Диагностические признаки и условия работоспособности

Для каждого объекта диагностирования необходимо определить совокупность диагностических признаков. По характеру изменения в процессе диагностирования диагностические признаки делятся на параметры и характеристики.

Часть диагностических параметров, которые присутствуют в явном виде в диагностической модели, называют прямыми. Те же признаки, по значениям которых можно оценить прямые косвенным образом, называют косвенными. [Например, глубину и ширину трещины рельса можно оценить, измеряя магнитную проницаемость, коэрцитивную силу и магнитную индукцию ферромагнитного материала. Прямыми параметрами могут быть износ, зазор в сопряжении, а косвенными - давление масла, время, вибрация, содержание угарного газа в отработанных газах и т.д.]

Все диагностические параметры делятся на частные и обобщенные. Первые характеризуют состояние отдельных элементов составных узлов машин и механизмов, вторые – общее состояние машин и механизмов. [К обобщенным параметрам, например, относятся эффективная мощность и экономичность для двигателя.]

Технический объект состоит из конечного числа элементов, и соответственно, в нём может возникнуть конечное число дефектов. Разделение множества состояний на подмножества работоспособных и неработоспособных определяется условием работоспособности, т. е. условием, при выполнение которого объект может выполнять возложенные на него функции.

Необходимо отметить, что понятие “ работоспособность ” содержит некоторую неопределенность, связанную с тем, что между абсолютной работоспособностью объекта, когда все диагностические признаки имеют номинальные значения, и абсолютной неработоспособностью, когда объект совершенно не способен работать [пробой изоляции, замыкание контактов реле, обрыв проводов и т.п.] лежит конечное число промежуточных состояний, при которых он способен выполнять некоторую работу, но с пониженной производительностью или ухудшением качества или с расходованием излишних ресурсов.

Не всегда очевидна граница между работоспособным и неработоспособным состояниями. Не очевидно также, при каких значениях диагностических признаков объект диагностирования должен считаться неработоспособным и должен подвергаться восстановлению.

В общем случае объект может находиться в конечном множестве состояний: S = (S₁,….,S_i,….S_p). Каждому состоянию соответствует определенное значение какого-либо диагностического признака (рис.24): Θ = (ξ₁,…, ξ_i,…. ξ_r). Причем p = r, если существует одно значение соответствия, а в общем случае p ≠ r.

Рисунок 24 – Связь значений диагностического параметра

и состояний объекта диагностирования

 

Область работоспособности определяется как область изменения диагностических признаков, ограниченная их допустимыми значениями, в которых объект работоспособен.

Допустим нижние или верхние значения ξ_доп можно определить из анализа диагностической модели или воспользоваться приближенным расчетом: ξ_доп = ξ_пр ± Δξ ξ_доп = ξ_ном∙k,

гдеΔξ – запас относительно предельного значения признака ξ_пр, ξ_ном – номинальное значение диагностического признака; k – коэффициент запаса.

В выражении не учитывается влияние множества случайных факторов, воздействующих на объект.

Если состояние объекта диагностирования характеризуется совокупностью диагностических признаков, то условие работоспособности может быть задано в пространстве диагностических признаков, исходя из следующих предложений:

1.Определено множество состояний объекта S, т.е. совокупность диагностических признаков Θ.

2.Существуют номинальные лучшие состояния, т.е. определены Θ_ном.

3.Отклонения работоспособных состояний от номинальных допускаются в определенных пределах ΔS, соответствующих диапазону Θ^В, Θ^Н (н – нижнее, в – верхнее значение).

Таким образом, для всех точек в области работоспособности объект диагностирования приемлем для пользователя. В связи с тем, что в качестве диагностических признаков могут использоваться параметры и характеристики, задание условий работоспособности может осуществляться различными способами.

Если в качестве диагностических признаков используются параметры, то условия работоспособности по одному параметру, заданные неравенствами, ограничивающими значения с одной стороны, могут иметь вид:

(R_И > 50 МОм, сопротивление изоляции более 50 Мом); (R_И ≥ 50 МОм, сопротивление изоляции не менее 50 МОм); (R_И < 50 МОм, сопротивление изоляции менее 50 МОм); (R_И ≤ 50 МОм, сопротивление изоляции не более 50 МОм); ξ_i – текущее значение, – наибольшее и наименьшее допустимые значения диагностических параметров соответственно.

В большинстве случаев на диагностические параметры задаются двусторонние ограничение вида .

Если состояние объекта диагностирования определяется несколькими параметрами, т.е. Θ = (ξ₁,…, ξ_i,…. ξ_r), то задачу контроля работоспособности сводят к проверке указанных неравенств для каждого параметра. Если хотя бы одно из неравенств не выполняется, то объект признается неработоспособным.

Если в качестве диагностических признаков рассматривается характеристика y = f (x), где x и y соответственно входная и выходная переменные, то условия работоспособности определяются значениями отклонений текущей характеристики f (x) объекта от номинальной φ;(x). При этом необходимо установить количественный критерий, который позволял бы оценивать сходство и различие этих характеристик.

Таких критериев существует несколько:

а) критерий среднего отклонения

Интеграл в этом соотношении численно равен площади (рис.25) ограниченной функциями f (x) и φ;(x).

Рисунок 25 – Номинальная φ;(x) и текущая f (x) характеристики

 

Недостатком этого критерия является одинаковая чувствительность, как к величине абсолютного отклонения, так и к длительности интервала, на котором оценивается отклонение.

б) Критерий среднеквадратичного отклонения

Этот критерий более чувствителен к величине, чем к длительности интервала, на котором отклонение оценивается. Он наиболее часто используется на практике.

в) Критерий равномерного приближения

В этом случае критерием близости является максимальное их отклонение на интервале [a,b]. Если максимальное отклонение мало, то на всем интервале определения функции будут мало отличаться друг от друга.

В этих случаях условие работоспособности будет выражено неравенством: , где E – допустимые отклонения; p = 1,2,3 – вид критерия.

Допустимое отклонение на всю характеристику может задаваться в виде маски (рис.26).

Рисунок 26 – Маска

Рисунок 27 – Оценивание характеристики по точкам

 

В случае, если характеристика оценивается по точкам (рис.27), области допустимых отклонений задаются для ограниченной совокупности точек на рабочем участке характеристики .

Условия работоспособности задаются для каждой точки в виде неравенства: | f (x _i) – φ;(x _i)| ≤ E _i, i = 1,2,…n.

Если неравенства справедливы для всей совокупности рассматриваемых точек характеристики, то объект признается работоспособным.

Для объекта диагностирования состоящего из нескольких составных единиц, вектор состояния имеет вид S = (S₁,….,S_i,….S_т). Условием работоспособности такого объекта является работоспособность каждой составной единицы. Состояние составной единицы может быть двух видов: работоспособна – 1, неработоспособна – 0. В этом случае условие работоспособного состояния сложного объекта можно представить в виде S = (1,...,1,…1). Для каждой составной единицы условия работоспособности могут записываться в одном из приведенных выше видов.