ГРУПА 44 ТЕХ 

ЛЕКЦІЯ 10

 ДІАГНОСТУВАННЯ ТА ПРОГНОЗУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО

 ОБЛАДНАННЯ ПЕРЕРОБНИХ ПІДПРИЄМСТВ

1.    Основні поняття і визначення

2.    Організація діагностування і оцінка технічного стану машини

3.    Системи контролю

4.    Класифікація методів проведення технічного діагностування машин, вузлів і механізмів

5.    Основні положення прогнозування стану працездатності техно­логічного обладнання

1.    Основні поняття і визначення

Дослідження технічного стану устаткування є предметом технічного ді­агностування, мета якого - вивчення проявів (ознак) різних технічних ста­нів, розробка методів їх визначення, а також принципів побудови і викорис­тання систем діагностування.

Технічне діагностування - галузь науково-технічних знань, суть яких складають теорія, методи і засоби виявлення і пошуку дефектів об'єктів тех­нічної природи.

Цілі діагностування - своєчасне виявлення порушень функціонування і працездатності об'єктів і запобігання серйозним наслідкам можливих відмов.

Досліджуваний об'єкт може знаходитися в одному з наступних техніч­них станів (рис. 1):

1) справний або несправний;

2)  працездатний або непрацездатний;

3)  стан правильного або неправильного функціонування.

Об'єкт, що задовольняє усім вимогам нормативно-технічної документації, є справним. Справний об'єкт знаходиться в справному технічному стані. Об'єкт працездатний, якщо він може виконувати усі задані йому функції із збереженням значень заданих параметрів в необхідних межах. Працездатний об'єкт знаходиться в працездатному стані.

Таким чином, справний об'єкт повністю задовольняє усім технічним вимогам. Несправний об'єкт - об'єкт, що має дефект. Дефект - будь-яка не­відповідність властивостей об'єкту заданим, необхідним або очікуваним його властивостям.

Для несправного об'єкту можливі два стани: працездатне і непрацездат­не. Працездатний об'єкт - об'єкт, у якого технічним вимогам відповідають лише властивості, що характеризують здатність виконання заданих функцій. Перехід справного об'єкту в працездатний стан називається ушкодженням. Перехід працездатного об'єкту в непрацездатний стан називається відмовою.

Правильно функціонуючим є об'єкт, значення параметрів якого в да­ний момент часу знаходяться в необхідних межах. Об'єкт може також знахо­дитися в несправному стані і в стані неправильного функціонування.

В умовах експлуатації необхідно підтримувати (як мінімум) працездат­ний стан. Це покладається на систему технічного обслуговування (ТО) і ре­монтів. Основний зміст ТО - контроль стану устаткування і його обслугову­вання в цілях підтримки справності або працездатності. Завдання ремонту - відновлення справності або працездатності.

Основним завданням діагностування є своєчасне виявлення і пошук дефектів, тобто визначення їх наявності, характеру і місця знаходження. Ви­явлення дефекту - встановлення факту наявності дефекту у об'єкту. Пошук дефекту - вказання з певною точністю його місцезнаходження в об'єкті.

Призначення технічного діагностування полягає в підвищенні надій­ності об'єктів на етапі експлуатації, а також запобігання виробничому браку на етапі виготовлення. Вимоги, яким повинен задовольняти об'єкт, визнача­ються відповідною нормативно-технічною документацією.

Проведення діагностичних робіт, отримання безперервної інформації про контрольовані параметри за допомогою контрольних приладів дозволяє виявити закономірності прояву відмов і втрати працездатності машини і роз­робити систему профілактичних заходів.

Діагностування при цьому пов'язане з профілактикою машини і її вузлів. Як діагностування, так і профілактика повинні бути безперервними.

Діагностування невіддільне від процесів дослідження надійності і праце­здатності машин і подальшого прогнозування стану подій. Цей процес можна характеризувати як визначення стану машини для даного періоду експлуата­ції в зв'язку зі зміною або порушенням в часі технологічних функцій і фізико- механічних властивостей, її механізмів і вузлів. Діагностування супроводжу­ється і характеризується безперервним контролем параметрів, виявленням причин виникнення відмов і втрати працездатності безпосередньо в період експлуатації, прогнозуванням подальшого стану машини і виявленням зако­номірностей зміни параметрів у часі. Діагностування оцінює вплив процесів, що протікають, на зміну технічного стану машини в період її експлуатації; прогнозує можливі наслідки стану обладнання, вибір шляхів і засобів усу­нення шкідливих наслідків. В цьому випадку діагностування буде направле­но на попередження та виявлення причин втрати працездатності.

Технічне діагностування в умовах експлуатації машини дозволяє дослі­джувати і вивчати питання працездатності, форми прояву відмов і методи їх локалізації, розпізнавання і прогнозування прихованих дефектів без розби­рання технічного об'єкта.

Технічне діагностування проводиться в наступних випадках:

-   машина знаходиться в одному з станів: працездатному або непрацезда­тному (в стані відмови);

-   в технологічному обладнанні можна виділити вузли, механізми, які ха­рактеризують один зі станів (працездатне або неробочий);

-   з числа техніко-експлуатаційних параметрів машини можна виділити і проконтролювати конкретні параметри і їх значення.

У процесі технічного діагностування здійснюється безперервний конт­роль технічного стану і параметрів машини. Під час контролю технічного стану виконується перевірка відповідності значень контрольованих парамет­рів машини вимогам техніко-експлуатаційної документації. В результаті про­ведення контролю та виконання діагностування здійснюється пошук місця і визначення причин відмови і появи несправностей. Результати діагностуван­ня використовуються для прогнозування технічного стану машини і її пове­дінки в наступні періоди експлуатації.

Достовірність діагностування багато в чому залежить від технічного стану автоматичних контрольних пристроїв, датчиків, приладів, від можли­вості використання пристроїв і приладів не тільки для діагностування, але і для моніторингу. В процесі експлуатації машини виникає можливість здійс­нення основного обсягу діагностичних операцій по вимірах, роботі та техніч­ному стану вузлів і механізмів, умов роботи.

Основними об'єктами діагностування стають найбільш навантажені вуз­ли і механізми, що працюють в складних і важких умовах застосування, при підвищених температурах, хімічному і електричному впливі, незадовільних умовах доступності до обслуговування, мащення. До таких вузлів можуть бути віднесені найбільш рухливі та високошвидкісні механізми і вузли, уста­новки, пневмо- і гідроапаратура, автоматична апаратура і системи управлін­ня.

Діагностування машини супроводжується сукупністю перевірок і зняття тестів взаємопов'язаних параметрів, для яких встановлені межі допустимих відхилень.

Програмне забезпечення передбачає наявність вбудованих діагностич­них тестів для виявлення місця відмови. Проведення діагностичних тестів з можливістю моніторингу становить основу отримання достовірної інформа­ції, необхідної для визначення місця відмови і елемента, що відмовив.

Автоматичний контроль і діагностування включають виявлення і усу­нення відмов, систематичне спостереження за роботою механізмів і вузлів. Виконується безперервна фотографія роботи машини, проводиться хрономе­траж простоїв і статистика відмов. У період фотографії часу роботи машини враховуються і фіксуються всі види і причини простоїв, час простоїв і усу­нення причин простоїв і неполадок. Враховують простої як з технічних, так і не з технічних причин. Результати діагностування або автоматично реєстру­ються, або заносяться в карту спостережень. Потім слід статистична обробка результатів діагностування і розробляються заходи щодо забезпечення на­дійності і працездатності машини, виявляються резерви підвищення ресурсу та її надійності.

Контроль працездатності об'єкта здійснюється з виконанням необхідно­го числа і частоти контрольних перевірок. Кожна перевірка дає інформацію про значення контрольованих параметрів машини з отриманням позитивного результату, якщо значення контрольованого параметра знаходиться в зоні допуску, і негативного, якщо значення контрольованого параметра знахо­диться за межами допуску. Машина буде вважатися працездатною, якщо в процесі діагностування отримані значення показників в заданій послідовності мають позитивні результати. Необхідна ступінь деталізації і якості діагнос­тування визначається вимогами, що пред'являються до техніко- експлуатаційних параметрів машини.

Діагностування застосовується в практиці управління технічним станом машини, реєстрації і запису змін параметрів машини і її вузлів, одержуваних безперервно в процесі експлуатації. Це дозволить виявити не тільки поточ­ний стан параметрів, але і визначити тенденції їх зміни в часі. Аналізуючи значення параметрів, можна виявляти зміну параметрів і часу перебування їх в допустимих межах. На основі чого вживаються заходи, спрямовані на запо­бігання втрати працездатного стану машини, що, в свою чергу, призведе до запобігання поломок, виникнення аварій, грубих порушень експлуатації тех­ніки. У процесі діагностування можна стежити за швидкістю зміни і погір­шення значень контрольованих параметрів і здійснювати прогнозування, ко­нтролювати залишковий технічний ресурс. Прогнозування працездатності на основі діагностування вирішує завдання діагнозу технічного стану машини і подальшої зміни надійності вузлів і механізмів.

Діагностування використовує результати дослідження фізичної суті процесів функціонування виробу, методи теорії надійності, теорії вимірів і аналізу інформації. Діагностування ґрунтується на результатах технічного контролю. Технічний контроль - перевірка відповідності продукції або про­цесу встановленим технічним вимогам.

Технічний контроль здійснюється на різних стадіях життєвого циклу ви­робу. Зокрема велике значення має експлуатаційний контроль.

1.  Контроль параметрів виробу при його функціонуванні з використан­ням штатних приладів контролю.

2.  Періодичний контроль правильності функціонування з використанням штатних сигналізаторів.

3.  Контроль з метою виявлення відхилень в роботі виробу з використан­ням штатних засобів контролю.

4.  Діагностування технічного стану з використанням спеціальних діаг­ностичних алгоритмів на основі контрольно-вимірювальної інформації.

Контроль і діагностування вирішують наступні завдання:

1. Створення контролепридатного виробу.

2.  Розробка системи контрольних засобів.

3.  Розробка методів обробки і аналізу контрольно-вимірювальної інфор­мації.

4.  Обґрунтування і реалізація способів представлення діагностичної ін­формації.

5.  Розробка рекомендацій по використанню результатів контролю і діаг­ностування і ухвалення необхідних рішень.

Процеси виявлення і пошуку дефектів здійснюються при визначенні те­хнічного стану об'єкту і об'єднуються терміном "діагностування". Завдання діагностування - перевірка справності, працездатності і правильного функці­онування об'єкту, а також завдання виявлення і пошуку дефектів.

У діагностиці для об'єкту часто використовується термін "контролеп- ридатність " - властивість об'єкту, що характеризує його пристосованість до проведення контролю заданими засобами.

Рівень контролепридатності об'єкту визначає міру ефективності рішення завдань тестового контролю. Контролепридатність забезпечується в резуль­таті перетворення структури об'єкту, що перевіряється, до виду, зручного для діагностування. Наприклад, до складу об'єкту вводять додаткову апаратуру і передбачають додаткові контрольні точки.

Завдання технічного діагностування

При визначенні технічного стану об'єкту можна виділити три типи ви­рішуваних завдань:

1. Визначення поточного стану об'єкту - завдання діагностування.

2.   Пророцтво технічного стану об'єкту в майбутній момент часу - за­вдання прогнозування.

3.  Визначення технічного стану об'єкту для минулого моменту часу - за­вдання генезу (наприклад, розслідування аварії).

2.    Організація діагностування і оцінка технічного стану машини

Тільки правильно організований процес діагностування може забезпечи­ти високий рівень працездатності машини. Виконуючи діагностування, фор­мують область технічного стану і встановлюють фактичний рівень надійності машини.

Технічний стан для кожного вихідного параметра формується як об­ласть, в якій знаходяться всі його значення для прийнятих умов і режимів ро­боти машини. Зміна області стану відбувається з плином часу і залежить від процесів старіння, зносу, умов і режимів експлуатації машини. У зв'язку з цим закон імовірнісного розподілу Р(х) буде характеризувати ймовірність знаходження в заданій точці значень х. Область станів визначається не тільки значеннями параметрів, але і імовірнісними характеристиками: математич­ним очікуванням, дисперсією, коефіцієнтом асиметрії, а повною характерис­тикою стає функція закону розподілу Р(х).

Для оцінки технічного стану машини в період діагностування визнача­ються значення встановлених вихідних параметрів для різних умов експлуа­тації та проведення розрахунків на основі показників існуючого рівня надій­ності машини. При експлуатації машини показники будуть змінюватися, і другим етапом оцінки надійності стає проведення прогнозування зміни обла­сті станів вихідних параметрів машини під впливом очікуваних процесів ста­ріння.

Для проведення діагностування призначають сукупність контрольно- діагностичних операцій. Може бути запропонована система технічного діаг­ностування, яка включає технічні засоби - ТСД, алгоритм діагностування, тобто, сукупність приписів про проведення діагностування, вибір методу діа­гностування - функціональний або тестовий.

При проведенні діагностування можуть бути використані аналітичні та графоаналітичні дослідження функціонування вузлів і механізмів, включаю­чи розробку системи диференціальних рівнянь і передавальних функцій, що зв'язують вхідні і вихідні параметри і функціонування. У процесі діагносту­вання можуть вирішуватися такі завдання: розробка та аналіз функціональ­них і структурних схем, побудова математичної моделі функціонування ма­шини із залученням програмних продуктів, вибір і призначення діагностич­них параметрів і контрольних точок, мінімізація тестів і оптимізація проце­дур пошуку і локалізації несправностей, прогнозування майбутнього стану діагностованих об'єктів, виявлення умов, що визначають доцільність віднов­лення працездатності вузлів і механізмів машини шляхом заміни і ремонту вузлів і механізмів.

Діагностування проводиться з повним вивченням об'єктів діагностики, уточненням критеріїв працездатності, діагностичних параметрів і контроль­них точок на основі розробленої методики діагностування та алгоритмів по­будови програм.

Методики діагностування повинні містити розроблені методи і алгорит­ми проведення досліджень, включно з документацією. Документація по про­веденню діагностування підрозділяється на організаційну і технологічну. Ор­ганізаційна документація містить опис методів проведення діагностування з зазначенням періодичності, послідовності виконання робіт, а також основні положення організації робіт, нормативи, інструкції з техніки безпеки та виробничої санітарії, форми планування та обліку виконуваних робіт, в тому числі діагностичні карти.

Технологічна документація включає перелік і опис операції по прове­денню робіт, технічних засобів діагностування, черговість виконання робіт, технічні умови і вимоги до виконання операцій.

У висновку про технічний стан вказується залишковий технічний ресурс стану машини, визначаються етапи проведення подальших робіт з технічного обслуговування і ремонту. Результат діагностування повинен задовольняти наступні умови: відображати зміни показників, що визначають надійність, працездатність і довговічність машини в майбутньому, тобто в наступний період експлуатації.

Автоматичний контроль в процесі діагностування передбачає здійснення сукупності операцій контролю і перевірок в заданій послідовності виконання.

Діагностування в залежності від організації обслуговування і ремонту технічних об'єктів, а також технологічного призначення підрозділяють на спеціалізоване і суміщене. В цьому випадку діагностування стає частиною єдиної системи технічного обслуговування (ТО) і поточного ремонту (ПР) і служить засобом отримання інформації про технічний стан для вжиття захо­дів планування ТО і ПР.

Метод спеціалізованого діагностування для вирішення завдань прове­дення ТО і ПР передбачає управління технологічними процесами ТО і ПР. Його проводять переважно для контролю технічного стану машини і її меха­нізмів по окремим узагальненими критеріями і параметрами.

Метод суміщеного діагностування передбачає проведення всебічного ді­агностування, включаючи поглиблений контроль якості стану машини і вуз­лів. Тоді технічні засоби та обладнання для діагностування розміщують без­посередньо на контрольних ділянках або в боксах проведення ТО і ПР.

Аналіз схем ТО і ПР (рис. 2) дозволяє виявити такі закономірності в ор­ганізації діагностування з можливістю проведенняТО іПР.

Рис. 2 Закономірності в організації діагностування з можливістюпроведення ТО і ТР

В процесі виконання діагностичних робіт крім виявлення значень пара­метрів працездатності і надійності для досягнення і забезпечення високого рівня якісного стану і функціонування механізмів і вузлів машини робиться контроль техніко-експлуатаційних параметрів. Можуть вимірюватися насту­пні параметри в процесі контрольних випробувань і діагностування:

-   шлях, швидкість, прискорення ведених і провідних ланок механізму або приводу;

-   кінцеві положення ланок механізмів, розкид їх положення, позиціону­вання;

-   нерівномірність обертання або поступального переміщення ланок ме­ханізмів;

-  зусилля і моменти, що діють на ланки механізмів і приводу;

-  тиск в гідро- і пневмосистеми;

-  потужність, споживана електродвигунами;

-  момент часу подачі команд включення апаратів, муфт та приладів;

-  час початку і кінця роботи механізмів (по циклограмме);

-  температура і області зміни температурного поля;

-   параметри жорсткості і пружних деформацій окремих ланок механіз­мів;

-  рівень шуму і вібрацій при роботі механізмів;

-   спрацьовування і плавність переміщення золотників, соленоїдів і при­строїв системи управління;

-   вузли повороту і точності кулачкових, поворотно-фіксуючих механіз­мів.

При проведенні діагностування та оцінки контрольованих параметрів можливий диференційований метод визначення стану машин з урахуванням технічних і експлуатаційних даних, режимів функціонування, ступеня впливу техніко-експлуатаційних параметрів на працездатність і надійність. В резуль­таті діагностичних робіт готується інформація для проведення економічних розрахунків про витрати на виконання профілактичних і ремонтних робіт, технічного обслуговування.

При виконанні економічних розрахунків враховуються наступні крите­рії: продуктивність, ймовірність безвідмовної роботи, сумарне напрацюван- ня, параметри точності, якісні та техніко-експлуатаційні характеристики. При проведенні розрахунків параметрів в процесі діагностування надійності дос­тупними стають методи визначення зносостійкості і міцності, методи дослі­дження інтенсивності зношування, вивчення форми і мікрошліфів зношених поверхонь, втомної міцності, умов змащення в рухомих з'єднаннях. Діагнос­тування дозволяє здійснювати із застосуванням приладів хронометражу часу роботи і простоїв, витрат часу на відновлення працездатності, визначення причин відмов і інші роботи на даному проміжку часу проведення дослі­джень.

Рис. 2 Закономірності в організації діагностування з можливістюпроведення ТО і ТР

В процесі виконання діагностичних робіт крім виявлення значень пара­метрів працездатності і надійності для досягнення і забезпечення високого рівня якісного стану і функціонування механізмів і вузлів машини робиться контроль техніко-експлуатаційних параметрів. Можуть вимірюватися насту­пні параметри в процесі контрольних випробувань і діагностування:

-   шлях, швидкість, прискорення ведених і провідних ланок механізму або приводу;

-   кінцеві положення ланок механізмів, розкид їх положення, позиціону­вання;

-   нерівномірність обертання або поступального переміщення ланок ме­ханізмів;

-  зусилля і моменти, що діють на ланки механізмів і приводу;

-  тиск в гідро- і пневмосистеми;

-  потужність, споживана електродвигунами;

-  момент часу подачі команд включення апаратів, муфт та приладів;

-  час початку і кінця роботи механізмів (по циклограмме);

-  температура і області зміни температурного поля;

-   параметри жорсткості і пружних деформацій окремих ланок механіз­мів;

-  рівень шуму і вібрацій при роботі механізмів;

-   спрацьовування і плавність переміщення золотників, соленоїдів і при­строїв системи управління;

-   вузли повороту і точності кулачкових, поворотно-фіксуючих механіз­мів.

При проведенні діагностування та оцінки контрольованих параметрів можливий диференційований метод визначення стану машин з урахуванням технічних і експлуатаційних даних, режимів функціонування, ступеня впливу техніко-експлуатаційних параметрів на працездатність і надійність. В резуль­таті діагностичних робіт готується інформація для проведення економічних розрахунків про витрати на виконання профілактичних і ремонтних робіт, технічного обслуговування.

При виконанні економічних розрахунків враховуються наступні крите­рії: продуктивність, ймовірність безвідмовної роботи, сумарне напрацювання, параметри точності, якісні та техніко-експлуатаційні характеристики. При проведенні розрахунків параметрів в процесі діагностування надійності дос­тупними стають методи визначення зносостійкості і міцності, методи дослі­дження інтенсивності зношування, вивчення форми і мікрошліфів зношених поверхонь, втомної міцності, умов змащення в рухомих з'єднаннях. Діагнос­тування дозволяє здійснювати із застосуванням приладів хронометражу часу роботи і простоїв, витрат часу на відновлення працездатності, визначення причин відмов і інші роботи на даному проміжку часу проведення дослі­джень.