книги из ГПНТБ / Уманский А.И. Обнаружение неисправностей в сложных электротехнических системах учебное пособие

50

ПL

Иногда при сравнительной оценке различных способов лока­ лизации неисправностей полезно воспользоваться таким 1фитерием, как максимальное количество проверок, потребное для обнаружения любого неисправного элемента в диагностируемой системе.

Для рассматриваемого способа этот критерий будет иметь следующий вид:

относительно несложных системах с небольшим количеством эле­ ментов. Принимая решение о применении этого способа, необходи­ мо учитывать следующее:

-существуют значительные трудности в поэлементном контро­ ле резервированных систем.

Так, чтобы проверить состояние двух однотипных параллельно включенных элементов (резисторов, конденсаторов и др.) посред­ ством измерения их реакции, необходимо разомкнуть одну из па­ раллельных цепей;

-даже в относительно несложных релейно-контактных систе­ мах максимальное число поэлементных проверок только на функцио­ нирование, которое необходимо выполнить с целью поиска отказав­ шего реле, достигает внушительного значения, определяемого по формуле

51

мостью технологических выводов от каждого элемента системы. При большом количестве элементов в системе обеспечение элек­ трического доступа к ним может привести к недопустимому сниже­ нию надежности системы и друтах ее эксплуатационных свойств.

2 .6 . Способ Функциональных г р у п п

Основной смысл способа функциональных групп заключается в том, что определение отказавших элементов в диагностируемой

системе производится путем контроля состояния целых групп эле­ ментов. Признаком таких групп элементов является наличие хо­ тя бы одного свойства, присущего группе в целом, которое было бы функцией основных свойств всех элементов, составляющих дан­

ную группу. В отличие от цростой совокупности элементов указан­ ные группы называются функциональными. Селекция таких групп может быть обеспечена, как за счет выбора определенных конт­ рольных точек, так и за счет подбора различного рода воздейст­ вий, подаваемых на вход всей системы (аналогично тому, как это было изложено в § 2.3).

В основе этого способа лежит информационная способность обобщенных параметров системы (отдельных ее частей), которая обусловлена связью последних с параметрами отдельных элементов. Ранее уже отмечалось, что эта связь может быть выражена по­ средством следующих функций:

возможность взаимокомпенсации отклонений значения отдельных

пу, также имеют допустимые значения, т .е . все эти элементы исправны.

52

Приведенное утверждение может быть интерпретировано анали­ тическим посредством функции алгебры логики, где в качестве бу­ левых переменных берутся параметры элементов. Любому из этих параметров приписывается единица в том случае, когда его зна­ чение находится в заданных пределах. В противном случае пара­ метру приписывается значение, равное нулю. Сама функция пред­ ставляет собой конъюнкцию аргументов, т .е . она принимает зна­ чение единицы только в том случае, когда все ее аргументы так­ же принимают это значение. Записывается эта функция следующим образом:

Надо отметить, что аппарат алгебры логики, как увидим ни­ же, в теории технической диагностики нашел довольно широкое при­ менение.

Приведем пример, на котором покажем реализацию одной из разновидностей способа функциональных групп. Пусть диагности­ руемая система состоит из N элементов, а вероятность отказа одновременно двух и более элементов близка к нулю.

Неисправный элемент такой системы может быть определен путем поочередной замены ее элементов с последующей проверкой состояния всей системы (функциональной группы элементов).

Изымаемые элементы должны заменяться заведомо исправными, взятыми из ЗИПа. После каждой замены производится контроль ис­ правности системы. Если окажется, что система исправна, то де­ лается вывод об отказе соответствующего элемента. Указанный способ будет эффективным в том случае, если элементы системы легкосъемные и состояние системы легко проверяется встроенны­ ми приборами контроля.

2.7. Последовательный способ

Любой процесс по обнаружению отказавших элементов харак­ теризуется определенным порядком чередования выполняемых в хо­ де этого процесса проверок и анализа их результатов.

В рассматриваемых нами системах реализация какой-либо про­ верки связана с выполнением операций измерения и контроля. Из­ мерение при этом понимается как получение информации в виде численного соотношения между измеряемой величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу, а контроль - как получение

53

информации в виде высказываний о соответствии измеряемого па­ раметра (величины) предъявляемым требованиям. .

Целью анализа результатов проверок является определение состояния диагностируемой системы или отдельных ее частей и принятие решения о дальнейшем ходе реализуемого процесса..

Последовательный способ локализации неисправностей преду­ сматривает такой порядок чередования проверок и анализа их ре­ зультатов, при котором обработка и анализ результатов проверок производится каждый раз непосредственно после их выполнения.

Схема, отражающая сущность рассматриваемого способа лока­ лизации неисправности, представлена на рис.2 .7 .1 .

Особенностью процессов, реализующих последовательный спо­ соб, является их поисковый характер. Продолжительность таких .

.процессов, как известно, носит случайный характер, так как по­ следние заканчиваются в случайные моменты времени по мере об­ наружения в диагностируемой системе отказавших элементов.

Теоретически последовательный способ может быть обоснован с п о з и ц и и теории информации. При этом полезно принять следую­ щие допущения, которые позволяют значительно упростить решение целого ряда задач, связанных с црактической реализацией рас­ сматриваемого способа:

-отказы, возникающие в системе, являются событиями неза­ висимыми;

-одновременно в системе может иметь место только один

отказ;

-состояние системы или отдельных ее элементов определяет­ ся по значению только одного параметра;

54

- проверяемые параметры могут иметь только два дискрет­ ных значения (норма или нет нормы).

В теории информации рассматриваются такие опыты (ситуа­ ции), когда появление того или иного исхода (события) одного опыта изменяет вероятности исходов другого опыта. Такие опыты называются статистически зависимыми. Количество информации яв­ ляется мерой, определяющей степень этой зависимости. Чем бо­ лее тесной является зависимость между опытами, тем большее количество информации об одном из них можно получить наблюдая исходы второго опыта. Количество информации обращается в нуль, если опыты совершенно независимы, и становится максимальным, когда между исходами рассматриваемых опытов существует одно­ значная функциональная зависимость.

Применительно к процессам локализации неисправностей изло­ женное выше можно трактовать следующим образом. В качестве ос­ новного опыта, который может иметь N исходов, выступает про­ цесс по определению в системе отказавшего элемента.

Энтропию основного опыта можно принять в качестве меры не­ определенности состояния диагностируемой системы.

Отдельные проверки параметров системы, которые могут иметь только два исхода (норма или нет нормы) являются частными опы­ тами. Так как характер исхода частных опытов влияет на вероят­ ность исходов основного опыта, то эти опыты являются зависи­ мыми.

До начала проверок диагностируемая система характеризует­ ся начальной (безусловной) энтропией, выражение для которой имеет следующий вид:

Для определения вероятности отдельных состояний системы могут быть использованы априорные вероятности отказов ее эле­ ментов, т .е .

(7.2)

P(s; ) =

57

можно выполнить девять различных проверок. В целях упрощения предположим, что в системе одновременно может отказать только один элемент. Это означает, что система может находиться в одном из пяти состояний, содержащихся в нижеприведенной матри­ це состояний.

В матрице состояний каждое состояние системы обозначается

сти от ее исхода системе можно приписать одно из двух инфор­ мационных состояний. Каждое информационное состояние может быть обозначено комбинацией из пяти (по числу элементов в системе) знаков. Для обозначения информационного состояния элементов системы употребляется три вида знаков:

I - элемент исправен; О - элемент неисправен;

X - состояние элемента не установлено.

На рис.2 .7 .2 приведена схема поиска отказавшего элемента в рассматриваемой системе последовательным способом. Начальное информационное состояние системы обозначено XXXIX, так как все ее элементы относятся к непроверенным. Первая проверка, преду­ смотренная данной схемой ( Tlg - 00110), выявляет состояние

элементов е3 и . бет результат этой проверки положительный,

58

состояние системы будет иметь такое обозначение: IIXXI. Оче­ редная проверка должна выбираться из возможных ( записанных в

Рис.2 .7 .2

Если же система окажется в состоянии IIXXI, то следующей про­ веркой может быть 00100 ( зи3 ). Аналогачным образом могут быть получены все конечные (указанные в матрице) состояния диагно­ стируемой системы.

2 .8 . Комбинационный способ

Суть комбинационного способа локализации неисправностей состоит в том, что обнаружение любого неисправного элемента системы осуществляется на основе логического анализа, который проводится после выполнения всей программы (комбинации) прове­ рок. Каждая проверка при этом устанавливает состояние одной какой-либо части диагностируемой системы.

Так как рассматриваемый способ предусматривает проведение стандартного набора проверок вне зависимости от фактического

59

состояния системы, то процесс локализации неисправностей, ко­ торый реализует этот способ, будучи некритичным в отношении очередности выполнения отдельных проверок, является процессом с фиксированным моментом его окончания.

Процессы локализации неисправностей, реализующие комбина­ ционный способ, по существу являются процессами распознавания состояния системы по совокупности признаков - исходов стандарт­ ного набора проверок.

Задача распознавания образов, как известно [1б], может быть сформулирована в следующем виде: статистическими или де­ терминированными методами распознать конечное количество клас­ сов (образов), характеризующихся конечным числом признаков.

В случае применения статистической модели распознавания должны быть априорно заданы вероятности классов и распределе­ ния вероятностей значений признаков.

Рассмотрим в упрощенном виде, как модель распознавания об­ разов может быть интерпретирована с целью решения задач техни­ ческой диагностики. Множество неисправных состояний, в которых может находиться система, соответствует конечному множеству распознаваемых классов, а результаты проводимых проверок - признакам, характеризующим эти классы.

Проблемой практического применения детерминированной моде­ ли является отыскание признаков, позволяющих однозначно раз­ личать распознаваемые состояния диагностируемой системы. Ис­ пользование не только детерминированных, но и случайных призна­ ков позволяет резко увеличить число распознаваемых состояний. Однако основой использования статистической модели, которая наи­

Каждому состоянию соответствует отказ одного или нескольких

элементов. Вели система состоит из N элементов, то

Л т