Основные понятия

Объектом технического диагностирования называют изделие (аппарат, машину, автомат), его составные части или даже заготовку, техническое состояние которых подлежит определению.

В процессе диагностирования необходимым условием является установление вида состояния, то есть исправность и неисправность, работоспособность и неработоспособность, правильное функционирование и неправильное функционирование в условиях ограниченной информации.

Надёжность – свойство объекта выполнять заданные функции при постоянстве эксплуатационных показателей в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.

Исправность – состояние изделия, при котором оно удовлетворяет всем не только основным, но и вспомогательным требованиям.

Неисправность – состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции.

Задача технической диагностики

Состоит в том, чтобы своевременно обнаружить дефекты, найти причины их возникновения и, в конечном итоге, восстановить нарушенное дефектами соответствие объекта техническим требованиям. На этапе эксплуатации, равно как проектирования, изготовления, сборки, хранения, проводят проверку исправности (исправный – нет ни одной неисправности) и работоспособности объекта (т.е. в состоянии ли объект выполнить все функции, предусмотренные его рабочим алгоритмом функционирования). Проверка работоспособности может быть менее полной, чем проверка исправности. Кроме того, могут проверять правильности функционирования, т.е. выявлять неисправности объекта, нарушающие его нормальную работу в текущий момент реального времени. Данная проверка является ещё менее полной. Вообще поиск дефектов, нарушающих исправное, работоспособное состояние, является существенной составляющей деятельности служб наладки на этапе производства и ремонтных служб на этапе эксплуатации пищевого оборудования. В связи с этим и целесообразно применять диагностирование технологического оборудования.

При диагностировании наиболее сложна задача прогноза развития дефекта, решение которой позволяет определить остаточный ресурс или прогнозируемый интервал безаварийной работы, а не изменение контролируемых параметров, по которым определяется техническое состояние: исправность, работоспособность.

Так в настоящее время под термином мониторинг части понимается решение всего комплекса процедур оценки состояния, но существующие системы, называемые системами мониторинга, далеко не всегда решают вопросы идентификации дефектов и прогноза их развития. Поэтому в дальнейшем под термином мониторинг следует понимать контроль основных параметров, выявление тенденций их изменений и прогноз развития контролируемых параметров, а под термином диагностика – идентификацию дефектов и прогноз их развития.

Техническое диагностирование (мониторинг и диагностика в комплексе) осуществляют с помощью тех или иных технических средств диагностирования. (ТСД)

Различают системы:

1) тестового диагностирования, т.е. возможность подачи на объект диагностирования специально организуемых (тестовых) воздействий от средств диагностирования; хороши для этапов изготовления, сборки, наладки, хранения.

2) функционального (рабочего) диагностирования, т.е. на объект диагностирования поступают только рабочие воздействия.

С помощью систем тестового диагностирования обычно решают задачи проверки исправности и работоспособности объекта, а также поиска неисправностей (всех или только нарушающих работоспособность). Системы функционального диагностирования используют для проверки правильности функционирования объекта (менее полная проверка) и поиска неисправностей, нарушающих нормальное функционирование.

Задачи организации диагностического обеспечения

Для составления алгоритмов проверки исправности, работоспособности или правильности функционирования объекта основной характеристикой является полнота обнаружения возможных дефектов, для алгоритмов поиска дефектов– глубина поиска, т.е. с точностью до каких конструктивных узлов ОД необходимо знать место дефекта. Осуществляется прогноз развития дефектов. Разработку диагностического обеспечения вновь создаваемого объекта необходимо выполнять на этапе его проектирования с тем, чтобы предусмотреть требуемый уровень контролепригодности объекта и приспособленности его к диагностированию или обеспечить контролеспособность.

Контролеспособностью называется свойство изделия обеспечивать достоверную оценку его технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов, т.е. объект должен быть максимально удобным для диагностирования.

Крупной задачей теории контролеспособности является изучение технических средств и методов получения диагностической информации. В сложных технических системах используется автоматизированный контроль состояния, которым предусматривается обработка диагностической информации и формирование управляющих сигналов по стабилизации процесса и запуску систем диагностирования. Наконец, очень важные задачи теории контролеспособности связаны с разработкой алгоритмов поиска неисправностей (дефектов), разработкой диагностических тестов (для тестовой диагностики) и минимизацией процесса установления диагноза.

Контролеспособность в первую очередь зависит от качества и объёма диагностической информации, которая может быть получена при эксплуатации изделия, его техническом обслуживании и разработке ОД, а также при специальных диагностических испытаниях (диагностических тестах). Таким образом, в основе диагностического обеспечения любого объекта лежит организация его тестового и (или) функционального диагностирования.

Схема последовательности действий при разработке тестовой

Общий порядок действий, приведённый на схеме, подходит для разработки как тестовой, так и функциональной системы диагностирования.

Функциональное диагностирование

При функциональном диагностировании глубину поиска дефектов, как правило, задают через указание конструктивных узлов ОД, с точностью до которой требуется знать место дефекта. Функциональное диагностироание вращающихся механизмов и машин целесообразно проводить виброакустическими методами и средствами.

Тестовое диагностирование

В отличие от функционального диагностирования, тестовое необходимо всегда, так как после изготовления машины необходимо проверить (протестировать) исправность ОД и средств его функционального диагностирования, которые могут быть неисправными и с помощью которых нельзя проверить ОД.

При выработке технических средств систем тестового диагностирования для проверки исправности, работоспособности и поиска дефектов ОД может потребоваться учёт большего числа факторов, чем при выборе технических средств функционального диагностирования.

Однако, в настояще время в виду усиления требований к универсализации ТСД, их компактности и минимизации всех затрат на их изготовление и обслуживание, всё большее внимание уделяется развитию технических средств функционального диагностирования, включающих элементы тестовой диагностики и позволяющих с высокой вероятностью обнаруживать большинство зарождающихся дефектов и наблюдать за их развитием в процессе работы машины; кроме того, такие средства сокращают время диагностирования и устраняют массогабаритные ограничения (т.е. когда контролируемые оптимальные точки доступны для установки только компактных датчиков, а не излучателей тестового сигнала с бльшими размерами). Экономически более эффективны и стремятся, чтобы универсально функционирующие ТДС были сопоставимы по полноте и глубине поиска дефектов с результатами, полученными системами тестовой диагностики.

Методология диагностирования

Диагностирование – системная задача этапов проектирвания, производсива (изготовления) и эксплуатации пищевого оборудования.

Содержание задач диагностирования, решаемых на этапах жизненного цикла объекта.

1 – операция выполняется

Системный характер задач диагностирования состоит в том, что они должны решаться комплексно для всех периодов и этапов жизненного цикла объекта, с тем чтобы повысить его надёжность и долговечность (т.е. соблюдается данная методология).

Общая метидика решения задач диагностирования

Заключается в выделении в множестве всех рассматриваемых технических состояний объекта некоторого подмножества, которому принадлежит действительное техничнское состояние обьекта.

I – объект исправен и правильно функционирует;

II – объект неисправен, но работоспособен и правильно функционирует;

III – объект неисправен, не работоспособен, но:

1) После проверки работоспособности могут остаться необнаруженные неисправности (дефекты), которые не препятствуют применению объекта по назначению (вмятина на дверце холодильника);

2) В правильно функционирующем объекте возможны неисправности, которые могут быть причиной неправильной работы объекта в других режимах (правильность функционирования определяется только в данном режиме работы машины в данный момент времени), тогда как работоспособный объект правильно функционирует во всех режимах;

IV – объект неисправен, неработоспособен и неправильно функционирует.

Е – множество рассматриваемых технических состояний ОД;

Е₀ – исправное техническое состояние ОД;

Е_н – подмножество, соответствующее неисправному объекту;

Е₁, Е₂ – подмножества, соответствующие работоспособному и неработоспособному объектам;

Е₁(t), Е₂(t) – соответственно правильное и неправильное функционирование объекта.

Так в задачах проверки исправности объекта множество Е состоит из двух подмножеств Е₀ и Е_н, а сама проверка заключается в том, чтобы определить, является ли его действительное техническое состояние Е^* состоянием Е₀ (объект исправен) или принадлежит подмножеству Е_н (объект неисправен).

Е_н= Е/ Е₀

Деление на подмножества Е₁(t) и Е₂(t) не является строго фиксированным, а меняется в реальном времени и зависит от того, какую функцию (операцию или действие) реализует объект в текущий момент времени t применения его по назначению, т.е. в каком режиме в данный момент времени он работает.

При любом делении в подмножество Е₁(t) постоянно входит как исправное состояние Е₀, так и работоспособное состояние Е₁.

Показатели и критерии эффективности диагностирования

Показатели диагностирования, по которым оценивают СД, определяют при проектировании, испытании и эксплуатации систем диагностирования и включают их в ТЗ на разработку объекта. Показатели диагностирования используют при сравнении различных вариантов СД (систем диагностирования).

ГОСТ 23564-79 устанавливает следующие показатели диагностирования:

- вероятность случайной ошибки диагностирования (Рij), т. е. вероятность совместного наступления двух событий: ОД находится в техническом состоянии i, а по результатам диагностирования объект считается находящимся в техническом состоянии j (пограничное состояние, наложение 2-х событий одновременно, например, из-за инерционности приборов (ТСД));

- апостериорная вероятность ошибки диагностирования (), т. е. вероятность нахождения ОД в техническом состоянии i при условии, что в результате диагностирования получен результат «ОД в техническом состоянии j» (действительная ошибка диагностирования, существует вероятность того, что в действительности ОД находится в состоянии j из-за несовершенства СД и погрешности ТСД);

- вероятность правильного диагностирования (D), т. е. вероятность того, что средства диагностирования (ТСД) определяют то техническое состояние, в котором действительно находится ОД;

- среднюю оперативную продолжительность диагностирования (), равную математическому ожиданию (математическим ожиданием М(х) дискретной случайной величины Х называется сумма произведений всех возможных значений величины Х на соответствующие вероятности) оперативной продолжительности однократного (разового) тестового диагностирования;

- среднюю стоимость диагностирования (Сg), равную математическому ожиданию стоимости однократного тестового диагностирования;

- среднюю оперативную трудоемкость диагностирования (Sg), равную математическому ожиданию оперативной трудоемкости проведения однократного тестового диагностирования.

Вероятность ошибки диагностирования рассчитывают по формуле:

,

где P_ij – (характеризует случайные события) случайная величина, принимающая различные значения, которые можно записать в виде конечной или бесконечной последовательности, называется дискретной случайной величиной;

i, j є {1, 2, …, m} (m – число рассматриваемых технических состояний ОД);

к – число рассматриваемых технических состояний ТСД;

- не действительная, априорная, условная вероятность нахождения ТСД в техническом состоянии l;

- условная вероятность получения результата «ОД находится в техническом состоянии j» при условии, что ТСД находятся в техническом состоянии l;

- условная вероятность нахождения ОД в техническом состоянии i при условии, что получен результат «ОД в техническом состоянии j» и ТСД находятся в техническом состоянии l.

Примечание:

- апостериорный – приобретенный опытным путем, основанный на опыте (фактический, действительный)

- априорный – независимый от опыта (до опытный), предшествующий опыту (теоретический).

Значения апостериорной (доля действительной ошибки диагностирования) вероятностей ошибки диагностирования вычисляют по формулам:

правильного диагностирования

, при i ≠ j

(напр.: работоспособность или не работоспособность m=2 D=1– P_1,2 – P_2,1)

Средняя оперативная продолжительность тестового диагностирования

,

где - априорная вероятность нахождения ОД в техническом состоянии i;

- оперативная продолжительность тестового диагностирования ОД,

находящегося в i-м техническом состоянии при условии, что ТСД находятся в l-м техническом состоянии (она включает в себя как продолжительность вспомогательных операций, так и продолжительность собственного диагностирования).

Средняя стоимость тестового диагностирования

,

где С_i,l – стоимость тестового диагностирования ОД, находящегося в техническом состоянии i при условии, что ТСД находятся в техническом состоянии l.

Стоимость C_i,l состоит из амортизационных затрат, затрат на эксплуатацию системы диагностирования и стоимости износа ОД.

Среднюю оперативную трудоемкость тестового диагностирования находят из выражения

,

где S_gi,l – оперативная трудоемкость тестового диагностирования ОД, находящегося в техническом состоянии i при условии, что ТСД находятся в техническом состоянии l.

Диагностирование направлено на повышение эффективности объекта, поэтому количественно эффективность диагностирования можно оценить мерой повышения эффективности объекта, обусловленной осуществлением диагностирования с учетом затрат или потерь (затраты диагностирования не дали ожидаемый эффект в работе машины и обернулись дополнительными потерями в случае аварии) на его выполнение.

В качестве показателя эффективности объектов можно применять коэффициент:

,

где Т_э – рассматриваемый интервал времени эксплуатации объекта;

Т_н – время, в течение которого объект находится в неработоспособном состоянии. Определяется по формуле:

,

здесь - суммарное время нахождения соответствующего объекта в неработоспособном состоянии до начала диагностирования; само диагностирование; устранения дефектов, установленных по результатам диагностирования; и время, затраченное на проведение технического обслуживания.

Эффективность систем диагностирования, выраженную через вероятность получения правильного заключения о техническом состоянии объекта (диагноза), можно вычислить поэтапно, пользуясь так называемым иерархическим деревом показателей (табель о рангах), характеризующих надежность ТСД и достоверность процесса диагностирования по значимости (рис.).

I-й уровень		V или D		I уровень
характеризует надежность ТСД	Рср	II уровень	Д
Кг	III уров.	Р(g)		Дп	III уров.	Ди
● ● ●	IV уровень	● ● ●		● ● ●	IV уровень	● ● ●

V или D – представляет собой вероятность получения правильного диагноза (обобщенная величина);

Р_ср – вероятность правильного функционирования ТСД;

Д – достоверность процесса диагностирования;

Р(_g) – вероятность безотказной работы ТСД за время диагностирования g;

К_г – коэффициент готовности (ТСД). Показывает эффективности работы и надежность:

,

здесь Тр.с. – время нахождения ТСД в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации;

- суммарная продолжительность внеплановых ремонтов за тот же период.

Показатели, характеризующие процесс диагностирования:

Д_п – полнота обнаружения дефектов;

Д_и – инструментальная достоверность (или глубина поиска дефектов)

Глубину поиска дефектов задают через указание конструктивных узлов ОД (машины), с точностью до которой требуется знать место дефекта.

На каждом следующем уровне (IV, V…) иерархического дерева показателей помещают такие показатели, от которых зависят показатели предыдущего уровня.

Зная К_г, Р(_g), Д_п и Д_и, находим

- вероятность правильного функционирования ТСД следующим образом:

Р_ср = К_г · Р(_g);

- достоверность процесса диагностирования:

Д = Д_п · Д_и;

- вероятность получения правильного диагноза:

V = Р_ср · Д.