Основы технической диагностики

Для определения возможного момента отказа машины необходимо знание первоначального технического ее состояния и закономерностей процессов, обусловливающих снижение ее работоспособности. Основным затруднением в этой задаче является то, что процессы, снижающие работоспособность машин, зависят от очень большого количества трудно поддающихся учету условий работы. Это приводит к тому, что их действие носит весьма вероятностный характер, не обеспечивающий необходимой точности предсказания.

В то же время периодически проводимые операции диагностирования позволяют осуществлять необходимое уточнение, дающее возможность с достаточной для практики точностью предсказывать момент появления отказа или же приближения к моменту необходимости проведения ремонта.

Наиболее важным показателем надёжности изделия является отсутствие отказов во время его функционирования (безотказность), так как отказ изделия может привести к тяжёлым последствиям. Техническая диагностика, благодаря раннему обнаружению дефектов и неисправностей, позволяет устранить подобные отказы в процессе технического обслуживания и ремонта, что повышает надёжность и эффективность эксплуатации изделий.

Техническая диагностика решает обширный круг задач, многие из кото­рых являются смежными с задачами других научных дисциплин. Основной задачей технической диагностики является распознавание технического сос­тояния объекта в условиях ограниченной информации. Анализ состояния проводится в условиях эксплуатации, при которых получение информации крайне затруднено, поэтому часто не представляется возможным по имею­щейся информации сделать однозначное заключение и приходится использо­вать статистические методы.

Теоретическим фундаментом для решения основной задачи технической диагностики следует считать общую теорию распознавания образов. Техни­ческая диагностика изучает алгоритмы распознавания применительно к зада­чам диагностики, которые обычно могут рассматриваться как задачи класси­фикации.

Алгоритмы распознавания в технической диагностике частично основыва­ются на диагностических моделях, устанавливающих связь между техничес­кими состояниями изделия и их отображениями в пространстве диагности­ческих признаков. Важной частью проблемы распознавания являются прави­ла принятия решений (решающие правила).

Решение диагностических задач (отнесение изделия к исправным или неисправным) всегда связано с риском ложной тревоги или пропуска отказа. Для принятия обоснованного решения привлекаются методы теории статистических решений. Решение задач технической диагностики связано с прогнозированием надёжности на ближайший период эксплуатации (до следую­щего технического осмотра). Здесь решения основываются на моделях отка­зов, изучаемых в теории надёжности.

Другим важным направлением технической диагностики является теория контролеспособности. Контролеспособностью называется свойство изделия обеспечивать досто­верную оценку его технического состояния. Контролеспособность создаётся конструкцией изделия и принятой систе­мой диагностики. Основной задачей теории контролеспособности является изучение средств и методов получения диагностической информации. В сложных технических системах используется автоматизированный контроль состояния, которым предусматривается обработка диагностической инфор­мации и формирование управляющих сигналов. Методы проектирования автоматизированных систем контроля составляют одно из направлений теории контролеспособности. Задачи теории контролеспособности связаны с разработкой алгоритмов поиска неисправностей, разработкой диагностических тестов, минимизацией процесса установления диагноза.

Таким образом, структура технической диагностики характеризуется двумя взаимопроникающими и взаимосвязанными направлениями: теорией рас­познавания и теорией контролеспособности. Теория распознавания содержит разделы, связанные с построением алгоритмов распознавания, решающих правил и диагностических моделей. Теория контролеспособности включает разработку средств и методов получения диагностической информации, авто­матизированный контроль и поиск неисправностей.

Техническая диагностика – это наука о распознавании состоя­ния технической системы или отрасль знаний, устанавливающая признаки неисправного состояния машин, изучающая техническое состояние объекта диагностики, раз­рабатывающая методы определения технического состояния, принципы построения и организацию использования средств диагностики для объективного заключения о состоянии объекта диагностики без его разборки. Целью технической диагностики является повышение надёжности и ре­сурса технических изделий.

Техническое состояние объекта диагностики – это совокупность подверженных изменению в процессе производства или эксплуатации его внутрен­них свойств, характеризующих в определенный момент времени соответствие или несоответствие качества машины требованиям, установленным технической документацией на этот объект. Под объектом диагностирования подразумевают технические устройст­ва, например, грузоподъемные краны или путевые машины, их узлы, системы, агрегаты, приборы и детали, состояние которых необходимо оценивать.

В процессе эксплуатации технического устройства определен­ное взаимное расположение деталей остается неизменным, а изме­няется их взаимная связь, например, зацепление шестерен, сопря­жение пар трения в результате изнашивания. Признаками технического состояния могут быть качественные и количественные характеристики его свойств, фактические значения которых определяют техническое состояние объекта. Если под понятием идеальной машины иметь в виду машину, абсолютно точно соответствующую технической документации, а под техническим состоянием машины ее реальное состояние, отличное от состояния идеальной машины, то оценка технического состояния машины может быть произведе­на на основании анализа функций ее состояния, под которым понимают показатели ее рабочих процессов. Различаются следующие функции состояния ПТСДМ: технико-экономические (грузоподъемность, рабочая скорость, удельный расход энергии и т.д.); параметрические (деформации элементов, шум, вибрации); рас­четные (показатели надежности, показатели нагрузочно-деформи­рованного состояния и др.).

Различают следующие виды технического состояния: исправное и неисправное, работоспособное и неработоспособное, правильное функционирование и неправильное функционирование.

Процесс определения технического состояния машины и ее сборочных единиц с определенной точностью безразборным методом называют техническим диагнос­тированием.

Диагностирование подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин по степени охвата объекта диагностики может быть общим и по элементным (локальным).

Общая система диагностирования предназначена для выявления степени изменения основных функций машины по сравнению с эталонной машиной, например установление отношения реальных возможностей машины к расчетным. При общем диагностировании опре­деляют работоспособность машины, выявляют наличие повреждений в сборочных единицах (узлах и агрегатах), дают им качественную оценку, т. е. опреде­ляют степень повреждения. Выводы общей системы диагностирования используют при комплексной оценке технического состояния машины и для принятия решений о необходимости ее направления в ремонт.

Локальная система диагностирования, т.е. система диагностирования составной части машины, предназначена для выявления и оценки имеющихся в машине конкретных дефектов, что необходимо для быстрого и точного поиска места поломки, а также для своевременного предотвращения отказов. При поэлементном техническом диагностировании осуществляют поиск неисправного узла, когда машина находится в работоспособном состоянии. Поэлементное техническое диагностирование отличается большей сложностью по сравнению с общим. Таким образом, задача технического диагностирования заключается в оп­ределении технического состояния машины и прогнозе дальнейших изменений ее параметров без их разборки. При этом особое значение приобрета­ют симптомы (признаки), характеризующие техническое состояние.

Состояние объекта описывается совокупностью (множеством) определя­ющих его параметров (признаков). Распознавание состояния объекта – отне­сение состояния объекта к одному из возможных классов (диагнозов). Число диагнозов (классов, типичных состояний, эталонов) зависит от особенностей задачи и целей исследований.

Часто требуется провести выбор одного из двух диагнозов (дифференци­альная диагностика или дихотомия), например, «исправное состояние» или «неисправное состояние». В других случаях необходимо более подробно охарактеризовать неисправное состояние. В большинстве задач технической диагностики диагнозы (классы) устанавливаются заранее, и в этих условиях задачу распознавания часто называют задачей классификации.

Совокупность последовательных действий в процессе распознавания называется алгоритмом распознавания. Существенной частью процесса распознавания является выбор параметров, состояния объекта, которые должны быть достаточно информативны, чтобы при выбранном числе диагнозов процесс разделения (распознавания) мог быть осуществлён.

1.3. Цели, задачи и общие принципы диагностирования ПТСДМ

Основной целью технического диагностирования ПТСДМ является повышение их надежности, эффективности использования и увеличение технического ресурса путем сокращения трудовых, временных и материальных затрат на всех периодах эксплуатации путем обеспечения оптимальных режимов функционирования.

Достижение этого возможно путем решения следующих при­кладных задач:

- предотвращение возможных отказов благодаря раннему обнаружению дефектов и неисправностей, что позволяет их устранять в процессе технического обслуживания и ремонта (ТО и Р);

- увеличение наработки благодаря сокращению времени нахож­дения в ТО и Р, своевременной замене дефектных элементов, регу­лированию их положения;

- предотвращение преждевременных ремонтов сборочных единиц, находящихся в хорошем состоянии, благодаря своевременному получению ин­формации о техническом состоянии;

- сокращение потребности в некоторых элементах путем заблаговременного их ремонта; определение остаточного ресурса и остаточной стоимости машин;

- корректирование программ ТО и Р благодаря возможности эксплуатации ПТСДМ по состоянию.