R.III.pdf

III. ELEMENTY DIAGNOSTYKI TECHNICZNEJ

1. WST P

W in ynierii mechanicznej, w budowie i eksploatacji maszyn czynnikiem

stymuluj cym bezpo rednio rozwój diagnostyki jest odpowiedzialno funkcji realizowanej

przez maszyn , w tym szczególnie minimalizacja: zagro e zdrowia i ycia ludzkiego,

zagro e rodowiska biologicznego i technicznego, zagro e warto ci ekonomicznych (w

tym i jako ci).

Diagnostyka techniczna to zorganizowany zbiór metod i rodków do oceny stanu

technicznego (jego przyczyn, ewolucji i konsekwencji) systemów technicznych. W

wi kszo ci przypadków s to systemy działaniowe, celowo zaprojektowane dla wykonania

okre lonej misji, generuj ce lub transformuj ce informacje, które s wykorzystywane do

oceny ich stanu technicznego [1,26].

Potrzeba stosowania diagnostyki znajduje swoje uzasadnienie w modelu destrukcji

obiektu, uwzgl dniaj cego zwi zek zaawansowania zu ycia proporcjonalny do energii

dyssypacji, wi cy si z czasem istnienia obiektu, poziomem konstrukcji, nowoczesno ci

technologii wytwarzania, intensywno ci u ytkowania oraz jako ci obsługiwa technicznych.

Przedstawiony zakres wiedzy formułuje obszar zagadnie definiuj cych podstawy

diagnostyki technicznej oraz mo liwo ci jej efektywnego wykorzystania.

Diagnostyka techniczna jest to wi c uznana ju dziedzina wiedzy o rozpoznawaniu

stanów obiektów technicznych w tera niejszo ci, w przyszło ci i w przeszło ci. Obiektem

bada diagnostyki technicznej mo e by cały obiekt, zespół, podzespół, a nawet pojedyncza

cz , coraz cz ciej na kolejnych etapach ich istnienia.

Diagnoza - to rozpoznanie stanu rzeczy (obiektu, procesu) przez zaliczenie go do

znanego gatunku przez przyczynowe i celowe wyja nienie tego stanu rzeczy, oznaczenie fazy

obecnej oraz przewidywanie dalszego rozwoju.

Rodzaje bada diagnostycznych : genezowanie; diagnozowanie; prognozowanie.

Fazy badania diagnostycznego: kontrola stanu; lokalizacja uszkodze .

„Badania i ocena stanów, ustalenie przyczyn zaistniałych stanów, a tak e przewidywanie

rozwoju zmian stanów - przedmiotów diagnozowania – to główne zadania diagnostyki

technicznej”.

Cele diagnostyki s osi gane poprzez:

- poznanie natury procesów fizyczno-chemicznych wykorzystywanych jako no niki

informacji o zmieniaj cym si stanie obiektów;

- badania procesów fizyczno-chemicznych umo liwiaj cych ustalenie zbioru parametrów

diagnostycznych (symptomów stanu);

- ustalenie zbiorów niezale nych i zupełnych cech stanu (liczba stanów) i parametrów

diagnostycznych;

- poszukiwania modelu diagnostycznego przedmiotu diagnozy dla okre lonych podzbiorów

cech stanu i parametrów diagnostycznych,

- model diagnostyczny ustala algorytmy tzn. porz dkuje zbiory sprawdze : diagnozowania,

prognozowania i genezowania stanów;

- algorytmy: diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów wymuszaj odpowiedni

podatno diagnostyczn obiektu technicznego (podatno diagnostyczna to:

diagnozowalno [model, metoda, skuteczno ] i technologiczno diagnostyczna

[punkty, dost p, wygoda]);

- opracowywanie zasadnych metod i urz dze diagnostycznych;

- opracowywanie procesów technologicznych, czyli post powania praktycznego w

badaniach i ocenie stanów obiektów technicznych;

- wymienione elementy i diagno ci tworz podsystem diagnostyczny usprawniaj cy

funkcjonowanie maszyn, pod warunkiem. e zostały okre lone: funkcja i sposób

wykorzystania DT;

- wdro one systemy diagnostyczne podlegaj ocenie w aspekcie: efektywno ci

ekonomicznej, niezawodno ci i bezpiecze stwa funkcjonowania systemów działania.

2. ZAKRES PROBLEMATYKI DIAGNOSTYKI TECHNICZNEJ

Aby okre li zakres zastosowa diagnostyki technicznej, celowym jest

przeanalizowanie całego okresu istnienia dowolnego obiektu i wyselekcjonowanie sytuacji, w

których uwzgl dnianie działa diagnostycznych jest niezb dne.

Okre lenie "okres istnienia obiektu" stosuje si zwykle do okresu rozpoczynaj cego

si z chwil sformułowania wymaga (warunków technicznych), które spełni powinien

nowoprojektowany obiekt, a ko cz cego si wraz z jego likwidacja (złomowaniem, rozbiórk

i utylizacj ).

Istnieje mo liwo sterowania jako ci systemu działaniowego w ró nych zakresach -

ocena projektowania, produkcji, eksploatacji lub całego cyklu istnienia. Sterowanie cechami

u ytkowymi obiektu (jako , bezpiecze stwo, efektywno - w uj ciu antropotechnicznym) w

całym cyklu istnienia jest mo liwe przy wykorzystaniu informacji diagnostycznej,

przetworzonej na decyzje projektowe, produkcyjne i eksploatacyjne.

Diagnostyka obiektów technicznych jest w chwili obecnej antycypowana

dychotomicznie, jako wsparta modelowo i jako diagnostyka symptomowa.

Oparcie si na modelu działania obiektu dla wykrywania i lokalizacji uszkodze jest

najprostsze dla systemów sterowania obiektami technicznymi, gdzie ich modele s na ogół

jawne i o małej zło ono ci. Jednak w układach i obiektach czysto mechanicznych wymiar

równa ruchu obiektu jest bardzo du y, a do tego dochodz procesy starzeniowe i zu yciowe

powoduj ce ewolucj stanu obiektu. St d podej cie metodami diagnostyki symptomowej i

próby budowy ilo ciowych modeli symptomowych. Czasami te próby zawodz , gdy nawet

model symptomowy (mimo, i jest przyczynowo-skutkowy) cechuje si niejawno ci . Jest tu

zatem miejsce na szerokie zastosowania inteligencji komputerowej, czyli systemów eksper-

towych i sieci neuronowych z udziałem logiki rozmytej.

W my l ogólnej teorii systemów, systemy działaniowe s to systemy otwarte z

przepływem masy, energii i informacji, a wi c s to układy transformuj ce energi z

nieodł czn jej dyssypacj wewn trzn i zewn trzn . Tak wi c wej ciowy strumie masy

(materiału), energii i informacji jest przetworzony na dwa strumienie wyj ciowe, energi

u yteczn w postaci innej po danej jej formy lub te produktu b d cego celem

projektowanym danego obiektu. Drugi strumie to energia dyssypowana, cz ciowo

eksportowana do rodowiska lub metasystemu, a cz ciowo akumulowana w obiekcie jako

efekt ró nych procesów zu yciowych zachodz cych podczas pracy maszyny. Zaawansowanie

tych procesów zu yciowych determinuje jako funkcjonowania ka dego obiektu, co

syntetycznie pokazano na rys.3.1.

Jak wida z rysunku wszystkie mo liwo ci diagnozowania daj si uj w trzy

podstawowe grupy, obja niaj ce sens post powania badawczego w zakresie oceny jako ci

stanu lub wytworu.

Pierwsza z nich to diagnostyka przez obserwacj procesów roboczych, monitoruj c

ich parametry w sposób ci gły, czy te na specjalnych stanowiskach prowadz c badania

sprawno ciowe maszyn (moc, moment, pr dko , ci nienie itp.). Przed tym rodzajem bada

diagnostycznych otwarta jest przyszło z racji coraz cz ciej wprowadzanych do maszyn

sensorów mechanotronicznych, mikroprocesorów itp., przy czym w takim przypadku

wymagana jest znajomo modelu funkcjonowania obiektu.

Drugi sposób diagnozowania maszyn ujmuje badania jako ci wytworów, zgodno ci

wymiarów, pasowa , poł cze itp., gdy ogólnie tym lepszy stan techniczny maszyny im

lepsza jako produkcji.

procesy robocze

Q , r) destrukcyjne rozpro- badania wytworu

sprz enie szona

STAN TECHNICZNY procesy tribowibroakustyczne procesy resztkowe

zwrotne - drgania, hałas,

- pulsacja ci nienia,

zasilanie - procesy cieplne,

(energia, materiał) - produkty zu ycia,

- procesy elektromagnet.,

- ultrad wi ki,

- inne.

Rys.3.1 Maszyna jako system przetwarzania energii i jej mo liwo ci diagnozowania.

Trzecia mo liwo diagnozowania to obserwacja procesów resztkowych,

wykorzystuj ca ró ne procesy fizyko-chemiczne, zawarte w procesach wyj ciowych z

funkcjonuj cej maszyny i b d ca ródłem wielu atrakcyjnych metod diagnozowania maszyn.

Warto w tym miejscu w uproszczony sposób pokaza ogóln istot diagnozowania

maszyn, zakładaj c poszukiwania zwi zków pomi dzy stanem maszyny Xn a generowanymi

sygnałami diagnostycznymi Sm , z pomini ciem dla prostoty rozwa a innych oddziaływa

zewn trznych (rys.3.2). W tablicy obserwacji (rys.3.3) z jednej strony mamy zestaw

mo liwych uszkodze ( n ), reprezentowanych przez cechy stanu odwzorowuj ce rozwijaj ce

X S

uszkodzenia A (X, S) symptomy

n m

³ n

Rys.3.2 Obserwacja stanu maszyny X za pomoc symptomów S .

uszkodzenia. Z drugiej za strony z pomiarów otrzymujemy zestaw symptomów (Sm),

charakterystyczny dla stanu rozwoju uszkodze w chwili pomiaru symptomów. Jak wida z

rysunku o jednym uszkodzeniu mo e informowa wiele symptomów, przy czym rozwi zanie

problemu diagnostycznego wymaga spełnienia warunku: m

zakłócenia * monitorowanie

parametrów procesu

MASZYNA * badania

sprawno ciowe

STATYKA I DYNAMIKA energia u yteczna (wytwór)

energia

sterowanie X(t,

³ n. Operator A , wi cy cechy

stanu obiektu X i jego symptomy S po zidentyfikowaniu, pozwala na bazie pomierzonych

symptomów S wnioskowa o stanie X.

Symptomy

Cechy S m Warto ci mierzonych symptomów

stanu

obiektu X n C K I P sk ... F 0 ... H v ... m

1. Bicie

2. Luz

3. Zacisk

... Symptomy diagnostyczne

... w dziedzinie czasu, amplitud, cz stotliwo ci.

... ( wymiarowe, bezwymiarowe )

n. Ilo pracy

Rys.3.3 Tablica obserwacji symptomów Sm dla wybranych cech stanu obiektu Xn .

Realizowane zadanie diagnostyczne mo na zatem przedstawi w postaci

przykładowego algorytmu, pokazanego na rys.3.4.

Stałe warunki bada (zasilanie, sterowanie, zakłócenia)

Procesy Przetwornik Symptomy ZNANE

dynamiczne proces - stanu

maszyny - sygnał maszyny

Rozpoznanie

OBIEKT stanu maszyny Decyzja

BADA X = A -1 S

(maszyna)

Informacja Niezale ne NIEZNANE X

o stanie cechy

maszyny stanu CEL DIAGNOZOWANIA

Rys.3.4 Kolejno post powania podczas diagnozowania maszyny.

Głównym problemem w analizie zmieniaj cego si stanu maszyny jest wi c

wyznaczenie sygnału wyj ciowego S na podstawie historii sygnału na wej ciu X oraz

własno ci układu maszyny A , co mo na zapisa zale no ci :

X = A S (1)

W badaniach systemowych ten problem znany jest jako „problem odwrotny” analizy

systemów, gdzie przy danej historii zachowania si obiektu na wej ciu i na wyj ciu nale y

wyznaczy model przyczynowo-skutkowy zaistniałego stanu. Rozwi zuj c zatem zagadnienie

odwrotne w liniowym przybli eniu trzeba zidentyfikowa najpierw A, pó niej mierz c S

wnioskowa o stanie X, co zapisuje si zale no ci :

S = A -1 X (2)

W diagnostyce problem ten dotyczy braku jednoznacznych relacji przyczynowo-

skutkowych pomi dzy mo liwymi przyczynami (zró nicowane zaawansowanie rozwijaj cych

si uszkodze lub rozregulowa ) obserwowanych skutków (mierzonych sygnałów), które nie

maj zwykle charakteru przyczynowo-skutkowego. Mo liwe w tym wzgl dzie bardzo

rozbudowane modele analityczne, wyst puj ce najcz ciej w postaci układów równa

ró niczkowych i dostatecznie dokładnie opisuj ce działanie diagnozowanych maszyn,

wymagaj rozwi za jedynie na drodze numerycznej, którym daleko jeszcze do aplikacji

diagnostycznych.

Szansa oceny stanu technicznego maszyn podczas konstruowania, wytwarzania lub

eksploatacji, cz sto bez potrzeby wył czania ich z ruchu - a nawet w sposób bezkontaktowy,

umo liwia udzielenie odpowiedzi na podstawowe pytania:

- jaka jest maszyna (element, zespół) podczas konstruowania?

- jaka jest maszyna po jej wytworzeniu?

- jaka jest maszyna w czasie u ytkowania i / lub obsługiwania?

- jak przebiega proces technologiczny realizowany przez maszyn ?

Odpowiedzi na te pytania uzyska mo na z opracowanych procedur diagnostycznych,

zawieraj cych szczegółowe algorytmy badania diagnostycznego, daj cych odpowiedzi na

pytania u ytkowników:

- co mierzy ? (jaki proces, dlaczego ten, w którym miejscu);

- jak mierzy ? (sposób akwizycji sygnału, jakie parametry procesu, jakie cechy stanu, jak

cz sto);

- czym mierzy ? (oprzyrz dowanie, przygotowanie sygnału, sposób przetwarzania);

- jak wnioskowa ? (modele, stany graniczne, decyzje).

Okre lane metodami diagnostyki technicznej w procesie diagnozowania decyzje

diagnostyczne o stanie maszyny s wyró niane za pomoc ró nego rodzaju wska ników

(cech, symptomów). Zawsze jednak ich forma prezentacji powinna by dostosowana do

mo liwo ci percepcyjnych, decyzyjnych i wykonawczych u ytkowników diagnozowanego

obiektu. St d du rol przypisuje si w tym zakresie nowoczesnym technologiom

informatycznym.

Przytoczone skrótowo powy ej tre ci główne, motywuj ce potrzeb i rozwój

diagnostyki technicznej stanowi zr by podstaw składaj cych si na now dziedzin wiedzy

jak jest uznana ju diagnostyka techniczna.

3. MIEJSCE DIAGNOSTYKI W YCIU MASZYNY

Patrz c syntetycznie na ogół mo liwych zastosowa diagnostyki technicznej w ka dej

z faz istnienia obiektu, trzeba wyró ni ka dorazowo trzy ró ne dziedziny wiedzy, niezb dnej

do prawidłowej oceny stanu obiektu. S to :

· wiedza o obiekcie bada ,

· wiedza o sygnałach i symptomach,

· wiedza z teorii decyzji, w zakresie wnioskowania diagnostycznego.

Wiedza o obiekcie diagnozowania obejmuje problematyk z dziedziny projektowania,

wytwarzania i eksploatacji obiektu. Znajduj tu miejsce zagadnienia z zakresu nowoczesno ci

konstrukcji, technologii wytwarzania, warunków eksploatacji, zasad funkcjonowania,

mo liwych uszkodze oraz kryteriów oceny.

Wiedza o sygnałach i symptomach wiadcz cych o stanie diagnozowanego obiektu

obejmuje zarówno sygnały nieodł cznie zwi zane z prac obiektu, jak i sygnały generowane

w sztucznie wymuszonym stanie. Niezb dna staje si tu znajomo sposobu generacji

sygnałów, ich akwizycji i przetwarzania, jak i tworzenia diagnostycznie zorientowanych

symptomów stanu obiektu.

Teoria decyzji w zakresie wnioskowania diagnostycznego obejmuje problematyk

podejmowania decyzji diagnostycznych w warunkach niepewno ci. Jak wiadomo w

diagnostyce, ze wzgl du na zakłócenia, wszelkie decyzje podejmowane s w kategoriach

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: