1.3. Модели объектов диагностирования

27. Виды моделей ОД. Моделью называется объект любой природы, который способен замещать исследуемый объект так, что его изучение дает новую информацию об этом объекте. Математические модели описывают математической символикой разнообразные связи между входными, выходными и внутренними параметрами в различных сочетаниях.

При проектировании систем диагностирования (см. п.16) разрабатывают диагностические модели объектов. Формальное описание объектов, учитывающее возможность изменения его состояния со временем, т.е. исправного и неисправного состояний, называют диагностической моделью.

Различают модели:

• формализованные модели – описание объекта в аналитической, графической, табличной или другой форме;

• явные модели – содержат наряду с описанием исправного объекта описание каждой из неисправных модификаций;

• неявные модели - содержат только описание, например, исправного обьекта;

• функциональные модели – содержат описание выполняемых исправным и неисправным объектом функций. Данные модели позволяют решать задачи проверки работоспособности и правильного функционирования объекта;

• структурные модели (модели технического состояния) – содержат информацию о внутренней организации объекта, о его структуре;

• детерминированные модели – диагностический сигнал описывается детерминированными функциями;

• вероятностные модели – для описания поведения объекта используют статистические параметры;

• логические модели – при большом числе структурных и диагностических параметров для их анализа используется аппарат математической логики.

28. Назначение диагностических моделей. Диагностические модели нужны для построения алгоритмов диагностирования формализованными методами.

Другим важным назначением моделей объектов является их применение для формализованного анализа заданных (в том числе построенных интуитивно, вручную) алгоритмов диагностирования на полноту обнаружения, на глубину поиска дефектов или на предмет построения диагностических словарей.

Диагностические словари - это один из способов сжатия информации с тем, чтобы получить документацию, удобную для пользования. Как правило, диагностические словари состоят из двух колонок, в одной из них указываются симптомы проявления неисправностей, а в другой - ассоциированные с ними неисправности.

29. Пример типовых структурных моделей (моделей технического состояния). Техническое состояние механизма определяется, если известно значение каждого структурного параметра. Эти параметры должны однозначно соответствовать определенным деталям оборудования. Такое задание объекта называют моделью его технического состояния. Последняя может быть представлена в табличной форме, в виде n-мерного вектора технического состояния либо в виде структурной схемы.

Типовая модель технического состояния роторного механизма Таблица 3

Узел механизма	Характер дефекта	Структурные параметры
Опорные подшипники	Износ	Диаметральный зазор S1
Упорный подшипник	Износ	Осевой зазор S2
Роторная система	Загрязнение, засорение, прогар, обрыв лопатки	Геометрия проточной части, диаметральный зазор, неуравновешенность (S3,S4, S5)
Уплотнения	Износ	Зазор S6

Типовая модель технического состояния поршневого Таблица 4

механизма (характер дефекта - износ)

Узел, деталь механизма	Структурные параметры
Поршень – втулка	Зазор S1 между поршнем и втулкой
Первое компрессионное кольцо	Зазор S2 в замке
Кольцо – поршень	Боковой зазор S3 между первым компрессионным кольцом и канавкой поршня
Головной подшипник	Диаметральный зазор S4
Клапаны	Тепловой зазор S5
Мотылевый подшипник	Диаметральный зазор S6
Форсунка	Обобщенный параметр

Типовая модель технического состояния теплообменного аппарата Таблица 5

Узел аппарата	Структурный параметр
Трубный пучок	Площадь S1 проходного сечения осредненной трубы, занятая отложениями
Трубный пучок	Площадь S2 проходного сечения первого хода, занятая закупоренными трубами
Крышка – трубная решетка	Площадь S3 щели между перегородкой и трубной решеткой
Трубный пучок	Площадь S4 щели в месте соединения труб с трубными решетками

30. Таблицы неисправностей. Таблица неисправностей является конечным результатом математического описания СТС как объекта диагностирования и представляет собственно таблицы неисправностей и решающих правил (см. табл.6).

Таблица неисправностей включает по вертикали (слева) перечень неисправностей, по горизонтали – диагностические параметры, справа (по вертикали) даются решающие правила.

Описание неисправности осуществляется комплексом параметров, которые предоставлены в клетках, в которых проставляются значения параметров в символах алгебры логики “1” или “0” в зависимости от конкретных определений параметров, согласно нормам, приведенным в верхней части таблицы.

Таблицу неисправностей обслуживающий персонал может использовать как метод “диагностического мышления” для оценки состояния СТС и поиска конкретных неисправностей.

31. Пример представления диагностической модели в виде графа причинно-следственных связей. На этапе описания объекта диагностирования совокупностью структурных параметров или диагностических параметров целесообразно объект диагностирования представлять графом причинно-следственных связей. Такое представление позволяет в общем виде установить наличие и вид взаимосвязей между функциональными и структурными параметрами, а также их внешними признаками и, следовательно, между состояниями и диагностическими сигналами. Множество состояний при этом определяется дефектами и неисправностями узлов диагностируемого объекта.

На рис. 4 в качестве примера приведен граф причинно-следственных связей асинхронного электродвигателя [1]. На первом уровне графа показаны основные узлы двигателя, на втором – основные параметры, определяющие надежность и ресурс этих узлов. Следующий уровень отражает основные дефекты и неисправности двигателя, приводящие к отказам. На последнем уровне представлены основные диагностические сигналы, применяемые в настоящее время для решения диагностических задач.

Составление графа причинно-следственных связей объектов диагностирования является первым этапом построения диагностических моделей.

Рис.4. Виброакустическая граф-модель асинхронного короткозамкнутого электродвигателя:

1-электродвигатель;

2-1 - обмотка статора; 2-2 - активное железо статора; 2-3 - корпус статора; 2-4 - подшипниковые щиты; 2-5 - подшипники; 2-6 - обмотка ротора;

2-7 - ротор с валом и активным железом; 2-8 - вентилятор;

3-1 - параметры изоляции; 3-2 - пространственная симметрия обмотки;

3-3- плотность опрессовки; 3-4 - размеры и форма расточки; 3-5 - качество сборки; 3-6 - размеры посадочных мест; 3-7 - качество посадки; 3-8 - размеры, форма и микрогеометрия тел и поверхностей качения, смазка; 3-9 - радиальный зазор; 3-10 - пространственная симметрия обмотки; 3-11 - уравновешен-ность; 3-12 - размеры и форма бочки ротора; 3-13 - форма оси вала;

3-14 - плотность опрессовки; 3-15 - уравновешенность; 3-16 - качество сборки;

4-1 - ухудшение изоляции; 4-2 - обрыв, замыкание; 4-3 - ослабление опрессовки; 4-4 - статический эксцентриситет; 4-5 -изменение формы колец;

4-6 - увеличение зазоров; 4-7 - обрыв; замыкание; 4-8 - неуравновешенность;

4-9 - динамический эксцентриситет; 4-10-ослабление опрессовки; 4-11 - ослабление посадки на валу;

5-1 - сопротивление изоляции; 5-2 - ток статора; 5-3 - вибрация; 5-4 - температура; 5-5 - ударные импульсы.