Понятие технической диагностики. Техническая диагностика и методы технического диагностирования К термину "Диагностическое обеспечение"
Техническая диагностика - область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта. Назначение технической диагностики в обшей системе технического обслуживания - снижение объема затрат на стадии эксплуатации за счет проведения целевого ремонта.
Техническое диагностирование - процесс определения технического состояния объекта. Оно подразделяется на тестовое, функциональное и экспресс-диагностирование.
Периодическое и плановое техническое диагностирование позволяет:
выполнять входной контроль агрегатов и запасных узлов при их покупке;
свести к минимуму внезапные внеплановые остановки технического оборудования;
управлять старением оборудования.
Комплексное диагностирование технического состояния оборудования дает возможность решать следующие задачи:
проводить ремонт по фактическому состоянию;
увеличить среднее время между ремонтами;
уменьшить расход деталей в процессе эксплуатации различного оборудования;
уменьшить объем запасных частей;
сократить продолжительность ремонтов;
повысить качество ремонта и устранить вторичные поломки;
продлить ресурс работающего оборудования на строгой научной основе;
повысить безопасность эксплуатации энергетического оборудования:
уменьшить потребление ТЭР.
Тестовое техническое диагностирование - это диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия (например, определение степени износа изоляции электрических машин по изменению тангенса угла диэлектрических потерь при подаче напряжения па обмотку двигателя от моста переменного тока).
Функциональное техническое диагностирование - это диагностирование, при котором измеряются и анализируются параметры объекта при его функционировании но прямому назначению или в специальном режиме, например определение технического состояния подшипников качения по изменению вибрации во время работы электрических машин.
Экспресс-диагностирование - это диагностирование по ограниченному количеству параметров за заранее установленное время.
Объект технического диагностирования
- изделие или его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю).
Техническое состояние - это состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями диагностических параметров, установленных технической документацией на объект.
Средства технического диагностирования - аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется диагностирование (контроль).
Встроенные средства технического диагностирования - это средства диагностирования, являющиеся составной частью объекта (например, газовые реле в трансформаторах на напряжение 100 кВ).
Внешние устройства технического диагностирования - это устройства диагностирования, выполненные конструктивно отдельно от объекта (например, система виброконтроля на нефтеперекачивающих насосах).
Система технического диагностирования - совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования по правилам, установленным технической документацией.
Технический диагноз - результат диагностирования.
Прогнозирование технического состояния это определение технического состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени, в течение которого сохранится работоспособное (неработоспособное) состояние объекта.
Алгоритм технического диагностирования - совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования.
Диагностическая модель - формальное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования. Диагностическая модель может быть представлена в виде совокупности графиков, таблиц или эталонов в диагностическом пространстве.
Существуют различные методы технического диагностирования:
Реализуется с помощью лупы, эндоскопа, и других простейших приспособлений. Этим методом пользуются, как правило, постоянно, проводя внешние осмотры оборудования при подготовки его к работе или в процессе технических осмотров.
Виброакустический метод
реализуется с помощью различных приборов для измерения вибрации. Вибрация оценивается по виброперемещению, виброскорости или виброускорению. Оценка технического состояния этим методом осуществляется по общему уровню вибрации в диапазоне частот 10 - 1000 Гц или по частотному анализу в диапазоне 0 - 20000 Гц.
Реализуется с помощью . Пирометрами измеряется температура бесконтактным способом в каждой конкретной точке, т.е. для получения информации о температурном ноле необходимо этим прибором сканировать объект. Тепловизоры позволяют определять температурное поле в определенной части поверхности диагностируемого объекта, что повышает эффективность выявления зарождающихся дефектов.
Метод акустической эмиссии основан на регистрации высокочастотных сигналов в металлах и керамике при возникновении микротрещин. Частота акустического сигнала изменяется в диапазоне 5 - 600 кГц. Сигнал возникает в момент образования микротрещин. По окончании развития трещины он исчезает. Вследствие этого при использовании данного метода применяют различные способы нагружения объектов в процессе диагностирования.
Магнитный метод используется для выявления дефектов: микротрещин, коррозии и обрывов стальных проволок в канатах, концентрации напряжения в металлоконструкциях. Концентрация напряжения выявляется с помощью специальных приборов, в основе работы которых лежат принципы Баркгаузсна и Виллари.
Метод частичных разрядов применяется для выявления дефектов в изоляции высоковольтного оборудования (трансформаторы, электрические машины). Физические основы частичных разрядов состоят в том, что в изоляции электрооборудования образуются локальные заряды различной полярности. При разнополярных зарядах возникает искра (разряд). Частота этих разрядов изменяется в диапазоне 5 - 600 кГц, они имеют различную мощность и длительность.
Существуют различные методы регистрации частичных разрядов:
метод потенциалов (зонд частичных разрядов Lemke-5);
акустический (применяются высокочастотные датчики);
электромагнитный (зонд частичных разрядов);
емкостный.
Для выявления дефектов в изоляции станционных синхронных генераторов с водородным охлаждением и дефектов в трансформаторах на напряжение 3 - 330 кВ применяется хромотографический анализ газов . При возникновении различных дефектов в трансформаторах в масле выделяются различные газы: метан, ацетилен, водород и т.д. Доля этих растворенных в масле газов чрезвычайно мала, но тем не менее имеются приборы (хромотографы), с помощью которых указанные газы выявляются в трансформаторном масле и определяется степень развития тех или других дефектов.
Для измерения тангенса угла диэлектрических потерь в изоляции в высоковольтном электрооборудовании (трансформаторы, кабели, электрические машины) применяется специальный прибор - . Этот параметр измеряется при подаче напряжения от номинального до 1,25 номинального. При хорошем техническом состоянии изоляции тангенс угла диэлектрических потерь не должен изменяться в этом диапазоне напряжения.
Графики изменения тангенса угла диэлектрических потерь: 1 - неудовлетворительное; 2 - удовлетворительное; 3 - хорошее техническое состояние изоляции
Кроме того, для технического диагностирования валов электрических машин, корпусов трансформаторов могут использоваться следующие методы: ультразвуковой, ультразвуковая толщинометрия, радиографический, капиллярный (цветной), вихретоковый, механические испытания (твердометрия, растяжение, изгиб), рентгенографическая дефектоскопия, металлографический анализ.
Грунтович Н. В.
Как и любая наука, техническая диагностика оперирует специфическим набором терминов и определений, которые установлены ГОСТ 20911-89 «Техническая диагностика. Термины и определения». Ниже приведены некоторые из них.
Техническая диагностика - область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов.
Техническое диагностирование - определение технического состояния. Задачами технического диагностирования являются:
- - контроль технического состояния;
- - поиск места и определение причин отказа (неисправности);
- - прогнозирование технического состояния.
Иногда допускается некорректное применение этих двух терминов в плане отождествления. Поэтому следует четко определиться, что диагностика - это наука, диагностирование - это процесс.
Техническое состояние объекта - состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией.
Следует обратить внимание на то, что условия внешней среды должны быть в установленных технической документацией пределах. Например, такой параметр дизель-генераторной установки (ДГУ) тепловоза, как удельный расход топлива, подвержен влиянию барометрического давления, температуры окружающей среды и т.д. Если измеренный удельный расход топлива при испытаниях не привести к нормальным условиям, то в результате можно сделать ошибочный вывод о техническом состоянии ДГУ тепловоза.
Объект технического диагностирования (контроля технического состояния) - изделие и (или) его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю).
Контроль технического состояния - проверка соответствия значений параметров объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени. Видами технического состояния являются, например, исправное, работоспособное, неисправное, неработоспособное и т.п. в зависимости от значений параметров в данный момент времени.
Диагностический (контролируемый) параметр - параметр объекта, используемый при его диагностировании (контроле).
Прогнозирование технического состояния - определение технического состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени.
Рабочее техническое диагностирование - диагностирование, при котором на объект подаются рабочие воздействия.
Тестовое техническое диагностирование - диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия.
Средства технического диагностирования (контроля технического состояния) - аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется диагностирование (контроль).
Система технического диагностирования - совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным технической документацией.
Алгоритм технического диагностирования (контроля технического состояния) - совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования (контроля).
Диагностическая модель - формализованное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования.
Встроенное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство диагностирования (контроля), являющееся составной частью объекта.
Внешнее средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство диагностирования (контроля), выполненное конструктивно отдельно от объекта.
Специализированное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство, предназначенное для диагностирования (контроля) одного объекта или группы однотипных объектов.
Универсальное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство, предназначенное для диагностирования (контроля) объектов различных типов.
Достоверность технического диагностирования (контроля технического состояния) - степень объективного соответствия результатов диагностирования (контроля) действительному техническому состоянию.
Полнота технического диагностирования (контроля технического состояния) - характеристика, определяющая возможность выявления отказов (неисправностей) в объекте при выбранном методе его диагностирования (контроля).
Глубина поиска места отказа (неисправности) - характеристика, задаваемая указанием составной части объекта, с точностью до которой определяется место отказа (неисправности).
Следует указать, что приведенный перечень терминов и определений, применяемых в технической диагностике, является сокращенным. Поэтому при изучении теоретических основ диагностирования очень важно подробно ознакомиться с содержанием ГОСТ 20911-89.
ЛЕКЦИЯ 1
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
1. Общие понятия и определения
Задачи технической диагностики
Техническая диагностика определяет состояние, в котором находится технический объект (устройство, система).
Под состоянием технического объекта понимается совокупность его параметров (значения сигналов, возможность выполнять те или иные функции). Параметры делят на основные (характеризуют выполнение системой заданных функций) и вспомогательные (удобство эксплуатации, внешний вид и проч.).
Различают четыре вида состояний объекта :
исправное (система соответствует всем, предъявляемым к ней требованиям, т.е. все основные и вспомогательные параметры находятся в пределах заданной нормы );
неисправное (система не соответствует хотя бы одному из предъявляемых к ней требований);
работоспособное (все основные параметры системы находятся в пределах заданной нормы );
неработоспособное (хотя бы один основной параметр системы не соответствует заданной норме).
Определения на языке теории множеств:
Полное множество состояний системы:
где 
– множество исправных состояний системы;
– множество неисправных, но работоспособных состояний;
– множество неисправных и неработоспособных состояний.
Множества состояний работоспособных и неисправных систем соответственно
, 
Системы строятся таким образом, чтобы при всех наиболее вероятных отказах ее элементов был невозможен переход из множества 
в 
, а система оказывалась бы в множестве 
(пример: отказ маршрутного набора в МРЦ, не приводит к потере работоспособности).
Объект, у которого определяется техническое состояние, называется объектом диагноза .
Диагноз есть процесс исследования объекта диагноза. Результат диагноза – это заключение о состоянии объекта диагноза.
Типы задач по определению состояния технических объектов:
диагноз – определение состояния, в котором находится объект в настоящий момент времени (проверка работоспособности, исправности, поиск неисправностей, испытание ЖАТС);
прогноз – предсказание состояния , в котором окажется объект (эксплуатация ЖАТС, включающая определение периодичности профилактического обслуживания и ремонтов);
генез – определение состояния, в котором находился технический объект ранее (определение причин отказов);
При решении задач прогноза и генеза всегда приходится решать и задачу диагноза.
Требования к объектам исследования технической диагностики:
могут находиться, по крайней мере, в двух взаимоисключающих и различимых состояниях (работоспособном и неработоспособном и др.);
в них можно выделить элементы, каждый из которых подчиняется пункту 1.
Задачи диагноза :
Эквивалентными называются такие неисправности , которые нельзя отличить друг от друга при принятом способе диагноза. Число классов, определяющее степень детализации поиска, называется глубиной поиска (диагноза)
Т
есты и системы диагноза
Объект диагноза ОД представляют в виде устройства (см.рис.1), имеющего входы и доступные для наблюдения выходы.
Объекты диагноза делят на:
непрерывные (аналоговые) (значения сигналов принадлежат непрерывным множествам и время непрерывно);
дискретные (значения сигналов задаются на конечных множествах, а время дискретно);
гибридные .
Кроме того, ОД бывают:
комбинационные (без памяти) (в них выходной сигнал взаимнооднозначно соответствует комбинации входных);
последовательностные (с памятью) (в них выходной сигнал зависит не только от значений входных, но и от времени).
Процесс диагноза
представляет собой последовательность операций (проверок) 
, каждая из которых предусматривает подачу на входы объекта некоторого воздействия и определения на выходах (рабочих, либо дополнительных контрольных) реакции на это воздействие.
Любая диагностическая процедура обязательно связывается с определенным, строго фиксированным списком неисправностей, обнаружение которых обеспечивается при ее проведении.
Совокупность проверок, позволяющих решать какую-либо из задач диагноза, называется тестом
: 
, а число входящих в него проверок – длиной теста
.
По назначению тесты бывают:
Полнота обнаружения неисправностей – это доля гарантированно обнаруживаемых неисправностей относительно всех рассматриваемых неисправностей объекта.
По полноте обнаружения неисправностей различают следующие виды тестов:
По длине тесты делят на:
тривиальные – содержат все возможные для данной системы проверки, предусматривает полное моделирование работы устройства и имеет максимальную длину;
минимизированные (наиболее распространены);
минимальные – содержит минимальное число проверок по сравнению с другими тестами для данного устройства, но требует больших вычислений.
В основе процедуры диагноза лежит алгоритм , который представляет собой совокупность последовательности элементарных проверок и правил анализа результатов этих проверок.
Алгоритм диагноза (измерение и анализ ответов, а иногда и формирование тестовых воздействий) реализуется специальными устройствами – средствами диагноза СД . Взаимодействующие между собой объект диагноза и средства диагноза образуют систему диагноза .
Различают два вида систем диагноза:
1
.Системы тестового диагноза
. В них тестовые воздействия ТВ на ОД поступают только от СД. Данные системы позволяют выбирать состав и последовательность тестовых воздействий исходя из условий эффективной организации процесса диагностирования, в частности в зависимости от ответов объекта на предыдущие воздействия.
2
. Системы функционального диагноза
не формируют воздействий на ОД. На ОД и СД поступают только рабочие воздействия РВ, предусмотренные рабочим алгоритмом функционирования объекта. Система диагноза работает в процессе рабочего функционирования ОД и решает задачи проверки правильности функционирования и поиска неисправностей.
В конечном итоге процедура диагноза сводится к сравнению работы идеального устройства (задается моделью ОД) и реального исследуемого устройства.
Таким образом, для проведения процедуры диагноза требуется решать следующие основные задачи :
выбор и построение модели ОД;
синтез теста;
построение алгоритма диагноза;
синтез и реализация средств диагноза.
2. Модели объекта диагноза
Для построения тестов и алгоритмов диагноза необходимо иметь формальное описание объекта и его поведения в исправном и неисправном состояниях – математическую модель диагноза.
Различают модели с явным и неявным описанием неисправностей.
Явная модель объекта диагноза состоит из описаний его исправной и всех неисправных модификаций.
Неявная модель объекта диагноза содержит описание исправного объекта, математические модели его физических неисправностей и правила получения по ним всех неисправных модификаций объекта.
Таблица функций неисправностей (ТФН) является универсальной математической моделью объекта диагноза (пригодна для описания объектов любой природы, как аналоговых, так и дискретных) и принадлежит к классу явных моделей.
Составление таблицы ТФН.
В строках таблицы указывают все возможные проверки 
, которые могут быть использованы в процедуре диагностирования. Графы таблицы соответствуют исправному 
и всем возможным неисправным состояниям: 
. Каждое неисправное состояние соответствует одной неисправности (одиночной или кратной) из заданного класса неисправностей, относительно которого строится тест. На пересечении 
-ой графы и 
-ой строки проставляется результат 
-ой проверки для системы, находящейся в -м состоянии.
Проверка | Результат |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
проверки для системы, находящейся в состоянии
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ
Технического диагностирования объектов
Основные понятия и определения технической диагностики
Используемые основные понятия и определения соответствуют ГОСТ 20911-89 (Техническая диагностика. Термины и определения).
Техническое диагностирование - это определение технического состояния объекта, результатом которого является заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины отказа. Применяемый в литературе термин “контроль технического состояния ” характеризует определение вида технического состояния (исправности, неисправности, работоспособности, неработоспособности) объекта. В соответствии с этим техническое диагностирование, являющееся процессом определения технического состояния, может быть как законченным самостоятельным процессом с не установленными заранее значениями показателей его исправности или работоспособности, так и частью процесса прогнозирования технического состояния объекта. Поскольку для контроля и прогнозирования технического состояния объекта необходимо знание его фактического технического состояния, то эти процессы всегда содержат в своем составе техническое диагностирование.
Следует отметить, что термин “контроль” предполагает множество мероприятий, включая и организационно-технические, например, технический контроль на предприятии. Поэтому понятие “контроль технического состояния” объекта часто заменяется понятием “техническое диагностирование”. Конечным этапом диагностирования является получение технического диагноза - результата диагностирования.
При диагностировании следует различать рабочие воздействия, которые поступают на объект при его функционировании, и тестовые воздействия, которые подаются на объект только для диагностирования. В соответствии с этим различают рабочее и тестовое техническое диагностирование. Рабочее техническое диагностирование осуществляется во время функционирования объекта, на который поступают только рабочие воздействия. Тестовое техническое диагностирование осуществляется только при тестовых воздействиях.
Совокупность средств и объекта диагностирования и, при необходимости, исполнителей образует систему технического диагностирования (СТД). Составляющими СТД являются:
· объект технического диагностирования (ОТД) - изделие или его составные части, техническое состояние которых подлежит определению;
· средство технического диагностирования (СрТД) - совокупность измерительных приборов, средств коммутации и сопряжения с ОТД.
Система технического диагностирования работает в соответствии с алгоритмом технического диагностирования, который представляет собой совокупность предписаний о проведении работ. Алгоритм устанавливает состав и порядок проведения так называемых элементарных проверок объекта и правила анализа их результатов.
Элементарная проверка определяется рабочим или тестовым воздействием, поступающим или подаваемым на объект, а также составом признаков (параметров), образующих ответ объекта на соответствующее воздействие. Конкретные значения параметров, получаемые при диагностировании, являются результатами элементарных проверок или значениями ответов объекта.
С точки зрения общей теории управления и контроля система рабочего диагностирования является системой контроля, а систему тестового диагностирования можно рассматривать как систему управления, в которой управление осуществляется в соответствии с алгоритмом диагностирования.