Model diagnostyczny złożonego obiektu technicznego

Transkrypt

Biuletyn WAT
Vol. LX, Nr1, 2011
Stanisław Niziński, Arkadiusz Rychlik
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Wydział Nauk Technicznych,
Katedra Budowy, Eksploatacji Pojazdów i Maszyn,
10-719 Olsztyn, ul. Oczapowskiego 11
Streszczenie: Istnieje problem diagnozowania, prognozowania i generowania stanu złożonych
obiektów technicznych. W pracy przyjęto wojskowy pojazd mechaniczny, na przykład: czołg, bojowy wóz piechoty, kołowy lub gąsienicowy transporter opancerzony, jako złożony obiekt techniczny.
Przedstawiono koncepcję modelu diagnostycznego takich obiektów technicznych.
Słowa kluczowe: diagnostyka pojazdów mechanicznych, modele diagnostyczne, algorytmy diagnozowania
1. Wprowadzenie
Współczesne systemy złożonych obiektów technicznych są oparte na zasadach
i modelach diagnostycznych, algorytmach diagnozowania, metodach i urządzeniach diagnostycznych, a także odpowiednich technologiach i infrastrukturze
obsługiwania.
Podstawą budowy efektywnych metod i urządzeń diagnostycznych są modele
diagnostyczne i algorytmy diagnozowania. Istnieje wiele modeli diagnostycznych
obiektów technicznych, takich jak:
— analityczne: strukturalne modalne i odwrotne;
— symptomowe: regresyjne rozpoznawania obrazów, topologiczne, diagnostyczno-niezawodnościowe, informacyjne.
Jednak niewiele z tych modeli znajduje zastosowanie w procesach obsługiwania
złożonych obiektów technicznych. Zatem istnieje potrzeba budowy modeli diagnostycznych wojskowych pojazdów, które umożliwią ich wykorzystanie w praktycznej
działalności utrzymywania pojazdów w stanie zdatności.
196
S. Niziński, A. Rychlik
W pracy, na podstawie publikacji [2], zaproponowano opracowanie hierarchicznego modelu diagnostycznego wojskowego pojazdu mechanicznego,
będącego podstawą budowy algorytmów kontroli stanu i lokalizacji uszkodzeń,
na podstawie których można skonstruować pokładowe i pokładowo-zewnętrzne
systemy diagnostyczne.
Funkcja celu
Funkcja złożonego obiektu technicznego jest określona przez zbiór zadań, które
powinien on realizować w dowolnych warunkach zewnętrznych. Zatem wychodząc
z przeznaczenia złożonego obiektu technicznego, można określić jego funkcję celu,
na podstawie której będzie możliwe stwierdzenie, czy obiekt wykona stawiane przed
nimi zadania, ze względu na swój aktualny stan techniczny.
Opierając się na pracy [2], funkcję celu złożonego obiektu technicznego, jakim
jest wojskowy pojazd mechaniczny, zdefiniowano następująco (rys. 1):
gdzie: F = H[U(t), X(t), , t],
F — funkcja celu;
Ho — wektor odwzorowania;
U(t) — wektor sygnałów wejściowych;
X(t) — wektor parametrów stanu;
 — miara eksploatacji;
t — czas dynamiczny.
(1)
W badaniach diagnostycznych obiektów ściśle ustala się zbiór wejść (wymuszeń
U(t) = const), aby wszelkie zmiany sygnałów diagnostycznych były powodowane
głównie zmianą ich stanu technicznego (rys. 1) [3].
Wektor X(t) parametrów stanu w chwili t określa wektor W(t) stanu obiektu
technicznego, zatem można napisać, że:
F = G o [W(t ), Θ, t ],
gdzie: W(t) — wektor stanu pojazdu mechanicznego;
GO — operator odwzorowania.
(2)
Biorąc pod uwagę fakt, że w badaniach i ocenie stanów pojazdów mechanicznych
wektor stanu W(t) można ustalić za pomocą pomiarów zbiorów wartości składowych
wektora Y(t) sygnałów diagnostycznych, wyrażenie (2) przyjmuje postać:
F = Φ [Y(t ), Θ, t ],
(3)
gdzie: Φθ — operator odwzorowania;
Y(t) — wektor niezależnych i zupełnych wartości liczbowych parametrów
diagnostycznych (symptomów stanu).
197
Przyjmując założenie, że każdy parametr diagnostyczny będący argumentem
funkcji celu zostanie tak przekształcony, że z wyjścia danego elementu będzie miał
postać napięciowego jednofazowego sygnału binarnego (1, 0), funkcję celu określa
wyrażenie:
N
Wobec tego, jeśli:
F = ∧ yn = y1 ∩ y2 ∩, , yn .
n =1
(4)
FX = ∧ = y1 ∩ y2 ∩, , yn = 1 ⇒ wi (t ) ∈ w1 ,
(5)
yn ∈Y
n =1, N
gdzie: y1, y2,…, yn — zbiór niezależnych i zupełnych parametrów diagnostycznych;
∧ — kwantyfikator ogólny: „dla każdego yn …”;
w1 — stan zdatności.
Rys. 1. Obiekt techniczny jako przedmiot diagnozowania przy założeniu, że zbiór U wymuszeń nie zmienia
się: Z — zbiór zakłóceń; X — zbiór parametrów stanu; Y — zbiór parametrów diagnostycznych
Co oznacza, że jeżeli wartości wszystkich parametrów diagnostycznych znajdują
się w dopuszczalnych granicach, to ich funkcja celu F będąca iloczynem logicznym
zbioru parametrów diagnostycznych: y1, y2,…, yn przyjmuje wartość 1. Zatem pojazd
mechaniczny znajduje się w stanie zdatności w1.
W przypadku gdy wartość choćby jednego parametru diagnostycznego wykracza poza granice dopuszczalne, to obiekt nie spełnia wymagań, czyli znajduje
się w stanie niezdatności w0, co można zapisać następująco:
Fc = ∨ yn = y1 ∩ y2 ∩, , ∩ yn = 0 ⇒ wi (t ) ∈ w0 ,
yn ∈Y
n =1, N
gdzie: ∨ — kwantyfikator szczegółowy: istnieje takie yn, że …”;
w0 — stan niezdatności.
(6)
Wyrażenia (4)-(6) są podstawą budowy modelu diagnostycznego i algorytmu
diagnozowania wojskowych pojazdów mechanicznych jako złożonych obiektów
technicznych.
198
2. Analiza diagnostyczna wojskowego pojazdu mechanicznego
Analizę diagnostyczną projektowanego lub już eksploatowanego wojskowego
pojazdu mechanicznego wykonuje się pod kątem diagnozowania, prognozowania
i generowania jego stanów. Obejmuje ona następujące elementy [3]:
— przeznaczenie, budowę i zasadę działania obiektu;
— warunki funkcjonowania obiektu i jego elementów;
— zakres zmian parametrów stanu i możliwości ich regulacji;
— możliwość wykorzystania procesów fizyko-chemicznych (parametrów tych
procesów) jako nośniki informacji o stanie elementów obiektu;
— wartości graniczne parametrów stanu i parametrów sygnałów diagnostycznych;
— dane dotyczące niezawodności, w tym trwałości, nieuszkadzalności, naprawialności i przechowywalności obiektu;
— urządzenia diagnostyczne i obsługowe.
W wyniku procesu analizy diagnostycznej wojskowego pojazdu mechanicznego
powinna być dokonana jego dekompozycja, której ideę można sprowadzić do następujących działań. Obiekt techniczny można podzielić na P(p = 1, I) poziomów
diagnostycznych.
Pierwszy poziom obiektu to sam obiekt i nazywany będzie elementem pierwszego
rzędu. Jest on zbiorem elementów drugiego rzędu. Drugi poziom obiektu stanowią
elementy trzeciego rzędu, a każdy nich jest elementem trzeciego rzędu, itd.
Proces dekompozycji prowadzi się w stosunku do wyróżnionych podsystemów
tylokrotnie, aż otrzymane podsystemy na P-tym poziomie dekompozycji uzna się za
elementy niepodzielne, dla których z punktu widzenia celu badania diagnostycznego
nie zakłada się dalszego podziału. Najniższy poziom P dekompozycji obiektu nazywa
się poziomem podstawowym (poziom elementów podstawowych). Na rysunku 2
przedstawiono zdekomponowany wojskowy pojazd mechaniczny.
Wierzchołek grafu przedstawia wojskowy pojazd mechaniczny jako system S, na
I poziomie dekompozycji. Wierzchołki drugiego poziomu grafu stanowią elementy
ei (i = 1, I ) drugiego rzędu, w skład którego wchodzą elementy e j ( j = 1, J ) trzeciego rzędu, zawierające elementy ek (k = 1, K ) czwartego rzędu, a te z kolei obejmują
elementy e p ( p = 1, P ) piątego rzędu, zwane elementami podstawowymi.
Podkreślić należy, że przyjęto jednolity pięciopoziomowy model strukturalny
wojskowego pojazdu mechanicznego. Poziom piąty jest zbiorem elementów podstawowych i określa głębokość wnikania w strukturę obiektu, ponieważ na tym
poziomie jest prowadzona lokalizacja uszkodzeń.
W przypadku potrzeby można wyróżnić różną liczbę poziomów elementów
podstawowych. Wtedy pojazd mechaniczny ma niejednolitą strukturę wielopoziomową.
Rys. 2. Hierarchiczny model funkcjonalny wojskowego pojazdu mechanicznego w aspekcie jego diagnozowania. I, II, …, V — poziomy diagnostyczne,
1— pojazd jako system; 21 — kadłub (nadwozie); 22 — wieża; 23 — podwozie; 24 — instalacja elektryczna; 31 — układ bezpieczeństwa; 32 — inne
układy; 33 — uzbrojenie; 34 — układ stabilizacji; 35 — system kierowania ogniem; 36 — źródło napędu; 37 — układ napędowy; 38 — układ jezdny;
39 — układ prowadzenia; 310 — układ instalacji kadłuba; 311 — układ instalacji wieży; 41 — układ ochrony przed bronią ABC; 42 — układ przeciwpożarowy; 43 — termiczna aparatura dymotwórcza; 44 — układ ogrzewania wentylacji i klimatyzacji; 45 — układ łączności i nawigacji; 46 — układ
hydrauliczny; 47 — układ pneumatyczny; 48 — armata; 49 — karabin maszynowy; 410 — wyrzutnia przeciwpancernych pocisków kierowanych; 411
— przyrządy celownicze; 412 — układ stabilizacji pionowej; 413 — układ stabilizacji poziomej; 414 — układ określania odległości, 415 — blok elektroniki; 416 — silnik o ZS; 417 — układ napędowy pojazdu kołowego; 418 — układ napędowy pojazdu gąsienicowego; 419 — kołowy układ jezdny; 420
— gąsienicowy układ jezdny; 421 — układ kierowniczy; 422 — układ hamulcowy; 423 — źródła prądu, 424 — odbiorniki kadłuba; 425 — odbiorniki
wieży; 51 — czujniki; 52 — filtr ABC; 53 — czujniki; 54 — pironaboje; 55 — urządzenie odpalania pocisków dymotwórczych; 56 — układ ogrzewania;
57 — układ klimatyzacji; 58 — telefon wewnętrzny; 59 — układ nawigacji; 60 — zawór sterujący; 610 — siłownik; 611 — zawór regulacji ciśnienia;
612 — siłownik; 613 — automat ładowania; 614 — układ spustowy; 615 — układ naprowadzania; 616 — celownik dzienny, 617 — celownik nocny;
618 — układ linii celowania; 619 — układ osi lufy; 620 — czujniki; 621 — wyznacznik kąta; 622 — dalmierz laserowy; 623 — komputer balistyczny;
624 — filtr powierza; 625 — wtryskiwacze; 626 — turbosprężarka; 627 — układ rozrządu; 628 — sprzęgło; 629 — układ sterowania skrzynią biegów; 630
— sprzęgło; 631 — układ sterowania mechanizmami skrętu; 632 — koła; 633 — c.p.k; 634 — gąsienice; 635 — koła napędowe; 636 — układ zwrotniczy;
637 — układ wspomagania; 638 — hamulce kół; 639 — układ sterowania; 640 — akumulator; 641 — prądnica; 642 — obwód rozruchowy; 643 — inne
obwody; 644 — obwód obrotu wieży; 645 — inne obwody
199
200
Zbiór elementów podstawowych tworzymy w następujący sposób: diagnozowanie wszystkich elementów pojazdu jest możliwe, lecz nieuzasadnione.
W związku z tym istnieje potrzeba wybrania tych elementów podstawowych
pojazdu, które powinny być diagnozowane, zatem zachodzi potrzeba ustalenia
ich istotności [3].
Istotność Is elementów podstawowych można wyznaczyć za pomocą zbioru
kryteriów {kz}:
I s = {k1 , k2 , , k z }; z = 1, Z .
(7)
Jako kryteria wyboru elementów podstawowych można wykorzystać:
— bezpieczeństwo;
— słabe ogniwa obiektu;
— koszty;
— kryteria ekonomiczne.
3. Hierarchiczny model diagnostyczny wojskowego
pojazdu mechanicznego
Model obejmuje następujące elementy (rys. 2):
— funkcję celu elementów podstawowych — poziom V;
— funkcję celu poziomów: IV, III i II;
— funkcję celu wojskowego pojazdu mechanicznego na I poziomie dekompozycji;
— modele diagnostyczne elementów poziomu IV, obejmujące elementy
podstawowe poziomu V.
Każdy z elementów podstawowych V poziomu dekompozycji może realizować
„m” funkcji celu. Każdą funkcję celu można opisać za pomocą zbioru y1, y2,…, yn
parametrów diagnostycznych.
Przykładowo wypadkowa funkcja celu F51 elementu e51 ma postać:
M
M
m =1
m =1
F51 = ∧ F51m = ∧ y1 ∩ y2 ∩, , ∧ yn , (8)
gdzie: F51 — funkcja celu elementu podstawowego e51;
y1 ∩ y2 ∩ ... ∩ yn — iloczyn logistyczny wartości zbioru parametrów
diagnostycznych opisujących funkcji celu F51.
Jeżeli zachodzi zależność:
∨ y1 ∩ y2 ∩, , ∩ yn = 1,
(9)
yn ∈Y
n =1, N
201
to element e51 znajduje się w stanie zdatności. Natomiast gdy:
∨ y ∩ y2 ∩, , ∩ yn = 0,
(10)
yn ∈Y 1
n =1, N
to element e51 znajduje się w stanie niezdatności.
Zatem funkcja celu F51 jest wyrażona przez jeden binarny jednobitowy sygnał wypadkowy przenoszący informację diagnostyczną o stanie elementów e51.
W podobny sposób tworzymy funkcje celu pozostałych elementów podstawowych
poziomu V.
Następnie wyznaczamy funkcję celu F4 elementów poziomu IV, tzn.: 41, 42,
itd., biorąc pod uwagę to, że element e41 obejmuje elementy podstawowe e51 i e52
poziomu V.
Przykładowa wypadkowa funkcja celu elementu e41 ma postać:
F41 = F51 ∩ F52 . (11)
Wypadkowa funkcja celu F41 elementu e41 jest wyrażona przez jeden binarny,
jednobitowy sygnał wypadkowy, przenoszący informację diagnostyczną o stanie
elementów e51 i e52. Utworzony jest on z iloczynu logicznego wszystkich binarnych
jednobitowych parametrów diagnostycznych, charakteryzujących funkcję celu F41,
dla której słuszne są zależności (9) i (10).
Podobnie tworzymy funkcje celu pozostałych elementów poziomu IV.
Mając funkcję celu elementów poziomu IV, możemy utworzyć wypadkowe
funkcje celu elementów poziomu III. Przykładowo dla elementu e31 wypadkowa
funkcja celu ma postać:
F31 = F41 ∩ F42 ∩ F43 ∩ F44 ∩ F45 .
(12)
Funkcję celu elementów poziomu drugiego tworzymy podobnie. I tak dla
elementu e21 mamy:
F21 = F31 ∩ F32 .
Wypadkowa funkcji celu F1 pojazdu określa wyrażenie:
(13)
F1 = F21 ∩ F22 ∩ F23 ∩ F24 . Wobec tego, jeżeli zachodzi zależność:
(14)
F1 = F21 ∩ F22 ∩ F23 ∩ F24 = 1, to wojskowy pojazd mechaniczny znajduje się w stanie zdatności.
Natomiast, jeżeli mamy:
(15)
F1 = F21 ∩ F22 ∩ F23 ∩ F24 = 0, to wojskowy pojazd mechaniczny znajduje się w stanie niezdatności.
(16)
202
Wypadkowa funkcji celu F1 jest opisana poprzez binarny jednobitowy sygnał
wypadkowy zawierający informację o stanie wszystkich wyróżnionych elementów
podstawowych poziomu V.
Przedstawiony element hierarchicznego modelu diagnostycznego można wykorzystać do kontroli stanu pojazdu i lokalizacji uszkodzeń na poziomach II, III i IV.
Jeżeli zajdzie zdarzenie opisane wyrażeniem (10), należy przejść do lokalizacji
uszkodzeń elementów podstawowych zgrupowanych na poziomie V. Jednak do tego
celu niezbędne są modele diagnostyczne i algorytmy diagnozowania elementów
znajdujących się na poziomie IV.
W tej pracy zdecydowano o wybraniu modelu informacyjnych elementów
(obiektów) IV poziomu wojskowego pojazdu mechanicznego opracowanego na
podstawie systemu lokalizacji uszkodzeń FIS (Fault Isolation System) [1].
Stan obiektu (elementu IV rzędu) określa wektor [4, 5]:
 x1 (t )


x (t )
W = 2 ,
  


 xm (t ) (17)
gdzie: x1(t), x2(t), …, xm(t) — zbiór parametrów stanu
Dla obiektu można określić zbiór możliwych uszkodzeń i zapisać w postaci
wektora:
 f1 (t )


f (t )
F = 2 ,
  


 f k (t ) (18)
gdzie: f1(t), f2(t), …, f k(t) — zbiór uszkodzeń obiektu technicznego.
Przyjmując, że zbiór uszkodzeń jest tożsamy ze zborem stanów niezdatności
obiektu, tzn.:
{
}
W O = wm0 (t ) ≡ F = {f k (t )},
(19)
obiektowi można przyporządkować zbiór parametrów sygnału diagnostycznego
równoznaczny ze zbiorem symptomów stanu. Symptom stanu jest to miara sygnału,
która zmienia się istotnie wraz ze zmianą stanu obiektu. Symptomy stanu można
traktować jako wektor:
203
 y1 (t )


y2 (t )

Y=
,
  


 yn (t )
(20)
gdzie: y1(t), y2(t), …, yn(t) — zbiór parametrów sygnałów diagnostycznych.
Wprowadza się pojęcie wektora D wartości parametrów (symptomów) diagnostycznych:
 d1 (t )


d 2 (t )

D=
,
  


 d j (t ) (21)
d1(t), d2(t), …, dj(t) — zbiór wartości parametrów diagnostycznych.
Na zbiorze F ≡ W i Y określamy funkcję całkowitą „r” taką, że:
gdzie: × — zbiór kartezjański.
r : W × Y → D, (22)
Wyrażenie (22) przyporządkowuje każdej parze uszkodzenie (stan–symptom)
f k = wm − yn , wartość lub wartości tego symptomu występujące przy danym
uszkodzeniu. Zatem model informacyjny Is obiektu można opisać wyrażeniem:
i odwzorować w postaci tabeli 1.
I s = W , Y , D, r
(23)
Tabela 1
Model informacyjny elementów IV rzędu (obiektów) wojskowego pojazdu mechanicznego
Y/W
w1
w01
w02
…
wm0
…
wM0
y1
y2
…
yn
Dmn
…
yN
gdzie: w1 — stan zdatności obiektu; w10, w20, …,wm0 — stany niezdatności obiektu odpowiadające e
uszkodzeniom; y1, y2, …, yn — symptomy stanu.
204
Is jest uogólnieniem binarnej macierzy diagnostycznej, dla której zbiór wartości wszystkich symptomów stanu jest jednakowy i wynosi Dy = {1, 0}. Cechy
Rys. 3. Ilustracja graficzna procesu badań i oceny stanu wojskowego pojazdu mechanicznego
charakterystyczne Is są następujące:
— dla każdego symptomu może istnieć indywidualny zbiór jego wartości;
— zbiór Dj wartości j-tego symptomu może być wielowartościowy;
— dowolny element Is może zawierać zarówno jedną wartość symptomu, jak
też ich podzbiory.
Kolumny Is odpowiadają:
— pierwsza stanowi zdatności obiektu w1, co oznacza, że wartości wszystkich
symptomów znajdują się w granicach dopuszczalnych, czyli obiekt spełnia
określone wymagania, zatem znajduje się w stanie zdatności;
— kolumny następnie odpowiadają uszkodzeniom (stanom) (f1, w10, f2,
w20, …), co oznacza, że jeśli wartość choćby jednego symptomu wykracza
poza dopuszczalne granice, to obiekt nie spełnia wymagań, czyli znajduje
się w stanie niezdatności w0,
— m-ta kolumna odpowiadająca uszkodzeniu obiektu nazywa się sygnaturą
uszkodzenia i tworzy wektor wartości symptomów odpowiadających temu
uszkodzeniu.
Zakładamy, że dla każdego symptomu stanu istnieje tylko jedna wartość odpowiadająca stanowi zdatności (pozytywny wynik sprawdzenia) — oznaczona jako 1,
natomiast dla uszkodzeń (stanów) tych wartości może być więcej niż jedna.
Dla najprostszych przypadków może być stosowana klasyfikacja dwustanowa,
jednakowa dla wszystkich symptomów. Jeżeli:
(24)
Dy ≡ Dm ≡ {1, 0},
wtedy Is odpowiada binarnej macierzy diagnostycznej.
Przyjąć można trójwarstwową ocenę symptomu (wyniku sprawdzenia):
gdzie: Dm = {1, 0, -1},
(25)
1 — pozytywny wynik sprawdzenia, tzn. yn min< y < yn max;
0 — negatywny wynik sprawdzenia, tzn. yn < y n min;
1 — negatywny wynik sprawdzenia, tzn. yn > y nmax, yn max, yn min
— wartości graniczne symptomów odpowiadające stanowi zdatności.
205
Rys. 4. Ilustracja graficzna procesu badań i oceny stanu wojskowego pojazdu mechanicznego
Trójwarstwowa klasyfikacja wyników stwarza szansę uzyskania rozróżnialności
warunkowej uszkodzeń, czego nie zapewnia klasyfikacja dwuwartościowa. Można
także wprowadzić wielowartościową klasyfikację wyników sprawdzeń.
Ustalenie stanu obiektu może mieć miejsce w wyniku przeprowadzenia badań diagnostycznych. Należy racjonalnie zorganizować taki proces, sterować jego
przebiegiem tak, aby uzyskać optymalne wyniki w sensie przyjętego kryterium.
Proces badań diagnostycznych obiektu polega na wykonaniu określonego zbioru
sprawdzeń i analizie uzyskanych wyników. Zrealizowanie procesu badań daje
wynik, czyli diagnozę (rys. 3).
Sprawdzenie jest to pomiar i ustalenie wartości parametru diagnostycznego.
Do badań potrzebny jest zbiór sprawdzeń:
{}
Y = y j ; j = 1, J .
(26)
206
Rys. 5. Ilustracja graficzna hierarchicznego modelu diagnostycznego pojazdu mechanicznego
Uporządkowany minimalny zbiór sprawdzeń diagnostycznych Ŷ nazywa się
algorytmem diagnozowania obiektu:
Yˆ = y11 , y22 , , ynk ,
(27)
gdzie: y11, y22, …, ynk — sprawdzenie wykorzystywane jako k-te w kolejności.
W badaniach i ocenie elementów wojskowego pojazdu mechanicznego wyróżniono następujące fazy: kontrola stanu (zdatności) i lokalizacja uszkodzeń (rys. 4).
Uproszczony algorytm budowy hierarchicznego modelu diagnostycznego
i algorytmu diagnozowania wojskowego pojazdu mechanicznego
Algorytm obejmuje następujące zasadnicze kroki:
1. na podstawie uzyskanej wiedzy z procesu identyfikacji dokonać dekompozycji wojskowego pojazdu mechanicznego;
207
2. ustalić 1, 2, …, P poziomów dekompozycji pojazdu;
3. na poszczególnych poziomach dekompozycji wydzielić grupy elementów
realizujących określone funkcje, na przykład: 41, 31, 21, … (rys. 2);
4. ustalić zbiory elementów podstawowych (poziom V) na podstawie wybranych kryteriów, na przykład słabych ogniw (rys. 5);
5. dla elementów poziomu IV zbudować modele diagnostyczne typu informacyjnego lub binarnej macierzy diagnostycznej, tzn. ustalić:
— zbiór stanów;
— zbiór parametrów diagnostycznych;
— wstępnie określić związki pomiędzy stanami i parametrami diagnostycznymi typu (–1, 0, +1) lub (0, 1);
6. określić zbiór wielkości fizycznych dostępnych pomiarowo, w tym wielowymiarowych, i na ich podstawie wyznaczyć eksperymentalnie ich miary
(parametry diagnostyczne, symptomy stanu), w efekcie zbiory dostępnych
sprawdzeń;
7. praktycznie zweryfikować wybrany model diagnostyczny, tzn. odwzorowanie:
stany — parametry diagnostyczne;
8. dokonać optymalizacji wybranych modeli diagnostycznych w aspekcie:
— ostatecznej liczby stanów;
— zminimalizowanego, uporządkowanego zbioru sprawdzeń (parametrów
diagnostycznych);
— rozróżnialności stanów;
9. w każdym optymalnym modelu diagnostycznym poziomu IV wydzielić wszystkie zbiory niezdatności elementów podstawowych, uzyskując
w efekcie słownik niezdatności (sygnatury uszkodzeń — kolumny) każdego
elementu podstawowego;
10. dla każdego elementu poziomu IV utworzyć gniazda diagnostyczne obejmujące (rys. 5):
— mierzone wielkości fizyczne;
— zminimalizowane, uporządkowane zbiory parametrów diagnostycznych;
11. dla każdego elementu poziomu IV na podstawie ich funkcji wyznaczyć
sygnały reprezentatywne typu — (0, 1);
12. na podstawie funkcji celu utworzyć sygnały reprezentatywne elementów
poziomu II, II i I;
13. dla każdego elementu poziomu III, II i I utworzyć węzły diagnostyczne,
do których należy dołączyć ich sygnały reprezentatywne poziomów IV,
III i II;
14. iloczyn funkcji celu F24, F21, F22, i F23 tworzy sygnał reprezentatywny dla
całego pojazdu mechanicznego (poziom I) przyjmując wartości: 1 — pojazd
zdatny, 0 — pojazd niezdatny.
208
Uproszczony algorytm diagnozowania wojskowego pojazdu mechanicznego
na podstawie opracowanego wielopoziomowego modelu diagnostycznego
Algorytm obejmuje następujące kroki:
11. diagnozowanie ciągłe lub okresowe (rys. 5);
12. pomiar wybranych wartości wielkości fizycznych;
13. wyznaczenie zbioru wartości parametrów diagnostycznych;
14. porównanie wartości parametrów diagnostycznych z wartościami dopuszczalnymi (poziom IV);
15. wyznaczenie sygnałów typu (–1, 0, 1) lub (0, 1);
16. wyznaczenie stanów zdatności w1 lub stanów niezdatności w0 (słownika
niezdatności, sygnatur uszkodzeń) elementów V rzędu;
17. wyznaczenie sygnałów wzorcowych elementów poziomu IV;
18. wyznaczenie sygnałów wzorcowych poziomu III i II;
19. wyznaczenie sygnału wzorcowego pojazdu mechanicznego (poziom I);
10. podjęcie decyzji:
— jeśli sygnał wzorcowy ma wartość „1”, oznacza to, że pojazd mechaniczny znajduje się w stanie zdatności;
— jeżeli sygnał wzorcowy ma wartość: „0”, oznacza to, że pojazd znajduje
się w stanie niezdatności, zatem konieczne jest zrealizowanie drugiej
fazy badania stanu, tj. lokalizacji uszkodzeń;
11. lokalizacja uszkodzenia odbywa się za poziomach grup elementów II, III
i IV;
12. zlokalizowanie uszkodzonych elementów podstawowych na poziomie V.
4. Podsumowanie
Reasumując rozpatrzone zagadnienia dotyczące hierarchicznego wielopoziomowego modelu diagnostycznego złożonego obiektu technicznego na przykładzie
wojskowego pojazdu mechanicznego, należy stwierdzić, co następuje:
1. funkcje celu wyrażone za pomocą określonego zbioru parametrów diagnostycznych zawierają informację o stanie elementów pojazdu mechanicznego;
2. wynikiem analizy diagnostycznej pojazdu mechanicznego powinna być
jego dekompozycja, wykonana w taki sposób, aby uzyskać zbiory istotnych
elementów podstawowych ze względu na wybrane kryteria, na przykład
bezpieczeństwa;
3. hierarchiczny model diagnostyczny pojazdu mechanicznego pozwala na
zbudowanie algorytmów, których wykonanie umożliwia kontrolę stanu
i lokalizację uszkodzeń elementów na poziomach pośrednich i elementów
podstawowych;
209
4. opracowanie zasady diagnozowania, hierarchiczny model diagnostyczny
i algorytm diagnozowania mogą być podstawą budowy pokładowego lub
pokładowo-zewnętrznego systemu diagnostycznego pojazdu mechanicznego.
Artykuł wpłynął do redakcji 14.12.2009 r. Zweryfikowaną wersję po recenzji otrzymano w grudniu 2009 r.
LITERATURA
[1] J. M. Kościelny, Diagnostyka zautomatyzowanych procesów przemysłowych, Akademicka
Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2001.
[2] J. R. Młokosiewicz, Metoda wielopoziomowego badania stanu obiektów technicznych i synteza
systemu diagnostycznego, Wojskowa Akademia Techniczna, 1734/87, Warszawa, 1987.
[3] S. Niziński, R. Michalski, Diagnostyka obiektów technicznych, Instytut Technologii Eksploatacji,
Radom, 2002.
[4] Sprawozdanie merytoryczne nr 48/SS/2008 z realizacji projektu badawczego T00B00531/51
nt.: Metoda diagnozowania silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym na podstawie pomiaru
momentu obrotowego w warunkach trakcyjnych, WITPiS, Sulejówek, 2008.
[5] W. Kupicz, Metoda diagnozowania silnika spalinowego za pomocą momentu obrotowego
w wyznaczonych warunkach trakcyjnych, rozprawa doktorska, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski,
Wydział Nauk Technicznych, Olsztyn, 2009.
S. NIZIŃSKI, A. RYCHLIK
Diagnostic model of a complex technical object
Abstract. Modern systems of complex technical objects are based upon the rules and diagnostic
models, diagnosing algorithms, methods and diagnostic equipment, and also proper technologies
and operation infrastructure. Diagnostic models and diagnosing algorithms are the base of building
the effective methods and diagnostic equipment. There are many diagnostic models of technical
objects, such as: analytical (structural, modal and reversed), symptom (image regressive recognition,
topological, diagnostic and reliable, informative). However, only a few of those models are useful in
maintenance processes of complex technical objects. Therefore, there is the need to build diagnostic
models of military vehicles, which will enable their application in the practical maintenance of
vehicles in the operational state.
There has been in existence a problem of diagnosing, prognosis and generation of the state of the
complex technical objects. In the paper, a military mechanical vehicle, as: tank, infantry fighting
vehicle, armoured personnel carrier, tracked armour personnel carrier was assumed as the complex
technical object. There was presented a conception of a diagnostic model of such technical objects.
Keywords: diagnostics of mechanical vehicles, diagnostic models, diagnosing algorithms

Model diagnostyczny złożonego obiektu technicznego

Transkrypt

Podobne dokumenty

Wypowiedzenie OC

FIAT DOBLO Cargo (223) 1.2 (223ZXA1A)

Wypowiedzenie OC z końcem okresu ubezpieczenia

OŚWIADCZENIE DO ZAKUPU POJAZDU I ODBIORU

Wypowiedzenie po zbyciu pojazdu