17Техническое диагностирование

17.1Диагностирование в теории познания

Важность диагностирования признавалась еще в древнем мире («Bene dignoscitur, bene curatur» - «Хорошо распознается — хорошо вылечивается») - в основном к задачам медицины [39]. В XVII – XIX веках развивается теория познания. В начале XIX века в трудах И.Канта заложены основы современного диалектического подхода к процессу познания, когда по не полным данным («феноменальному миру», «вещам для нас») необходимо составить максимально достоверную картину об объекте исследования («ноуменальном мире», «вещи в себе»). На этом строятся методы распознавания образов: по ограниченному множеству параметров необходимо определить объект, представленный множеством параметров.

В XX веке техническая диагностика выделяется в самостоятельную область знаний, рассматривающую методы и средства оценки технического состояния машин, механизмов, оборудования, конструкций и других технических объектов [39, 66, 67].

В технической диагностике множество входных и выходных сигналов принято называть «основными диагностическими параметрами» (сигналами), т.к. их использование при диагностировании обязательно: внутренние состояния и внешние воздействия представляют собой совокупность дополнительных диагностических параметров и используются в случае недостаточности основных: главная задача диагностирования - определение технического состояния объекта по данным диагностирования из множества возможных.

В общем случае множество технических состояний состоит из двух элементов: исправное состояние и неисправное состояние (отказ). Расширение множества состояний происходит за счет разделения неисправного состояния на конкретные виды неисправностей. Совокупность множеств технических состояний представляет собой «Таблицу функций неисправностей» (ТФН). А определение технического состояния по ограниченному числу показателей представляет собой диагностическую функцию распознавания технического состояния. В общем случае диагностирование решает следующие задачи: определение технического состояния, локализация места отказа и прогнозирование работоспособности.

В настоящее время диагностированию локомотивов уделяется повышенное внимание. Сложность конструкции современных локомотивов существенно повышает стоимость планово-предупредительных ремонтов – необходимо учитывать фактическое техническое состояние локомотива. Именно поэтому важно иметь объективную информацию о состоянии оборудования. Эту информацию могут дать автоматизированные средства технического диагностирования.

17.2Стандарты технической диагностики

Техническая диагностика как наука сложилась в середине 20 века [66]. В настоящее время основные положения технической диагностики доведены до уровня национальных стандартов - ГОСТ. Терминология, классификация, базовые методики – всё это в диагностике стандартизированные понятия. В настоящем разделе рассмотрены наиболее важные из них для диагностирования локомотивов. Список ГОСТ приведен в разделе «Литература».

ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. Стандарт устанавливает основные понятия в области технического диагностирования. Согласно стандарту локомотив и отдельные виды его оборудования являются «объектом технического диагностирования», у которого следует определить «техническое состояние». Следует рассматривать «техническое диагностирование» («техническая диагностика» - это область знаний, изучающая методы и средства диагностирования) с задачами контроля технического состояния, поиск места отказа и определение причин отказа (неисправности), прогнозирование технического состояния. Наряду с «контролем технического состояния» введено понятие «контроль функционирования», что особенно актуально для бортовых и встроенных систем.

Виды средств технического диагностирования (контроля технического состояния) разделены на встроенные и внешние. Для подвижного состава необходимо дополнительное понятие – бортовая система диагностирования: внешняя по отношению к конкретным узлам, но встроенная по отношению к локомотиву в целом.

ГОСТ 26656-85. Техническая диагностика. Контролепригодность. Стандарт рассматривает приспособленность технических объектов к диагностированию. Это очень важный элемент системы диагностирования, т.к. именно невозможность измерить тот или иной параметр сдерживает развитие систем диагностирования. Ярким примером может служить такой важный диагностический параметр как температура якорной обмотки тягового двигателя локомотива. Являясь одним из главных ограничивающих факторов для тяги, в настоящее время параметр практически невозможно измерить в реальном масштабе времени.

Понятие «Диагностирование» неразрывно связано с понятием «Надежность», которым посвящена своя серия стандартов «Надежность в технике», которая определяет важные элементы системы диагностирования и является обязательным дополнением к стандартам в области систем диагностирования.

ГОСТ 27.001-95. Надежность в технике. Основные положения. Это основополагающий стандарт по надежности в технике (ССНТ). Конкретных требований не содержит.

ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. Термины и определения стандарта используются как базовые. Основные из них: надежность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость и др.

Стандарт устанавливает понятие «состояние»: исправное и неисправное, работоспособное и неработоспособное. При диагностировании локомотивов крайне трудно определить исправность -определяется работоспособность. Для бортовых систем диагностирования необходимо дополнительное состояние: правильное функционирование - это частный случай работоспособного состояния, когда нельзя проверить все заданные функции, что типично для бортовых и встроенных систем диагностирования. Контроль функционирования определен в ГОСТ 20911-89.

ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности. Стандарт устанавливает состав, порядок и общие правила задания требований по надежности для включения их в нормативно-техническую и конструкторскую документацию. Для подвижного состава их должен устанавливать производитель и согласовывать с ОАО «РЖД».

ГОСТ 27.004-85. Надежность в технике. Системы технологические. Термины и определения. Стандарт устанавливает термины и определения основных понятий в области надежности технологических систем. С позиций стандарта технологической системой является поезд, надежность работы подвижного состава является одним из элементов надежности системы в целом.

ГОСТ 27.301-95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. Стандарт устанавливает правила расчета и прогнозирования надежности технических объектов. Стандарт различает методы расчета безотказности, ремонтопригодности, долговечности, сохраняемости. Определяет требования к методикам расчета и представлению результатов расчета.

ГОСТ 27.310-95. Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения. Стандарт устанавливает порядок проведения и общие методические принципы анализа видов, последствий и критичности отказов технических объектов всех видов. Отказы подвижного состава могут приводить к различной «тяжести последствий отказа», к «критическим отказам», в т.ч. к угрозе безопасности движения поездов.

ГОСТ 27.410-87. Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность. Стандарт определяет порядок проведения испытаний изделий на безотказность, ремонтопригодность, долговечность - необходим при управлении надежностью подвижного состава.

ГОСТ 27.402-95. Надежность в технике. Планы испытаний для контроля средней наработки до отказа (на отказ). Часть 1. Экспоненциальное распределение. Стандарт определяет порядок проведения контрольных испытаний для проверки соответствия средней наработки до отказа (на отказ) требованиям. Отказы подвижного состава подчиняются экспоненциальному распределению, что делает настоящий стандарт актуальным.

В системах диагностирования важную роль играют требования к системам измерения параметров объекта диагностирования. Эти требования установлены серией стандартов 5725 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений».

ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 Часть 1. Основные положения и определения. Соответствует международному стандарту ISO 3534.1-93. Термин «правильность» характеризует степень близости математического ожидания серии измерений к истинному. «Прецизионность» - степень близости результатов измерений друг к другу. Стандарт важен при оценке близости результатов измерений к реальному техническому состоянию объекта (степень соответствия феноменального мира ноуменальному - стандарт имеет философские оттенки). Даны математические понятия оценки качества измерений: математическое ожидание (среднее арифметическое), систематические погрешности, среднеквадратичное отклонение, воспроизводимость, выброс и др. Определена методология измерений, предложена статистическая модель. Дана методология постановки эксперимента. Серия стандартов позволяет оценить влияние измерительной подсистемы на правильность диагноза, на вероятность появления ошибок диагностирования первого рода (отказ есть, но не обнаружен) и второго рода (отказа нет, но он диагностирован). Стандарт может использоваться для организации статистического анализа. Состоит из 6 частей.

Согласно ISO серии 3534 создана серия отечественных стандартов 50779 «Статистические методы». Стандарт не используется при контроле технического состояния, но полезен для прогнозирования работоспособности, поиска методов повышения надежности систем управления, снижения эксплуатационных расходов на сопровождение жизненного цикла оборудования. Описанные в серии стандартов методы являются основой для реализации статистических методов управления. Ниже приведены наиболее важные стандарты серии.

ГОСТ Р 50779.10-2000 (ISO 3534.1-93) Вероятность и основы статистики. Термины и определения. Даны определения вероятности, случайной величины, распределения, функций распределения, плотности распределения, корреляции, математического ожидания случайной величины, дисперсии, а также общие статистические термины и термины, относящиеся к наблюдениям. Необходим для правильного использования терминологии.

ГОСТ Р 50779.11-2000 (ISO 3534.2-93) Статистическое управление качеством. Термины и определения. Даны определения процессов, управления качеством, общих терминов статистики и управления качеством, терминов, относящихся к выборкам и статистическому приемочному контролю, а также терминов, относящихся к показателям процессов. Необходим для правильного использования терминологии.

ГОСТ Р 50779.21-96 Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным. Часть 1: Нормальное распределение. Содержит описание нормального закона распределения случайной величины, правил проверки на соответствие исходных данных закону. Описывает одну из основополагающих методик расчета: очень часто на практике пользуются понятием «среднее значение», не проверив на соответствие нормальному закону. В результате могут получаться абсурдные данные – в качестве примера часто приводят «среднюю температуру по больнице, включая морг»: в среднем получается 36,6°С. На транспорте часто некорректно пользуются понятиями "средняя скорость", "масса поезда", "нагрузка на ось" и многими другими. Отсутствие проверки на нормальный закон распределения приводит к необоснованным выводам.

ГОСТ Р 50779.22-2005 Статистическое представление данных. Точечная оценка и доверительный интервал для среднего. Позволяет оценить исходные статистические данные, их соответствие нормальному закону распределения случайной величины. Является дополнением к ГОСТ Р 50779.21.

ГОСТ Р 50779.23-2005 Статистическое представление данных. Сравнение двух средних в парных наблюдениях. Позволяет оценить значимость отличий новых наблюдений от предыдущих. Метод очень важен для оценки эффективности инновационных мероприятий путем сравнения значений контролируемого параметра до и после проведения мероприятий. Является одним из основных методов в доказательной медицине.

ГОСТ Р 50779.40-96 Статистические методы. Контрольные карты. Общее руководство и введение. Позволяет контролировать соответствие наблюдаемого параметра заданию (контрольным границам). Удобен для оперативного контроля качества процесса.

ГОСТ Р 50779.42-99 Статистические методы. Контрольные карты Шухарта. Описывает математические методы управления, предложенные У.Шухартом. Является продолжением ГОСТ Р 50779.40.

ГОСТ Р 50779.44-2001 Показатели возможностей процессов. Основные методы расчета. Позволяет контролировать качество процессов. Является продолжением методологии карт У.Шухарта.