fd02aed

Поскольку измерительное устройство не может измерять все виды параметров сигналов (электрические, неэлектрические) без их предварительного преобразования, составными элементами СрТД являются коммутаторы 3 и преобразователи 4. На выходе измерительного устройства 5 появляется информация о техническом состоянии объекта, которая может быть представлена оператору на индикатор 6 или автоматически обработана для дальнейшего использования. Важным элементом такой обработки является операция сравнения представленной информации с полем допусков 8 для вынесения решения о виде технического состояния объекта 9 (устройство сравнения 7). После принятия решения реализуются еще две операции – управление качеством объекта (устройство 10) и стимулирование (устройство 11).

Прогнозирующее устройство 12 позволяет определять состояние объекта в будущем посредством обработки информации о текущем и прошлом состояниях объекта.

О	1			2
Т	1			2			3			4			3			5			6
Д	1			2

11		10		7		9

8 12

Рис. 4.1. Структура системы технического диагностирования: 1 − датчики сигналов; 2 − линии связи; 3 − коммутаторы;

4 − преобразователи; 5 − измерительный прибор; 6 − индикатор; 7 − устройство сравнения (дискриминатор); 8 − поле допусков; 9 − индикатор вида технического состояния (документирующее или запоминающее устройство); 10 − управляющее устройство; 11 − стимулирующее устройство; 12 − прогнозирующее устройство

281

4.1.3. Понятие об алгоритмах диагностирования

Алгоритм технического диагностирования устанавливает состав и порядок проведения элементарных проверок и правила анализа их результатов.

Различают безусловные и условные алгоритмы диагностирова-

ния.

Безусловные алгоритмы − это такие алгоритмы, порядок выполнения элементарных проверок в которых фиксирован заранее. В условных алгоритмах выбор очередных элементарных проверок определяется результатами предыдущих элементарных проверок. Если результат диагностирования составляется после выполнения всех элементарных проверок, предусмотренных алгоритмом, то последний называется алгоритмом с безусловной остановкой. Если же анализ результатов делается после выполнения каждой элементарной проверки, то соответствующий алгоритм является алгоритмом с условной остановкой.

Пример 4.1. Безусловный алгоритм проверки работоспособности логического элемента И (рис. 4.2). Входы элемента − X1 и X2, выход – Y. Обозначим низкие потенциалы на входах или выходе элемента цифрой 1, а высокие – цифрой 0. Пусть возможными отказами элемента являются обрывы входов и выхода, а также их замыкания на положительный полюс источника питания. Эти отказы эквивалентны появлению на входах или выходе элемента постоянных потенциалов 1 (при обрывах) или 0 (при замыканиях) и поэтому называются константными. При этих условиях проверку работоспособности элемента можно осуществить подачей на входы трех тестовых воздействий (входных наборов), указанных в столбцах Х1 и Х2 таблицы, и измерением выходных значений, показанных в столбце Y таблицы.

Рис. 4.2. Схема и безусловный алгоритм проверки работоспособности логического элемента И

282

Алгоритм проверки работоспособности состоит в подаче на входы элемента тестовых наборов из таблицы и в фиксации выходных значений. Пусть наборы подаются в порядке, указанном в таблице, и получаются соответствующие значения выходов 1, 0, 1. Эти значения не совпадают с работоспособными значениями 0, 0, 1, и поэтому элемент признается неработоспособным (оборван вход Х1). Если решение о работоспособности элемента И принимается после получения всех значений выхода, то реализуется алгоритм с безусловной остановкой. Если сравнение фактических значений выхода с работоспособными производится по мере их получения, то алгоритм является алгоритмом с условной остановкой. В последнем случае решение о работоспособности элемента И будет получено уже после подачи первого входного набора.

Элемент считается работоспособным, если все полученные выходные значения совпадут с работоспособными значениями.

Безусловные алгоритмы более просты в реализации, но, как правило, требуют большего времени для распознавания технического состояния объекта.

Алгоритмы диагностирования, как и любые алгоритмы, представляются в виде граф-схем (ГСА), матричных схем (МСА) и логических схем (ЛСА).

Простейшей формой алгоритмов диагностирования являются древовидные графы (деревья), представляющие совокупность корневой вершины, вершин и дуг, их составляющих. Корневая вершина представляет собой множество всех рассматриваемых технических состояний, а остальные вершины − подмножества технических состояний, выделяемые в результате деления исходного множества и его подмножеств по результатам элементарных проверок, причем висячие вершины дерева (листья) являются подмножествами технических состояний, более детальное деление которых не требуется по условиям диагностирования. Исходящими из вершины дерева дугами изображают элементарные проверки, а заходящими дугами – результаты этих проверок. Корневые вершины и вершины, содержащие более одного элемента, изображаются овалами (как начальные или конечные вершины ГСА), а висячие вершины, содержащие один элемент, − кружками. Таким образом, дерево проверок показывает, как происходит разбиение исходного множества технических состояний на подмножества.

283

Рассмотрим пример, связанный с определением места отказа пуска двигателя легкового автомобиля (в соответствии с руководством автолюбителю). Исходное положение: двигатель не запускается. В этом случае возможны следующие технические состояния системы пуска двигателя:

S1 − отказ системы питания (СП) − нет бензина, порван шланг и т.д.;

S2 − отказ распределителя зажигания (РЗ);

S3 − отказ катушки зажигания (КЗ);

S4 − отказ свечей (СВ);

S5 − отказ аккумуляторной батареи (АБ).

Все перечисленное выше является, по существу, моделью отказов двигателя, составленной в соответствии с упрощенной структурной схемой надежности системы пуска двигателя (рис. 4.3).

А Б		К З		Р З		С В		С П
(5)		(3)		(2)		(4)		(1)

Рис. 4.3. Упрощенная структурная схема надежности системы пуска двигателя

Рекомендуются следующие проверки:

π1 − проверка стартера (проворачивается ли двигатель стартером) − производится на слух;

π2 − проверка «искры» на центральном высоковольтном проводе от катушки зажигания − необходимо поднести наконечник к «массе» и кратковременно включить стартер;

π3 − проверка поступления бензина в карбюратор − визуально, сняв предварительно воздушный фильтр;

π4 − проверка «искры» на свечах.

Результаты проверок: есть/нет, (да/нет, 1/0). Тогда дерево проверок можно представить в виде, изображенном на рис. 4.4.

Безусловный алгоритм диагностирования можно представить

ввиде табл. 4.1 результатов проверок, каждая строка которой соответствует одному техническому состоянию. Таблица составляется

впредположении о наличии только одного отказа по дереву прове-

рок. Заштрихованные клетки соответствуют путям по дереву проверок, а незаштрихованные − результатам оставшихся проверок, характеризующих «норму».

284

Рис. 4.4. Алгоритм поиска места отказа в системе пуска двигателя

Таблица 4.1

Результаты проверок − безусловный алгоритм диагностирования

π1	π3	π2	π4	Состояние
1	1	1	1	S4
0	1	1	1	S5
1	0	1	1	S1
1	1	0	1	S3
1	1	1	0	S2

Можно составить и более подробный алгоритм, например с учетом наличия прерывателя, находящегося в корпусе распределителя зажигания, и т. д. Можно изменить и очередность проверок. Выбор эффективного алгоритма − по времени, сложности, стоимости и числу проверок − сложная оптимизационная задача, решение которой зависит от задач диагностирования и методов их решения.

285

4.1.4. Постановка задач технического диагностирования

Основными задачами технического диагностирования являются определение вида технического состояния объекта, поиск места отказа, прогнозирование технического состояния. Эти задачи взаимосвязаны, т. к. основой их решения является теория распознавания образов. Действительно, чтобы принять то или иное решение о техническом состоянии объекта, необходимо, прежде всего, распознать его техническое состояние, а затем уже вынести суждение о принадлежности объекта к тому или иному классу технических состояний.

Распознавание технического состояния объекта − это отнесение состояния объекта к одному из возможных классов (диагнозов). Число диагнозов зависит от особенностей задачи и целей исследования. Часто требуется провести выбор одного из двух вариантов, например работоспособного и неработоспособного состояний (задача определения вида технического состояния). В других случаях необходимо более подробно охарактеризовать неработоспособное состояние (задача поиска места отказа). В этих случаях диагнозы (классы технического состояния) устанавливаются заранее, и поэтому задачу распознавания часто называют задачей классификации.

Существует два основных подхода к задаче распознавания: ве-

роятностный и детерминированный.

Рассмотрим постановку задачи при вероятностных методах распознавания. Имеется объект, который находится в одном из n

случайных состояний Si , i = 1, n. Известна совокупность парамет-

ров, каждый из которых с определенной вероятностью характеризует техническое состояние объекта. Требуется построить решающее правило, с помощью которого предъявленная совокупность параметров была бы отнесена к одному из возможных технических состояний. Желательно также оценить достоверность принятого решения и степень риска ошибочного решения.

При детерминированных методах распознавания удобно формулировать геометрическую задачу. Если объект характеризуется n- мерным вектором Х, то любое его состояние представляет точку в n-мерном пространстве параметров. Предполагается, что состоя-

286

ние Si соответствует некоторой области рассматриваемого пространства параметров. Требуется найти решающее правило, в соответствии с которым предъявленный вектор X (объект диагностирования) будет отнесен к определенной области технических состояний. Таким образом, задача сводится к пространствам параметров, разделенным на области возможных технических состояний объекта.

При детерминированном подходе области технических состояний объекта обычно считаются непересекающимися, т. е. вероятность технического состояния, в область которого попадает точка, равна единице, вероятность других − нулю.

Вероятностный и детерминированный подходы не имеют принципиальных различий. Общими являются вероятностные методы, но они часто требуют и значительно большего объема предварительной информации. Детерминированные подходы предполагают более краткое описание существенных сторон процесса распознавания, меньше зависят от избыточной, малоценной информации, больше соответствуют логике мышления человека.

4.2.Логико-вероятностные основы диагностирования

4.2.1.Логические основы диагностирования

Истинное состояние объекта диагностирования и его способность выполнять заданные функции в реальных условиях работы можно характеризовать логически. Если обозначить высказывание «объект работоспособен» символом А0, а противоположное высказывание неработоспособности объекта − символом А1 (A1 = A0 ), то состояние объекта, определенное логически, можно рассматривать как двухальтернативную ситуацию:

	A	– объект	работоспособен ;	(4.1)
A =	0	– объект	неработоспособен .
	A
	1
Установим	связь между значением логической переменной

и количественными соотношениями в пространстве параметров, определяющих техническое состояние объекта. Пусть суждение «объект работоспособен» (А = А0) означает, что параметры Y, характеризующие техническое состояние объекта, не выходят за пределы допуска, т. е.

1 ≤ Y ≤ 2 ,

(4.2)

287

где 1 и 2 − соответственно нижняя и верхняя границы поля допуска.

Условие (4.2) разбивает пространство возможных технических

состояний объекта на два подпространства − Г и Г . Область Г можно задать выражением, отражающим условие (4.2) ее порождения:

Г = {S		( 1 ≤Y ≤ 2 )},	(4.3)

где S − вектор технического состояния объекта. Область Г является дополнением к области Г. Состоянию А0 соответствует событие, суть которого в том, что вектор S принадлежит множеству Г:

A0 = (S Г).

(4.4)

Состоянию А1 соответствует событие, при котором вектор S не принадлежит множеству Г, т. е. принадлежит его дополнению Г :

A1 = (S		).	(4.5)
	Г

Факт удовлетворения требованиям (техническим условиям – ТУ), задаваемым в технической документации на объект, которые практически проверяются в процессе диагностирования, также можно характеризовать логически. Аналогично предыдущей ситуации это событие (В) будем рассматривать как двухальтернативное:

B		– объект удовлетворяетТУ;
	0		(4.6)
B =		– объект не удовлетворяет ТУ.
B
	1

Технические условия на качество функционирования объекта выражаются чаще всего в виде допусков на контролируемые параметры Y1 , Y2 , ... , Yn . Значения допусков устанавливают границы в пространстве параметров состояния S, которые разбивают это пространство по аналогии с вышерассмотренным на два взаимно дополняющих подпространства − Г и Г . Пусть границы поля допуска заданы следующей системой неравенств:

yнj ≤ y j (S)≤ yвj , j = 1, k ,

288

или в векторной форме:

Yн ≤Y (S)≤Yв.

(4.7)

Множество значений вектора S, удовлетворяющих условию (4.7), можно определить через порождающие условия:

Г = {S		(Yн ≤ Y (S )≤ Yв )}.	(4.8)

Попадание вектора S в область Г (4.8) есть событие, означающее, что объект диагностирования отвечает техническим условиям:

B0 = (S Г).	(4.9)
Непопадание вектора S в область Г означает,	что объект

не удовлетворяет техническим условиям. Это событие обозначается так:

B1 = (S		); B1 =			(4.10)
	Г		B0 .

Решение оператора или заменяющего его автомата о том, к какому из двух возможных состояний − А0 или А1 нужно отнести действительное состояние объекта, определяемое по результатам его диагностирования, можно также характеризовать логически.

Метод получения оценки В заключается в получении информации о состоянии объекта и в принятии решения о его истинном состоянии. Любое реальное решение не является безошибочным, в связи с чем двухальтернативная оценка В* состояния объекта может отличаться от В, а тем более от А:

*

B = B0 – объект удовлетворяетТУ;

B1* – объект не удовлетворяет ТУ.

Несовпадение логических переменных В* и В обусловлено ограниченной точностью диагностирования. В действительности фиксированный результат диагностирования yj , получаемый с помощью измерительных приборов или других средств диагностирования, вместо соответствующего «идеального» значения реакции yoj на выходе объекта всегда содержит ошибку δj :

y j = yoj ± δj , j = 1: k.

(4.11)

289

В векторной форме это выражение принимает вид Y =Y0 ± , где = (δ1 , ... , δk ) − вектор ошибок измерений. Поэтому в процессе

диагностирования в действительности проверяется условие
Yн ≤ (Y0 ± )≤Yв .	(4.12)

Следовательно, область Г значений состояния объектов, признанных удовлетворяющими техническим условиям в реальной проверке, отличается от области, заданной выражением (4.8), и имеет вид

Г ={S | (Yн ≤Y0 ± ≤Yв)}.

(4.13)

Событие B0 (положительнаяоценка) выражается соотношением

B0 = (S Г),

а противоположное событие B1 (отрицательная оценка) – соотношением

B1 = (S Г).

Возможное несовпадение значений логических переменных В и В*, обусловленное отличием областей (4.3), (4.8) и (4.13), является источником ошибок диагностирования.

Анализ событий А и В* помогает установить источник ошибок диагностирования за счет неточности заданных технических условий. Сближение содержания логических переменных А и В* возможно за счет выбора рациональных методов диагностирования.

Анализ событий В и В* выявляет ошибки диагностирования, возникающие вследствие конечной точности измерительных приборов, недостаточной надежности и сбоев средств диагностирования. Выбор рационального метода диагностирования должен обеспечить достаточную фильтрацию ошибок.

4.2.2. Вероятностные основы диагностирования

Решение о техническом состоянии объекта выносится всегда с определенной ошибкой. Ошибки диагностирования могут быть допущены в основном из-за неработоспособности средств диагностирования и погрешности измерений.

290