Лекция 32

Информационные характеристики технического диагностирования

Структура системы технического диагностирования

Последовательность этапов развития систем технического диагностирования

Практическая потребность в решении задач технической диагностики возникла одновременно с появлением объектов, дефекты в которых нужно было находить и устранять. Эти функции стихийно были возложены на оператора (О). Промышленные изделия на заре развития техники отличались несложной конструкцией и выполняли относительно простые функции. Поэтому «О» мог без особых усилий решать задачу поиска и устранения дефектов. Взаимодействие «О» и ОД можно рассмотреть с позиции систем-ного подхода и считать их элементами системы диагностирования (СД). Первую ступень исторического развития СД можно иллюстрировать - инфор-мационной схемой, приведенной на рис. 1.1,а. Согласно этой схеме, процесс поиска и устранения дефектов является кибернетическим процессом. Поясним это. Имеется некоторая неопределенность относительно текущего технического состояния ОД. В этой ситуации «О» должен принять решение о состоянии ОД, для чего. необходимо организовать процесс получения диагностической информации. Приняв решение, «О» организует воздействие на ОД по устранению дефекта. Таким образом, имеют место все остальные: процесса управления: цель — найти и устранить дефект; получение и обработка информации; принятие решения; управляющие воздействия — устранение дефекта, если принято решение о его наличии. Согласно рассмотренной схеме, объектом управления является ОД, а все управляющие функции сосредоточены у «О». Оператор реализует принятие решения о техническом состоянии ОД в виде диагноза (Д).

Следующий этап в развитии СД связан с разделением функций «О» по принятию решения о техническом состоянии (ТС) (О1) и по реализации управляющего воздействия (О2). Схема такой СД приведена на рис. 1.1,б. Научно-технический прогресс привел к такому усложнению ОД, при котором органолептические методы поиска дефектов стали плохо работать. Ограниченность возможностей органов чувств «О» считается одним из существенных факторов, обусловивших появление и развитие специфической отрасли - приборостроения, и разработкой технических средств диагностирования. На начальном этапе развития на технические СД (ТСД) возлагалась одна функция — усиление и расширение возможностей органов чувств О1. Один из возможных вариантов СД с третьим ее элементом приведен на рис. 1.1,в. Часть информации получают и обрабатывают ТСД, а другую часть — О1. Причем в дальнейшем развитии СД происходит постепенное перераспределение нагрузки по получении обработке информации в сторону ТСД. Этот факт и дальнейшее усложнение ОД привели к усложнению задачи о получении диагноза (принятии решения). О1 не стал обеспечивать требуемого уровня эффективности. В результате решения этой проблемы были разработаны ТСД нового поколения, которым были переданы функции по принятию решения.

Дальнейший процесс в развитии некоторых отраслей техники ставил задачу оперативного (непосредственного) управления ТС сложных ОД путем своевременного переключения на резерв, или перехода на новые рабочие режимы. Эта задача возлагается на автоматические СД, структура таких систем не включает О2 (рис. 1.1,д).

Автоматизированные и автоматические СД предполагают широкое использование вычислительной техники, которая входит составным элементом в ТСД. Это, в свою очередь, выдвигает проблему формализации процессов получения и обработки информации, принятия решения, реализации управляющего воздействия. Такая комплексная проблема известна как проблема разработки диагностического обеспечения. Наиболее трудной задачей этой проблемы считается задача построения диагностической модели (ДМ), которая предназначена для формального отражения процесса изменения ТС ОД. В неявной форме такая ДМ присутствует на всех этапах развития СД (рис. 1.1). Особенностью первых трех этапов является то, что ДМ неявно присутствует в сознании О1 и ее качество определяется квалификацией О1. Следующие два этапа требуют разработки явных формальных ДМ.

На рис. 1.2 представлена развернутая структура системы диагностирования. Функциональными элементами системы технического диагностирования являются: 1 — датчики сигналов, 2 — линии связи, 3 — коммутаторы, 4 — преобразователи, 5 — измерительный прибор, 6 — индикатор, 7 — дискриминатор (устройство сравнения), 8 — поле допусков, 9 — индикатор вида технического состояния (документирующее или запоминающее устройство), 10 — управляющее устройство, 11 - стимулирующее устройство, 12 - прогнозирующее устройство.

В центре системы технического диагностирования — ОТД и средства диагностики и контроля.

Необходимо отметить, что осуществляя функциональное разделение, например, в процессе проведения анализа состояния технического объекта, необходимо иметь ввиду этих элементов системное единство. Например, процесс преобразования выходных сигналов может: осуществляться как в объекте, так и с помощью средств технического диагностирования (СрТД). Главной подсистемой СрТД является измерительное устройство, обеспечивающее заданную точность диагностирования. Так как измерительное устройство, как правило, не может измерять все виды параметров сигналов технической системы или объекта, составными элементами СрТД, в частности, являются коммутаторы и преобразователи.

На выходе измерительного устройства формируется информация о техническом состоянии объекта. Эта информация путем различных способов отображения может быть представлена оператору или может быть автоматически обработана для дальнейшего использования. Важным элементом такой обработки является сравнение представленной информации с полем допусков для вынесения решения о виде технического состояния диагностируемого объекта. После принятия решения осуществляются еще две операции: операция управления качеством изделия и операция стимулирования.

Прогнозирующее устройство способно определять состояние объекта в будущем посредством обработки информации о текущем и прошлом состояниях системы.

В результате процесса диагностирования и контроля выносится решение о виде технического состояния: работоспособен или неработо- способен диагностируемый объект, что и определяет возможность его использования по своему прямому функциональному на значению.

Но при этой надо иметь ввиду, что в результате работы целого ряда функциональных подсистем, за каждой из которых стоит конкретная схемотехническая реализация, и воздействия на тракт помех и шумов, решения о виде технического состояния всегда выносится с определенной ошибкой. Из опыта известно, что ошибки диагностирования могут быть допущены в основном из-за неработоспособности средства диагностирования и большой погрешности измерений в процессе диагностирования.

Исходя из этого, правильное диагностирование технического состояния объекта будет определяться совокупным состоянием объекта и средств диагностирования, характеристиками измерительного устройства и устройства сравнения.

Кроме этого вероятная ошибка диагностирования и правильное диагностирование зависят от ряда событий, которые по своей физической природе являются событиями случайными.

Поэтому, говоря о количественных характеристиках показателей диагностирования, подчеркнем, что они должны быть представлены вероятностями состояний объекта и средств диагностирования, и вероятностями принятия решений о техническом состоянии.

На количественное значение этих вероятностей в той или иной степени оказывают влияние все элементы структурной схемы технического диагностирования. На погрешность точности измерения параметров сигналов в большей степени влияют:

1) выбор допусков на диапазон изменения диагностируемых параметров;

2) погрешности преобразования и измерительного прибора;

3) аддитивные и мультипликативные помехи, возникающие в самом объекте;

4) шумы в каналах связи и в цепях коммутации;

5) погрешности сравнения;

6) ошибки при принятии решения и состояния оператора;

7) быстродействие системы;

8) ошибки, возникающие в наборе стимулирующих сигналов.

Техническое состояние средств диагностирования определяется, прежде всего, надежностью элементов системы диагностирования и в первую очередь безотказностью их работы, наличием у средств диагностирования устройств самоконтроля и индикации отказа, позволяющих своевременно индицировать нарушение работоспособности СрТд и прекратить процесс диагностирования и т.д.

Как подчеркивается в ошибки принятия решения, определяющего состояние ОТД, зависят от состояния и характеристик всего контура контроля параметров, под которыми понимают совокупность функционально связанных устройств, входящих в ин формационную систему диагностики и контроля, формирующую контролируемый сигнал и обеспечивающую контроль параметров этого сигнала.

На наш взгляд, кроме ошибок, возникающих в контуре, не менее важное значение будут с развитием информационных технологий иметь и методы, принятые для оценки работоспособности.

Здесь речь идет не только о совокупности выбранных параметров. Известно, что совокупность выбранных параметров должна быть такой, чтобы любой отказ (а также и предотказное состояние) приводил хотя бы одного из диагностируемых параметров за пределы допуска. Но это достижимо при качественном получении информации, о самих параметрах в тот или иной момент времени.

Техническое состояние определенного объекта или системы характеризуется совокупностью некоторых признаков, которые в свою очередь зависят от количественных и качественных характеристик элементов аппаратуры. Можно предположить, что функциональные элементы объекта взаимосвязаны и взаимозависимы и это определяет внутренние свойства объекта. Общее число состояний любого объекта определяется числом состояний функциональных элементов и числом их связей.

В общем виде любой технический объект может быть представлен полем состояний S(t) матрицей состояния системы || Sij ||, а также сово-купностью выходных сигналов, в основном электрических, характеризующих состояние системы, — U(t). Поле сигналов является векторным и в нем заложена информация о техническом состоянии S(t), следовательно, инфор-мационное поле это — I(S). Очевидно, что информационное поле состояний существует объективно, независимо от того, диагностируется объект или нет. Также объективно оно отражается в совокупности выходных сигналов, представляемых сигнальным информационным полем — I(U), которое отражает поле I(S), но в каждом общем случае — не полностью. Сигнальная информация принимается, обрабатывается, оценивается, на ее основе принимается решение о техническом состоянии объекта S * (t) — формируется поле наших представлений о техническом состоянии изделия, на основании которого выполняется выделение управляющей информации и целена-правленное управление состоянием S(t) и матрицей || S ||.

Объект из состояния S(t) переходит в новое состояние S(t+Т). Далее процесс диагностирования и управления продолжается. Он реализуется на основе непрерывного или периодического контроля.

Дата добавления: 2014-01-07