Основы технической диагностики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция №1. Контроль технического состояния сложных технических систем

Цель лекции:

Ознакомить обучаемых с научными положениями теории технической диагностики систем электроснабжения

Сущность материала - связь контроля с надежностью.

Основные вопросы:

1. Необходимость контроля и его задачи.

2. Достоверность контроля.

3. Виды и способы проверок.

Литература:

1. Ефимов А.В., Галкин А.Т. «Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог» М., УМК МПС, 2000. 512с

1.1 Необходимость контроля и его задачи

Системой электроснабжения называют комплекс приборов и устройств предназначенных для генерирования, преобразования, передачи и распределения технической энергии между потребителями.

В соответствии с данным определением структура любой системы электроснабжения (СЭС) включает в себя: источники электрической энергии (ИЭЭ), преобразователи электрической энергии (ПЭЭ), распределители электрической энергии (РЭЭ) и устройства передачи электрической энергии (УПЭЭ).

Для данной структуры справедлива запись: вероятность безотказной работы (ВБР) системы электроснабжения равна произведению ВБР отдельных элементов

Р_СЭС = Р_ИЭЭ ? Р_ПЭЭ ? Р_РЭЭ ? Р_УПЭЭ (1)

так как отказ одного из элементов приводит к отказу СЭС.

Структурная схема надежности (ССН), при которой выполняется равенство (1) имеет вид (рис. 1)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Отказы систем электроснабжения происходят под действием различных факторов и их обычно считают случайными величинами.

При расчете надежности системы электроснабжения основным законом распределения случайных величин является экспоненциальный, который записывается так

(2)

где - вероятность того, что случайная величина имеет значение большее х; таблицы значений даны в справочниках, х - текущая переменная.

Если за случайную величину принимается время работы системы t, вероятность того, что система на протяжении времени t находится в работоспособном состоянии равна

(3)

Графическая интерпретация данного закона показана на рис. 2

Рис. 2. Интерпретация закона распределения

В равенстве (3) л - интенсивность отказов системы для экспоненциального распределения (она постоянна)

Ввиду того что интенсивности отказов элементов системы разные, то можно записать

(4)

тогда ВБР СЭС принимает вид

(5)

Интенсивность отказов ИЭЭ, ПЭЭ, РЭЭ и УПЭЭ приведены в справочниках и обычно

(6)

Своевременное выявление и устранение причин отказов СЭС приводит к улучшению характеристик надежности. Поэтому контроль является одним из эффективных путей повышения надежности СЭС.

Основной задачей контроля является установление факта - удовлетворяет ли состояние контролируемого объекта заданным требованиям? Следовательно, операции контроля сводятся к сопоставлению некоторых свойств объекта с заданными, в результате чего делается заключение об объекте, в простейшем случае типа «плохо - хорошо» или «годен - негоден».

Под объектом контроля понимают радиотехнический комплекс (систему или ее часть), информацию о техническом состоянии которого необходимо иметь в процессе эксплуатации и производства. Для оценки технического состояния СЭС контролю подвергаются количественные и качественные характеристики ее свойств, которые называются контролируемыми признаками (параметрами).

Требования к объекту контроля могут быть представлены в виде перечня определенных свойств и значений контролируемых параметров с указанием полей допусков.

Контролем называют процесс установления соответствия между состоянием объекта контроля и заранее заданными допусками путем восприятия сигналов о значениях контролируемых параметров, сопоставления значений параметров с допусками, формирования и выдачи суждения о результате, а также проведения подготовительных и заключительных операций по подготовке объекта и системы контроля к проверкам и приведение объекта контроля в рабочее состояние.

Следует различать понятия контроля и измерения. Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (средств измерений). Полученная информация содержит результат сравнения определяемой величины с однородной величиной, принятой за единицу меры, и выражается числом, совокупностью чисел или графиком.

При контроле получают некоторое суждение, дающее представление о состоянии контролируемого объекта. Контроль включает в себя измерения. В процессе контроля результат измерения, выраженный числом, сравнивается с допустимыми значениями и выносится суждение о состоянии контролируемого объекта: находятся ли контролируемые параметры в пределах заданных полей допусков, работоспособен ли объект или он неисправен. Кроме того, при контроле СЭС анализируются качественные признаки ее свойств, например, состояние лакокрасочных покрытий, смазки и т. п. Изделия или материал, применяемые для осуществления контроля, называются средствами контроля.

В практике эксплуатации СЭС во многих случаях недостаточно установления вида состояния аппаратуры. Для восстановления работоспособности СЭС необходимо выявить элементы и узлы, послужившие причиной отказа. Такое направление развития методов и средств контроля называют технической диагностикой.

Контроль работоспособности СЭС осуществляется системой контроля, под которой понимают совокупность средств контроля (контрольно-измерительной аппаратуры, средств передачи измерительной информации, счетно-решающих и логических устройств, а также устройств регистрации) и исполнителей, взаимодействующих с СЭС по правилам, установленным соответствующей документацией. Система контроля может быть автоматизированной (при частичном участии человека) и автоматической (без участия человека). Результаты контроля используются потребителем информации, в качестве которого могут выступать оператор (человек), система сбора статистических данных или автомат, восстанавливающий объект.

Качество контроля характеризуется, в частности, контролепригодностью СЭС, под которой понимают ее приспособленность к проведению контроля. Контролепригодность зависит не только от приспособленности объекта к контролю, но и от качества системы контроля.

Чтобы произвести контроль СЭС, необходимо выполнить ряд операций с целью подготовки аппаратуры и системы контроля, проведения измерений, сопоставления их результатов с установленными документацией допусками, получения заключения о техническом состоянии, работоспособности аппаратуры, месте и причине ее неисправности, проведения заключительных операций по приведению аппаратуры и системы контроля в исходное состояние, соответствующее состоянию до контроля. Совокупность этих операций составляет процесс контроля.

Таким образом, производя контроль СЭС убеждаются в работоспособности системы и при удачных результатах считается, что ВБР системы в момент t₁, где снова равна 1, то есть

(7)

Интерпретация закона распределения при контролях изображена на рис. 3.

Рис. 3. Интерпретация закона распределения при эксплуатации.

1.2 Достоверность контроля

Для оценки качества процесса контроля могут быть использованы следующие характеристики: коэффициенты достоверности контроля и глубины контроля, время контроля и др. Рассмотрим эти характеристики.

Достоверность контроля. В качестве количественной характеристики достоверности контроля и удобно принять величину

, (8)

где - вероятность того, что РТС после проведения контроля окажется действительно исправной;

- вероятность допуска РТС после проведения контроля к применению.

Достоверность контроля зависит от следующих значений вероятностей: Р₁ _ исправного состояния объекта контроля перед проверками; Р₂ _ введения неисправностей в объект контроля при контроле: б - принятия исправного объекта за неисправный; в - принятия неисправного объекта контроля за исправный; Р₃ - исправного состояния системы контроля перед проверками; Р₄ - исправного состояния системы контроля в процессе ее применения; Р₅ - выполнения ремонта неисправной системы контроля за установленное время.

Для облегчения решения задачи по определению достоверности контроля построим граф принятия решения при контроле с указанием перечисленных вероятностей (рис. 4). На графе обозначено: узлами - состояние объекта контроля или системы контроля, ветвями - вероятности перехода объекта контроля или системы контроля из одного состояния в другое.

Граф, на котором указаны направления каждого ребра, называют ориентированным.

Рассмотрим случай независимых событий.

Из логических рассуждений и приведенного графа следует, что вероятность допуска объекта контроля к применению после цикла контроля определяется произведением вероятностей

, (9)

где - вероятность исправного состояния системы контроля в течение всего процесса контроля с учётом времени её ремонта; - вероятность исправного состояния объекта контроля и возникновения ошибок при контроле. Вероятность равна сумме вероятностей положительных

Размещено на http://www.allbest.ru/

исходов при возникновении различных ситуаций системы контроля (см. рис. 4.)

(10)

После преобразования получим

(11)

Вероятность будет равна (см. рис. 4.)

(12)

После преобразования имеем

(13)

В результате вероятность того, что объект контроля после цикла контроля будет допущен к режиму применения, будет равна

(14)

Аналогично рассуждая, запишем выражение для вероятности того, что РТС после цикла контроля окажется действительно исправной:

(15)

Из выражений (14) и (15) получим формулу для достоверности контроля

(16)

Как видно из полученного выражения, достоверность контроля зависит от безотказности объекта контроля в процессе предшествующего хранения, а также от величин, характеризующих степень уверенности в результатах проверки. Кроме того, на достоверность контроля влияют вероятности введения неисправностей в контролируемый объект в процессе контроля.

1.3 Виды и способы проверок

Все многообразие видов контроля можно классифицировать по различным признакам.

По виду решаемой задачи различают следующие виды контроля:

· контроль функционирования (качественная оценка работы аппаратуры);

· контроль работоспособности (количественная оценка качества работы аппаратуры);

· диагностический контроль (контроль с целью определения причины и места отказа);

· прогнозирующий контроль (предсказание состояния РТС или ее узлов в будущем);

· профилактический контроль (определение элементов, параметры которых близки к предельным допустимым значениям, с целью их замены);

· самоконтроль (определение работоспособности системы контроля РТС).

По характеру оценки результатов контроля различают:

· допусковый контроль (определение нахождения параметра в установленном поле допусков);

· количественный контроль (определение абсолютных или относительных величин параметров или их отклонении от номинальных значений).

По виду внешних воздействий:

· пассивный контроль (без внешних воздействий на контролируемый

· активный контроль (оценка состояния объекта по реакциям на стимулирующие воздействия).

По способу анализа контролируемых параметров:

· выборочный контроль (проверка отдельных устройств, узлов или параметров РТС);

· последовательный контроль (последовательная оценка параметров РТС с помощью одного канала системы контроля);

· параллельный контроль (одновременный контроль нескольких параметров РТС по различным каналам системы контроля);

· комбинированный контроль (сочетание последовательного и параллельного способов контроля).

По периодичности проведения контроля:

· непрерывный контроль (информация о параметрах СЭС поступает непрерывно в процессе ее работы);

· периодический контроль (анализ каждого параметра СЭС выполняется через установленные интервалы времени в течение некоторого срока эксплуатации СЭС;

· летучий контроль (контроль начинается в случайные моменты времени, выбираемые в установленном порядке).

По оценке динамических свойств РТС:

· статический контроль (оценка состояния РТС по установившимся значениям параметров);

· динамический контроль (оценка состояния РТС по характеристикам переходных процессов).

Кроме рассмотренных, виды контроля можно классифицировать и по другим признакам.

Все виды контроля СЭС связаны с выполнением проверок различных функциональных элементов.

Проверкой называют комплекс операций, проводимых с целью определения характеристик выходных реакций одного или нескольких функциональных элементов на входное воздействие с известными характеристиками.

В зависимости от количества контролируемых при проверке функциональных элементов различают поэлементные и групповые проверки. В первом случае при проверке контролируется один функциональный элемент, во втором - несколько.

Способ выполнения проверки показывает, каким образом устанавливается факт неисправности контролируемого функционального элемента (группы элементов).

Лекция №2. Точность контролируемых параметров

Цель лекции: Ознакомить обучаемых с погрешностями при контроле

Сущность материала - связь контроля с метрологией.

Основные вопросы:

4. Целесообразность контроля.

5. Характеристики контроля.

6. Выбор контролируемых параметров.

7. Допуски контролируемых параметров и их характеристики.

Литература:

2. Ефимов А.В., Галкин А.Т. «Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог» М., УМК МПС, 2000. 512с

2.1 Целесообразность контроля

При принятии решения о применении радиотехнических средств возникает задача целесообразности проведения контроля.

Для количественной оценки целесообразности контроля вводят соответствующий коэффициент , который показывает, во сколько раз повышается уверенность в исправном состоянии системы при ее контроле по сравнению со случаем, когда система не контролируется.

В случае отсутствия контроля вероятность исправности объекта будет

(17)

Эта вероятность не что иное, как «достоверность» исправного состояния аппаратуры неконтролируемого объекта . Так как вероятности допуска объекта к применению , то

. (18)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контроль работоспособности всегда проводится с целью повышения уверенности в исправном состоянии контролируемого объекта, а также с целью приведения его в исправное состояние при отказе. Система контроля будет полезной при . При невыполнении этого условия система контроля уменьшает степень уверенности в исправном состоянии объекта контроля и, кроме того, увеличиваются затраты на эксплуатацию.

Это условие может служить оценкой целесообразности применённой системы контроля или введения контрольных мероприятий в процесс подготовки к применению СЭС. Поэтому коэффициент целесообразности контроля равен отношению достоверностей контролируемого и неконтролируемого объекта

. (19)

Очевидно, если >1, контроль целесообразен, а при <1 - контроль нецелесообразен и от него необходимо отказаться. Из выражений (16) и (18) получим технический контроль неисправность диагностирование

(20)

На основании выражения (20) построен график зависимости от безотказности проверяемой аппаратуры (рис. 5).

Из графика видно, что для некоторой совокупности объекта контроля, системы контроля, личного состава, характеризующихся параметрами б, в, , и в зависимости от условий и сроков хранения аппаратуры существует две области (1 и 2). .В первой заштрихованной области проведение контроля целесообразно, а во второй _ нецелесообразно.

Границей этих областей является условие . Отсюда необходимое условие целесообразности контроля запишем в виде

(21)

Это условие также применимо к решению задачи о введении в процесс подготовки контроля конкретного параметра или отдельного устройства СЭС.

Оценка целесообразности контроля может быть определена на основании учета материального ущерба при выполнении задачи СЭС из-за отказа от контрольных мероприятий. При этом применяется понятие стоимостного коэффициента целесообразности контроля, определяемого из следующего соотношения:

(22)

где - стоимость ущерба при выполнении задачи СЭС из-за отказа от контрольных мероприятий; - стоимость контроля аппаратуры в режиме хранения и ожидания; - увеличение стоимости подготовки при введении системы контроля и контрольных мероприятий; - вероятность невозникновения материального ущерба, численно равная вероятности безотказного хранения СЭС за период с момента последнего контроля при хранении до момента начала использования.

Применение стоимостного коэффициента целесообразности контроля дает более общий подход к необходимости введения контрольных мероприятий, но определение его величины затруднено в связи со сложностью практического определения затрат.

2.2 Характеристики контроля

Коэффициент глубины контроля. При решении различных задач контроля необходимо иметь сведения о различном количестве параметров. Так, например, для оценки работоспособности аппаратуры достаточно иметь сведения о значениях определяющих параметров, которые зависят от других параметров и являются их функцией (интегральной оценкой).

При поиске места неисправности важно знать не только значения определяющих параметров аппаратуры в целом, но и параметры отдельных функциональных частей элементов, устройств и функциональных групп или сигналов в отдельных сечениях.

Для решения всех задач по определению технического состояния и характера восстановления всех элементов аппаратуры необходимо контролировать некоторое предельное число параметров. Для оценки степени использования предельного числа параметров аппаратуры при решении частных задач контроля введено понятие коэффициента глубины контроля.

Коэффициентом глубины контроля называется отношение числа контролируемых параметров N_K, необходимых для выявления i состояния СЭС при решении конкретной задачи контроля, к предельному числу параметров N, определяющих все ее состояния

(23)

- множество параметров N_K содержится в множестве N. Работоспособность СЭС обычно характеризуется несколькими определяющими параметрами, с помощью которых можно оценить возможность выполнения заданных функций системой в целом. В этом случае контролируется небольшое число параметров. Поэтому величина коэффициента глубины контроля будет незначительной. При поиске места отказа и его причины необходима детальная информация о состоянии отдельных элементов и узлов. В этом случае необходимо контролировать большое число параметров, следовательно, коэффициент поиска отказов будет иметь величину большую, чем коэффициент глубины контроля.

При прогнозировании работоспособности СЭС в связи с необходимостью знать не только состояние элементов и узлов, но и законы распределения и изменения параметров во времени, нужно иметь еще большее количество информации. Поэтому численное значение коэффициента глубины контроля при прогнозировании отказов будет наибольшим.

Время контроля является наиболее удобной характеристикой процесса контроля. Оно зависит от приспособления объекта и системы контроля к выполнению контрольных мероприятий, т. е. от контролепригодности радиотехнической системы, глубины и методов контроля, степени автоматизации процесса контроля, квалификации обслуживающего персонала.

В реальных условиях время контроля является случайной величиной и как всякая случайная величина оно может быть охарактеризовано законом распределения f_K(t) или его числовыми характеристиками, важнейшими из которых являются среднее время контроля Т_К и дисперсия времени контроля . Знание закона распределения времени контроля позволяет определить и другие числовые характеристики.

По закону распределения времени контроля может быть определена вероятность выполнения контрольных операций за заданное время:

(24)

Кроме перечисленных характеристик, для оценки процесса контроля могут использоваться, и другие: коэффициент стоимости контроля, коэффициент эксплуатационно-технического совершенства процесса контроля и т. п.

2.3 Выбор контролируемых параметров

Количество контролируемых параметров СЭС определяется задачами контроля. Выбор параметров для контроля СЭС в настоящее время основывается на отборе параметров физических процессов, протекающих в СЭС, и параметров сигналов, проходящих по цепям СЭС. Параметры сигналов изменяются под воздействием физических процессов, а по величинам этих изменений судят о работоспособности СЭС.

Различают группы параметров, характеризующих качество выполнения СЭС своих функций:

· параметры входных и выходных сигналов (амплитуда, длительность импульсов, несущая частота сигналов, их мощность и т. п.);

· параметры физических процессов (изменение частоты и фазы сигнала, пульсации напряжения источников литания и др.);

· параметры, не несущие запаса энергии (коэффициент шума, коэффициент стоячей волны, входные и выходные сопротивления и др.);

· передаточные и переходные функции.

Современные СЭС имеют 100 ... 1500 и более контролируемых параметров, а системы контроля по сложности и занимаемому объему могут быть соизмеримы, а иногда и превосходят контролируемую аппаратуру.

При выборе контролируемых параметров предполагается теоретическое и экспериментальное исследования, на основании которых определяют общее количество возможных контролируемых параметров, номинальные их значения и дисперсии, а также дисперсии, характеризующие влияние отдельных факторов, элементов и процессов на каждый параметр.

Выбор необходимого количества контролируемых параметров можно произвести на основе теории информации.

Состояние объекта контроля в данный момент времени определяется значениями параметров , являющихся оценкой его качества. До начала контроля неопределенность знаний обслуживающего персонала о состоянии контролируемого объекта определяется энтропией объекта. В случае независимости параметров друг от друга значение этой энтропии будет равно

(25)

где -- количество информации, содержащееся в параметре о S-м состоянии объекта контроля. Каждый параметр несет в себе определенное количество информации I о состоянии S контролируемого объекта:

(26)

где - условная неопределенность состояния объекта до контроля параметра ; - условная неопределенность состояния объекта при условии знания параметра .

Для облегчения решения задачи необходимо из всей совокупности параметров выбрать наименьшее количество независимых параметров N_K, которые несут необходимую информацию о состоянии объекта контроля.

Суммарное количество информации по выбранным параметрам должно быть равно или близко к исходной неопределенности состояния объекта

(27)

При выполнении этого условия состояние контролируемого объекта определится однозначно. Последовательность контроля параметров необходимо выбирать из условия убывания информации, содержащейся в каждом из параметров о состоянии контролируемого объекта. При выборе параметров необходимо учитывать, что после того, как станет известен параметр неопределённость знаний обслуживающего персонала о состоянии контролируемого объекта уменьшится и станет равной . Значение этой неопределенности необходимо принимать при выборе следующего параметра +1, т. е.

(28)

(29)

(30)

Расчет количества информации при контроле для сложных систем является трудной задачей, которая может быть решена только с помощью ЦВМ.

Более просто задача решается путем построения графа выходов системы, на основании которого находится наименьшее внешне-устойчивое множество в графе выходов. При построении графа выходов каждый внешний выход системы принимается за вершину ориентированного графа. Каждая пара вершин соединяется дугой, если внешний выход устройства является входом другого устройства, имеющего свой внешний выход.

Внешне устойчивое множество -- это такое множество вершин графа, в которое заходят непосредственно (или проводят через другие вершины) дуги из всех остальных вершин, не принадлежащих этому множеству.

Параметры выходов системы, принадлежащих внешне устойчивому множеству, полностью характеризуют состояние системы, и их количество будет минимальным.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.4 Допуски контролируемых параметров и их характеристики

Допуском называют установленные опытом или расчетом границы для значений параметра изделия, при которых оно способно выполнять заданные функции, сохраняя свои технические показатели в течение требуемого времени в определенных условиях.

Значение допуска зависит от стадий разработки аппаратуры. В соответствии с терминологией АН СССР различают следующие виды допусков: арбитражный, производственный, эксплуатационный и ремонтный. Значения этих допусков устанавливаются техническими условиями: стандартами -- для арбитражного допуска; производственно-технологической документацией -- для производственного; инструкцией по эксплуатации -- для эксплуатационного; техническими условиями на ремонт -- для ремонтного.

Все эти виды допусков необходимы для обеспечения основных функциональных показателей РТС исходя из ее назначений и условий применения.

Эксплуатационным допуском называют установленные опытным или расчетным путем границы значений параметра, в пределах которых устройство с заданной вероятностью в течение определенного времени при конкретных условиях эксплуатации будет выполнять возложенные на него функции.

Различают следующие характеристики поля допуска на параметр (рис. 7): Д_В, Д_Н --верхняя и нижняя границы поля допуска; ?, ?_l - координаты середины поля допуска и поля рассеяния относительно номинального значения параметра q_ном, , ; д - половина поля допуска; q_ном, A_В, A_Н, - номинальное, практическое наибольшее и наименьшее значения параметра q; q_c, q_l - значения параметра, соответствующие серединам полей допуска и рассеяния параметра; -- половина поля рассеяния параметра; г, - координаты математического ожидания параметра относительно номинального значения q_ном, середины поля допуска q_c и середины поля рассеяния параметра q_l

В зависимости от положения середины поля допуска относительно номинального значения параметра различают двусторонние (имеющие определенное конечное значение половины поля допуска д) и односторонние допуски. Для одностороннего допуска задается одна из границ Д_В, или Д_Н.

Рис. 7. Характеристика поля допуска на контролируемый параметр.

В радиопромышленности на параметры схемные элементов даются симметричные допуски, выраженные в процентах от номинальных значений. Поэтому за начало координат при определении границ поля допуска, если не учитывать влияния старения элементов и температуры, можно было бы принять середину поля допуска, т. е. номинальное значение параметра. Допуск определяет максимальное отклонение конкретного значения параметра от номинального его значения. Величина поля допуска равна удвоенному значению д. При назначении исходят из характеристики у_q закона распределения параметра , где у_q -- среднеквадратическое отклонение значения параметра от его номинального значения; -- коэффициент, зависящий от вида закона распределения контролируемого параметра.

Для нормального закона распределения параметра =3. При этом вероятность нахождения параметра внутри поля допуска равна 0,997.

Эксплуатационные допуски выходных параметров СЭС выбирают из условия ее работоспособности.

Они накладывают ограничения на производственные, температурные допуски и на допуски старения.

Количественные значения параметров эксплуатационных допусков определяются при проектировании аппаратуры на основании точностных характеристик, заданна в технических условиях на систему в целом. Значения эксплуатационных допусков контролируемых параметров СЭС приводятся в «Инструкции по эксплуатации СЭС».

Лекция №3. Методы контроля сложных объектов

Цель лекции: Ознакомить обучаемых с осиновыми методами контроля сложных технических систем.

Сущность материала - теория контроля.

Основные вопросы:

8. Основные методы поиска неисправностей.

9. Способ последовательного функционального анализа.

10. способ половинного разбиения.

11. Построение программы поиска по способу время-вероятность.

Литература:

3. Ефимов А.В., Галкин А.Т. «Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог» М., УМК МПС, 2000. 512с

3.1 Основные методы поиска неисправностей

При разработке программы поиска неисправностей в РЭА различают два основных метода: последовательный и комбинационный. Кроме того, находят применение различные их сочетания, в частности комбинационно-последовательный метод.

Под последовательным понимают такой метод построения процедуры поиска неисправностей, когда информация о техническом состоянии отдельных функциональных элементов ОК вводится в АСК и логически обрабатывается последовательно. Сущность построения программы поиска при последовательном методе состоит в определении очередности контроля выходных параметров различных функциональных элементов.

При последовательном методе поиска программа может быть жесткой или гибкой. Жесткой называют такую программу поиска, когда выходные параметры функциональных блоков контролируются в строгой, заранее определенной последовательности, независимо от результатов их контроля. При этом обеспечивается наиболее простая логическая обработка результатов контроля. Такие программы наиболее часто применяются во встроенных АСК. Гибкой называют такую программу, при использовании которой содержание и порядок последующих проверок зависит от результатов предыдущей. Такая программа требует более сложной логической обработки результатов контроля и поэтому преимущественно применяется в универсальных АСК с большими вычислительными возможностями.

При комбинационном методе построения программы поиска неисправностей результаты контроля логически обрабатываются только после ввода в АСК информации о всей совокупности параметров, необходимой для локализации неисправностей в ОК с заданной степенью подробности. Такие программы, как правило, разрабатываются для АСК, в которых используются ЦВМ, поскольку этот метод требует для своей реализации сравнительно сложной логической обработки.

Кроме того, известен комбинационно - последовательный метод поиска неисправностей, который предусматривает последовательную обработку информации, получаемой в результате одновременного контроля нескольких (но не всех) выходных параметров функциональных элементов.

Выбор того или иного метода построения программы поиска неисправностей обусловлен структурой ОК и требуемой глубиной поиска. Он накладывает определенные требования на принципы построения и структуру АСК.

Качество программы поиска существенно влияет на эффективность процесса контроля, а в конечном счете и на эффективность применения АСК в системе обслуживания РЭА. Эффективность поиска характеризуют различными затратами: временными, материальными, энергетическими и т. д. Для уменьшения затрат на поиск неисправностей и для создания наиболее простых программ поиска используют различные оптимальные способы их построения. При оптимизации программы поиска неисправностей решают, как правило, две задачи. Первая заключается в том, чтобы выбрать наилучший набор контролируемых параметров ОК в смысле экстремума целевой функции оптимизации. Вторая задача состоит в том, чтобы указать наилучшую последовательность контроля выбранных параметров в том же смысле.

Наиболее часто в качестве целевых функции оптимизации при разработке программ поиска используются число отдельных проверок в программе поиска и средние затраты на определение одного различимого состояния ОК. Первая из них применяется в случаях, когда затраты на контроль выходных параметров функциональных элементов и вероятности различных состояний ОК одинаковы, вторая - в тех случаях, когда затраты на контроль различных параметров или вероятности состояний ОК не одинаковы.

На основании этих целевых функций разработаны оптимальные алгоритмы поиска неисправностей и получены точные решения и доказательства оптимальности путем применения известных математических методов (полного перебора, динамического программирования и др.). Однако при практической реализации этих алгоритмов возникает ряд существенных трудностей, одна из которых состоит в том, что часто не имеется необходимой исходной информации о состояниях ОК. Кроме того, для сложных устройств и систем чрезвычайно сложно логически обработать результаты контроля. Поэтому для них разработаны приближенные способы построения оптимальных программ поиска неисправностей. Большинство этих способов представляют многошаговый процесс поиска с выбором на каждом шаге лучшего варианта по экстремуму заданной функции предпочтения. В качестве функций предпочтения наиболее часто используются либо логарифмические функции энтропийного вида, либо алгебраические функции. Рассмотрим несколько подробнее наиболее распространенные способы построения программ поиска неисправностей.

3.2 Способы последовательного функционального анализа

Одним из исторически первых способов построения программы контроля работоспособности и поиска неисправностей РЭА был способ последовательного функционального анализа, сущность которого заключается в следующим. Исходя из значения РЭА определяются основные функции, исправность которых позволяет считать что контролируемая РЭА способна выполнить поставленные передней задачи. В качестве таких функций в РЭА выделяют:

функцию излучения высокочастотной энергии,

функцию приема и преобразования высокочастотных сигналов;

функцию управления;

функцию индикации;

функцию электрического питания и др.

Например, любая связная радиостанция предназначена для передачи и приема некоторого сообщения. Эта задача будет выполнена если будут выполнены функции электрического питания, управления излучения высокочастотной энергии, приема и преобразования индикации. Следовательно, контроль работоспособности РЭА будет заключаться в контроле выполнения этих функций.

Значения основных функций в любой момент времени зависят от значений ряда аргументов. Для РЭА такими аргументами основных функций будут её физические параметры. Например, аргументами функции излучения высокочастотной энергии для РЛС можно считать: мощность Р излучения, несущую частоту f, длительность импульса, частоту повторения импульсов F, .т.е. .

Обозначение по схеме	Решение
Р0	Приемник исправен
Р1	Неисправен УНЧ
Р2	Неисправен детектор
Р3	Неисправен УПЧ-2
Р4	Неисправен См-2
Р5	Неисправен Гет2
Р6	Неисправен УПЧ1
Р7	Неисправен См1
Р8	Неисправен Гет1
Р9	Неисправен УВЧ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Другие основные функции РЭА будут зависеть от ряда других физических параметров. Как правило, для всех физических параметров РЭА известил допустимые пределы их изменения. Следовательно, контроль работоспособности РЭА будет заключаться в контроле параметров, от которых зависят основные функции. Если какая - либо основная функция не выполняется по одному из своих аргументов (параметров), то возникает задача поиска неисправности. В этом случае аргумент (параметр), значение которого вышло за установленные границы допуска, следует считать, в свою очередь, функцией некоторых других аргументов. Последние, очевидно, являются также физическими параметрами или более мелких устройств, или схемных конструктивных элементов РЭА. Продолжая аналогичные рассуждения, можно составить, схему контроля работоспособности и поиска неисправностей.

Основной функцией приёмника является функция приёма и преобразования высокочастотного сигнала эта функция очевидно, будет выполнятся. если при входном сигнале с фиксированными параметрами на выходе будет наблюдаться вполне определенный сигнал. Следовательно, контролируя выходной сигнал, можно принять решение об исправности пли неисправности приемника. В последнем случае последовательно контролируя сигналы на выходе каждого каскада, можно определить неисправный. Получающуюся при этом схему поиска неисправностей (рис. 7.3) принято называть деревом функции, а решение представлять в виде таблицы ли матрицы решений (рис. 7.2)

Рассмотренный способ построения программы контроля работоспособности и поиска неисправностей отличается чрезвычайной простотой логического анализа ОК, наглядностью получаемых результатов, при этом требуется минимум исходной информации об ОК Однако наряду с очевидными достоинствами, данный метод имеет недостатки, основным из которых является то, что получаемый алгоритм поиска неисправностей не оптимален ни по времени, ни по средним затратам.

3.3 Способ половинного разбиения

Разрабатывая программы поиска неисправностей в РЭА с последовательно соединенными элементами, часто используют способ половинного разбиения. Исходная информация для построения программы поиска в этом случае содержится в функциональной модели РЭА с последовательно соединенными элементами имеет особенности 1) КР таких устройств заключается в проверке последнего выходного параметра z_N; 2) для, поиска неисправности с заданной глубиной необходимо контролировать все выходы функциональных элементов кроме последнего. Следовательно, для построения программы поиска не требуется выбирать контролируемые параметры, поскольку они заданы набором Остается лишь определить последовательность контроля данного набора параметров, с тем чтобы средние затраты на поиск любого отказавшего элемента были минимальными. При этом рассматривают два случая.

1. Пусть ОК разделен па N последовательно соединенных функциональных элементов. Известно, что ОК неработоспособен из-за отказа одного -го элемента. Вероятности состояний ОК одинаковы и равны . Стоимости контроля выходных параметров z_i одинаковы. В этом случае первым следует контролировать параметр, несущий максимум информации о состоянии ОК. Поскольку неопределенность состояния ОК до контроля параметров оценивается величиной энтропии

,

то необходимо первым контролировать такой параметр чтобы при положительном и отрицательном результатах контроля, т. е. такой параметр z_k, который разбивает ОК пополам.

Каждый последующий параметр для контроля выбирается таким же образом, т. е. делит пополам образующуюся систему после выполнения предыдущей проверки в зависимости от результатов ее исхода. Рассмотрим схему поиска неисправностей для ОК, изображенного (рис. 7.4). Поскольку ОК содержит нечетное число функциональных элементов, то первым контролируется параметр z₃, так как он делит ОК на две части, наиболее близкие к половинам (4 и 5 элементов в каждой). В результате контроля параметра z₃ OK будет разделен на две части. При положительном исходе, когда значение параметра z₃ находится в допустимых пределах, считаем что элементы 1--3 и 8 исправны, а отказ произошел в элементах 4-7 или 9. Вторым будем контролировать параметр z₅ и т. д. При отрицательном исходе результата контроля параметра z₃ считаем, что элементы 4-7 и 9 исправны, а отказ произошел в элементах 1-3 или 8. Следовательно, в этом случае вторым контролируется параметр z₁ и т. д.

2. При тех же условиях, что и в первом случае, считаем что вероятности состояний OK не одинаковы. Тогда первым необходимо

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

контролировать такой параметр z_к, который делит ОК на части, вероятности состояний которых близки к 1/2, поскольку, неопределенность состояния ОК после контроля параметра z_k равна

,

где

Величина будет максимальна, если величина минимальна. После контроля параметра zh ОК будет разделен на две части: первая содержит k элементов, вторая .Чтобы выбрать второй параметр для контроля и т. д., необходимо вероятности состояний в каждой из этих частей пронормировать, т. е. пересчитать по формуле

,

для того чтобы =1Тогда вторым выбирается параметр, который также делит одну из частей на две, вероятности состояний которых . Такое деление продолжается до тех пор, пока не будет определено состояние ОК с заданной степенью глубины.

Способ половинного разбиения применим также в том случае, когда в ОК неисправны несколько элементов, поиск которых осуществляется последовательно, после устранения уже найденных неисправностей.

3.4 Построение программы поиска по способу время - вероятность

Для РЭА, в которой функциональные элементы соединены произвольно и имеют различные вероятности p(s_i) состояний, а также различные стоимости контроля параметров, при построении схем поиска успешно применяется способ время - вероятность. В этом случае предполагается, что качество процесса поиска неисправностей оценивается средним временем поиска неисправного элемента и временем контроля одного параметра.

Исходная информация для применения данного способа представляется функциональной моделью ОК, таблицей неисправностей, вероятностями p(s_i) различных состояний ОК и временем контроля t_i параметров s_i функциональных элементов.

После выполнения операции КР и принятия решения о неисправности ОК начинается поиск неисправных элементов путем их последовательной проверки.

Для определения неисправного элемента по таблице неисправностей выбирают набор параметров z до заданной глубины поиска, последовательность же контроля выходных параметров функциональных элементов устанавливают в порядке уменьшения величины

,

Программа, построенная по такому способу, обладает минимальным средним временем поиска любого неисправного элемента для данной функциональной модели ОК.

Предположим, что для ОК определены следующие значения вероятностей состояний:

Значения t_i равны: t₁ = 2 мин, t₂=t₃=t₄=t₈=t₉=15 мин. Вычислив отношения , получим следующую последовательность контроля параметров: z₉-z₅-z₆-z₈-z₄-z₃-z₁-z₂ рис.7.5. среднее время поиска отказавшего элемента будет равно

мин

Для тех же значений среднее время поиска исправного элемента по схеме половинного разбиения t_ср=4,425 мин, по схеме последовательного функционального анализа t_ср = 5,875 мин.

Лекция №4. Структура системы контроля

Цель лекции: Ознакомить обучаемых с основами построения систем контроля

Сущность материала - состав системы и связи между её элементами.

Основные вопросы:

12. Структуры систем диагностирования.

13. Показатели диагностирования.

Литература:

4. Ефимов А.В., Галкин А.Т. «Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог» М., УМК МПС, 2000. 512с

4.1 Структуры систем диагностирования

Система диагностирования (СД), как говорилось выше, включает в себя три основных элемента: объект диагностирования (ОД), средства технического диагностирования (СТД) и человека-оператора (ЧО). В зависимости от назначения, специфики использования и расположения на судне объекта система диагностирования может иметь различную структуру. Структура системы -- устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени се элементов и связей. Вес возможные структуры можно свести к небольшому числу типовых структур.

Типовые структуры СТД. Одна из типовых структур приведена на рис. 3.1. Диагностирование в этом случае осуществляется в период выполнения объектом его рабочих функций, т.е. является рабочим. Средства играют пассивную роль при диагностировании, они только воспринимают от объекта и перерабатывают информацию, характеризующую качество выполнения им рабочих функций. Человек-оператор не имеет непосредственного контакта с объектом. Он лишь взаимодействует со средствами диагностирования, воспринимает информацию, управляя диагностированием, и принимает решения об использовании объекта. Такую структуру система диагностирования на судах имеет в тех случаях, когда по характеру использования прерывать работу объекта для выполнения диагностирования невозможно, когда объект расположен в труднодоступных местах и когда введение в объект тестовых воздействий с целью диагностирования недопустимо. Например, энергетическая установка на судах класса автоматизации А1, А2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Судовое электрооборудование и системы автоматики, используемые периодически (электроприводы различного назначения и др.), диагностируются, как правило, в специальном режиме диагностирования. В этом случае диагностирование обычно выполняется перед или после использования объекта по назначению. Кроме того, подобное диагностирование может выполняться в отрезок времени между использованием объекта. Такая структура системы диагностирования приведена на рис. 3.2. Средства диагностирования выполняют те же функции, что и в предыдущем случае: воспринимают с объекта и перерабатывают информацию о его состоянии. Человек-оператор имеет доступ к объекту для его включения и выключения, а также при необходимости, соответствующих переключений при диагностировании. Эта особенность и отличает рассматриваемую структуру от предыдущей. Человек-оператор, как и в первом случае, имеет двухстороннюю связь со средствами диагностирования: воспринимает информацию и управляет диагностированием Такая структура системы диагностирования отличается от предыдущей еще и тем, что объект при диагностировании не участвует в рабочем процессе.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При тестовом диагностировании объекта структура системы диагностирования существенно изменяется, что объясняется разделением средств на две характерные части: СТД1 и СТД2. СТД1 -- активные средства, представляющие собой генераторы тестовых воздействии, которые по команде оператора или по заданной оператором программе вырабатывают специальные сигналы, поступающие в объект и вызывающие его реакцию. Тестовые воздействия могут копировать рабочие сигналы, обычно поступающие в объект при его использовании, или быть специфическими, предназначенными только для диагностирования объекта. СТД2 -- пассивные средства, которые выполняют функции восприятия и переработки информации о состоянии объекта, заключенной в его реакции на тестовые воздействия.

Размещено на http://www.allbest.ru/

На рис. 3.3. приведена структура системы диагностирования для этого случая. Как видно из рис. 3.3., СТД1 и СТД2 связаны между собой, чтобы согласовать режимы их работы. Согласованию могут подлежать время включения и выключения, параметры тестовых сигналов, уровни схем сравнения и т.п. При этом человек-оператор не имеет контакта с объектом, его функции сводятся к управлению активными средствами диагностирования СТД1 и к восприятию с пассивных средств диагностирования СТД2 информации о состоянии объекта. Такая структура характерна для систем диагностирования, предназначенных для объектов, допускающих перевод в специальный режим диагностирования, но расположенных в труднодоступных для человека-оператора местах на судне.

На рис. 3.4. приведена разновидность структуры системы при тестовом диагностировании судового оборудования. В этом случае человек-оператор может непосредственно управлять объектом в процессе диагностирования. Естественно, такая возможность у человека-оператора открывается только тогда, когда к объекту имеется свободный доступ. Возможность непосредственного доступа к объекту позволяет устранить непосредственную связь между частями средств диагностирования СТД1 и СТД2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

На рис. 3.4. штриховой стрелкой указана ещё одна возможная связь между объектом диагностирования и человском-оператором. Такая связь обеспечивает непосредственный съем информации о состоянии объекта диагностирования, что может повысить достоверность диагноза и позволяет в ряде случаев упростить средства диагностирования. Естественно, что такая структура системы диагностирования возможна только в том случае, когда объект размешается на судне в таком месте, в котором человек-оператор может свободно наблюдать за ним.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассмотренные выше структуры систем диагностирования охватываю практически все случаи, когда объект диагностирования рассматривается как единое целое. Однако в некоторых струкурах объект разделяется на отдельные части, которые диагностируются разными средствами и вразное время. В качестве примера на рис. 3.5. приведена схема системы диагностирования объекта, состоящего из двух частей ОД1 и ОД2. ОД1 (микропроцессорная система регулирования судовой электростанции) представляет собой часть, которая диагностируется тестовым способом с помощью средств СТД1 и СТД2. СТД1 - активные средсва, вырабатывающие тестовые воздействия, СТД2 - средства бработки выходной реакции. ОД2 - генераторный агрегат и распределительный щит, диагностируется в рабочем режиме с помощью средсв СТД, которые обрабатывают информацию о состоянии ОД2 и выдают диагноз человеку-оператору. Функции человеа-оператора в этой системе достаточно сложные и разнообразные. Работает он с большой нагрузкой. Во-первых, управляет и наблюдает за работой ОД2, а также включает СТД3 и воспринимает информацию с этих средств о состоянии ОД2. Во-вторых, выводит в специальный контрольный режим ОД1, управляет (включает и выключает) СТД1 и воспринимает информацию с СТД2 о состоянии ОД1. Если степень автоматизации повысить, то функции человека-операора изменятся и соответственно измениться структура системы диагностирования.