2869

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электрический железнодорожный транспорт»

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ

ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА (ЭПС)

Методические указания к выполнению расчетно-графической (контрольной) работы для студентов специальности 190303 «Электрический транспорт железных дорог» очной и заочной форм обучения

Составители: А.С. Тычков А.А. Булатов А.Н. Калякулин

Самара

2011

1

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Расчетно-графическая (контрольная) работа выполняется для усвоения теоретических знаний и их практического применения в части методов поиска неисправностей и принятия решений при диагностировании технического состояния узлов электроподвижного состава.

При выполнении работы необходимо придерживаться основных положений, представленных в Приложении А.

Задача № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО АЛГОРИТМА ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТИ СЛОЖНОГО НЕПРЕРЫВНОГО ОБЪЕКТА ДИАГНОСТИКИ

Внастоящее время при поиске неисправности сложных объектов в основном используются следующие малопроизводительные способы отыскания неисправностей:

по характерным признакам и поэлементной проверкой. Первый из них основан на составленных таблицах возможных дефектов и сопутствующих им признаков. Второй предусматривает последовательную проверку каждого из элементов, входящих в состав неисправного узла. Недостаток первого способа – отсутствие однозначной связи между признаками неисправности и возможными дефектами в объекте контроля, второго – большая трудоемкость. Общий недостаток обоих способов – значительная зависимость от квалификации и опыта исполнителя. Кроме того, оба метода практически невозможно подкрепить каким-либо методическим обеспечением для обучения и, таким образом, они практически непригодны для изучения технической диагностики. Поэтому в данном методическом пособии приведены методики изучения и практического применения диагностических приемов при поиске неисправностей, основанные на поэтапном поиске неисправностей.

Всхему поэтапного поиска неисправности входят следующие этапы:

1.Разработка структурной схемы объекта диагностики.

2.Построение логической функционально-диагностической модели (ФДМ).

3.Построение таблицы функций неисправностей (ТФН) объекта.

4.Определение функции предпочтения.

5.Определение оптимальной последовательности проверок.

6.Выдача результатов и рекомендаций.

В связи с тем, что этапы 1 и 6 являются конкретизирующими, привязанными к конкретному объекту диагностики, то для усвоения общих принципов оптимального поиска неисправностей, в данной работе они из рассмотрения исключены.

Одной из наиболее популярных моделей является логическая ФДМ. Для ее построения структура объекта диагностики (ОД) должна быть задана полностью и для

3

нее определены области допустимых значений входных и выходных параметров для всех его блоков.

ФДМ представляют в виде графа, вершинами которого являются функциональные блоки, и ребрами – связи между блоками, входными и выходными полюсами схемы.

Наиболее рационально искать неисправность последовательно на разных уровнях (агрегат, блок, модуль, каскад, деталь). Поэтому строят несколько ФДМ. Вначале для устройства в целом (с глубиной поиска до неисправного агрегата), а затем для каждого блока (с глубиной поиска до каскада или детали). Для каждой ФДМ строят свою программу поиска неисправности.

Правила построения логической ФДМ

Если вход или выход схемы характеризуется несколькими физическими параметрами (А, В, С), то каждый из этих параметров должен представляться отдельным входом и выходом на блоке ФДМ, т. е. происходит расщепление входа или выхода. Однако следует избегать расщепления входов и выходов и строить ФДМ, когда блоки имеют один выход и один вход и при этом имеют два состояния:

1 – все параметры в поле допуска; 0 – хотя бы один из параметров вышел за поле допуска.

Для получения логической модели каждый i-й блок исходной функциональной схемы (i = 1...N) заменяется блоком ФДМ, каждый из которых должен иметь один выход

и существенные для данного выхода входы. Если входы и выходы характеризуются одним физическим параметром (расщепление выхода не делают), то модель совпадает с исходной функциональной схемой (рис. 1).

Рис. 1. Обозначения внутренних связей

Логическая модель (ФДМ) называется правильной, если:

•для любой ее пары связанных между собой блоков (Qi,Qj) выход zi является входом xj и области допустимых значений совпадают;

•для любой пары блоков (Qi,Qj), имеющих входы xi и xj, которые характеризуются одним и тем же физическим параметром, выполняется условие совпадения областей допустимых значений их входов.

Таким образом, для правильной логической ФДМ символы внутренних входов (xi) заменяются на символы связанных с ними выходов предыдущих блоков.

Большинство исправных непрерывных объектов обладают тем свойством, что функция выхода F принимает значение «1» в том случае, когда значения входных

4

сигналов xi находятся в поле допуска, а функциональные блоки системы исправны, т. е. F можно представить в виде конъюнкции входных переменных и выходных сигналов zi в выделенных функциональных блоках:

для исправной системы.

Анализ логической ФДМ и построение таблицы функций неисправностей (ТФН) объекта диагностики

Число элементарных проверок (мощность множества Пi) для непрерывных ОД невелико и равно числу выделенных функциональных блоков логической ФДМ. Для дискретных объектов мощность множества Пi зависит как от числа блоков ФДМ, так и от числа возможных комбинаций входных наборов.

При использовании логической ФДМ эффективно обнаруживаются одиночные неисправности ОД. При кратных неисправностях использование ФДМ неэффективно. В то же время следует помнить, что вероятность появления одиночных неисправностей в ОД существенно выше вероятности появления кратных неисправностей.

ТФН представляет собой матрицу, число строк которой равно количеству контролируемых выходов xi(i = 1...n), а число столбцов – числу неисправных состояний

Sj (j = 1..n).

Заполняют ТФН на основе логического анализа ФДМ, а также физических процессов в объекте по принципиальной или функциональной схеме.

Если при неисправности в блоке Qj (состояние Sj) выход i-го блока Zi находится в норме, то на линии пересечения столбца Sj и строки Zi ставится «1». При этом в любой другой контрольной точке на выходах функциональных элементов, находящихся после неисправного элемента, параметр также имеет недопустимое значение, и на линии пересечения Sj со строками Zi, Zi+1,... ставится «0».

Полученную таким образом ТФН определенным образом обрабатывают с целью построения рационального алгоритма поиска неисправности. Например, для непрерывных ОД можно использовать простой алгоритм вычисления неких функций предпочтения Wi. В зависимости от поставленной задачи и наличия исходных данных функция предпочтения Wi может рассчитываться по следующим формулам:

1) при равновероятных технических состояниях и равных ценах элементарных

5

2) при разных вероятностях технических состояний и равных ценах элементарных проверок:

3) при разных вероятностях технических состояний и разных ценах проверки:

Вприведенных формулах: ∑0, ∑1 – число нулей и единиц в i-й строке; P(Si) – вероятность выхода i-го блока из строя; Ci – стоимость проверки i-го блока.

Вкачестве первого контролируемого блока выбирают блок, имеющий минимум функции предпочтения. Если данный блок исправен, то это указывает на возможную неисправность элементов, которым соответствует «0» в строке проверяемого блока. Если результат проверки положительный, т. е. «1», то возможная одиночная неисправность имеет место в блоках, которым соответствует «1» в строке контролируемого блока.

Таким образом, первая проверка разбивает все множество состояний ОД на два подмножества. Для этих подмножеств на базе исходных данных составляются свои ТФН

инаходятся функции предпочтения Wi, которые укажут на возможную вторую проверку. Каждая из вторых проверок разбивает свое подмножество на две части, одна из которых соответствует отрицательному результату, а другая – положительному. Так продолжается то тех пор, пока результат очередной проверки однозначно не укажет на неисправность того или иного блока.

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Для непрерывного ОД, содержащего 13 элементов (рис. 2) и заданного логической моделью, построить таблицу функций неисправностей и определить:

1.Значения функции предпочтения для проверяемых блоков и рациональные условные алгоритмы поиска неисправностей, если задано:

а) вероятности неисправного состояния элементов ОД P(Si) и значения стоимости на выполнение проверок элементов ОД Ci;

б) вероятности неисправного состояния элементов ОД P(Si);

в) информация о вероятностях неисправного состояния элементов ОД и стоимости их проверок отсутствует.

2.Для каждого рассчитанного алгоритма построить дерево поиска неисправности. Варианты исходных данных для построения диагностической модели и значений априорной вероятности неисправности и стоимости поиска каждого неисправного элемента приведены в таблицах 1 и 2.

6

Окончание табл. 2

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1.Выбор связей элементов модели по варианту задания производится путем исключения из всей совокупности возможных, аналогично тому, как показано в табл.1 для первого варианта (затененные ячейки). Исключение начинать с ячейки стоящей рядом с номером варианта и далее по диагонали вправо. Общее число связей между элементами модели должно быть равным 20.

2.При заполнении ТФН и построении деревьев поиска неисправности для каждого алгоритма использовать программу DIAGNOST. При работе с программой руководствоваться инструкцией, приведенной в Приложении Б. Допускается автоматическое заполнение ТФН в соответствии с опцией «Быстрое заполнение таблицы».

3.Расчет функций предпочтения для проверяемых блоков (строки в ТФН) осуществлять в соответствии с формулами (1), (2), (3) и исходными данными варианта.

4.После построения каждого дерева поиска неисправности сохранить результаты расчета в виде файла отчета (см. Приложение) с дальнейшей распечаткой на принтере.

5.В выводах отметить номера блоков (проверок) с минимальными функциями предпочтения, номера элементов, с которых рекомендуется начинать проверки и элементы, проверяемые в последнюю очередь. Кроме этого, сделать вывод о том, насколько существенно влияет априорная информация о вероятности выхода из строя элементов в объекте и стоимость обнаружения неисправного элемента.

8

Задача № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РЕСУРСА УЗЛА И УРОВНЯ ЗАТРАТ НА ЗАПАСНЫЕ ЧАСТИ

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.Определить теоретические затраты на запасные части Сзч(t) для данного узла по интервалам наработки.

2.Рассчитать оптимальный ресурс tр узла графическим и аналитическим способами.

3.Спрогнозировать расход на запасные части за период наработки до оптимального ресурса С Σзч (tр)и по интервалам наработки Сзч(t).

4.Произвести анализ изменения суммарных затрат на запасные части С Σзч (tр) при увеличении наработки узла по сравнению с оптимальным ресурсом на 10, 20, 30 и 50 %. Построить график изменения этих затрат.

В таблицах 3, 4 представлены исходные данные. Начальная стоимость узла и удельные фактические затраты на запасные части Сзч, (руб./тыс. км) по интервалам наработки (тыс.км) описываются уравнением

где взч – угловой коэффициент кривой затрат на запчасти, руб./ тыс. км; n – уровень надежности объекта.

Таблица 3

Значения удельных фактических затрат на запасные части по интервалам наработки

9

Таблица 4

Значения суммы коэффициентов (А+В+С) начальная стоимость узла

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Для поддержания объекта (узла), который имеет некоторую стоимость, в работоспособном состоянии необходимы затраты Cпн(t), связанные с приобретением запасных частей, с оплатой труда производственного персонала и материалов, а также с компенсацией простоев.

Можно записать:

где Спн(t) – удельные затраты, связанные с эксплуатацией узла в течение определенного интервала времени t;

Cтр(t) – удельные затраты, связанные с оплатой труда производственного персонала в течение той же наработки;

Cм(t) – удельные затраты на приобретение материалов при той же наработке; Cпрост(t) – удельные затраты, связанные с компенсацией простоев.

Преобразуем правую часть уравнения (6), разделив почленно, получим:

Соотношения: Стр(t) / Cзч(t); См(t) / Cзч(t); Спрост(t) / Cзч(t) обозначим соответственно А, В и С.

1. Для решения поставленных вопросов необходимо определить коэффициенты вЗЧ и п.

С этой целью аппроксимируем удельные затраты на запасные части и запишем это уравнение (5) в виде:

что, с учетом разбиения всей наработки на интервалы, тождественно уравнению:

10