Основные понятия и терминология технической диагностики

   Состояние судового оборудования характеризует  совокупность диагностических показателей, т. е. можно говорить о векторе состояний, компонентами которого будут диагностические показатели. При этом условие работоспособности задают в пространстве диагностических показателей областью работоспособности, исходя из следующих предположений:

   определен вектор состояний судового оборудования, т. е. совокупность диагностических  показателей;

   существует  номинальный вектор состояний;

   отклонения  вектора состояний (его компонент) от номинального допускаются только в определенных пределах;

   допустимые  отклонения компонент вектора состояний (диагностических показателей) определяют область работоспособности судового оборудования.

   В состав судового оборудования входят как непрерывные, так и дискретные объекты, условия работоспособности которых формулируют по-разному.

   Условия работоспособности непрерывных  объектов задают неравенствами, которые  ограничивают с одной или с  двух сторон значения диагностических  показателей:

   ξ_i > ξ_iН; ξ_i < ξ_iВ

   или                                                                      (10.1)

   ξ_iН ≤ ξ_i ≤ ξ_iВ, i = ,

где ξ_i — текущее значение; ξ_iН и ξ_iВ — нижнее и верхнее допустимые значения диагностических показателей.

   При этом вектор состояния судового оборудования имеет следующий вид: Ξ = (ξ₁, ξ₂,..., ξ_k). Компоненты вектора состояний можно рассматривать как показатели, определяющие форму характеристики, так и физические параметры.

   Задачу  определения работоспособности  непрерывных объектов сводят к проверке неравенств (10.1). Если хотя бы одно из неравенств не выполнено, объект признают неработоспособным.

   Если  в качестве диагностических показателей  рассматривают характеристики судового оборудования у = f (х), где х и у — входная и выходная переменные, то условия работоспособности определяют степенью отклонения текущей характеристики объекта от номинальной

   ,                     (10.2)

   где φ(х) и f(х) — текущая и номинальная характеристики; p>0 — фиксированный параметр.

   В частном  случае, когда р =∞,

   ,                               (10.3)

   т. е. оценивают  наибольшее отклонение характеристик. Тогда условия работоспособности  будут  или , где ε — допустимое отклонение.

   Если  характеристики оценивают по точкам (рис. 10.1), то задают области допустимых отклонений для ограниченной совокупности точек на рабочем участке характеристики х (а, b), а условия работоспособности— в виде неравенств , i = 0, 1, ... , п. Если неравенства справедливы для всей совокупности рассматриваемых точек характеристики, то объект признают работоспособным.

   

   Рисунок 10.1 Оценка характеристики по точкам 

   Дискретный  объект при определении его работоспособности  рассматривают как преобразователь  вектора входных воздействий  X = (х₁, х₂, ... , х_n) в выходной вектор Y = (у₁ у₂, ... , у_т), где x_i и у_i — значения сигналов на соответствующих входе и выходе; п и т — числа входов и выходов объекта. (При этом в комбинационном объекте — объекте без элементов памяти — выходной вектор зависит только от вектора входных воздействий.) Поскольку каждому входному вектору X_k соответствует определенный выходной Y_k, условием работоспособности дискретного объекта будет соответствие всех возможных входных векторов X_k выходным Y_k (k = ).

   При функциональном диагностировании величина N равна числу входных векторов (рабочих воздействий), а при тестовом N определяют, исходя из условия обеспечения срабатывания всех элементов в объекте. В связи с этим при функциональном диагностировании необходимо выбрать моменты времени, когда следует проверять условие работоспособности, т. е. определять соответствие между входным И выходным векторами, сравнивая выходной вектор с эталонным. При тестовом диагностировании для проверки условий работоспособности необходимо построить минимальную входную последовательность векторов, обеспечивающую оценку состояния всех элементов объекта. 

Степень работоспособности

   Обычно  допускают некоторый разброс  параметров и характеристик технических  объектов. Это объясняется, с одной  стороны, неточностью изготовления элементов, с другой — самой постановкой  задачи, поскольку на практике оказывается  допустимой некоторая неточность в  выполнении рабочих функций. Для  проверяемых показателей (параметров и характеристик) устанавливают  опытом или расчетом эксплуатационные допуски. Таким образом вводят понятие области работоспособности и рассмотрение подмножества работоспособных состояний S₁. Однако не все состояния в подмножестве S₁ равноценны. Можно предположить, что чем дальше состояние s_i от границ области работоспособности, тем меньше вероятность того, что объект потеряет работоспособность в ближайшее время. Удаление значения показателя от границы области работоспособности как бы увеличивает запас работоспособности или повышает степень работоспособности объекта. Наоборот, приближение значения диагностического показателя к границе этой области уменьшает запас и снижает степень работоспособности объекта.

   Для определения  степени работоспособности область  работоспособности разбивают на ряд подобластей и задают следующие  условия:

   ξ_{i N} - Δξ_ij ≤ ξ_i ≤ ξ_{i N} + Δξ_ij

   или                      ,                                              (10.4)

   ξ_i > ξ_ijН; ξ_i < ξ_ijВ

где индекс j характеризует степень работоспособности.

   Чтобы ввести понятие степени работоспособности, необходимо дать количественную оценку. Подобную оценку произвести достаточно просто для объекта, состояние которого определяет один диагностический показатель, введя величину, изменяющуюся от 0 до 1,

   C_i(t, R) = |ξ_i(t, R) - ξ_iГ|/Δξ_i                      (10.5)

где Δξ_i — половина допуска на i-й показатель; ξ_i(t, R) и ξ_iГ — текущее и граничное допустимые значения; R — режим работы объекта; t — время.

   Несколько сложнее оценить степень работоспособности  объекта, состояние которого определяет вектор Ξ = (ξ₁, ξ₂,..., ξ_n). Для решения этой задачи сопоставим вектор Ξ = (ξ₁, ξ₂,..., ξ_n)и число М (Ξ) таким образом, чтобы:

   1) М (Ξ) >0 и возрастало до ∞ при Ξ → Ξ_г = (ξ_1Г, ξ_2Г,..., ξ_nГ), где Ξ_г —граничный вектор;

   2) М (Ξ) →∞, если хотя бы один компонент ξ → ξ_г;

   3) более весомый компонент, входящий в Ξ, сильнее влиял на величину М (Ξ).

   Рассмотрим  произвольное число N(Ξ), такое, что 

   где р ≥ 1 — произвольное число. В частных случаях при р = 1 

   при р=2 

   Построим  произведение 

(10.5)

   где q_i — произвольное число, выбираемое с учетом удовлетворения второго и третьего условий.

   Величина

   M(Ξ) = N(Ξ)/[Z(Ξ)]^α,

   где α >0 — произвольное число, характеризующее скорость возрастания М (Ξ) к ∞.

   Если  р = 1, q_i = (n—1)^-1, q_i > α < 1, то

                (10.6)

   Это выражение  обладает тем свойством, что при  ξ → ξ_г порядок числителя при стремлении к нулю ниже, чем порядок знаменателя, и М (Ξ) будет стремиться к ∞.

   Если  в качестве Ξ_г выбрать вектор, характеризующий совокупность определенных недопустимых значений ξ_iГ диагностических показателей ξ_i и условием потери работоспособности объекта считать достижение хотя бы одним (любым) из диагностических показателей значения ξ_iГ, то величину

   H(Ξ) = 1/М(Ξ)                                    (10.7)

можно использовать для оценки степени работоспособности  объекта, которая при изменении  диагностических показателей будет  изменяться от H_max до 0 (при ξ = ξ_iГ).

   В качестве весовых коэффициентов. а_i при определении степени работоспособности объекта в зависимости от его особенностей или анализируемой диагностической модели можно использовать различные показатели, получаемые расчетным или эмпирическим способами (чувствительности ξ_i к изменениям, происходящим в объекте, показатели надежности и др.). 

   ЛЕКЦИЯ 11

   Система диагностирования.

   1.1 Системы вибродиагностики

   Ресурс  большинства судовых электрических  машин, особенно асинхронных двигателей, определяется в основном ресурсом подшипников  качения (ПК) и обмотки статора. Разработка методов и средств диагностики  ПК без разборки механизма, обеспечивающих высокую достоверность диагноза и прогноз их технического состояния, позволила бы перейти от регламентного  обслуживания машин к обслуживанию по техническому состоянию, значительно  увеличив срок эксплуатации машин между  ремонтами. Достаточно эффективных  и экономически оправданных методов  диагностики ПК, не использующих сигнал вибрации, в настоящее время нет. В то же время дефекты изготовления деталей ПК, дефекты сборки подшипникового узла и износ поверхностей качения  проявляются в сигнале вибрации различным образом, поэтому общих  диагностических признаков и  параметров, одинаково чувствительных ко всем видам дефектов, также не существует. Для вибродиагностики ПК должен быть определен комплекс признаков, позволяющий обнаруживать и разделять в начальной стадии развития все виды дефектов, оказывающих влияние на ресурс ПК. Тогда можно обеспечивать не только диагноз технического состояния ПК, но и его достоверный прогноз. В течение 15 лет на судах в соответствии с рекомендациями специалистов Центрального научно-исследовательского института морского флота успешно применяют следующие приборы фирмы SPM Instrument: измеритель ударных импульсов 43А обнаруживает повреждение поверхности, плохой монтаж, работу без смазки и другие неисправности ПК; анализатор подшипников ВЕА-52, управляемый микропроцессором точный прибор, измеряет повреждение подшипника, состояние смазки и толщину масляной пленки между элементом качения и дорожкой; анализатор подшипников BAS-10 имеет схожие функции измерения, а также сохраняет маршруты измерений и считанную информацию в картридже памяти, имеет графический дисплей и может подсоединяться напрямую с компьютером; система непрерывного контроля 32 обеспечивает сигнализацию при повреждении ПК на заданных уровнях ударных импульсов, зажигая лампы на панели блока сигнализации от 2 до 50 каналов; BMS - управляемая компьютером полностью автоматизированная система для детального анализа состояния, измеряющая как толщину масляной пленки, так и повреждение поверхности; программное обеспечение фирмы SPM сохраняет и оценивает замеры ПК от систем 32 и BMS или от ВЕА-52. Записанные на компьютере программы создают перечни тревог, графические изображения, распечатанный порядок проведения работ и т.д.; виброметр 1ВЛ0 - прочный, портативный инструмент для периодических измерений общего уровня вибрации для обнаружения ослабление крепления, износа и неуравновешенности машин вращения; VIB-20 - устройство наблюдения за вибрацией для постоянного обслуживания машины с проблемами вибрации. VIB-20 имеет два настраиваемых уровня сигнализации и выходной аналоговый сигнал. Он измеряет жесткость вибрации согласно ИСО 2954; датчики вибрации могут даже присоединяться к блоку сигнализации системы 32. Блоки измерения управляемой компьютером системы BMS могут также быть оборудованы аналоговыми входными каналами по вибрации и другим сигналам; тахометр ТАС-10 имеет три функции: неконтактное измерение частоты вращения на расстоянии до 1 метра и контактное измерение окружной скорости и частоты вращения; детектор утечек LDE-10 показывает внешние и внутренние утечки в системах под давлением, определяя ультразвук. В сочетании с генератором ультразвука он используется для проверки плотности цистерн, контейнеров, автомобилей и т.д.; электронный стетоскоп ELS-12 представляет собой чувствительное устройство прослушивания, используемое для локализации всех видов шума машины. Он оборудован регулятором громкости и щупами различной длины; тестер электрических двигателей ЕМС-11 определяет замкнутые и разомкнутые цепи или неисправности изоляции в электрических двигателях и других трехфазных машинах. Сопротивление обмотки и индуктивность измеряются без отсоединения питающих кабелей [93].