2. OBIEKT TECHNICZNY JAKO PRZEDMIOT

DLAGNOZOWANIA

2.1. System antropotechniczny

Przez pojęcie systemu antropotechnicznego (SAT) można

rozumieć układ składający sie z decydenta, operatora i

obiektu technicznego zlokalizowanych w pewnym otoczeniu

(rys. 2.1)

1

2

Rys. 2.1. Ilustracja graficzna systemu

antropotechnicznego

3

Przedmiotem diagnozowania w SAT mogą być:

właściwości

operatora,

właściwości

decydenta,

właściwości obiektu i właściwości otoczenia, a ponadto

relacje: obiekt-operator, obiekt-otoczenie, operator-

obiekt; operator-decydent i operator-otoczenie.

Wiele z dotychczas opracowanych i stosowanych

metod

diagnozowania

nakierowanych

jest

na

diagnozowanie

właściwości

obiektu

technicznego,

zakładając, ze właściwości pozostałych elementów SAT

oraz relacje pomiędzy nimi są prawidłowe. Systemowe

ujęcie

problematyki

diagnozowania

SAT

wymaga

odrzucenia tego założenia. Konsekwencją tego jest

konieczność

diagnozowania

m.in.

operatora

systemu antropotechnicznego.

Najbardziej rozpowszechniona, forma, diagnozowania

operatora jest egzamin. Forma ta jest badaniem reakcji

człowieka na zadawane pobudzenia.

4

Podstawowymi kategoriami egzaminowania są:

 egzaminowanie

podstawowe

(tj.

obejmujące

podstawową wiedzę na temat praw rządzących

procesami eksploatacji, metod sterowania tymi

procesami

i

budowy

elementów

systemów

antropotechnicznych);

 egzaminowanie problemowe (tzn. egzaminowanie

polegające na sprawdzeniu opanowania umiejętności

rozwiązywania problemów eksploatacyjnych).

5

Rys. 2.2. Model informacyjny relacji w systemie

antropotechnicznym

6

W ogólnym przypadku - w przestrzeni zadań istnieje pewien obszar

wymaganych zadań (i warunków). Projekcja tego obszaru w

przestrzeń sterowań wyznacza obszar wymaganych sterowań.

Projekcja kwalifikacji operatora w przestrzeń sterowań wyznacza

obszar dostępnych sterowań. Iloczyn tych dwu obszarów wyznacza

obszar sterowań realizowalnych względem wymaganych zadań.

Zwrotna projekcja obszaru sterowań realizowalnych w przestrzeń

zadań wyznacza obszar zadań realizowalnych.

7

System jest w pełni zdatny, jeśli obszar zadań

realizowalnych pokrywa obszar zadań wymaganych.

Spełnienie tego warunku zależy — między innymi - od

kwalifikacji operatora.

O kwalifikacjach operatora decydują:

– motywacje,
– stan psychofizyczny,
– wiedza bazowa,
– wiedza aktualna (o zadaniach, otoczeniu, stanie

obiektu),

– percepcja informacji bieżących (w tym

diagnostycznych).

8

Jeśli warunek zdatności nie jest spełniony (jak na rys.

2.2 obszar zadań realizowalnych nie obejmuje obszaru

zadań wymaganych), to należy poprawić kwalifikacje

operatora (zmiana pobudzeń sterujących) lub -

ewentualnie - zmienić stan obiektu, warunki lub zadania.

W wyższym ujęciu, obiekt, operator i relacje między

tymi

elementami

nazywamy

systemem

antropotechnicznym

S

A

=<O,P,R

OP

>

(2.1)

gdzie:

S

A

- system antropotechniczny,

O

- obiekt techniczny,

P

- operator,

R

OP

- relacje.

9

Rys. 2.3. Ilustracja graficzna systemu

antropotechnicznego S

A

:

O - obieg techniczny; P - operator; U

A

- wejścia; Y

A

-

wyjścia;

Z

A

- zakłócenia; I

wej

, I

wvi

- informacje dla operatora;

I

D

- oddziaływanie operatora na obiekt (decyzje)

10

2.2. Stan systemu antropotechnicznego

Dla

systemu

antropotechnicznego

są

istotne

następujące trzy stany:

1) gotowości technicznej obiektu w

1

,

2) gotowości operatora w

2

,

3) gotowości operacyjnej w

3

.

Stan w

1

gotowości technicznej obiektu oznacza, że

znajduje sie on w stanie zdatności i jest opisany

poniższą zależnością.

 

 

 

 

1

max

min

,

1

w

w

x

x

x

i

i

i

i

l

i

X

x

i























11

Stan w

2

gotowości operatora oznacza, że operator

znajduje

się

w systemie zdatności W

P

1

, zatem wartości wszystkich

charakteryzujących go parametrów znajdują się w

dopuszczalnych

granicach.

Można

zapisać

to

następująco:

(2.2)

 

 

 

 

1

max

min

,

1

p

pi

i

i

i

l

i

K

k

w

w

k

k

k

i























12

Jeżeli wartość choćby jednego parametru opisującego

stan operatora wykraczała poza dopuszczalne granice,

to operator znajduje się w stanie niezdatności W

P

0

gdzie:

k

i

K,

i=1,l

-

zbiór

parametrów

charakteryzujących

właściwości

operatora.

(2.3)

 

 

 

 





0

max

min

,

1

p

pi

i

i

i

i

l

i

K

k

w

w

k

k

k

k

i

























13

Stan gotowości operacyjnej oznacza, że system

antropotechnicznych jako całość jest w stanie

zrealizować określone zadania. W związku z tym stan w

3

gotowości operacyjnej systemu antropotechnicznego

określa i stan w

1

gotowości technicznej obiektu, i stan

w

2

gotowości operatora. Można zapisać to następująco:

 

w

3

= w

1

 w

2

(2.4)

 

Inaczej mówiąc, gotowość operacyjna systemu

antropotechnicznego oznacza, że zarówno obiekt

techniczny,

jak

i operator muszą znajdować się w stanie zdatności.

14

Jeżeli obiekt techniczny lub operator znajdują się w

stanie niezdatności, to system antropotechniczny

znajduje się również w tym stanie, zatem nie może

realizować określonego zadania.

 

Występowanie stanu w

1

gotowości technicznej obiektu

i stanu gotowości w

2

operatora są zdarzeniami. W

związku z tym stan w

3

gotowości operacyjnej oznacza

konieczność jednoczesnego wystąpienia tych dwu

zdarzeń (rys. 2.4).

15

Rys. 2.4. Ilustracja graficzna występowania stanów

systemu antropotechnicznego: w

1

- stan gotowości

technicznej obiektu,

w

2

- stan gotowości operatora, w

3

- stan gotowości

operacyjnej

16

2.3. Analiza diagnostyczna obiektu technicznego

Analizę diagnostyczna projektowanego lub już

eksploatowanego obiektu technicznego, wykonuje się

pod

kątem

diagnozowania,

prognozowania

i

genezowania jego stanów. Obejmuje ona następujące

elementy:

 przeznaczenie, budowę i zasadę działania

obiektu;

 warunki funkcjonowania obiektu i jego

elementów;

 zakres zmian parametrów stanu i możliwości ich

regulacji;

17

 możliwość

wykorzystania

procesów

fizyko-

chemicznych (parametrów tych procesów) jako

nośników

informacji

o stanie elementów obiektu;

 wartości

graniczne

parametrów

stanu

i

parametrów sygnałów diagnostycznych;

 dane dotyczące niezawodności, w tym trwałości,

nieuszkadzalności,

naprawialności

i

przechowywalności obiektu;

 urządzenia diagnostyczne i obsługowe.

18

2.4. Dekompozycja obiektu

Wynikiem procesu analizy diagnostycznej obiektu

technicznego

powinno

być

dokonanie

jego

dekompozycji, której idee można sprowadzić do

następujących działań.

Obiekt techniczny można podzielić na P (p =1,l)

poziomów diagnostycznych (rys. 2.5).

19

Rys. 2.5. Graficzne przedstawienie zdekomponowanego

obiektu technicznego

20

Pierwszy poziom obiektu to sam obiekt i nazywany

będzie elementem pierwszego rzędu. Jest on zbiorem

elementów drugiego rzędu. Drugi poziom obiektu

stanowią

elementy

trzeciego

rzędu,

a każdy nich jest elementem trzeciego rzędu itd.

Proces dekompozycji prowadzi się w stosunku do

wyróżnionych podsystemów tylokrotnie, aż otrzymane

podsystemy na p-tym poziomie dekompozycji uzna się

za elementy niepodzielne, dla których z punktu

widzenia celu badania diagnostycznego nie zakłada się

dalszego podziału. Najniższy poziom p dekompozycji

obiektu

nazywa

się

poziomem

podstawowym

(poziomem elementów podstawowych).

21

Wydaje się, że do celów praktycznych wystarczy

podzielić obiekt na następujące poziomy diagnostyczne:

 poziom pierwszy: (np. obiekt pojazd);
 poziom drugi: układy (np. układ przetwarzania i

przenoszenia energii);

 poziom trzeci: zespoły (np. silnik);
 poziom czwarty (podzespoły, np. grupa korbowa);
 piąty poziom (np. pary kinematyczne).

W tym przypadku piąty poziom dekompozycji obiektu

jest poziomem podstawowym i do elementów tego

poziomu należy sprowadzić kontrole stanu i lokalizacje

uszkodzeń. W ten sposób została określona głębokość

diagnozowania, czyli wnikanie w strukturę obiektu.

22

2.5. Przekrój obiektu

Obiekt techniczny to zbiór wielkiej liczby elementów

składowych spełniających ściśle określone funkcje. W

praktyce

diagnozowanie

i

prognozowanie

stanu

wszystkich elementów obiektu jest możliwe, lecz

nieuzasadnione.

Między

innymi

wynika

to

z

następujących powodów:

 trudności opracowania modelu diagnostycznego i

algorytmów diagnozowania całego obiektu;

 znacznych kosztów wykonania eksperymentalnych

badań diagnostycznych;

 długiego czasu realizacji algorytmu diagnozowania i

prognozowania stanu w praktycznej działalności

eksploatacyjnej;

 prawdopodobieństwa

wystąpienia

uszkodzeń

niektórych elementów są małe i można je pominąć

w procesie badania stanu obiektu.

23

W związku z powyższym istnieje potrzeba wybrania

tych elementów obiektu, które mają być diagnozowane.

Należy zatem wykonać przekrój zdekomponowanego

obiektu technicznego (systemu).

Przekrój systemu to również system, zawierający tylko

wybrane ze względu na przyjęte kryteria elementy i

odpowiednio wyodrębnione relacje w logiczny sposób

odpowiadające celowi lub celom badawczym.

Nadmienić należy, że celem działania diagnosty jest

badanie

i ocena stanów, ustalenie przyczyn zaistniałych stanów,

a także przewidywanie rozwoju zmian stanów obiektu

technicznego.

Budowa przekroju systemu wiąże się z zagadnieniem

ustalenia istotności podsystemów, które należałoby

diagnozować.

24

2.6. Kryteria wyboru elementów obiektu do

diagnozowania

Istotność I

s

podsystemu powinna być wyznaczona za

pomocą zbioru kryteriów {k

q

} o liczebności n

k

:

 

I

s

= f(k

1

,k

2

,...,k

q

) q=1,2,...n

k

(2.5)

 

Jako kryteria wyboru podsystemów obiektu, które

należałoby diagnozować, można przyjąć:

– bezpieczeństwo,
– słabe ogniwa,
– prawdopodobieństwo uszkodzeń elementów,
– koszty uszkodzeń,
– niezawodnościowo-ekonomiczne.

25

Kryterium bezpieczeństwa wybiera te elementy do

diagnozowania,

których

niezawodność

może

powodować lub powoduje:

 zagrożenie życia ludzkiego;
 zagrożenie środowiska naturalnego;
 wzrost

prawdopodobieństwa

uszkodzenia

elementów współpracujących:

 wzrost prawdopodobieństwa uszkodzenia innych

elementów.

 

Przyjmując kryterium bezpieczeństwa diagnozowania

elementów pojazdu mechanicznego, w kolejności

należałoby

diagnozować

układy:

hamulcowy,

kierowniczy, sygnalizacji i oświetlenia.

26

Procedura wyboru elementów według słabych

ogniw jest następująca.

Niech u

i

: i=1,l oznaczają udziały procentowe

uszkodzeń poszczególnych elementów w ogólnej liczbie

uszkodzeń elementów systemu, czyli:

 

u

1

=n

1

/N;

u

2

=n

2

/N; u

n

=n

n

/N

(2.6)

gdzie:

n

i

-

liczba uszkodzeń i-tego elementu,

N -

sumaryczna liczba uszkodzeń systemu.

27

Podzbiory u

i

porządkuje się w szereg nierosnący, w

którym pierwszy wyraz odnosi się do elementu u

1

o

największym udziale uszkodzeń w ogólnej liczbie

uszkodzeń systemu.

 

Następne wartości u

i

spełniają relację:

 u

1

> u

2

>,...,> u

i

(2.7)

 Z relacji (2.7) wynika, że:

 

(2.8)

 

Słabymi ogniwami systemu są te elementy, które

posiadają numery od i=1 do i=I według relacji:

 (2.9)











l

i

i

u

1

i

1

u

0

;

1







l

i

i

u

1

5

,

0

28

W procedurze wyboru elementów według kryterium

prawdopodobieństwa uszkodzenia, jako elementy

wybrane do diagnozowania, traktowane są te elementy

systemu, które spełniają relacje:

(2.10)

gdzie:

e

i

-

i-ty element systemu,

E

-

zbiór elementów systemu,

E

d

-

zbiór

elementów

wybranych

do

diagnozowania,

p

i

-

prawdopodobieństwo

uszkodzenia

elementu,

0,5<p

gr

<1

-

ustalona

wartość

graniczna

prawdopodobieństwa uszkodzenia elementów.

E

E

e

p

p

d

i

gr

i

E

e

i













29

Procedura

wyboru

elementów,

które

należy

diagnozować

w obiekcie według kryterium kosztów, uwzględnia

koszt c

i

, liczby uszkodzeń elementów n

i

w określonym

przedziale czasu jego użytkowania. Wybieramy te

elementy e

i

E, dla których jest spełniona relacja:

 

(2.11)

gdzie:

c

i

-

i-ty koszt liczby n

i

uszkodzeń elementów w

określonym

w przedziale czasu (np. w roku);

c

gn

-

ustalona wartość graniczna kosztów

uszkodzeń elementów.

E

e

c

c

i

gn

i

E

i

e











30

Kryterium

niezawodnościowo-ekonomiczne,

uwzględnia procentowe udziały u

i

=n

i

/N poszczególnych

uszkodzeń

elementów

w ogólnej liczbie uszkodzeń N elementów systemu i

koszty liczby uszkodzeń n

i

w określonym przedziale

czasu. Diagnozowaniu podlegają te elementy, dla

których jest spełniona relacja:

(2.12)

 

gdzie: c

gn

— ustalona wartość graniczna kosztów

uszkodzeń elementów.

E

e

c

c

N

n

i

gn

i

j

E

e

i











31

2.7. Podsumowanie

Obiekt techniczny, operator - decydent i relacje

między tymi elementami oraz otoczeniem tworzą

system

antropotechniczny.

W fazie projektowania i konstruowania obiektu należy

wykonać analizę diagnostyczną i dokonać jego

dekompozycji. Na podstawie określonych kryteriów

wybrać te elementy obiektu, które mają być

diagnozowane.

Wyróżnia

się

następujące

kryteria

wyboru

elementów obiektu do diagnozowania:

 bezpieczeństwa,
 słabych ogniw,
 prawdopodobieństwa uszkodzeń,
 kosztów,
 niezawodnościowo-ekonomiczne.