2.2 Основные принципы технической диагностики
Различают организационные и технические принципы диагностики. Организационные принципы прежде всего определяются общей схемой и стратегией диагностирования. Возможны следующие четыре основные схемы: 1) средства диагностирования легко транспортируются и обслуживают объекты поочередно путем перемещения от одного к другому; 2) средства диагностирования стационарны, а объекты транспортируются по месту расположения этих средств; 3) средства диагностирования и объекты на время диагностирования не сближаются, связь между ними осуществляется по радио- или проводным линиям; 4) средства диагностирования постоянно находятся при объекте. Выбор общей схемы диагностирования определяется техническими возможностями и экономическими расчетами
Под стратегией диагностирования понимают полноту проверки группы однотипных объектов и режимов их работы, а также периодичность проверки и глубину поиска дефектов. Возможны сплошная и выборочная проверка объектов, проверка объектов на одном, двух и большем числе режимов работы. Чаще всего для проверки функционирующего объекта используется один, наиболее вероятный режим. Периодичность проверки определяется характеристиками объектов. Глубина поиска дефектов зависит от поставленных целей. Во многих практических случаях поиск дефектов ведется до уровня взаимозаменяемых блоков или узлов, которые могут быть достаточно быстро заменены исправными (поиск с точностью до блока или узла).
Технические принципы диагностики находят отражение в применяемых:
способах воздействий на объект для получения информации о его техническом состоянии;
каналах распространения воздействий на объект и реакций объекта на воздействия;
методах оценки технического состояния объекта;
методах принятия решения об отнесении состояния объекта к определенной категории технического состояния;
способах поиска дефекта.
Процесс диагностирования складывается из отдельных элементарных проверок и в общем случае представляет собой многократную подачу на объект диагностирования (ОД) определенных воздействий и соответствующие многократные измерения и анализ откликов (реакций) объекта на эти воздействия с целью получения результатов диагностирования (РД). Воздействия на объект поступают от средств диагностирования (СД) либо являются внешними (по отношению к системе диагностирования) сигналами. Измерение и анализ реакций объекта всегда осуществляются средствами диагностирования.
Различают тестовое диагностирование (рисунок 2.1 а, б), характерной особенностью которого является подача на объект специально организуемых тестовых воздействий (ТВ) от средств диагностирования и анализ соответствующих реакций (Р), и функциональное диагностирование (рисунок 2.1 в, г), при котором подача тестовых воздействий на объект от средств диагностирования производится, поступают только рабочие воздействия (РВ), предусмотренные алгоритмом функционирования объекта, и измеряются параметры рабочих (основных и сопутствующих) процессов (РП). В общем случае тестовое, функциональное и функционально-тестовое (рисунок 2.1 д, е) диагностирование может выполняться как на работающем (функционирующем), так и неработающем объекте. Естественно, что при работающем объекте допускаются только такие тестовые воздействия (рисунок 2.1 б, е), которые не влияют на правильность его функционирования, а при использовании функционального диагностировании на неработающем объекте (рисунок 2.1 в, д) предусматриваются имитация его функционирования — подача имитируемых рабочих воздействий (ИРВ) и измерение параметров (ИРП), не искажающие физическую картину явлений. Устройства для имитации функционирования могут быть как в составе объекта, так и в составе средств диагностирования.
Рисунок 2.1 – Основные схемы систем диагностирования судовой техники
Воздействия, подаваемые на объект, и реакции объекта на эти воздействия, несущие информацию о его техническом состоянии, могут распространяться по специально организованным каналам передачи сигналов (для целей функционирования объекта в соответствии с рабочим алгоритмом или исключительно для целей диагностики), а также по неорганизованным каналам через материал элементов конструкции объекта, рабочие среды, вновь возникшие связи вследствие дефектов (трещин, линии короткого замыкания и т. д.).
Можно сказать, что в первом случае используются функционально организованные, а во втором — функционально неорганизованные каналы проводимости объекта. С позиций основного назначения судовой машины, механизма, системы, устройства благодаря функционально организованным каналам проводимости достигается эффект при применении, а через функционально неорганизованные каналы проводимости могут происходить различного рода потери и нежелательные влияния на работу объекта. Примерами неорганизованных каналов могут служить каналы проводимости акустического сигнала при работе машины, каналы теплового и других видов излучения, каналы протечек жидкости и утечек газа при нарушении герметичности емкостей. Методы неразрушающего контроля деталей и изделий в основном основаны на использовании неорганизованных каналов проводимости.
Для оценки технического состояния объекта (ОД) в общем случае необходимо (рисунок 2.2) выбрать обобщенный количественный показатель (критерий) К и определить процедуру и средства его вычисления (СВ). Вычислению показателя должен предшествовать выбор режима проверки (РП), контролируемых величин х, методики и средств измерения этих величин (СИ).
Рисунок 2.2 – Критериальная схема оценки технического состояния
Показатель технического состояния является функцией характеристик входных сигналов, начальных условий и параметров объекта проверки. Входные сигналы и начальные условия определяют режим работы объекта. Задание «режима работы» при проверке неработающего объекта осуществляется приведением его в определенное начальное состояние и подачей на входы имитируемых сигналов, заменяющих отсутствующие входные сигналы. При фиксированном режиме работы показатель технического состояния зависит только от параметров объекта.
Измерение контролируемых величин осуществляется с некоторыми ошибками, а вычисление показателя технического состояния производится с погрешностями, поэтому в результате может быть получена только оценка технического состояния объекта. Перечень контролируемых величин, необходимый для получения оценки технического состояния объекта, устанавливается на основании модели объекта диагностирования с учетом заданной достоверности проверки. Назовем рассмотренный способ оценки технического состояния объекта критериальным.
Для оценки технического состояния многих объектов ограничиваются получением результатов измерения контролируемых величин x (вычисление единого показателя не производят). Аналогичным образом поступают, когда трудно или невозможно получить единый показатель технического состояния. Указанный способ оценки технического состояния наиболее распространен и назван параметрическим.
Особенностью оценки технического состояния ряда объектов является измерение контролируемых величин не в одном, а в нескольких фиксированных режимах работы объекта или при переходе из одного режима в другой с последующим построением характеристик (статических, частотных, переходных и др.).
В тех случаях, когда поддержание фиксированных режимов работы объекта по тем или иным причинам затруднительно или невозможно, диагностирование ведут при изменяющемся по случайному закону режиме с определением характеристик случайных функций контролируемых величин.
Принятие решения (ПР) об отнесении состояния объекта проверки к определенной категории технического состояния базируется в общем случае на сравнении полученной оценки общественного показателя с некоторым его допустимым значением Ко, которое определяется на более высоких уровнях системы управления с учетом целевых и экономических факторов. При нахождении оценки технического состояния принимается решение (Р) «годен» (исправен, работоспособен или правильно функционирует). В противном случае принимается решение «не годен» (неисправен, неработоспособен или неправильно функционирует).
Рисунок 2.3 – Параметрическая схема оценки технического сотояния
В связи с трудностью получения для многих реальных объектов единого показателя технического состояния в настоящее время широко применяется другой способ принятия решения, основанный на сравнении измеренных при фиксированном режиме значений контролируемых величин x* с допускаемыми x0. Если даже одна величина находится вне поля своего допуска (хотя бы одно из промежуточных решений Р1, Р2, ..., Рn отрицательное), принимается решение «не годен». Применение этого способа требует особой осторожности, так как из допусков на единый показатель не всегда могут быть определены независимые допуски на контролируемые величины.
Аналогично принимается решение на основе деформаций статических и динамических (частотных, переходных) характеристик, а также характеристик случайных процессов.
Для решения задачи поиска дефекта следует иметь информацию о всех тех величинах, которые необходимы для определения места дефекта с заданной точностью.
Определение места дефекта осуществляется в режиме последовательного или параллельного (комбинационного) поиска. В первом случае поиск производится на основе последовательного использования результатов измерения контролируемых параметров, во втором случае — путем логической обработки одновременно поступающих результатов измерений в контрольных точках объекта.
Последовательный поиск может осуществляться по жесткой или гибкой программе, причем первая предусматривает заранее заданную (безусловную) последовательность элементарных проверок объекта, а вторая обеспечивает возможность изменения последовательности дальнейшего поиска в зависимости от результатов предыдущих элементарных проверок (реализует условную последовательность проверок).
Классификацию систем диагностирования можно производить по различным признакам: по степени охвата объекта, назначению, характеру решаемых задач, применяемому режиму, способу возбуждения объекта, средствам диагностирования, способу снятия и обработки информации о состоянии объекта, степени автоматизации и т. д.
По степени охвата объекта ГОСТ 20911—75 устанавливает разделение систем на общие, объектом которых является изделие в целом, и локальные, предназначенные для диагностирования составных частей изделия. По назначению различают следующие группы систем: оперативные, для предрабочего и планового диагностирования, для диагностирования хранящихся машин и оборудования, для диагностирования производимой и ремонтируемой техники. Оперативные системы диагностирования после включения функционируют в течение всего времени работы объекта и дают оперативную информацию о его техническом состоянии. Особенности остальных систем ясны из их названия.
По характеру решаемых задач системы диагностирования разделяются на системы проверки, поиска дефектов и комбинированные. Системы проверки (контроля) осуществляют оценку состояния объекта в целом и определяют только вид состояния. Обычно они предназначены для предрабочей и оперативной проверки машин, механизмов, систем общесудового назначения, систем, обслуживающих главные дизели, средств автоматизации и управления. Системы поиска дефектов находят применение в основном в специализированных цехах (участках) по ремонту определенных видов судовой техники. Они выявляют дефектные элементы, детали, подлежащие замене или восстановлению. Комбинированные системы первоначально выполняют проверку состояния объекта в целом, а установив, что объект не удовлетворяет требованиям, осуществляют поиск дефектов. Вследствие большей универсальности, чем первые две системы, они получают преимущественное распространение.
По применяемому режиму различают системы диагностирования: собранного, но не подготовленного к работе объекта; полностью подготовленного к работе, но не включенного (не запущенного) объекта; действующего объекта.
По способу возбуждения объекта диагностирования с целью получения информации о его техническом состоянии известны системы тестового, функционального и функционально-тестового диагностирования. При этом тестовые воздействия могут подаваться как на основные, необходимые для работы, входы, так и на дополнительные, специально организованные для целой диагностирования. Реакции объекта на входные воздействия (рабочие и тестовые) могут сниматься как с основных выходов, так и с дополнительных.
По средствам диагностирования системы разделяются на аппаратурные, программные и программно-аппаратурные. Аппаратурные средства диагностирования по отношению к объекту могут быть внешними (подключаемыми), встроенными (конструктивно, а в отдельных случаях и функционально) и смешанными. Смешанные системы обычно имеют встроенные в объект датчики контролируемых величин, остальные их элементы являются внешними (подключаемыми).
Внешние аппаратурные средства чаще всего применяются при тестовом диагностировании объектов в процессе их производства, ремонта и хранения. Встроенные аппаратурные средства более удобны при функциональном диагностировании и работающих машин и оборудования.
Программные средства диагностирования могут быть использованы только в случае, если объект работает по сменной программе. Они представляют собой испытательные программы, нанесенные на тот носитель информации, с которым объект работает. Испытательные программы могут быть специально разработанными, однако в ряде случаев оказывается достаточным использовать в качестве испытательных рабочие программы объекта.
Примерами судовых объектов, работающих по программе (пусть даже очень простой), являются системы автоматического регулирования частоты вращения вала, температуры охлаждающей воды и циркулирующего масла дизеля, температуры воды в системе отопления судна, давления в системе сжатого воздуха, напряжения генераторов электрической энергии, а также автоматические стабилизаторы судна на заданном курсе (авторулевые). При относительно несложных регуляторах основных функциональных комплексов судна программная проверка контуров регулирования может быть использована для диагностирования машин и оборудования, являющихся объектами регулирования. При использовании на судах универсальных или специализированных вычислительных, управляющих и логических машин, работающих по программе, их диагностирование может быть осуществлено с применением испытательных программ.
Программно-аппаратурные системы диагностирования сочетают использование испытательных программ и аппаратурных средств. Обычно в таких системах с помощью испытательных программ производится общее диагностирование судовых объектов, а с помощью встроенных аппаратурных средств — локальное диагностирование элементов этих объектов. Возможно использование внешних аппаратурных средств для задания, испытательной программы, например, системе автоматического регулирования.
По способу снятия и обработки информации об объекте различают аналоговые, дискретные и аналого-дискретные системы диагностирования. По степени автоматизации операций диагностирования системы разделяются на ручные, автоматизированные и автоматические. При этом ручные средства чаще всего являются специализированными, а автоматизированные и автоматические могут быть как специализированными, так и универсальными.