Основные понятия и определения

Техническая диагностика — область знаний, охватывающая тео­рию, методы и средства определения состояния технического объекта. Техническое состояние — состояние, которое характеризуется в опре­деленный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Процесс определения состояния технического объекта называется диагностированием. Различают рабочее диагностирование, при котором на объект подаются рабочие воздействия и тестовое, при котором на объект подаются тестовые воздействия, вызывающие его реакцию. Результат диагностирования, т. е. заключение о техническом состоянии объекта, называют диагнозом.

Диагностирование может осуществляться различными методами. Метод диагностирования — совокупность операций, действий, позво­ляющих дать объективное заключение о состоянии объекта. Определе­ние состояния объекта предусматривает наличие обоснованных ал­горитмов диагностирования. Алгоритм диагностирования — сово­купность предписаний, определяющих упорядоченную последова­тельность действий при проведении диагностирования. Алгоритм диаг­ностирования реализуется с помощью средств технического диагно­стирования, под которыми понимается аппаратура, программы и ре- монтно-эксплуатационная документация, позволяющие определять состояние технического объекта.

Узел, механизм, машина, оборудование, система, подлежащие (подвергаемые) диагностированию, называются объектами диагно­стирования (ОД). Часть ОД, которую при диагностировании нельзя разделить на более мелкие, называют элементом (структурной едини­цей — СЕ). Любой объект диагностирования состоит из элементов (в пределе из одного элемента). Например, поршень, ротор, генератор электростанции могут рассматриваться как ОД из одной СЕ. Из многих СЕ состоят СЭУ, гребная установка, судовой электропривод, кривошипно-шатунный маханизм и другое оборудование.

Состояние ОД оценивается по диагностическим признакам. Диаг­ностическим признаком (ДП) называют параметр или характеристи­ку используемые при диагностировании. Параметры — физические величины: давление, диаметр, зазор, сила тока /, напряжение U, мощ­ность Р и др. Характеристики — зависимость одной физической вели­чины от другой, а именно: статическая характеристика, если величина не зависит от времени, частоты; динамическая характеристика, если такая зависимость есть. Каждому со­стоянию соответствует определенное значение диагностического признака.

Диагностические параметры выбираются в результате анализа ди­агностической модели, под которой понимается формальное описание ОД (в аналитической, табличной, графической и других формах), учи­тывающее изменение его состояния.

Общим понятием теории надежности и технической диагностики является работоспособность. Это понятие используется для обозначе­ния класса состояний ОД, находясь в котором он выполняет свойствен­ную ему работу. Состояние, при котором значения всех диагностиче­ских признаков, характеризующих способность ОД выполнять задан­ные функции, соответствуют установленным требованиям, называется работоспособным. В этом случае можно говорить, что объект функ­ционирует штатно.

Неработоспособное состояние — состояние, при котором значе­ние хотя бы одного диагностического признака, характеризующего вы­полнение заданных функций, не соответствует установленным требо­ваниям. Если объект выполняет часть функций, находясь в неработос­пособном состоянии, то говорят что он функционирует нештатно.

Переход из класса работоспособных состояний в класс неработос­пособных называется отказом. При этом возможен полный отказ, приводящий к потере работоспособности (например, останов­ка главного двигателя судна),и частичный отказ, приводящий к потере работоспособности и нештатному функционированию (на­пример, цветной телевизор показывает черно-белое изображение, ДВС работает на трех из четырех цилиндрах), т. е. объект продолжает фун­кционировать с ухудшенными показателями. Точно так же, если Вы больны и пришли на работу, то будете выполнять свою работу плохо. Степень ухудшения функционирования может быть от штатной работы до почти полного отказа.

Существует третий тип отказа элемента — "перемежаю­щийся", означающий, что он попеременно исчезает, а затем снова появляется. Это затрудняет определение местоположения отказавшего элемента, так как при проверке объекта он может оказаться работоспо­собным, а через некоторое время неработоспособным.

Причиной потери работоспособности или резкого снижения запаса работоспособности является дефект (от лат. defectus — изъян, недо­чет, недостаток). В ОД, состоящем из нескольких элементов, дефектом является отказ элемента, нарушение связи или появление связи между элементами. Возникновение в таком объеме дефекта не обязательно приводит к «потере его работоспособности. При этом ОД сохраняет ра­ботоспособность при наличии в нем дефекта за счет избыточности(структурной, временной, информационной). Например, в аварийной электростанции, обеспечивающей питание рулевого устройства, ра­диостанции, бортовых огней, аварийное освещение, устанавливают два генератора. В тех случаях, когда в ОД возник дефект, но объект не потерял работоспособность, говорят, что запас работоспособности его снизился, а следовательно, повысилась вероятность его отказа в даль­нейшем.

При диагностировании могут решаться задачи z_i ∈ Z, i = 1,3:z₁ —

контроль работоспособности; z₂ — поиск дефекта; z₃ — прогнозирова­ние состояния объекта. Какие из этих задач решаются в процессе диагностирования, зависит от условий его выполнения и особенно­стей ОД.

Первая задача z₁ обязательно решается при диагностировании объектов любого назначения. Контроль работоспособности предполага­ет проверку соответствия значений диагностических признаков ОД требованиям технической документации. При этом возможны два вида контроля: качественный (допусковый) и количественный (запас рабо­тоспособности) .

В том случае, когда ОД утратил работоспособность или запас работоспособности значительно снизился, при диагностировании может решаться вторая задача z₂. Целесообразность решения ее определяется возможностью восстановления ОД, т. е. устранени­ем возникшего дефекта. В свою очередь, устранить возникший дефект можно только, если ОД ремонтопригоден, т. е. приспособ­лен к устранению возникающих в нем дефектов, и обслуживаю­щий персонал имеет средства и время для его восстановления.

При решении третьей задачи z₃ изучается характер изменения диагностических параметров и на основе сформировавшихся тенден­ций предсказывается значение параметров в будущий момент времени.

Наиболее распространенными сочетаниями задач, решаемых в процессе диагностирования являются: контроль работоспособности (запаса работоспособности) и поиск дефекта;

• контроль работоспособности (запаса работоспособности) и про­гнозирование состояния;

• контроль работоспособности (запаса работоспособности), поиск де­фекта и прогнозирование состояния.

Первый случай имеет место тог­да, когда диагностируется восстанав­ливаемый ОД. В этом случае на осно­ве полученного диагноза обслуживающий персонал проводит работы по восстановлению его работоспособности. Второй случай характерен для ОД, когда обслуживающий персонал, учитывая диагноз, принима­ет решение об использовании или режиме его использования. Третий случай наблюдается при наличии у восстанавливаемого ОД необходи­мости установления срока его безотказного функционирования. Такое положение типично для высокосложных и особо ответственных ОД.

При решении основных задач диагностирования возможны раз­личные действия по формированию диагноза (рис. 1):

а) при положительном результате контроля работоспособности (КР):

• выдача заключения о работоспособном состоянии ОД;

• контроль запаса работоспособности (КЗР) объекта диагностирова­ния и выдача заключения о его состоянии;

• прогнозирование состояния (ПС) объекта диагностирования и выдача заключения о его состоянии;

б) при отрицательном результате КР:

ДИАГНОЗ

Рис. 1. Процесс постановки диагноза

• выдача заключения о неработоспособном состоянии ОД;

• поиск возникшего дефекта (ПД) и выдача заключения о состо­янии ОД.

Возможны следующие виды диагноза (см. рис. 1):

1. "Работоспособен", "Годен", "Да";

2. степень работоспособности 10, ..., 50, ..., 100% или "отлично" "хорошо", "удовлетворительно";

3. оборудование проработает 700 ч;

4. "Неработоспособен", "Негоден", "Нет";

5. "Износилась щетка машины постоянного тока", "Сломалось пор­шневое кольцо в i-м цилиндре", "Износилась шестерня редуктора" и др.

Решение задач технической диагностики базируется на следую­щих положениях.

1. Допущение о том, что объект может находиться в конечном множестве состояний S (рис. 2). Это определяется ограниченными возможностями измерительных средств и глубиной познания объекта.

В множестве S можно выделить два непересекающихся подмножества 5_р U где S_p — подмножество работоспособных состояний; S_H — под­множество неработоспособных состояний.

Подмножество £_р = jsA, i = 1, п включает все состояния, которые позволяют ОД выполнитьвозложенные на него функции , т. е. коща ОД работоспособен. Каждое состояние в этом подмножестве различается за­пасом работоспособности, который характеризуется приближением состо­яния объекта к предельно допустимому. Оценивается состояние путем измерения и контроля параметров £ (рис. 5.3) или характеристик.

Подмножество S_H = 5sX, j = 1, т включает все состояния, соответ­ствующие возникновению в ОД дефектов, приводящих к потере его работоспособности. Мощность подмножества S_H определяется количе­ством различимых дефектов.

2. Решение задач по оцениванию состояния ОД сводится к анализу множества S при отсутствии информации о его состоянии, подмноже­ства 5_р и ли S_H при ее наличии. При контроле работоспособности прове­ряются условия работоспособности, и полученные результаты относят состояние объекта к одному из подмножеств £_р или S_n В случае резкого снижения запаса работоспособности поиск дефекта возможен в подмно­жестве работоспособных состояний 5_р. При прогнозировании состояния объекта осуществляется анализ подмножества £_р состояний, что позво­ляет установить характер изменения за­паса его работоспособности и в ряде слу­чаев предсказать моменты перехода ОД в подмножество £_р состояний.

3. Возникновение в ОД дефекта не означает, что он неработоспособен. По­явление дефекта приводит к тому, что ОД из одного состояния s_k переходит в другое состояние S/. Однако при этоммо- 78

гут не нарушаться условия работоспособности. С другой стороны, ес­ли ОД неработоспособен, то в нем обязательно имеется дефект.

4. В процессе диагностирования участвуют, как правило, ОД, сред­ства технического диагностирования (СТД) и человек-оператор (40). Их совокупность образует систему диагностирования(рис. 5.4).

Рассмотренные положения необходимо учитывать при проектиро­вании и организации эксплуатации технических объектов, в частности, судового оборудования. При этом ОД имеет диагностическое обеспече­ние— комплекс диагностических признаков, методов, алгоритмов и средств, необходимых для диагностирования на всех этапах жизненно­го цикла технического объекта.