1.5. Техническая диагностика. Классификация отказов. Основные понятия и определения
Техническая диагностика - научная дисциплина, изучающая вопросы появления отказов в технических системах, разрабатывающая методы их обнаружения и принципы построения диагностических систем.
Объектами исследования технической диагностики могут служить любые технические системы, если они удовлетворяют условиям:
1. Они могут находиться в состояниях: норма, отказ и критическое.
2. В них можно выделить элементы, которые также характеризуются различными состояниями.
Система находится в состоянии ОТКАЗ, если она утрачивает способность к выполнению заданных функций. Отказ – это событие, когда один из контролируемых параметров вышел за пределы допустимых значений.
Система находится в состоянии НОРМА, если её основные параметры находятся в пределах принятой нормы и если она нормально выполняет свои функции.
Переходное состояние от НОРМЫ к ОТКАЗУ называется КРИТИЧЕСКИМ.
В технической диагностике выделяют 3 аспекта:
1. Изучение конкретных объектов диагностирования.
2. Построение и изучение математических моделей объектов диагностирования.
3. Исследование диагностических систем.
В условиях ГПС к основным целям технической диагностики относят:
поддержание заданных условий выполнения технологического процесса
предупреждение поломок и своевременная остановка оборудования в аварийных ситуациях;
- прогнозирование постепенно развивающихся дефектов с целью уточнения сроков ремонта;
проверка качества ремонта оборудования;
исключение возможностей вредного влияния технологических сред.
Для обеспечения надежной работы оборудования диагностика неисправностей (отказов) осуществляется на всех этапах его срока службы:
на стадии проектирования;
на стадии установки и монтажа;
- на стадии эксплуатации;
- на стадии ремонтных работ.
Наиболее важным является выполнение диагностических работ на стадии эксплуатации и ремонта подвижного состава (ПС), особенно высокоскоростной.
В условиях ГПС большое значение имеет автоматизация процесса диагностики. K числу научных дисциплин наиболее близких к технической диагностике относят теорию автоматического контроля, теорию измерительных информационных систем, теорию надежности, системотехнику и др.
Системы диагностирования. Программно-аппаратная система, осуществляющая функции диагностирования объекта в автоматическом (автоматизированном) режиме называется системой диагностирования (СД).
Структурная схема СД состоит из:
Подсистемы аппаратных средств.
Подсистемы программных средств.
СД включает обеспечения (по аналогии с САПР): методическое, лингвистическое, математическое, программное, техническое (аппаратное), информационное, организационное. При разработке СД должны выполняться требования:
модульности построения;
открытости структуры;
гибкости связей;
- рациональности соотношения программных и аппаратных подсистем;
- рациональности обработки поступающей информации на микрокомпьютере (или процессоре вычислительной системы) и непосредственно на аппаратных средствах обработки измерительной информации (периферии СД);
- быстрой переналаживаемости в условиях гибкого производства;
- быстроты восстановления;
- рациональности сочетания достаточной точности диагностирования с высокой производительностью;
- эргономичности и визуального комфорта оператора.
Классификация отказов объектов диагностирования. Классификация отказов объекта является основой для разработки вопроса о создании СД и особенно прикладного программного обеспечения. Рассмотрим этот вопрос на примере гибкого производственного модуля обработки давлением материалов (ГПМ ОМД) (см. рис. 1).
Рис. 1. Структурно-функциональная модель гибкого производственного модуля обработки материалов давлением:
1- технологическое оборудование (ТО) – винтовой пресс, молот и т.п.; 1’ – система управления технологическим оборудованием (СУ ТО); 3 – устройство подачи заготовок (УПЗ), 3’ – система управления УПЗ, устройство подачи штампового инструмента (УПШИ),
4’ – система управления УПШИ, 5 - устройство подачи поковок (УПП),
5’ – система управления УПП
ГПМ ОМД условно состоит из 2-х частей: производственной части ГПМ и управляющей части ГПМ, состоящей из систем контроля, диагностики и управления. Математическая модель ГПМ ОМД представлена зависимостью
,
где
- показатель качества поковок (детали);
А – показатель качества ТО и входящих в него систем;
– показатели качества заготовок.
Классификацию отказов ГПМ можно представить объединением классификации I рода (инвариантная классификация отказов по отношению к оборудованию модуля) и классификации II рода (классификация ориентирована на конкретное технологическое оборудование ГПМ).
В основу классификации I рода положены следующие характерные признаки: основные элементы ГПМ модуля; возможность прогнозирования; причины возникновения отказа; характер проявления; вид проявления; степень восстановления; инициирующая способность; степень влияния отказа на работоспособность ГПМ. Так согласно структурно-функциональной модели отказы ГПМ могут быть классифицированы как возникшие в следующих элементах: 1- технологическое оборудование (ТО) – винтовой пресс, молот и т.п.; 1’ – система управления технологическим оборудованием (СУ ТО); 3 – устройство подачи заготовок (УПЗ), 3’ – система управления УПЗ, устройство подачи штампового инструмента (УПШИ), 4’ – система управления УПШИ, 5 - устройство подачи поковок (УПП), 5’ – система управления УПП; 2 – система управления ГПМ. Классификация отказов ГПМ 2 рода служит целям локализации отказов. Классификации 2 рода подлежат: элементы технической системы ГПМ, технологическое оборудование, СУ ТО, УПЗ, СУ УПЗ, УПШИ, СУ УПШИ, УПП, СУ УПП, СУ модуля. В основу классификации положено подразделение на конструкционные детали, узлы, системы, функциональные контуры и т.п. (например, для КШМ - фундаментный блок, станина, силовое оборудование, передаточный механизм, исполнительный орган, штамповый инструмент и пр.).
Необходимость формализации классификации отказов ГПМ вытекает из потребностей в составлении автоматизированных картотек отказов и в связи с необходимостью использования классификации отказов в прикладных программах системы диагностики и принятия решений. Классификацию формально можно представить в виде дерева. На рис.3 в качестве примера, представлен фрагмент дерева отказов ГПМ.
Рис. 2. Блок-схема алгоритма функционирования системы диагностики
Рассмотрим вопрос о кодировании отказов ГПМ обработки давлением. Пусть Т-m -дерево (т - максимальная степень исхода каждой вершины), а М есть алфавит из m букв. Каждому ребру в дереве Т припишем букву из алфавита М, так, что не может быть двух ребер ,исходящих из одной и той же вершины и помеченных одной и той же буквой. Тогда каждой вершине дерева мы можем приписать слово, образуемое как конкатенция букв, которыми помечены рёбра при движении из корня в данную вершину. Такие слова будем называть кодовыми словами. О них говорят, что они образуют префиксный код. Например 1 – ТО – 000011100; 1’ – СУ ТО – 000011101 и т.д. в зависимости от возникшего отказа.
