4. Диагностика состояния сложных технических систем

4.1. Предмет, задачи и модели технической диагностики

4.1.1. Предмет технической диагностики

Объектами технической диагностики могут служить любые техниче­ские системы, если они удовлетворяют следующим условиям [1]:

1) 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 на части. Иногда под системой понимают не только техническое устройство, взятое изолированно, но и среду, в кото­рой оно функционирует, и обслуживающий персонал. Последние при этом 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 предъявляемым к ней требованиям, в частности требованию, чтобы все параметры системы, как основные, так и второсте­пенные, находились 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 работоспособной, так и отказавшей. Отказавшая система всегда неисправна.

Взаимоотношения приведенных понятий представлены на рис. 4.1: 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.

Рис. 4.1. Соотношение понятий «неисправность»

и «работоспособность»

Выделение в системе только двух возможных ее 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.

Специфика технической диагностики состоит в том, что она рас­сматривает и изучает не только задачи обнаружения неисправностей (за­дачи контроля), но и задачи поиска и локализации неисправностей (дефек­тов). Для технической диагностики важны формы проявления и методы поиска отказавших элементов.

Процедуры поиска отказавшего элемента могут иметь различный ха­рактер. Например, в зависимости от степени и характера участия человека можно выделить автоматизированный (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 (рис. 4.2). На рис. 4.2 приняты следующие обозначения: О – объект; Д – деятельность оператора (человека или устройства); П – выяв­ление причины отказа; ДС – диагностическая система; Ф – процесс ее функционирования.

Рис. 4.2. Деятельность человека при автоматической (а) и автоматизированной (неав­томатической) (б) 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 непосредственного продукта деятельности человека на приведенных схемах выступает либо диагностическая система, либо ин­формация о причине отказа.

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.