книги / Надежность и диагностика технологических систем

При функциональной диагностике подачу воздействий на объект от диагностических средств не производят, а используют только рабочие воздействия собственно объекта, предусмотренные алгоритмом его функционирования (рис. 9.3). Системы функ­ циональной диагностики применяют, как правило, для контро­ ля функционирования и поиска неисправностей и используют в режиме имитации функционирования объекта. При этом, ес­ тественно, имитируются рабочие воздействия. Это наиболее распространенный случай при ремонте и наладке. Например, при настройке телевизоров используют генератор телевизион­ ного сигнала, имитирующий рабочий сигнал.

Рис. 9.3. Укрупненная схема функциональной диагностики

Результатом ТД являются «суждения». Для формирования диагноза типа «объект исправен», «объект неисправен», «в объек­ те неисправен такой-то элемент» необходима обработка ответов на воздействия, т.е. сигналов в контрольных точках. В простей­ шем случае такая обработка заключается в сравнении значений сигналов с допустимыми, эталонными значениями. Функции обработки могут быть возложены на оператора или на автомати­ зированные измерительно-вычислительные средства.

Для определения допустимых значений сигналов необходимо располагать информацией о поведении исправного (работоспо­ собного, правильно функционирующего) объекта, а также о его поведении в неисправном состоянии.

Объектами исследований в ТД являются реальные ТС. Их анализ предполагает определенную идеализацию объекта, при которой выделяют существенные свойства реальных систем и не учитывают второстепенные, т.е. реальные системы заменяют моделями. Таким образом, задачи ТД заключаются в изучении объектов диагностики, построении и анализе их моделей, сборе и обработке статистического материала о поведении объекта, разработке средств, методов и методик диагностирования.

Методы ТД классифицируют по следующим признакам:

•степени информативности — методы, обеспечивающие по­ лучение информации о моменте появления отказа и месте воз­ никновения дефекта;

•видам диагностической информации — методы диагности­ рования, выявляющие сведения о самом контролируемом про­ цессе, о косвенных показателях, сопутствующих прохождению процесса;

•степени использования технических средств — методы без использования технических средств; с применением простейших средств усиления информационного сигнала (субъективные); с ис­ пользованием технических средств (объективные);

•стадиям эксплуатации — методы диагностики на этапах на­ ладки, технического обслуживания, выполнения плановых ремон­ тов оборудования;

•глубине диагностирования — методы диагностирования об­ щие и поэлементные.

Наиболее универсальным является метод временных интер­ валов. Он применяется для анализа простоев, определения пока­ зателей надежности, контроля режимов работы системы управле­ ния, расчета кинематических параметров, получения циклограмм для модулей и АЛ. Путем сравнения действительных значений показателей с нормированными этот метод дает возможность

осуществить первичную локализацию мест неисправностей. Метод эталонных (нормированных) модулей пригоден для

всех видов оборудования. Он основан на сравнении эксперимен­ тально определенных или рассчитанных (например, на ММ) чис­ ленных значениях параметров и показателей качества. Преиму­

ществом метода является возможность разностороннего исполь­ зования полученной информации (для проверки деталей на прочность и износостойкость, прогнозирования их ресурса, опре­ деления затрат энергии). С помощью модулей могут быть рассчи­ таны квалиметрические показатели, используемые для оценки качества механизмов при диагностировании. Реализация метода эталонных модулей, основанная на применении предельных зна­ чений одного или нескольких модулей и метода ветвей, при по­ становке диагноза не требует сложной аппаратуры и ПО.

Метод эталонных (нормированных) зависимостей основан на сравнении экспериментально полученных функциональных зависимостей параметров проверяемого узла с эталонными, най­ денными расчетным или экспериментальным путем. Метод часто требует применения сложной аппаратуры. Он перспективен как дополнительный метод, позволяющий повысить глубину и дос­ товерность постановки диагноза.

Метод эталонных (типовых) осциллограмм — частный случай метода эталонных зависимостей, с помощью которого обыч­ но исследуются зависимости параметров от времени. Он является одним из наиболее простых и эффективных методов диагностиро­ вания и широко применяется при выявлении дефектов машин (особенно механизмов прерывистого действия), для которых ха­ рактерны низкочастотные динамические процессы. При реализа­ ции этого метода расчетным и экспериментальным путем создается эталонная осциллограмма работоспособной машины и формиру­ ется библиотека осциллограмм, характеризующих ее дефектные состояния. Благодаря высокой информативности и наглядности применение метода эффективно для профилактических осмот­ ров оборудования и уточнения диагноза.

Метод сопоставления и наложения осциллограмм основан на анализе одновременно записанных осциллограмм различных параметров или одного и того же параметра, но при разных усло­ виях работы механизма. Он представляет усложненный метод эталонных осциллограмм, с помощью которого анализируется динамическая циклограмма или устанавливается место возник­ новения дефекта путем записи кинематических и силовых па­ раметров в различных точках привода или механизмов. Метод универсален и особенно эффективен для диагностирования но­ вых конструкций, при профилактических осмотрах и в сложных случаях для уточнения диагноза.

Корреляционные методы применяют для обнаружения откло­ нений в характере зависимости между параметрами (взаимная корреляция) или изменении параметра во времени (автокорре­ ляция). Этот косвенный метод не требует сложного математиче­ ского обеспечения и легко автоматизируется с помощью ЭВМ. Метод пригоден для обнаружения крупных дефектов.

Спектральные и спектрально-корреляционные методы полу­ чают все более широкое применение для анализа не только вы­ соко-, но и низкочастотных процессов. Эти косвенные методы диагностирования основаны на выделении и измерении состав­ ляющих сложных сигналов от диагностируемых источников. Их часто используют при виброакустических методах диагно­ стирования. Методы позволяют автоматизировать процесс по­ становки диагноза для зубчатых передач, редукторов, коробок скоростей, подшипников, но требуют сложной аппаратуры и спе­ циального математического обеспечения.

Метод определения предельных (аварийных) состояний яв­ ляется одним из наиболее простых и перспективных. Он основан на обнаружении факта выхода устройства систем в недопустимые или несоответствующие заданной программе области. Частный случай метода эталонных модулей. С помощью этого метода опре­ деляется недопустимое понижение уровня смазочного материала, охлаждающей жидкости в емкостях, засорение фильтров, отклю­ чение питания оборудования сжатым воздухом, поломка инст­ румента, перемещение манипулятора или роботизированной тележки в недопустимую зону, отсутствие заготовок или инстру­ мента. Для систем, использующих этот метод, характерна актив­ ная ответная реакция — световая или звуковая сигнализация у станка, выключение и остановка движущихся частей ТО, вклю­ чение резервного питания, передача информации в другие под­ разделения.

Счет числа импульсов применяется для регистрации выпуска продукции и проверки: частоты вращения валов и шпинделей; наличия твердых частиц в смазочном материале; числа транс­ портируемых изделий; наличия инструмента и задела деталей.

Некоторые из перечисленных методов "позволяют выявить дефекты по косвенным признакам, но многие требуют количе­ ственного определения и нормирования показателей качества машин и механизмов. Наиболее простыми для применения яв­ ляются методы анализа циклограмм и временных интервалов,

счета импульсов и контроля предельных состояний. Они реали­ зуются как с использованием органов чувств технического пер­ сонала (органолептические методы), так и с помощью простых универсальных приборов и встроенных средств автоматизации

иочувствления. Применяемые методы диагностирования могут быть основаны на измерении или сравнении с эталоном самых разнообразных параметров:

•электрических — силы тока, напряжения, сопротивления, емкости, мощности;

•геометрических — траекторий, расстояний, длин, площа­ дей, объемов, конечных положений;

•кинематических — скоростей, ускорений, перемещений, временных интервалов;

•динамических и виброакустических — перепадов давлений в пневмогидросистемах, параметров вибраций и звукового дав­ ления, сил и моментов;

•тепловых — температурных полей, температуры металла

ижидкости.

Диагностическую информацию о ТС получают путем измере­ ния доминирующих параметров: величин вибраций; акустиче­ ских колебаний; упругих и тепловых деформаций; деформаций в стыках пар сопрягаемых деталей; усилий, действующих в ТС; параметров, сопутствующих процессу обработки (режимы реза­ ния, температура отдельных элементов).

Автоматизированные системы диагностики. Диагностиро­ вание технического состояния любого объекта осуществляется средствами диагностирования, которые могут быть аппаратными или программными. В качестве средств диагностирования может выступать человек (оператор, наладчик, контролер). Средства и объект диагностирования, взаимодействующие между собой, образуют систему диагностирования, которая в процессе опре­ деления технического состояния объекта реализует некоторый алгоритм диагностирования. Алгоритм диагностирования со­ стоит из совокупности элементарных проверок объекта, а также правил, устанавливающих последовательность их реализации и анализа результатов. Каждая элементарная проверка определя­ ется своим тестовым или рабочим воздействием, подаваемым или поступающим на объект, и составом контрольных точек, с которых снимаются ответы объекта на это воздействие. Диагноз (оконча­ тельное заключение о техническом состоянии объекта) ставится

разграничивать дефекты, связанные с неблагоприятными дина­ мическими характеристиками, не учтенными при проектирова­ нии, и дефекты, возникающие из-за несовершенства технологии изготовления опытного образца.

Предварительно с помощью средств диагностирования про­ веряется качество обкатки и осуществляется более точная регу­ лировка машин, включая СУ, что облегчает выявление других дефектов. При определении области работоспособных состояний обычно используют опыт эксплуатации машин аналогичной кон­ струкции.

Применение диагностики при испытании опытного образца машины связано, как правило, с созданием специальных испы- тателъно-диагностических комплексов, с помощью которых ма­ шина подвергается комплексным испытаниям с применением методов тестового диагностирования, автоматизированных ме­ тодов управления процессом испытания и обработки данных, а также диагностирования с применением методов моделирова­ ния и прогнозирования.

На стадии освоения новых образцов машин с высокими тре­ бованиями к их техническому уровню диагностика может стать действенным инструментом для оптимизации параметров маши­ ны по критериям качества и надежности, поскольку позволяет:

• оценить значение отдельных элементов и узлов машины для формирования выходных параметров и выявить причины их от­ клонений от установленных значений;

•получить информацию для прогнозирования возможного изменения выходных параметров машины, т.е. данные, необхо­ димые для оценки параметрической надежности машины;

•оценить реакцию машины на различные внешние воздейст­ вия и выявить наиболее целесообразные условия ее эксплуатации;

•выявить доминирующие процессы, происходящие в маши­ не и влияющие на ее выходные параметры;

•оценить показатели работоспособности машины.

Эксплуатационная диагностика связана с тем, что имеется

широкий диапазон условий и режимов эксплуатации, а начальные показатели качества машины вариативны и приводят к значи­ тельной дисперсии в скоростях потери работоспособности и, соот­ ветственно, времени достижения машиной предельного состояния.

Средства диагностики должны быть удобны для применения в заводских условиях, обеспечивать диагностирование в мини­