Podstawy diagnostyki środków transportu
Diagnostyka techniczna Termin "diagnostyka" pochodzi z języka greckiego, gdzie diagnosis rozróżnianie, osądzanie. Ukształtowana już w obrębie nauk eksploatacyjnych dziedzina wiedzy diagnostyka techniczna - zajmuje się oceną stanu technicznego maszyn poprzez badanie własności procesów roboczych i towarzyszących pracy maszyny, a także poprzez badanie własności wytworów maszyny. Istota diagnostyki technicznej polega na określaniu stanu maszyny (zespołu, podzespołu, elementu) w sposób pośredni, bez demontażu, w oparciu o pomiar generowanych sygnałów (symptomów) diagnostycznych i porównanie ich z wartościami nominalnymi. Wartość sygnału (symptomu) diagnostycznego musi być związana znaną zależnością z diagnozowaną cechą stanu obiektu, charakteryzującą jego stan techniczny. Konieczność oceny stanu technicznego obiektu wynika z potrzeby podejmowania decyzji dotyczących "jakości" i dalszego postępowania z obiektem. Może to być decyzja o jego użytkowaniu, o podjęciu przedsięwzięć profilaktycznych (regulacje, wymiana elementów lub całych zespołów) lub wprowadzeniu zmian w konstrukcji, technologii lub eksploatacji.
Do podstawowych zadań diagnostyki technicznej należy zaliczyć : badanie, identyfikacja i klasyfikacja rozwijających się uszkodzeń oraz ich symptomów, opracowanie metod i środków do badania i selekcji symptomów diagnostycznych, wypracowanie decyzji diagnostycznych o stanie obiektu (na podstawie symptomów), i wynikających z niego możliwości wykorzystywania lub rodzaju i zakresie koniecznych czynności profilaktycznych. Realizacja tych zadań wymaga znajomości cech stanu struktury obiektu oraz diagnostycznie zorientowanych parametrów procesów wyjściowych, odwzorowujących cechy stanu obiektu.
W metodologii badań diagnostycznych rozróżnia się następujące fazy badania ocenowego : kontrolę stanu obiektu, ocenę stanu i jego konsekwencje, lokalizację i separację uszkodzeń powstałych w obiekcie, wnioskowanie o przyszłych stanach obiektu. Zadania te realizowane są w następujących formach działania diagnostycznego: diagnozowanie - jako proces określania stanu obiektu w danej chwili, genezowanie - jako proces odtwarzania historii życia obiektu, prognozowanie - jako proces określania przyszłych stanów obiektu.
Proces diagnozowania realizowany jest przez obserwację aktualnego stanu maszyny - funkcjonowanie obiektu, tzn. jego wyjście główne przekształconej energii (lub produktu), oraz wyjście dyssypacyjne gdzie obserwuje się procesy resztkowe np. termiczne, wibracyjne, akustyczne, elektromagnetyczne. Obserwacja tych wyjść (rys. 1) daje całą gamę możliwości diagnozowania stanu poprzez : obserwacje procesów roboczych, monitorując ich parametry w sposób ciągły, czy też prowadząc badania sprawnościowe maszyn na specjalnych stanowiskach (moc, prędkość, ciśnienie itp.), badania jakości wytworów, zgodności pomiarów, pasowań, połączeń itp., gdyż ogólnie tym lepszy stan techniczny maszyny im lepsza jakość produkcji, obserwacje procesów resztkowych, stanowiących bazę wielu atrakcyjnych metod diagnostycznych, opartych głównie na modelach symptomowych.
Rys.1 Możliwe trzy sposoby obserwacji stanu maszyny
Miejsce diagnostyki w życiu obiektu Mając na względzie możliwe zastosowania diagnostyki technicznej w celu prawidłowej oceny stanu obiektu trzeba wyróżnić każdorazowo trzy różne dziedziny wiedzy: wiedzę o obiekcie badań, wiedzę o sygnałach i symptomach, wiedzę z teorii decyzji, w zakresie wnioskowania diagnostycznego. Wiedza o obiekcie diagnozowania obejmuje problematykę z dziedziny projektowania, wytwarzania i eksploatacji obiektu. Znajdują tu miejsce zagadnienia z zakresu nowoczesności konstrukcji, technologii wytwarzania, warunków eksploatacji, zasad funkcjonowania, możliwych uszkodzeń oraz kryteriów ocenowych.
Wiedza o sygnałach i symptomach świadczących o stanie diagnozowanego obiektu obejmuje zarówno sygnały nieodłącznie związane z pracą obiektu, jak i sygnały generowane w sztucznie wymuszonym stanie. Niezbędna staje się tu znajomość sposobu generacji sygnałów, ich akwizycji i przetwarzania, jak i tworzenia diagnostycznie zorientowanych symptomów stanu obiektu. Teoria decyzji w zakresie wnioskowania diagnostycznego obejmuje problematykę podejmowania decyzji diagnostycznych w warunkach niepewności. Jak wiadomo w diagnostyce, ze względu na zakłócenia, wszelkie decyzje podejmowane są w kategoriach prawdopodobieństw.
Każdy obiekt techniczny przechodzi cztery fazy swojego istnienia
W każdym z etapów istnienia obiektów (C - P - W - E) występują działania diagnostyczne o różnym charakterze, odpowiednio do zadań, jakie mają być zrealizowane, przy czym zaangażowanie diagnostyki jest zauważalne wyraźnie w każdym z tych etapów.
Diagnostyka eksploatacyjna Najszersze oddziaływanie diagnozowania na stan techniczny obiektu występuje podczas jego eksploatacji. Na etapie tym podejmowane są działania diagnostyczne pozwalające ocenić obiekt zarówno ze strony użytkownika jak i diagnosty. Dla użytkownika istotne jest określenie, czy obiekt funkcjonuje (lub może funkcjonować) prawidłowo. Użytkownik zainteresowany jest także wyznaczeniem prognozy dotyczącej oczekiwanego okresu zdatności obiektu. Jest to zwykle wyznaczenie prawdopodobieństwa poprawnej pracy w zadanym okresie czasu. Dla obsługującego obiekt ważna jest możliwość lokalizacji każdego uszkodzenia, określenie przyczyny uszkodzenia, wyznaczenie danych umożliwiających określenie podstawowych parametrów procesu naprawy (średni czas naprawy, prawdopodobieństwo naprawienia w zadanym czasie, oczekiwany koszt naprawy) oraz wyznaczenie danych umożliwiających oszacowanie parametrów procesu odnowy (średni czas do następnego uszkodzenia, oczekiwany czas do kolejnych badań i prac profilaktycznych).
Efektem opracowania procesu diagnozowania w okresie eksploatacji obiektu są zwykle odpowiednie instrukcje użytkowania i obsługiwania, traktujące o zasadach wykorzystania diagnostyki. W instrukcji użytkowania podaje się: zależności funkcyjne, cechy, symptomy i ich wartości, charakteryzujące stan zdatności obiektu, punkty kontrolne i metody badań. W instrukcjach obsługi diagnozowanie zajmuje coraz więcej miejsca i obejmuje przepisy dotyczące postępowania po wykonaniu działań diagnostycznych, przy lokalizacji uszkodzeń (diagnozowaniu obsługowym), w czasie badań okresowych, przy pracach profilaktycznych i przy diagnozowaniu użytkowym Programy diagnostyczne związane z obsługiwaniem obiektu opracowywane są tak, by uzyskiwane diagnozy były maksymalnie wiarogodne a zbiór możliwych diagnoz uwzględniał warunki, w jakich wykonywane jest obsługiwanie obiektu.
Projektowanie diagnostyki maszyn Zwiększające się zapotrzebowanie na metody i środki diagnostyki technicznej w gospodarce, powoduje przesunięcie problematyki racjonalnego stosowania diagnostyki ze sfery eksploatacji do etapów wcześniejszych, czyli wartościowania, projektowania i wytwarzania. Projektowanie diagnostyki maszyn obejmuje swym zasięgiem możliwości kontroli stanu, lokalizacji uszkodzeń i prognozowania zmian stanu projektowanego obiektu. Problematyka główna projektowania układów diagnostyki obiektów technicznych obejmuje: założenia projektowo konstrukcyjne, projektowanie podatności diagnostycznej, opracowanie charakterystyk diagnostycznych, projekt technologii diagnozowania.
Racjonalne projektowanie obiektów technicznych winno zapewniać im nie tylko uzyskanie wymaganych cech użytkowych, lecz również należytą kontrolę i podtrzymywanie tych cech na etapie eksploatacji, przy wykorzystaniu diagnostyki technicznej.