Вопросы для самоконтроля

1. Какова роль технической диагностики в обеспечении заданных показателей надежности технических объектов?

2. Перечислить основные конструктивно-технологические методы обеспечения заданных показателей надежности технических объектов.

3. Дать определение: объекта диагностирования; технического состояния; технической диагностики; технического диагностирования; средства диагностирования; системы технического диагностирования.

4. Пояснить разницу между техническим состоянием и видом технического состояния.

5. Перечислить основные задачи технической диагностики согласно ГОСТ 20911-89.

6. Пояснить разницу между исправным и работоспособным состоянием.

7. Пояснить разницу между работоспособным и состоянием правильного функционирования.

8. Дать понятие системы функционального диагностирования.

9. Дать понятие системы тестового диагностирования.

10. Что понимается под контрольными точками объекта диагностирования?

11. Пояснить различие между системой тестового и функционального диагностирования.

1. Принципы математического моделирования технических объектов диагностирования

1.1. Объекты диагностирования, их классификация и характеристика

Во введении были рассмотрены предмет и задачи дисциплины «Техническая диагностика», выяснено значение технической диагностики как прикладной науки для процесса эксплуатации технических объектов и систем, приведены исторические сведения о развитии технической диагностики как научного направления, была дана нормативно обоснованная система понятий и определений. В данном разделе будут рассмотрены некоторые аспекты математического моделирования объектов диагностирования технической природы. Таким образом, с учетом классификации основных задач технической диагностики (см. рис. 3), здесь будет рассмотрена одна из задач технической диагностики – задача исследования некоторых реальных свойств физических объектов, каковыми являются электрические и электронные системы автомобилей (ЭЭСА).

Как уже отмечалось ранее согласно ГОСТ 20911 – 89 [42] объектом диагностирования называется объект и (или) его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию. Для того, чтобы иметь системное представление об объектах технического диагностирования рассмотрим их классификацию [38, 43], которая устоялась в технической диагностике.

Классификация объектов диагностирования (контроля). В зависимости от задач исследования в качестве ОД можно рассматривать как сложный комплекс ЭЭСА в целом, так и его отдельные системы, устройства, функциональные элементы этих устройств. В самом общем виде ЭЭСА можно представить в виде динамической системы, выполняющей преобразование некоторой функции [30, 43]. В этом случае при исправном состоянии аппаратуры каждой входной функции соответствует вполне определенная функция на выходе. Преобразование сигнала, поступающего на вход системы, математически отражается с помощью оператора А(р), который представляет собой сокращенную форму записи дифференциальных уравнений, отражающих все физические преобразования входной функции x(t), выполняемые для получения выходной функцииe y(t) [23]. Нарушение этой известной заранее для каждого объекта зависимости означает, что внутренние свойства ОД изменились. И если отклонения выходной функции у(t)=А(р) х(t) превышают установленные допуски, то ОД считается неисправным.

Математическая модель конденсатора, предназначенного для временного хранения электрической энергии, рассматриваемого как динамическая система, в аналитической форме представлена системой уравнений (1.1).

(1.1)

а в графической – на рис. 7.

7. График зависимости u_C(t)

Анализ динамической модели конденсатора (соотношение (1.1), рис. 7) позволяет сформулировать ряд достаточно тривиальных условий, которым должено удовлетворять работоспособное устройство. Поэтому динамическая модель (1.1) рассмотренного конденсатора в его работоспособном состоянии может быть заменена моделью (1.2).

(1.2)

Очевидно, что алгоритм контроля и диагностирования на основе модели (1.2), а, следовательно, и реализация этого алгоритма средствами контроля значительно проще, чем на основе динамической модели (1.1).

С учетом вышеприведенного примера можно утверждать, что для большинства подсистем ЭЭСА можно применить другие, более экономичные способы. Например, для многих устройств достаточно проверить функциональную зависимость сигналов на входе и выходе только для одного момента времени (найти функциональную связь). Для других объектов контроля достаточно проверить численное значение выходной величины при подаче на вход определенной функции (построить и вычислить функционал). Функция и функционал являются частными случаями оператора. В соответствии с таким подходом все объекты контроля радиоэлектронной природы по виду осуществляемого ими преобразования можно условно разделить на четыре группы [30, 43] (рис. 8):

1. устройства, входной и выходной сигналы которых связаны линейной зависимостью y(t) = k x(t);

2. устройства, входной и выходной сигналы которых связаны функционалом вида ;

3. устройства, входной и выходной сигналы которых связаны оператором

A(p);

4. устройства, не имеющие входов.

В составе ЭЭСА к первой группе могут быть отнесены функциональные элементы, выполняющие функции усиления, детектирования по линейному закону (пиковые детекторы) и измерения с использованием равномерной шкалы и т.п.

В состав второй группы следует включить интегрирующие счетчики, интегральные преобразователи механических перегрузок и т.п.

Третью группу составляют функциональные элементы преобразования и детектирования (средневыпрямленные, среднеквадратические детекторы), следящие системы и т.п.

К четвертой группе могут быть отнесены генераторы колебаний различного вида – эти функциональные элементы вырабатывают выходные сигналы, параметры которых определяются, в основном только физическими процессами, происходящими внутри данных устройств.

8. Классификация радиоэлектронных функциональных элементов по виду преобразования

Контролируемые параметры. Важным этапом в изучении ОД является описание и анализ контролируемых параметров. Общее количество параметров, проверяемых на различных образцах ЭЭСА, изменяется в широких пределах в зависимости от вида ЭЭСА, цели контроля и требований к достоверности получаемых результатов. Число параметров, подлежащих контролю, будет возрастать по мере уточнения мест неисправности и роста требуемой достоверности контроля.

Контролируемые параметры описываются следующими характеристиками:

1. номинальным значением и полем (или границами) допусков;

2. зависимостью номинального и предельно допустимых значений от внешних условий (температуры, влажности, атмосферного давления и т.п.);

3. требуемой точностью измерения;

4. функциональными зависимостями (формулами) для вычисления параметров по результатам измерений косвенных величин с учетом внешних условий;

5. закономерностью изменения во времени в процессе эксплуатации.

Последняя характеристика относится только к прогнозирующим параметрам, т.е. к таким, по которым можно прогнозировать техническое состояние объекта контроля.

Помимо характера зависимостей между входными и выходными сигналами, существенными являются также и способы съема диагностической информации, В этой связи следует разделять группы диагностических параметров (рис. 9), дифференцированных по следующим признакам:

1) выраженные электрическими величинами и не требующие дополнительных преобразований;

2) выраженные электрическими величинами и требующие дополнительного преобразования;

3) выраженные неэлектрическими величинами и требующие предварительного преобразования;

4) оцениваемые органолептическим методом.

9. Классификация диагностических параметров

К первой группе следует отнести напряжение и ток (постоянные и переменные), амплитуду импульсов тока и напряжения, частоту переменного синусоидального напряжения, частоту следования импульсов тока и напряжения, временные интервалы, характеризующие длительность импульсов тока и напряжения и т.д.

Ко второй группе – в основном малые и большие токи и напряжения, временные интервалы между моментами срабатывания различных устройств и т.п.

К третьей группе – угловые и линейные перемещения механических элементов, давление газа.

К четвертой группе – показатели, автоматический контроль которых на современном уровне развития технически невозможен или нецелесообразен.

Параметры ОД распределены по группам неравномерно. Значительная часть из них находится в первой группе, а параметры, выраженные напряжением постоянного и переменного тока, составляют около 70% общего количества электрических величин. Вместе с тем необходимо отметить, что опытные специалисты при решении задач по поиску неисправностей очень часто используют диагностические признаки, относящиеся именно к четвертой группе.