"Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов" / Ф.Я. Балицкий, М.А. Иванова, А.Г. Соколова, Е.И. Хомяков. М.: Наука, 1984

Раздел 1.6. Структура системы виброакустического диагностирования

Диагностирование технического состояния машин и механизмов осуществляется с помощью тех или иных средств (вычислительных и аппаратурных). Взаимодействующие между собой объект и средства диагностирования образуют диагностическую систему. Существуют два вида систем [71]: тестового и функционального диагностирования. Отличительная особенность системы тестового диагностирования состоит в возможности подачи на механизм специально организуемых тестовых воздействий. В системах функционального диагностирования входными воздействиями являются рабочие воздействия, предусмотренные алгоритмом функционирования механизма. В акустической диагностике чаще всего применяется второй подход, так как специфика взаимодействия деталей и узлов механизмов не всегда позволяет заменить естественные воздействия искусственно сформированными.

Процесс постановки диагноза может состоять из отдельных частей, называемых элементарными проверками, каждая из которых характеризуется подаваемым на вход объекта тестовым или рабочим воздействием и снимаемым с выхода объекта ответом. Результатом элементарной проверки является полученное при ее реализации значение ответа объекта. Формальное описание алгоритма диагностирования технического состояния объекта представляет собой безусловную или условную последовательность элементарных проверок и правил анализа результатов последних.

Одним из факторов, существенно влияющих на эффективность данного процесса, является качество алгоритмов диагностирования. Возможность оптимизации алгоритмов определяется следующими обстоятельствами. Число элементарных проверок, достаточных для решений конкретной задачи, как правило, меньше всех допустимых (т.е. физически всех возможных и реализуемых) элементарных проверок данного объекта. Для решения одной и той же задачи можно построить несколько алгоритмов, различающихся между собой либо составом элементарных проверок, либо последовательностью их реализации, либо тем и другим вместе.

Построение оптимальных алгоритмов, как правило, сопряжено с большими вычислительными трудностями, а интуитивные методы не всегда могут гарантировать получение объективного заключения о действительном техническом состоянии объекта. Отсюда следует необходимость привлечения формальных методов, что особенно важно "для сложных объектов, состоящих из множества функционально и конструктивно взаимосвязанных компонентов. Применение формальных методов кластеризации позволяет, кроме того, автоматизировать процессы построения алгоритмов диагностирования при помощи вычислительных средств.

В виброакустической диагностике тем не менее в настоящее время наиболее распространенными являются эвристические методы диагностирования, основанные на неформальном диалоговом взаимодействии вычислительной машины и человека-оператора. Видимо, это связано с неформальными способами построения из характеристик акустического сигнала системы информативных диагностических признаков, часто отражающих физическую сущность происходящих в механизме, трудно формализуемых изменений параметров технического состояния.

Создание системы диагностирования предполагает решение целого ряда взаимосвязанных задач:

1. детальное изучение самого объекта с целью выявления наиболее уязвимых мест и составления перечня параметров z₁, z₂,..., z_m, выходящих за допустимые нормы, и разбиение на классы W={W₁, W₂,..., W_m} технических состояний, подлежащих распознаванию;
2. выбор необходимых средств измерения виброакустических параметров и мест размещения первичных вибропреобразователей на объекте;
3. локализация источников излучения повышенной колебательной энергии в исследуемом механизме или машине;
4. определяются динамические характеристики и математические модели отдельных узлов, агрегатов и объекта диагностирования в целом в целяхпостроения диагностической модели;
5. производится синтез системы диагностических признаков U = {u₁, u₂,... u_n}, чувствительных к изменению параметров технического состояния, устанавливаются их пороговые значения по исходной информации о виброакустических параметрах, результатам обработки, увеличивающей отношение сигнал/помеха, и математическим моделям объекта;
6. разрабатываются алгоритмы определения текущего технического состояния механизма;
7. прогнозирование изменений виброакустических характеристик и параметров технического состояния;
8. разрабатываются процедуры обратного воздействия на объект контроля в соответствии с принимаемыми решениями о его фактическом состоянии (выключение, перевод на щадящий режим и т.п.).

Функциональная блок-схема системы диагностирования может быть представлена в виде, изображенном на рис. 1.2.

Система диагностирования технического состояния машин и механизмов, как и любая другая система распознавания образов, состоит из: объекта исследований (см. рис. 1.2) с набором технических состояний, подлежащих распознаванию, блоков формирования диагностических признаков 4, блока решающих правил распознавания 6, блока принятия решения 7 и блока управления объектом 9.

Рисунок 1.2 - Функциональная блок-схема системы виброакустического диагностирования технического состояния механизмов

Подсистема измерения 3 поставляет исходную информацию о состоянии объекта, содержащуюся в акустическом сигнале. Подсистема включает в себя преобразователи виброакустических процессов в их электрические эквивалентны, а также усилители, нормализаторы, фильтры и другие преобразователи первичной информации, а также многоканальное магнитные регистраторы, предназначенные для долговременного хранения информации и ее последующей обработки.

Подсистема формирования диагностических признаков 4 технического состояния объекта и отдельных его элементов выполняет функции преобразования исходной информации от системы измерения в соответствии со специально разрабатываемыми для этой цели алгоритмами. Последние выделяют в измеряемых сигналах такие их характеристики, которые обладают требуемыми избирательными свойствами к заданному классу дефектов, подлежащих распознаванию.

На основании обучения системы диагностирования для каждого класса технических состояний формируются эталоны 5 (усредненные для данного класса значения диагностических признаков).

Для формирования системы диагностических признаков и эталонов иногда используют диагностическую модель 2 объекта, в ряде случаев облегчающую процесс поиска информативных компонент в акустическом сигнале.

Специфика методов диагностирования зарождающихся дефектов заключается в использовании разнообразных приемов повышения чувствительности компонент виброакустического сигнала к изменению технического состояния механизма, поскольку на стадии зарождения дефектов помеха значительно превышает уровень полезного сигнала, содержащего информацию об изменении технического состояния.

В данной работе, помимо описания основных приемов диагностирования, приводится описание приемов повышения информативности виброакустического сигнала, что способствует решению проблемы диагностирования зарождающихся дефектов.