III. ELEMENTY DIAGNOSTYKI TECHNICZNEJ

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 ekspertowych 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
zakłócenia
* monitorowanie
parametrów procesu
MASZYNA
STATYKA I DYNAMIKA energia u yteczna (wytwór)
energia
sterowanie
X(t, Θ , r)
STAN TECHNICZNY
zasilanie
(energia, materiał)
* badania
sprawno ciowe
badania wytworu
destrukcyjne rozproszona
sprz enie
procesy tribowibroakustyczne procesy resztkowe
zwrotne
- drgania, hałas,
- pulsacja ci nienia,
- procesy cieplne,
- produkty zu ycia,
- procesy elektromagnet.,
- ultrad wi ki,
- inne.
Rys.3.1 Maszyna jako system przetwarzania energii i jej mo liwo ci diagnozowania.
diagnozowania to obserwacja procesów resztkowych,
Trzecia mo liwo
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
si
X
uszkodzenia
n
S
A (X, S)
m≥n
symptomy
m
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 ≥ 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
Sm
stanu
obiektu Xn
1. Bicie
2. Luz
3. Zacisk
...
...
...
n. Ilo pracy
Warto ci mierzonych symptomów
C
K
I
Psk ...
F0 ... Hv ...
m
Symptomy diagnostyczne
w dziedzinie czasu, amplitud, cz stotliwo ci.
( wymiarowe, bezwymiarowe )
Rys.3.3 Tablica obserwacji symptomów Sm dla wybranych cech stanu obiektu Xn.
Realizowane zadanie diagnostyczne mo na
przykładowego algorytmu, pokazanego na rys.3.4.
zatem
przedstawi
w
postaci
Stałe warunki bada (zasilanie, sterowanie, zakłócenia)
Procesy
dynamiczne
maszyny
Przetwornik
proces - sygnał
Symptomy ZNANE
stanu
maszyny
S
Rozpoznanie
stanu maszyny Decyzja
OBIEKT
−1
X=A S
BADA
(maszyna)
Informacja
o stanie
maszyny
Rys.3.4 Kolejno
Niezale ne
NIEZNANE X
cechy
stanu
CEL DIAGNOZOWANIA
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=AS
(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 przyczynowoskutkowych 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
prawdopodobie stw. St d te modele diagnostyczne obiektów, czyli "zwi zki mi dzy
obserwowanymi symptomami a cechami stanu" s mniej lub bardziej probabilistyczne. Mo na
wi c niewiedz o istniej cych zwi zkach w modelu obiektu, potraktowa jako zakłócenie
modelu deterministycznego lub przyj od razu model probabilistyczny.
Przedstawiony zakres wiedzy formułuje obszar zagadnie definiuj cych podstawy
diagnostyki technicznej oraz mo liwo ci jej poprawnego wykorzystania.
Ka da maszyna przechodzi cztery fazy swego istnienia (rys.3.5): warto ciowanie (C),
projektowanie (P), wytwarzanie (W) i eksploatacja (E). Coraz wi ksze wymagania stawiane
maszynom okre liły szereg kryteriów, które s badane na ka dym z etapów.
Metody i rodki daj ce tak mo liwo kontroli "jako ci" maszyn - spełniania
stawianych kryteriów - s zakresem zainteresowa diagnostyki technicznej.
W ka dym z etapów istnienia obiektów (C - K - W - E) wyst puj działania
diagnostyczne o ró nym charakterze, odpowiednio do zada , jakie maj by zrealizowane,
przy czym zaanga owanie diagnostyki jest zauwa alne wyra nie w ka dym z tych etapów.
Uwzgl dnienie przedstawionych kryteriów stawianych obiektom w poszczególnych
fazach ich istnienia: C - K - W - E , daje podstaw oceny spełniania potrzeb, a tak e wytycza
kierunki rozwoju wiedzy i bada diagnostyki technicznej.
3.1 Diagnostyka na etapie warto ciowania
Pierwszy etap - warto ciowanie, znany od dawna w gospodarce rynkowej, pozwala
ocenia zaspokojenie potrzeb i oczekiwa odbiorcy w wietle parametrów technicznych i
ekonomicznych urz dzenia. Poczynaj c zatem od wyró nienia i identyfikacji potrzeby,
poprzez sformułowanie problemu technicznego i poszukiwanie ró nych koncepcji rozwi za ,
a ko cz c na zasadach i taktyce opracowania projektu technicznego - realizujemy wyroby
(ma-szyny) do zaspokajania okre lonych potrzeb. Wiarogodno spełniania tych potrzeb
okre la si na podstawie analizy ryzyka kosztów i korzy ci, zarówno odbiorcy jak i
wytwórcy. T faz działania okre laj :
Fazy
istnienia maszyny
Dziedzina
Warto
zastosowania
Warto ciowanie
Konstrułowanie
Wytwarzanie
Eksploatacja
(wyrób-proces)
Nazwa
diagnostyki
Diagnostyka
heurystyczna
Diagnostyka
konstrukcyjna
Diagnostyka
kontrolna
(wytwarzania)
Diagnostyka
eksplatacyjna
Cel
diagnostyki
Wybór
metod i
rodków
Identyfikacja
ródeł drga i potencjalnych zagro e
Ocena
jako ci
wyrobów
Ocena stanu
technicznego
obiektów
Rys.3.5 Fazy istnienia maszyny w diagnostyce technicznej.
a). rodki techniczne, np.:
• zbiory elementów; pola mo liwych rozwi za projektowych i konstrukcyjnych;
• sposoby porównania; skale miar, wa no ci, kolejno
• układy kryteriów; systemy oceny;
• jednoznaczna identyfikacja wielko ci mierzonych i
ci;
rodków mierz cych;
b). rodki organizacyjno - wytwórcze, których celem jest:
• uzyskanie i utrzymanie jako ci wytworzonego wyrobu, usługi - by w sposób trwały
zaspakajały potrzeby odbiorcy;
• potwierdzenie stopnia wiarogodno ci, e zaplanowany system eksploatacji (w 85% na tym
etapie) zapewni w sposób trwały zakładan jako ;
• uzyskanie u odbiorcy zapewnienia, e proponowany wyrób spełnia jego wymagania;
• wyznaczenie ywotno ci, kosztów jednostkowych i całkowitych eksploatacji, funkcji
degradacji i warunków złomowania i utylizacji.
Zawsze te elementy były w umy le twórcy podstaw decyzji, a poparte dokumentami i
rzeczywistym rachunkiem ekonomicznym - wypełniaj tre ci etapu warto ciowania (przez
niektórych nazywanego etapem potrzeby).
Zadania diagnostyki technicznej na tym etapie wi
si z okre leniem mo liwych do
zastosowania metod i rodków diagnostyki, metodyki bada , automatyzacji procedur
diagnostycznych i sposobu wkomponowania diagnostyki w struktur obiektu (system
diagnostyczny zewn trzny, wewn trzny lub rozproszony).
3.2 Diagnostyka konstrukcyjna
Etap projektowania (cz sto zwany konstruowaniem) obiektów uwzgl dnia zasady:
funkcjonalno ci, niezawodno ci i trwało ci, sprawno ci, technologiczno ci, ergonomii,
efektywno ci ekonomicznej i ekologii. W tej grupie wymaga najcz ciej stosowane s te,
które maj charakter uniwersalny, czyli mog si znale w zestawie wymaga dowolnego
wytworu.
Nowe zadania i mo liwo ci diagnostyki technicznej, szczególnie istotne w
pocz tkowych fazach istnienia maszyny, zbiegaj si z nowymi mo liwo ciami
mikroelektroniki, techniki komputerowej, teorii fraktali, sieci neuronowych czy logiki rozmytej
- generuj c cał gam zupełnie nowych problemów.
Problematyk diagnostyki na etapie konstruowania przedstawiono w aspekcie:
konstruowania diagnostycznego oraz konstruowania układów diagnostycznych.
A. Projektowanie układów diagnostyki maszyn
Realizacj procesu bada diagnostycznych umo liwiaj urz dzenia diagnostyczne.
Klasyczne sposoby kontroli nie odpowiadaj ju współczesnym wymaganiom ani co do czasu
kontroli, ani co do jej wiarygodno ci. Zautomatyzowanie badania stanu przy pomocy nowoczesnych urz dze diagnostycznych umo liwia:
- obni enie kosztów eksploatacji,
- zmniejszenie czasu kontroli,
- zwi kszenie wiarygodno ci wyników kontroli,
- zmniejszenie wymaga co do kwalifikacji i liczby personelu.
Urz dzenia diagnostyczne mo na zaprojektowa w sposób najbardziej racjonalny na
etapie projektowania maszyny. Wówczas równolegle z powstaj c koncepcj rozwi za
funkcjonalnych mo na zaplanowa struktur kontrolno-pomiarow maszyny.
Wyró nienie etapu projektowania od konstruowania (cz sto zamiennie stosowanego)
znajduje swoje uzasadnienie w liczbie faz istnienia obiektów i zadaniami diagnostyki w tych
fazach. Dla potrzeb diagnostyki przyjmuje si , e projektowanie to zespół działa , w wyniku
których powstaje projekt wytworu, plan działania, sposób jego wykonywania (projekt
technologii), lub projekt systemu organizacyjnego, natomiast konstruowanie to materiałowe
urzeczywistnianie projektu.
Układ diagnostyczny składa si ze struktury sprawdze (oprogramowania) i struktury
konstrukcyjnej. Koncepcja układu diagnostycznego obejmuje:
- sposób kontroli stanu (automatyczny, nieautomatyczny),
- metod badania stanu (ci głe,dyskretne),
- struktur układu diagnostycznego (przyrz dy zewn trzne, moduły wewn trzne, struktura
wewn trzna rozmyta),
- sposób prezentacji decyzji diagnostycznych (systemy steruj co-diagnostyczne),
- sposób egzekucji decyzji diagnostycznych,
- sposób samokontroli układu diagnostycznego.
Przedstawione wymagania narzucaj ka dorazowo potrzeb zaprojektowania podatno ci
diagnostycznej maszyny, rozumianej jako diagnozowalno
(metoda, jej skuteczno ,
automatyzacja działania i sterowanie) oraz technologiczno diagnostyczna (wygoda bada ,
punkty odbioru informacji itd.).
Komputeryzacja urz dze diagnostycznych pozwala budowa pokładowe urz dzenia
steruj co-diagnostyczne. Mikroprocesor steruje: akwizycj danych, ich przetwarzaniem,
gromadzeniem danych oraz wytwarzaniem sygnałów steruj cych i zobrazowaniem decyzji
diagnostycznej w postaci przyjaznej dla u ytkownika.
B. Diagnostyka w konstruowaniu maszyn
Coraz doskonalsze metody i rodki diagnostyki technicznej winny wspomaga
konstruowanie maszyn, poprzez bie c kontrol spełniania wymogów eksploatacyjnych przez
konstruowane w zły, pary kinematyczne czy zespoły mechaniczne. Stosowanie diagnostyki w
konstruowaniu umo liwia zatem korygowanie rozwi za konstrukcyjnych w aspekcie
wymogów poprawno ci pracy, niezawodno ci, trwało ci, podatno ci diagnostycznej itp.
W okresie konstruowania obiektu nale y pami ta , e w przyszło ci b dzie on
wymagał kontroli stanu, (diagnozowania u ytkowego i obsługowego) zarówno cało ci jak i
poszczególnych elementów. W zale no ci od wyniku tej kontroli zachodzi mo e
konieczno naprawy, cz sto polegaj cej na wymianie fragmentu obiektu obejmuj cego tak e
nie uszkodzone elementy. St d w okresie konstruowania obiektu nale y przewidzie tak jego
konstrukcj , by w okresie eksploatacji, diagnozowanie:
- mogło obj cały obiekt (pełno kontroli);
- było ekonomicznie uzasadnione;
- pozwalało realizowa wymiany, naprawy i obsługiwanie profilaktyczne (kontrola stanu
przed i po obsługiwaniu);
- umo liwiało podejmowanie optymalnych lub przynajmniej korzystnych decyzji dotycz cych
dalszego post powania z obiektem (np. w sytuacji, gdy jest on nie zdatny).
W okresie konstruowania, zwykle po przeprowadzeniu bada prototypu obiektu,
ustala si dane niezb dne dla prowadzenia procesu diagnozowania (warto ci odniesienia,
warunki pomiarów, relacje mi dzy wynikami sprawdze a diagnozami). Efektem
konstruowania obiektu w zakresie diagnozowania powinno by :
- opracowanie zwykle dwu modeli diagnostycznych obiektu: dla diagnozowania u ytkowego
(kontroli funkcjonalnej) oraz obsługowego (lokalizacji uszkodze );
- opracowanie wytycznych dotycz cych konstrukcji obiektu optymalnej ze wzgl dów
diagnostycznych (dost pno , sygnalizacja zmian stanu, podział na moduły);
- opracowanie zestawu badanych wielko ci, metod ich pomiaru i sposobu wyznaczania relacji
diagnostycznych.
Zastosowanie diagnostyki na etapie konstruowania jest mo liwe w symulacyjnym
eksperymencie czynnym-pozwalaj cym minimalizowa dynamik pracy maszyny, a tak e w
eksperymencie biernym - umo liwiaj cym okre lenie zmian eksploatacyjnych parametrów
wpływaj cych na dynamik pracy maszyny. Dogodnym kryterium podwy szonej
dynamiczno ci maszyny mog tu by np. warto ci amplitudy drga , czy te cz sto ci drga
własnych, gdy ogólnie minimum poziomu drga jest wska nikiem nierozerwalnie zł czonym z
charakterem procesów dynamicznych na etapie konstruowania, jak i w eksploatacji maszyn.
Skuteczne wykorzystanie diagnostyki na etapie konstruowania wymaga opracowania
nowej, szczegółowej metodologii diagnostyki, uwzgl dniaj cej: modelowanie fizyczne i
matematyczne, identyfikacj parametrów modelu, symulacj prognostyczn oraz weryfikacj
eksperymentaln procedury.
Informacje dla konstruowania diagnostycznego uzyskujemy z jednej strony z
modelowania systemów działaniowych, które w ogólno ci s znane i w dost pnej literaturze
dobrze opisane. Z drugiej strony przesłanki pomiarowe ewolucji stanu technicznego s dost pne
jedynie poprzez mierzalne symptomy stanu, mo liwe do otrzymania z procesów resztkowych
takich jak ciepło, drgania, hałas, emisja akustyczna, resztkowe procesy zu ycia itp.
Istnieje wiele metod wyznaczania symptomowej krzywej ycia i warto ci granicznych
symptomu, pozwalaj cych generowa zmienno
eksploatacyjn cech stanu obiektu,
niezb dnych konstruktorowi dla oceny prognozowanych zu y . Wydaje si , e przyszło ciowe
s tu modele holistyczne systemów działaniowych oparte na modelach strukturalnych.
3.3 Diagnostyka na etapie wytwarzania
Etap wytwarzania obiektów pod wzgl dem wymogów traktuje jako główne: wysokiej
jako ci wykonanie, technologiczno operacyjn , dost pno wła ciwych materiałów, niskie
koszty produkcji oraz zgodno z normami (unifikacja, typizacja i normalizacja).
Podstawowym zadaniem w tej fazie istnienia obiektu jest wytworzenie
poszczególnych elementów obiektu, a nast pnie cało ci, zgodnie z dokumentacj techniczn .
W procesie produkcji dokonuje si zatem systematycznie pomiarów, których wyniki
porównywane s z wymaganiami zawartymi w dokumentacji technicznej. W zale no ci od
wyniku tego porównania podejmuje si dalszy etap wytwarzania lub wprowadza poprawki.
Jako ko cowego produktu uzale niona jest od dokładno ci sprawdze i konsekwentnego
post powania zgodnie z ich wynikami - kolejnymi diagnozami. Ponadto jednak, ko cowy
wynik b dzie w pełni pozytywny, je li do mi dzyoperacyjnej kontroli stanu wybrano
wła ciwe wielko ci a w całym procesie diagnozowania uwzgl dniono wszystkie istotne
wła ciwo ci obiektu i jego podzespołów. Zatem efekty diagnozowania obiektu w czasie jego
produkcji uzale nione s od:
• prawidłowego zaplanowania procesu diagnozowania;
• wła ciwego wykonania pełnego zbioru działa dla tego procesu.
Mi dzy tymi zadaniami wyst puje pewne sprz enie: prawidłowe wykonanie działa
zale y w pewnym stopniu od sposobu ich zaplanowania (dost pno , czasochłonno ,
metod pomiarowych) a do wiadczenia wynikaj ce z realizacji podobnych
zło ono
procesów w przeszło ci, uwzgl dnia si przy planowaniu nowych procesów kontroli. Efektem
opracowania procesów diagnozowania dla tego etapu istnienia obiektu jest:
a) zaplanowanie procesu kontroli elementów, zwykle jest to statystyczna kontrola jako ci
elementów nie własnej produkcji;
b) zaplanowanie kontroli elementów własnej produkcji (kontrola stanowiskowa,
mi dzyoperacyjna, itp.);
c) zaplanowanie kontroli podzespołów i cało ci obiektu.
W ka dym z tych zada nale y ustali :
• metody badania (co, czym i jak mierzy );
• warto ci odniesienia dla poszczególnych wielko ci (warto ci nominalne z tolerancj );
• warunki bada (sygnały testuj ce, wymuszenia zewn trzne);
• redni czas trwania czynno ci;
• liczno i sposób pobierania próbek losowych w przypadku statystycznej kontroli jako ci;
• instrukcje post powania z obiektem w zale no ci od otrzymanych wyników sprawdze , w
tym wytyczne dotycz ce zmian i regulacji umo liwiaj cych uzyskanie stanu zdatno ci.
Efektywne wykorzystanie diagnostyki technicznej na tym etapie istnienia obiektów
wi e si z dost pno ci procedur i rodków diagnostyki, przygotowaniem diagnostów oraz
przekonaniem pracowników zakładu o potrzebie oceny poprawno ci wykonywanych przez
nich czynno ci.
3.4 Diagnostyka eksploatacyjna
Najwi cej wymaga wi e si ze sfer eksploatacji wyrobów. Jest to zrozumiałe, gdy
za racj bytu obiektu uznamy jego u ytkowanie. W tym zakresie mo na wyró ni :
• wymagania trwało ciowo - niezawodno ciowe,
• wymagania zwi zane z efektywno ci stosowania wyrobów (sprawno , wydajno , niskie
koszty eksploatacji),
• wymagania zwi zane bezpo rednio z u ytkowaniem (uniwersalno , łatwo obsługiwa ,
podatno odnowy, automatyzacja),
• wymagania zwi zane z oddziaływaniem na otoczenie (cichobie no , bezpiecze stwo,
ergonomia, zanieczyszczenie rodowiska).
Mo na zatem przyj , e najszersze oddziaływanie diagnozowania na stan obiektu
wyst puje podczas jego eksploatacji. Uwzgl dni nale y tutaj dwojakie zapotrzebowanie na
decyzje diagnostyczne :
a). ze strony u ytkownika, dla którego wa ne s nast puj ce efekty:
• okre lenie, czy obiekt funkcjonuje (lub mo e funkcjonowa ) prawidłowo - diagnozy
u ytkowe uzyskane w wyniku badania wła ciwo ci funkcjonalnych obiektu (kontrola
funkcjonowania);
• wyznaczenie prognozy dotycz cej oczekiwanego okresu zdatno ci obiektu - jest to zwykle
wyznaczenie prawdopodobie stwa poprawnej pracy w zadanym okresie czasu;
b). ze strony obsługuj cego obiekt, dla którego wa na jest:
• mo liwo
lokalizacji ka dego uszkodzenia (uzyskanie dostatecznie dokładnych diagnoz
obsługowych);
• okre lenie przyczyny uszkodzenia;
• wyznaczenie danych umo liwiaj cych okre lenie podstawowych parametrów procesu
naprawy ( redni czas naprawy, prawdopodobie stwo naprawienia w zadanym czasie,
oczekiwany koszt naprawy);
• wyznaczenie danych umo liwiaj cych oszacowanie parametrów procesu odnowy ( redni
czas do nast pnego uszkodzenia, oczekiwany czas do kolejnych bada i prac
profilaktycznych).
Zasady wykorzystania diagnostyki na etapie eksploatacji obiektów obejmuje
podsystem u ytkowania i obsługiwania. Dla podsystemu u ytkowania jest to najcz ciej
dozorowanie stanu zdatnej maszyny, która po przej ciu do stanu niezdatno ci
(rozregulowanie, uszkodzenie) trafia do podsystemu obsługiwa technicznych. Tu z kolei w
zorganizowanym systemie nadzoru wyst puj nast puj ce formy działania diagnostycznego:
diagnozowanie ogólne, diagnozowanie szczegółowe, prognozowanie stanu.
Efektem opracowania procesu diagnozowania dla okresu eksploatacji obiektu s
zwykle odpowiednie rozdziały w instrukcjach u ytkowania i obsługiwania, traktuj ce o
zasadach wykorzystania diagnostyki. W instrukcji u ytkowania podaje si :
a) zale no ci funkcyjne, cechy, symptomy i ich warto ci, charakteryzuj ce stan zdatno ci
obiektu;
b) punkty kontrolne i metody bada .
Opracowuj c instrukcj d y si do minimalizacji liczby badanych wielko ci i
poszukuje si parametru uogólnionego, to jest wielko ci, której warto (cz sto logiczna: "jest
- nie jest") pozwala wnioskowa o stanie cało ci obiektu, nawet kosztem obni enia
wiarogodno ci kontroli. Takie podej cie jest niezb dne w przypadkach, gdy u ytkownik nie
posiada dostatecznych kwalifikacji do prowadzenia diagnozowania i obsługiwania obiektu.
4. DIAGNOSTYCZNY SYSTEM ISTNIENIA MASZYN
Ustalenie miejsca i funkcji diagnostyki technicznej w systemie istnienia maszyn
warunkuje potrzeb omówienia istniej cych strategii eksploatacji, w oparciu o które
realizowane s
procesy u ytkowania i obsługiwa
technicznych maszyn w
przedsi biorstwach.
Strategia eksploatacyjna polega na ustaleniu sposobów prowadzenia u ytkowania i
obsługiwania maszyn oraz relacji mi dzy nimi w wietle przyj tych kryteriów.
W literaturze znane s nast puj ce strategie eksploatacji maszyn:
• według niezawodno ci,
• według efektywno ci ekonomicznej,
• według ilo ci wykonanej pracy,
• według stanu technicznego,
• autoryzowana strategia eksploatacji maszyn.
Najcz ciej w oparciu o jedn z powy szych strategii buduje si system eksploatacji
przedsi biorstwa, przy czym elementy pozostałych strategii s cz sto jego uzupełnieniem. W
praktyce przemysłowej wyst puj wi c najcz ciej strategie eksploatacji mieszane,
dostosowane do wymaga i warunków eksploatowanych maszyn.
4.1 Strategia według stanu technicznego
Strategia według stanu opiera podejmowanie decyzji eksploatacyjnych na podstawie
bie cej oceny stanu technicznego maszyn, ich zespołów lub elementów (rys.3.6). Umo liwia
to eliminowanie podstawowych wad eksploatacji maszyn według innych, omówionych ju
strategii.
Aktualny stan techniczny maszyny, odwzorowany warto ciami mierzonych
symptomów stanu, jest podstaw decyzji eksploatacyjnej. Poprawna realizacja tej strategii
wymaga skutecznych metod i rodków diagnostyki technicznej oraz przygotowanego
personelu technicznego.
zakłócenia
WE
SYSTEM
EKSPLOATACJI
MASZYN
WY
PODSYSTEM
DIAGNOSTYCZNY
(informacje o stanie maszyn)
DECYZJE
EKSPLOATACYJNE
ALGORYTM
POST POWANIA
WZORZEC
STANU
Rys.3.6 Diagnostyczne sterowanie systemem eksploatacji maszyn.
Wymaga te przezwyci enia nieufno ci decydentów co do efektywno ci takiego sposobu
eksploatacji. Efekty ekonomiczne z takiego sposobu eksploatacji s niewspółmiernie wy sze
ni w innych strategiach, co warunkuje powodzenie i ogromne zainteresowanie tym
rozwi zaniem.
Podstawowym warunkiem powodzenia tej strategii jest dost pno
prostych i
skutecznych metod diagnostycznych, najlepiej w konstruowanych w produkowane maszyny,
które z kolei s nadzorowane w systemie monitorowania stanu.
W oparciu o omówione strategie eksploatacji maszyn w praktyce przemysłowej
budowane s systemy obsługiwa technicznych maszyn. Do najbardziej rozpowszechnionych
nale :
• system wymian profilaktycznych; budowany głównie w oparciu o strategi eksploatacji
według efektywno ci; (dla obiektów jednostkowych, odpowiedzialnych-gdzie prowadzi si
wymiany profilaktyczne dla unikni cia awarii),
• planowo - zapobiegawczy system obsługiwa technicznych; budowany w oparciu o strategi
według ilo ci wykonanej pracy; (z góry zaplanowany zakres i cz stotliwo obsługiwa
technicznych, niezale nie od aktualnego stanu, czyli potrzeb),
• planowo - zapobiegawczy system obsługiwa technicznych z diagnozowaniem; (jak wy ej,
lecz wspomagany cz ciowym diagnozowaniem stanu maszyny),
• system obsługiwa technicznych według stanu; (czynno ci obsługowe - cz stotliwo
i
zakres - wyznaczane s w oparciu o aktualny stan techniczny maszyny).
4.2 Autoryzowana strategia istnienia maszyn
Jako ciowe zmiany wymuszone gospodark rynkow maj rozległe konsekwencje we
wszystkich sferach gospodarowania, w tym równie w eksploatacji rodków trwałych.
Wymagania od strony "jako ci", marketingu i logistyki zmieniaj radykalnie kryteria
oceny maszyn, daj c przesłanki do dalszego, rosn cego zainteresowania metodami i rodkami
diagnostyki technicznej.
Potrzeby i uwarunkowania gospodarki rynkowej uzasadniaj
konieczno
wprowadzenia nowoczesnej autoryzowanej strategii wytwarzania i eksploatacji maszyn. W
propozycji tej strategii nie traci si dotychczasowych dokona najnowszej strategii
eksploatacji według stanu, lecz twórczo si j modernizuje. Sama idea tej strategii, pokazana
na rys.3.7, opiera si na wykorzystaniu "p tli jako ci", któr uzupełniono elementami teorii
eksploatacji (fazy istnienia maszyny, serwis) oraz diagnostyki technicznej.
Rys.3.7 Autoryzowana strategia istnienia maszyn.
Proponowana strategia istnienia- ASIM -imiennie wskazuje na twórc i
odpowiedzialnego za wyrób. Producent zainteresowany jako ci i pó niejszym zbytem jest
odpowiedzialny za wyrób od zamysłu, poprzez konstrukcj , wytwarzanie i eksploatacj , a do
utylizacji po likwidacji obiektu. Tym samym producent konstruuje i wytwarza swoje wyroby
w oparciu o najnowsze osi gni cia my li technicznej, zabezpiecza swój wytwór własnym
serwisem obsługowym w czasie eksploatacji, a tak e wyposa a obiekty w rodki
diagnostyczne (najlepiej automatyczne).
4.3 Ocena istniej cych strategii
Uwzgl dniaj c dost pne warianty stosowanych strategii eksploatacji maszyn mo na
ich praktyczn przydatno oceni przy pomocy u ytkowych wska ników efektywno ci. Dla
ich wyznaczenia przyjmuje si , e [26]:
- czas pracy maszyny do uszkodzenia okre la funkcja niezawodno ci:
R(t) = P(TU t ) =
∞
t
f (t ) dt
(3)
- oczekiwany czas pracy:
O Cp =
∞
0
(4)
R(t) dt
- przeci tny rzeczywisty czas pracy (główny dla zada utrzymania maszyn w ruchu):
t
PRZCp = R(t) dt
0
(5)
Pozwala to zdefiniowa - współczynnik wykorzystania maszyny WW :
PRZCp
WW =
„ kryterium jako ci strategii ”
(6)
O Cp
Według tego kryterium mo na dokona oceny poszczególnych strategii eksploatacji
maszyn i dalej ich przydatno ci w praktyce przemysłowej.
I. Strategia od „awarii do awarii” (znana jako: od uszkodzenia do uszkodzenia)
stosowana dla uszkodze o małych skutkach ekonomicznych i bez nast pstw zagro enia
bezpiecze stwa:
W
=
AA
gdy :
P
(Usz )
RZCp
O
Cp
= 1,
Ocp = PRZCp (uszkodzenie) =
(7)
∞
0
R(t) dt
Jest to zatem strategia najbardziej efektywna ekonomicznie, a zadania obsługowonaprawcze inicjowane s uszkodzeniem.
II. Strategia „według ilo ci pracy” (obligatoryjna), w której przedsi wzi cia
obsługowo-naprawcze s zaplanowane po z góry okre lonej ilo ci wykonanej pracy
(statystyczne oszacowania słabych ogniw i czasu do awarii):
R(t p ) = P (OCp ⋅ t p ) ⋅ ⋅ ⋅ R RZ
(8)
gdzie: RRZ - wymagany poziom niezawodno ci,
tp - czas OT zapobiegawczej ze wzgl du na koszt, bezpiecze stwo.
tp
P
(t ) = R(t) dt
RZ Cp p
0
OCp = PRZCp (tp) + PNCp
(9)
Wska nik efektywno ci w tej strategii:
PRZCp (t p )
Wt =
<< 1
p
O Cp
(10)
Wska nik niewykorzystanego czasu pracy PNCp :
WNCp =
1 − PRZCp (t p )
O Cp
- wskazuje potrzeb zmiany strategii.
(11)
III. Strategia „według stanu technicznego”, w której zakres i cz stotliwo
obsługowo- naprawczych limituje stan techniczny, w wersji:
a). inspekcyjnej, ze stałym okresem kontroli stanu,
b). kontroli stanu wg prognozowanej zmiany stanu.
PRZCp (T1 ) =
czynno ci
T1 Sgr
f
(x) dx dt
S0 RZCp(t)
∞ Sgr
PRZCp =
f
(x) dx dt
T1 S0 RZCp(t)
0
(12)
Wska nik efektywno ci tej strategii:
PRZCp (T1 ) + PRZCp
WDT =
<1
(13)
O
Cp
Jako ciowa analiza przedstawionych wska ników wskazuje, e ich uszeregowanie w
postaci: WAA > WDT > Wtp preferuje, poza strategi uszkodzeniow , strategi według stanu
technicznego. Przedstawione wska niki dobrze ilustruj efektywno działa obsługowonaprawczych w ró nych strategiach utrzymania maszyn.
5. FUNKCJA STERUJ CA DIAGNOSTYKI
Rola i znaczenie diagnostyki technicznej w ka dej z faz istnienia maszyny jest bardzo
istotna, a ukazana na tle zada spełnianych przez wytwór w poszczególnych strategiach
eksploatacji okre la funkcj steruj c diagnostyki.
Na podstawie zebranej informacji z bada diagnostycznych istnieje mo liwo :
- oceny stanu maszyny w chwili badania "t" (zdatna, niezdatna),
- wskazania na uszkodzone elementy w przypadku niezdatno ci,
- zlokalizowania uszkodzonych elementów w przypadku niezdatno ci,
- prognozowanie przyszłego stanu maszyny w chwili „tp = t + ∆t”,
- okre lenia czasu pracy maszyny do naprawy głównej,
- ustalenia czasu rezerwowego do likwidacji maszyny,
- wyznaczenia terminu nast pnego diagnozowania maszyny.
Proces post powania z maszyn jest wi c nast puj cy :
a). w przypadku maszyny zdatnej: badanie stanu - wykonanie niezb dnie koniecznych
zabiegów obsługowych - prognozowanie stanu - ustalenie terminu nast pnego badania;
b). w przypadku maszyny niezdatnej: badanie stanu - ustalenie niezdatno ci (rozregulowanie,
uszkodzenie, wykonana praca do naprawy głównej lub likwidacji) - usuni cie uszkodzenia ocena jako ci wykonanej naprawy - wykonanie niezb dnych czynno ci obsługowych prognozowanie - termin kolejnego diagnozowania.
Funkcja steruj ca diagnostyki w utrzymaniu zdatno ci maszyn polega wi c na :
* ocenie aktualnego stanu maszyn, okre laj cego mo liwo ci dalszej ich pracy,
* eliminacji niezdatnych, a wi c i niebezpiecznych maszyn z u ytkowania,
* zapobieganiu uszkodzeniom lub awariom maszyn, dzi ki uprzedzaj cej ocenie stanu,
* przewidywaniu przyszłych stanów maszyn, stwarzaj c podstawy planowania materiałowotechnicznego i zadaniowego dla systemu eksploatacji.
Bior c za podstaw przedstawione mo liwo ci diagnostyki w zakresie nadzorowania
zmienno ci stanów maszyn, zasadne s propozycje metody obsługiwania maszyn według
stanu technicznego w ramach autoryzowanej strategii istnienia maszyn ASIM.
Doskonalenie tej przyszło ciowej strategii opiera si o skuteczne metody
diagnozowania stanu maszyn, o opracowania pokładowych i stacjonarnych układów
diagnostycznych , wspieranych technik komputerow i dokonaniami sztucznej inteligencji.
Wdro enie diagnostyki technicznej w przedsi biorstwie uwarunkowane jest
przekonaniem decydentów o potrzebie, odpowiednim przygotowaniem organizacyjnym,
szczególnie: słu b planowania i sterowania produkcj przedsi biorstwa, słu b sterowania
jako ci produkcji, słu b konserwacyjno - naprawczych. Zakres problemowy projektu
organizacyjnego przygotowania wdro enia diagnostyki w przedsi biorstwie obejmuje :
- pełn dokumentacj techniczn dotycz c aparatury diagnostycznej, technologii jej
instalacji i eksploatacji (w tym symptomy stanu i instrukcje diagnostyczne),
- system informatyczny obejmuj cy: ródła, odbiorców, sie przepływu, sposób
wykorzystania, techniczne rodki przesyłania i przetwarzania oraz dokumentacj ,
- technologie obsługiwa , organizacj i jednostki odpowiedzialne za zaopatrzenie i
gotowo funkcjonaln diagnostyki technicznej,
- zasady doboru i program szkolenia personelu odpowiedzialnego za wykonywanie, nadzór
i kontrol czynno ci diagnostycznych,
- analiz ekonomicznej efektywno ci zastosowania diagnostyki w przedsi biorstwie,
- opracowanie mechanizmów pozytywnej stymulacji ekonomicznej pracowników i
jednostek zwi zanych z wykonywaniem zada diagnostyki.
Problematyk diagnostyki w zakładzie najcz ciej powierza si zespołowi
diagnostycznemu, który okre la zakres, metody i rodki niezb dne do nadzoru maszyn
(krytycznych, wa nych, mało istotnych). Swoje zadania zespół realizuje w powi zaniu z
działem głównego mechanika, szefa produkcji, kierownikiem działu marketingu i
ksi gowo ci .
Zespół diagnostyki pozyskuje i przetwarza informacje o maszynach i na tej podstawie
podejmuje odpowiednie decyzje. Decyzje o dopuszczeniu do ruchu danej maszyny oraz
informacje o mo liwo ci obci enia maszyny, a tak e o konieczno ci wył czenia maszyny z
ruchu przekazywane s do szefa produkcji. Do głównego mechanika zakładu przekazywane
s informacje o terminie i zakresie spodziewanych napraw, a od niego otrzymuje dane
niezawodno ciowe w celu lepszego zorientowania swych prac. Dla optymalizacji zakresu
swych prac i potwierdzenia swej przydatno ci zespół otrzymuje informacje o potrzebach
rynku z działu marketingu, za o kosztach napraw i przestojów z działu finansowego.
6. ZADANIA DIAGNOSTYKI W EKSPLOATACJI MASZYN
Przedstawione zagadnienia wskazuj , e cele diagnostyki technicznej s nast puj ce:
badania i ocena stanów, ustalenie przyczyn zaistniałych stanów, a tak e prognozowanie zmian
stanów badanych obiektów. Zagadnienia te s wa ne we wszystkich fazach istnienia
obiektów, a szczególnie przydatne s na etapie ich eksploatacji, dostarczaj c informacji i
danych do badania budowanych modeli eksploatacyjnych.
Osi gni cie przedstawionych celów diagnostyki wymaga zrealizowania wielu zada ,
w ród których do wa niejszych nale :
- rozpatrzenie obiektów technicznych w uj ciu potrzeb diagnozowania,
- badania procesów fizyczno-chemicznych jako no ników informacji o stanie,
-
budow modeli diagnostycznych,
opracowanie algorytmów zmian stanu,
budow metod diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów,
konstrukcj dokładnych i niezawodnych urz dze diagnostycznych ( rodków diagnozy),
weryfikacj modeli diagnostycznych i algorytmów diagnozowania,
wdra anie zasad podatno ci diagnostycznej,
opracowanie procesów technologicznych bada diagnostycznych,
opracowanie zasad wykorzystania diagnostyki technicznej w systemach działania,
opracowanie metod oceny efektywno ci stosowania diagnostyki technicznej w systemach
działania.
Kolejno realizacji wymienionych zagadnie nie jest przypadkowa ze wzgl du na
nast puj ce fakty:
- istotnym zadaniem jest ustalenie elementów obiektu, które nale y diagnozowa ;
- podstaw wszelkiego działania w diagnostyce technicznej jest poznanie natury procesów
fizyczno-chemicznych jako no ników informacji o stanie obiektów technicznych;
- badania procesów fizyczno-chemicznych umo liwiaj ustalenie zbioru potrzebnych
parametrów diagnostycznych;
- stosuj c odpowiednie procedury, ustala si zbiory niezale nych cech stanu i parametrów
diagnostycznych;
- maj c dwa podzbiory cech stanów i parametrów diagnostycznych, poszukuje si
odpowiedniego modelu diagnostycznego obiektu bada ;
- maj c model diagnostyczny obiektu, mo na ustali algorytmy, tzn. uporz dkowane zbiory
sprawdze , diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów;
- maj c ustalone: zbiór parametrów diagnostycznych, modele diagnostyczne, algorytmy
diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów, mo na przyst pi do opracowania
koniecznych, a nie przypadkowych metod i urz dze diagnostycznych;
- algorytmy diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów wymuszaj odpowiedni
podatno diagnostyczn obiektu technicznego (m.in. liczb czujników sygnałów);
- algorytmy diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów, metody i urz dzenia
diagnostyczne oraz podatno
diagnostyczna umo liwiaj
opracowanie procesów
technologicznych, czyli post powania praktycznego w badaniach i ocenie stanów obiektów
technicznych;
- diagno ci, a tak e wymienione elementy tworz podsystem diagnostyczny obiektów
technicznych, który wdro ony do systemów działania powinien usprawni
ich
funkcjonowanie, pod warunkiem e zostały okre lone funkcja i wykorzystanie diagnostyki
technicznej (podsystemu diagnostycznego);
- wdro on diagnostyk (podsystem diagnostyczny) nale y oceni w aspekcie efektywno ci,
w tym ekonomicznej, niezawodno ci i bezpiecze stwa funkcjonowania systemów działania.
Przedstawione problemy wytyczaj mo liwe trendy rozwojowe diagnostyki
technicznej na stosunkowo niedalek przyszło i zawieraj jako główne:
- wej cie diagnostyki w pocz tkowe etapy istnienia obiektów (w faz projektowania,
konstruowania i wytwarzania) dla podwy szenia ich niezawodno ci funkcjonalnej i jako ci;
- wej cie diagnostyki w konstrukcje in ynierskie, zagregowane systemy maszynowe i
budowlane;
- zastosowanie nowych przetworników wra liwych zjawiskowo i układów
mechanotronicznych dla oceny stanu, wspomaganych nowoczesnymi technologiami
informatycznymi i elementami sztucznej inteligencji (przetworniki wirtualne);
- stopniowe pojawianie si pokładowych układów steruj co-diagnostycznych, szczególnie dla
obiektów krytycznych;
- pojawianie si układów diagnostyki kompleksowej (stanu operacyjnego i fizycznego) w
obiektach krytycznych i zrobotyzowanych dzi ki masowemu zastosowaniu transputerów;
- wej cie diagnostyki w systemy antropotechniczne i socjotechniczne, gdzie mo e nast pi
integracja diagnostyki medycznej (operator) i technicznej (maszyny);
- post p w modelowaniu diagnostycznym wspomaganym nowoczesnymi technologiami
wnioskowania diagnostycznego (sieci neuronowe, systemy ekspertowe i logika rozmyta);
- integracja diagnostyki z innymi dyscyplinami in ynierii i nauki dla wypracowywania
ł cznych kryteriów efektywno ci działania systemów antropotechnicznych.
Powy sze grupy tematyczne stanowi obszar zainteresowa szerokiego grona
społeczno ci eksploatacyjnej, przyczyniaj c si do rozwoju metod i metodologii
kształtowania i podtrzymywania jako ci maszyn.
7. PODSUMOWANIE
Diagnostyka techniczna zajmuje si ustaleniem stanów obiektów technicznych, które
mog dotyczy tera niejszo ci, przyszło ci i przeszło ci. W diagnostyce technicznej obiekt
bada traktuje si jako system, w którym wyodr bnia si cechy stanu, parametry wyj ciowe i
zakłócenia. Wyznaczenie stanu obiektu technicznego jest uwarunkowane rodzajem jego
modelu diagnostycznego. Modele diagnostyczne s podstaw okre lenia algorytmów
diagnozowania obiektu, za pomoc których ustala si jego stany. Ustalenie stanu obiektu
technicznego jest mo liwe tylko w wyniku przeprowadzenia jego bada diagnostycznych.
Proces bada diagnostycznych obiektu polega na wykonaniu okre lonego zbioru sprawdze i
analizie uzyskanych wyników. Uporz dkowany zbiór sprawdze diagnostycznych nazywamy
algorytmem diagnozowania. Wynikiem procesu bada diagnostycznych obiektu technicznego
powinna by wiarygodna diagnoza.
Wyró nia si nast puj ce rodzaje bada diagnostycznych obiektów technicznych:
diagnozowanie, dozorowanie, prognozowanie i genezowanie. W badaniach i ocenie stanu
obiektów technicznych wyró nia si dwie fazy: kontrol stanu i lokalizacj uszkodze .
Diagnostyka techniczna, oprócz tribologii, niezawodno ci, teorii bezpiecze stwa i
teorii eksploatacji, jest jedn z podstawowych nauk o racjonalnej eksploatacji urz dze .
LITERATURA
1. Cempel C.: Wibroakustyka stosowana. Warszawa, PWN, 1989.
2. Cempel C.: Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn. WNT, Warszawa, 1982.
3. Cempel C.: Modele diagnostyki wibroakustycznej. DMRiP, Borówno,1994 (s.25-44).
4. Cempel C.: Niezawodno symptomowa i jej zastosowanie w drganiowej diagnostyce
maszyn. Zeszyty Naukowe, Politechnika Pozna ska, Nr 34, 1990 (s.157-169).
5. Cholewa W., Kici ski J.: Diagnostyka techniczna. Odwrotne modele diagnostyczne.
Wydawnictwo Politechniki l skiej, Gliwice 1997.
6. D browski Z.: Rezonans nieliniowy jako symptom diagnostyczny. XXV Ogólnopolskie
sympozjum Diagnostyka Maszyn, W gierska Górka 1998 s.73-82.
7. Dybała J., Radkowski S.: Zastosowanie sieci neuronowych w wykrywaniu uszkodze w
przekładni z batej. Mat. Konf. ATR, Borówno, 1999.
8. Eykhoff P. : Identyfikacja w układach dynamicznych. BNIn . Warszawa.1980.
9. Engel Z.: Ochrona rodowiska przed drganiami i hałasem. Warszawa, PWN, 1993.
10. Giergiel J., Uhl T.: Identyfikacja układów mechanicznych. PWN, Warszawa, 1990.
11. Giergiel J. : Drgania mechaniczne. AGH, Kraków 2000.
12. Grifin M.J.: Handbook of human vibration. Academic Press, 1990.
13. Harris C. M.: Shock and Vibration Handbook. Third Edition, McGraw-Hill Book
Company, 1988.
14. Kurowski W.: Modelowanie obiektów technicznych. R kopis opracowania, Płock 2001.
15. Ka mierczak H.: Analiza dynamiczno ci konstrukcji metod eksperymentalnej analizy
modalnej. I Szkoła Analizy Modalnej, AGH Kraków, 11-12 grudnia 1995.
16. Ka mierczak H.: Zadawanie wymuszenia w eksperymentalnej analizie modalnej w
aspekcie minimalizacji bł dów modelowania. Szkoła Analizy Modalnej, Szczyrk, 1999.
17. Kici ski J., Materny P.: Symulacyjne katalogi relacji diagnostycznych dla bazy wiedzy
systemu. KDT. Warszawa, 2000.
18. Morel J.: Drgania maszyn i diagnostyka ich stanu technicznego. Polskie Towarzystwo
Diagnostyki Technicznej, Warszawa, 1994.
19. Morrison F.: Sztuka modelowania układów dynamicznych. WNT, Warszawa, 1996.
20. Nizi ski S.: Diagnostyka obiektów technicznych. Zagadnienie ogólne. Wyd. UWM,
Olsztyn 2001.
21. Nizi ski S.: Elementy eksploatacji obiektów technicznych. UWM, Olsztyn 2000.
22. Uhl T., Lisowski W.: Eksploatacyjna analiza modalna i jej zastosowanie. Akademia
Górniczo Hutnicza, Kraków, 1999.
23. Uhl T., Batko W.: Wybrane problemy diagnostyki maszyn. CCATIE, Kraków, 1996.
24. Uhl T.: Komputerowo wspomagana identyfikacja modeli konstrukcji mechanicznych.
WNT, Warszawa 1997.
25. ółtowski B.: Identyfikacja diagnostyczna obiektów technicznych. Zagadnienia
Eksploatacji Maszyn. Z.1 (105). PAN. 1996.
26. ółtowski B.: Podstawy diagnostyki maszyn. Wyd. ATR, Bydgoszcz, 1996.
27. ółtowski B., wik Z.: Leksykon diagnostyki technicznej. Wyd.ATR,1996.
28. ółtowski B.: Uwarunkowania klasyfikacji stanów w diagnostyce maszyn. Diagnostyka,
niezawodno i bezpiecze stwo. Radom–Krynica. KBM PAN 4’97 (27), (s.37 – 51).
29. ółtowski B.: Computer testing of combustion engine using the method of accaleration.
Acoustical and Vibratory Surveillance Methods and Diagnostic Techniques. Pary -Senlis.
France. 1995.(s.983-993).
30. ółtowski B.: Vibrodiagnosis experiments of machines. COMADEM. Sheffield'
96,UK.
31. ółtowski B.: Diagnosis experiments of machines. LAMDAMAP’97, Huddersfield, UK,
1997. (s.43-55).
32. ółtowski B.: Diagnostic identification of machines (part II). ISROMAC-7. Dynamics II.
vol. B Honolulu. HAWAII. USA. 1998 (s.832-840).
33. ółtowski B.: Application of modal analysis to diagnosis of machines. ISPE. Trynidad.
and Tobago. 2000.