Основные понятия и определения

ОСНОВЫ КОНТРОЛЯ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Задачи и классификация систем технической диагностики

Основные понятия и определения

ОСНОВЫ КОНТРОЛЯ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ

Постановка задач технической диагностики

Основные направления технической диагностики

Основы технической диагностики

План лекции

3.2

3.1

Анализ и проверка домашней работы

Организационный момент.

Ход лекции.

Лекция 1

Тема. Основы технической диагностики

Цель. Дать понятие необходимости технической диагностики для электронных систем.

1. Учебная. Разъяснить понятия основ диагностики.

2. Развивающая. Развивать логическое мышление и естественное - научное мировоззрение.

3. Воспитательная. Воспитывать интерес к научным достижениям и открытиям в отрасли телекоммуникации.

Межпредметные связи:

· Обеспечивающие: информатика, математика, вычислительная техника и МП, системы программирования.

· Обеспечиваемые: Стажорская практика

Методическое обеспечение и оборудование:

1. Методическая разработка к занятию.

2. Учебный план.

3. Учебная программа

4. Рабочая программа.

5. Инструктаж по технике безопасности.

Технические средства обучения: персональный компьютер.

Обеспечение рабочих мест:

· Рабочие тетради

3. Ответьте на вопросы:

Определения. Термин «диагностика» происходит от греческого слова «диагнозис», что означает распознавание, определение.

В процессе диагностики устанавливается диагноз, т. е. опре­деляется состояние больного (медицинская диагностика; или состояние технической системы (техническая диагностика).

Технической диагностикой называется наука о распознавании состояния технической системы.

Цели технической диагностики. Рассмотрим кратко основное содержание технической диагностики. Техническая диагностика изучает методы получения и оценки диагностической информации, диагностические модели и алгоритмы принятия решений. Целью технической диагностики является повышение надежности и ресурса технических, систем.

Как известно, наиболее важным показателем надежности яв­ляется отсутствие отказов во время функционирования (работы) технической системы. Отказ авиационного двигателя в полетных условиях, судовых механизмов во время плавания корабля, энергетических установок в работе под нагрузкой может привести к тяжелым последствиям.

Техническая диагностика благодаря раннему обнаружению дефектов и неисправностей позволяет устранить подобные отказы в процессе технического обслуживания, что повышает надежность и эффективность эксплуатации, а также дает возможность эксплуа­тации технических систем ответственного назначения по состоянию.

В практике ресурс таких систем определяется по наиболее «слабым» экземплярам изделий. При эксплуатации по состоянию каждый экземпляр эксплуатируется до предельного состояния в соответствии с рекомендациями системы технической диагно­стики. Эксплуатация по техническому состоянию может принести выгоду, эквивалентную стоимости 30% общего парка машин.

Основные задачи технической диагностики. Техническая диагностика решает обширный круг задач, многие из которых являются смежными с задачами других научных дисциплин. Ос­новной задачей технической диагностики является распознавание состояния технической системы в условиях ограниченной инфор­мации.

Техническую диагностику иногда называют безразборной диагностикой, т. е. диагностикой, осуществляемой без разборки изделия. Анализ состояния проводится в условиях эксплуатации, при которых получение информации крайне затруднено. Часто не представляется возможным по имеющейся информации сделать однозначное заключение и приходится использовать статистиче­ские методы.

Теоретическим фундаментом для решения основной задачи тех­нической диагностики следует считать общую теорию распозна­вания образцов. Эта теория, составляющая важный раздел тех­нической кибернетики, занимается распознаванием образов любой природы (геометрических, звуковых и т. п.), машинным распознаванием речи, печатного и рукописного текстов и т. д. Техническая диагностика изучает алгоритмы распознавания применительно к задачам диагностики, которые обычно могут рассматриваться как задачи классификации.

Алгоритмы распознавания в технической диагностике частично основываются на диагностических моделях, устанавливающих связь между состояниями технической системы и их отображе­ниями в пространстве диагностических сигналов. Важной частью проблемы распознавания являются правила принятия решений (решающие правила).

Решение диагностической задачи (отнесение изделия к исправ­ным или неисправным) всегда связано с риском ложной тревоги или пропуска цели. Для принятия обоснованного решения целе­сообразно привлекать методы теории статистических решений, разработанные впервые в радиолокации.

Решение задач технической диагностики всегда связано с прогнозированием надежности на ближайший период эксплуатации (до следующего технического осмотра). Здесь решения должны основываться на моделях отказов, изучаемых в теории надеж­ности.

Вторым важным направлением технической диагностики является теория контролеспособности. Контролеспособностью на­зывается свойство изделия обеспечивать достоверную оценку его технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов. Контролеспособность создается конструкцией изделия и принятой системой технической диагностики.

Крупной задачей теории контролеспособности является изу­чение средств и методов получения диагностической информации. В сложных технических системах используется автоматизирован­ный контроль состояния, которым предусматривается обработка диагностической информации и формирование управляющих сиг­налов. Методы проектирования автоматизированных систем конт­роля составляют одно из направлений теории контролеспособ­ности. Наконец, очень важные задачи теории контролеспособ­ности связаны с разработкой алгоритмов поиска неисправностей, разработкой диагностических тестов, минимизацией процесса установления диагноза.

В связи с тем, что техническая диагностика развивалась пер­воначально только для радиоэлектронных систем, многие авторы отождествляют теорию технической диагностики с теорией кон­тролеспособности (поиском и контролем неисправностей), что, конечно, ограничивает область приложения технической диаг­ностики.

Структура технической диагностики. На рис. 1 показана струк­тура технической диагностики. Она характеризуется двумя взаимо­проникающими и взаимосвязанными направлениями: теорией распознавания и теорией контролеспособности. Теория распозна­вания содержит разделы, связанные с построением алгоритмов распознавания, решающих правил и диагностических моделей. Теория контролеспособности включает разработку средств и методов получения диагностической информации, автоматизи­рованный контроль и поиск неисправностей. Техническую диаг­ностику следует рассматривать как раздел общей теории надеж­ности.

Вводные замечания. Пусть требуется определить состояние шлицевого соединения валов редуктора в эксплуатационных усло­виях. При большом износе шлицев появляются перекосы и устало­стные разрушения. Непосредственный осмотр шлицев невозможен, так как требует разборки редуктора, т. е. прекращения эксплуата­ции. Неисправность шлицевого соединения может повлиять на спектр колебаний корпуса редуктора, акустические колебания, содержание железа в масле и другие параметры.

Задача технической диагностики состоит в определении сте­пени износа шлицев (глубины разрушенного поверхностного слоя) по данным измерений ряда косвенных параметров. Как указы­валось, одной из важных особенностей технической диагностики является распознавание в условиях ограниченной информации, когда требуется руководствоваться определенными приемами и правилами для принятия обоснованного решения.

Состояние системы описывается совокупностью (множеством) определяющих ее параметров (признаков). Разумеется, что мно­жество определяющих параметров (признаков) может быть раз­личным, в первую очередь, в связи с самой задачей распознава­ния. Например, для распознавания состояния шлицевого соеди­нения двигателя достаточна некоторая группа параметров, но она должна быть дополнена, если проводится диагностика и других деталей.

Распознавание состояния системы — отнесение состояния си­стемы к одному из возможных классов (диагнозов). Число диагно­зов (классов, типичных состояний, эталонов) зависит от особенно­стей задачи и целей исследования.

Часто требуется провести выбор одного из двух диагнозов (дифференциальная диагностика или дихотомия); например, «исправное состояние» и «неисправное состояние». В других слу­чаях необходимо более подробно охарактеризовать неисправное состояние, например повышенный износ шлицев, возрастание вибра­ций лопаток и т. п. В большинстве задач технической диагностики диагнозы (классы) устанавливаются заранее, и в этих условиях задачу распознавания часто называют задачей классифи­кации.

Так как техническая диагностика связана с обработкой боль­шого объема информации, то принятие решений (распознавание) часто осуществляется с помощью электронных вычислительных машин (ЭВМ).

Совокупность последовательных действий в процессе распоз­навания называется алгоритмом распознавания. Существенной частью процесса распознавания является выбор параметров, описывающих состояние системы. Они должны быть достаточно информативны, чтобы при выбранном числе диагнозов процесс разделения (распознавания) мог быть осуществлен.

Существуют два основных подхода к задаче распознавания: вероятностный и детерминистский. Постановка задачи при ве­роятностных методах распознавания такова. Имеется система, которая находится в одном из п случайных состояний Д. Известна совокупность признаков (параметров), каждый из которых с определенной вероятностью характеризует состояние системы. Требуется построить решающее правило, с помощью которого предъявленная (диагностируемая) совокупность признаков была бы отнесена к одному из возможных состояний (диагнозов). Жела­тельно также оценить достоверность принятого решения и сте­пень риска ошибочного решения.

При детерминистских методах распознавания удобно форму­лировать задачу на геометрическом языке. Если система харак­теризуется v-мерным вектором X, то любое состояние системы представляет собой точку в v-мерном пространстве параметров (признаков). Предполагается, что диагноз Д соответствует не­которой области рассматриваемого пространства признаков. Тре­буется найти решающее правило, в соответствии с которым предъ­явленный вектор X* (диагностируемый объект) будет отнесен к определенной области диагноза. Таким образом задача сводится к разделению пространства признаков на области диагнозов.

При детерминистском подходе области диагнозов обычно счи­таются «непересекающимися», т. е. вероятность одного диагноза (в область которого попадает точка) равна единице, вероятность других равна нулю. Подобным образом предполагается, что и каждый признак либо встречается при данном диагнозе, либо отсутствует.

Вероятностный и детерминистский подходы не имеют прин­ципиальных различий. Более общими являются вероятностные методы, но они часто требуют и значительно большего объема предварительной информации. Детерминистские подходы более кратко описывают существенные стороны процесса распозна­вания, меньше зависят от избыточной, малоценной информации, больше соответствуют логике мышления человека.

Одним из наиболее эффективных способов улучшения эксплуатационно-технических характеристик цифровых систем, занявших доминирующее положение в современных телекоммуникационных системах является использование при их эксплуатации методов и средств контроля и технической диагностики.

Техническая диагностика представляет собой область знаний, позволяющая с заданной достоверностью разделять неисправное и исправное состояния систем и цель ее состоит в локализации неисправностей и в восстановлении исправного состояния системы. С точки зрения системного подхода средства контроля и технической диагностики целесообразно рассматривать как составную часть подсистемы технического обслуживания и ремонта, т.е системы технической эксплуатации.

Рассмотрим основные понятия и определения, применяемые для описания и характеристики методов контроля и диагностики.

Техническое обслуживание - это комплекс работ (операций) для поддержания системы в исправном или работоспособном состоянии.

Ремонт - комплекс операций по восстановлению работоспособности и восстановлению ресурсов системы или ее составных частей.

Ремонтопригодность - свойство системы, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения ее отказов и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта.

В зависимости от сложности и объема работ, характера неисправностей предусматриваются два вида ремонта цифровых систем:

- неплановый текущий ремонт системы;

- неплановый средний ремонт системы.

Текущий ремонт - ремонт, выполняемый для обеспечения или восстановления работоспособности системы и состоящий в замене или восстановлении ее отдельных частей.

Средний ремонт - ремонт, выполняемый для восстановления исправности и частичного восстановления ресурса с заменой или восстановлением составных частей ограниченной номенклатуры и контролем технического состояния составных частей, выполняемом в объеме, установленном нормативно-технической документацией.

Одним из важных понятий в технической диагностике является техническое состояние объекта.

Техническое состояние - совокупность подверженных изменению в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент признаками, установленными нормативно-технической документацией.

Контроль технического состояния - определение вида технического состояния.

Вид технического состояния - совокупность технических состояний, удовлетворяющих (или неудовлетворяющих) требованиям, определяющим исправность, работоспособность или правильность функционирования объекта.

Различают следующие виды состояния объекта:

- исправное или неисправное состояние,

- работоспособное или неработоспособное состояния,

- полное или частичное функционирование.

Исправное - техническое состояние, при котором объект соответствует всем установленным требованиям.

Неисправное - техническое состояние, при котором объект не соответствует хотя бы одному из установленных требований нормативных характеристик.

Работоспособное - техническое состояние, при котором объект способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в установленных пределах.

Неработоспособное - техническое состояние, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность объекта выполнять заданные функции, не соответствует установленным требованиям.

Правильное функционирование - техническое состояние, при котором объект выполняет все те регламентированные функции, которые требуются в текущий момент времени, сохраняя значения заданных параметров их выполнения в установленных пределах.

Неправильное функционирование - техническое состояние, при котором объект не выполняет части регламентированных функций, требуемых в текущий момент времени или не сохраняет значения заданных параметров их выполнения в установленных пределах.

Из определений технических состояний объекта следует, что в состоянии исправности объект всегда работоспособен, в состоянии работоспособности правильно функционирует во всех режимах, а в состоянии неправильное функционирование - неработоспособен и неисправен. Правильно функционирующий объект может быть неработоспособным, а значит, неисправным. Работоспособный объект может быть также неисправным.

Рассмотрим некоторые определения, связанные с понятием контролепригодности и техническим диагностированием.

Контролепригодность - свойство объекта, характеризующее его приспособленность к проведению контроля заданными средствами.

Показатель контролепригодности - количественная характеристика контролепригодности.

Уровень контролепригодности - относительная характеристика контролепригодности, основанная на сравнении совокупности показателей контролепригодности оцениваемого объекта с соответствующей совокупностью базовых показателей.

Техническое диагностирование - процесс определения технического состояния объекта с определенной точностью.

Поиск дефекта - диагностирование, целью которого является определение места и, при необходимости, причины и вида дефекта.

Тест диагностирования - одно или несколько тестовых воздействий и последовательность их выполнения, обеспечивающие диагностирование.

Проверяющий тест - тест диагностирования для проверки исправности или работоспособности объекта.

Тест поиска дефекта - тест диагностирования для поиска дефекта.

Система технического диагностирования - совокупность средств и объекта диагностирования и, при необходимости, исполнителей, подготовленная к диагностированию или осуществляющая его по правилам, установленным соответствующей документацией.

Результатом диагностирования является заключение о техническом состоянии объекта с указанием, при необходимости, места, вида и причины дефекта. Число состояний, которые необходимо различить в результате диагностирования, определяется глубиной поиска неисправности.

Глубина поиска неисправности - степень детализации при техническом диагностировании, указывающая до какой составной части объекта определяется место неисправности.

Дата добавления: 2014-01-05