2.3. Диагностика и техническое обслуживание Диагностика – греческое слово, означающее распознавание, определение признаков. Прежде чем приступить к ремонту автомобиля, необходимо провести его тщательную диагностику.Различают субъективную и объективную проверку

3.2. Диагностика и техническое обслуживание Система электрооборудования автомобиля состоит из источника тока и различных потребителей, обеспечивающих зажигание рабочей смеси, освещение, сигнализацию и системы управления автомобилем. Как уже было сказано ранее,

4.2. Диагностика и техническое обслуживание 4.2.1. Диагностика и техническое обслуживание сцепленияПри техническом обслуживании сцепления периодически проверяют и регулируют привод. Обслуживание начинают с проверки действия педали. Педаль по всему ходу должна двигаться

Часть III Диагностика и устранение сбоев и неполадок

51. Неорганические стекла. Техническая керамика Неорганическое стекло – химически сложные аморфные изотропные материалы, обладающие свойствами хрупкого твердого тела.Стекла состоят:1. Стеклообразователи – основа:а) Si02 – силикатное стекло, если Si02 > 99 %, то это

Современный уровень развития технологий горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий предъявляет высокие требования к надежности оборудования, а также эффективной и экономичной его работы. Надежность оборудования базируется на обязательном применении новейших средств, методов контроля и наладки горно-шахтного оборудования (ГШО) и требует комплексного подхода к решению инженерно-технических проблем.

Работоспособность ГШО (т.е. способность удовлетворять заданным техническим характеристикам в течение определенного момента времени) и восстановление его основных характеристик обеспечивается на предприятиях установленной системой технического обслуживания и ремонта (ТОиР).

Согласно ГОСТ 28.001-83 целью системы ТОиР является управление техническим состоянием изделий в течении всего срока их службы (или ресурса до списания), позволяющее обеспечить заданный высокий уровень их готовности к использованию по назначению и работоспособности в процессе эксплуатации при минимальных затратах как времени, так и средств на выполнение технического обслуживания и ремонта изделий.

Усилия системы ТОиР должны быть направлены на повышение коэффициента использования оборудования, который согласно ГОСТ 13377-75 описывается следующим уравнением:

(1.1)

где t сум – наработка в часах; t п и t то - время всех простоев, вызванное необходимостью ремонта и технического обслуживания объекта.

Логично предположить, что для того чтобы повысить K T следует увеличить наработку и уменьшить время простоев оборудования, как в ремонте, так и при техническом обслуживании. В тоже время качество проведенного технического обслуживания может уменьшить количество ремонтов, и соответственно качество проведенного ремонта влияет на продолжительность межремонтного интервала.

Обеспечение успешной работы ГШО в течение длительного периода времени требует аккуратного выбора конструкции оборудования, правильной установки, бережной эксплуатации, возможности диагностирования (наблюдения) за изменениями характеристик через определенное время, и в случае отказа, способностью полностью исследовать причину отказа и принять меры, чтобы предотвратить повторение проблемы. ГШО, которое правильно установлено, динамически сбалансировано, находится на регламентированном фундаменте с допустимой соосностью, обеспечено качественной смазкой, запускается, эксплуатируется и останавливается с требованиями ТУ, а также если эксплуатационный персонал наблюдает за отклонениями параметрических значений, обычно никогда не испытывает аварийных отказов.

Во время проведения выездного обслуживания специалисты технического сервиса компании «Балтех» не раз сталкивались с ситуацией, что часто горно-шахтное оборудование эксплуатируется не в расчетном режиме, с менее эффективным кпд, или установлено на неустойчивых опорных плитах, или работает в условиях не допустимой расцентровки валов, или, будучи смазанное на ремонтном заводе, больше не смазывается, пока не заклинит подшипники, и как следствие, по результатам вибрационного анализа очень частый дефект «ослабление опор». Согласно концепции «Надежное оборудование» (разработчик компания «Балтех», г.Санкт-Петербург) при эксплуатационных и сервисных (ремонтных) работах ГШО должен соблюдаться принцип международных систем качества P-D-C-A «ПЛАНИРУЙ-ДЕЛАЙ-ПРОВЕРЯЙ-АНАЛИЗИРУЙ». Согласно данной концепции всегда необходимо найти и проанализировать причину отказа, принять необходимые меры не только по ее локализации с помощью средств функциональной и тестовой диагностики, но и спланировать превентивные мероприятия (указ на слабые технические стороны разработчику или технологии ремонта собственного подразделения), чтобы в следующие периоды эксплуатации ГШО эта «болезнь» не повторилась. Таким образом коэффициент надежности оборудования может не только поддерживаться на уровне заложенном при проектировании разработчиком (производителем), но и повышаться за время эксплуатации машин и механизмов, что приводит к повышению эксплуатационной рентабельности. В учебном центре «Балтех» под каждый вид оборудования разработаны отдельные концептуальные программы начиная с расчета экономической целесообразности внедрения методов параметрической диагностики, подбора функциональных приборов и диагностических систем, и заканчивая поставкой с обучением на предприятии данной отрасли. Мировой опыт показывает, что существует всего несколько форм технического обслуживания. В каждой отрасли процентное соотношение отличается в зависимости от специфики и технологий.

Пять подходов к обслуживанию ГШО

Если Вы достаточно долго работаете в промышленности, то, возможно, наблюдали все различные формы технического обслуживания. Способы работы обслуживающих или ремонтных подразделенй, обычно относятся к пяти различным категориям:

1. Реактивное (реагирующее) профилактическое обслуживание (РПО);
2. Обслуживание по регламенту или планово-профилактическое обслуживание (ППР);
3. Обслуживание по фактическому техническому состоянию (ОФС);
4. Проактивное или предотвращающее обслуживание (ПАО);
5. Концепция «НадО:2010» (комбинированная концепция надежности оборудования)

Принципиальное значение конечной стоимости затрат на производство работ связанных ТОиР связано с выбором формы организации ситемы ТОиР.

• Реактивное (реагирующее) профилактическое обслуживание (РПО).

Форма технического обслуживания при которой ремонт и/или замена узла (агрегата, машины и т.д.) производится только после выхода его из строя (отказа), либо полной выработки ресурса. Данная форма технического обслуживания может быть применима только для дешевого вспомогательного оборудования при наличии его резервирования. Иногда эту форму называют «агрегатированием», т.к. меняется полностью агрегат (например насос экскаватора ЭКГ-10, или привод-электродвигатель).

Достоинством данного метода является то, что до наступления отказа оборудования не требуется вложения средств на саму систему ТОиР, недостатком – что эта «мнимая» экономия может привести к колоссальному по времени внеплановому простою оборудования вследствие его внезапного отказа и чрезмерно высокой стоимости непосредственно самого ремонта, тем более возможности ремонтного подразделения ограничены.

• Обслуживание по регламенту (ППР).

Цель проведения обслуживания по регламенту или, по-другому, планово-предупредительных работ (ППР), в исключении числа отказов оборудования путем проведения периодического профилактического технического обслуживания и плановых ремонтов.

В основе этой стратегии заложен следующий принцип: используя статистические данные истории отказов аналогичного оборудования и принципов развития определенных процессов износа отдельных его узлов в зависимости от фактической наработки, устанавливают такой срок эксплуатации оборудования, при котором вероятность безотказной работы будет достаточно высокой (например, 98%), подразумевая малую вероятность интенсивного износа и отказа оборудования. Этот срок называют межремонтным интервалом и жестко привязывают к календарному план-графику производства, с таким расчетом, чтобы проводить необходимые ППР без ущерба технологическому процессу самого производства. Считается, что дефектация определенного узла машины с целью определения необходимости его ремонта либо замены по окончании фиксированного межремонтного интервала, существенно снижает вероятность его отказа.

Однако на практике эти принципы не всегда работают. В реальных условиях строгая линейная зависимость между наработкой на отказ или сроком эксплуатации и техническим состоянием механизма существует только при наличии исключительно либо химической коррозии, либо механической эрозии и износа, либо усталостного износа.

Остаточный ресурс механизма не должен определятся только временем его эксплуатации. Бесспорно, что время эксплуатации оказывает влияние на техническое состояние механизма, но время не единственный фактор, определяющий его остаточный ресурс, а часто даже малозначительный. Каждый механизм состоит из целой гаммы допусков: проектно-конструкторских, производственно-технологических, допусков на комплектацию, допусков на пуско-наладочные, эксплуатационные и ремонтно-профилактические работы, которые также выполняются специалистами разных квалификаций. Как следствие, на практике не существует двух совершенно одинаковых механизмов и не может быть абсолютно одинаковых процессов их эксплуатации. Наиболее значимыми факторами (вопросами), оказывающие влияние на эксплуатационные характеристики промышленного оборудования являются:

• где, когда и как оборудование было изготовлено?
• при каких условиях оборудование хранилось?
• как оно транспортировалось?
• как осуществлялся его монтаж?
• при каких условиях оно эксплуатировалось?
• какова была квалификация и техническое оснащение обслуживающего персонала?
• каково было содержание и качество последовательно произведенных ремонтов?, и т.д.;

Важно всегда помнить и о том, что остаточный ресурс любого исправного механизма не обоснованно подвергшегося вмешательству сокращается по причине нарушения качества кинематических взаимосвязей в его узлах, достигнутое естественной приработкой сопрягаемых узлов и деталей в процессе эксплуатации. Это есть самый существенный недостаток системы ППР. Чем более высокотехнологичен механизм, тем больший урон ему наносят необоснованные ревизии.

Несмотря на все вышесказанное, система ППР остается наиболее популярной среди предприятий горнодобывающей промышленности. Причины этому различны:

• Практический опыт использования системы ППР показал значительное снижение эксплуатационных затрат по сравнению с системой РПО (по разным источникам от 15 до 40%).
• Система ППР хорошо развита, отработана, имеет хорошую методологическую основу и позволяет поддерживать заданный уровень исправности и работоспособности оборудования.
• Отсутствие четкого представления у руководителей предприятий о более прогрессивных системах ТОиР, усугубленная нехваткой квалифицированного персонала ремонтных служб и технического аппаратно-инструментального обеспечения для производства работ по фактическому техническому состоянию оборудования.

Однако самой важной причиной является то, что система ППР устраивает как изготовителя оборудования, так и персонал эксплуатирующей его организации.

Изготовитель (дистрибьютор), представляющий гарантию на произведенное (поставленное) им оборудование, предоставляет пакет инструкций обязывающий производить регламентированный ППР в зависимости от его наработки, тем самым страхуясь, в том числе, и от своих ошибок, что дает ему возможность отказать в гарантии, если оборудование не было подвергнуто требуемому техническому обслуживанию.

Изготовитель также имеет право отказать в гарантии, если усомниться в качестве произведенных работ. Несмотря на то, что в руководящих документах (РД) прописан перечень необходимых работ по поддержанию исправности оборудования, у предприятия-эксплуатационщика может не быть специалиста требуемой квалификации, опыта и требуемого инструмента для их проведения.

Более того, изготовитель ГШО, являясь прекрасно осведомленным о характере его эксплуатации, зачастую требует настолько идеальных условий, выполнение которых на практике весьма затруднительно или практически невозможно, невыполнение которых обязывает эксплуатационщика проводить все новый и новый ряд профилактических работ.

У ремонтного подразделения несколько иной принцип: «мы сделали то, что предписано», можно еще добавить «как смогли, и чем смогли». Очень часто никаких претензий к ним не должно, так как они действительно производят ремонт современного оборудования по ремонтной технологии отстающей на много лет. Технические аудиты компании «Балтех», проведенные на предприятиях в различных регионах России и СНГ за последние два года показали, что приборная и инструментальная база улучшается, иногда необдуманно и даже с избытком, но проблема обученных кадров и качественной технологии ремонта нет. Сервисные организации пока осуществляют в большинстве случаев только поставку запасных частей, а на импортное оборудование с большой задержкой.

К тому же система ППР весьма затратная форма технического обслуживания, так как в большинстве случаев стимулируется сдельной системой оплаты труда по принципу «больше ремонта – больше оплата». Следовательно, как непосредственные исполнители, так и их руководители заинтересованы в большем объеме ремонтных работ, что существенно затрудняет интеграцию новых подходов к системе ТОиР.

С приходом рыночной экономики и появлением собственников ситуация начинает меняться. Взвесив все «за» и «против» руководители предприятий начинают искать пути снижения эксплуатационных затрат, понимая что величина этих затрат должна быть обоснована и технически, и экономически.

• Обслуживание по фактическому состоянию (ОФС).

В 90-х гг. прошлого столетия произошел качественный скачок в развитии микропроцессорной техники, позволивший создавать аппаратные средства и программы позволяющие производить не только мониторинг технического состояния оборудования, но и осуществлять диагностику и прогнозировать тенденции его изменения. Это позволило создать качественно новую систему ТОиР – систему обслуживания по фактическому техническому состоянию.

Основная идея системы ТОиР по ОФС состоит в том, что техническое обслуживание базируется не только на зависимости сколько механизм проработал, но и с учетом его реального технического состояния, другими словами ремонту подвергаются только те узлы, которые в действительности требуют оперативного вмешательства.

Естественно возникает множество вопросов, первый из которых: «Какие параметры ГШО должны контролироваться и по каким критериям выводить в ремонт оборудование?».

Требования к контролируемым параметрам

При ревизиях механизмов определяются так называемые первичные параметры их состояния: дефекты кинематических узлов, рабочих органов, креплений и т.д. Оценка состояния проводится визуально или с использованием каких-либо инструментальных (диагностических) средств и представляется, в целом, достаточно надежной. Хотя, как уже говорилось выше, далеко не все даже важные для технического состояния механизма первичные параметры (например, динамический дисбаланс ротора, расцентровка) могут быть определены методом ревизии.

При стратегии ОФС, которая предполагает оценку технического состояния механизма без ревизии, на эксплуатационных режимах, речь, естественно, идет о контроле по вторичным параметрам и поэтому вполне логично, что эти параметры должны удовлетворять определённым требованиям. Требования к ним должны быть сформулированы следующим образом:

1. контролируемые параметры должны иметь однозначную количественную взаимосвязь с первичными параметрами технического состояния;
2. измерение параметров должно обеспечиваться по возможности простыми, портативными или стационарными техническими средствами, не требующими специальной квалификации персонала;
3. технические средства должны быть метрологически аттестованы согласно ГОСТам и методикам;
4. диапазон изменения контролируемых параметров в процессе работы механизма от состояния “отлично” до состояния “недопустимо” должен быть достаточно большим (параметр должен меняться не менее, чем в 5-10 раз согласно стандарту IORS:2010) для своевременного выявления зарождающихся дефектов и достоверного прогнозирования остаточного ресурса механизма;
5. стоимость выполнения работ по контролю вторичных параметров и время их выполнения должны быть существенно ниже, чем при ревизии механизмов;
6. достоверность контроля по вторичным параметрам должна быть не ниже 80 %;
7. параметры контроля должны быть по возможности универсальны для диагностики одинаковых дефектов однотипного оборудования или его узлов.

Изложенный перечень не является исчерпывающим и может дополняться другими требованиями в зависимости от конкретных особенностей ГШО и тех дефектов, которые в нём могут появляться, но применение требований перечисленных выше, на наш взгляд, является обязательным.

Основы технологии ОФС

Коренное отличие технологии ОФС от ППР состоит в том, что ППР основывается только на времени эксплуатации ГШО, а ОФС учитывает всю совокупность факторов, определяющих его эксплуатационный ресурс. Причём происходит это автоматически, поскольку какие бы факторы и в какой комбинации в каждом конкретном случае не воздействовали на ГШО, мы наблюдаем совокупную реакцию на эти воздействия по изменению выбранных критериев и параметров. А они, как уже говорилось выше, в силу своей высокой информативности и чувствительности обязательно отразят происходящие с оборудованием перемены. В последующем, если это необходимо, соответствующей обработкой и анализом параметров всегда можно определиться и с реальной причиной, вызывающей данные изменения: дефекты его изготовления, или монтажа, или наладки, или это процессы естественного износа узлов и деталей. При этом появляется возможность не только контролировать состояние ГШО, но и определять реальные причины происходящих изменений в каждой конкретной ситуации, а, значит и принимать вполне обоснованные решения по их устранению в дальнейшем. Это существенное достоинство технологии ОФС.

Ещё одним преимуществом технологии ОФС является то, что используемые при этом технические средства, как правило, позволяют не только производить измерения и контролировать состояние оборудования, но и обеспечивают решение задач по оперативной наладке механизмов в процессе эксплуатации. В первую очередь это касается центровки, динамической балансировки роторов, лазерной выверки геометрии ГШО. Таким образом, при технологии ОФС существенно изменяется сам цикл работ при эксплуатации оборудования. При технологии ППР эксплуатационный цикл (рис. 1), представляет собой непрерывное чередование двух фаз: РАБОТА/ТО или РЕМОНТ, при этом в любой момент цикла может вклиниться поломка механизма со всеми вытекающими последствиями.

Рис. 1 Технология обслуживания «по регламенту»

При технологии ОФС (рис.2), в составе цикла появляются совершенно новые фазы, коренным образом изменяющие саму идеологию эксплуатации ГШО.

Рис. 2 Технология обслуживания «по состоянию»

Основой такого вида ТО является техническое диагностирование (ТД) и прогнозирование состояния ГШО. С помощью средств ТД проводят непрерывный или периодический контроль параметров состояния. Прогнозирование выполняют при непрерывном контроле для определения времени, в течение которого сохранится работоспособное состояние, а при периодическом контроле – для определения момента времени следующего контроля.

Результаты диагностирования и контроля – основа для принятия решений о необходимости ТО, времени его проведения и объеме, а также о времени проведения очередного контроля технического состояния.

Схема взаимодействия показана на рисунке:

Реализация ТО по состоянию связана с затратами на диагностирование и прогнозирование, поэтому применять такой вид ТО целесообразно, когда экономические затраты не являются определяющими (оборудование первой группы надежности) или когда этот метод экономически более выгоден. Одним из условий применения метода является также преобладание у данного вида оборудования постепенных и предупреждаемых отказов над внезапными.

Необходимые условия применения ОФС:

• экономическая целесообразность;
• наличие диагностической (приборной и инструментальной) базы;
• методики определения ТС и его прогнозирования;
• наличие соответствующего программного обеспечения;
• квалифицированный (обученный) персонал;
• контролепригодность оборудования;

В практике контроля технического состояния ГШО применяют следующие системы технической диагностики и неразрушающего контроля (ТД и НК):

Ключевым вопросом эффективности применения ТО по состоянию является задача выбора стратегии диагностирования и назначении допустимых уровней и параметров. Существуют несколько вариантов стратегии, зависящие от особенностей поведения параметров оборудования, возможности прогнозирования и применяемых систем ТД и НК.

Важным элементом системы ТО по состоянию является служба технической диагностики или надежности оборудования (НадО:2010). В ее задачи входит выполнение плановых обследований оборудования, заявок на внеплановое диагностирование, участие в приемке оборудования из ремонта (выходной контроль), а также выдача рекомендаций по предотвращению дальнейших отказов по результатам проведенного анализа. Необходимо обеспечить достаточный статус службы, весомость ее рекомендаций для всех технических руководителей данного предприятия. Сотрудники службы должны быть обучены применению средствам диагностики и выявлению достоверных результатов по международному стандарту IORS:2010 (Надежные стандарты, надежность организации).

Прогнозирование технического состояния (ТС) является наиболее эффективным методом повышения эксплуатационной надежности ГШО путем своевременного проведения мероприятий по ТОиР. Прогнозирование позволяет предупреждать как постепенные отказы, так и внезапные. Обычно в практических применениях прогнозирования ТС некоторого объекта выполняют одновременно два прогноза. На короткий интервал времени в оперативных целях планирования использования по назначению, до нескольких дней, а также на интервал от недели до нескольких месяцев с целью планирования технического обслуживания и ремонта.

Прогнозирование представляет собой процесс определения технического состояния объекта на предстоящий интервал времени и оно основано на применении методов экстраполяции явлений на будущее время по известным результатам наблюдений ТС ГШО за предыдущий период.

Прогнозируемыми параметрами могут быть:

• эксплуатационные параметры, измеряемые штатными приборами автоматической системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), при этом применяется функциональная диагностика без вывода оборудования из эксплуатации;
• параметры технического состояния, измеряемые переносными приборами с остановкой оборудования и/или частичной разборкой ГШО.

В зависимости от используемого математического аппарата различают следующие основные направления прогнозирования:

• экспертные оценки , когда мнения экспертов о будущем состоянии оборудования собирают путем опроса или анкетирования, обрабатывают и получают прогноз.
• аналитическое , когда в результате прогнозирования определяется величина контролируемого параметра (параметров), характеризующего ТС ГШО во времени;
• вероятностное , когда в результате прогнозирования определяется вероятность выхода (невыхода) параметра (параметров) ТС за допустимые пределы;
• статистическая классификация (распознавание образов), когда в результате прогнозирования определяется класс диагностируемого объекта по критерию работоспособности.

На практике исходными данными для проведения прогнозирования по любому из методов является история измерения параметров во времени. Если интервалы между измерениями равны, то такой ряд измерений называют временным. Некоторые методы прогнозирования требуют, чтобы ряд был именно временным – без пропусков значений с одинаковыми интервалами времени.

Большинство факторов, влияющих на надежность ГШО, являются случайными, поэтому многие параметры надежности носят вероятностный характер и для их определения используется математический аппарат теории вероятностей и математической статистики.

Выполняемые работы:

• Сбор данных по имеющейся инфраструктуре средств ТД и НК, состоянии нормативной базы, производственной культуры предприятия;
• Анализ экономической целесообразности применения метода для групп оборудования А, В;
• Рекомендации по выбору параметров ТОиР по состоянию:
  1. Номенклатура обследуемого оборудования;
  2. Периодичность контроля;
• Организационное обеспечение, создание или реорганизация службы НадО:2010;
• Выбор средств ТД и НК, методов прогнозирования технического состояния ГШО;
• Реализация технологии ТО по состоянию с применением средств ТД и НК в АСУ;
• Анализ результатов применения рекомендаций, корректировка (6-12 месяцев).

Параллельно с работой ГШО с определенной периодичностью (обычно достаточно это сделать 1 раз в месяц) осуществляется контроль текущего технического состояния механизма по измерению соответствующих параметров. Анализ этих параметров во времени позволяет отслеживать реальную динамику происходящих изменений и обоснованно прогнозировать сроки и содержание наладочных работ, ТО и ремонтов. Введение операций контроля и, при необходимости, наладки, позволяет существенно улучшать качественное состояние механизмов после прохождения ремонта.

При этом необходимо понимать, что проведение любого, даже капитального ремонта ГШО, ни в коей мере не гарантирует, что все проблемы решены и его можно смело эксплуатировать без всяких ограничений. Только послеремонтный (выходной) контроль даёт объективную картину о действительном состоянии механизма. После ремонта виброактивность механизма может действительно существенно снизиться, но также может не измениться или даже возрасти. Специалистами компании «Балтех» были выработаны практические критерии по выходному контролю. Было выявлено, что если вибрация по результатом спектрального анализа в течение 48 часов после ремонта ГШО не увеличилась более чем на 2 дБ или понизилась относительно первого контурного обследования, то оборудование пройдет нормальный период приработки и будет долго работать. Естественно, что причина может быть в качестве ремонта (дефектные узлы, плохой монтаж и т. д.), но очень часто такое происходит и тогда, когда никаких претензий по ремонту нет. И в этом нет ничего мистического или необъяснимого. Дело в том, что любой механизм, например небольшой насос, на самом деле в динамике (т.е. при работе) представляет собой сложную колебательную систему, поведение которой зависит от множества факторов (например, гидродинамики). Поэтому послеремонтный (выходной) контроль и, при необходимости, наладка, являются важнейшей фазой технологии ОФС, гарантирующей продление эксплуатационного ресурса оборудования.

Ещё одно достоинство технологии ОФС состоит в том, что в настоящее время в большинстве случаев производители измерительной аппаратуры предлагают предприятиям горнодобывающей и горноперерабатывающей отрасли не только измерительные приборы, методики, но и соответствующее программное обеспечение по автоматизированному ведению компьютерных баз данных измерений, что существенно упрощает процедуру анализа, ведения баз данных и расширяет возможности пользователя по достоверному прогнозированию остаточного ресурса ГШО, сроков и объемов технического обслуживания и ремонта.

Итак, в чём же основные достоинства технологии ОФС?

Достоинства технологии ОФС

Переход на технологию обслуживания ГШО «по состоянию» позволяет:

• контролировать реальное текущее техническое состояние оборудования и качество их ремонта;
• уменьшить финансовые и трудовые затраты при эксплуатации оборудования;
• продлить межремонтный период и срок службы механизмов;
• сократить потребность в запасных частях, материалах и оборудовании;
• избавиться от «внезапных» поломок механизмов и остановок производства;
• планировать сроки и содержание технического обслуживания и ремонта;
• повысить общую культуру производства и квалификацию персонала.

В заключение этой части статьи хотелось бы ещё раз предостеречь руководителей предприятий от догматизма как в отношении технологии ППР, так и в отношении технологии ОФС. Реально, на практике технология ОФС всегда представляет собой комплексную технологию, включающую в себя как элементы контроля, диагностики и наладки по вторичным параметрам, так и процедуры ревизий и обслуживания «по регламенту». Особенно важно понимание всех руководителей технических подразделений, что нельзя перейти на «модное» в последние годы ОФС за короткий срок без оснащенных и квалифицированных кадров, имеющих большой опыт работы по системе ППР.

• Проактивное или предотвращающее обслуживание (ПАО)

Эта форма технического обслуживания использует все методы прогнозирующего и профилактического обслуживания, оговоренные выше, совместно с анализом коренных причин отказа, чтобы не только обнаруживать и точно определять возникающие проблемы, но и гарантировать, что выполнена надлежащая установка и проведены наилучшие методы ремонта, включая потенциальное повышение надежности или изменение конструкции оборудования, чтобы избежать или устранить повторение проблемы (например, плазмонапыление шеек валов и отдельных деталей, использование гидрогаек, съемников и индукционных нагревателей подшипников). Проведенные исследования показали, что затраты при таком способе работы составляют приблизительно 240руб на 1КВт в год. Преимущества данного подхода в том, что он прекрасно работает, если персонал имеет достаточно знаний, навыков, и времени, чтобы выполнять все заданные действия. Как и в программе, основанной на прогнозирующем обслуживании (ОФС), ремонт оборудования может быть намечен поэтапно, но при этом дополнительные мероприятия должны быть сделаны, чтобы обеспечить усовершенствования для снижения или устранения повторного появления потенциальных проблем. Итак, ремонт ГШО может быть намечен постепенным способом, и это дает Вам некоторое время на выполнение мероприятий по закупке материалов, необходимых для ремонта, что уменьшает потребность в большом количестве запасных частей. Так как техническое обслуживание и ремонт выполняется только когда это необходимо, и проведены меры для полного исследования причин отказа, а затем определены способы повышения надежности машин на основании проведенного анализа причин, то может иметь место существенное увеличение экономической эффективности и производительности ГШО. В мировой практике технического обслуживания это самая распространенная форма ТОиР, к сожалению нам известны небольшая часть российских предприятий, работающих по данной концепции. В основном это предприятия с иностранным капиталом и системой управления.

Этот метод требует очень хорошо подготовленные кадры в профилактических, прогнозирующих, и предотвращающих (проактивных) стилях обслуживания, или привлечения на эти работы высококвалифицированных подрядчиков (субподрядчиков), которые тесно работают с обслуживающим персоналом в стадии анализа коренных причин отказа, а затем оказывают помощь в ремонте и планируют (проектируют) изменения.

Для проведения таких работ обязательно требуется наличие приборов и систем ТД и НК и должным образом обученный персонал. Если организация работает в стиле обслуживания по отказу (реагирующее) или планово-предупредителного ремонта, управление производства и обслуживания должно перестраиваться на новые стратегии, что может быть проблематично, если отдел технического обслуживания (НадО:2010) не оснащается необходимым оборудованием, не проводится практическое внутреннее и внешнее обучение персонала для понимания новых методов, не регламентируется время необходимое для сбора данных, или не разрешается остановка оборудования, когда проблема идентифицирована, не определены процессы и процедуры для проведения анализа отказов оборудования, а также не проводиться модификация отдельных узлов для увеличения надежности всей машины в целом.

Рис.3 Соотношение использования различных форм ТО на передовом и типичном предприятии

Как показывает практика, не существует ни одного предприятия в чистом виде использующего только одну из представленных стратегий управления системой ТОиР. Более того, переход от системы ППР к системе ОФС сопряженный с перестроением всей структуры ТОиР, во многих случаях приводит к обратному эффекту – обратному «скатыванию» на ППР. Причина этого в несогласованности планирования действий отдельных подразделений предприятия, нехватке специально подготовленного персонала и слабом техническом оснащении ремонтных служб.

Сам переход на передовые формы ТО (ОФС и ПАО) невозможен без постановки грамотной службы технической диагностики. Неверно также утверждение, что идея ОФС состоит в устранении отказов оборудования путем выявления имеющихся или развивающихся дефектов только по совокупности виброакустических характеристик. Системы ОФС и ПАО должны базироваться на обязательном использовании целого ряда методов технической диагностики и распознавания технических состояний, которые в сочетании позволяют определить весь спектр дефектов, возникающих в технологическом оборудовании предприятия. Концепция «Надежное оборудование» это концептуальный подход к постановке эффективной системы технического обслуживания и ремонта промышленного оборудования базирующийся на глубоком исследовании, как физических причин его аварийных отказов, так и выявлении пробелов в организационной структуре. Разработанный алгоритм решения проблемы повышения надежности оборудования позволяет гарантировать экономически эффективные результаты, связанные с корректным переходом на концептуальное обслуживание, подходящее данному предприятию.

• Концепция «НадО:2010» (комбинированная концепция надежности оборудования).

После проведенного анализа ТО понятно, что в зависимости от отрасли и специфики предприятия должны использовать в совокупности все формы ТО в разных пропорциях и только в этом случае будет достигнут максимальный экономический эффект. Ниже приведен практический пример первого этапа технического аудита, проведенного на одном из горно-обогатительных комбинатов на Северо-Западе России специалистами компании «Балтех».

За 100% взято 100 единиц динамического оборудования. После аудита было выявлено, что даже новое оборудование, установленное силами РМЗ имеет пониженный начальный коэффициент надежности из-за неправильного проектного технического задания, неправильной транспортировки, плохих и продолжительных условий складского хранения и низкого уровня монтажных работ вентиляционных агрегатов на несоответствующий нормам СНиП фундамент.

Основные этапы концепции

Данная концепция состоит из 6 основных этапов. Каждый из перечисленных ниже этапов основан на решении задач предыдущего уровня с целью наиболее полной его проработки.

Этап 1. Выявление проблемы

Определение проблемы повышения надежности оборудования является основополагающим этапом ее решения. Глубина подхода на данном этапе определяет экономический эффект от внедрения настоящей программы.

Индивидуальный подход к решению проблемы определяется набором инструментов, используемого для ее выявления и исследуемых ключевых моментов.

В качестве инструментов может быть использована комплексная оценка положения проведенная подготовленными техническими аудиторами собственной группы надежности (отдел ТД и НК), либо оценка, проведенная специалистами компании «Балтех».

В качестве исследуемых ключевых моментов может быть произведен профессиональный аудит:

• общего технического состояния оборудования;
• анализ повторяющихся отказов/сбоев работоспособности оборудования;
• уровня технологии средств используемого для технического обслуживания оборудования;
• уровня квалификации штатного персонала или уровень подрядной организации;
• вида используемого на предприятии технического обслуживания
• особых моментов используемого вида технического обслуживания;
• уровня общей эффективности предприятия, включая производительность оборудования, затраты на закупку запчастей и техническое обслуживание;
• общего уровня производственной культуры и наличие системы качества;
• система закупки, транспортировки и складского хранения оборудования и др.

Этап 2. Разбиение проблемы на составляющие

После выявления степени и величины суммарной проблемы повышения надежности оборудования следует произвести разбивку на ее составляющие. Определение составляющих общей проблемы проводится по каждому из исследуемых ключевых моментов.

Результатом данного этапа должно быть выявление слабых мест структуры предприятия в целом (например документирование и паспортизация).

Этап 3. Определение стратегии и план решения проблемы

Стратегия решения проблемы повышения надежности оборудования определяет степень и уровень локализации опасных моментов. Она может быть частичная (удаление только наиболее проблемных аспектов), либо полная (комплексная).

Важно определить что подлежит корректировке: причина или следствие проблемы и/или что устранять в первую очередь.

Стратегия и план решения проблемы определяется предприятием на основе предложения аудиторов отдела ТД и НК.

Этап 4. Выбор надежных средств технических решений и разработка программы повышения квалификации специалистов

Выбор средств технических решений определяется целесообразностью их использования на основе расчета экономического эффекта от их внедрения. При расчете необходимо руководствоваться выбранными критериями и требованиями к уровню надежности 1R, 2R или 3R. Выбор средств технических решений определяется предприятием на основе предложений опытных технических специалистов данного предприятия и концепции, разработанной группой технических аудиторов. Разработка внутреннего стандарта надежности и сертификация по стандарту IORS:2010 должны проходить (рекомендация) на основе процесного подхода 3R (ответственные и полномочия, политика надежности и ресурсы, и др.).

Этап 5. Комплексное решение проблемы

На основе 3 и 4 этапов программы формируется комплексное решение проблемы повышения надежности оборудования. Если предприятие сертифицировано по системе менеджмента качества, то менеджерам отвечающим за качество продукции необходимо сделать коррекцию во внутреннем руководстве по качеству с учетом требований технического подразделения (например: отдела главного механика или главного энергетика).

Внедрение комплексного решения или сертификация по стандарту IORS:2010 происходит при помощи аттестованных по IORS:2010 внутренних или внешних аудиторов.

Этап 6. Контроль результатов внедрения программы

Процесс оценки уровня надежности оборудования, корректировка и внедрение улучшений должно происходить с утвержденной периодичностью не зависимо от достижения поставленного уровня надежности.

Удовлетворенность потребителя (внутренний потребитель оборудования – это технологи) от внедрения программы должно иметь самую важную роль, именно поэтому очень важен контроль, анализ и улучшение результатов по повышению надежности оборудования.

Вся концепция должна внедряться в соответствии с требованиями технического надзора в области экспертизы промышленной безопасности опасных производственных объектов в горнорудной и угольной промышленности, диагностике горно-транспортного, горно-шахтного и обогатительного оборудования.

За основу как мы видим должен быть взят коллектив отдела ТД и НК. Давайте рассмотрим эти понятия подробнее.

Техническая диагностика - это установление и изучение признаков, характеризующих наличие дефектов в машинах (узлах), для предсказания возможных отклонений в режимах их работы. Из определения видно, что процедура изучения (анализа) признаков дефектов должна документироваться всегда. Далее определим основные задачи ТД и основные направления необходимых работ НК и обеспечения надежности.

Основными задачами технической диагностики являются:

• Повышение уровня безопасности оборудования
• Обеспечение надежности работы оборудования
• Сокращение длительности вынужденных (аварийных) простоев
• Сокращение времени ремонтов
• Увеличение межремонтного интервала
• Повышение качества ремонта
• Оптимизация технологического процесса
• Удешевление ремонта (исключение замены исправных деталей, выявление причин дефекта)

Основные направления для определения и изучения признаков, характеризующих проявление и развитие дефектов в узлах и агрегатах машин для предсказания возможных отклонений от нормальных режимов работы методами ТД и НК

Опираясь на основные достижения средств ТД и НК необходимо провести оптимизацию контролируемых параметров по нескольким критериям (например все диагностические и ремонтные данные хранятся в компьютеризированной системе управления системы ТОиР). Надо определить необходимые и достаточные условия по выбору аппаратных средств функциональной и тестовой диагностики в зависимости от выбранных методов прогноза технического состояния ГШО, а также инструментов и форм документов удобных для анализа (например, приборы центровки, динамической балансировки, виброанализаторы, пирометры, тепловизоры, индукционные нагреватели, стенд входного контроля подшипников качения, съемники, стационарные системы контроля работают по регламенту единой автоматизированной базы данных). Необходимо определить пороги для конфигурации глубины развивающих дефектов и установить величину опасной зоны. При этом необходимо понимать различие между мониторингом и диагностикой не зависимо каким видом систем вы будете пользоваться (переносные, стендовые или стационарные).

• сравнение диагностических параметров с пороговыми значениями
• прогноз изменений диагностических параметров

ДИАГНОСТИКА - выявление причин и условий, вызывающих неисправности, и принятие обоснованных решений по их устранению.

• определение вида и величины каждого дефекта
• сравнение величины дефекта с пороговыми значениями
• прогноз развития (выявление остаточного ресурса)

В зависимости от состояния оборудования: нерабочее, частично рабочее (эксплуатация только на нагрузках ниже номинальных) и рабочее, утверждают этапы и виды измерений.

Этапы проведения диагностических измерений

• После монтажа или ремонта;
• После завершения приработки или в процессе эксплуатации;
• После нарушения технологического режима;
• Перед остановкой на ремонт.

Виды диагностических измерений

Диагностические измерения и исследования оборудования можно условно разделить на два вида:

1. Контрольные измерения:
   • текущее,
   • полное,
2. Специальные измерения

На сегодняшний момент одним из основных регламентирующих международных стандартов принятым Росстандартом для определения критериев оценки диагностического (вибрационного) состояния машин и механизмов различных типов является ИСО ГОСТ-10816. Настоящий стандарт является базовым документом для разработки руководств по измерению и оценке вибрации машин. Критерии оценки для машин конкретных типов должны быть установлены в соответствующих отдельных стандартах. В таблице 1 приведены только временные, примерные критерии, которыми можно пользоваться при отсутствии подходящих нормативных документов. По ней можно определить верхние границы зон от А до С (см. 5.3.1), выраженные в средних квадратических значениях виброскорости vrms , мм/с, для машин различных классов:

• Класс 1 - Отдельные части двигателей и машин, соединенные с агрегатом и работающие в обычном для них режиме (серийные электрические моторы мощностью до 15 кВт являются типичными машинами этой категории).
• Класс 2 - Машины средней величины (типовые электромоторы мощностью от 15 до 875 кВт)безспециальных фундаментов, жестко установленные двигатели или машины (до 300 кВт) на специальных фундаментах.
• Класс 3 - Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися массами, уста­новленные на массивных фундаментах, относительно жестких в направлении измерения вибрации.
• Класс 4 - Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися массами, уста­новленные на фундаменты, относительно податливые в направлении измерения вибрации (например, турбогенераторы и газовые турбины с выходной мощностью более 10 МВт).

Таблица 1. Примерные границы зон для машин различных классов

Ниже приведены некоторые практические примеры необходимого диагностического оборудования ТД и НК, а также виды представления отчетной информации.

Рис.4 Лазерная система центровки расчитала допустимые значения по несоосности

Рис.5 Термограмма (плохой контакт одной из фаз)

Рис.6 Стенд входного контроля подшипников качения с примером ПО ведения базы данных диагностических признаков дефектации.

Рис.7 Основные причины повышенной вибрации машин

Подводя итоги вышесказанному нельзя не обратить внимание на статистику основных причин повышенной вибрации машин. Из гистограммы на рис.7 видно, что несоосность ГШО, неточности геометрии машин (паралельность, перпендикулярность валов и направляющих), дисбаланс роторов в большинстве случаев может в совокупности достигать 80%. Результаты 10 летней работы проведения диагностических исследований нашими специалистами показал, что данное правило работает независимо от того на каком этапе жизненного цикла находится машинное оборудование (на этапе приработке, этапе работоспособности или этапе развития дефектов).

Очень приятно, что во всех отраслях промышленности работают основные три ключевых фактора определяющих общий успех предприятия:

• общее понимание необходимости процесса преобразований руководителями (постановка задачи и выбор варианта решения технических задач);
• стремление к внедрению новых прогрессивных технологий и современных аппаратных средств;
• желание поддерживать процессы внедрения новых технологий и качественно новой культуры технического обслуживания оборудования и работы в целом.

Хочется пожелать благополучного развития всем отраслевым предприятиям, которое стало возможным благодаря экономическому росту экономики России в последние несколько лет.

Процесс определения технического состояния объекта в результате поиска и обнаружения дефектов с указанием при необходимости места, вида и причины дефектов называется техническим диагностированием. Традиционное определение технического состояния объекта предполагает остановку и разборку оборудования. Это связано со значительными затратами времени и средств, а также с нарушением сопряжений деталей, что резко увеличивает износ сопряжения и снижает долговечность.

Обнаружение дефекта обычно производится с помощью штатных контрольно-измерительных приборов и особых (диагностических) технических средств и базируется на контроле и (или) особых испытаниях (тестах). Применение средств технического диагностирования, позволяющих определить техническое состояние объекта и его остаточный ресурс без разборки на детали, а возможно, и без выключения из работы, по параметрам, как рабочих процессов, так и сопутствующих работе, может повысить эффективность эксплуатации объекта в результате снижения затрат ресурсов на техническое обслуживание и ремонт вследствие сокращения объема работ, количества расходуемых запасных частей и материалов, повышения уровней надежности, поскольку нет периодически проводимых сборочно-разборочных операций, снижающих долговечность объекта, и безопасности.

Типовая структура системы технического диагностирования (т. е. совокупности технических средств и объекта диагностирования, а иногда и исполнителей) в простейшем варианте включает: диагностические датчики, воспринимающие диагностическую информацию от объекта; преобразователи, которые преобразуют сигналы от датчиков в унифицированный вид, удобный для обработки; устройства обработки информации и устройства вывода информации.

Системы диагностирования подразделяют: по степени общности даваемой информации - на локальную и общую; по характеру взаимодействия с объектом - на тестовую и функциональную. Локальное диагностирование служит для оценки технического состояния отдельных узлов и деталей, а общее диагностирование - главным образом объекта в целом. Тестовая система формирует воздействие, подаваемое на проверяемый объект с целью получить от него ответную информацию. Функциональная система регистрирует информацию о состоянии объекта в процессе его функционирования. Системы диагностирования предназначаются для решения следующих задач: проверка исправности, работоспособности и функционирования; поиск дефектов.

Системы технического диагностирования применяют при техническом обслуживании, т. е. при использовании по назначению, перед и после использования; а также при ремонте, перед ремонтом для уточнения объема работ и после ремонта для оценки качества.

Работа холодильных объектов обычно сопровождается сопутствующими процессами (теплообменом, массообменом, вибрацией и др.), параметры которых отражают техническое состояние объекта и содержат необходимую для диагностирования информацию. Такие параметры называют диагностическими параметрами; они являются физическими величинами и могут быть непосредственно измерены на работающем или неработающем объекте. Например, компрессор как объект диагностирования можно представить в виде комплекса узлов и деталей, состояние которых отражается диагностическими параметрами: режима работы (температура, давление); функционирования (холодопроизводительность, расход масла и электроэнергии); сопутствующих процессов (характеристики виброакустических сигналов, массовая доля примесей в масле); геометрическими (размер, зазор, биение).

Характеристики виброакустических сигналов (спектр, энергия, функция временного развития), отражающие ударные взаимодействия в кинематических нарах поршневых компрессоров небольшой холодопроизводительности, являются основой системы диагностики, посредством которых определяют зарождающиеся дефекты, текущие зазоры, предельно допустимые износы. Состояние сред, контактирующих с объектом, также дает определенную информацию. Например, смазочное масло всегда содержит частицы материала трущихся поверхностей. Их массовая доля характеризует интенсивность изнашивания поверхностей. Так, использование метода спектрального анализа проб смазочного масла позволяет выявить концентрацию всех металлов, присутствующих в масле, и определить скорость изнашивания даже отдельных сопряжений, если они изготовлены из различных материалов. Присутствие хладагента в воздухе помещения, хладоносителе, охлаждающей воде свидетельствует о наличии течей. Методы высокочастотной акустики применяют для определения трещин в стенках аппаратов, трубопроводов, кавитации в насосах, течей в соединениях.

Закономерности изменения диагностических параметров во времени, как правило, аналогичны закономерностям изменения параметров технического состояния объектов. В процессе работы диагностические параметры изменяются от начального значения до предельно допустимого за некую наработку. Измеряя текущее значение диагностического параметра и сравнивая его с признаками эталонного состояния объекта, можно установить техническое состояние объекта в данный момент и прогнозировать его последующее состояние. Номенклатуру диагностических параметров, допустимые и предельные значения, по которым определяют и прогнозируют техническое состояние объектов, устанавливают заводы-изготовители и указывают в НТД. Обычно для диагностического заключения требуется анализировать большое количество диагностических параметров. Поэтому для сложных объектов создают автоматизированные системы диагностики, выполняемые на базе ЭВМ.

В общем случае для создания автоматизированной системы технического диагностирования необходимо решить следующие взаимосвязанные задачи. Разработать математическую модель функционирования объекта диагностирования, позволяющую проверять работоспособность и правильность функционирования по совокупности диагностических параметров. Создать математическую модель повреждений и отказов, дающую возможность обнаруживать повреждения и отказы, выявлять причины их возникновения. Построить алгоритмы диагностирования, что достигается выбором такой совокупности элементарных проверок, по результатам которых можно: в задачах обнаружения повреждений и отказов отличить исправное или работоспособное состояние либо состояние правильного функционирования от его неисправных состояний, а в задачах поиска повреждений и отказов различать неисправные и неработоспособные состояния между собой.

Для решения перечисленных задач применяют различные математические модели. Так, при создании моделей, позволяющих проверять работоспособность и правильность функционирования, используют системы линейных и нелинейных уравнений. Для построения моделей повреждений и отказов используют топологические модели в виде деревьев отказов и графов причинно-следственных связей между техническими состояниями и диагностическими параметрами. Модели объектов диагностирования являются основой для построения алгоритмов диагностирования. Построение алгоритмов диагностирования состоит в выборе такой совокупности проверок, по результатам которых можно отличить исправное, работоспособное состояние или состояние функционирования от им противоположных состояний, а также различать виды дефектов между собой. С техническим диагностированием связана задача прогнозирования технического ресурса объекта. Алгоритм технического диагностирования служит основой для создания автоматизированной системы технической диагностики.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

1. Диагностика - основа обслуживания машин по их фактическому техническому состоянию

Одной из наиболее важных и актуальных проблем современности является повышение качества и надежности механизмов, машин и оборудования в любой отрасли промышленности. Это вызвано постоянным ростом энерговооруженности современных предприятий, заводов, комбинатов, тепловых и атомных станций, морского, воздушного, железнодорожного и других видов транспорта и т.д., оснащением их сложной техникой, внедрением автоматизированных систем обслуживания и управления.

Известны традиционные пути увеличения надежности и ресурса, такие как оптимизация систем, совершенствование конструкции и технологии изготовления отдельных элементов, резервирование механизмов, машин и оборудования, увеличение коэффициента запаса (работа не на полную мощность, не на номинальном режиме и т.п.).

Эти пути наиболее эффективны для систем ограниченной мощности, таких как информационные системы, системы автоматического управления и связи и т.п. Перспективы указанных направлений связаны, в первую очередь, с высокими темпами развития элементной базы подобных систем, ее миниатюризацией и высокой степенью интеграции.

Однако во многих областях промышленности конструкция и технология изготовления отдельных узлов механизмов, машин, оборудования претерпели в течение последних десятилетий незначительные изменения, которые не привели к существенному повышению их надежности и ресурса. В то же время высокая степень резервации механизмов и введение коэффициентов запаса часто невозможны из-за ограничений по массе и габаритам. Поэтому потребовалось изыскание новых путей для решения проблемы повышения надежности и ресурса.

До недавнего времени машины и оборудование, в том числе и на промышленных предприятиях, либо эксплуатировались до выхода их из строя, либо обслуживались по регламенту, т.е. осуществлялось планово-профилактическое техническое обслуживание.

В первом случае эксплуатация оборудования до выхода из строя возможна при использовании недорогих машин и при дублировании важных участков технологического процесса.

Более широкое распространение в настоящее время получило обслуживание по регламенту, т.е. планово-профилактическое техническое обслуживание, что обусловлено невозможностью или нецелесообразностью дублирования и большими потерями при непредусмотренных остановках машин или оборудования. этом случае техническое обслуживание проводится с фиксированными интервалами времени.

Эти интервалы часто определяются статистически как период с момента начала работы нового или прошедшего полное техническое обслуживание исправного машинного оборудования до момента, когда ожидается, что не более 2% машинного парка выйдет из строя. Но оказывается, что для многих машин обслуживание и ремонт по регламенту не снижает частоту выхода их из строя.

Более того, надежность работы машин и оборудования после технического обслуживания часто снижается иногда временно до момента их приработки, а иногда это снижение надежности обусловлено появлением ранее отсутствующих дефектов монтажа.

Очевидно, что увеличение эффективности, надежности и ресурса, а также обеспечение безопасной эксплуатации машин и механизмов тесно связано с необходимостью оценки их технического состояния. Это и определило формирование нового научного направления - технической диагностики, которое получило особо широкое развитие в последние десятилетия.

Техническая диагностика - это область науки и техники, изучающая и разрабатывающая методы и средства определения и прогнозирования технического состояния механизмов, машин и оборудования без их разборки.

Следует отметить, что техническое состояние механизмов, машин и оборудования в определенной степени оценивали и раньше. Это были измерительные приборы, системы контроля. Однако ограниченная информация о машинах и механизмах далеко не всегда позволяла выявить причины их отказов и, тем более, обнаружить дефект в объекте, который непосредственно не сказывался на его функционировании, но повышал вероятность отказа и, следовательно, снижал надежность и ресурс таких машин и механизмов.

В существующих системах управления, регулирования, контроля и диагностики эксплуатируемого оборудования основной особенностью является то, что операции контроля и защиты обычно автоматизированы, а решение задач диагностики до недавнего времени возлагалось на оператора или ремонтную бригаду.

В этом случае решение задач диагностики усложнялось по следующим причинам: большой объем обрабатываемой информации, необходимость логического анализа сложных взаимосвязанных процессов, быстротечность рабочих процессов, опасность запоздалой или ошибочной оценки технического состояния.

Создание автоматизированных средств диагностики вывело техническую диагностику на еще более высокую ступень. В настоящее время успехи развития таких областей науки, как теории распознавания и контролеспособности, которые являются составной частью технической диагностики, создали предпосылки, для того чтобы создание и совершенствование методов и средств технической диагностики, в особенности автоматизированных, стали наиболее эффективным путем увеличения надежности и ресурса машин и оборудования.

Использование методов и средств технической диагностики позволяет значительно уменьшить трудоемкость и время ремонта и таким образом снизить эксплуатационные расходы. Следует отметить, что эксплуатационные расходы превышают расходы изготовления в несколько раз. Это превышение составляет, например, для самолетов в 5 раз, для автотранспорта в 7 раз, для станков в 8 раз и более.

Если учесть, что за время эксплуатации механизм подвергается нескольким десяткам профилактических осмотров с частичной разборкой, до 10 вынужденных и плановых средних ремонтов и до 3 капитальных ремонтов, можно оценить, какой экономический эффект будет получен за счет внедрения средств технической диагностики.

По данным международной конфедерации по измерительной технике и приборостроению IМЕСО, только за счет внедрения средств диагностики, например для энергетических установок, сокращаются трудоемкость и время ремонта более чем на 40%, уменьшается расход топлива на 4% и увеличивается коэффициент технического использования оборудования на 12%.

Значительный экономический эффект достигается при переходе с обслуживания и ремонта по регламенту на ремонт и обслуживание по фактическому состоянию. Так, обслуживание роторных машин одного из химических комбинатов по техническому состоянию позволило снизить общее число проводимых техобслуживаний и ремонтов с 274 до 14.

На нефтеперерабатывающем комбинате затраты на проведение технического обслуживания электродвигателей снизилось на 75%. На бумажной фабрике экономия в течение первого года составила не менее $250000, что в десять раз перекрыло расходы предприятия на закупку аппаратуры для мониторинга механических колебаний.

На атомной электростанции в течение одного года были достигнуты экономия в $3 миллиона США за счет снижения затрат на проведение технического обслуживания и дополнительное увеличение доходов в размере $19 миллионов США за счет сокращения простоев.

Эти данные получены фирмой "Брюль и Къер" при внедрении систем мониторинга состояния машинного оборудования. Следует отметить, что самые современные средства технической диагностики, особенно автоматизированные, представляют собой новое поколение еще более эффективных систем, не требующих специальной подготовки обслуживающего персонала, что позволяет получить гораздо больший экономический эффект.

Повышенное внимание, уделяемое средствам технической диагностики специалистами по изготовлению и эксплуатации машин, механизмов и оборудования во многих отраслях промышленности, объясняется тем, что внедрение таких средств позволяет:

предупреждать аварии,

повышать безотказность машин и оборудования,

увеличивать их долговечность, надежность и ресурс,

повышать производительность и объем производства,

прогнозировать остаточный ресурс,

снижать затраты времени на ремонтные работы,

сокращать эксплуатационные затраты,

уменьшать количество обслуживающего персонала,

оптимизировать количество запасных деталей,

снижать затраты на страхование.

Таким образом, безопасная эксплуатация, повышение надежности и значительное увеличение ресурса машин, механизмов и оборудования невозможны в настоящее время без широкого применения методов и средств технической диагностики. Внедрение средств технической диагностики позволяет отказаться от обслуживания и ремонта по регламенту и перейти к прогрессивному принципу обслуживания и ремонта по фактическому состоянию, что дает значительный экономический эффект.

В развитии средств оценки технического состояния машин и оборудования можно выделить 4 основных этапа:

контроль измеряемых параметров,|

мониторинг контролируемых параметров,

диагностика машин и оборудования,

прогноз изменения их технического состояния.

При контроле машин и оборудования достаточно информации о величинах измеряемых параметров и зонах их допустимых отклонений. При мониторинге контролируемых параметров необходима дополнительная информация о тенденциях изменения измеряемых параметров во времени. Еще больший объем информации требуется при диагностике машин и оборудования: определить место возникновения дефекта, идентифицировать его вид и оценить степень его развития. И наиболее сложной задачей является прогноз изменения технического состояния, позволяющий определить остаточный ресурс или период безаварийной работы.

В "Настоящее время под термином «мониторинг технического состояния» понимается весь комплекс процедур оценки состояния машин или оборудования:

*защита от внезапных поломок,

предупреждение об изменении технического состояния оборудования,

обнаружение на ранних этапах зарождающихся дефектов и определение места их появления, вида и степени развития,

прогноз изменения технического состояния оборудования.

2. Основной принцип технической диагностики

Оценка и прогноз технического состояния объекта диагностики по результатам прямых или косвенных измерений параметров состояния или диагностических параметров и составляет суть технической диагностики.

Само по себе значение параметра состояния или диагностического параметра еще не дает оценки технического состояния объекта.

Чтобы оценить состояние машины или оборудования необходимо знать не только фактические значения параметров, но и соответствующие эталонные значения.

Разность между фактическим ф и эталонным эт значениями диагностических параметров называется диагностическим симптомом.

= эт - ф

Таким образом, оценка технического состояния объекта определяется отклонением фактических значений его параметров от их эталонных значений. Следовательно, любая система технической диагностики (рис. 1) работает по принципу отклонений (принцип Солсбери).

Рис. 1. Функциональная схема технической диагностики

Погрешность, с которой оценивается величина диагностического симптома, в значительной степени определяет качество и достоверность диагноза и прогноза контролируемого объекта. Эталонное значение указывает, какую величину будет иметь соответствующий параметр у исправного хорошо отрегулированного механизма, работающего при такой же нагрузке и таких же внешних условиях.

Математическая модель объекта диагностики может быть представлена набором формул, по которым рассчитываются эталонные значения всех диагностических параметров. Каждая формула должна учитывать условия нагрузки объекта и существенные параметры внешней среды.

3. Термины и определения

Основные термины и определения технической диагностики регламентированы действующими стандартами, например, российским ГОСТом "Техническая диагностика. Основные термины и определения". Некоторые из устоявшихся терминов еще не вошли в соответствующие регламентирующие документы. Ниже приведены лишь наиболее часто употребляемые термины и определения.

Техническое состояние - совокупность свойств объекта, определяющих возможность его функционирования и подверженных изменению в процессе производства, эксплуатации и ремонта.

Работоспособный объект - объект, который может выполнять возложенные на него функции.

Зарождающийся дефект - потенциально опасное изменение состояния объекта в процессе его эксплуатации, при котором значение информативного параметра (или параметров) не вышло за пределы допусков, задаваемых в технической документации.

Дефект - изменение состояния объекта в процессе его изготовления, эксплуатации или ремонта, которое потенциально может привести к уменьшению степени его работоспособности.

Неисправность - изменение состояния объекта, приводящее к уменьшению степени его работоспособности.

Отказ - изменение состояния объекта, исключающее возможность продолжения его функционирования.

Параметры состояния - количественные характеристики свойств объекта, определяющие его работоспособность, заданные технической документации на изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Мониторинг - выполняемые без вмешательства в функционирование объекта процессы измерения, анализа и прогнозирования контролируемых параметров или характеристик объекта с отображением их во времени, сравнением с ретроспективными данными и с пороговыми значениями.

Защитный мониторинг - мониторинг, обеспечивающий в случае возникновения аварийной ситуации прекращение функционирования объекта.

Прогнозирующий мониторинг - мониторинг с прогнозом изменения контролируемых характеристик объекта на время, определяемое длительностью прогноза.

Диагностика (диагностирование) - процесс определения состояния объекта.

Тестовая диагностика - процесс определения состояния объекта по его реакции на внешнее воздействие определенного типа

Функциональная (рабочая) диагностика - процесс определения состояния объекта без нарушения режима его функционирования.

Диагностические показатели - значения параметров или характеристик объекта, совокупность которых определяет состояние объекта.

Диагностический признак - свойство объекта, качественно отражающее его состояние, в том числе и появление различных видов дефектов.

Диагностический сигнал - контролируемая характеристика объекта, используемая для выявления диагностических признаков. По диагностическому сигналу могут классифицироваться виды мониторинга и диагностики, например, тепловой или вибрационный мониторинг и диагностика.

Диагностический параметр - количественная характеристика измеряемого диагностического сигнала, входящая в совокупность показателей состояния объекта.

Диагностический симптом - это разность между фактическим и эталонным значениями диагностического параметра.

Диагностика в пространстве состояний - процесс определения состояния объекта по результатам непосредственного измерения параметров состояния.

Диагностика в пространстве признаков - процесс определения состояния объекта по результатам измерения диагностических параметров, определяющих диагностические признаки, в том числе косвенно связанные с параметрами состояния объекта.

Диагностическое правило - совокупность диагностических признаков и параметров, характеризующих появление в объекте определенного вида дефектов или неисправностей, и пороговых значений, разделяющих множества бездефектных объектов и объектов с разной величиной дефекта.

Диагностическая модель - совокупность диагностических правил по всем потенциально опасным дефектам в объекте диагностики.

Алгоритм диагностики - совокупность предписаний по выполнению определенных действий, необходимых для постановки диагноза в соответствии с конкретной диагностической моделью объекта.

Диагноз - заключение о состоянии технического объекта.

Прогноз - заключение о степени работоспособности объекта в течение прогнозируемого периода, вероятности его отказа за этот период или об остаточном ресурсе объекта.

Технические средства мониторинга - средства, предназначенные для измерения и анализа контролируемых характеристик объекта, а также для прогноза их возможных изменений.

Программное обеспечение для мониторинга - программное обеспечение для поддержки баз данных выполняемых для мониторинга измерений и/или для управления этими измерениями.

Технические средства диагностики - средства, предназначенные для измерения диагностических параметров и постановки диагноза.

Система мониторинга и диагностики - совокупность объекта, технических средств мониторинга и диагностики, а также (при необходимости) оператора и эксперта, обеспечивающая постановку диагноза и прогноза состояния объекта.

Автоматическая диагностика - процесс определения состояния объекта диагностики без участия оператора по данным измерений, выполненных техническими средствами диагностики либо с помощью оператора, либо автоматически.

Программы автоматической диагностики - программное || тспечение, позволяющее заменить эксперта персональным компьютером при решении типовых диагностических задач.

4. Разделы технической диагностики

Техническая диагностика вращающегося оборудования - это направление науки и техники, находящееся на стыке многих областей знаний. Для разработки и эксплуатации систем диагностики вращающегося оборудования необходимо иметь знания и практические навыки в таких областях, как:

теория машин и механизмов, позволяющие описать работу объекта диагностики и выбрать основные виды диагностических сигналов;

методы формирования и распространения диагностических сигналов в объекте диагностики, позволяющие оптимизировать объем диагностических измерений;

методы определения влияния дефектов на функционирование объекта диагностики и на свойства диагностических сигналов, позволяющие выбирать и оптимизировать диагностические признаки различных дефектов и неисправностей;

теория сигналов и теория информации, позволяющие получать максимум диагностической информации при минимуме измерений;

теория и техника измерений и анализа сигналов, позволяющие оптимизировать качество диагностических измерений;

теория распознавания состояний, позволяющая с максимально возможной достоверностью определять состояние объекта и идентифицировать дефекты по результатам диагностических измерений;

методы автоматизации различных процессов, позволяющие автоматизировать измерения и анализ диагностических сигналов, постановку диагноза и составление отчетных материалов;

компьютерная техника и операционные системы, позволяющие эксплуатировать современные технические средства диагностики. В технической диагностике можно выделить два взаимосвязанных и взаимопроникающих направления - теория распознавания и теория контролеспособности (рис.2).

Рис.2. Структура технической диагностики

Теория распознавания позволяет решить основную задачу технической диагностики, а именно, распознавание состояния технической системы в условиях ограниченной информации. Она изучает алгоритмы распознавания применительно к задачам диагностики, обычно это задачи классификации.

Алгоритмы распознавания часто основываются на диагностических моделях, которые устанавливают связь между состояниями технической системы и их отображениями в пространстве диагностических сигналов.

Одной из проблем распознавания являются правила принятия решений (исправен объект или не исправен), что всегда связано с риском ложной тревоги и пропуска цели.

Для решения диагностических задач, а именно, определения исправен объект или нет, целесообразно использовать методы статистических решений.

В технической диагностике кроме теории распознавания следует выделить еще одно важное направление - теорию контроле-способности. Контролеспособностью называется свойство изделия обеспечивать достоверную оценку своего технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов.

Контролеспособность обеспечивается конструкцией изделия и системой технической диагностики.

К важнейшим задачам теории контролеспособности можно отнести изучение и разработку средств и методов получения диагностической информации, автоматизированный контроль состояния, который предусматривает обработку диагностической информации и формирование управляющих сигналов, разработку алгоритмов поиска неисправностей, диагностических тестов, минимизации процесса установления диагноза и т.д.

В технической диагностике вращающегося оборудования абсолютное большинство диагностических задач решается методами виброакустической диагностики, в которой вопросы контролеспособности объекта являются наиболее сложными, а необходимые для диагностики разделы знаний в большинстве случаев не входят и дисциплины, традиционно читаемые инженерам-механикам.

Для практического освоения виброакустической диагностики, и первую очередь, необходимо изучить:

влияние дефектов на шум и вибрацию машин и механизмов,

методы и средства измерения и анализа шума и вибрации,

методы обнаружения и идентификации дефектов по сигналу вибрации и шума.

5. Основные этапы технической диагностики

Первым этапом оценки технического состояния любого объекта является определение номенклатуры дефектов, которые представляют наибольшую опасность для его функционирования и должны обнаруживаться в процессе диагностики. Для ее решения проводятся специальные исследования причин наиболее частых отказов объектов диагностики или их аналогов, а также тех изменений параметров состояния, которые измеряются в процессе предремонтной дефектации аналогичных объектов, отработавших межремонтный ресурс.

Второй этап - это определение совокупности максимально возможных параметров состояния, диагностических признаков и диагностических параметров, которые могут быть измерены для определения технического состояния объекта.

(Избыточность параметров в этой совокупности необходима для того, чтобы выбрать из всех возможных параметров те, которые наиболее доступны для измерения, имеют минимальные ошибки определения диагностических симптомов и позволяют обнаруживать дефекты на стадии их зарождения.)

Как правило, вторая задача решается на основе многочисленных опубликованных результатов исследований влияния дефектов на разные параметры состояния и диагностические параметры сигналов контролируемых объектов.

Следующий, третий этап оценки технического состояния - это оптимизация совокупности измеряемых параметров состояния и диагностических параметров. Эта совокупность должна отражать развитие всех дефектов, определяющих ресурс контролируемого узла или машины в целом. При этом желательно, чтобы каждый параметр из выбранной совокупности зависел бы преимущественно от одного вида дефекта. При выборе параметров предпочтение отдается тем, которые в значительной степени зависят от дефектов и слабо от режимов и условий работы, наиболее доступны для измерения, имеют минимальные ошибки определения диагностических симптомов и позволяют обнаруживать дефекты на стадии их зарождения.

Для оценки технического состояния объекта необходимо определять для каждого параметра не только его эталонное значение, которое характеризует состояние бездефектного объекта, но и его пороговые значения, характеризующие состояние объекта с дефектом определенной величины, т.е. определяющие допустимую величину изменения данного контролируемого параметра.

Таким образом, значение параметра состояния или диагностического параметра, соответствующее состоянию объекта с дефектом определенной величины, принято называть пороговым значением (пороговым уровнем) параметра при этом виде дефекта. Параметр состояния или диагностический параметр может иметь несколько, например, три пороговых значения, характеризующих, соответственно, зарождающийся, средний и сильный дефекты.

Эталонные значения параметров состояния и диагностических параметров могут определяться различными способами. Один из них - расчетный с использованием математической модели объекта.

Математическая модель объекта может представлять собой набор формул, по которым рассчитываются эталонные значения всех выбранных параметров для конкретного режима работы объекта с учетом конкретных внешних условий. В нее же входят и формулы, определяющие пороги допустимых значений этих же параметров при появлении тех или иных дефектов.

Еще один способ определения эталонных и пороговых значений - это определение их по результатам непосредственных измерений параметров состояния или диагностических параметров. При этом эталонные и пороговые значения могут определяться как по измерениям одних и тех же параметров группы одинаковых дефектов, работающих в одинаковых режимах и внешних условиях, так и по периодическим измерениям каждого из этих параметров у одного объекта.

Пороговые значения дефектов - это термин, который используется для определения пороговых значений величин диагностических параметров, характеризующих диагностические признаки дефекта конкретного вида. Пороговые значения дефектов также могут определяться различными способами. Один из них - расчетный с использованием математической модели объекта диагностирования, если в модель включены соответствующие формулы для расчета влияния дефектов на параметры состояния или диагностические параметры. Пороговые значения дефектов могут определяться и по результатам экспериментальной оценки эталона параметра бездефектного объекта диагностики эт и статистической величины ошибки измерения эталона, например 2 , где -| среднеквадратическое отклонение параметра. Это значение, например эт +2 и может быть принято за пороговое значение дефекта в том случае, если имеется априорная информация о диапазоне изменения величины диагностического параметра в зависимости от величины дефекта и известно, что этот диапазон в несколько раз превышает ошибку измерения эталона. Еще один способ определения пороговых значений дефектов - экспериментальное многократное моделирование дефектов в однотипных объектах диагностики со статистической оценкой величины соответствующего диагностического симптома.

В технической диагностике, как уже упоминалось, в зависимости от ошибки измерения диагностического симптома может использоваться несколько пороговых значений дефектов. Если погрешность измерения симптома велика, чаще всего используется два порога - порог допустимых отклонений диагностического параметра от эталона (порог появления дефекта) и порог аварийного отклонения диагностического параметра от эталона. При использовании чувствительных к появлению дефектов диагностических параметров, позволяющих достаточно точно определять величины дефектов, количество порогов может быть больше, например пороги слабого, среднего и сильного дефекта, а также порог аварийного отклонения состояния объекта. Следует отметить, что практически во всех случаях величины порогов, определяемые как расчетными, так и экспериментальными способами, требуют корректировки в процессе адаптации технических систем диагностики к условиям их работы.

После решения третьей, наиболее сложной с практической точки зрения задачи, оптимизации диагностических параметров с построением эталонов и пороговых значений, необходимо выбрать методы и технические средства измерений и анализа диагностических сигналов, а также, если это возможно, параметров состояния объекта диагностики. На этом этапе также осуществляется выбор точек контроля диагностических параметров и режимов работы объекта во время диагностирования. Основной задачей этого выбора является минимизация затрат на диагностические измерения без потерь качества диагностики, т.е. с сохранением минимальной вероятности пропуска дефектов в процессе диагностирования.

Следующий этап - создание диагностической модели, т.е. совокупности диагностических параметров и правил их измерения, их эталонных значений и пороговых значений дефектов. Кроме этого в диагностическую модель входят правила принятия решений в тех случаях, когда одним и тем же дефектам соответствует группа различных признаков и параметров и, что не менее сложно, когда один и тот же признак или параметр отвечает за появление разных дефектов в различных режимах работы объекта диагностики.

Современные системы диагностики кроме оценки состояния объекта дают возможность прогноза его работоспособности. Для этого анализируются тренды, представляющие собой зависимость диагностических симптомов от времени.

На рис.3а представлен тренд, характеризующий четыре этапа изменения характеристик вибрации, что соответствует четырем этапам жизненного цикла машины или оборудования. Первый этап Т 1 - приработка машины, второй Т 2 - нормальная работа, третий Т 3 -развитие дефекта, четвертый Т 4 - этап деградации (устойчивое развитие цепочки дефектов с момента, когда появляется потребность к обслуживании или ремонте объекта, до момента возникновения аварийной ситуации).

Наибольшая практическая сложность для решения задач диагноза и прогноза состояния машин возникает на первом этапе. Это обусловлено возможностью появления специфических дефектов изготовления и монтажа машины, многие из которых после приработки исчезают, что затрудняет дальнейшую оценку ее состояния.

Существует два основных вида прогнозирования состояния объектов диагностики. Первый - по тренду, построенному в результате аппроксимации ретроспективных данных диагностических симптомов с дальнейшей экстраполяцией аппроксимирующей функции.

В этом случае прогнозирование требует знания предельного значения диагностического симптома пр и фактической кривой тренда, который совсем не обязательно бывает линейным и может характеризоваться большим разбросом точек. При условии монотонности тренда остаточный ресурс может быть оценен в первом приближении как интервал времени с момента последнего измерения диагностического параметра до момента времени, соответствующего точке пересечения тренда с линией, характеризующей предельное значение диагностического симптома пр (рис.3,6).

Рис. 3. Тренды:

а - типовая зависимость величины диагностического симптома от времени; б - тенденция развития диагностического симптома во времени, построенная по ретроспективным данным с дальнейшей экстраполяцией аппроксимирующей зависимости (* - экспериментально полученные данные ); в - зависимость изменения диагностического симптома от времени, построенная с момента нормальной работы машины до выхода ее из строя; г - зависимость диагностического симптома от времени с момента развития первого дефекта до полного выхода машины из строя

Второй вид прогнозирования - по заранее известному тренду, построенному с момента начала нормальной работы однотипных машин до полного их выхода из строя, т.е. по всему жизненному циклу подобных машин (рис.3,в). Тогда остаточный ресурс в первом приближении может быть оценен как разность времени t пр, соответствующего предельному значению диагностического симптома пр, и времени t изм, соответствующего значению диагностического симптома изм на момент измерения диагностического параметра.

Во многих практических случаях тренды могут быть немонотонными. Так, на рис.3,г представлен тренд, участок I которого характеризует развитие одного дефекта, на участке II наблюдается стабилизация уровня вибрации и на участке III производная изменения уровня вибрации увеличивается в результате появления еще одного дефекта. В этом случае достоверный прогноз состояния объекта и оценка остаточного ресурса возможны только на последнем участке развития цепочки дефектов.

6. Функциональная и тестовая диагностика

По тем действиям, которые производятся с объектом, техническую диагностику можно разделить на функциональную (рабочую) и тестовую.

Функциональная диагностика осуществляется без нарушения режимов работы объекта, т.е. при выполнении им своих функций. Все измерения или другие виды оценки параметров состояния и диагностических параметров, анализ результатов и принятие решения выполняются до того, как по результатам оценки состояния формируется, если это необходимо, результирующее воздействие на объект, например, прекращается его работа или он переводится на другой режим функционирования (рис.4).

По способу получения диагностической информации функциональная диагностика подразделяется на вибрационную, тепловую, электрическую и т.п. Тестовая диагностика - это определение состояния объекта по результатам его реакции на внешнее воздействие. Отличительной особенностью этого вида диагностики является использование источника внешнего воздействия, например, генератора тестовых сигналов (рис.4).

Рис.4. Схема основных операций функциональной и тестовой диагностики

Если генератором тестовых сигналов является источник определенного вида излучений, например акустических, рентгеновских, электромагнитных и других, то такой вид тестовой диагностики часто называют дефектоскопией.

Генератором тестовых сигналов (воздействий) может быть и система управления объектом, а самим воздействием - включение (выключение) объекта, переход на другой режим и т.п. Диагностическая информация в этом случае содержится в переходных процессах, сопровождающих смену режима работы объекта.

К тестовым воздействиям с диагностической тоски зрения можно отнести все виды неразрушающих испытаний объектов, например, испытания повышенным напряжением электрических машин, аппаратов и сетей на предмет обнаружения нарушений изоляции, испытания оборудования на предельных нагрузках или давлениях, тепловые испытания и т.д.

Тестовая диагностика существовала уже в начале XX века и представляла собой основной вид технической диагностики, оставляя за функциональной диагностикой лишь решение отдельных задач, и в первую очередь, задач аварийной защиты технических систем. Функции аварийной защиты выполняли средства контроля таких параметров состояния объекта, которые, с одной стороны, значительно изменялись на начальных стадиях развития аварийной ситуации, а, с другой стороны, были доступны для измерения простейшими средствами контроля.

Во второй половине XX века стали интенсивно развиваться методы и технические средства мониторинга технических систем, которые, не нарушая режимов работы, обеспечивали слежение и глубокий анализ многих характеристик и свойств этих систем. Вместе с мониторингом стала развиваться и функциональная диагностика, которая взяла на себя функции интерпретации причин обнаруживаемых при мониторинге изменений характеристик и свойств технических систем.

И лишь в последнее десятилетие XX века глубокая функциональная диагностика технических объектов получила стимул для интенсивного развития. Он связан с реальным переводом технических объектов, и особенно машин и оборудования, с обслуживания и ремонта по регламенту на ремонт и обслуживание по фактическому состоянию. Для реализации такого перевода потребовались новые методы и средства технической диагностики, которые смогли бы обеспечить глубокую профилактическую диагностику объектов с долгосрочным прогнозом состояния. Естественно, что методы функциональной диагностики стали основой для разработок в этой области и лишь в редких случаях к ним добавлялись наиболее эффективные из методов тестовой диагностики технических систем.

Профилактическая (превентивная) диагностика технических систем, объединяющая лучшие из достижений функциональной и тестовой диагностики, по своим задачам во многом похожа на медицинский контроль профессиональной пригодности людей, работающих в опасных условиях, и включающий в себя кроме периодического общего контроля их здоровья, еще и раннюю диагностику, и предупреждение профилактических заболеваний. Задачи такой диагностики несколько отличаются от задач мониторинга и тестовой диагностики, а их решение требует разработки более тонких методов и более эффективных средств массового диагностического обслуживания. В последние годы в технической диагностике этим вопросам уделяется наибольшее внимание.

7. Методология технической диагностики

Методология диагностики технических объектов включает в себя описание их бездефектных состояний и состояний с различными видами дефектов, выбор контролируемых параметров состояния и/или диагностических сигналов, оптимизацию диагностических параметров и средств их измерения и, наконец, составление алгоритмов постановки диагноза и прогноза.

При составлении подобных алгоритмов необходимо классифицировать возможные состояния объектов. Чаще всего эти состояния разбиваются на два подмножества - работоспособные и неработоспособные.

Для подмножества работоспособных состояний «оставляются алгоритмы определения и прогноза степени работоспобности объекта, поиска дефектов, а для подмножества неработоспособных состояний - только алгоритмы поиска неисправностей (дефектов). В таком случае процесс формирования технического диагноза может быть представлен в виде структурной схемы (рис.5).

Виброакустическая диагностика имеет свою особенность - она дает наиболее эффективные результаты в основном тогда, когда объект может функционировать и в нем формируются колебательные силы, возбуждающие вибрацию и/или шум.

Именно поэтому в виброакустической диагностике множество состояний объекта разбивается минимум на два подмножества - множество бездефектных состояний и множество состояний с дефектами (неисправностями), при которых объект остается работоспособным, но степень его работоспособности снижается. Те же состояния, когда объект теряет работоспособность, исключаются из рассмотрения в виброакустической диагностике и ими занимаются обычно в рамках другой области техники, называемой дефектацией.

Рис.5. Процесс формирования технического диагноза

Алгоритмы диагностики составляются при следующих допущениях.

Объект может находиться в конечном множестве состояний S, разделяемом на два подмножества S 1 (бездефектные состояния, различающиеся, например, режимами работы объекта) и S 2 (состояния с различными видами дефектов, при которых объект остается работоспособным).

Каждое состояние из подмножества S 2 отличается степенью или запасом работоспособности. Состояние объекта характеризуется совокупностью диагностических показателей d 1 , d 2 ,…, d k , которая представляет собой вектор состояния D:

D = (d 1 , d 2 ,…, d k).

Диагностические показатели могут представлять собой параметры или характеристики.

В качестве параметров могут быть использованы, например, уровень вибрации или акустического шума, давление, сопротивление изоляции, температура и т.п. В качестве характеристик могут быть использованы показатели, характеризующие форму кривой, например огибающая спектра сиг нала вибрации или шума ("маска"), затухание, крутизна и т.п.

Условие работоспособности задают областью работоспособности исходя из следующих предположений:

вектор состояний оборудования определен,

существует номинальный вектор состояний,

отклонения вектора состояний от номинального допускают только в определенных пределах,

допустимые отклонения определяют область работоспособности.

Условия работоспособности задают по-разному для случае использования в качестве диагностического показателя параметров или характеристик.

Если в качестве диагностического показателя используете один параметр, то условия работоспособности задаются неравенствами, ограничивающими его значение с одной или с двух сторон.

Таким образом, объект работоспособен, если все неравенств выполняются:

d i > d iн, d i < d iв,

d iн < d i < d iв,

где d i , d i н и d i в - соответственно, текущее, нижнее допустимое и верхнее допустимое значения диагностического параметра.

Каждый из диагностических показателей состояния d j может определяться по совокупности диагностических параметров d ji , … , d j 1:

d j = d ji , … , d j 1

Для каждого диагностического параметра d i существует номинальное значение d 0 i , область допустимых отклонений 0 i и предельное отклонение (порог опасного изменения параметра) i пр, при превышении которого объект считается неработоспособным и должен быть остановлен.

Объект считается бездефектным, если для каждого параметра выполняется неравенство

| d i - d 0 i | ? d 0 i ,

качество диагностика мониторинг эталонный

где 0 i - порог допустимого отклонения.

Объект считается неработоспособным, если хотя бы для одного| из параметров выполняется неравенство

| d i - d 0 i | > i пр,

где i пр - порог опасного изменения параметра.

Во всех других случаях объект имеет ограниченную работоспособность.

В качестве диагностических показателей могут использоваться не только параметры, но и характеристики объекта у = f(х), где x и у - входная и выходная переменные соответственно. В последнем случае условие работоспособности объекта определяется отклонения р (f , ) текущей характеристики f (х) объекта от номинальной (х):

где р - фиксированный параметр, определяющий критерий принятия решения о степени отклонения текущей характеристики от номинальной.

При р= 1 выражение дает оценку среднего отклонения (критерий среднего отклонения) :

При р=2 получим среднеквадратическое отклонение, т.е большее отклонение будет иметь больший вес (критерий средне-квадратического отклонения):

При р = основной вклад в выражение вносит только одно максимальное отклонение (критерий равномерного приближения) :

x (a , b )

В общем случае условие работоспособности представляется в виде

где - допустимое отклонение.

Если характеристики у = f (х) оцениваются по точкам на ограниченном интервале значений входной переменной х а, b , то условие работоспособности задают в виде неравенств для каждой точки:

Полагают, что объект работоспособен, если последние неравенства выполняются для всех без исключения точек, входящих в диапазон (а, b).

Сложные объекты в целом оцениваются как работоспособные при условии работоспособности каждого его узла или структурной единицы.

В случаях ограниченной работоспособности контролируемого объекта при любой степени (запасе) его работоспособности задами ми диагностики являются идентификация и прогноз развития имеющихся дефектов, определение интервала безаварийной работы или остаточного ресурса объекта.

8. Выбор диагностического сигнала

Оценить состояние оборудования можно по величинам свойств: механических (износ, деформация, перемещение и т.п.); электрических (напряжение, ток, мощность и др.); химических состав газов, смазки и т.п.), а также по излучению энергии (тепловой, электромагнитной, акустической и т.п.).

Эти величины, преобразованные, как правило, в электрические сигналы, обрабатывают специальные технические средства, а оператор принимает решение об изменении режима работы, о возможности дальнейшего использования оборудования, о мерах, которые необходимо принять для поддержания надежности, а при полной автоматизации оператор получает рекомендации, что делать.

При выборе диагностического сигнала для решения такой сложной задачи, как оценка технического состояния машины или оборудования с определением места возникновения дефекта, идентификацией вида дефекта и степени его развития, а также прогнозирование изменения технического состояния объекта, требуется большой объем диагностической информации.

Такие диагностические сигналы, как температура, давление, напор жидкости, наличие металлических частиц в смазке и т.п., можно характеризовать практически только одним параметром - их величиной (если не говорить о присущих большинству сигналов таких параметрах, как, например скорость их изменения, инерционность и т.п.).

Значительно больший объем диагностической информации содержится в акустическом или гидродинамическом шуме и вибрации - это их общий уровень, уровни в определенных полосах частот, соотношения между этими уровнями, амплитуды, частоты и начальные фазы каждой составляющей, соотношения между амплитудами и частотами и т.д.

Таким образом, именно сигналы вибрации и шума в наибольшей степени удовлетворяют требованию, предъявляемому к диагностическим сигналам для решения задач глубокой диагностики и прогноза состояния машин.

Еще одним важным обстоятельством в пользу выбора вибрации машин и оборудования в качестве диагностического сигнала является то, что дополнительные колебательные силы, возникающие из-за дефекта, возбуждают вибрацию непосредственно в месте его появления.

Вибрация практически без потерь распространяется до точки ее измерения, и, поскольку машина «прозрачна» для вибрации, появляется возможность исследовать колебательные силы, действующие в работающей машине. Это позволяет диагностировать ее на рабочем месте, без остановки и разборки.

10.Теоритические основы вибрадиагностики

Вибрационная диагностика -- метод диагностирования технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, либо создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной вибрацией, обусловленной структурой исследуемого объекта.

Вибрационная диагностика, как и другие методы технической диагностики, решает задачи поиска неисправностей и оценки технического состояния исследуемого объекта.

Диагностические параметры: При вибрационной диагностике как правило исследуются временной сигнал или спектр вибрации того или иного оборудования. Также применяется кепстральный анализ (кепстр -- анаграмма слова спектр ).

При вибрационной диагностике анализируются виброскорость , виброперемещение , виброускорение .

В качестве диагностических параметров могут выступать следующие:

· ПИК -- максимальное значение сигнала на рассматриваемом интервале времени;

· СКЗ -- среднее квадратическое значение (действующее значение ) сигнала для рассматриваемой полосы частот;

· ПИК-фактор -- отношение параметра ПИК к СКЗ;

· ПИК-ПИК -- (Размах ) разница между максимальным и минимальным значением сигнала на рассматриваемом интервале времени;

· SPM - метод ударных импульсов, основанный на использовании специального датчика с резонансной частотой 32 кГц и алгоритма обработки ударных волн малой энергии, генерируемых подшипниками качения вследствие соударений и изменений давления в зоне качения этих подшипников (Эдвин Сёхль, SPM Instrument, Швеция, 1968г.);

· EVAM - Аббревиатура EVAM является сокращением от "Evaluated Vibration Analysis Method", что в переводе означает "Метод анализа вибрации с оценкой состояния". Метод EVAM® объединяет в себе различные общепризнанные методики анализа вибросигналов вместе с программными средствами практической оценки состояния оборудования на основе результатов такого анализа. Поддерживается программно и аппаратно, как и метод SPM, оборудованием и ПО производства фирмы SPM Instrument AB (Швеция)

· SPM-M: пик-фактор на резонансной частоте акселерометра (ООО Бифор) (1980г.)

· RPF: пик-фактор высших частот вибрации механизмов (1982г.)

· VСС - контроль степени кондиции смазки (1995г.)

· ARP: распределение амплитуд импульсов сухого трения в узлах машин (2001г.)

· Entropy- вибрационно-энтропийная оценка состояния узлов машин (2002г.)

Из датчиков вибрации наиболее часто применяются акселерометры (вибропреобразователи ускорения)пьезоэлектрические датчики .

Применение метода: Наибольшее развитие метод получил при диагностировании подшипников качения. Также вибрационный метод успешно применяется при виброиспытании изделий и диагностике колёсно-редукторных блоков на железнодорожном транспорте.

Заслуживают внимания виброакустические методы поиска утечек газа и в гидрооборудовании. Суть этих методов заключается в следующем. Жидкость или газ, дросселируя через щели и зазоры, создаёт турбулентность, сопровождающуюся пульсациями давления, и, как следствие, в спектре вибраций и шума появляются гармоники соответствующих частот. Анализируя амплитуду этих гармоник, можно судить о наличии (отсутствии) течей.

Интенсивное развитие метода в последние годы связано с удешевлением электронных вычислительных средств и упрощением анализа вибрационных сигналов.

Преимущества:

· метод позволяет находить скрытые дефекты;

· метод, как правило, не требует сборки-разборки оборудования;

· малое время диагностирования;

· возможность обнаружения неисправностей на этапе их зарождения.

· снижение ожидаемого риска возникновения аварийной ситуации при эксплуатации оборудования.

Недостатки:

· особые требования к способу крепления датчика вибрации;

· зависимость параметров вибрации от большого количества факторов и сложность выделения вибрационного сигнала обусловленного наличием неисправности, что требует глубокого применения методов корреляционного и регрессионного анализа.

· точность диагностирования в большинстве случаев зависит от числа сглаженных (осреднённых) параметров, например числа оценок SPM.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Понятие и характеристика методов неразрушающего контроля при проведении мониторинга технического состояния изделий, их разновидности и отличительные черты. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений, определение их эффективности.

курсовая работа , добавлен 14.04.2009


Исследование возможности контроля технического состояния оборудования по его вибрации. Назначение и возможности систем вибрационного контроля на примере переносного диагностического комплекса ВЕКТОР–2000, диагностируемые узлы и обнаруживаемые дефекты.

дипломная работа , добавлен 29.10.2011


Характеристика критериев надежности газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. Классификация отказов оборудования, диагностика деталей, омываемых маслом. Изучение методов исследования текущего технического состояния ГПА в период эксплуатации.

диссертация , добавлен 10.06.2012


Основные сведения о квалиметрии. Разработка методики и алгоритма оценивания качества. Определение эталонных и браковочных значений показателей свойств, относительного уровня качества, коэффициента весомости экспертным методом, комплексной оценки качества.

курсовая работа , добавлен 10.06.2015


Задачи технического диагностирования объектов нефтяной и газовой промышленности. Обследование технических объектов. Применяемые методы контроля и ДТС. Устройство, принцип работы и техническая характеристика компрессора. Оценка показателей надежности.

курсовая работа , добавлен 09.04.2015


Основные требования автоматизированных систем управления взвешиванием и дозированием. Выбор и техническая характеристика исполнительных механизмов. Разработка структурной схемы системы управления и электрических схем подключения средств автоматизации.

курсовая работа , добавлен 15.04.2015


Определение основных показателей надежности технических объектов с применением математических методов. Анализ показателей надежности сельскохозяйственной техники и разработка мероприятий по ее повышению. Организации испытания машин на надежность.

курсовая работа , добавлен 22.08.2013


Отказы и неисправности коробки передач. Перегрев коробки передач. Субъективные методы диагностирования техники. Процесс определения технического состояния объекта диагностирования по структурным параметрам. Диагностические приборы и приспособления.

курсовая работа , добавлен 02.09.2012


Причины, задачи и содержание экспертизы. Срок службы оборудования, возможность его продления. Определение соответствия параметров технического состояния оборудования нормируемым значением, мест и причин порчи. Оценка достоверности работы экспертов.

презентация , добавлен 03.01.2014


Место вопросов надежности изделий в системе управления качеством. Структура системы обеспечения надежности на базе стандартизации. Методы оценки и повышения надежности технологических систем. Предпосылки современного развития работ по теории надежности.