигателя указывает конкретно на  его разрегулировку. Общие параметры характеризуют общее техническое состояние диагностируемого объекта. К числу общих параметров относятся, например, мощность и тяговое усилие тепловоза.

Диагностические параметры  бывают зависимые и независимые.

Независимый параметр указывает на конкретную неисправность, отдельный зависимый диагностический параметр не определяет неисправности или отказа.

Зависимые параметры можно определить при измерениии  сопоставлении нескольких параметров.

По характеру информации параметры подразделяют на три группы: параметры, обеспечивающие получение информации о техническом состоянии диагностируемого объекта, но не характеризующего функциональные возможности; параметры, обеспечивающие получение информации о функциональных возможностях диагностируемого объекта, но не дающие информации о его техническом состоянии; комбинированные параметры, обеспечивающие получение информации, как о функциональных возможностях, так и о техническом состоянии объекта диагностирования.

Связи между структурными и диагностическими параметрами  могут быть простейшими (когда одному структурному параметру соответствует  один диагностический, и наоборот), множественными (одному структурному параметру соответствует несколько  диагностических), неопределенными (одному диагностическому параметру соответствует  несколько структурных) и комбинированными.

Выбор и обоснование основных диагностических параметров транспортных средств базируется на частоте проявления неисправностей и отказов, анализе  признаков и экономических факторов, сопутствующих им. При выборе предпочтение отдают параметрам диагностирования систем, влияющих на безопасность движения и  работы, а также непосредственно  на окружающую среду (дымность и содержание токсичных составляющих в отработавших газах, шум и вибрация и т.п.), и параметрам, характеризующим неисправности и отказы, для устранения которых необходимы наибольшие материальные и трудовые затраты.

Если неисправность или  структурный параметр можно оценить  несколькими диагностическими параметрами, то предпочтение отдают тому, который  более точно оценивает определенную величину, измерение которого связано  с меньшими затратами и с помощью  которого можно оценить несколько  структурных или функциональных параметров транспортного средства.

При выборе диагностических  параметров можно применять метод  И.А.Биргера, основанный на формулах Байеса. Принцип этого метода состоит в том, что диагностическая ценность параметра определяется информацией, которая вносится признаком в систему состояний. Смысл метода заключается в следующем.

Выбирают основные структурные  параметры (признаки состояний) и параметры, которые можно использовать в  качестве диагностических. Поданным статистики отказов определяют «вероятностные веса» структурных параметров при различных состояниях диагностируемого объекта и определяют вероятности его состояния при различных комбинациях этих структурных параметров.

Формула Байеса:

 

,        (1.1)

 

где,-априорная вероятность состояний, определяемая как число объектов , в которых обнаружены неисправности ,  к общему числу исследуемых объектов;

 – вероятность проявления i-го диагностического параметра при состоянии .

Произведение , если диагностические параметры являются независимыми для каждого из состояний :

 

                                          ,                                           (1.2)

 

Знаменатель формулы представляет собой вероятность того, что в диагностируемом объекте должен обнаруживаться комплекс диагностических параметров . Так как комплекс проявляется как минимум с одним из состояний , то полная вероятность:

 

                              ,                                         (1.3)

 

1.3 Оценка достоверности  диагностики

Для оценки качества алгоритмов поиска одиночных дефектов была исследована  зависимость достоверности диагностирования ОД от погрешностей измерения частотных  характеристик и неадекватности диагностической модели. Для получения  этих зависимостей проводилось многократное отклонение прямых показателей ДМ отноминальных на фиксированную величину, вычислялись амплитудные частотные характеристики, на которые накладывалась аддитивная погрешность их измерения. Для моделирования погрешностей измерения частотных характеристик использовалась программа генерации псевдослучайных чисел с нормальным законом распределения, нулевым средним и заданной дисперсией. Диапазон контролируемых частот определялся по максимальному количеству распознанных дефектов при фиксированном объеме выборки и фиксированной относительной среднеквадратической погрешности измерения амплитудной частотной характеристики σ _A . Объект диагностирования показан на рис.1.2.