Лекция №1 «Введение. Основы технической диагностики»

Список рекомендуемой литературы:

1. Диагностика транспортной техники: Учебное пособие/Р.В Айдарбаев.- Алматы: КазАТК, 2010. – 153 с.

2. Соколов М.М., Варава В.И.” Левит Г.М. Измерения и контроль при ремонте и эксплуатации вагонов. – М.: Транспорт, 1991. – 157 с.

3. Воинов К. Н. Надежность вагонов, - М.: Транспорт, 1980. – 110 c.

4. Соколов М.М. Диагностирование вагонов. - М.: Транспорт, 1990. - 197с.

5. Криворудченко В.Ф. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта / В.Ф. Криворудченко, Р.А. Ахмеджанов. / М.: Маршрут, 2005. - 436 с.

6. Методические указания по всем видам аудиторных занятий

Сущность деятельности желез­нодорожного транспорта состоит в выполнении перевозочного процесса при неукоснительном соблюдении безопасности движения поездов. Перевозочный процесс сложен своей динамичностью, взаимозависимостью работы его участников, непрерывно меня­ющимися ситуациями, воздействиями на него большого числа дестабилизирующих факторов и территориальной рассредоточенностью объектов. Поэтому диагностика объектов и управление является важным фактором совершенствования перевозочного процесса. Эксплуатация различных объектов транспортной техники в отраслях народного хозяйства (подвижного состава железных дорог, автомобили, сельскохозяйственные машины и т.д.) сопровождается высокими затратами на поддержание их работоспособного состояния в течении всего срока эксплуатации. Сохранение работоспособности объектов транспортной техники обеспечивается выполнением планово-предупредительных работ по техническому обслуживанию (ТО) и ремонту, а также внеплановых ремонтов, проводимых для устранения возникающих в межпрофилактические периоды отказов и неисправностей.

Для повышения эффективности использования объектов транспортной техники разработаны методы и средства диагностирования, которые применяют как при проведении технического обслуживания и ремонтов, так и в качестве самостоятельного технологического процесса. Диагностирование позволяет повысить коэффициент готовности и вероятность безотказной работы объектов транспортной техники, снизить трудоемкость и стоимость эксплуатации, повысить ремонтопригодность и контролепригодность объектов транспорта.

В процессе диагностирования производится получение информации о техническом состоянии объектов транспортной техники. Однако получение диагностической информации само по себе не может решить вопроса оптимизации управления техническим состоянием транспортного средства. Наиболее целесообразным является использование диагностической информации:

• при прогнозировании технического состояния объектов транспортной техники на какой-то период с целью подготовки производства к проведению плановых технических обслуживаний и совмещения с ними некоторых, теперь уже известных, текущих ремонтов;

• при определении потребности в регулировочных работах при выполнении регламентных работ на постах обслуживания;

• при определении режимов работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту с целью их типизации и тем самых качественной подготовки производства;

• при комплексном контроле технического состояния после выполнения работ технического обслуживания и текущего ремонта.

В связи с этим техническая диагностика как подсистема управления техническим состоянием объектов транспортной техники должна присутствовать на всех этапах эксплуатации и подготовки к эксплуатации.

1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

1.1 Предмет технической диагностики как научной дисциплины

Изложение любой научной дисциплины принято начинать с общей характеристики этой дисциплины, т. е. с выяснения ее предмета исследования и основных за­дач.

В применении к технической диагностике такое предварительное описание осложняется рядом обстоятельств. Речь идет об очень молодой области знания, которая находится в стадии своего формирования. С одной сто­роны, здесь уже можно наметить и выделить достаточно широкий круг задач, подлежащих исследованию, с другой,— только незначительная их часть охвачена исследовательской работой и представлена полученными конкретными результатами. Поэтому общее предварительное описание технической диагностики неизбежно должно иметь постановочный характер. Оно является не столько итогом проведенной работы, сколько прогнозом на будущее.

Определить предмет той или иной научной дисципли­ны—значит указать, какие явления надо исследовать и с какой именно точки зрения. Одна и та же область действительности может быть рассмотрена с разных точек зрения, может быть объектом разных научных дисциплин. Каждая дисциплина выделяет для исследования определенную сторону действительности. Пред­мет исследования — это и есть сторона действительности, выделенная в целях изучения.

Основным фактором, определяющим такое выделение, является целенаправленная человеческая деятельность. Пусть, например, некоторое явление Л включено в деятельность Д₁ и функционирует там определенным образом. В рамках этой деятельности одни свойства явления оказываются существенными, а другие несущественными, одни свойства проявляются, а другие — нет. Следовательно, если явление Л взято в двух разных типах деятельности Д₁ и Д₂, то будут иметь место два разных представления об этом явлении, которые могут не совпадать и даже противоречить. Например, механик, рассматривающий задачу движения Земли вокруг Солнца, может представить ее как материальную точку, обладающую массой, но не имеющую формы и размеров, так как размеры Земли несущественны по сравнению с ее расстоянием до Солнца. Однако такое представление не имеет никакого смысла для географа, изучающего распределение природных объектов на поверхности земли.

В простейшем случае определение предмета исследования сводится к следующему: 1) надо указать объект исследования, т.е. те явления, которые подлежат изучению; 2) надо указать параметры этих явлений, кото­рые следует определить. Такой перечень параметров объекта, подлежащих определению, будем называть схемой предмета исследования. Таким образом, про­стейшая ситуация определения предмета предполагает задание объекта и схемы предмета. Характер последней в значительной степени определяется спецификой той практической деятельности с объектом, в целях которой осуществляется исследование.

Лекция №2 «Системы технической диагностики»

Объектами исследования технической диагностики могут служить любые технические системы, если они удовлетворяют следующим двум условиям: 1) они могут находиться, по крайней мере, в двух взаимоисключающих и различимых состояниях: работоспособном и неработоспособном, т. е. в состоянии отказа; 2) в них можно выделить элементы, каждый из которых тоже характеризуется различимыми состояниями.

Требование взаимного исключения состояний (их не­совместимости) вытекает из необходимости иметь одно­значный ответ на вопрос о состоянии системы в любой фиксированный момент времени. Без требования различимости теряет смысл любая деятельность, направленная на установление состояний системы.

Под системой понимают любое техническое устройство, выполняющее заданные функции. Часть системы, которая выполняет определенные функции в составе целого, называют элементом или блоком. Предполагается, что блок состоит из элементов и что элемент не подле­жит уже дальнейшему разделению па части. Иногда под системой понимают не только техническое устройство, взятое изолированно, но и среду, в которой оно функционирует, и обслуживающий персонал. Последние в этом случае выступают как элементы или блоки системы.

Каждая система может характеризоваться рядом параметров, одни из которых выступают как основные, а другие — как второстепенные. Первые характеризуют выполнение системой заданных функций, вторые-удобства эксплуатации, внешний вид и т. д. Система называется исправной, если она соответствует всем предъявленным к ней требованиям, т. е. если все параметры системы как основные, так и второстепенные, находятся в некоторых заданных пределах. Выход из этих пределов любого параметра означает, что система неисправна.

Система работоспособна, если ее основные параметры находятся в пределах принятой нормы, и если она нормально выполняет заданные функции. Утрата работоспособности называется отказом. В равной степени эти соображения относятся и к элементам (блокам) систем.

Отметим, что понятие «отказ элемента» в определенной мере условно. Действительно, работоспособность элемента определяется значениями основных его пара­метров. В то же время набор этих параметров и зоны их нормальных значений выбираются в зависимости от степени важности функций, выполняемых элементами в данной системе, их доступности при ремонте и т. п.

Следовательно, для двух совершенно одинаковых элементов, используемых в одной и той же системе, понятие отказ может быть сформулировано по-разному. Обоснование зон нормальных значений основных пара­метров связано с определенными трудностями. Задачи такого типа обычно решают исходя из соображений эко­номического характера.

Работоспособная система может быть как исправной, так и неисправной. Исправная система всегда работо­способна. Неисправная система может быть как работоспобной, так и отказавшей. Отказавшая система всегда неисправна.

Взаимные отношения приведенных понятий представ­лены на (рисунке 1): круг А — множество неисправных си­стем, круг В — множество работоспособных систем. Части кругов обозначают соответственно: 1 отказавшие системы; 2 исправные системы; 3 неисправные, но рабо­тоспособные системы.

Можно, напри­мер, различать отказы в зависимости от того, превысил ли выбранный показатель наибольший допустимый предел или при­нял значение ниже минимально допустимого? Наконец, весьма удобным является рассмотрение отка­за системы как функции состояний ее элементов (бло­ков). Пусть каждый элемент характеризуется т своими состояниями и может в данный момент времени нахо­диться только в одном из них

Рисунок 1 Соотношение понятий «неисправность» и «работоспособность».

Положим, что в системе содержится N элементов и что оказаться неработоспо­собными могут одновременно n элементов (1<n<N). Тогда отказ системы можно рассматривать как одно из n^N-1 состояний, вызванных неработоспособностью не­которой комбинации ее элементов.

В каждом конкретном случае число различимых со­стояний элементов должно определяться в зависимости от существа поставленных задач, специфики системы и доступных средств измерения и контроля. Однако боль­шинство результатов в технической диагностике получе­но при решении задач, выделяющих два состояния эле­ментов (m = 2).

Рис. 1.3. Схема классификации диагностических систем

Выделение в системе только двух возможных се со­стояний «работоспособность» и «отказ» представляет собой явную идеализацию, исключающую из рассмотре­ния большой класс устройств, для которых важно пред­сказание исправной работы на активном участке. Для таких, например, объектов, как летательные аппараты, функцией современных средств контроля становится не только обнаружение, но и предсказание наступления неисправности, что требует выделения особого класса промежуточных состояний, называемых иногда предаварийными. Однако в дальнейшем вопросы прогнозирова­ния, как выходящие за рамки темы настоящей книги, рассматриваться не будут.

http://edu.dvgups.ru/METDOC/GDTRAN/NTS/TEPLOVOZ/OSN_TEH_DIAG/METOD/TEX_DIAG/MAIN.HTM

Лекция №3 «Cистемы технической диагностики и мониторинга устройств транспортной техники

Технические системы могут быть включены в различ­ные виды человеческой деятельности и рассмотрены в соответствии с этим с разных точек зрения.

Очевидно, например, что точки зрения конструктора, экономиста, специали­ста по эксплуатации и т. д. во многом не со­владают; то, что суще­ственно для одного, мо­жет быть несуществен­но для другого. Специ­фика технической диаг­ностики состоит в том, что она рассматривает и изучает технические системы в деятельности, задача .которой состоит в поиске отказав­ших элементов. Для технической диагностики важны формы проявления и методы поиска отказавших элемен­тов.

П роцедуры поиска отказавшего элемента могут иметь различный характер. Например, в зависимости от степени и характера участия человека можно выделить неавтоматический и автоматический поиск. В первом случае установление причин отказа системы осуще­ствляется человеком; во втором — техническим устрой­ством, предназначенным для автоматического осуще­ствления процедуры поиска. Такие устройства будем называть в дальнейшем диагностическими системами. Все это иллюстрируется рисунке 2. На нем приняты такие обозначения: О —объект; Д-—деятельность человека, П — выявление причины отказа, ДС— диагностическая система, Ф —процесс ее функционирования.

Рисунок 2 Деятельность человека при автоматической и неавтоматической диагностике.

Через Д₁ и Д₂ обозначены различные по характеру виды деятельности человека. Ряд задач, которые решает человек по схеме а, он должен решать и по схеме б. Техническая диагностика рассматривает объект в соот­ветствии с задачами, возникающими как в Д₁, так и в Д₂.

В качестве непосредственных продуктов деятельно­сти человека на приведенных схемах выступает либо диагностическая система, либо информация о причине отказа. Это не следует смешивать с продуктами техни­ческой диагностики как научной дисциплины.

Учитывая сказанное, можно дать следующее опре­деление: техническая диагностика— это научная дис­циплина, исследующая формы проявления отказов в тех­нических устройствах, разрабатывающая методы их обнаружения, а также принципы конструирования диаг­ностических систем.

Техническая диагностика (ТД) - научно-техническая дисциплина, изучающая и устанавли­вающая признаки дефектов технических объектов транспортной техники, а также методы и средства обнаружения и поиска дефектов. Основной предмет диагностики - организация эффективной проверки исправности, работоспособности, правильности функционирования технических объектов транспортной техники. Организация процессов диагностирования технического состояния элементов или блоков при их изготовлении и эксплуатации – одна из важных мер обеспечения и поддержания надёжности объектов транспортной техники.

Диагностирование осуществляется либо человеком непосредственно (например, внеш­ним осмотром, "на слух"), либо при помощи аппаратуры. Электронная технология диагностики на базе протоколов измерения технических параметров позволяет получить оценку состояния объекта и определить виды неисправностей.

Объект и средства его диагности­рования в совокупности образуют систему диагностирования. Взаимодействуя между собой, объект и средства реализуют некоторый алгоритм диагностирования. Результатом является заключение о техническом состоянии объекта - технический диагноз, например: "датчик исправен", "деталь неработоспособна", "в компьютере отказал блок электропитания".

По взаимодействию объекта и средств диагноза между собой различают тестовое и функциональное диагностирование. Системы первого вида (рисунок 3) применяют при изготовлении объекта, во время его ремонта и профилактики и при хране­нии, а также перед применением и после него, когда необходимы проверка исправности объ­екта или его работоспособности и поиск дефектов. В этом случае на объект диагностирова­ния подаются специально организуемые тестовые воздействия. Системы второго вида при­меняют при использовании объекта по назначению, когда необходимы проверка правильно­сти функционирования и поиск дефектов, нарушающих последнее. При этом на объект по­ступают только предусмотренные его алгоритмом функционирования (рабочие) воздействия.

Так, при тестовом диагнозе специальное воздействие (рис.3) поступает от источника воздействия ИВ средств диагноза на объект диагноза ОД. Ответная реакция через устройства связи УС принимается датчиком Д. Блоком расшифровки результатов БРР сигнал сравнивается с различными известными реакциями состояния ОД, заданными физической или математической моделью ФМ. Блок управления БУ связан с пультом управления ПУ и осуществляет управление программой диагноза. Функциональная диагностика, которая проводится только на работающем объекте и, как правило, выполняется с точностью до определения одного из двух его состояний: (исправен - неисправен, работоспособен – неработоспособен, функционирует – неправильно функционирует). Однако, в большинстве случаев такая оценка состояния объектов не удовлетворяет их владельцев и тогда применяется функциональная диагностика c использованием трехуровневой оценки состояния (исправен – неисправен, но и работоспособен – не работоспособен).

Рисунок 3 Функциональная схема тестового диагноза

В том и в другом случае речь идет об общей функциональной диагностики или общей оценки состояния объекта и диагностика сводится к определению одного из вышеназванных состояний объекта с помощью моделей переходов состояний. Главным недостатком общей функциональной диагностики является то, что она не дает ответы на такие важные для пользователя вопросы, как:

-Какие детали и узлы элемента объекта неисправны?

-Какие виды неисправностей имеют детали, узлы, элементы и объекты в целом?

-Когда произойдет отказ детали, узла , элемента, объекта?

Лекция №4 «Разработка и создание систем диагностирования»

Разработка и создание систем диагностирования включают: изучение объекта, его возможных дефектов и их признаков; составление математических моделей (формализованного описания) исправного (работоспособного) объекта и того же объекта в неисправных состоя­ниях; построение алгоритмов диагностирования; отладку и опробование системы.

Математическая модель объекта диагностирования (детерминированная или вероятно­стная) представляет собой описание объекта в исправном и в неисправном его состояниях в виде формальных зависимостей между возможными воздействиями на объект и его реакциями на эти воздействия. Модели (даже исправных объектов) используемые при диагностировании, могут от­личаться от моделей, используемых при проектировании тех же объектов. Алгоритм диагностирования предусматривает выполнение некоторой условной или безусловной последовательности определённых экспериментов с объектом. Эксперимент ха­рактеризуется тестовым или рабочим воздействием и составом контролируемых признаков, определяющих реакцию объекта на воздействие. Различают алгоритмы проверки и алгорит­мы поиска. Алгоритмы проверки позволяют обнаружить наличие дефектов, нарушающих исправность объекта, его работоспособность или правильность функционирования. По ре­зультатам экспериментов, проведённых в соответствии с алгоритмом поиска, можно указать, какой дефект или группа дефектов (из числа рассматриваемых) имеются в объекте. Средства диагностирования являются носителями алгоритмов диагностирования, хра­нят возможные реакции объекта на воздействия, вырабатывают и подают на объект тестовые воздействия.

Мониторинг технического состояния - процесс дистанционного контроля (телеконтроля) технического состояния объекта, по определенному алгоритму с накоплением информации и оценкой полученной информации в течении времени с целью идентификации текущего состояния объекта и обеспечения прогнозирования изменения его состояния.

Администрирование системы технического диагностирования и мониторинга - управление аппаратными и программными средствами системы с целью изменения конфигурации, поддержания работоспособного состояния и правильности функционирования.

Прогнозирование технического состояния - определение технического состояия объекта с заданной (расчетной) вероятностью на предстоящий интервал времени.