В процессе эксплуатации технических объектов ухудшаются их эксплуатационные показатели и техническое состояние, возникают отказы и неисправности.

Технический уровень любого технического объекта оценивают конструктивными, производственными (технологическими) и эксплуатационными показателями. К эксплуатационным показателям, характеризующим техническое состояние технических систем, относятся в первую очередь надежность и контролепригодность.

Надежность технического объекта закладывается при ее проектировании, обеспечивается при изготовлении и проявляется в процессе эксплуатации.

Техническая диагностика решает три типа задач.

К первому типу относятся задачи определения технического состояния объекта в момент его исследования, – это установление диагноза.

Задачи второго типа направлены на предсказание состояния, в котором объект окажется в некоторый момент времени, – это задачи прогноза.

И, наконец, к третьему типу относятся задачи определения технического состояния, в котором находился объект в некоторый момент в прошлом, – это задачи генеза.

Задачи первого типа формально можно отнести к задачам технической диагностики; второго типа – к техническому прогнозированию; отрасль знаний, занимающаяся решением задач третьего типа, можно назвать технической генетикой. Необходимость использования технической генетики возникает чаще всего при расследовании аварий и их причин. К задачам технического прогнозирования относятся такие вопросы, как определение срока службы объекта, его остаточный ресурс, периодичность ремонта или осмотра. Решение этих задач связано с установлением возможных или вероятностных эволюций объекта, начало которых соответствуют данному моменту времени. Таким образом, знание технического состояния в настоящий момент времени является обязательным для генеза и прогноза, поэтому техническая диагностика является основой для технического прогнозирования и технической генетики. Практически все три процесса представляют собой неразрывное диалектическое единство, выражающееся в динамике состояния функционирующего объекта.

К задачам диагностирования относятся проверка исправности объекта, его работоспособности, правильности функционирования, поиск неисправностей и дефектов. Решение всех этих задач возможно только в том случае, когда диагностирование проводится на стадии производства, эксплуатации и ремонта объекта.

При исследовании, разработке и реализации процессов технического диагностирования объектов решается также задача, связанная с разработкой и реализацией процесса управления вообще. Наряду с перечисленными задачами решаются и другие: в первую очередь, изучение физических свойств объектов и их неисправностей; построение математических моделей объектов и моделей неисправностей; анализ модели объекта с целью получения данных, необходимых для построения алгоритмов диагностирования. Следующую группу составляют задачи, связанные с разработкой принципов построения, экспериментальным опробованием и промышленным внедрением технических средств диагностирования. Классификация основных предметов исследований технической диагностики приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Классификация основных задач технического диагностирования

Техническая диагностика изучает методы, определяющие действительное состояние технических объектов, в отличии от теории надежности, которая занимается изучением и использованием для расчетов средне-вероятностных статистических показателей, характеризующих технические объекты.

Существуют следующие виды систем технического диагностирования:

· тестовое диагностирование, при котором сигнал проверки формируется в блоках системы диагностирования и по каналам передачи информации подается на входы объекта диагностирования; при этом тестовые воздействия могут подаваться на основные входы объекта (т.е. на те входы, которые используются для входа или выхода рабочих сигналов) и дополнительные, используемые специально для целей диагностирования;

· функциональное диагностирование, при котором на основные входы объекта диагностирования поступают рабочие воздействия, согласно его рабочему алгоритму функционирования, а сигналы диагноза снимаются с объекта, используя контрольные точки;

· комбинированное диагностирование, когда используются и тестовые и рабочие воздействия, особенно в сложных многофункциональных объектах.

Результаты тестовых или рабочих воздействий (ответы) во всех видах систем диагностирования от объекта поступают на входы средств диагностирования. Ответы объекта могут сниматься с основных выходов (т.е. с тех выходов, которые используются объектом по его назначению) и с дополнительных (специально предназначенных для диагностирования). Все выходы представляют собой контрольные точки объекта.

Для реализации алгоритма диагностирования средства диагностирования должны иметь источники воздействий (в системах тестового диагностирования), измерительные устройства, устройства связи и обработки информации. Целью анализа результатов проверок является установление диагноза. Результаты проверок представляются в виде значений сигналов в контрольных точках, а результаты диагностирования должны быть представлены в другой, более удобной для практического использования форме. В простейшем случае данные диагностирования или их расшифровка представляют собой результаты сравнения значений сигналов в контрольных точках с заданными эталонными значениями этих сигналов. Операцию расшифровки полученных сигналов можно проводить с использованием вычислительных устройств или автоматизированных схем.

Средства, сопоставляющие информацию об объекте, хранящуюся в его физической модели, с фактическими результатами элементарных проверок и вырабатывающие сигнал «Результаты диагностирования», называются блоками расшифровки результатов. Как и физическая модель объекта, блок расшифровки результатов может быть реализован различными способами и средствами в зависимости от задач и характеристик конкретных систем диагностирования.

Средства диагностирования должны иметь тот или иной носитель алгоритма диагностирования. Носителем жестких или редко изменяемых алгоритмов диагностирования обычно является аппаратура, конструктивно объединенная с остальной аппаратурой диагностирования. Для задания сменных алгоритмов диагностирования часто применяются стандартные программоносители – магнитные барабаны, ленты, диски и интегральные микросхемы.

Для современной аппаратуры характерен ряд необходимых факторов: элементная база, схемотехника, структура и методы построения. Все это существенно сказывается на средствах диагностирования и на выборе контрольно-проверочной аппаратуры для достижения большой точности, увеличения объема обработки данных; повышения удобства представления результатов диагностирования; расширения функциональных возможностей приборов; использования различных режимов работы в системах диагностирования при широком использовании цифровых методов решения задач диагностирования.

Устройства обработки аналоговых сигналов вытесняются устройствами обработки и представления сигналов в цифровой форме. Для этого в средствах технического диагностирования широко используется микропроцессорная техника, в том числе одноплатные и однокристальные микроЭВМ. Микропроцессорные устройства дают возможность обрабатывать данные по довольно сложным алгоритмам, осуществлять операции сравнения полученных данных с эталонными, представлять информацию в форме, наиболее удобной для восприятия. Введение в состав приборов вычислительно-управляющих устройств значительно усложнило их структуру, но и увеличило технические возможности. К этому же привели характерные для современной аппаратуры увеличение объема данных, подлежащих сбору и обработке, рост числа каналов, в которых накапливается информация, повышение числа параметров сигналов, поступающих от датчиков.

Существенную роль в системах диагностирования играют датчики для получения первичной информации о техническом состоянии объекта диагностирования.

Диагностические параметры

Все неисправности и отказы, возникающие при эксплуатации технических объектов, сопровождаются изменением зазоров в сопряжениях, износом, шумами, вибрациями, нарушениями температурных режимов, пульсациями давления, изменениями функциональных показателей (снижением мощности, тягового усилия, производительности, давления) и т.д. Эти сопутствующие неисправностям и отказам признаки могут служить параметрами технического состояния и часто могут оцениваться количественно.

Параметры технического состояния бывают структурные и диагностические. Структурные параметры: износ, зазор, натяг в сопряжениях и др. - непосредственно характеризуют работоспособность объекта диагностирования.

Диагностические параметры: температура, шум, вибрация, расход топлива, пульсация давления и др. – косвенно характеризуют работоспособность объекта диагностирования.

На практике используют параметры, отвечающие требованиям однозначности, широты измерения, а также доступности и удобства измерения, информативности, технологичности. При этом в первую очередь учитывают параметры, которые характеризуют наиболее часто повторяющиеся отказы и неисправности.

Под однозначностью понимают соответствие каждому значению диагностического параметра только одного вполне определенного значения параметра выходного процесса (состояния диагностируемого объекта).

Широта измерения (чувствительность) – это наибольшее отклонение диагностического параметра при заданном изменении структурного параметра. Она характеризуется отношением изменения диагностического параметра к соответствующему структурному параметру.

Доступность и удобство измерения диагностического параметра определяются конструкциями объекта диагностирования и диагностического средства.

Информативность параметра определяется снижением неопределенности знаний о техническом состоянии объекта после использования информации по результатам диагностирования.

Технологичность измерения параметра определяется удобством подключения диагностической аппаратуры, простотой измерения и обработки результатов измерений. В целом технологичность измерения характеризует трудоемкость и стоимость диагностирования.

Диагностические параметры подразделяют на частные и общие. Частный параметр указывает на вполне определенную неисправность или отказ объекта диагностирования. Например, смещение порога срабатывания предохранительного клапана двигателя указывает конкретно на его разрегулировку. Общие параметры характеризуют общее техническое состояние диагностируемого объекта. К числу общих параметров относятся, например, мощность и тяговое усилие тепловоза.

Диагностические параметры бывают зависимые и независимые. Каждый независимый параметр указывает на конкретную неисправность. Отдельный зависимый диагностический параметр не определяет неисправности или отказа. Зависимые параметры можно определить при измерении и сопоставлении нескольких параметров.

По характеру информации параметры подразделяют на три группы: параметры, обеспечивающие получение информации о техническом состоянии диагностируемого объекта, но не характеризующие его функциональные возможности; параметры, обеспечивающие получение информации о функциональных возможностях диагностируемого объекта, но не дающие информации о его техническом состоянии; комбинированные параметры, обеспечивающие получение информации как о функциональных возможностях, так и о техническом состоянии объекта диагностирования.

Связи между структурными и диагностическими параметрами могут быть простейшими (когда одному структурному параметру соответствует один диагностический, и наоборот), множественными (одному структурному параметру соответствует несколько диагностических), неопределенными (одному диагностическому параметру соответствует несколько структурных) и комбинированными.

Выбор и обоснование основных диагностических параметров технических объектов базируется на частоте проявления неисправностей и отказов, анализе признаков и экономических факторов сопутствующих им. При выборе предпочтение отдают параметрам диагностирования систем, влияющих на безопасность эксплуатации объекта, а также непосредственно на окружающую среду (дымность и содержание токсичных составляющих в отработавших газах, шум и вибрация и т.п.), и параметрам, характеризующим неисправности и отказы, для устранения которых необходимы наибольшие материальные и трудовые затраты.

Если неисправность или структурный параметр можно оценить несколькими диагностическими параметрами, то предпочтение отдают тому, который более точно оценивает определенную величину, измерение которого связано с меньшими затратами и с помощью которого можно оценить несколько структурных или функциональных параметров технического объекта.