Основные направления технической диагностики

Размещено на http://www.allbest.ru

ЛЕКЦИЯ №1

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

План лекции

1. Введение

2. Цель, задачи и основные понятия диагностирования

3. Классификация методов, параметров и систем диагностирования

4. Выбор диагностических параметров

1. Введение

Диагностика состояния работоспособности машин, оборудования, конструкций и сооружений связана с решением таких задач, как предотвращение аварий, оптимизация производственных и ремонтных технологий, обоснование необходимости проведения поддерживающих работоспособность профилактических мероприятий, обеспечение экологически чистых и безопасных условий труда рабочих.

Из-за недостатков в качестве выпускаемой продукции развитые страны ежегодно теряют до 10% своего национального дохода. Потери только от дефектов, приводящих к усталости материала, в США составляют более 100 млрд. долларов в год, от коррозии -- 200 млрд. долларов в год.

Убытки от недостаточно высокого качества машин и сооружений в нашей стране значительно выше, и их существенное сокращение возможно на основе внедрения средств диагностики и контроля, затраты на которые, по подсчетам специалистов, должны составлять не менее 30% от стоимости диагностируемого объекта.

Применение систем диагностики удорожает продукцию, однако их использование на всех стадиях изготовления, проверки и эксплуатации существенно повышает надежность объектов контроля и в конечном счете является экономически выгодным.

В настоящее время для контроля и диагностики машин, приборов и технических объектов используется более 100 физических методов, тысячи типов приборов. Развитие средств диагностики идет по пути повышения точности и оперативности получения результатов диагностирования на основе разработки алгоритмов количественной обработки данных контроля и оценки его остаточного ресурса. Следует отметить, что всеобщая компьютеризация способствовала опережающему развитию аппаратурной базы сбора информации по отношению к методическому обеспечению обработки результатов контроля, требующего осмысления контролируемых явлений и процессов.

Детали и узлы машин, машины и оборудование в целом должны быть надежными. Обеспечение надежности машин и механизмов ведется на трех этапах их создания и использования: проектирования, изготовления и эксплуатации.

Повышение надежности производится на основе прогнозирования работоспособности. Применение средств индивидуального контроля и диагностирования позволяет повысить точность прогнозирования ресурса (по отношению к традиционному расчет ному, основанному, например, на использовании кривых усталости и обобщенных справочных данных), так как состояние объекта оценивается непосредственно на изделии при рабочей нагрузке или ей подобной диагностической.

Для повышения эффективности диагностирования увеличивается число контролируемых параметров и повышается быстродействие диагностических систем. Это производится на основе автоматизации и роботизации систем диагностирования, позволяющих получать и обрабатывать огромный массив информации. диагностирование диагностика технический

Точность работы систем также зависит от чувствительности и разрешающей способности измерительных каналов и преобразователей информации, входящих в системы. При этом выделяются следующие характерные направления развития средств диагностики:

- интеллектуализация методов и средств контроля и диагностики, которая связана с построением моделей различных физических явлений и сопровождающих их процессов, созданием приборов их регистрации, созданием и использованием математического, программного обеспечения, компьютеризацией методов диагностики. Благодаря этому оптимизируется выбор и интерпретация физического явления, позволяющего получить наиболее объективную информацию об объекте диагностирования, его способности выполнять заданные функции;

- увеличение количества контролируемых явлений и оцениваемых диагностических параметров, исследование объекта с разных сторон, совершенствование диагностических технологий с целью повышения достоверности поставленного диагноза;

- разработка единой системы контроля качества технических объектов и окружающей среды. Многие измерительные каналы, алгоритмы диагностирования, методы и устройства преобразования информации, используемые физические и химические эффекты, технические средства должны быть унифицированы. В то же время это не должно сдерживать развитие новых подходов и систем. Здесь перспективным является создание систем контроля на основе результатов исследований явлений на микро и нано- уровне;

- организационное обеспечение средств диагностики на международном уровне. Для этого необходимо повысить эффективность координации академической, вузовской и отраслевой науки, международного сотрудничества путем проведения выставок, конференций, совместных научно-технических программ и проектов.

2. Цель, задачи и основные понятия диагностирования

Технической диагностикой называется наука о распознавании состояния технической системы в условиях ограниченной информации, отрасль научно-технических знаний, сущность которой составляют теории, методы и средства обнаружения дефектов и оценки параметров состояния объектов технической природы.

Диагностирование -- определение технического состояния, в котором находится объект в настоящий момент времени, что подразумевает обнаружение и поиск дефектов. Дефект -- любое несоответствие свойств объекта за данным, требуемым или ожидаемым. Обнаружение дефекта -- установление факта его наличия или отсутствия в объекте.

Цель диагностирования -- повышение надежности и ресурса технических систем на этапе их эксплуатации, а также предотвращение производственного брака на этапе изготовления объектов и их составных частей на основе распознавания состояния технической системы.

Основной задачей технической диагностики является распознавание состояния технической системы в условиях неопределенности, связанной с ограниченностью информации (рис. 1).

Рис. 1 - Алгоритм решения задач распознавания состояния технических систем

Для решения основной задачи в технической диагностике решается ряд промежуточных задач, все многообразие которых можно разделить на два больших класса.

Задачи первого класса включают вопросы построения диагностических моделей объектов контроля и процессов, приводящих к отказу, принципов выбора методов диагностирования, методов обработки и анализа информации, создания и оптимизации аппаратного и программного обеспечения.

Задачи второго класса непосредственным образом связаны с решением практических проблем и дефектоскопией конкретных объектов: контроль технического состояния; поиск места и определение причин отказа; прогнозирование технического состояния, оценка ресурса.

При решении этого класса задач большое значение играют опыт и знания конкретного специалиста, его способности внедрять результаты решения задач первого класса.

Любой технический объект после проектирования проходит две основные стадии «жизни» -- изготовление и эксплуатацию. Применительно к технической диагностике на стадии изготовления выделяют периоды приемки комплектующих изделий и материалов, процесса производства, наладки и сдачи объекта представителю заказчика.

Для стадии эксплуатации выделяют этапы входного контроля качества, применения объектов по назначению, профилактики, ремонта, транспортирования и хранения объекта. Диагностическое обеспечение позволяет получать достоверные оценки параметров функционирования объектов, входного контроля комплектующих изделий и материалов, контроля технологических процессов изготовления объектов, включая выходной контроль последних.

3. Классификация методов, параметров и систем диагностирования

Техническая диагностика изучает алгоритмы распознавания применительно к конкретным задачам.

Алгоритмы распознавания основываются на диагностических моделях, устанавливающих связь между параметрами состояния, описывающими состояние технической системы, и диагностическими параметрами, отражающими это состояние в пространстве диагностических сигналов.

Для определения роли и места диагностирования необходимо классифицировать его по основным организационным признакам. Такими признаками являются следующие:

- форма организации производства диагностических работ;

- организационная структура комплексов диагностирования;

- последовательность выполнения работ (элементы диагностирования);

- периодичность проведения диагностических воздействий;

- тип основных средств диагностирования.

Классификация видов диагностирования по рассмотренным признакам, составленная на основе анализа отечественного и зарубежного опыта, приведена на рис. 2.

В соответствии с данной классификацией диагностирование по форме организации производства подразделяется на:

- централизованное, при котором работы одного или нескольких видов централизованы в масштабе региона, автотранспортного объединения, (комбината или выполняются базой централизованного технического обслуживания (БЦТО);

- децентрализованное, при котором все работы производятся на предприятиях (в подразделениях) базирования автомобилей;

- распределенное (промежуточные варианты), при котором одна часть работ централизована, а другая выполняется децентрализованным методом.

Организационная структура комплексов диагностирования характеризуется специализацией постов (участков) и степенью совмещения диагностирования с ТО.

По организационной структуре диагностирование подразделяется на:

- специализированное, при котором работы по отдельным воздействиям технического диагностирования автомобилей производятся на отдельных специализированных участках (постах) диагностирования;

- комплексное, при котором все диагностические работы на предприятии выполняются на универсальном диагностическом посту с комплексным (комбинированным) стендом;

- совмещенное, при котором все диагностические работы выполняются «а постах ТО и ТР с помощью передвижных средств диагностирования.

По последовательности выполнения работ (относительно других работ ТО и ТР) диагностирование можно подразделить на:

- предварительное, которое выполняется перед проведением остальных работ ТО и ТР;

- заключительное, которое выполняется после проведения названных работ;

- сопутствующее, операции которого сопутствуют выполнению регулировочных работ в процессе ТО и ТР.

Рис. 2. Классификация видов диагностирования по организационным признакам

По периодичности проведения диагностирование может быть:

- плановое -- производится в обязательном порядке всем автомобилям, запланированным на ТО;

- непрерывное -- осуществляется непрерывно в процессе движения автомобиля или работы отдельного агрегата ,(например, при его обкатке);

- выборочное - проводится дополнительно к плановому диагностированию. Реализуется путем выборочных проверок автомобилей на участках (постах) диагностирования, а в дорожных условиях -- на постах экспресс-диагностирования ГАИ.

По типу основных средств диагностирование может классифицироваться, как:

- стационарное -- производится внешними средствами диагностирования автомобилей в стационарных условиях;

- бортовое -- осуществляется .встроенными или (установленными на автомобиле средствами диагностирования;

- мобильное -- выполняется с помощью передвижных станций и средств диагностирования автомобилей.

Этими понятиями определяется производственная структура стационарных диагностических комплексов, технология и организация работ на них во взаимосвязи с ТО и ТР. Они характеризуют методы организации диагностирования на предприятиях, реализуемые в компоновочных решениях участков диагностирования.

Вопросы централизации диагностических работ должны решаться индивидуально для каждого региона с учетом возможной централизации остальных работ ТО и ТР по конкретным типам и семействам автомобилей.

Организационная структура комплексов диагностирования в основном зависит от объемов централизуемых диагностических работ.

Метод специализированного диагностирования предполагает применение на АТП или в любом технологическом подразделении раздельных диагностических стендов. Основными из них являются стенд для проверки тормозов и стенд для контроля тягово-экономических показателей. Эти стенды являются базовыми для отдельных участков диагностирования. При этом могут быть организованы и другие специализированные диагностические посты.

При централизации обслуживания каждый вид диагностирования и средства для него централизуются, как правило, по месту выполнения соответствующего вида ТО. Диагностирование при этом также выполняет функции подсистем информации и контроля технического состояния автомобилей, но с учетом структурных взаимосвязей между подразделениями. Особенностью является необходимость применения средств автоматизации для обработки и передачи части диагностической информации в отдел управления производством с учетом видов и целей контроля.

Метод комплексного диагностирования базируется на применении комплексного стенда, предназначенного как для проверки тормозов, так и тягово-экономических показателей. При этом создается универсальный диагностический пост, на котором сосредоточиваются и переносные контрольно-измерительные приборы. На данном посту выполняются все виды диагностирования. Стенд универсален и применительно к типам и моделям диагностируемых автомобилей. Комплексное диагностирование чаще применяется при децентрализации диагностических работ.

Метод совмещенного диагностирования предполагает выполнение всех диагностических работ непосредственно на постах ТО и ТР. Роль совмещенного диагностирования сводится к объективной оценке состояния автомобилей в процессе выполнения технических воздействий. В настоящее время данный метод применяется только на небольших АТП, если невозможна централизация диагностических работ в регионе, а применение стационарных стендов на самом предприятии экономически нецелесообразно. В этом случае три выполнении ТО и ТР используются универсальные передвижные и переносные приборы и приспособления, в том числе для субъективного диагностирования.

При стационарном диагностировании, наиболее перспективном в обозримом периоде, применяются как плановые, так и выборочные диагностические воздействия. При этом по последовательности выполнения работ диагностирование может предшествовать, сопутствовать и заключать технологические процессы ТО и ТР автомобилей в зависимости от поставленных задач.

Бортовое диагностирование находит применение для систем сигнализации о нарушении режимов работы и неисправностях механизмов и узлов, способных вызвать аварийную ситуацию и загрязнение окружающей среды, а также дорогостоящих агрегатов, особенно на большегрузных автомобилях и автобусах. Требования по установке ряда встроенных средств диагностирования должны быть реализованы автомобильной промышленностью в первую очередь для автомобилей, работающих на международных и междугородных перевозках, длительное время в отрыве от постоянных баз, в условиях Крайнего Севера и т. п.

Для остальных автомобилей в условиях повышения концентрации, централизации и специализации автотранспортного производства необходимо резко повысить уровень их приспособленности к стационарному диагностированию.

Анализируемые при диагностике параметры объекта, содержащие информацию о его состоянии, называют диагностическими параметрами. Их можно разделить на три группы:

- функциональные параметры, характеризующие рабочие процессы оборудования (действующие усилия, напряжения, продолжительность цикла, давление жидкости в гидросистеме, время разгона или торможения, удельный расход энергии и т. д.);

- структурные параметры, непосредственно характеризующие состояние узлов и агрегатов (зазоры в кинематических парах, координаты положения элементов, дисбалансы вращающихся валов, коррозионное повреждение и пр.);

- параметры сопутствующих процессов (температура, вибрация, акустические сигналы, уровень и спектр шумов, содержание продуктов износа в масле, погрешность обработки).

Во многих случаях информация о состоянии системы содержится в виде записи значений диагностического параметра KJ и его отклонений от нормального или первоначального уровня в различные моменты времени. Результаты контроля представляются в виде непрерывных временных функций или совокупности дискретных значений KJ (t), где t -- текущее время. Анализируя кривую KJ (t), можно во многих случаях сделать важное заключение о техническом состоянии системы.

Основными характеристиками состояния и эффективности оборудования (параметрами состояния) являются функциональные и структурные параметры, но поскольку первые из них не дают возможности конкретизировать место дефекта, а определение вторых обычно требует остановки и разборки оборудования, то для диагностики широко используют параметры сопутствующих процессов.

В этом случае диагностический параметр (K) должен иметь достаточно высокую чувствительность к изменению интересующего параметра состояния Q (высокое значение dK/dQ). Это означает, что при существенном изменении параметра состояния технического объекта изменение значения диагностического параметра должно быть существенно больше случайного разброса результатов его замеров.

Сопоставление значения диагностического параметра с его предельным значением K_ПР, соответствующим определенному состоянию объекта диагностирования, формирует диагностический признак.

Диагностирование технического состояния любого объекта осуществляется теми или иными средствами диагностирования. Средства и объект диагностирования, взаимодействующие между собой, образуют систему диагностирования.

Средства могут быть аппаратурными или программными; в качестве средств диагностирования может выступать человек. Средства диагностирования воспринимают и анализируют ответы объекта на входные (тестовые или рабочие) воздействия и выдают результат диагностирования, т. е. ставят диагноз: объект исправен или неисправен, работоспособен или неработоспособен, функционирует правильно или неправильно, имеет дефект или поврежденную часть и т. п. Специфика целей, задач и объектов диагностирования на различных этапах жизненного цикла изделий обусловливает специфику алгоритмов и средств диагностирования, а также критериев выбора режимов, обеспечивающих требуемые показатели диагностирования.

Средства диагностирования узлов машин и механизмов подразделяются на группы, характеризуемые спецификой назначения и предъявляемых требований. К первой группе относятся средства, предназначенные для научных исследований. Основные требования -- универсальность, полнота диагностирования, возможность оценки ряда диагностических параметров, реализации различных алгоритмов получения и обработки данных. Такие средства выполняются в виде диагностических комплексов и систем, базирующихся на ЭВМ и обеспечивающих сбор, хранение и обработку информации. Ко второй группе относятся средства, предназначенные для решения различных задач диагностирования, контроля и прогнозирования состояния объектов при их изготовлении, техническом обслуживании и ремонте. Основные требования -- возможность эксплуатации в производственных условиях, простота, надежность и портативность.

В основе работы любой диагностической системы лежит процесс измерения. Этот процесс характеризуется, с одной стороны, восприятием измеряемой физической величины, а с другой -- присвоением ей определенного числового значения.

Диагностические системы состоят из отдельных расчетно-измерительных устройств и приборов. Работа любого прибора основана на его способности улавливать какие-либо изменения параметров состояния объектов контроля.

Эффекты, используемые для первичного преобразования измеряемой физической величины, основаны на упругих, пьезоэлектрических, электродинамических, термоэлектрических, фотоэлектрических, электромагнитных, оптических и других закономерностях.

4. Выбор диагностических параметров

Техническое состояние диагностируемой системы и ее элементов характеризуется теми или иными физическими явлениями или процессами, проявление которых можно рассматривать как признаки состояния.

Признаки состояния могут выражаться количественно на основе измерений, а когда измерения невозможны -- то качественно на основе органолептических методов: оценки цвета, запаха, блеска, тембра звучания и т. п.

Очевидно, что по мере развития измерительной техники качественные оценки признаков могут переходить в количественные измерения.

Большая часть информации о состоянии объекта может представлять диагностическую ценность. Состав и состояние сред, взаимодействующих с объектом (воздух, охлаждающая жидкость, масло, продукты сгорания топлива и др.), рабочие параметры процессов (частота вращения, температура, давление и т. п.), вибрация, акустическое и тепловое излучение и т. д. -- все это может содержать диагностическую информацию. Значение имеют не только величины параметров в данный момент, но и их изменение во времени (кинетика информативных параметров).

Диагностические параметры могут быть универсальными и специальными. Примерами универсальных диагностических параметров являются вибрации и шумы, возникающие при работе механизмов. В общем случае каждая точка конструкции механизма имеет пространственное вибросмещение в виде наложенных элементарных гармонических колебаний различной частоты и амплитуды. Например, для автомобиля причинами возникновения вибрационных перемещений могут быть циклические процессы при работе его агрегатов, собственные колебания элементов конструкции, дорожные воздействия и т. п. Вибрация элементов автомобиля, происходящая в результате рабочих процессов, собственные колебания, соударения и другие факторы вызывают колебания окружающей среды (воздуха), т. е. служат источником акустических колебаний. Источниками звукового шума являются также потоки воздуха при движении автомобиля, струи выхлопных газов и рабочей смеси, поступающей в двигатель.

К универсальным диагностическим параметрам можно также отнести тепловые потоки, отражающиеся на температуре элементов механизма. Источниками тепловыделений могут быть рабочие процессы и трение в сопряжениях деталей.

Существенной проблемой применения универсальных диагностических параметров является необходимость разработки методов отделения полезной информации о конкретном объекте от «шумов», присутствующих в регистрируемом сигнале.

Весьма информативными могут быть специальные диагностические параметры (компрессия поршневого двигателя, величины напряжений и токов в электрических цепях и т. п.), поскольку они по своей природе наиболее тесно связаны с рабочими процессами диагностируемой технической системы и лучше выделяются на фоне других сигналов.

Следует понимать, что не все признаки могут быть использованы в качестве диагностических параметров, а используемые признаки могут существенно различаться по своей информативности. Например, цвет кузова автомобиля явно не может быть признаком технического состояния его двигателя, но правомерно ли вообще судить о состоянии двигателя по внешнему виду автомобиля? Отвечая на этот вопрос, можно руководствоваться следующей логикой. Если кузов старый, имеет нарушения лакокрасочного покрытия, коррозийные повреждения кузовных панелей, то вряд ли следует ожидать, что двигатель такого автомобиля находится в идеальном техническом состоянии, -- скорее всего, он тоже старый и изношенный. Однако непрезентабельный внешний вид машины не исключает вероятность того, что на ней установлен новый или хотя бы капитально отремонтированный двигатель и он находится в хорошем техническом состоянии. Если измерить компрессию в цилиндрах, то можно более уверенно судить о состоянии двигателя, чем по внешнему виду автомобиля, поскольку величина компрессии является более информативным диагностическим параметром.

В общем случае при оценке состояния объекта без его разборки в качестве диагностических параметров Yj должны выступать косвенные признаки, некоторым образом связанные с состоянием S. Для того чтобы диагностический параметр был информативным и обеспечивал достоверность диагноза, необходимо, чтобы он отвечал трем требованиям: был чувствительным, однозначным и стабильным.

Литература

1. ЭБС Университетская библиотека ONLINE: Синицын, А. К. Основы технической эксплуатации автомобилей [Электронный ресурс] : учебное пособие / А. К. Синицын. - М.: Российский университет дружбы народов, 2011. - 284 с.

2. ЭБС Университетская библиотека ONLINE: Сериков, М. А. Эксплуатационные материалы [Электронный ресурс] : учебное пособие / М. А. Сериков, В. В. Шестакова. - Воронеж: Воронежская государственная лесотехническая академия, 2012. - 184 с.

3. Диагностика и техническое обслуживание машин : учебник для студентов вузов по специальностям: "Технология обслуживания и ремонта машин в АПК", "Механизация сел. хоз-ва" / А. Д. Ананьин [и др.]. - М. : Академия, 2008. - 432 с. : ил. - (Высшее профессиональное образование. Гр. МСХ РФ).

Размещено на Allbest.ru