Системы диагностирования

Современные системы мониторинга позволяют уже не только контролировать величины параметров, сравнивая их с пороговыми значениями, и выявлять тенденции их изменения во времени, но и прогнозировать время, когда они достигнут пороговых значений.

Проблемы пользователя систем мониторинга связаны с необходимостью расшифровывать, оценивать, интерпретировать обнаруживаемые и прогнозируемые изменения состояния. Естественной границей, разделяющей системы мониторинга и диагностики, мог бы быть этап деления обнаруженных изменений на две группы, а именно, обратимые (т.е. изменение условий работы машины) и необратимые (дефекты). К сожалению, ни одна из систем мониторинга не решает полностью задачу такого деления. Поэтому системы диагностики должны вступать в действие до того, как обнаруженные системой мониторинга изменения будут разделены на группы обратимых и необратимых. В связи с этим, одной из основных характеристик систем диагностики следует считать глубину ее интеграции в систему мониторинга (т. е. стремятся т. о. повысить эффективность процесса систем диагностирования в целом).

Структура системы диагностирования

В общем случае система диагностирования состоит из 3-х элементов: объекта диагностирования (ОД), технических средств диагностирования (ТСД) и оператора (Оп).

Объект в системе диагностирования рассматривают как единое целое или как совокупность структурных единиц, объединенных связями (в том случае, если требуется диагностика отдельных частей объекта в различные моменты времени).

Для проведения функционального диагностирования и мониторинга используют ТСД, основой которого являются средства съема и обработки информации о состоянии объекта. Для осуществления тестового диагностирования в состав ТСД вводят средства, формирующие и стимулирующие тестовые воздействия, подаваемые на объект (по которым оценивают состояние машины, объекта). К ТСД помимо специальных устройств, различных датчиков относят также программные средства.

В самом общем случае оператор (человек) в СД выполняет следующие функции:

• воспринимает информацию о ходе диагностирования;

• осуществляет анализ поступившей информации;

• в соответствии с результатами анализа принимает решение, формирует и выдает команды в СД.

Основными средствами приема информации у Оп являются зрение (~80% информации) и слух (~15%).

Важнейшей характеристикой систем диагностики является необходимая степень подготовки оператора. По объему требуемой от оператора диагностической подготовки системы могут быть разделены на три группы.

Первая группа – профессиональные системы диагностики, в которых оператор самостоятельно выбирает информационную технологию (т. е. технологию, методы получения диагностической информации) и средства измерения. Знания и опыт оператора-эксперта при использовании подобной системы полностью определяют глубину и достоверность диагноза и прогноза.

Вторая группа – экспертные системы диагностики, включающие в себя экспертные программы, содержащие ответы на типовые запросы оператора, т. е. помогающие оператору принимать решение в определенных ситуациях. Экспертные системы могут применяться операторами, имеющими специальную подготовку, но не обладающими знаниями и опытом экспертов-профессионалов.

Третья группа – системы автоматического диагностирования. Они строятся по методам, позволяющим автоматизировать постановку диагноза, формируя для оператора программу измерений, и не требуя от пользователя специальной подготовки. Время обучения оператора работе с такими диагностическими системами не превышает двух-трех дней. В настоящее время системы автоматического диагностирования получают широкое распространение, непрерывно расширяя номенклатуру диагностируемых машин и оборудования.

В зависимости от задач, решаемых в процессе диагностирования, характера использования и эксплуатации, а также конструктивных особенностей ОД элементы в системе диагностирования могут иметь различные связи или, иначе говоря, иметь различную структуру. Наиболее простую структуру имеет СД (рис.), предназначенная для функционального диагностирования.

восприятие

Х У

Входной выходной

сигнал

Х₀ У₀

функционирует

Х₀ – входные воздействия, поступающие на функционирующий ОД;

У₀ – реакция ОД на входные воздействия.

С рабочего или контрольных выходов ОД на ТСД поступают сигналы, несущие информацию о качестве продукции или выполнения ОД своих функций. Оп воспринимает с ТСД информацию о состоянии объекта и воздействует на ТСД, уточняя диагноз (проверяет, повторяет измерения). Характерная особенность этой СД – отсутствие связей Оп с объектом и односторонняя связь ТСД с ОД. Такой тип структуры применяют в том случае, когда необходимо оценить состояние объекта, правильное функционирование (работоспособное или неработоспособное) в процессе выполнения поставленных перед ним задач. Оператор принимает решение о дальнейшем использовании объекта без вмешательства в его рабочие функции.

х

у

ОС₁

ОС₂

На рис. приведена структурная схема тестового диагностирования. В этой схеме ТСД фактически состоят из двух частей, а именно: технических средств ТСД₁, формирующих тестовые воздействия, подаваемые на объект, и ТСД₂ – технических средств, с помощью которых осуществляются съем и обработка информации о состоянии объекта с целью формирования диагноза. В этом случае появляются два замкнутых контура (т. е. обратные связи): ОС₁ – для регулирования (корректировки) воздействий, поступающих на объект с ТСД₁, и ОС₂ – для передачи Оп, управляющему процессом диагностирования, информации с ТСД₂ с состоянии объекта. Связь с ОД оператор осуществляет через ТСД (т. е. отсутствует непосредственная связи между Оп и ОД). Эту структуру применяют для решения простейших задач тестовой диагностики.

Существуют и другие более сложные типы структур в СД, например: со связью оператора с ОД, позволяющей влиять на режим работы машины при диагностировании и выбирать, соответственно, тот оптимальный режим объекта, при котором будут достигнуты наибольшие достоверность и эффективность диагностирования.

На структуру систем диагностирования непосредственное влияние оказывают различные методы диагностики МАПП, т. е. предъявляются определенные требования к проведению диагностических измерений и к глубине получаемого по этим измерениям диагноза.

Существующие методы диагностирования можно разделить на следующие группы:

1) методы диагностирования качества сборки машин. Они применяются в процессе и, непосредственно, после завершения регламентного обслуживания машин и, в частности, при выполнении работ по балансировке машин на месте их установки для обнаружения различного вида несоосностей валов при стыковке машин друг с другом и т. д. Эти методы не требуют получения никакой предварительной информации от систем мониторизации и рассчитаны на использование либо в переносных системах диагностики, либо на стационарных стендах выходного контроля продукции (применение тестовых методов диагностирования). Т о. данные методы необходимы для обнаружения дефектов, появляющихся в результате нарушения технологий изготовления и сборки различных узлов и деталей машин.

2) методы диагностирования по результатам мониторинга состояния машин и оборудования для предварительного диагноза. Глубина диагноза, обеспеченная такими методами, обычно невелика, и используются они чаще всего для разработки программы дальнейших исследований по идентификации обнаруженных изменений технического состояния. В дальнейшем они используются для построения либо профессиональных, либо экспертных систем диагностики.

3) методы совместного мониторинга и диагностирования машин и оборудования. Эти методы широко используются в стационарных системах мониторинга и диагностики, обеспечивая более высокую достоверность диагноза, чем предыдущие группы методов. Положительный результат достигается, прежде всего, за счет увеличения числа точек контроля (технического состояния) вибрации (шума). Такое объединение задач мониторинга и диагностики часто приводит к повышению качества диагноза.

4) методы диагностирования и прогнозирования по периодическим измерениям вибрации (шума) диагностируемого параметра. Например, большинство дефектов, развивающихся в различных узлах технологического оборудования, зарождается задолго до наступления аварийноопасной ситуации. Это методы с использованием в, основном. переносных систем диагностики машин с интервалами между измерениями в несколько недель или даже месяцев и они обычно рассчитаны на использование квалификационными экспертами.

5) наиболее популярными и наиболее сложными являются методы диагностирования и прогнозирования по одноразовым измерениям вибрации шума и могут использоваться только высококвалифицированными специалистами. Отличительной особенностью этих методов является диагностирование машины по узлам или даже по отдельным элементам. Появляются системы автоматического диагностирования по однократным измерениям, которые разработаны для подшипников качения, редукторов, рабочих колес насосов и турбин.