242

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ

4.1. Общая характеристика

технического диагностирования объектов

4.1.1.Основные понятия и определения технической диагностики

Используемые основные понятия и определения соответствуют ГОСТ 20911-89 (Техническая диагностика. Термины и определения).

Техническое диагностирование  это определение технического состояния объекта, результатом которого является заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины отказа. Применяемый в литературе термин “контроль технического состояния” характеризует определение вида технического состояния (исправности, неисправности, работоспособности, неработоспособности) объекта. В соответствии с этим техническое диагностирование, являющееся процессом определения технического состояния, может быть как законченным самостоятельным процессом с не установленными заранее значениями показателей его исправности или работоспособности, так и частью процесса прогнозирования технического состояния объекта. Поскольку для контроля и прогнозирования технического состояния объекта необходимо знание его фактического технического состояния, то эти процессы всегда содержат в своем составе техническое диагностирование.

Следует отметить, что термин “контроль” предполагает множество мероприятий, включая и организационно-технические, например, технический контроль на предприятии. Поэтому понятие “контроль технического состояния” объекта часто заменяется понятием “техническое диагностирование”. Конечным этапом диагностирования является получение технического диагноза  результата диагностирования.

При диагностировании следует различать рабочие воздействия, которые поступают на объект при его функционировании, и тестовые воздействия, которые подаются на объект только для диагностирования. В соответствии с этим различают рабочее и тестовое техническое диагностирование. Рабочее техническое диагностирование осуществляется во время функционирования объекта, на который поступают только рабочие воздействия. Тестовое техническое диагностирование осуществляется только при тестовых воздействиях.

Совокупность средств и объекта диагностирования и, при необходимости, исполнителей образует систему технического диагностирования (СТД). Составляющими СТД являются:

• объект технического диагностирования (ОТД)  изделие или его составные части, техническое состояние которых подлежит определению;

• средство технического диагностирования (СрТД)  совокупность измерительных приборов, средств коммутации и сопряжения с ОТД.

Система технического диагностирования работает в соответствии с алгоритмом технического диагностирования, который представляет собой совокупность предписаний о проведении работ. Алгоритм устанавливает состав и порядок проведения так называемых элементарных проверок объекта и правила анализа их результатов.

Элементарная проверка определяется рабочим или тестовым воздействием, поступающим или подаваемым на объект, а также составом признаков (параметров), образующих ответ объекта на соответствующее воздействие. Конкретные значения параметров, получаемые при диагностировании, являются результатами элементарных проверок или значениями ответов объекта.

С точки зрения общей теории управления и контроля система рабочего диагностирования является системой контроля, а систему тестового диагностирования можно рассматривать как систему управления, в которой управление осуществляется в соответствии с алгоритмом диагностирования.

4.1.2. Структура системы технического диагностирования

Развернутая структура системы технического диагностирования представлена на рис. 4.1. Первой операцией процесса диагностирования является выведение сигналов, параметры которых характеризуют состояние ОТД. Эта операция осуществляется с помощью датчиков 1. Информация через линии связи 2 транслируется в СрТД. Главной подсистемой СрТД является измерительное устройство 5, обеспечивающее заданную точность диагностирования. Поскольку измерительное устройство не может измерять все виды параметров сигналов (электрические, неэлектрические) без их предварительного преобразования, то составными элементами СрТД являются коммутаторы 3 и преобразователи 4. На выходе измерительного устройства 5 появляется информация о техническом состоянии объекта, которая может быть представлена оператору на индикатор 6 или автоматически обработана для дальнейшего использования. Важным элементом такой обработки является операция сравнения представленной информации с полем допусков 8 для вынесения решения о виде технического состояния объекта 9 (устройство сравнения 7). После принятия решения реализуются еще две операции - управление качеством объекта (устройство 10) и стимулирование (устройство 11).

Прогнозирующее устройство 12 позволяет определять состояние объекта в будущем посредством обработки информации о текущем и прошлом состояниях объекта.

4.1.3. Понятие об алгоритмах диагностирования

Алгоритм технического диагностирования устанавливает состав и порядок проведения элементарных проверок и правила анализа их результатов.

Различают безусловные и условные алгоритмы диагностирования.

Безусловные алгоритмы  это такие алгоритмы, порядок выполнения элементарных проверок в которых фиксирован заранее. В условных алгоритмах выбор очередных элементарных проверок определяется результатами предыдущих элементарных проверок. Если результат диагностирования составляется после выполнения всех элементарных проверок, предусмотренных алгоритмом, то последний называется алгоритмом с безусловной остановкой. Если же анализ результатов делается после выполнения каждой элементарной проверки, то соответствующий алгоритм является алгоритмом с условной остановкой.

Пример 4.1. Безусловный алгоритм проверки работоспособности логического элемента И (рис. 4.2). Входы элемента  X₁ и X₂, выход – Y. Обозначим низкие потенциалы на входах или выходе элемента цифрой 1, а высокие - цифрой 0. Пусть возможными отказами элемента являются обрывы входов и выхода, а также их замыкания на положительный полюс источника питания. Эти отказы эквивалентны появлению на входах или выходе элемента постоянных потенциалов 1 (при обрывах) или 0 (при замыканиях) и поэтому называются константными. При этих условиях проверку работоспособности элемента можно осуществить подачей на входы трех тестовых воздействий (входных наборов), указанных в столбцах Х₁ и Х₂ таблицы и измерением выходных значений, показанных в столбце Y таблицы.

	X1	X2	Y
1	0	1	0
2	1	0	0
3	1	1	1

Алгоритм проверки работоспособности состоит в подаче на входы элемента тестовых наборов из таблицы и в фиксации выходных значений. Пусть наборы подаются в порядке, указанном в таблице, и получаются соответствующие значения выходов 1, 0, 1. Эти значения не совпадают с работоспособными значениями 0, 0, 1, и поэтому элемент признается неработоспособным (оборван вход Х₁). Если решение о работоспособности элемента И принимается после получения всех значений выхода, то реализуется алгоритм с безусловной остановкой. Если сравнение фактических значений выхода с работоспособными производится по мере их получения, то алгоритм является алгоритмом с условной остановкой. В последнем случае решение о работоспособности элемента И будет получено уже после подачи первого входного набора.

Элемент считается работоспособным, если все полученные выходные значения совпадут с работоспособными значениями.

Безусловные алгоритмы более просты в реализации, но, как правило, требуют большего времени для распознавания технического состояния объекта.

Алгоритмы диагностирования, как и любые алгоритмы, представляются в виде граф-схем (ГСА), матричных схем (МСА) и логических схем (ЛСА).

Простейшей формой алгоритмов диагностирования являются древовидные графы (деревья), представляющие совокупность корневой вершины, вершин и дуг, их составляющих. Корневая вершина представляет собой множество всех рассматриваемых технических состояний, а остальные вершины  подмножества технических состояний, выделяемые в результате деления исходного множества и его подмножеств по результатам элементарных проверок, причем висячие вершины дерева (листья) являются подмножествами технических состояний, более детальное деление которых не требуется по условиям диагностирования. Исходящими из вершины дерева дугами изображают элементарные проверки, а заходящими дугами - результаты этих проверок. Корневые вершины и вершины, содержащие более одного элемента, изображаются овалами (как начальные или конечные вершины ГСА), а висячие вершины, содержащие один элемент,  кружками. Таким образом, дерево проверок показывает, как происходит разбиение исходного множества технических состояний на подмножества.

Рассмотрим пример, связанный с определением места отказа пуска двигателя легкового автомобиля (в соответствии с руководством автолюбителю). Исходное положение: двигатель не запускается. В этом случае возможны следующие технические состояния системы пуска двигателя:

S₁  отказ системы питания (СП)  нет бензина, порван шланг и т.д.;

S₂  отказ распределителя зажигания (РЗ);

S₃  отказ катушки зажигания (КЗ);

S₄  отказ свечей (СВ);

S₅  отказ аккумуляторной батареи (АБ).

Все перечисленное выше является по существу моделью отказов двигателя, составленной в соответствии с упрощенной структурной схемой надежности системы пуска двигателя (рис. 4.3).

Рекомендуются следующие проверки:

проверка стартера (проворачивается ли двигатель стартером)  производится на слух;

проверка “искры” на центральном высоковольтном проводе от катушки зажигания  необходимо поднести наконечник к “массе” и кратковременно включить стартер;

проверка поступления бензина в карбюратор  визуально, сняв предварительно воздушный фильтр;

проверка “искры” на свечах.

Результаты проверок: есть/нет, (да/нет, 1/0). Тогда дерево проверок можно представить в виде, изображенном на рис. 4.4.

Безусловный алгоритм диагностирования можно представить в виде табл. 4.1 результатов проверок, каждая строка которой соответствует одному техническому состоянию. Таблица составляется в предположении о наличии только одного отказа по дереву проверок. Заштрихованные клетки соответствуют путям по дереву проверок, а не заштрихованные  результатам оставшихся проверок, характеризующих “норму”.

Таблица 4.1

Результаты проверок  безусловный алгоритм диагностирования

				Состояние
1	1	1	1	S4
0	1	1	1	S5
1	0	1	1	S1
1	1	0	1	S3
1	1	1	0	S2

Можно составить и более подробный алгоритм, например, с учетом наличия прерывателя, находящегося в корпусе распределителя зажигания, и т.д. Можно изменить и очередность проверок. Выбор эффективного алгоритма  по времени, сложности, стоимости и числу проверок  сложная оптимизационная задача, решение которой зависит от задач диагностирования и методов их решения.