Классификация объектов и средств технического диагностирования, их показатели

Одним из основных элементов системы диагностирования является объект диагностирования. Ранее указывалось, что в зависимости от характера описания процессов, протекающих во времени в объекте объекты диагностирования делятся на непрерывные, дискретные и гибридные.

Непрерывные – объекты диагностирования, изменения состояния которых могут быть описаны непрерывно во времени.

Дискретные – объекты диагностирования, изменения состояния которых описываются дискретно во времени с использованием аппарата Булевой алгебры.

Гибридные – объекты диагностирования, представляющие собой комбинации непрерывных и дискретных устройств.

Объект диагностирования может использоваться непрерывно или периодически. Кроме того, периодическое использование может иметь постоянный период (регулярно- периодическое использование) или случайное значение периода (случайно- периодическое использование).

Объекты непрерывного использования диагностируются в рабочем режиме или должны выключаться и переводиться в контрольный режим для диагностирования.

Объекты периодического использования применяются по целевому назначению периодически, а в перерывах выключаются или находятся в дежурном режиме ожидания прихода заявки на использование. В этот интервал времени может осуществляться диагностирование и восстановление.

Объект можно диагностировать непрерывно или периодически. Периодическое диагностирование может выполняться с постоянным (регулярно-периодическое) или случайным (случайно-периодическое) периодом.

Представляет интерес объект диагностирования случайно-периодического использования, для которого необходимо учитывать характер реакции на приходящие заявки на использование и диагностирование (рис. 1).

Заявка на использование теряется или ожидает окончания диагностирования, если оборудование разобрано для восстановления или к оборудованию подключены специальные средства технологического диагностирования.

Заявка на использование может прерывать диагностирование при экстренной необходимости (если перерыв недолгий, то диагностирование может возобновляться).

Рисунок 1 – Характер реакции на приходящие заявки

 

Объекты диагностирования характеризуются следующими показателями.

По приспособленности ОД к замене отказавших узлов и блоков для восстановления работоспособности они подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Приспособленность объекта к диагностированию оценивается показателями:

- коэффициент полноты проверок, рассчитываемый разными способами:

,

где λ;_k – сумма интенсивностей отказов проверяемых частей; λ;₀ – интенсивность отказов объекта;

,

где n _k – число измеряемых диагностических параметров; n ₀ – общее число диагностических параметров;

,

где λ;_i – коэффициент важности; β;_i – показатель безотказности элементов, оцениваемых i -м диагностическим параметром; m и n – соответственно число измеряемых и общее число диагностических параметров;

- коэффициент глубины поиска дефектов:

,

где F – число однозначно различимых составных частей объекта диагностирования на принятом уровне деления; R – общее число составных частей ОД на принятом уровне деления;

- среднее время подготовки к диагностированию:

,

где – среднее время установки и снятия устройств сопряжения (измерителя, преобразователя и др.); – среднее время монтажно-демонтажных работ для объекта диагностирования (вскрытие лючков, разъемов, снятие блоков и т.д.).

Уровень приспособленности к диагностированию можно оценить:

- дифференциально: ,

где – значение i -го показателя приспособленности объекта диагностирования к диагностированию; – базовое значение показателя приспособленности ОД к диагностированию;

- интегрально ,

где n – число показателей, по совокупности которых оценивается уровень приспособленности ОД к диагностированию; – коэффициент весомости i -го показателя.

Уровень эффективности объекта диагностирования

Система диагностирования предназначена главным образом для повышения эффективности ОД, поэтому оценивать его эффективность целесообразно мерой повышения эффективности с учетом затрат и потерь на использование системы диагностирования. Изменение эффективности объекта диагностирования можно оценить по абсолютной ΔE(t) или относительной E(t) величине изменения критерия эффективности, т.е.

, ,

где Ф (t) – показатель эффективности объекта диагностирования без средства технического диагностирования; Ф _Д(t) – показатель эффективности объекта диагностирования при использовании средства технического диагностирования.

Показатель эффективности содержит показатели надежности и в общем случае равен:

Ф (t) = Ф ₀(t) ∙ k (t)

где Ф ₀(t) – составляющая эффективности, определяющая содержательную сторону процесса диагностирования, объекта диагностирования; k (t) – составляющая, характеризующая надежность объекта диагностирования.

Соответственно оценить эффективность можно по результатам расчета показателей надежности объекта диагностирования, с учетом влияния средств технического диагностирования.

В качестве k (t) объекта диагностирования используют показатель:

где Т_Э – рассматриваемый интервал времени эксплуатации объекта диагностирования; Т_Н – время нахождения объекта диагностирования в неработоспособном состоянии.

В общем случае время нахождения ОД в неработоспособном состоянии:

Т_Н = Т_НР + Т_В + Т_Д + Т_ТО,

где Т_НР – суммарное время нахождения ОД в неработоспособном состоянии до начала его использования; Т_В – суммарное время восстановления объекта диагностирования; Т_Д – суммарное время диагностирования объекта диагностирования; Т_ТО – суммарное время на техническое обслуживание объекта диагностирования.

Смысловое значение показателя K определяют величины, входящие в Т_Н:

- при T _H = T _HP показатель K – вероятность безотказной работы объекта диагностирования в интервале времени (0, T _Э).

- при Т_Н = Т_НР + Т_В, показатель K – коэффициент готовности объекта диагностирования в интервале времени (0, T _Э).

- при Т_Н = Т_НР + Т_В + Т_Д, показатель K – показатель готовности объекта диагностирования в интервале времени (0, T _Э).

- при Т_Н = Т_НР + Т_В + Т_Д + Т_ТО показатель K – показатель технического использования объекта диагностирования в интервале времени (0, T _Э).

Значение показателя K выбирают на основе анализа условий эксплуатации объекта диагностирования, особенностей использования, содержания и организации диагностирования.

Средства технического диагностирования. Средства технического диагностирования представляют совокупность средств, с помощью которых оценивают состояние объекта. Они включают:

- программные средства диагностирования;

- ремонтно-эксплуатационная документация;

- технические средства диагностирования.

Программные средства диагностирования – пакеты программ, используемые для диагностирования.

Ремонтно-эксплуатационная документация – таблица состояний, методика поиска дефекта, ремонтные схемы.

Технические средства диагностирования – приборы или устройства, предназначенные для решения различных задач, возникающих при определении состояния объекта диагностирования.

Технические средства диагностирования объектов очень разнообразны. Состав и принцип построения ТСД определяются решаемыми задачами диагностирования, степенью воздействия на оборудования, степенью встраивания, способами получения информации, способами обработки информации о состоянии оборудования, степенью автоматизации, степенью универсальности и подвижности.

В зависимости от решаемых задач диагностирования можно выделить следующие виды ТСД:

- контроля работоспособности;

- поиска дефектов;

- прогнозирования состояния;

- контроля работоспособности и поиска дефектов;

- контроля и прогнозирования состояния;

- контроля и прогнозирования состояния, поиска дефектов.

По степени воздействия на оборудование ТСД подразделяются на пассивные и активные.

Пассивные ТСД выполняют анализ информации о состоянии оборудования, для чего воспринимают, обрабатывают и оценивают диагностические признаки.

Активные ТСД воздействуют на отведенные для целей диагностирования входы тестовые сигналы, стимулирующие реакцию оборудования, которая затем оценивается.

Конструктивно ТСД могут полностью или частично относиться к объекту диагностирования (встроенные) или выполняются отдельно от конструкции ОД (внешние).

Конструктивное исполнение ТСД определяется особенностями эксплуатации ОД. Степень встраивания может быть определена как отношение интенсивности отказов встроенных в объект частей ТСД (Δ λ;_T) к интенсивности λ;_T полностью внешних ТСД, т.е. ψ; = Δ λ;_T / λ;_T. Для внешних ТСД ψ; = 0, для полностью встроенных ψ; = 1, а для частично встроенных 0 < ψ; < 1.

По способу получения информации о состоянии оборудования ТСД могут быть последовательного, параллельного и последовательно-параллельного действия.

ТСД последовательного действия осуществляют последовательный прием, измерение, контроль и обработку информации. Они отличаются простотой, использованием минимального числа преобразовательных, измерительных средств и средств контроля. При этом способе диагноз формируется по отдельному признаку после каждой проверки.

ТСД параллельного действия осуществляют одновременно измерения и контроль всех параметров, что сокращает время формирования общего диагностического признака, по которому оценивают состояние оборудования.

ТСД параллельно-последовательного действия осуществляют одновременный прием и обработку информации по нескольким каналам. При этом анализ результатов выполняется после реализации группы проверок, т.е. измерения или контроля группы признаков. Подобные средства сложнее средств последовательного действия, но более эффективны.

По степени автоматизации ТСД подразделяются на ручные, автоматизированные и автоматические.

Средства, требующие активного участия человека-оператора при их использовании, относят к ручным (пример: осциллографы, измерительные приборы, генераторы синусоидальных сигналов).

ТСД при использовании которых роль человека-оператора сводится к выполнению отдельных достаточно простых операций (включение, выключение, переключение и др.) относятся к автоматизированным ТСД.

ТСД, функционирующие без участия человека-оператора относятся к автоматическим.

Условной границей между этими ТСД может быть доля времени, затрачиваемого на выполнение операций τ;_a в общем времени диагностирования τ;_Д, т.е. – K_a = τ;_a / τ;_Д. Если время на выполнение операции составляет до 0,1 τ;_Д, то ТСД – ручная, если время на автоматические операции составляет не менее 0,9 τ;_Д, – то автоматические. Все остальные – автоматизированные.

По степени универсальности ТСД разделяют на специализированные и универсальные.

Специализированные ТСД предназначены для оценивания состояния однотипного оборудования.

Универсальные ТСД предназначены для диагностирования оборудования различного назначения и конструктивного выполнения. Переход от одного типа оборудования к другому осуществляется путем смены программы диагностирования без изменения структуры ТСД. Универсальные ТСД, как правило, достаточно сложные и дорогостоящие, и для их обслуживания требуются специалисты высокой квалификации.

В зависимости от степени подвижности ТСД могут быть выполнены переносными, передвижными и стационарными.

Стационарные средства чаще всего размещаются на диагностических станциях, испытательных и контрольных центрах.

Передвижные средства монтируют на самоходных или несамоходных транспортных средствах.

Показатели технических средств диагностирования.

Эффективность ТСД оценивают совокупностью показателей, основными из которых являются показатели надежности, метрологические показатели и массогабаритные показатели.

Показатели надежности ТСД характеризуют:

- вероятность безотказной работы P_T(t), т.е. вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ ТСД не возникает. Величина вероятности безотказной работы рассчитывается по различным формулам в зависимости от закона распределения отказов элементов. Для экспоненциального закона , где – интенсивность отказов ТСД;

- коэффициент готовности К_Г представляет собой вероятность того, что ТСД окажутся работоспособными в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование их по предназначению не предусматривается, и характеризует как безотказность, так и ремонтопригодность ТСД. Коэффициент готовности рассчитывается по формуле:

, где – наработка на отказ; – среднее время восстановления.

- вероятность правильного функционирования ТСД:

,

Метрологические показатели

Метрологические показатели характеризуют точность ТСД, которая в большой степени влияет на инструментальную достоверность. Точность определяется мерой точности:

, где σ(ε) – среднеквадратичная погрешность.

Мера точности зависит от сложности ТСД и определяется точностью отдельных операций при диагностировании.

При постановке диагноза могут быть случайные и систематические погрешности, обусловленные погрешностями измерительного тракта ТСД и нестабильностью метода измерения. Систематические погрешности, характер изменения которых известен, могут быть учтены при выборе допуска на параметры. Случайные погрешности всегда будут вносить неопределенность при оценивании результата диагностирования. Погрешности метода измерения приводят также к ошибкам в оценивании состояния ОД. Иногда кроме статической погрешности следует учитывать динамическую погрешность измерения, влияние которой существенно при контроле переменной величины.

Основной вклад в ошибки при постановке диагноза вносят датчики, первичные преобразователи и элементы измерительного тракта. В общем случае погрешность складывается из погрешности датчиков σ_Д, нормализаторов (преобразователей) σ_Н, коммутаторов σ_К, т.е.

Для цифровых , т. к. им свойственна более низкая погрешность.

Массогабаритные показатели ТСД можно охарактеризовать величиной компактности:

W = G / V, где G – масса ТСД; V – занимаемый объем.

Требования минимально возможной стоимости, малой массы, габаритов являются общими для любых технических средств.