Основные понятия и терминология технической диагностики

   Заключительной  фазой разработка формальной системы диагностирования является составление диагностической таблицы (матрицы) — таблицы неисправностей с решающими правилами. Неформальная система распознавании оформляется в виде представления знания для диагностирования правилами и логическими выводами типа «если, то» описывается я виде таблиц неисправностей.

   Способы реализация системы уже предусматриваются на стадии выбора диагностических параметров: определяется возможность их измерения и подбираются для этой цели средства диагностирования.. Таблица неисправностей с решающими правилами используются при создании систем диагностирования  программно на базе ПЭВМ. При этом ввод данных может быть «ручной», через переносной «сборщик» или стационарный интерфейс.

   Система диагностирования может быть реализована  для оценки состояния СТС в целом или его элементов, либо для определения одного пара метра и установления, конкретных неисправностей.

   Диагностические параметры. Образование диагностических параметров производится из параметров, описывающих объект диагностирования: входных, выходных , и внутренних. Диагностические параметры могут быть прямые, непосредственно отражающие внутренние (структурные) параметры СТС, -или косвенные, отражающие связь между внутренним и выходным параметрами.

   Входные параметры —  внешние условия и управляющие воздействия (положение органов управления, характер подачи топлива, рабочих и вспомогательных сред).

   Выходные  параметры (реакции) —параметры,, локализующие поведение объекта (характеризующие основные заданные функции СТС—мощность, частоту вращения, подачу); характеризующие выход различных сред (выпускные газы, охлаждающая вода, масло, конденсат и т. д.). К ним относятся также параметры физических полей, возникающих вокруг (на поверхности) объекта диагностирования - вибрационные, тепловые, магнитные, акустическая эмиссия и др.

   Внутренние  параметры — параметры, определяющие структуру объекта и характеризующие рабочие процессы, происходящие внутри его. К структурным параметрам относятся размеры деталей объекта, зазоры, сплошность и др. К параметрам рабочих процессор относятся также параметры, описывающие физические и химические процессы, происходящие внутри СТС.

   Влияние входных параметров при определении  технического состояния СТС должно быть исключено посредством приведения выходных и внутренних параметров к стандартным условиям.

   Выбор параметров производится одновременно с построением моделей. При этом решаются вопросы возможности измерения  и чувствительности параметров. При образовании диагностических параметров используются либо абсолютные значения параметров СТС. либо, что чаше, отклонение от эталонных значений. За последние принимаются параметры, определенные при исходном ТС СТС. Разновидностью отклонений от эталонных значений является «степень расслоения» характеристик описывающих объект диагностирования. При изменении технического состояния СТС -появляется его новая характеристика — характеристика СТС как бы «расслаивается». При использовании метода «расслоения характеристик» для диагностирования характеристики узлов должны быть сняты в составе СТС.

   Предельные значения диагностических параметров устанавливаются двумя способами: проведением планируемых экспериментов для установления связи между предельными значениями структурного и косвенного диагностического параметра или по статистической обработке результатов замеров диагностических параметров соответствующих определенным категориям (классам) технического состояния.

   Чувствительность  диагностического параметра — это  отношение относительного отклонения диагностического параметра к отклонению структурного параметра.

   Словарь неисправностей и диагностические модели. Словарь возможных неисправностей для каждого объекта диагностирования составляется на основе опыта эксплуатации, заводских инструкций и данных по надежности (частота проявления данной неисправности, наработка на отказ) объекта диагностирования. Словари неисправностей для конкретных СТС включены в -виде перечня неисправностей в диагностические таблицы.

   Диагностические модели составляют для каждой неисправности в виде формализованного описания неисправности различными диагностическими признаками на основе опыта эксплуатации, специальных испытаний или математических моделей. Минимизация числа признаков данной неисправности зависит от принятого метода их выбора. Так, метод характеристик уже сам по себе дает минимизацию количества измерений газодинамических параметров. Минимизация числа признаков группы неисправностей, используемых для оценки состояния узла или системы, возможна путем применения сочетания признаков. Например, если элемент СТС имеет 25 возможных неисправностей, то при описании каждой неисправности одним диагностическим параметром таких параметров должно быть 25, при сочетании из двух параметров — уже 8, из трех — 7. Однозначность диагноза обеспечивается введением дополнительных признаков, если ряд неисправностей описывается одинаковыми параметрами. В ряде случаев не удается получить однозначность, но это может и не требоваться, так: как наличие той или другой неисправности говорит об отказе элемента.

   При составлении  диагностической модели следует  учитывать схемы возникновения  отказов: мгновенное повреждение, накопление изменений {постепенное накопление, вызывающее в какой-то момент мгновенное повреждение — релаксацию). Мгновенное повреждение, как правило, связано с мгновенным изменением условий эксплуатации, приводящим к повреждению СТС. Часто релаксацию (и даже постепенное накопление повреждений) обслуживающий персонал воспринимает как мгновенное повреждение в связи с тем, что признаки ее не были обнаружены.

   Особым  видом диагностической модели являются модели наработки (ресурса). Ресурс СТС назначается из определенного вида нагрузок и их продолжительности, а также определенного числа пусков.

   Методы  распознавания. В практике диагностирования используют статистические, метрические и логические методы.

   Статистические (вероятностные) методы для диагностирования СТС распространения не получили.

   Метрические методы сводятся к оценке расстояния между точкой, отражающей фактическое состояние, и точкой, соответствующей эталонному состоянию, в n-мерном пространстве признаков. Здесь, чем ближе расстояние между точками—тем больше вероятность отнесения состояния к эталонному (к параметрам, характеризующим границу состояния).

   Логические  методы основаны на алгебре логики. Для каждого диагностического признака даются пределы их отклонений, соответствующие значениям истинности «0» или «1» для данного диагноза либо в виде пределов параметров, либо в виде качественных характеристик как элементарные высказывания «Да» или «Нет». В этом случае используются пределы параметров соответственно для III и II - I категорий состояний. Решающее правило заключается в перемножении значений истинности: П = П₁П₂...П_n.

   Диагноз D считается установленным, когда для него произведение П равно 1.

   Разделение  областей (категорий) ТС основано на использовании норм ТС (пределов диагностических параметров), характеризующих категории состояния.

   Каждая  область состояния отделяется одна от другой разделяющим слоем, толщина которого должна быть в пределах точности определения параметра. В связи с тем что при нормировании состояния разделяющий слой задается линией, то ее проводят по верхней границе разделяющего слоя.

   Таблица неисправностей. Таблица неисправностей является конечным результатом математического описания СТС как объекта диагностирования и представляет соединение собственно таблицы неисправностей и решающих правил.

   Таблица неисправностей включает по вертикали (слева) перечень неисправностей, по горизонтали — диагностические признаки, справа (по вертикали) даются решающие правила.

   Описание  неисправности осуществляется комплексом параметров, которые представлены в пустых клетках (не заштрихованы) на пересечении горизонтальных строк и вертикальных столбцов. В этих клетках проставляются значения параметров в символах алгебры логики «1» или «0» в зависимости от конкретных определений параметров, согласно нормам, приведенным в верхней части таблицы.

   Таблицу неисправностей обслуживающий персонал может использовать как метод  -«диагностического мышления» -для оценки состояния СТС и поиска конкретных неисправностей.

   Экспертные  системы диагностирования. Экспертные системы, моделируя человеческое мышление и обобщая знания экспертов, позволяют строить большие диагностические системы на базе ЭВМ. Знания в экспертных системах диагностирования представляются правилами и логическими выводами, оформленными в виде «деревьев».

   Получение знаний рекомендуется начинать с  составления таблицы неисправностей и определения диагностических  параметров, присутствующих в описании нескольких неисправностей. Система  строится в ключе ЕСЛИ, И/ИЛИ, ТОГДА. 

ЛЕКЦИЯ 2

ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ  СТС

   Виды  моделей.  Моделью, называется объект любой природы, который способен замещать исследуемый объект так, что его изучение дает новую информацию об этом объекте. Математические модели объекта описывают математической символикой связи параметров входных, выходных и внутренних (структурных и рабочих процессов) в различных сочетаниях.

   Математические  модели СТС классифицируют по виду описываемых физических процессов, происходящих в СТС, по способам их построения и представления.

   Модели  СТС, описывающие физические процессы: функциональные модели, модели физических полей и структурные модели.

   Функциональные  модели подразделяются на модели выходных характеристик СТС в целом и его элементов и модели рабочих процессов. Под моделями физических полей понимается возникновение вокруг и на поверхности СТС или его элементов определенных физических полей, определяющих происходящие внутри СТС рабочие процессы и структурные изменения. Строго говоря, их можно было бы не выделять, а отнести к классу функциональных или структурных моделей. Структурные модели — модели, описывающие внутреннюю структуру объекта (модели связи структурных параметров) и происходящие в этой структуре физические и химические процессы (модели структурных изменений). К структурным моделям относятся модели износа и коррозии, а также конструктивные модели, связывающие геометрические параметры систем. По способу построения модели классифицируются на аналитические и идентификации.

   Аналитические модели основаны на рассмотрении теории рабочих процессов СТС. Модели идентификация строятся на основе изучения реакции объекта на внешние воздействия и основаны на пассивном (неорганизованном) или планируемом эксперименте. Применяются для объектов, не поддающихся сравнительно простым аналитическим расчетам.

   Способы представления моделей — в  виде взаимосвязи параметров (как  набора характеристики), представленных уравнениями, графиками или таблицами (в том числе таблицами влияний).

   Построение  аналитических моделей. Аналитические модели (характеристики) большинства СТС, таких, как турбомашины различного назначения, насосы, теплообменники, дизели, основаны на закономерностях термогазодинамики и гидравлики, т.е. теории этих объектов.

   Построение  характеристик с использованием теории подобия позволяет уменьшить число переменных благодаря введению критериев подобия. Этим также достигается универсальность применения характеристик.

   Характеристики  теплообменных аппаратов базируются на зависимостях теплообмена, расходных параметров и гидравлических сопротивлений. Виды характеристик теплообменников приведены в соответствующих разделах справочника применительно к конкретным СТС.

   Характеристики  совместной работы узлов СТС характеризуются линией рабочих режимов на характеристике одного узла параметрами другого узла. Например, характеристики совместной работы узлов чувствительны к изменению состояния СТС в эксплуатации, поэтому используются в диагностике. Протекание характеристик совместной работы узлов СТС зависит от принятого закона регулирования.

   Под выходными  характеристиками СТС понимается взаимосвязь  параметров, характеризующих назначение СТС. Например, для энергетической установки: взаимосвязь мощности (момента), расхода  топлива, частоты вращения и нагрузки. Выходные характеристики для универсальности использования приводятся к стандартным условиям.

   Разновидностью  выходных характеристик энергетических установок являются так называемые внешние характеристики — зависимости мощности и момента от частоты вращения. «Расслоение» этих характеристик используется как обобщенный, диагностический параметр.

   Построение  моделей СТС методом  малых отклонений заключается в получении диагностической матрицы на основе линейных математических моделей объекта, которая позволяет по ограниченному числу измеряемых параметров определить неизмеряемые параметры, которые, в свою очередь, являются диагностическими, характеризующими ту или иную неисправность. При этом производится согласование всех измеренных параметров, повышающих точность измерения.