Источник: В.А. Сидоров, Л.М. Серебров Раздел из конспекта лекций ОСНОВЫ РАБОТЫ С ВИБРОМЕТРАМИ-АНАЛИЗАТОРАМИ (Донецк, 2003.-113с., стр. 18-24)

ПОСТРОЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

Принципы решения задач диагностирования.При решении задач диагностирования необходимым является следующая последовательность решаемых вопросов.

1. Выбирается подход к задаче распознавания - логический (детерминистский) или вероятностный (стохастический).

В первом случае необходима совокупность логических признаков, определенным образом характеризующих состояние машины. Во втором случае совокупность признаков характеризует состояние механизма с определенной вероятностью.

Логические признаки распознаваемых классов состояний рассматриваются как элементарные высказывания, принимающие два значения истинности вида "Да" или "Нет" при отнесении к определенному классу состояний. Логические признаки могут быть двух видов - количественные и качественные.

Суть вероятностного метода заключается в том, что для данного объекта известна вероятность появления определенной неисправности при проявлении определенного признака.

2. Составляется словарь неисправностей. Словарь неисправностей представляет перечень возможных неисправностей и их характеристик. Эти данные в дальнейшем используются для выбора диагностических параметров, оценки состояния и поиска неисправностей.
3. . Разрабатываются методы распознавания (решающие правила). Решающее правило - правило, в соответствии с которым принимается решение о диагнозе.
4. Заключительная фаза разработки - составление диагностической таблицы (матрицы) - таблицы неисправностей с решающими правилами. Система распознавания может оформляться в виде представления знаний для диагностирования правилами и логическими выводами типа "если .... , то .... " (таблица 4.1, рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Причинно-следственные связи при измерении общего уровня вибрации

Выбор подхода к решению задачи распознавания. Основными задачами технической диагностики, как науки, являются: определение технического состояния объекта диагностирования в условиях ограниченной информации; изучение методов и средств получения диагностической информации; разработка алгоритмов автоматизированного контроля, поиска дефектов; минимизация постановки диагноза.

Теоретическим фундаментом для решения первой задачи выступает общая теория распознавания образов. Принципиальных различий между вероятностным и логическим подходом к решению задач распознавания они не имеют. Вероятностные методы являются более общими, требуют большого объема предварительной информации. Логические подходы более кратко описывают процесс распознавания, больше соответствуют логике мышления человека.

Составление словаря неисправностей. Рассмотрим характерные неисправности центробежного компрессора, как наиболее характерного примера механизма с двухопорным валом, и вид их проявления. Кинематическая схема данного механизма имеет межопорное расположение исполнительного органа. Словарь неисправностей, представляющий перечень возможных неисправностей и их характеристик, наиболее типичных для центробежных компрессоров приведен в таблице 4.2.

Выбор диагностических параметров. Анализ данных приведенных в таблице 4.2. позволяет определить перечень диагностических параметров, характеризующих работу механизма: характер шума узлов, параметры общего уровня вибрации, параметры связанные с состоянием подшипника, температура.

Диагностические параметры выбираются из параметров, описывающих объект диагностирования: входных, выходных и внутренних. Входные параметры - внешние условия и управляющие воздействия (частота вращения, прилагаемый момент или расходуемая мощность, равномерность вращения, давление и подача компрессора). Выходные параметры (реакции) - параметры, показывающие поведение объекта (вибрация, шум, температура). Внутренние параметры - параметры, определяющие структуру объекта и характеризующие процессы, происходящие внутри его (размеры деталей, зазоры, шероховатость).

Влияние входных параметров при определении технического состояния должно быть исключено, посредством приведения к стандартным условиям. Данное обстоятельство должно быть учтено при проведении измерений на испытательных стендах и в промышленных условиях. Измерения необходимо выполнять либо при работе на холостом ходу либо при одинаковой нагрузке.

Диагностические параметры могут быть прямые - непосредственно отражающие внутренние параметры машин (моменты, частота вращения, равномерность вращения, зазоры, шероховатость поверхности) и косвенные - отражающие связь между внутренними и выходными параметрами (физические поля: вибрационные, акустические, тепловые). При решении задач диагностирования обычно предпочтение отдается косвенным параметрам из-за большей доступности к проведению измерений на работающем оборудовании без разборки механизма. В данном случае такие прямые параметры как радиальный зазор подшипников, шероховатость рабочих поверхностей беговых дорожек и тел качения измерять нецелесообразно, так как на контролируемом механизме установлены новые подшипники. На стадии выбора диагностических параметров определяется возможность измерения, и подбираются средства диагностирования. Применительно к решению задач диагностирования с использованием виброметрии задача выбора диагностических параметров сводится к определению ряда наиболее информативных параметров вибрации и выбору их частотных диапазонов, а также точности измерения

Решающие правила. Основная задача технической диагностики - распознавание технических состояний объектов, в условиях ограниченного объема информации. Понятие техническое состояние включает совокупность признаков (параметров), характеризующих изменение свойств объекта в процессе эксплуатации. Теория диагностики предполагает, что объект может иметь множество состояний. Однако практическое использование результатов диагностирования требует ограничения числа классов состояний. Это связано с необходимостью сопоставления распознаваемых классов состояний с рекомендуемыми объемами работ по контролю, техническому обслуживанию, ремонту. Обычно используют четыре класса технического состояния: хорошее, удовлетворительное, неудовлетворительное и аварийное. Определение границ, т.е. решающих правил различения технических состояний имеет важное значение при решении прикладных задач диагностирования машин. Правильный и своевременный выбор ремонтного воздействия позволяет не только избежать возникновения аварийных ситуаций, но и существенно продлить срок службы механизма.

Основа диагностирования механических систем - контроль вибрации. Эта задача возникла с момента появления первых машин. При работе механизма неизбежны пространственные колебания вращающихся деталей, вызывающие вибрацию опорных подшипников, корпуса. Уровень механических колебаний - главный информативный параметр при диагностировании машин. Практически о работе машины с вибрацией говорят в том случае, если параметры вибрации превышают допустимые значения. Определение допустимых значений вибрации и границ необходимых ремонтных воздействий зачастую имеет индивидуальный характер, несмотря на рекомендации стандартов, регламентирующих вибрацию.

Основой измерения вибрации является аксиома об отсутствии вибраций в идеальной машине. В ней вся энергия превращается в полезную работу. В реальном механизме, возникающие вибрации - побочное явление взаимодействия элементов машины. Значения вибрации определяют степень нарушения нормальной передачи динамических сил через механическую систему. Характерным признаком нормальной работы машины является низкий уровень вибрации. При увеличении зазоров, появлении повреждений происходит локальное увеличение вибрации ближайшего к месту повреждения подшипника. Одновременно в рассматриваемой механической системе такое повреждение вызовет повышение колебаний и других подшипниковых узлов, но в меньшей степени. Подшипниковый узел выступает в данном случае как элемент, передающий динамические усилия от поврежденной детали на корпус механизма. Воспринимаемые колебания позволяют косвенно судить о степени повреждения механизма и обоснованно принимать решение о проведении ремонтного воздействия в соответствии с принятыми правилами различения.

Составление диагностической матрицы - таблицы неисправностей с решающими правилами, нашло наибольшее распространение в технической диагностике. Изучение диагностической матрицы позволяет решать задачи оптимальной организации процессов диагностирования. В диагностической матрице объект контроля представляется таблицей функций неисправностей, столбцы которой соответствуют диагностическим симптомам, а строки - причинам неисправностей. На пересечении строк и столбцов символами "0" или "1" указывается наличие или отсутствие тех или иных признаков для данного диагноза. Пример таблицы неисправностей центробежных насосов и пределы диагностических параметров представлены в таблицах 4.3 и 4.4.