1. DIAGNOZOWANIE OSPRZTU ELEKTRYCZNEGO POJAZDÓW MECHANICZNYCH

Transkrypt

1 . DIAGNOZOWANIE OSPRZTU ELEKTRYCZNEGO POJAZDÓW MECHANICZNYCH.. ELEMENTY DIAGNOSTYKI TECHNICZNEJ Rozwijajca si dynamicznie dyscyplina wiedzy dotyczca eksploatacji maszyn i urzdze technicznych budowana jest na podstawach nauk eksploatacyjnych, do których jako główne zaliczamy: systemy eksploatacji, niezawodno, tribologi, diagnostyk techniczn i bezpieczestwo maszyn (rys..). fizyk a te ch n iczn a o g ó ln a te oria d zia ła n ia T R IB O L O G IA p ro cesy ta rc ia i zuy cia B E Z P IE C Z E Ñ S T W O za g roen ia, ry zyk o m o d elo w a n ie D IA G N O S T Y K A g en e za id e n tyfik a c ja T E C H N IC Z N A o c en a sta n u sym ulacja p rognoza o góln a teo ria u rz dze n ia N IE Z A W O D N O teo ria syste m ó w o g ó ln a teo ria d zia ła n ia E K S P L O A T A C J A p ra kse olo g ia Rys.. Miejsce diagnostyki technicznej w nauce o eksploatacji maszyn Termin "diagnostyka" pochodzi z jzyka greckiego, gdzie diagnosis - oznacza rozpoznanie, rozrónianie, osdzanie, a diagnostike techne - sztuka rozróniania, sztuka stawiania diagnozy. Ukształtowana ju w obrbie nauk eksploatacyjnych dziedzina wiedzy diagnostyka techniczna - zajmuje si ocen stanu technicznego maszyn poprzez badanie procesów roboczych i towarzyszcych, a take poprzez badanie jakoci wytworów maszyny. Istota diagnostyki technicznej polega na okrelaniu stanu maszyny (zespołu, podzespołu, elementu) w sposób poredni, bez demontau, w oparciu o pomiar generowanych sygnałów (symptomów) diagnostycznych i porównanie ich z wartociami nominalnymi. Warto sygnału (symptomu) diagnostycznego musi by zwizana znan zalenoci z diagnozowan cech stanu obiektu, charakteryzujc jego stan techniczny. Konieczno oceny stanu technicznego obiektu wynika z potrzeby podejmowania decyzji dotyczcych "jakoci" i dalszego postpowania z obiektem. Moe to by decyzja o jego uytkowaniu, o podjciu przedsiwzi profilaktycznych (regulacje, wymiana elementów lub całych zespołów) lub wprowadzeniu zmian w konstrukcji, technologii, eksploatacji.

2 Diagnostyka techniczna, jak kada dziedzina wiedzy ma swe ródła, paradygmaty i metodologi. Zagadnienia te doczekały si ju szczegółowych opracowa, pozwalajcych precyzyjnie formułowa podstawowe cele, zadania i formy działania diagnostycznego. Do podstawowych zada diagnostyki technicznej naley zaliczy: badanie, identyfikacj i klasyfikacj rozwijajcych si uszkodze oraz ich symptomów, (symptom - to zorientowana uszkodzeniowo miara sygnału diagnostycznego), dyskryminant i syndromów; opracowywanie metod, procedur i rodków do badania i selekcji cech stanu, symptomów, dyskryminant i syndromów diagnostycznych, wypracowywanie decyzji diagnostycznych o stanie obiektu (na podstawie badanych symptomów) i wynikajcych z niego moliwoci aktualnego wykorzystywania obiektu lub rodzaju i zakresu koniecznych do wykonania czynnoci profilaktycznych. Realizacja tych zada wymaga znajomoci cech stanu struktury obiektu oraz diagnostycznie zorientowanych parametrów procesów wyjciowych (symptomów), odwzorowujcych cechy stanu. W metodologii diagnostyki rozrónia si nastpujce fazy badania ocenowego: kontrol stanu obiektu, ocen stanu i jego konsekwencje, lokalizacj i separacj uszkodze powstałych w obiekcie, wnioskowanie o przyszłych stanach obiektu. Te zadania realizowane s w nastpujcych formach działania diagnostycznego: diagnozowanie - jako proces okrelania stanu obiektu w chwili pomiaru, genezowanie - jako proces odtwarzania historii ycia obiektu, prognozowanie - jako proces okrelania przyszłych stanów obiektu. Przedstawione formy działania diagnostycznego realizowane s w czasie cigłej lub dyskretnej obserwacji obiektu. Najwaniejsze elementy terminologii diagnostycznej, szczególnie z zakresu formalizacji zapisu działa dotycz nastpujcych okrele: * diagnostyka techniczna - dziedzina wiedzy dotyczca metod, rodków i procedur okrelania stanu technicznego maszyn, * diagnozowanie - zespół działa celem okrelaniem obecnego i przyszłego stanu maszyny, a) diagnozowanie uytkowe - okrelajce przydatno maszyny do uytkowania, b)diagnozowanie obsługowe-okrelajce zakres czynnoci dla przywrócenia stanu zdatnoci, * diagnoza - decyzja o stanie maszyny, (wynik procesu diagnozowania). Stan techniczny obiektu jest definiowany w kategoriach jakoci i bezpieczestwa jego działania, poprzez wektor miar bezporednich lub porednich. Aktualny stan maszyny mona okrela obserwujc funkcjonowanie obiektu, tzn. jego wyjcie główne przekształconej energii (lub produktu), oraz wyjcie dyssypacyjne gdzie obserwuje si procesy resztkowe np. termiczne, wibracyjne, akustyczne, elektromagnetyczne. Obserwacja tych wyj daje cał gam atrakcyjnych moliwoci diagnozowania stanu (rys..2) poprzez : * obserwacj procesów roboczych, monitorujc ich parametry w sposób cigły, czy te prowadzc badania sprawnociowe maszyn na specjalnych stanowiskach (moc, prdko, cinienie itp.),

3 * badania jakoci wytworów, zgodnoci pomiarów, pasowa, połcze itp., gdy ogólnie im lepszy stan techniczny maszyny tym lepsza jako produkcji, * obserwacj procesów resztkowych, stanowicych baz wielu atrakcyjnych metod diagnostycznych, opartych jak dotd głównie na modelach symptomowych. zak łócenia sterowanie zasilanie MASZYNA przetworzona energia procesy robocze STATYKA produkt jako I DYNAMIKA wytworu procesy resztkowe procesy dla -wibroakustyczne bada STAN - elektryczne, magnetyczne diagnostycznych TECHNICZNY - cieplne - tarciowe - inne destrukcyjne sprzenie zwrotne Rys..2 Moliwe trzy sposoby obserwacji stanu maszyny Efektywne wykorzystanie diagnostyki jest uwarunkowane dynamicznym rozwojem nastpujcych zagadnie : - modelowania diagnostycznego, (energetycznego, strukturalnego, symptomowego), - metod monitorowania, diagnozowania, genezowania i prognozowania, - podatnoci diagnostycznej (przyjazne metody i obiekty), - budowy ekonomicznych i dokładnych rodków diagnozy, - precyzowania moliwoci diagnostyki w kolejnych fazach istnienia maszyny, - budowy metod oceny efektywnoci zastosowa diagnostyki, - metodologii projektowania i wdraania diagnostyki technicznej, - metod sztucznej inteligencji w diagnostyce, - projektowania systemów samodiagnozujcych i samonaprawialnych. Jest przy tym oczywistym, e powysze problemy winny by rozwizane w oparciu o najnowsze dokonania rónych dziedzin wiedzy. Jest tu zatem miejsce na szerokie stosowanie nowoczesnych technologii informatycznych w zakresie: modelowania obiektów, planowania i realizacji bada, wnioskowania diagnostycznego, miejsce dla sztucznej inteligencji obejmujcej systemy doradcze i sieci neuronowe z udziałem logiki rozmytej. Pełna realizacja tych zada sprawi, e diagnostyka wypełni swoj funkcj tworzc oczekiwane narzdzia kształtowania jakoci maszyn na wszystkich etapach ich istnienia (rys..3). Patrzc syntetycznie na ogół moliwych zastosowa diagnostyki w kadej z faz istnienia obiektu, mona wyróni dziedziny i zakres wiedzy niezbdnej do prawidłowego rozwoju tej dziedziny. S to : wiedza o obiektach, ich modelowaniu, identyfikacji, symulacji zachowa, nauka o sygnałach i symptomach, teoria eksperymentu, teoria decyzji oraz komputerowe wspomaganie bada diagnostycznych.

4 F a zy istnie nia m a s zy ny D ziedz in a Wza arto stosow an ia W artociow anie K onstrułow anie W ytwarzanie Ek sploatacja (w yró b-p roces) N azw a D iagn ostyk a D iagn ostyk a D iagn ostyk a D iagn ostyk a dia gn o- h euryst yczn a k on stru k cyjn a k on troln a ek sp latacyjn a styk i (w yt w arzan ia) Cel W ybór Identyfikacja O cena Ocena stanu diagno- m etod i ródeł drga i po- jakoci technicznego styki rodków tencjalnych zagroe w ytworów obiektów Rys..3 Fazy istnienia maszyny w ujciu diagnostycznym Z praktycznego punktu widzenia problemy główne diagnostyki, warunkujce racjonalny rozwój i praktyczne jej stosowanie, obejmuj : fizykochemiczne podstawy diagnostyki technicznej, (tworzywo konstrukcyjne, warstwa wierzchnia, smarowanie, starzenie, zuycia, stany graniczne, przemiany energetyczne, procesy fiz.-chem.), metodologiczne podstawy bada diagnostycznych, (zadania diagnostyczne, modele diagnostyczne, identyfikacja modeli, symulacja wraliwoci miar, techniki wnioskowania, sposoby prezentacji diagnoz), komputerowa obsługa zada diagnostycznych, (oprogramowanie, planowanie eksperymentów, badania, przetwarzanie sygnałów, estymacja charakterystyk, redukcja wymiarowoci, estymacja modeli, elem. sztucznej inteligencji), techniczne metody kontroli stanu obiektu, (metodyki, metody, rodki - od najprostszych do systemów doradczych), rola i miejsce diagnostyki w cyklu istnienia obiektu, (projektowanie diagnostyki, projektowanie diagnostyczne, charakterystyki uytkowe, DT w logistyce, zarzdzanie eksploatacj, MONIZAS), przesłanki ekonomiczne stosowania diagnostyki, (mierniki wartoci, modele decyzyjne, wskaniki efektywnoci, rachunek optymalizacyjny), kształcenie dla potrzeb diagnostyki, (zawód, sylwetka absolwenta, poziomy kształcenia, doskonalenie, materiały dydaktyczne). S to wic grupy podstawowych problemów z rónych dyscyplin podstawowych i stosowanych, zawierajce w sobie wyróniki odrbnoci naukowej diagnostyki technicznej.... Diagnostyka w eksploatacji Zapotrzebowanie na metody i rodki diagnostyki w tym opracowaniu skupiaj si głównie na etapie eksploatacji osprztu pojazdów, co uzasadnia krótki przegld tej problematyki.

5 W wieloetapowym procesie istnienia maszyn (wartociowanie, konstruowanie, wytwarzanie, eksploatacja) faza eksploatacji jest weryfikacj kocow efektywnoci działania wytworu (wyrobu-usługi), ujmujc jako wszystkich poprzednich etapów. Współczenie pod pojciem "eksploatacja" rozumie si zespół celowych działa organizacyjno-technicznych i ekonomicznych ludzi z urzdzeniami technicznymi oraz wzajemne relacje wystpujce midzy nimi od chwili przejcia urzdzenia do wykorzystania zgodnie z przeznaczeniem, a do jego utylizacji po likwidacji. Działalno eksploatacyjna przebiega w obrbie logistyki, w ramach rónych systemów produkujcych rozliczne dobra i wiadczcych przeróne usługi. Systemy te s na ogół złoone i wydzielenie w nich podsystemu eksploatacji wcale nie jest łatwe. Schemat strukturalny systemu eksploatacji maszyn pokazano na rys..4, wyróniajc w nim jako główne uytkowanie i obsługiwanie, przy czym obsługiwanie to podsystem zapewnienia zdatnoci traktowany jako podrzdny dla podsystemu uytkowania. W podsystemie uytkowania znajduj si tylko zdatne maszyny, które mog by uytkowane intensywnie (zgodnie z przeznaczeniem) lub uytkowane wyczekujco-kiedy trwa postój na zapotrzebowanie do uycia. Kada niezdatno powoduje przejcie maszyny do podsystemu obsługiwa technicznych, gdzie wyrónia si: podsystem zabiegów profilaktycznych: obsługiwanie w dniu uytkowania (OU) (na które składaj si: przegld przed uyciem, przegld podczas uycia oraz obsługiwanie codzienne po zakoczeniu pracy), obsługiwanie po okrelonej iloci pracy (OT), obsługiwanie sezonowe (OS), obsługiwanie powypadkowe (OA), obsługiwanie uprzedzajce (OP), obsługiwanie po okresie docierania (OD) itd; podsystem rozpoznania stanu i pomocy technicznej; diagnostyka techniczna (DT), rozpoznanie i pomoc techniczna (PT), podsystem napraw; naprawa bieca (NB), naprawa rednia (NS), naprawa główna (NG), naprawa poawaryjna (NA) itd., podsystem konserwacji; konserwacja krótkoterminowa (KK), rednioterminowa (KS), długoterminowa (KD). Zadaniem podsystemu obsługiwa technicznych jest usunicie niezdatnoci maszyny lub wykonanie niezbdnie koniecznych czynnoci obsługowych(zalecanych przez wytwórc). Eksploatowanie rozlicznych urzdze warunkuje rozwój produkcji wytworów nie bdcych urzdzeniami, rozwój realizacji usług oraz rozwój produkcji urzdze. Tak rozumiana działalno eksploatacyjna powinna charakteryzowa si : technik eksploatacyjn eliminujc cik prac ludzi, rodkami eksploatacji umoliwiajcymi minimalizacj kosztów, warunkami eksploatacji umoliwiajcymi maksymalizacj trwałoci urzdze. Zmiany wywołane stanem niezawodnociowym eksploatowanych maszyn (uszkodzenia, przestoje) maj charakter losowy, std naley prowadzi polityk eksploatacyjn polegajc na sterowaniu stanem zdatnoci maszyn w taki sposób, by uzyskiwa optymalne efekty. Najczciej stosowanym kryterium optymalizacyjnym jest tu koszt eksploatacyjny, rozumiany jako suma uogólnionych nakładów na uytkowanie i obsługiwanie maszyn.

6 SYSTEM KIEROWANIA S Y S T E M SYSTEM ZASILE E K S P L O A T A C J I PODSYSTEM OBSŁUGIWA TECHNICZNYCH P O D S Y S T E M U Y T K O W A N I A U. intens. U. wyczek. K O KR N S E R K W A C J KD A OBSŁUGIWANIA TECHNICZNE (zabiegi profilaktyczne) OU OP (OT, OT2, OT3) OS OS P NAPRAWY NB N NG NK NA ROZPOZNANIE I POMOC TECHNICZNA RST DT RiES SYSTEM UZUPEŁNIENIA KADROWEGO Rys..4 Elementy systemu eksploatacji maszyn Znajomo stanu maszyny jak i moliwoci prognozowania tego stanu na okrelony choryzont czasowy to główne nowoci wykorzystywane coraz czciej w stosowanych współczenie strategiach eksploatacji maszyn, z których główne przedstawiono poniej. Strategia eksploatacji według iloci wykonanej pracy Eksploatowanie maszyn w tej strategii jest limitowane iloci wykonanej pracy, która moe by okrelana liczb godzin pracy, iloci zuytego paliwa, liczb przejechanych kilometrów, liczb cykli pracy itp. Generaln zasad w tej strategii jest zapobieganie uszkodzeniom (zuyciowym, starzeniowym) poprzez konieczno wykonywania zabiegów obsługowych w oznaczonych limitach wykonanej pracy, przed osigniciem granicznego poziomu zuycia. Z punktu widzenia wykorzystania rzeczywistego potencjału uytkowego maszyny jest to strategia mało efektywna, gdy podstaw przyjmowania dopuszczalnej iloci pracy s eks-tremalne warunki pracy. Przyjmuje si tu najniekorzystniejsze warunki pracy, najsłabsze og-niwa (zespoły, czci) maszyny, ekstremalne obcienia, które nie zawsze i w nie równym stopniu mog si ujawni podczas eksploatacji. Strategia ta, mimo do powszechnego stosowania, posiada szereg wad, jak np.: planowanie czynnoci obsługowych odbywa si w oparciu o normatyw, niezalenie od stanu technicznego maszyny, co prowadzi do wykonywania zbdnych prac obsługowych i nadmiernego zuywania czci i materiałów eksploatacyjnych; sztywne struktury cykli naprawczych (NG) nie odpowiadajce rzeczywistym potrzebom; bardzo mała efektywno wykorzystania potencjału uytkowego maszyny; przyjte normatywy nie uwzgldniaj postpu technicznego, nie wyzwalaj inicjatywy personelu obsługujcego, nie doskonal systemu eksploatacji; ustalenie optymalnego czasu poprawnej pracy maszyny jest trudne, a to prowadzi do wzrostu kosztów eksploatacji.

7 Strategia eksploatacji według stanu technicznego Strategia według stanu opiera podejmowanie decyzji eksploatacyjnych na podstawie biecej oceny stanu technicznego maszyn, ich zespołów lub elementów (rys..5). Umoliwia to eliminowanie podstawowych wad eksploatacji maszyn wg innych strategii. zak łócenia WE SYSTEM WY EKSPLOATACJI MASZYN PODSYSTEM DIAGNOSTYCZNY (informacje o stanie maszyn) DECYZJE ALGORYTM WZORZEC EKSPLOATACYJNE POSTPOWANIA STANU Rys..5 Diagnostyczne sterowanie systemem eksploatacji maszyn Aktualny stan techniczny maszyny, odwzorowany wartociami mierzonych symptomów stanu, jest podstaw decyzji eksploatacyjnej. Poprawna realizacja tej strategii wymaga skutecznych metod i rodków diagnostyki technicznej oraz przygotowanego personelu technicznego. Wymaga te przezwycienia nieufnoci decydentów, co do efektywnoci takiego sposobu eksploatacji. Efekty ekonomiczne z takiego sposobu eksploatacji s niewspółmiernie wysze ni w innych strategiach, co warunkuje powodzenie i ogromne zainteresowanie tym rozwizaniem. Podstawowym warunkiem powodzenia tej strategii jest dostpno prostych i skutecznych metod diagnostycznych, najlepiej wkonstruowanych w produkowane maszyny, które z kolei s nadzorowane w systemie monitorowania stanu. Autoryzowana strategia istnienia maszyn Jakociowe zmiany wymuszone gospodark rynkow maj rozległe konsekwencje we wszystkich sferach gospodarowania, w tym równie w eksploatacji rodków trwałych. Wymagania od strony "jakoci" wytworów, marketingu i logistyki zmieniaj radykalnie kryteria oceny maszyn, dajc przesłanki do dalszego, rosncego zainteresowania metodami i rodkami diagnostyki technicznej. Potrzeby i uwarunkowania gospodarki rynkowej uzasadniaj konieczno wprowadzenia nowoczesnej autoryzowanej strategii wytwarzania i eksploatacji maszyn. W propozycji tej strategii nie traci si dotychczasowych dokona najnowszej strategii eksploatacji według stanu, lecz twórczo si j modernizuje. Sama idea tej strategii, pokazana na rys..6, opiera si na wykorzystaniu "ptli jakoci", któr uzupełniono elementami teorii eksploatacji (fazy istnienia maszyny, serwis) oraz diagnostyki technicznej. Proponowana strategia ASIM-imiennie wskazuje na twórc i odpowiedzialnego za wyrób. Producent zainteresowany jakoci i póniejszym zbytem jest odpowiedzialny za wyrób od zamysłu, poprzez konstrukcj, wytwarzanie i eksploatacj, a do utylizacji po likwidacji obiektu. Tym samym producent konstruuje i wytwarza swoje wyroby w oparciu o najnowsze osignicia myli technicznej, zabezpiecza swój wytwór własnym serwisem

8 obsługowym w czasie eksploatacji, a take wyposaa obiekty w rodki diagnostyczne (czsto automatyczne). WARTO CIOWANIE Marketing i badania rynku KONSTRUOWANIE Projektowanie/wymagania techn. i konstruowanie wyrobu Likwidacja po wykorzystaniu EKSPLOATACJA Pomoc techn. i obsługiwanie Instalowanie i uruchamianie Sprzeda i dystrybucja A S I M Odbiorca/ konsument Producent/ dostawca "serwis" Zaopatrzenie Pakowanie i przechowywanie DYSTRYBUCJA Planowanie i rozwój procesu Produkcja Kontrola, próby i badania WYTWARZANIE Rys..6 Autoryzowana strategia istnienia maszyn..2. Elementy metodologii diagnostyki Przystpujc do badania obiektu naley kierowa si wytycznymi, zawartymi w stosownej instrukcji (DTR) lub wykorzysta wskazania wynikajce z dowiadczenia. Zgodnie z tym bada naley okrelone właciwoci obiektu, nie zwracajc uwagi na inne, mniej istotne z punktu prowadzonego badania. Poprzez selekcj informacji o właciwociach obiektu tworzy si (rys..7) model obiektu umoliwiajcy jego badanie. Kryterium selekcji wynika z celu badania i uzyskany model jest słuszny tylko dla tego-okrelonego celu. Model obiektu jest to OBIEKT y y y 2 i KRYTERIUM SELEKCJI Y Y Y Y MODEL OBIEKTU -strukturalny - funkcjonalny - badawczy - fizyczny Rys..7 Tworzenie modelu obiektu zatem ograniczony zbiór właciwoci obiektu, wybranych decyzyjnie ze wzgldu na cel badania. Jeli w modelu uwzgldni si tylko właciwoci zewntrzne (właciwoci fizyko-

9 chemiczne, konstrukcyjne, wymiary) obiektu, to otrzymamy model urzdzenia w postaci np. rysunku technicznego, schematu, opisu zasad pracy (równania matematyczne lub tekst w instrukcji), zestawienia danych (w formularzu lub metryce urzdzenia). Jeli natomiast uwzgldnimy właciwoci (powizania) wewntrzne, otrzymamy model systemu w postaci schematu organizacyjnego, grafu, siatki PERT, harmonogramu, schematu kinematycznego, opisu współpracy elementów itp. Do zapisu powiza midzy elementami-a cilej, midzy właciwociami elementów-w postaci matematycznej, uywa si relacji.w rzeczywicie istniejcym obiekcie bada si tylko te właciwoci, które wyróniono w modelu. Pominicie jednych cech, a uwzgldnienie drugich spowodowa moe niewłaciwe odwzorowanie elementów lub relacji midzy nimi. Wówczas model jest nie adekwatny do obiektu, a wyniki bada i diagnozy fałszywe. Dlatego wybór właciwoci obiektu reprezentowanych w modelu ma istotny wpływ na proces diagnostyczny obiektu i jego eksploatacj. Przystpujc do tworzenia modelu obiektu naley: a) ustali cel, w którym model jest tworzony i zwizane z tym wymagania; b) ustali, czy model ma dotyczy obiektu jako całoci-(model urzdzenia), czy te wany jest jego podział na czci i ich współdziałanie (model systemu); c) ustali, jakie czci obiektu s istotne ze wzgldu na cel tworzenia modelu i które ich właciwoci charakteryzuj powizania wewntrzne; d) ustali rodzaj postaci modelu (fizyczny, matematyczny, graficzny). Ograniczenie zbioru cech powoduje ukierunkowanie bada na okrelony zakres zada lub właciwoci obiektu. Wie si z tym równie wybór postaci odwzorowania takiej, jaka najlepiej pokazuje zdolno obiektu do realizacji tych zada. Istnieje wiele sposobów tworzenia modeli obiektów, w wyniku czego powstaj róne modele, wród których wymieni naley: ) modele strukturalne - pokazuj powizania wyrónionych elementów obiektu, wygodne dla analizy organizacji obiektu i zagadnie zwizanych z kierowaniem i sterowaniem obiektem lub dla analizy jego konstrukcji; maj zwykle posta opisowo-graficzn (np. schemat organizacyjny) lub posta złoeniowego rysunku technicznego; mog one by przedstawione w postaci relacji logicznych; 2) modele funkcjonalne - pokazuj wpływ wyrónionych elementów obiektu na poszczególne funkcje (zadania) wykonywane przez obiekt; zwykle s one opisowo-graficzne, np. schemat blokowy urzdzenia; 3) modele badawcze - wród których wyróni mona: - modele ideowe - pokazuj sposób realizacji poszczególnych zada; nale tu schematy ideowe urzdze elektrycznych, schematy układów kinematycznych (np. przekładni zbatej); - modele analityczne - umoliwiaj ilociowe okrelanie właciwoci obiektu; maj one zwykle posta matematyczn np. zalenoci funkcyjne, macierze, opisy procesów. Podstawowym kryterium selekcji właciwoci obiektu przy tworzeniu jego modelu dla celów diagnostyki, jest ich przydatno do okrelania stanu obiektu. W potocznym jzyku pojcie stanu traktowane jest jako pierwotne, nie definiowane, rozumiane do rónie, zalenie od okolicznoci, np. "stan wody w rzece", "stan zdrowia", "stan licznika (liczba kwh)". Dla prowadzenia bada diagnostycznych, niezbdne jest ucilenie tego pojcia. W rozwaaniach teoretycznych przyjmuje si definicj: Stan obiektu jest to zbiór wartoci wszystkich jego cech (właciwoci) w danej chwili czasu. Jak łatwo zauway, jest to zawsze zbiór bardzo liczny (teoretycznie o mocy continuum). W wyniku selekcji ustala si zatem mniej liczny zbiór właciwoci istotnych ze

10 wzgldu na cel badania, które tworz model obiektu i odpowiadajce mu stany. W ten sposób zostaj okrelone stany niezawodnociowe, funkcjonalne, techniczne itp. Zbiór wartoci cech obiektu wyznaczajcych jego stan moe by zapisany w postaci: ε = <x,...xn>. Poszczególne wartoci xi kadej cechy tworz zbiory liczb rzeczywistych i mog by traktowane jako baza (zespół osi) przestrzeni stanu, w której kady punkt jest wektorem stanu o współrzdnych wyznaczonych przez wartoci cech w danej chwili. Zatem, mimo ograniczenia liczby cech opisujcych stan obiektu nadal mamy zbiór stanów o mocy continuum, który dla celów diagnostycznych nie jest w praktyce przydatny. Celem procesu diagnostycznego jest okrelenie w którym obszarze znajduje si wektor stanu obiektu w chwili kontroli, a diagnostyczny model obiektu powinien umoliwi to poprzez wybór do kontroli istotnych cech i wyznaczenie odpowiednich wartoci odniesienia, rozróniajc stan zdatnoci lub niezdatnoci obiektu. Co najmniej jeden z tych stanów oznaczany jest jako "stan zdatnoci". Naley rozumie pod tym pojciem "zdatny do uycia" - jeli odwzorowuje stany zwizane z diagnozowaniem uytkowym (kontrol stanu) lub "zdatny do obsłuenia" - dla potrzeb diagnozowania obsługowego (lokalizacji uszkodze). Jeli rozwaa si prawdopodobiestwo wystpienia tych stanów (w oparciu o dane statystyczne), to s one stanami niezawodnociowymi. W czasie diagnozowania bada si (identyfikuje) właciwoci osobnicze obiektu i okrela jeden z jego moliwych stanów...3. Cechy, symptomy, relacje Właciwoci obiektu za pomoc których tworzy si jego model, nazywa si w diagnostyce cechami. Cecha obiektu jest to wielko fizyczna, charakteryzujca go ze wzgldu na działanie zgodne z przeznaczeniem. Wród cech obiektu wyróni mona: - cechy funkcjonalne - za pomoc których okrela si zadania (funkcje) obiektu lub sprawdza jako (stopie) wykonywania tych zada; ich spis zawarty jest zwykle w wymaganiach technicznych; - cechy konstrukcyjne - opisuj obiekt lub jego elementy ze wzgldu na zasad pracy, sposób współdziałania elementów lub ich wykonanie; przedstawia si je czsto w postaci rysunku technicznego; - cechy obsługowe, - ich warto moe by zmieniana w czasie obsługiwania (np. przez regulacje, zabiegi konserwacyjne itp); - cechy diagnostyczne - kontrolowane w czasie bada diagnostycznych; za pomoc tych cech opisuje si zazwyczaj stany (przestrze stanu) obiektu, dlatego nazywane s te cechami stanu. Miary bezporednie stanu technicznego obiektów to np.: wymiary geometryczne ich elementów, geometria współpracy par kinematycznych, trajektorie organów roboczych, charakterystyki wytenia materiału itp, które okrela si jako cechy stanu obiektu. Sporód rónych cech charakteryzujcych obiekt i jego stan wyrónia si czasem takie, które wystpuj tylko w czasie, gdy obiekt jest uszkodzony lub nie w pełni zdatny. Wystpowanie tych cech nie jest wynikiem wiadomych działa konstruktora, lecz zwizane jest z naruszeniem zasad pracy urzdzenia, przekroczeniem dopuszczalnych granic obcialnoci, wytrzymałoci itp. Miary porednie stanu technicznego, odzwierciedlajce zaawansowanie procesów zuycia i jako funkcjonowania obiektu, nosz nazw parametrów (symptomów), czyli wielkoci mierzalnych współzmienniczych z cechami stanu technicznego. Symptomy, jako miary sygnałów (procesów) diagnostycznych, s zorientowane uszkodzeniowo i wyznaczane w oparciu o badanie procesów wyjciowych z funkcjonujcych obiektów.

11 Zbiór wartoci wybranych wielkoci charakteryzujcych obiekt lub jego stan nazywa si charakterystyk. Moe to by zbiór wartoci, wyraajcych przebieg zmian powyszych cech. Zwykle jest to zmiana wartoci w funkcji czasu (charakterystyka czasowa), ale moe to by równie zaleno jednej wielkoci fizycznej od drugiej. Najczciej stosowan form przedstawiania charakterystyki jest zestawienie danych lub wykres. Przykładem charakterystyki moe by: zbiór danych zawartych w instrukcji eksploatacji urzdzenia (charakterystyka techniczna lub niezawodnociowa obiektu), przebieg prdu rozruchu silnika, zaleno prdu emitera od napicia na bazie w tranzystorze, zmiana intensywnoci uszkodze obiektu w trakcie eksploatacji. Poznanie stanu technicznego obiektu wymaga jednoznacznego skojarzenia cech stanu obiektu ze zbiorem miar i ocen generowanych procesów wyjciowych - symptomów. Algorytmy przyporzdkowujce sobie oba zbiory cech-konstrukcji i symptomów-s podstaw tworzenia modeli diagnostycznych obiektów. Modele diagnostyczne obiektów tworzy si dla potrzeb wnioskowania diagnostycznego w badaniach symulacyjnych lub eksperymentalnych. Przez model rozumie si układ, dajcy si pomyle lub materialnie zrealizowa, który odtwarzajc przedmiot badania, zdolny jest zastpowa go tak, e jego badanie dostarcza nam nowych informacji o tym przedmiocie. W ogólnoci modele stosowane w badaniach diagnostycznych mog by: energetyczne, symptomowe i holistyczne. Modele symptomowe opisuj stan techniczny obiektu w kategoriach obserwowanych symptomów, nie zawierajcych czasu dynamicznego "t", lecz tylko czas ycia "Q". Natomiast modele holistyczne ujmuj dynamik systemu i jego procesy zuyciowe łcznie. Modele energetyczne s w pocztkowej fazie opracowywania w diagnostyce i nie znalazły jeszcze szerszych aplikacji. Model diagnostyczny obiektu jest zatem narzdziem pozwalajcym opisa obiekt i jego zachowanie w rónych warunkach, za pomoc relacji diagnostycznej na zbiorze cech stanu i zbiorze symptomów. W diagnostyce technicznej mona wyróni nastpujce cele tworzenia modeli: - dla potrzeb projektowania, gdzie model słuy do optymalizacji struktury i parametrów konstruowanego obiektu oraz jest narzdziem oceny "jakoci" konstrukcji, eliminacji słabych ogniw, projektowania układów nadzoru (modele funkcjonalne i niezawodnociowe); - dla potrzeb diagnozowania, gdzie model jest podstaw ustalenia algorytmu diagnozowania, który prowadzi do okrelenia stanu aktualnego i przyszłego obiektu (diagnozy); - dla potrzeb uytkowania i sterowania, wykorzystujcego model do podejmowania decyzji z działajcym obiektem (zakres działa obsługowych, decyzje eksploatacyjne). Najbardziej ogólny model obiektu dla potrzeb diagnostyki technicznej przedstawiono na rys..8. Stan techniczny obiektu mona okrela, obserwujc funkcjonowanie obiektu,tzn. jego wyjcie główne przekształconej energii (lub produktu) oraz wyjcie dyssypacyjne, gdzie obserwujemy rónego typu procesy resztkowe (termiczne, wibracyjne, akustyczne, elektromagnetyczne). Przedstawiony model obiektu diagnostyki opisuje równanie wektorowe : G ( X, S, E, Z, N ) = 0 (.) Interesujcy nas stan obiektu mona wic okreli z zalenoci : X = g ( S, Z, E, N ) (.2)

12 sterowanie E zakłócenia N zasilanie Z -energia -surowiec STATYKA I DYNAMIKA {czas "t", θ przestrze "r"} ZUYCIE MASZYNA {czas ycia"θ stan X(θ) } Rys..8 Model obiektu diagnostyki destrukcyjne sprzenie zwrotne produkt {procesy robocze} G(S,X,Z,E,N)=0 {procesy resztkowe} X,S,E,Z,N= f(θ) Realizacja eksperymentalna powyszej zalenoci jest moliwa po przyjciu uproszcze, zakładajcych stało w sensie wartoci rednich wektorów E, Z = 0, a wynikajcych z przyjtego modelu obiektu (rys..8). Mamy zatem : X = F ( S )Z,E=cons+ N (.3) Uwzgldniajc dziedziny okrelonoci poszczególnych wektorów tej relacji, otrzymujemy podstawowe równanie diagnostyki w postaci : X (t,θ, r) = A (r) S (Θ, r) + N (t,θ,r) (.4) Wektorowy opis struktury obiektu, jego wej: zasilania, sterowania i zakłóce oraz wyj energetycznych (uytecznych i resztkowych), prowadzi bezporednio do opisu moliwych zwizków pomidzy zmiennymi: - parametrami symptomów diagnostycznych i cechami stanu obiektu; - cechami stanu i parametrami symptomów diagnostycznych; - stanami i symptomami diagnostycznymi. Nie ma przepisu na dobry model konkretnego obiektu. Czsto opracowuje si kilka modeli o odmiennej strukturze i złoonoci, a nastpnie wybiera si najdogodniejszy do zastosowa. Pocztkowo zawsze jest to model prosty, który w miar zdobywania dowiadcze jest doskonalony. Znajomo praw rzdzcych zjawiskami, dane dowiadczalne i inne informacje pozwalaj doskonali struktur modelu, czyli postaci zalenoci poprawnie opisujcej zwizki midzy badanymi zmiennymi. Kady model fizyczny ma odpowiadajcy mu model matematyczny. Modelem matycznym obiektu mechanicznego jest najczciej układ równa róniczkowych lub algebraicznych, które opieraj si na bilansie energetycznym, materiałowym lub równaniach procesów fizyko-chemicznych...4. Proces diagnozowania Uznajc generalnie za słuszny przyczynowo - skutkowy model (stan - sygnał) działania obiektu diagnostyki, posiadamy moliwo przeprowadzenia trzech rodzajów eksperymentów diagnostycznych (rys..9). Realizacja kadego z tych eksperymentów zaley od właciwego jego zaplanowania i przygotowania, na co składaj si: - wytypowanie reprezentacji obiektów do bada; - ustalenie rodzaju eksperymentu (czynny, bierny, bierno-czynny); - ustalenie techniki prowadzenia eksperymentu (zestaw aparatury, punkty odbioru sygnału, sposób rejestracji); - okrelenie warunków realizacji pomiarów (mierzone wielkoci, dokładno pomiaru, czas trwania realizacji, sposób przetwarzania);

13 EKSPERYMENTY DIAGNOSTYCZNE CZYNNY BIERNO-CZYNNY BIERNY S,X - znane Z,E - const. (zadane, znane) N - przypadkowe S - znane X - znane krokowo Z,E - const. (zadane, znane) N - przypadkowe S - znane X - szukane Z,E - const. (zadane) N - przypadkowe Rys..9 Podział eksperymentów diagnostycznych Oznaczenia: S-wektor symptomów; X-wektor cech stanu obiektu; Z-wektor zasile; E-wektor sterowa; N-wektor zakłóce. - przyjcie a priori wstpnego modelu obiektu bada (heurystyczny, dedukcyjny, empiryczny); - analiza statystyczna wyników okrelajca zwizki przyczynowo-skutkowe i błdy; - ustalenie modelu diagnostycznego obiektu (a posteriori); - weryfikacja zakresu poprawnoci modelu (wartoci graniczne: techniczne i ekonomiczne); - opracowanie procedury diagnostycznej dla zastosowa praktycznych. Aby uzyska niezbdne informacje o obiekcie i jego stanie oraz przetworzy je do odpowiedniej postaci, naley wykona zespół czynnoci, zawierajcych badania i wnioskowanie diagnostyczne, składajcych si na działanie diagnostyczne. Cig tych działa tworzy proces diagnozowania. Działania te, zwłaszcza w odniesieniu do złoonych obiektów technicznych, powinny by zawczasu zaplanowane. Rozumie si przez to opracowanie odpowiedzi na pytania: co bada? jak bada? kiedy bada? oraz jak postpowa z otrzymanymi wynikami bada. Zwizane z tymi pytaniami zagadnienie czym bada?, jest problemem opracowywanym przy projektowaniu systemu diagnostycznego; tym nie mniej czsto wpływa równie na planowanie działa i procesu diagnozowania. Zaplanowanie procesu diagnozowania umoliwia z kolei jego optymalizacj (ze wzgldu na zadane kryteria), a ponadto umoliwia wykonanie tych działa przez mniej wykwalifikowany personel. Zbiór działa diagnostycznych tworzcych proces diagnozowania mona podzieli na podzbiory zwizane z uzyskiwaniem informacji: a) o wartociach badanych wielkoci; jest to podzbiór działa zwanych mierzeniem; b) o stosunku tych wartoci do wartoci odniesienia - zwanych sprawdzaniem; c) o relacji midzy zbiorem uzyskanych wyników sprawdze a zbiorem rozrónianych stanów obiektu; działania z tym zwizane tworz podzbiór zwany wnioskowaniem diagnostycznym lub wypracowaniem diagnozy. Zatem, w kadym procesie diagnozowania wyróni mona trzy fazy, w których realizowane s kolejno odpowiednie podzbiory działa diagnostycznych (rys..0). PROCES DIAGNOSTYCZNY Faza Faza 2 Faza 3 Mierzenie Sprawdzanie Wnioskowanie Wynik Wynik mierzenia sprawdzenia Diagnoza

14 Rys..0 Fazy procesu diagnozowania Procesy diagnozowania róni si sposobem realizacji, celem - dla którego s prowadzone, uzyskiwanymi efektami itp. Std moliwe s róne klasyfikacje procesów diagnozowania, wród których wyróni mona: a) klasyfikacja ze wzgldu na cel kontroli: - diagnozowanie uytkowe;ocena stanu (funkcjonowania) zdatnoci obiektu do uycia; - diagnozowanie obsługowe; lokalizacja i przyczyny uszkodzonych elementów; - kontrola profilaktyczna - zbadanie, czy wartoci cech elementów s na granicy przedziałów wartoci dopuszczalnych; - kontrola prognostyczna - wypracowanie prognozy stanu obiektu w zadanym okresie (w przyszłoci) lub genezy stanu (w przeszłoci); - samokontrola - ocena stanu systemu diagnostycznego. b) klasyfikacja ze wzgldu na warunki realizacji: - kontrola aktywna (testowanie) - ocena stanu obiektu na podstawie obserwacji jego reakcji na zadane wymuszenia; - kontrola pasywna - ocena stanu obiektu bez oddziaływa zewntrznych; - kontrola statyczna - ocena stanu obiektu w ustalonych warunkach; - kontrola dynamiczna-ocena stanu obiektu na podstawie obserwacji procesów przejciowych. c) klasyfikacja ze wzgldu na czas kontroli: - kontrola cigła - informacja uzyskiwana jest bez przerwy, w czasie pracy obiektu; - kontrola okresowa - diagnozy wypracowuje si we wczeniej ustalonych chwilach czasu; - kontrola bieca - rozpoczynana w dowolnie wybranych chwilach, w miar potrzeb, losowo. W trakcie planowania procesu diagnozowania dokonuje si wyboru jednej z tych klasyfikacji, stosowanej do: kontroli funkcjonowania, kontroli stanu i lokalizacji uszkodze. Kontrol funkcjonowania prowadzi si bez naruszania struktury obiektu w warunkach funkcjonowania obiektu (w czasie jego pracy). Badaniu podlegaj cechy charakteryzujce funkcjonowanie, to znaczy wykonywanie zada, do których obiekt jest przeznaczony. Wikszo tych cech jest trudna do zmierzenia, std kontrola opiera si głównie na obserwacji. Na ogół jest to kontrola pasywna, moliwe jest jednak stosowanie sygnałów testujcych, ułatwiajcych obserwacje realizacji zada obiektu. Kontrola funkcjonowania jest zwykle kontrol biec, wykonywan przed lub w czasie uytkowania obiektu. Stosuje si j równie w stosunku do obiektów rezerwowych. Z punktu widzenia przepisów eksploatacji elektrycznych urzdze przemysłowych, kontrol funkcjonowania s ogldziny. Kontrola stanu jest to kontrola prowadzona celem ustalenia, w jakim z moliwych (rozrónianych) stanów obiekt znajduje si w chwili kontroli. Liczba tych stanów dla obiektów mechanicznych zwykle jest wiksza od dwu, a dla układów elektrycznych i elektronicznych rozrónia si dwa stany. Rozróniane stany to oprócz stanu zdatnoci i niezdatnoci, stany ograniczonej zdatnoci (lub czciowej niezdatnoci). Stany ograniczonej zdatnoci wyznacza si przy załoeniu, ze obiekt moe by uytkowany w innych warunkach otoczenia, w których dopuszcza si inne jego parametry. Np. jeli obiekt przeznaczony jest do pracy w temperaturze -25 C, to stan ograniczonej zdatnoci moe dopuszcza prac tylko w temperaturze powyej zera. Silnik jest czciowo niezdatny, jeli moe pracowa tylko przy obcieniu nie przekraczajcym np. 75% obcienia nominalnego. Kontrola stanu róni si od kontroli funkcjonowania głównie tym, e stosuje si metody badania umoliwiajce uzyskanie ilociowych wyników pomiarów, prowadzone przy wyłczonym z pracy obiekcie. Czsto stosuje si aktywne metody bada (testy). Przewidziane w przepisach eksploatacji przegldy urzdze elektrycznych s kontrol stanu.

15 Lokalizacja uszkodzonego elementu jest to kontrola prowadzona po stwierdzeniu, e obiekt jest niezdatny. Zazwyczaj czyni si załoenie, e w obiekcie istnieje tylko jedno uszkodzenie. Jeli istnieje ich wicej, to po wykryciu pierwszego obiekt jest nadal uszkodzony i ponownie poszukuje si kolejnego uszkodzenia. Celem procesu diagnozowania jest w tym przypadku ustalenie, który z elementów obiektu nie spełnia wymaga oraz z jakich przyczyn. Przebieg procesu lokalizacji zaley zatem od: - liczby rozrónianych elementów w obiekcie (głboko lokalizacji); - kolejnoci badanych właciwoci i kolejnoci punktów kontrolnych badania. Bezporednim nastpstwem procesu lokalizacji uszkodze jest proces naprawy. Diagnoza uzyskiwana w wyniku lokalizacji uszkodzenia powinna by dyrektyw do dalszego postpowania z obiektem (co i jak naprawia). Z tych wzgldów decydujce znaczenie dla planowania i przebiegu procesu lokalizacji uszkodze maj moliwoci systemu obsługiwania i jego ograniczenia zwizane z właciwociami obiektu..2. DIAGNOZOWANIE OSPRZTU ELEKTRYCZNEGO W okresie ostatnich stuleci utrwaliło si w nauce i technice newtonowskie podejcie do otaczajcych nas zjawisk, polegajce na wydzielaniu interesujcego nas fragmentu rzeczywistoci i jego analizy w oderwaniu od reszty. Jeli jednak chcemy bada wpływ sposobu organizacji elementów, ich wzajemnych powiza i zalenoci, konieczne jest tzw. podejcie systemowe, którego istota polega na uwzgldnianiu relacji zachodzcych midzy właciwociami elementów. Takie ujcie zagadnie zapocztkował Ludwig von Bertalanfy (928r) w odniesieniu do zagadnie biologicznych. Definicja systemu ma wiele modyfikacji, przy czym najczciej formułuje si j nastpujco: system - jest to zbiór elementów i relacji zachodzcych midzy nimi (cilej, midzy właciwociami elementów). System diagnostyczny jest to zbiór tych elementów i relacji, które s niezbdne do realizacji procesu diagnozowania. Poniewa na proces ten składa si szereg działa, w wyniku których informacja o właciwociach obiektu zostaje przetworzona na informacje o jego stanie, zatem posta systemu diagnostycznego jest uzaleniona od rodzaju obiektu i działa diagnostycznych niezbdnych do wypracowania diagnoz. Proces diagnozowania dzieli si na trzy fazy, w których wystpuj poszczególne działania (patrz rys..0). Efektem realizacji pierwszej fazy jest wynik pomiaru. W fazie tej wystpuj działania: - połczenie systemu diagnostycznego z obiektem - pobranie informacji o obiekcie; - ustalenie skali pomiarowej elementu dokonujcego pomiaru (obserwacji); - pomiar, to znaczy porównanie ze skal lub klasyfikacja obserwowanych właciwoci. Druga faza procesu polega na porównaniu uzyskanego wyniku pomiaru z zadanymi wartociami odniesienia, a efektem jej jest wynik sprawdzenia. Czynnoci tej fazy to: - pobranie wyniku pomiaru; - pobranie wartoci odniesienia (z pamici danych); - porównanie klasyfikujce wynik pomiaru. W trzeciej fazie nastpuje wnioskowanie diagnostyczne, to jest wypracowanie diagnozy drog logicznej obróbki wyników sprawdze, która jest efektem działa tej fazy procesu. Działania te to: pobranie wyników sprawdze; wybór odpowiadajcej im relacji diagnostycznej i ustalenie diagnozy oraz udostpnienie diagnozy uytkownikowi (sygnalizacja, wydruk, decyzja eksploatacyjna). Elementy niezbdne do realizacji tych działa mona podzieli na trzy grupy:

16 - elementy wartociujce badane właciwoci obiektu (mierniki); - elementy sprawdzajce (komparatory) wyniki pomiarów z wartociami odniesienia; - elementy logiczne wyprowadzajce logiczny wniosek na podstawie wyników sprawdze. Rol elementu logicznego w systemie diagnostycznym spełnia człowiek - diagnosta, który realizuje kolejno wszystkie działania: obserwuje (mierzy), ocenia wynik pomiaru i generuje diagnoz. Dla przechowywania wartoci odniesienia, a take innych informacji, niezbdny jest w systemie conajmniej jeden element pamici. Elementy pamici wystpujce w systemie diagnostycznym mog mie rón posta, przy czym wyróni tu mona: - pami diagnosty (i innych ludzi działajcych w systemie); - pami tekstowa (róne postacie instrukcji zawierajce potrzebne dane i informacje); - pamici w postaci układów scalonych (np. typu RAM, PROM); - pamici magnetyczne (dyskietki, tamy magnetofonowe); - pamici układowe (przerzutniki, przekaniki itp.). Róna posta elementów i zamienne ich wykorzystanie w systemie stwarza moliwo konstruowania systemów o rónym stopniu automatyzacji. A. Niezautomatyzowany system diagnostyczny obejmuje jednego człowieka (lub zespół ludzi); wykonuje on wszystkie czynnoci, korzystajc z przyrzdów pomiarowych, instrukcji dotyczcych metod zbierania i przetwarzania informacji o badanym obiekcie oraz wypracowuje diagnoz, któr w razie potrzeby rejestruje (np.w protokole). B. Zautomatyzowany system diagnostyczny wykorzystuje układ urzdze technicznych, które realizuj proces diagnozowania zgodnie z zadanym programem. Udział człowieka jest znikomy, najczciej sprowadza si do włczenia systemu. Automatyczne systemy diagnostyczne objte s zwykle samokontrol, a powstanie uszkodzenia jest sygnalizowane. Mog by wówczas włczane elementy rezerwowe lub kontrolowany obiekt wyłczany jest z ruchu. Poszczególne wyniki kontroli lub tylko wyniki wykraczajce poza zadane granice s rejestrowane. Obecnie coraz szersze zastosowanie w konstrukcji zautomatyzowanych systemów diagnostycznych znajduj elementy techniki cyfrowej. W rozbudowanych systemach stosowane s mikroprocesory lub wykorzystywany jest komputer. Pomidzy systemem w pełni automatycznym a niezautomatyzowanym wydzieli mona systemy o rónym stopniu automatyzacji takie, w których tylko cz wszystkich działa wykonywana jest przez układy techniczne (bez udziału człowieka). Wyróni tu mona urzdzenia diagnostyczne, których konstrukcja umoliwia uzyskanie wyników sprawdze bez odczytu wyników pomiarów. Diagnozowanie uytkowe prowadzi si, by si upewni, e obiekt jest zdatny do uycia. Dobór sposobów kontroli i wybór kontrolowanych właciwoci obiektu uzaleniony jest od potrzeb, moliwoci i ogranicze wynikajcych z procesu eksploatacji, rodzaju obiektu itp. Doboru tego dokonuje zwykle konstruktor w kocowej czci opracowywania projektu urzdzenia, bd te kierownik procesu eksploatacji obiektu w aktualnie istniejcych warunkach eksploatacyjnych. W wyniku tych działa zostaje zaplanowany proces diagnozowania. Zazwyczaj proces ten jest realizowany wielokrotnie, tak czsto jak powstaje potrzeba uzyskania informacji o stanie obiektu. Cig tych kontroli, z których kada jest niezalenym procesem diagnozowania, obejmuje okres od chwili rozpoczcia eksploatacji nowego lub odnowionego obiektu do chwili stwierdzenia niezdatnoci do uytkowania. Wówczas rozpocznie si proces lokalizacji uszkodzenia (diagnozowanie obsługowe).

17 Planowanie okresów powtarzania kontroli stanu polega zatem na wyznaczeniu chwil, w których naley rozpocz kolejny proces diagnozowania. Cig tych chwil lub okresów midzy nimi, tworzy pewn strategi kontroli stanu. Liczba kontroli tworzcych realizacje takiego cigu jest zmienn losow, gdy koczy si z chwil stwierdzenia niezdatnoci obiektu podczas kolejnej kontroli. Przeprowadzenie kadej kontroli wie si z pewnymi nakładami, natomiast uytkowanie niezdatnego obiektu powoduje straty. Celowa jest zatem optymalizacja strategii kontroli, polegajca na takim doborze chwil, w których przeprowadzane s procesy diagnozowania, by eksploatacyjny koszt kontroli bdcy sum nakładów na kontrol i strat powodowanych przez niezdatny obiekt, rozłoony na pewien okres był minimalny. Dla obiektów nie naprawialnych koszt ten rozkłada si na cały okres jego eksploatacji, za dla obiektów naprawialnych jest to zwykle koszt przypadajcy na okres midzy kolejnymi uszkodzeniami. Proces diagnostyczny, realizowany w celu wykrycia uszkodzonego elementu, stanowicego cz obiektu, jest diagnozowaniem obsługowym i zwykle nazywa si "lokalizacj uszkodze". Z powyszego stwierdzenia wynika, e proces ten ma miejsce, gdy: a) obiekt jest złoony z szeregu elementów, a podział obiektu na elementy zaley od rónych czynników, takich jak: konstrukcja, moliwoci demontau i wymiany podzespołów, wzgldy ekonomiczne i inne; stopie podziału obiektu na elementy okrela głboko lokalizacji uszkodze; b) wiadomo, e obiekt jest uszkodzony (nie jest zdatny); informacj t uzyskuje si zwykle wczeniej, w czasie diagnozowania uytkowego, np. podczas kontroli funkcjonowania; c) miejsce, rodzaj i przyczyna uszkodzenia nie s znane bez przeprowadzenia procesu diagnozowania; istnieje szereg uszkodze, których powstanie jest natychmiast widoczne, np. złamania i inne uszkodzenia mechaniczne; wówczas lokalizacja ich jest zbdna. Jeli liczba rozrónianych elementów w obiekcie jest niewielka, to wybór metody prowadzenia lokalizacji uszkodzenia nie ma wikszego znaczenia; jeli jednak obiekt jest bardziej złoony, metodyka przeprowadzenia lokalizacji uszkodze powinna by zawczasu opracowana (np. przez projektanta obiektu) i przedstawiona w odpowiedniej formie w instrukcji obsługi. Opracowanie to polega na: a) ustaleniu metody prowadzenia kontroli (aktywna lub pasywna, torów sprawdze lub poszczególnych elementów); b) zestawieniu kryteriów (lub wybranie jednego z nich) umoliwiajcych optymalizacj procesu lokalizacji uszkodze; c) opracowaniu algorytmu postpowania przy lokalizacji uszkodze. Pasywna metoda prowadzenia kontroli polega na sprawdzaniu zgodnoci wartoci parametrów poszczególnych elementów z wartociami, które okrelaj ich stan zdatnoci. Niezgodno jest objawem uszkodzenia i stanowi podstaw zastpienia elementu innym lub oddania go do naprawy. Metoda aktywna polega na wprowadzeniu na wejcia elementu (lub całego obiektu) okrelonych wymusze (sygnałów testujcych) i obserwacji reakcji elementu na jego wyjciu. Metoda ta pozwala obj jednym sprawdzeniem pocztkowo kilka elementów, by drog kolejnych eliminacji doj do jednego, uszkodzonego elementu. Metoda kontroli poszczególnych elementów (pasywna lub aktywna) polega na sprawdzaniu oddzielnie kadego elementu (wynikajcego z głbokoci lokalizacji). Natomiast kontrola torów sprawdze obejmuje jednoczenie kilka elementów, których stan ma wpływ na wynik sprawdzenia. Zlokalizowanie w torze sprawdzenia elementu uszkodzonego wymaga specjalnych procedur, ale znacznie skraca czas trwania procesu.

18 W zalenoci od potrzeb, kolejno wykonywania sprawdze okrela si przy pomocy kryteriów. S nimi zazwyczaj: ) parametry niezawodnociowe (prawdopodobiestwo uszkodzenia elementu); 2) koszt realizacji procesu lokalizacji; koszt ten moe by rónie okrelony, czsto stosuje si tu koszt uogólniony, oceniany czasem trwania sprawdzenia lub całego procesu lokalizacji; 3) ilo informacji o stanie obiektu wnoszona przez poszczególne sprawdzenia; 4) efektywno sprawdzenia, to jest stosunek prawdopodobiestwa niezdatnoci sprawdzanych elementów do kosztu tego sprawdzenia. Algorytm lokalizacji uszkodzenia jest to okrelenie kolejnoci działa diagnostycznych oraz zwizanych z nimi warunków. Istnieje kilka sposobów zapisu algorytmu: - w postaci tabeli; - w postaci dendrytu (drzewa); - w postaci słownego opisu (przepisu postpowania). Zwykle dy si do opracowania algorytmu optymalizujcego proces diagnozowania ze wzgldu na zadane kryterium. Poniej przedstawione zostan wybrane metody opracowywania optymalnych algorytmów lokalizacji uszkodze przy rónych kryteriach optymalizacyjnych..2. Lokalizacja uszkodze przez kontrol poszczególnych elementów Metoda ta moe mie zastosowanie wówczas, gdy dla wszystkich elementów znane s parametry okrelajce ich stan zdatnoci. Wykorzystuje si je zwłaszcza w przypadkach, gdy wartoci poszczególnych badanych cech obiektu okrelaj, który element jest uszkodzony, np. niewłaciwa warto rezystancji uzwojenia silnika lokalizuje jego uszkodzenie. Realizacja procesu lokalizacji polega przy tej metodzie na sprawdzaniu kolejnych elementów. Moliwe s tu dwa sposoby postpowania. W pierwszym z nich wybór kolejnego elementu do kontroli nie ma znaczenia, a do chwili znalezienia elementu, który nie spełnia wymaga. Jeli wiadomo, e istnieje tylko jedno uszkodzenie, to na tym proces lokalizacji przerywa si; w przeciwnym przypadku kontrol kontynuuje si, a do sprawdzenia wszystkich elementów. Liczba sprawdze niezbdnych dla wykrycia uszkodzenia kadego sporód N elementów obiektu wynosi N i ronie proporcjonalnie do liczby elementów. Zalet opisanej metody jest prosty algorytm jej realizacji: "sprawdzaj dowolny element, a znajdziesz uszkodzenie". Wad jej jest to, e nie uwzgldnia prawdopodobiestwa uszkodzenia si elementów, a cały proces nie podlega optymalizacji. Mona jednak okreli redni liczb sprawdze wykonywanych w czasie jednej kontroli (dla wykrycia jednego uszkodzenia), z zalenoci: 2 N + N 2 Nr =, przy N Nr N +. (.5) 2N 2 Suma czasów potrzebnych na wykonanie poszczególnych sprawdze ti wyznacza czas trwania kontroli do wykrycia uszkodzenia k-tego elementu: T = t, < k N k k i= redni czas trwania kontroli wyznacza zaleno: i N i. (.6) Tr = t k t N, i. (.7) N i= k= Lepsze wyniki uzyskuje si, stosujc drugi sposób. Do jego realizacji niezbdna jest jednak znajomo danych, charakteryzujcych poszczególne elementy ze wzgldu na kryterium optymalizacji, którym moe by prawdopodobiestwo uszkodzenia si elementu (w zadanym okresie). Algorytm postpowania jest wówczas nastpujcy: ) utworzenie zbioru prawdopodobiestw qi uszkodzenia si elementów ei, i=...n,

19 2) dokonanie unormowania tych prawdopodobiestw, tak by ich suma była równa jednoci (jeden z elementów jest na pewno uszkodzony i prawdopodobiestwo zdatnoci obiektu jest równe zeru). Zatem : qi qn = i N (.8) q i= i 3) uporzdkowanie zbioru {qn i } w cig wartoci malejcych z oznaczonym indeksem k: <qn( i ),k > : qn( i ), > qn( i),2 > qn( i ),k. (.9) 4) realizacja procesu sprawdze elementów ei w kolejnoci wynikajcej z uporzdkowania oznaczonego indeksem k. Jeli czas trwania kadego sprawdzenia wynosi t k,to warto oczekiwana czasu trwania kontroli przy tak uporzdkowanym zbiorze sprawdze okrela zaleno: Tr = N t qn k k= k (.0) gdzie: qnk - prawdopodobiestwo wzgldne, e uszkodzony jest element sprawdzany podczas k-tego sprawdzenia. redni czas lokalizacji tym sposobem jest znacznie krótszy od kontroli prowadzonej w dowolnej kolejnoci. Innym kryterium optymalizacji moe by czas trwania poszczególnych sprawdze. Stosuje si je wówczas, gdy prawdopodobiestwa uszkodze nie s znane lub gdy czas przeznaczony na lokalizacj jest krótki i dymy do wykonania w tym czasie jak najwicej sprawdze. Metodyka postpowania jest podobna do opisanej wyej. Kolejno sprawdze ustala si, porzdkujc je według czasu ich trwania od najkrótszego do najdłuszego: t( i ), < t( i ), 2 < < t( i ), N. (.) W wyniku takiego postpowania maksymalizuje si liczb sprawdze wykonywanych w zadanym okresie. Czsto korzystnie jest stosowa kryterium okrelane jako "czas-prawdopodobiestwo". W tym przypadku tworzy si dla kadego sprawdzenia ilorazy: u t i k =, (.2) qn k które s podstaw porzdkowania zbioru sprawdze w cig wartoci malejcych. redni czas potrzebny na wykrycie uszkodzenia wynosi: Tr = N t qn k k= k. (.3) Przykład Niech bdzie dany obiekt złoony z 2 elementów. rednie czasy trwania sprawdze tych elementów oraz prawdopodobiestwo ich uszkodze podano niej: Tabela. ei qi 0,27 0,2 0,5 0,2 0,27 0,33 0,5 0,24 0,2 0,33 0,42 0,2 ti Podstawiajc te dane do zalenoci (.6), otrzymujemy maksymalny czas trwania lokalizacji uszkodzenia w tym obiekcie: Tmax = 35, a redni czas trwania lokalizacji z zalenoci (.7): Tr = 9. Niech ponadto uszkodzenie kadego z elementów moe wystpi z prawdopodobiestwem qi. Obliczajc redni czas trwania lokalizacji, jeli sprawdzenia przeprowadzono w

20 kolejnoci wynikajcej z uporzdkowania ich według malejcych wartoci qi mona obliczy wartoci unormowane qn. Wartoci do oblicze podano w tabeli.2. k i qi 0,42 0,33 0,33 0,27 0,27 0,24 0,2 0,2 0,2 0,2 0,5 0,5 qnk 0,4 0, 0, 0,09 0,09 0,08 0,07 0,07 0,07 0,07 0,05 0,05 tk Tabela.2 Maksymalny czas trwania lokalizacji, obliczony tak jak poprzednio Tmax=35, a redni czas trwania lokalizacji z zalenoci (.0): Tr = Po uporzdkowaniu sprawdze w cig wg malejcego prawdopodobiestwa uszkodzenia, z zalenoci (.0) otrzymuje si: T = 3.02, co stanowi 66% oszczdnoci czasu. Tabela.3 k i tk qnk 0,05 0,08 0,07 0,05 0, 0,09 0,09 0,07 0,07 0,07 0, 0,4 uk W tabeli.3 zestawiono dane do optymalizacji kontroli metod "czas-prawdopodobiestwo". Wykonujc sprawdzenia w tej kolejnoci, otrzymuje si redni czas trwania lokalizacji uszkodze (wg zalenoci.2):tr = 2.94, co stanowi jeszcze lepszy wynik (68% oszczdnoci czasu) Lokalizacja uszkodze przez kontrol kolejnych torów sprawdze Opisane powyej metody optymalizacji procesu lokalizacji uszkodze maj zastosowanie w tych przypadkach, gdy struktura niezawodnociowa obiektu jest równoległa lub rodzaj elementów wymaga oddzielnego ich badania, np. poniewa ich stan zaley od wartoci kilku rónych cech. W praktyce, w wikszoci przypadków, moliwe jest badanie jednoczenie kilku elementów, tworzcych tzw. tor sprawdzenia Pozytywny wynik sprawdzenia (tj. gdy uszkodzenia nie stwierdzono) eliminuje te elementy z dalszych bada (obowizuje załoenie o istnieniu tylko jednego uszkodzenia); kolejnym sprawdzeniem obejmuje si wówczas pozostałe elementy. Natomiast negatywny wynik sprawdzenia pozwala uzna za uszkodzone elementy nalece do tego toru i za pomoc nastpnych sprawdze lokalizuje si uszkodzenie tylko wród nich. Łatwo zauway, e w ten sposób znacznie maleje liczba wykonywanych sprawdze; ma to istotny wpływ na koszt realizacji procesu. Mona wykaza, e minimaln liczb sprawdze wykonuje si, tworzc tory sprawdze obejmujce za kadym razem połow elementów pozostałych do sprawdzenia. Std taka metoda optymalizacji procesu diagnozowania nosi nazw metody podziału połówkowego. Podział "dokładnie na pół" nie zawsze jest moliwy; czasem celowym jest przesunicie punktu podziału w stron elementu o wikszym od innych prawdopodobiestwie uszkodzenia. Tym niemniej stosowanie tej metody jest zawsze korzystne, jeli tylko: - co najmniej cz elementów moe by sprawdzana za pomoc tej samej cechy, (np. oporno mierzona omomierzem, sygnał napiciowy badany oscyloskopem itd);