Показатели диагностирования

Для оценки эффективности и сравнения различных вариантов диагностирования устанавливается номенклатура показателей диагностирования, которые следует определять при проектировании, испытании и эксплуатации систем диагностирования.

Система технического диагностирования СЭО и ЭСА предназначена для оценки технического состояния и поиска дефекта, поэтому важными показателями системы диагностирования являются достоверность диагноза и глубина поиска дефекта.

Достоверность диагноза характеризует правильность результатов, выдаваемых СТД, и может быть определена как вероятность правильного диагностирования, т. е. вероятность того, что система диагностирования определяется то техническое состояние, в котором действительно находится объект диагностирования

Показатели диагностирования

где Pi,i -вероятность правильного определения технического состояния iобъекта диагностирования; -вероятность совместного наступления двух событий: объект диагностирования находится в техническом состоянии i, а в результате диагностирования считается находящимся в состоянии j; количество различных состояний объекта диагностирования.

Обычно при диагностировании СЭО и ЭСА различаются два технических состояния (m= 2) объектов диагностирования (работоспособное, неработоспособное).

Одним из путей, позволяющим повысить достоверность оценки технического состояния СЭО и ЭСА, является многократное диагностирование. Повторное диагностирование необходимо после фиксации маловероятного состояния (если два раза подряд фиксируется неработоспособное состояние объекта, то объект можно считать неработоспособным). Трехкратное диагностирование проводится в том случае, когда при первом диагностировании зафиксировано неработоспособное состояние, а при втором — работоспособное.

Глубина поиска дефектапредставляет собой характеристику поиска дефекта, задаваемую указанием составной части объекта диагностирования или ее участка, с точностью до которой определяется место дефекта. Система технического диагностирования может осуществлять поиск дефекта до элемента, узла, блока и др. Чем подробнее указывается место дефекта, тем больше глубина поиска дефекта.

Глубина поиска дефекта оценивается коэффициентом глубины поиска дефекта, определяемым по диагностической модели объекта:

(4.1)

где F — число однозначно различимых составных частей объекта на принятом уровне деления, с точностью до которых определяется место дефекта; R-общее число составных частей объекта на принятом уровне деления, с точностью до которых требуется определение места дефекта.

Из формулы (4.1) следует, что изменяется в пределах

Достижение требуемых значений DИи связано с определенными затратами на выполнение операций по диагностированию. В связи с этим система технического диагностирования характеризуется также показателями времени(средняя оперативная продолжительность диагностирования д), стоимости (средняя стоимость диагностирования Сд) трудоемкости средняя оперативная трудоемкость диагностирования Sд) диагностирования.

При создании систем технического диагностирования следует стремиться увеличивать показатели Dи и и снижать Показатели диагностирования взаимосвязаны: с повышением достоверности определения технического состояния и глубины поиска дефекта растут затраты времени, труда и стоимость диагностирования, поэтому необходим комплексный подход к нормированию показателей диагностирования. Важное значение для повышения эффективности СТД имеет автоматизация процесса диагностирования.

Классификация отказов

Виды отказов.Основные виды отказов классифицируют по следующим признакам:

характеру изменения параметров объекта — внезапный, постепенный;

связи с отказами других объектов — независимый, зависимый;

стадии возникновения причины отказа — конструкционный, производственный, эксплуатационный;

устойчивости неработоспособности — самоустраняющийся, перемежающийся;

возможности предупреждения отказа — предотвращаемый, непредотвращаемый.

Внезапный (или постепенный) отказ характеризуется скачкообразным (или постепенным) изменениям значений одного или нескольких заданных параметров объекта.

Деление отказов на внезапные и постепенные носит достаточно условный характер и определяется в основном возможностями контроля параметров объекта. Отказ классифицируется как внезапный, если ему не предшествует направленное изменение какого-либо из наблюдаемых эксплуатационных параметров и, значит, практически невозможно прогнозировать время возникновения такого отказа. Постепенному отказу предшествует закономерное изменение заданного эксплуатационного параметра, что позволяет прогнозировать время возникновения отказа. Для ряда элементов постепенные отказы составляют значительную часть всех отказов (табл. 3.1).

Независимый (или зависимый) отказ — отказ объекта, не обусловленный (или обусловленный) отказом другого объекта. Такое разделение отказов позволяет установить зависимость (или независимость) отказа элемента электрической системы (или СЭО) от отказов элементов этой же системы.

Отказы подразделяют на конструкционные, производственные и эксплуатационные, в зависимости от стадии создания или существования объекта, на которой следует провести мероприятия по устранению их причины.

Таблица3.1.

Вероятность появления постепенных и внезапных отказов

Элемент Отказы, %
полупроводниковые приборы трансформаторы, реле резисторы конденсаторы постепенные 70…80 50…60 20…30 7…10 внезапные 20…30 40…50 70…80 90…93

Конструкционные отказы возникают в результате несовершенства или нарушения установленных правил и (или) норм конструирования объекта.

Производственные отказы возникают в результате несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления или ремонта объекта, выполняющегося на ремонтном предприятии.

Эксплуатационные отказы возникают в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации объекта.

В СЭО и ЭСА могут возникать отказы, после которых работоспособность самовосстанавливается. Отказы такого типа называются самоустраняющимися. Например, при включении аварийный дизель-генератор (АДГ) может не запуститься после реализации всех трех попыток пуска — отказ системы пуска АДГ, а при повторном включении АДГ запускается — самовосстановилась работоспособность системы пуска АДГ. Самоустраняющийся отказ одного и того же характера может возникать в СЭО и ЭСА несколько раз через относительно короткие интервалы времени. Многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера называется перемежающимся.

В процессе эксплуатации представляется возможным обнаружить и устранить ряд повреждений, которые могли бы привести к отказам (предотвращаемые отказы). Некоторые повреждения СЭО и ЭСА не могут быть обнаружены и в конечном итоге приводят к отказам (непредотвращаемые отказы) (табл. 3.2).

К предотвращаемым отказам относятся в основном постепенные отказы, при которых удается контролировать предшествующее им изменение характеристик СЭО и ЭСА,

К непредотвращаемым отказам относятся те внезапные отказы, статистические закономерности возникновения которых неизвестны.

Таблица 3.2.

Соотношение между предотвращаемыми инепредотвращаемыми отказами элементов

Элемент Доля отказов, %
предотвращаемых непредотвращаемых
Электродвигатели Реле, переключатели Полупроводниковые приборы Резисторы, конденсаторы 40.. .60 50.. .60 40.. .60 20. . .30 40.. .60 40.. .50 40. . .60 70.. .80

Следует иметь в виду, что не все постепенные отказы можно предотвратить, так как часто весьма трудно определить медленные изменения параметров ТС различных элементов СЭО и ЭСА. Не все внезапные отказы принадлежат к непредотвращаемым, так как появление некоторых внезапных отказов может быть предсказано на основе изучения статистических закономерностей их возникновения во времени. Например, известно, что время безотказной работы для реле, полупроводниковых приборов подчиняется закону распределения Вейбулла, а для ряда электромеханизмов — нормальному закону распределения.

Совершенствование методов и средств контроля приводит к тому, что все большая часть изменений параметров ТС может быть обнаружена, а значит и предупреждена. В связи с этим деление отказов на предотвращаемые и непредотвращаемые в определенной степени условно и вводится главным образом для оценки эффективности работ по техническому обслуживанию.

Признаки и причины отказов.При отказе объект переходит в неработоспособное состояние, поэтому отказ определяется по признакам этого состояния (выход значений параметров за пределы допуска, нарушение признаков нормальной работы и т. д.), установленным в нормативно-технической документации. Например, отказ судовых ЭСА может произойти в результате:

несрабатывания — выходной сигнал не достигает заданного уровня при подаче на вход соответствующего сигнала;

ложного срабатывания — выходной сигнал достигает заданного уровня при отсутствии соответствующего сигнала на входе;

ухода сигнала — выходной сигнал выходит за допустимые пределы при допустимом сигнале на входе, снижается сопротивление изоляции ниже допустимого уровня, искажается или неустойчив выходной сигнал выше допустимого уровня при соответствующем входном сигнале, контролируемый сигнал измеряется с погрешностью выше допустимой.

Причинами отказов СЭО и ЭСА могут быть нарушения правил и норм, допущенные при конструировании, производстве и технической эксплуатации, а также естественные процессы износа и старения. К последствиям отказа относятся явления, процессы, события и состояния, возникшие при отказе и находящиеся в непосредственной причинной связи с ним. Следует различать отказ элемента объекта (электрической системы) и отказ объекта в целом. При этом возможны случаи, когда отказ элемента будет одновременно означать и отказ объекта и когда отказ элемента не приводит к отказу объекта.

Внезапные отказы СЭО и ЭСА происходят в основном в результате короткого замыкания или обрыва электрической цели (обмоток электрических машин и аппаратов, жил кабеля и приводов, резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов, электроламп и др.). Общими причинами внезапных отказов СЭО и СЭА являются конструктивные недостатки, низкое качество изготовления, неправильные действия судового обслуживающего персонала.

Постепенные отказы вызываются износом и старением элементов СЭО и ЭСА, особенно изоляции токоведущих частей и подвижных электрических и механических соединений. Старение изоляции, т. е. необратимое изменение структурного и химического состава изоляции, происходит под действием различных эксплуатационных факторов: температуры, влажности, вибрации, электродинамических сил и др. Износ элементов подвижных электрических контактов электрических машин (коллекторов, контактных колец и щеток) вызывается механическим трением, биением рабочих поверхностей, нагревом в контакте и искрением. На износ контактов электрических аппаратов (контакторов, реле и др.) оказывают влияние ток и напряжение, род тока, частота включения, вибрация, окружающая среда и др. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на износ контактов аппаратов, является действие электрической дуги.

Статистические данные показывают, что наиболее частыми причинами отказов вращающихся электрических машин являются нарушения работоспособности изоляции обмоток и подшипников; у электрических аппаратов приблизительно 60°/о отказов приходится на контакты, а остальные 40% распределяется примерно поровну между обмоткой и механической частью. Отказы электрорадиоэлементов, входящих в состав средств автоматизации, распределяются следующим образом: резисторы — 23% всех отказов электрорадиоэлементов средств автоматизации, конденсаторы — 3…6%, элементы с обмотками (трансформаторы, дросселы, катушки индуктивности и др.) — 3…7%, электрические реле и переключатели — 12 %.

Самоустраняющиеся отказы могут возникать вследствие кратковременного воздействия на некоторый элемент (или элементы) устройства или системы внешних помех, а также в результате кратковременного изменения параметров элементов (кратковременное нарушение контактов, подвижных связей и т. п.). После такого отказа объект может длительное время работать нормально.

Самоустраняющиеся и перемежающиеся отказы особенно опасны Для средств автоматизации с ЭВМ и диагностических систем. Установлено, что для цифровой вычислительной техники самоустраняющиеся отказы превышают другие виды отказов в 4. ..6 раз при использовании устройств на электровакуумных приборах и в 10…15 раз — при использовании полупроводниковых устройств.

Самоустраняющийся отказ ЭВМ сопровождается искажением информации при операциях передачи, хранения и обработки, поэтому, если не устранить последствия такого отказа, то задача может оказаться неправильно решенной из-за искажений данных, промежуточных результатов или непосредственно программ. При самоустраняющемся отказе ЭВМ нужно восстанавливать достоверность информации, например, путем повторного пуска программы или ее части; ремонт или регулировка аппаратуры не требуется.

Анализ отказов аппаратуры показывает, что примерно 40…45 % всех отказов происходит из-за ошибок, допущенных при конструировании; 20%- из-за ошибок в процессе производства; 30% — в результате неправильной эксплуатации и 5…10 % — вследствие естественного износа и старения.

Классификация отказов имеет важное значение в практике эксплуатации СЭО и ЭСА, так как способствует правильному определению отказа и его устранению.

Диагностические модели

Под диагностической моделью (моделью объекта диагностирования) понимается другой объект любой природы (мысленно представляемый или материально реализованный), способный замещать реальный объект при исследовании и позволяющий получить информацию, необходимую для осуществления технического диагноза.

Различают две группы диагностических моделей непрерывных объектов: аналитические и симптомные.

Аналитические модели обычно представляются в в виде уравнений (алгебраических, дифференциальных, интегральных), задающих зависимости между входными, внутренними переменными и выходными функциями СЭО и ЭСА. В практических задачах при разработке аналитических моделей возникают трудности, связанные с отсутствием информации по математическому описанию работы многих устройств электрических систем.

К симптомным моделям относятся функционально-структурные, функциональные граф-модели, матричные и логические модели,в которых основными носителями информации являются признаки (симптомы), характеризующие выходные функции.

При составлении симптомных моделей сложный объект диагностирования разбивают на относительно небольшое количество обобщенных функциональных элементов (блоков), с точностью до которых осуществляется поиск дефекта. Значение переменных внутри каждого элемента не учитывается и производится качественная допусковая логическая оценка признаков состояния („работоспособное- неработоспособное или „в норме — не в норме). Это приводит к снижению точности оценки состояния объекта диагностирования.

В решении практических задач технического диагностирования конкретных видов СЭО и ЭСА, которые могут быть отнесены к непрерывным объектам, широко используются наиболее простые и легко автоматизируемые допусковые способы оценки технического состояния по результатам контроля диагностических параметров объекта.

В этих случаях наибольшее применение для описания непрерывных объектов находят относительно простые симптомные функционально-структурные, функциональные граф-модели и логические модели.

Функционально-структурная модель объекта диагностирования строится на основе функциональной схемы объекта. Каждый функциональный элемент (блок) функциональной схемы заменяется в модели функциональными элементами, имеющими по одному выходу (одной выходной функции) и существенные для данного выхода входы (входные параметры). В модели связь функциональных элементов соответствует связям функциональной схемы объекта. При этом связи, обеспечивающие резервирование функциональных элементов объекта, в модели обычно не учитываются (ввиду сложности) и рассматривается нерезервированная схема.

Количество функциональных элементов в диагностической модели может отличаться от количества элементов в соответствующей функциональной схеме, так как в последней функциональные элементы выбираются для описания процессов функционирования объекта, а в модели количество функциональных элементов приближенно определяется заданной глубиной поиска дефекта. В модели каждый функциональный элемент представляет собой такую часть объекта, которую в зависимости от ее выходной функции, изменяющейся под действием входных переменных, можно оценивать как работоспособную или неработоспособную. В частном случае, когда все функциональные элементы схемы имеют по одному выходу, каждый из которых характеризуется одним физическим параметром, структурно-функциональная модель может совпадать с функциональной схемой объекта.

Функциональный элемент модели считается неработоспособным, если при допустимых входных сигналах его выходной сигнал (выходная функция) находится вне допустимых пределов.

Показатели диагностирования В качестве примера на рис.4.3. приведена схема функционально-структурной модели, состоящей из пяти функциональных элементов. В схеме имеются две внешние входные переменные x11,x41 и две внешние выходные функции z3,z5. Остальные входные переменные и выходные функции являются внутренними. Выходные функции z1,z2 и z4 являются входными переменными соответственно для элементов Э2,Э3 и Э5.Элемент Э3 имеет обратную связь.

Рис. 4.3.Схема функционально-структурной диагностической модели объекта.

Рис. 4.4.Схема функциональной граф -модели диагностируемого объекта.

Для функционально-структурной модели может быть составлена матрица взаимозависимости выходных функций, для функционально-структурной модели, приведенной на рис.4.3,такая матрица дана в табл.4.4.

Матрица содержит одинаковое количество столбцов и строк, равное числу функциональных элементов модели; каждый столбец соответствует одному элементу Эi, а строка-одному выходу элемента zi. В матрице знаком «+» отмечена зависимость выходов ziот техническогосостояния соответствующего функционального элемента; при этом внешние входные переменные x11 и x41 модели полагаются имеющими всегда номинальное значение.

Таблица 4.4. Матрица взаимозависимости выходных функций

выходные функции элементы модели
z1 z2 z3 z4 z5 Э1 Э2 Э3 Э4 Э5
+ + + — — — + + — — — — + — — — + + + + — — — — +

Так, согласно табл. 4.4 выходная функция Z1зависит только от состояния элемента Э1, выходная функция z2- от состояния элементов Э1, Э2и Э4 и т. д.

Анализируемая функциональная диагностическая модель в виде структуры может быть представлена граф-моделью в виде ориентированного графа (рис. 4.4). Для этого входы и выходы элементов заменяются вершинами, а связи между элементами-ребрами при условии сохранения направленной передачи сигналов в схеме соединения элементов. С помощью ориентированного графа формальное составление матрицы взаимозависимости выходных функций выполняется следующим образом. От каждой вершины графа осуществляют поочередное движение по всем ребрам связей графа в противоположных стрелкам направлениях. В табл.4.4встречающиеся номера вершин отмечаются знаком„+. Движение вдоль ребер графа осуществляется до тех пор, пока не будет достигнут внешний вход или не образуется замкнутая петля.

Преимущество граф-модели состоит в том, что при ее построении не накладываются ограничения на количество выходных сигналов проверяемых узлов. Граф-модель обычно используется для определения в первом приближении минимизированной совокупности контролируемых параметров.

Логическая модель объекта диагностирования строится на основе принципиальной или функциональной схемы объекта, его структурно-функциональной или матричной модели.

В логической модели входные переменные и выходные функции выделенных функциональных элементов объекта рассматриваются как логические переменные и функции, принимающие значения из двухэлементного множества {0,1}. Значение 1 соответствует величине входной переменной (выходной функции), имеющей номинальное или допустимое значение, а значение 0- входной переменной (выходной функции), имеющей значение, выходящее за допустимые переделы. В этом случае выходные функции z1, z2,…,zкявляются булевыми функциями входных переменных х1, х2,.., хnи по аналогии с формулой (4.2) Для систем передаточных функций исправного объекта диагностирования можно записать:

(4.6)

Булахтин В С ДиРСПА урок 5 Методы и средства диагностирования тягово экономических показателей


Похожие статьи.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: