Определение числа контролируемых параметров объекта

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТЕХНИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ ОБЪЕКТА

ЛЕКЦИЯ №8

«МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИНФОРМАТИВНОСТИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ»

ВРЕМЯ – 2 часа

ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ:

Познакомиться с методами оценки контролируемых параметров объектов диагностики

СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ:

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ – 5 мин.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТЕХНИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ ОБЪЕКТА – 20 мин.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА – 40 мин.

3. ОЦЕНКА ИНФОРМАТИВНОСТИ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА – 20 мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ – 5 мин.

Если для контроля технического состояния использовать все контролируемые параметры без какого-либо их отбора, то получаемые диагностические системы будут перегружены датчиками, а программы диагностирования весьма громоздки. В этой связи необходимо уметь выбирать такое минимальное количество диагностических признаков, которое было бы необходимо и достаточно для распознавания каждого состояния объекта. В этом случае и объект и средства диагностики будут наиболее простыми и эффективными.

При диагностировании технического состояния объектов обычно рассматриваются и учитываются только два характерных состояния – работоспособное и не работоспособное (отказ) состояние объекта.

Реальный объект состоит из достаточно большого числа отдельных элементов (блоков, агрегатов, деталей). Поэтому фактическое число состояний такого объекта может быть существенно больше 2, например для объекта из трех блоков:

- состояние е₀ - объект работоспособен;

- состояние е₁ - первый блок объекта отказал;

- состояние е₂ - второй блок объекта отказал;

- состояние е₃ - третий блок объекта отказал и т.д.

В общем случае задача определения числа состояний объекта сводится к задаче определения числа таких блоков или агрегатов, отказ которых приводит к отказу всего объекта в целом.

Если объект состоит из Nкомплектующих элементов, возможное число состояний может быть определено по формуле:

S = 2 ^N .

Число состояний, когда объект отказал равно:

S_отк. = S – 1.

Рассмотрим объект, состоящий из двух последовательно соединенных блоков (рисунок 1).

Рисунок 1. Структурная схема объекта из двух последовательно соединенных по надежности блоков

Объект может иметь 4 возможных состояния:

- объект работоспособен – состояние 1;

- отказал первый блок – состояние 2;

- отказал второй блок – состояние 3;

- отказали и первый и второй блоки – состояние 4;

Из общего числа состояний S число неработоспособных состояний S_отк. может быть определено по формуле

S_отк. = 2 ^N – 1.

При последовательном по надежности соединении блоков в рассматриваемом примере состояния 2, 3 и 4 соответствуют отказу всего объекта. Как видно, в данном примере число состояний, соответствующих отказу объекта равно 3.

При диагностике технического состояния объектов, состоящих из большого числа элементов, даже при учете для каждого элемента только двух состояний общее количество возможных состояний оказывается очень большим. Например, у объекта, состоящего из 10 элементов, общее число возможных состояний S = 2¹⁰= 1024, а число не работоспособных состояний объекта S_отк. = 2¹⁰- 1= 1023.

Для уменьшения числа учитываемых состояний объекта принимают следующие допущения:

1. Вероятность одновременного возникновения отказов двух и более элементов объекта пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью отказа только одного элемента. Если вероятность отказа объектов одинакова и составляет Q_i(t) = 10^-5, то вероятность отказа одновременно двух объектов составит Q_1,2(t) = Q₁(t) · Q₂(t) = 10^-10.

Это означает, что число неработоспособных состояний объекта может быть определено по формуле:

S_отк. = N,

где N - количество элементов в диагностируемом объекте.

С учетом данного допущения число неработоспособных состояний объекта из N = 10 элементов составит 10, а не 1023, т.е. более чем в 100 раз меньше.

2. Можно исключить из рассмотрения отказы тех элементов, вероятность отказа которых мала, или их отказы не имеют опасных последствий. В этой связи число возможных состояний элементов, приводящих к отказу всего объекта, определяется по формуле:

S_отк. < N.

Перечисленные допущения позволяют более чем в 100 раз снизить размерность числа рассматриваемых состояний диагностируемого объекта.

Рассмотрим объект, состоящий из 10 последовательно соединенных по надежности элементов (рисунок 2):

Рисунок 2. Структурная схема объекта из десяти последовательно соединенных по надежности элементов: 1 - контактный провод; 2 - усиливающий провод; 3 - питающий зажим; 4 - несущий трос; 5 - рессорный трос; 6 – струна; 7 – узел крепления струны к тросу; 8 – узел крепления струны к КП; 9 - фиксатор КП; 10 – консоль.

Число возможных неработоспособных состояний такого объекта составляет S_отк.= 1023.

Если допустить, что одновременно может отказать только один элемент, то число неработоспособных состояний составит S_N= N= 10.

Из опыта эксплуатации рассматриваемой системы мы знаем, что отказ элементов 6, 7, 8, 9 и 10 маловероятен, т.к. они имеют повышенную, по сравнению с другими элементами, надежность. Отбросив маловероятные отказы, получим, что наиболее вероятное количество неработоспособных состояний системы S_о равно лишь 5. Такими состояниями являются:

S₁ - отказ элемента №1(контактный провод);

S₂ - отказ элемента №2(усиливающий провод);

S₃ - отказ элемента №3(питающий зажим);

S₄ - отказ элемента №4(несущий трос);

S₅ - отказ элемента №5(рессорный трос).

В качестве признаков X_j перечисленных состояний S_i будем использовать отклонение от установленной нормы значений параметров, характеризующих работу контактной сети. В рассматриваемом примере такими признаками могут быть: X₁ – повышенный износ КП; X₂ – снижение натяжения КП; X₃ - повышение температуры КП; X₄ – падение величины напряжения в КС; X₅ – увеличение силы тока в КС; X₆ – повышение температуры питающих зажимов КС; X₇ – увеличение переходного сопротивления питающих зажимов КС; X₈ – увеличение зигзага КП.

В общем случае между состояниями S_i и их признаками X_j могут встречаться виды взаимосвязи, представленные на рисунке 3:

Рисунок 3. Виды взаимосвязи состояний и признаков: а) - между признаком X_j и состоянием S_i нет взаимосвязи; б) - между признаком X_j и состоянием S_i имеется взаимосвязь; в) между несколькими признаками X_j, X_j+n и состоянием S_i есть взаимосвязь; г) между одним признаком X_j и несколькими состояниями S_i, S_i+n имеется взаимосвязь.

Для определения наличия и типа взаимосвязи либо отсутствия взаимосвязи между выбранными состояниями и предварительно выбранными признаками состояний (параметрами) обычно используют или логический анализ, или натурный эксперимент. В качестве примера на рисунке 4 представлена схема возможных взаимосвязей между признаками и состояниями элементов объекта.

Рисунок 4. Пример схемы возможных взаимосвязей между признаками и состояниями элементов объекта

Анализ данной схемы показывает большое количество перекрестных связей состояний объекта и признаков этих состояний. Это говорит о том, что число выбранных диагностических признаков 8 явно избыточно. От некоторых признаков следует отказаться и упростить диагностику объекта.

Для облегчения отбора минимально необходимого количества признаков схему взаимосвязей представляют не в графической, а в табличной или матричной форме. Таблицы или матрицы строится на основе графической схемы. В соответствии со схемой рисунка 4 может быть составлена таблица 1.

В таблице 1 строки образованы признаками состояний, столбцы - состояниями, а элементами являются нули или единицы. Нуль проставляется на пересечении строки и столбца в том случае, если соответствующий признак не связан с соответствующим состоянием. Единица проставляется, если соответствующий признак связан с соответствующим состоянием.

Анализ таблицы 1 позволяет исключить полностью дублирующие друг друга признаки. Дублирующими (лишними) являются признаки, повторяющие комбинацию нулей и единиц.

Таблица 1. Взаимосвязь признаков и неработоспособных состояний объекта по схеме рисунка 4.

Признаки	Неработоспособные состояния
S1	S2	S3	S4	S5
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8

Из двух дублирующих признаков обычно удаляют тот, который труднее, дороже и дольше контролировать. В нашем примере удаляются из дальнейшего рассмотрения признак X₂ – снижение натяжения КП(он дублирует признак X₃ – повышение температуры КП) и признак X₇ - увеличение переходного сопротивления питающих зажимов КС (он дублирует признак X₆ – повышение температуры питающих зажимов). Окончательно оставляем 6 признаков: X₁ – повышенный износ КП; X₃ - повышение температуры КП; X₄ – падение величины напряжения в КС; X₅ – увеличение силы тока в КС; X₆ –повышение температуры питающих зажимов КС; X₈ – увеличение зигзага КП.

Удаление дублирующих признаков из рассмотрения стало возможным потому, что они несут одинаковую информацию об объекте.

Дата добавления: 2014-01-15