Задачи технической диагностики

Техническая диагностик а – это отрасль научно-технических знаний, сущность которой составляют теория, методы и средства обнаружения и поиска дефектов объектов технической природы (определение технического состояния объекта).

Техническое состояние характеризуется в определенный момент времени при заданных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Технический объект (система, узел, машина, прибор) для которого решается задача распознавания состояния, называется объектом диагностирования (ОД). В качестве ОД могут выступать любые технические системы удовлетворяющие двум условиям: могут находиться, как минимум, в двух взаимоисключающих и различных состояниях (например, в работоспособном и неработоспособном), в них можно выделить элементы, каждый из которых так же характеризуется указанными различными состояниями. Главной отличительной особенностью объекта технического диагностирования является то, что состояние в целом рассматривается как функция, зависящая от состояний входящих в него элементов. [Пример объекта диагностирования – система электрической централизации, управляющая стрелками и сигналами на станции. При работоспособном состоянии возможно задание, замыкание, размыкание и отмена всех маршрутов. При неработоспособном состоянии электрической централизации, невозможен перевод хотя бы одной какой – либо стрелки, открытие сигнала при замкнутом маршруте и т.д. Часть объекта диагностирования, которую нельзя разделить на более мелкие, называют элементом (структурной единицей объекта диагностирования). Любой объект диагностирования состоит из элементов (как минимум из одного элемента). В качестве элементов электрическая централизация содержит блоки, которые в свою очередь могут иметь работоспособные или неработоспособные состояния. Поиск неисправности в блочной системе электрической централизации состоит из двух этапов. Сначала система рассматривается как совокупность блоков, где находится неисправный блок. Неисправный блок рассматривается как совокупность реле и в нем локализуется неисправное реле.]

Состояние объекта диагностирования оценивается по диагностическим признакам. Диагностический признак – это параметр или характеристика объекта, используемая при диагностировании. Параметр – это физическая величина. В качестве параметров могут выступать значения сигналов какого-либо рода на отдельных выходах системы или во внутренних контрольных точках. В системах железнодорожной автоматики телемеханики и связи в качестве параметров используются – напряжение, сила тока, частота тока, сопротивление цепи, мощность и др. Характеристика – это зависимость одной физической величины от другой, а именно: статическая характеристика, если величина не зависит от времени, частоты; динамическая характеристика, если величина зависит от времени или частоты. Характеристики могут использоваться при диагностировании устройств связи, рельсовых цепей и других элементов. Каждому состоянию соответствует определенное значение диагностического признака.

При диагностировании сложных многофункциональных систем управления в качестве параметра специального вида можно рассматривать возможность системы выполнять те или иные отдельные заданные функции.

Диагностические признаки подразделяются на основные и вспомогательные. Основные характеризуют выполнение системой заданных функций, а вспомогательные удобство эксплуатации и т.п. Диагностические признаки выбираются по результатам анализа диагностической модели, под которой понимается формальное описание объекта диагностирования (аналитическое, табличное, графическое и т.д.), учитывающее изменение его состояний.

Различают четыре вида состояний ОД: исправные, неисправные, работоспособные, неработоспособные. Объект (система) удовлетворяющий всем требованиям нормативно-технической документации, является исправным (находится в исправном техническом состоянии), когда все его параметры, как основные, так и вспомогательные, находятся в пределах заданной нормы. Выход за эти пределы любого параметра означает, что система неисправна.

Объект (техническая система) работоспособен, если он может выполнять все заданные ему функции с сохранением значений заданных параметров (признаков) в требуемых пределах. Выход хотя бы одного основного параметра за пределы заданной нормы переводит систему в множество неработоспособных состояний. Утрату работоспособности называют отказом.

Работоспособная система может быть как исправной, так и неисправной. Исправная система всегда работоспособна. Неисправная система может быть как работоспособной так и не работоспособной. Неработоспособная система всегда неисправна. Диаграмма состояний объекта диагностирования показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Диаграмма состояний объекта диагностирования: А – множество состояний исправных систем;

В – множество состояний неисправных, но работоспособных систем;

С – множество состояний отказавших систем.

Полное множество возможных состояний: , множество состояний работоспособных и неисправных систем соответственно:

Для систем железнодорожной автоматики и телемеханики важнейшей задачей является синтез контролепригодных систем с повышенным уровнем надежности. Системы строятся таким образом, что бы при всех наиболее вероятных отказах ее элементов (частичных отказах) был невозможен переход системы из множества состояний А в множество состояний С, а система обязательно оказалась бы в множестве состояний В. В этом случае система продолжает выполнять свои основные функции (пусть с ухудшенными показателями), но появляется возможность обнаружить возникшую неисправность и устранить её, тем самым не допустив потерю системой работоспособности.

Если объект находится в работоспособном состоянии и выполняет заданные функции, т.е. значение его параметров в текущий момент времени применения по назначению находятся в требуемых пределах, то объект – правильно функционирует (штатно). Если объект выполняет часть функций, находясь в неработоспособном состоянии, то объект функционирует неправильно (не штатно).

Переход из класса работоспособных состояний в класс неработоспособных называется отказом. При этом возможен полный отказ, приводящий к потере работоспособности, и частичный отказ, приводящий к потере работоспособности и нештатному функционированию. Степень ухудшения функционирования может быть от штатной работы до полного отказа.

Относительно отдельных элементов различают третий тип отказа – перемежающийся отказ. Такой отказ, то исчезает, то появляется. Это существенно затрудняет определение местоположения (локализацию) отказавшего элемента, т.к. при проверке системы, в которую входит элемент, она может оказываться работоспособной, а через некоторое время – неработоспособной.

Причиной потери работоспособности или резкого снижения запаса работоспособности является дефект (от лат. – изъян, недостаток) – это любое несоответствие свойств объекта заданным, требуемым или ожидаемым его свойствам.

В объекте диагностирования, состоящем из нескольких элементов, дефектом является отказ элемента, нарушение связи или появление связи между элементами. Возникновение в таком объеме дефекта не обязательно приводит к потере работоспособности, объекта диагностирования может сохранять при наличии в нем дефекта за счет избыточности (структурной, временной, информационной). В тех случаях, когда в объекте диагностирования возник дефект, но объект не потерял работоспособность, говорят, что запас работоспособности его снизился, и следовательно, повысилась вероятность его отказа в дальнейшем.

Обнаружение дефекта – установление факта его наличия или отсутствия в объекте.

Поиск дефекта – заключается в указании с определенной точностью его местоположения в объекте.

Обнаружение и поиск дефектов является процессами определения технического состояния объекта, которые объединяются общим термином диагностирование, диагноз есть результат диагностирования. Таким образом, задачами диагностирования являются задачи проверки исправности, работоспособности и правильности функционирования объекта, а также поиска дефектов, нарушающих исправность, работоспособность или правильность функционирования.

Диагностирование может осуществляться различными методами. Метод диагностирования – совокупность операций, действий, позволяющих дать объективное заключение о состоянии объекта.

Диагностирование технического состояния любого объекта осуществляется средствами диагностирования, под которыми понимается аппаратура, программы и ремонтно-эксплуатационная документация, позволяющие определять состояние технического объекта. В качестве средств диагностирования могут выступать: человек – оператор, контролер, наладчик. Средства и объекты диагностирования, взаимодействующие между собой, образуют систему диагностирования.

Различают системы тестового и функционального диагностирования.

В системах тестового диагностирования на объект подаются специально организуемые тестовые воздействия. В системах функционального диагностирования, которые работают в процессе применения объектов по назначению, подача тестовых сигналов исключается, на объект поступают только рабочие воздействия, предусмотренные его алгоритмом функционирования.

В системах обоих видов средства диагностирования воспринимают и анализируют ответы объектов на входные воздействия и выдают результат диагностирования: объект исправен или неисправен, работоспособен или неработоспособен, функционирует правильно или неправильно.

Системы тестового диагностирования необходимы для проверки исправности и работоспособности, а также поиска дефектов, нарушающих исправность или работоспособность объекта.

Система диагностирования в процессе определения технического состояния реализует определенный алгоритм (тестового или функционального) диагностирования. Алгоритм диагностирования в общем случае состоит из определенной совокупности элементарных проверок объекта, и правил, устанавливающих последовательность реализации элементарных проверок, и правил анализа полученных результатов.

Каждая элементарная проверка определяется своим тестовым или рабочим воздействием, подаваемым или поступающим на объект, и составом контрольных точек, с которых снимаются ответы объекта на это воздействие. Результатом элементарной проверки являются конкретные значения ответных сигналов объекта в соответствующих контрольных точках. Диагноз (окончательное заключение о техническом состоянии объекта) ставится в общем случае по совокупности полученных результатов элементарных проверок.

Задачи технической диагностики.

При диагностировании решаются задачи точного определения состояния, в котором находится система, или установления множества состояний, в одном из которых она находится. Это определяется тем, какая задача ставится при исследовании объекта диагностирования.

Различают пять задач диагностирования:

1) Проверка исправности, при которой решается задача обнаружения в объекте неисправности, переводящей объект диагностирования из множества исправных состояний W₁, в множество неисправных состояний W₂ (рисунок 2).

Рисунок 2 – множество исправных и неисправных состояний объекта:

А – множество состояний исправных систем;

В – множество неисправных, но работоспособных систем;

С – множество состояний отказавших систем;

W₁ - множество работоспособных систем;

W₂ - множество неисправных систем.

 

Состояния связаны между собой соотношениями:

 

2) Проверка работоспособности, при которой решается задача обнаружения тех неисправностей, которые переводят объект диагностирования из множества работоспособных систем W₁ в множество отказавших систем С. Во время проверки работоспособности можно оставлять необнаруженными неисправности которые не препятствуют применения системы по назначению. Рассматриваемая задача является менее детальной, чем проверка исправности, и может быть решена более простыми методами.

3) Проверка правильности функционирования – решается во время работы объекта диагностирования. В этом случае достаточно следить за тем, чтобы в объекте не появились неисправности, нарушающие его нормативную работу в настоящий момент времени, и исключить недопустимое для нормальной работы влияние неисправностей.

Проверка правильности функционирования позволяет делать вывод о правильной работе объекта диагностирования только в данном режиме и в данный момент времени.

Первые три задачи обязательно решаются при диагностировании объектов любого назначения. Контроль предполагает проверку соответствия значений диагностических признаков, объекта диагностирования требованиям технической документации. При этом возможны два вида контроля: качественный (допусковый) и количественный (запас работоспособности).

4) Поиск неисправностей (дефектов) при которых решается проблема точного указания в объекте элемента или множества элементов, среди которых находится неисправный элемент.

Результатом процесса поиска неисправностей является разбиение множества состояний W₂ (если исследуется неисправный объект) или множества состояний С (если исследуется неработоспособный объект) на классы неразличимых между собой состояний, а также соответствующих им неисправностей.

В рассматриваемой задаче решается задача – в каком из классов состояний находится объект диагностирования. Число классов определяет степень детализации, которая достигается при поиске неисправностей (её называют глубиной поиска).

Целесообразность решения четвертой задачи определяется возможностью восстановления объекта диагностирования, т. е. устранением возникшего дефекта. В свою очередь устранить возникший дефект можно только, если объект диагностирования ремонтопригоден, т. е. приспособлен к устранению возникших в нем дефектов, и обслуживающий персонал имеет средства и время для его восстановления.

 

5) Прогнозирование состояния объекта диагностирования, для решения которой изучается характер изменения диагностических параметров и на основе сформировавшихся тенденций предсказываются значения параметров в будущий момент времени.

Наиболее распространенными сочетаниями задач, решаемых в процессе диагностирования, являются:

- контроль работоспособности (запаса работоспособности) и поиск дефектов;

- контроль работоспособности (запаса работоспособности) и прогнозирование состояния;

- контроль работоспособности (запаса работоспособности), поиск дефекта и прогнозирование состояния.

Первый случай имеет место тогда, когда диагностируется восстанавливаемый объект диагностирования. В этом случае на основе полученного диагноза обслуживающий персонал проводит работы по восстановлению работоспособности.

Второй случай характерен для объекта диагностирования, когда обслуживающий персонал, учитывая диагноз, принимает решение об использовании или режиме его использования.

Третий случай наблюдается при наличии у восстанавливаемого объекта диагностирования необходимости установления срока его безотказного функционирования. Такое положение типично для высокосложных и особо ответственных объектов диагностирования.

 

При решении основных задач диагностирования возможны различные действия по формированию диагноза (рисунок 3):

а) при положительном результате контроля работоспособности (КР):

o выдача заключения о работоспособном состоянии объекта диагностирования;

o контроль запаса работоспособности (КЗР) объекта диагностирования и выдача заключения об его состояния;

o прогнозирование технического состояния (ТПС) объекта диагностирования и выдача заключения об его состоянии;

б) при отрицательном результате (КР):

o выдача заключения о неработоспособном состоянии объекта диагностирования;

o поиск возникшего дефекта (ПД) и выдача заключения о состоянии объекта диагностирования.

 

Рисунок 3 – Процесс постановки диагнозов

 

Возможны следующие виды диагноза (рисунок 3):

а) «Работоспособен», «Годен», «Да»:

б) Степень работоспособности 10,…50,…100% или «отлично», «хорошо», «удовлетворительно»;

в) Оборудование проработает 200 ч.,

г) «Неработоспособен», «не годен», «нет»;

д) «Залипли контакты огневого реле».

Эффективность диагностирования объекта диагностирования достигается в том случае, когда задача диагностирования учитывается на всех этапах жизни технического объекта.