Диагностические параметры

Все неисправности и отказы, возникающие при эксплуатации объектов транспортной техники, сопровождаются изменением зазоров в сопряжениях, износом, шумами, вибрациями, нарушениями температурных режимов, пульсациями давления, изменениями функциональных показателей (снижением мощности, тягового усилия, производительности, давления) и т.д. Эти сопутствующие неисправностям и отказам признаки могут служить параметрами технического состояния и часто могут оцениваться количественно.

Лекция №10 « Параметры технического состояния объекта диагностирования»

Параметры технического состояния бывают структурные и диагностические. Структурные параметры: износ, зазор, натяг в сопряжениях и др. - непосредственно характеризуют работоспособность объекта диагностирования.

Диагностические параметры: температура, шум, вибрация, расход топлива, пульсация давления и др. – косвенно характеризуют работоспособность объекта диагностирования.

На практике используют параметры, отвечающие требованиям однозначности, широты измерения (рисунок 9), а также доступности и удобства измерения, информативности, технологичности. При этом в первую очередь учитывают параметры, которые характеризуют наиболее часто повторяющиеся отказы и неисправности.

Широта измерения (чувствительность) – это наибольшее отклонение диагностического параметра при заданном изменении структурного параметра. Она характеризуется отношением изменения диагностического параметра к соответствующему структурному параметру.

а) б)

Рисунок 9 Диаграмма для определения однозначности (а) и широты измерения (чувствительности) (б) диагностических параметров D по отношению к структурному параметру S: 1 – неоднозначная зависимость; 2 – однозначная зависимость; 3 – более чувствительный; 4 – менее чувствительный (ΔD ^’ >ΔD ^’’).

Доступность и удобство измерения диагностического параметра определяются конструкциями объекта диагностирования и диагностического средства. Информативность параметра определяется снижением неопределенности знаний о техническом состоянии объекта после использования информации по результатам диагностирования. Технологичность измерения параметра определяется удобством подключения диагностической аппаратуры, простотой измерения и обработки результатов измерений. В целом технологичность измерения характеризует трудоемкость и стоимость диагностирования.

Диагностические параметры подразделяют на частные и общие. Частный параметр указывает на вполне определенную неисправность или отказ объекта диагностирования. Например, смещение порога срабатывания предохранительного клапана двигателя указывает конкретно на его разрегулировку. Общие параметры характеризуют общее техническое состояние диагностируемого объекта. К числу общих параметров относятся, например, мощность и тяговое усилие тепловоза.

Диагностические параметры бывают зависимые и независимые. Каждый независимый параметр указывает на конкретную неисправность. отдельный зависимый диагностический параметр не определяет неисправности или отказа. Зависимые параметры можно определить при измерении и сопоставлении нескольких параметров.

По характеру информации параметры подразделяют на три группы: параметры, обеспечивающие получение информации о техническом состоянии диагностируемого объекта, но не характеризующие его функциональные возможности; параметры, обеспечивающие получение информации о функциональных возможностях диагностируемого объекта, но не дающие информации о его техническом состоянии; комбинированные параметры, обеспечивающие получение информации как о функциональных возможностях, так и о техническом состоянии объекта диагностирования.

Связи между структурными и диагностическими параметрами могут быть простейшими (когда одному структурному параметру соответствует один диагностический, и наоборот), множественными (одному структурному параметру соответствует несколько диагностических), неопределенными (одному диагностическому параметру соответствует несколько структурных) и комбинированными.

Выбор и обоснование основных диагностических параметров транспортных средств базируется на частоте проявления неисправностей и отказов, анализе признаков и экономических факторов сопутствующих им. При выборе предпочтение отдают параметрам диагностирования систем, влияющих на безопасность движения и работы, а также непосредственно на окружающую среду (дымность и содержание токсичных составляющих в отработавших газах, шум и вибрация и т.п.), и параметрам, характеризующим неисправности и отказы, для устранения которых необходимы наибольшие материальные и трудовые затраты.

Если неисправность или структурный параметр можно оценить несколькими диагностическими параметрами, то предпочтение отдают тому, который более точно оценивает определенную величину, измерение которого связано с меньшими затратами и с помощью которого можно оценить несколько структурных или функциональных параметров транспортного средства.

При выборе диагностических параметров можно применять метод
И.А. Биргера, основанный на формулах Байеса. Принцип этого метода состоит в том, что диагностическая ценность параметра определяется информацией, которая вносится признаком в систему состояний. Смысл метода заключается в следующем.

Выбирают основные структурные параметры (признаки состояний) и параметры, которые можно использовать в качестве диагностических. По данным статистики отказов определяют «вероятностные веса» структурных параметров при различных состояниях диагностируемого объекта и определяют вероятности его состояния при различных комбинациях этих структурных параметров.

Формула Байеса:

(2.5)

где p(D_i) – априорная вероятность состояний, определяемая как число объектов N_i, в которых обнаружены неисправности D_i, к общему числу исследуемых объектов; p(K_j/D_i) – вероятность проявления j -го диагностического параметра при состоянии D_i.

Произведение p(K₁ / D_i)…p(K_m / D_i)=p(K / D_i), если и диагностические параметры K_i являются независимыми для каждого из состояний D_i.

Знаменатель формулы представляет собой вероятность p(K) того, что в диагностируемом объекте должен обнаруживаться комплекс диагностических параметров K. Так как комплекс K проявляется как минимум с одним из состояний D_i, то полная вероятность:

(2.6)

Лекция №11 «Характеристика транспортной техники как объекта диагностирования»

При организации системы диагностирования необходимо учитывать следующие особенности транспортной техники как объекта диагностирования:

· большое разнообразие систем транспортной техники (механические, электрические, гидравлические и т.д.), что затрудняет получение универсальных решений при выборе методов и технических средств диагностирования, а также требует построение алгоритмов и программы диагностирования с учетом их конструктивных особенностей;

· наличие как дискретных, так и непрерывных систем, определяющих различный подход при решении задач диагностирования. При диагностировании дискретных систем используются методы формальной логики, в системах непрерывного действия – непрерывное отклонение параметров;

· различный уровень надежности систем транспортного средства, затрудняющий организацию процесса диагностирования и принятие решений при определении их технического состояния;

· различные режимы работы оборудования (длительный, кратковременный, повторно-кратковременный), что вызывает необходимость согласования периодичности его диагностирования;

· высокая степень автоматизации основных систем транспортного средства, требующая автоматизации процесса диагностирования;

· различные функциональные состояния транспортного средства (подготовка к эксплуатации, эксплуатация, ремонт), влияющие на выбор задач и глубину диагностирования, а также на степень использования технических средств диагностирования;

· сложность структуры транспортного средства, обуславливающая выбор принципа его декомпозиции при организации системы диагностирования. Принципы декомпозиции транспортного средства могут быть различными в зависимости от типа задач, решаемых при диагностировании.

При проверке работоспособности и поиске дефектов декомпозиция транспортной техники производится по блочно-функциональному принципу. Блочно-функциональная композиция транспортной техники производится по вертикали и горизонтали.

Вертикальная декомпозиция транспортной техники приводит к построению иерархии связей его компонентов. Древовидная форма иерархии связей конструктивных компонентов транспортного средства предопределяет такую же форму соподчинения алгоритмов диагностирования.

При горизонтальной декомпозиции транспортной техники выделяют отдельные его составляющие по основному признаку физического процесса или принципу технического исполнения, на которых основано их функционирование. При диагностировании каждой из этих составляющих среди нескольких используемых физических методов диагностирования всегда можно выделить доминирующий.

Таким образом, блочно-функциональная декомпозиция транспортной техники по вертикали позволяет установить иерархии связей компонентов, а значит, и иерархии диагностических целей и алгоритмов; по горизонтали – выбрать и разработать, прежде всего, доминирующий физический метод диагностирования.

При разработке методов и технологии диагностирования необходимо обобщенное описание свойств транспортной техники в целом или его отдельных систем, которое может быть функциональным, морфологическим или информационным. При функциональном описании определяют главную функцию объектов транспортной техники как системы, характеризуемой количественно и качественно функционалом эффективности, затем устанавливают процессы первого и последующих уровней, от которых зависит функционал эффективности предыдущего уровня, и определяют параметры, характеризующие эти процессы, выполняющие в свою очередь роль функционалов для параметров последующих уровней.

Морфологическое описание объекта содержит сведения об элементном составе, структуре и характере связей между элементами объекта. Так же как и функциональное, морфологическое описание строится по многоуровневому принципу путем последовательной декомпозиции подсистем, причем уровни функционального и морфологического описаний должны совпадать.

Информационное описание транспортной техники и его подсистем заключается в описании энтропии объекта, т.е. меры неопределенности нахождения системы в данном состоянии. В общем виде энтропия определяется по формуле К. Шеннона:

(2.7)

где P_i – вероятность нахождения системы в i -том состоянии;

n – число возможных состояний системы.

Транспортная техника как объект диагностирования может находиться в конечном множестве состояний S, которое практически ограничено из-за ограниченных возможностей контрольных и измерительных средств. В множестве S выделяют два непересекающихся подмножества S₁ U S₀. Подмножество работоспособных состояний S₁={s_i}, включает все n состояний, которые позволяют транспортному средству выполнять возложенные на него функции. Каждое состояние в этом подмножестве отличается от других степенью работоспособности, которая характеризуется приближением состояния транспортного средства к предельно допустимому. Если оценивать степень работоспособности транспортного средства допусками на параметры, то в подмножестве S₁ можно выделить две разновидности работоспособных состояний: исправное работоспособное (параметры, характеризующие состояние узлов и систем транспортного средства) и неисправное но работоспособное (параметры основных систем выходят за поля допусков, но не превышают предельных значений).

Подмножество неработоспособных состояний S₀={s_j}, включает все m состояний, соответствующих возникновению дефектов, приводящих к потере работоспособности транспортного средства. Возможные состояния систем транспортного средства s_j характеризуются параметрами, значения которых вышли за пределы критических.

Качественные характеристики и количественные показатели информационного описания зависят от уровня декомпозиции транспортной техники, а значит, и от соответствующего уровня контроля. В количественном отношении информация о состоянии объекта, которую получают при диагностировании, равна разности энтропии объекта до и после очередной проверки. Объектом диагностирования могут быть объекты транспортной техники в целом или его системы.

Лекция №12 «Область применения датчиков на железнодорожном транспорте»

Дата добавления: 2014-12-16