III. ELEMENTY DIAGNOSTYKI TECHNICZNEJ
1. WST
P
W inżynierii mechanicznej, w budowie i eksploatacji maszyn czynnikiem
stymulującym bezpośrednio rozwój diagnostyki jest odpowiedzialność funkcji realizowanej
przez maszynę, w tym szczególnie minimalizacja: zagrożeń zdrowia i życia ludzkiego,
zagrożeń środowiska biologicznego i technicznego, zagrożeń wartości ekonomicznych (w
tym i jakości).
Diagnostyka techniczna to zorganizowany zbiór metod i środków do oceny stanu
technicznego (jego przyczyn, ewolucji i konsekwencji) systemów technicznych. W
większości przypadków są to systemy działaniowe, celowo zaprojektowane dla wykonania
określonej misji, generujące lub transformujące informacje, które są wykorzystywane do
oceny ich stanu technicznego [1,26].
Potrzeba stosowania diagnostyki znajduje swoje uzasadnienie w modelu destrukcji
obiektu, uwzględniającego związek zaawansowania zużycia proporcjonalny do energii
dyssypacji, wiążący się z czasem istnienia obiektu, poziomem konstrukcji, nowoczesności
technologii wytwarzania, intensywności użytkowania oraz jakości obsługiwań technicznych.
Przedstawiony zakres wiedzy formułuje obszar zagadnień definiujących podstawy
diagnostyki technicznej oraz możliwości jej efektywnego wykorzystania.
Diagnostyka techniczna jest to więc uznana już dziedzina wiedzy o rozpoznawaniu
stanów obiektów technicznych w teraz
niejszości, w przyszłości i w przeszłości. Obiektem
badań diagnostyki technicznej może być cały obiekt, zespół, podzespół, a nawet pojedyncza
część, coraz częściej na kolejnych etapach ich istnienia.
Diagnoza - to rozpoznanie stanu rzeczy (obiektu, procesu) przez zaliczenie go do
znanego gatunku przez przyczynowe i celowe wyjaśnienie tego stanu rzeczy, oznaczenie fazy
obecnej oraz przewidywanie dalszego rozwoju.
Rodzaje badań diagnostycznych: genezowanie; diagnozowanie; prognozowanie.
Fazy badania diagnostycznego: kontrola stanu; lokalizacja uszkodzeń.
 Badania i ocena stanów, ustalenie przyczyn zaistniałych stanów, a także przewidywanie
rozwoju zmian stanów - przedmiotów diagnozowania  to główne zadania diagnostyki
technicznej .
Cele diagnostyki są osiągane poprzez:
- poznanie natury procesów fizyczno-chemicznych wykorzystywanych jako nośniki
informacji o zmieniającym się stanie obiektów;
- badania procesów fizyczno-chemicznych umożliwiających ustalenie zbioru parametrów
diagnostycznych (symptomów stanu);
- ustalenie zbiorów niezależnych i zupełnych cech stanu (liczba stanów) i parametrów
diagnostycznych;
- poszukiwania modelu diagnostycznego przedmiotu diagnozy dla określonych podzbiorów
cech stanu i parametrów diagnostycznych,
- model diagnostyczny ustala algorytmy tzn. porządkuje zbiory sprawdzeń: diagnozowania,
prognozowania i genezowania stanów;
- algorytmy: diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów wymuszają odpowiednią
podatność diagnostyczną obiektu technicznego (podatność diagnostyczna to:
diagnozowalność [model, metoda, skuteczność] i technologiczność diagnostyczna
[punkty, dostęp, wygoda]);
- opracowywanie zasadnych metod i urządzeń diagnostycznych;
- opracowywanie procesów technologicznych, czyli postępowania praktycznego w
badaniach i ocenie stanów obiektów technicznych;
- wymienione elementy i diagności tworzą podsystem diagnostyczny usprawniający
funkcjonowanie maszyn, pod warunkiem. że zostały określone: funkcja i sposób
wykorzystania DT;
- wdrożone systemy diagnostyczne podlegają ocenie w aspekcie: efektywności
ekonomicznej, niezawodności i bezpieczeństwa funkcjonowania systemów działania.
2. ZAKRES PROBLEMATYKI DIAGNOSTYKI TECHNICZNEJ
Aby określić zakres zastosowań diagnostyki technicznej, celowym jest
przeanalizowanie całego okresu istnienia dowolnego obiektu i wyselekcjonowanie sytuacji, w
których uwzględnianie działań diagnostycznych jest niezbędne.
Określenie "okres istnienia obiektu" stosuje się zwykle do okresu rozpoczynającego
się z chwilą sformułowania wymagań (warunków technicznych), które spełnić powinien
nowoprojektowany obiekt, a kończącego się wraz z jego likwidacja (złomowaniem, rozbiórką
i utylizacją).
Istnieje możliwość sterowania jakością systemu działaniowego w różnych zakresach -
ocena projektowania, produkcji, eksploatacji lub całego cyklu istnienia. Sterowanie cechami
użytkowymi obiektu (jakość, bezpieczeństwo, efektywność - w ujęciu antropotechnicznym) w
całym cyklu istnienia jest możliwe przy wykorzystaniu informacji diagnostycznej,
przetworzonej na decyzje projektowe, produkcyjne i eksploatacyjne.
Diagnostyka obiektów technicznych jest w chwili obecnej antycypowana
dychotomicznie, jako wsparta modelowo i jako diagnostyka symptomowa.
Oparcie się na modelu działania obiektu dla wykrywania i lokalizacji uszkodzeń jest
najprostsze dla systemów sterowania obiektami technicznymi, gdzie ich modele są na ogół
jawne i o małej złożoności. Jednak w układach i obiektach czysto mechanicznych wymiar
równań ruchu obiektu jest bardzo duży, a do tego dochodzą procesy starzeniowe i zużyciowe
powodujące ewolucję stanu obiektu. Stąd podejście metodami diagnostyki symptomowej i
próby budowy ilościowych modeli symptomowych. Czasami te próby zawodzą, gdyż nawet
model symptomowy (mimo, iż jest przyczynowo-skutkowy) cechuje się niejawnością. Jest tu
zatem miejsce na szerokie zastosowania inteligencji komputerowej, czyli systemów eksper-
towych i sieci neuronowych z udziałem logiki rozmytej.
W myśl ogólnej teorii systemów, systemy działaniowe są to systemy otwarte z
przepływem masy, energii i informacji, a więc są to układy transformujące energię z
nieodłączną jej dyssypacją wewnętrzną i zewnętrzną. Tak więc wejściowy strumień masy
(materiału), energii i informacji jest przetworzony na dwa strumienie wyjściowe, energię
użyteczną w postaci innej pożądanej jej formy lub też produktu będącego celem
projektowanym danego obiektu. Drugi strumień to energia dyssypowana, częściowo
eksportowana do środowiska lub metasystemu, a częściowo akumulowana w obiekcie jako
efekt różnych procesów zużyciowych zachodzących podczas pracy maszyny. Zaawansowanie
tych procesów zużyciowych determinuje jakość funkcjonowania każdego obiektu, co
syntetycznie pokazano na rys.3.1.
Jak widać z rysunku wszystkie możliwości diagnozowania dają się ująć w trzy
podstawowe grupy, objaśniające sens postępowania badawczego w zakresie oceny jakości
stanu lub wytworu.
Pierwsza z nich to diagnostyka przez obserwację procesów roboczych, monitorując
ich parametry w sposób ciągły, czy też na specjalnych stanowiskach prowadząc badania
sprawnościowe maszyn (moc, moment, prędkość, ciśnienie itp.). Przed tym rodzajem badań
diagnostycznych otwarta jest przyszłość z racji coraz częściej wprowadzanych do maszyn
sensorów mechanotronicznych, mikroprocesorów itp., przy czym w takim przypadku
wymagana jest znajomość modelu funkcjonowania obiektu.
 Drugi sposób diagnozowania maszyn ujmuje badania jakości wytworów, zgodności
wymiarów, pasowań, połączeń itp., gdyż ogólnie tym lepszy stan techniczny maszyny im
lepsza jakość produkcji.
procesy robocze
zakłócenia * monitorowanie
parametrów procesu
MASZYNA * badania
sprawnościowe
STATYKA I DYNAMIKA energia użyteczna (wytwór)
energia
Ś
sterowanie X(t, , r) destrukcyjne rozpro- badania wytworu
Ś
Ś
Ś
sprzężenie szona
STAN TECHNICZNY procesy tribowibroakustyczne procesy resztkowe
zwrotne - drgania, hałas,
- pulsacja ciśnienia,
zasilanie - procesy cieplne,
(energia, materiał) - produkty zużycia,
- procesy elektromagnet.,
- ultradz
więki,
- inne.
Rys.3.1 Maszyna jako system przetwarzania energii i jej możliwości diagnozowania.
Trzecia możliwość diagnozowania to obserwacja procesów resztkowych,
wykorzystująca różne procesy fizyko-chemiczne, zawarte w procesach wyjściowych z
funkcjonującej maszyny i będąca z
ródłem wielu atrakcyjnych metod diagnozowania maszyn.
Warto w tym miejscu w uproszczony sposób pokazać ogólną istotę diagnozowania
maszyn, zakładającą poszukiwania związków pomiędzy stanem maszyny Xn a generowanymi
sygnałami diagnostycznymi Sm , z pominięciem dla prostoty rozważań innych oddziaływań
zewnętrznych (rys.3.2). W tablicy obserwacji (rys.3.3) z jednej strony mamy zestaw
możliwych uszkodzeń (n), reprezentowanych przez cechy stanu odwzorowujące rozwijające
się
X S
uszkodzenia A (X, S) symptomy
n m
m e" n
e"
e"
e"
Rys.3.2 Obserwacja stanu maszyny X za pomocą symptomów S.
uszkodzenia. Z drugiej zaś strony z pomiarów otrzymujemy zestaw symptomów (Sm),
charakterystyczny dla stanu rozwoju uszkodzeń w chwili pomiaru symptomów. Jak widać z
rysunku o jednym uszkodzeniu może informować wiele symptomów, przy czym rozwiązanie
problemu diagnostycznego wymaga spełnienia warunku: m e" n. Operator A, wiążący cechy
e"
e"
e"
stanu obiektu X i jego symptomy S po zidentyfikowaniu, pozwala na bazie pomierzonych
symptomów S wnioskować o stanie X.
 Symptomy
Cechy Sm Wartości mierzonych symptomów
stanu
obiektu Xn C K I Psk ... F0 ... Hv ... m
1. Bicie
2. Luz
3. Zacisk
... Symptomy diagnostyczne
... w dziedzinie czasu, amplitud, częstotliwości.
... ( wymiarowe, bezwymiarowe )
n. Ilość pracy
Rys.3.3 Tablica obserwacji symptomów Sm dla wybranych cech stanu obiektu Xn.
Realizowane zadanie diagnostyczne można zatem przedstawić w postaci
przykładowego algorytmu, pokazanego na rys.3.4.
Stałe warunki badań (zasilanie, sterowanie, zakłócenia)
Procesy Przetwornik Symptomy ZNANE
dynamiczne proces - stanu
maszyny - sygnał maszyny
S
Rozpoznanie
OBIEKT stanu maszyny Decyzja
-1
BADAC
X = A S
(maszyna)
Informacja Niezależne NIEZNANE X
o stanie cechy
maszyny stanu CEL DIAGNOZOWANIA
Rys.3.4 Kolejność postępowania podczas diagnozowania maszyny.
Głównym problemem w analizie zmieniającego się stanu maszyny jest więc
wyznaczenie sygnału wyjściowego S na podstawie historii sygnału na wejściu X oraz
własności układu maszyny A, co można zapisać zależnością:
X = A S (1)
W badaniach systemowych ten problem znany jest jako  problem odwrotny analizy
systemów, gdzie przy danej historii zachowania się obiektu na wejściu i na wyjściu należy
wyznaczyć model przyczynowo-skutkowy zaistniałego stanu. Rozwiązując zatem zagadnienie
odwrotne w liniowym przybliżeniu trzeba zidentyfikować najpierw A, póz
niej mierząc S
wnioskować o stanie X, co zapisuje się zależnością:
-1
S = A X (2)
W diagnostyce problem ten dotyczy braku jednoznacznych relacji przyczynowo-
skutkowych pomiędzy możliwymi przyczynami (zróżnicowane zaawansowanie rozwijających
się uszkodzeń lub rozregulowań) obserwowanych skutków (mierzonych sygnałów), które nie
mają zwykle charakteru przyczynowo-skutkowego. Możliwe w tym względzie bardzo
rozbudowane modele analityczne, występujące najczęściej w postaci układów równań
różniczkowych i dostatecznie dokładnie opisujące działanie diagnozowanych maszyn,
wymagają rozwiązań jedynie na drodze numerycznej, którym daleko jeszcze do aplikacji
diagnostycznych.
Szansa oceny stanu technicznego maszyn podczas konstruowania, wytwarzania lub
eksploatacji, często bez potrzeby wyłączania ich z ruchu - a nawet w sposób bezkontaktowy,
umożliwia udzielenie odpowiedzi na podstawowe pytania:
- jaka jest maszyna (element, zespół) podczas konstruowania?
- jaka jest maszyna po jej wytworzeniu?
- jaka jest maszyna w czasie użytkowania i / lub obsługiwania?
- jak przebiega proces technologiczny realizowany przez maszynę?
Odpowiedzi na te pytania uzyskać można z opracowanych procedur diagnostycznych,
zawierających szczegółowe algorytmy badania diagnostycznego, dających odpowiedzi na
pytania użytkowników:
- co mierzyć? (jaki proces, dlaczego ten, w którym miejscu);
- jak mierzyć? (sposób akwizycji sygnału, jakie parametry procesu, jakie cechy stanu, jak
często);
- czym mierzyć? (oprzyrządowanie, przygotowanie sygnału, sposób przetwarzania);
- jak wnioskować? (modele, stany graniczne, decyzje).
Określane metodami diagnostyki technicznej w procesie diagnozowania decyzje
diagnostyczne o stanie maszyny są wyróżniane za pomocą różnego rodzaju wskaz
ników
(cech, symptomów). Zawsze jednak ich forma prezentacji powinna być dostosowana do
możliwości percepcyjnych, decyzyjnych i wykonawczych użytkowników diagnozowanego
obiektu. Stąd dużą rolę przypisuje się w tym zakresie nowoczesnym technologiom
informatycznym.
Przytoczone skrótowo powyżej treści główne, motywujące potrzebę i rozwój
diagnostyki technicznej stanowią zręby podstaw składających się na nową dziedzinę wiedzy
jaką jest uznana już diagnostyka techniczna.
3. MIEJSCE DIAGNOSTYKI W ŻYCIU MASZYNY
Patrząc syntetycznie na ogół możliwych zastosowań diagnostyki technicznej w każdej
z faz istnienia obiektu, trzeba wyróżnić każdorazowo trzy różne dziedziny wiedzy, niezbędnej
do prawidłowej oceny stanu obiektu. Są to :
" wiedza o obiekcie badań,
" wiedza o sygnałach i symptomach,
" wiedza z teorii decyzji, w zakresie wnioskowania diagnostycznego.
Wiedza o obiekcie diagnozowania obejmuje problematykę z dziedziny projektowania,
wytwarzania i eksploatacji obiektu. Znajdują tu miejsce zagadnienia z zakresu nowoczesności
konstrukcji, technologii wytwarzania, warunków eksploatacji, zasad funkcjonowania,
możliwych uszkodzeń oraz kryteriów oceny.
Wiedza o sygnałach i symptomach świadczących o stanie diagnozowanego obiektu
obejmuje zarówno sygnały nieodłącznie związane z pracą obiektu, jak i sygnały generowane
w sztucznie wymuszonym stanie. Niezbędna staje się tu znajomość sposobu generacji
sygnałów, ich akwizycji i przetwarzania, jak i tworzenia diagnostycznie zorientowanych
symptomów stanu obiektu.
Teoria decyzji w zakresie wnioskowania diagnostycznego obejmuje problematykę
podejmowania decyzji diagnostycznych w warunkach niepewności. Jak wiadomo w
diagnostyce, ze względu na zakłócenia, wszelkie decyzje podejmowane są w kategoriach
prawdopodobieństw. Stąd też modele diagnostyczne obiektów, czyli "związki między
obserwowanymi symptomami a cechami stanu" są mniej lub bardziej probabilistyczne. Można
więc niewiedzę o istniejących związkach w modelu obiektu, potraktować jako zakłócenie
modelu deterministycznego lub przyjąć od razu model probabilistyczny.
Przedstawiony zakres wiedzy formułuje obszar zagadnień definiujących podstawy
diagnostyki technicznej oraz możliwości jej poprawnego wykorzystania.
Każda maszyna przechodzi cztery fazy swego istnienia (rys.3.5): wartościowanie (C),
projektowanie (P), wytwarzanie (W) i eksploatacja (E). Coraz większe wymagania stawiane
maszynom określiły szereg kryteriów, które są badane na każdym z etapów.
Metody i środki dające taką możliwość kontroli "jakości" maszyn - spełniania
stawianych kryteriów - są zakresem zainteresowań diagnostyki technicznej.
W każdym z etapów istnienia obiektów (C - K - W - E) występują działania
diagnostyczne o różnym charakterze, odpowiednio do zadań, jakie mają być zrealizowane,
przy czym zaangażowanie diagnostyki jest zauważalne wyraz
nie w każdym z tych etapów.
Uwzględnienie przedstawionych kryteriów stawianych obiektom w poszczególnych
fazach ich istnienia: C - K - W - E , daje podstawę oceny spełniania potrzeb, a także wytycza
kierunki rozwoju wiedzy i badań diagnostyki technicznej.
3.1 Diagnostyka na etapie wartościowania
Pierwszy etap - wartościowanie, znany od dawna w gospodarce rynkowej, pozwala
oceniać zaspokojenie potrzeb i oczekiwań odbiorcy w świetle parametrów technicznych i
ekonomicznych urządzenia. Poczynając zatem od wyróżnienia i identyfikacji potrzeby,
poprzez sformułowanie problemu technicznego i poszukiwanie różnych koncepcji rozwiązań,
a kończąc na zasadach i taktyce opracowania projektu technicznego - realizujemy wyroby
(ma-szyny) do zaspokajania określonych potrzeb. Wiarogodność spełniania tych potrzeb
określa się na podstawie analizy ryzyka kosztów i korzyści, zarówno odbiorcy jak i
wytwórcy. Tę fazę działania określają :
Fazy
istnienia maszyny
Dzie-
dzina Wartościowanie Konstrułowanie Wytwarzanie Eksploatacja
Warto
zastoso- (wyrób-proces)
wania
Nazwa Diagnostyka Diagnostyka Diagnostyka Diagnostyka
diagno- heurystyczna konstrukcyjna kontrolna eksplatacyjna
styki (wytwarzania)
Cel Wybór Identyfikacja Ocena Ocena stanu
diagno- metod i z
ródeł drgań i po- jakości technicznego
styki środków tencjalnych zagrożeń wyrobów obiektów
Rys.3.5 Fazy istnienia maszyny w diagnostyce technicznej.
a). środki techniczne, np.:
" zbiory elementów; pola możliwych rozwiązań projektowych i konstrukcyjnych;
" sposoby porównania; skale miar, ważności, kolejności;
" układy kryteriów; systemy oceny;
" jednoznaczna identyfikacja wielkości mierzonych i środków mierzących;
b). środki organizacyjno - wytwórcze, których celem jest:
" uzyskanie i utrzymanie jakości wytworzonego wyrobu, usługi - by w sposób trwały
zaspakajały potrzeby odbiorcy;
" potwierdzenie stopnia wiarogodności, że zaplanowany system eksploatacji (w 85% na tym
etapie) zapewni w sposób trwały zakładaną jakość;
" uzyskanie u odbiorcy zapewnienia, że proponowany wyrób spełnia jego wymagania;
" wyznaczenie żywotności, kosztów jednostkowych i całkowitych eksploatacji, funkcji
degradacji i warunków złomowania i utylizacji.
Zawsze te elementy były w umyśle twórcy podstawą decyzji, a poparte dokumentami i
rzeczywistym rachunkiem ekonomicznym - wypełniają treści etapu wartościowania (przez
niektórych nazywanego etapem potrzeby).
Zadania diagnostyki technicznej na tym etapie wiążą się z określeniem możliwych do
zastosowania metod i środków diagnostyki, metodyki badań, automatyzacji procedur
diagnostycznych i sposobu wkomponowania diagnostyki w strukturę obiektu (system
diagnostyczny zewnętrzny, wewnętrzny lub rozproszony).
3.2 Diagnostyka konstrukcyjna
Etap projektowania (często zwany konstruowaniem) obiektów uwzględnia zasady:
funkcjonalności, niezawodności i trwałości, sprawności, technologiczności, ergonomii,
efektywności ekonomicznej i ekologii. W tej grupie wymagań najczęściej stosowane są te,
które mają charakter uniwersalny, czyli mogą się znalez
ć w zestawie wymagań dowolnego
wytworu.
Nowe zadania i możliwości diagnostyki technicznej, szczególnie istotne w
początkowych fazach istnienia maszyny, zbiegają się z nowymi możliwościami
mikroelektroniki, techniki komputerowej, teorii fraktali, sieci neuronowych czy logiki rozmytej
- generując całą gamę zupełnie nowych problemów.
Problematykę diagnostyki na etapie konstruowania przedstawiono w aspekcie:
konstruowania diagnostycznego oraz konstruowania układów diagnostycznych.
A. Projektowanie układów diagnostyki maszyn
Realizację procesu badań diagnostycznych umożliwiają urządzenia diagnostyczne.
Klasyczne sposoby kontroli nie odpowiadają już współczesnym wymaganiom ani co do czasu
kontroli, ani co do jej wiarygodności. Zautomatyzowanie badania stanu przy pomocy nowo-
czesnych urządzeń diagnostycznych umożliwia:
- obniżenie kosztów eksploatacji,
- zmniejszenie czasu kontroli,
- zwiększenie wiarygodności wyników kontroli,
- zmniejszenie wymagań co do kwalifikacji i liczby personelu.
Urządzenia diagnostyczne można zaprojektować w sposób najbardziej racjonalny na
etapie projektowania maszyny. Wówczas równolegle z powstającą koncepcją rozwiązań
funkcjonalnych można zaplanować strukturę kontrolno-pomiarową maszyny.
Wyróżnienie etapu projektowania od konstruowania (często zamiennie stosowanego)
znajduje swoje uzasadnienie w liczbie faz istnienia obiektów i zadaniami diagnostyki w tych
fazach. Dla potrzeb diagnostyki przyjmuje się, że projektowanie to zespół działań, w wyniku
których powstaje projekt wytworu, plan działania, sposób jego wykonywania (projekt
technologii), lub projekt systemu organizacyjnego, natomiast konstruowanie to materiałowe
urzeczywistnianie projektu.
 Układ diagnostyczny składa się ze struktury sprawdzeń (oprogramowania) i struktury
konstrukcyjnej. Koncepcja układu diagnostycznego obejmuje:
- sposób kontroli stanu (automatyczny, nieautomatyczny),
- metodę badania stanu (ciągłe,dyskretne),
- strukturę układu diagnostycznego (przyrządy zewnętrzne, moduły wewnętrzne, struktura
wewnętrzna rozmyta),
- sposób prezentacji decyzji diagnostycznych (systemy sterująco-diagnostyczne),
- sposób egzekucji decyzji diagnostycznych,
- sposób samokontroli układu diagnostycznego.
Przedstawione wymagania narzucają każdorazowo potrzebę zaprojektowania podatności
diagnostycznej maszyny, rozumianej jako diagnozowalność (metoda, jej skuteczność,
automatyzacja działania i sterowanie) oraz technologiczność diagnostyczna (wygoda badań,
punkty odbioru informacji itd.).
Komputeryzacja urządzeń diagnostycznych pozwala budować pokładowe urządzenia
sterująco-diagnostyczne. Mikroprocesor steruje: akwizycją danych, ich przetwarzaniem,
gromadzeniem danych oraz wytwarzaniem sygnałów sterujących i zobrazowaniem decyzji
diagnostycznej w postaci przyjaznej dla użytkownika.
B. Diagnostyka w konstruowaniu maszyn
Coraz doskonalsze metody i środki diagnostyki technicznej winny wspomagać
konstruowanie maszyn, poprzez bieżącą kontrolę spełniania wymogów eksploatacyjnych przez
konstruowane węzły, pary kinematyczne czy zespoły mechaniczne. Stosowanie diagnostyki w
konstruowaniu umożliwia zatem korygowanie rozwiązań konstrukcyjnych w aspekcie
wymogów poprawności pracy, niezawodności, trwałości, podatności diagnostycznej itp.
W okresie konstruowania obiektu należy pamiętać, że w przyszłości będzie on
wymagał kontroli stanu, (diagnozowania użytkowego i obsługowego) zarówno całości jak i
poszczególnych elementów. W zależności od wyniku tej kontroli zachodzić może
konieczność naprawy, często polegającej na wymianie fragmentu obiektu obejmującego także
nie uszkodzone elementy. Stąd w okresie konstruowania obiektu należy przewidzieć taką jego
konstrukcję, by w okresie eksploatacji, diagnozowanie:
- mogło objąć cały obiekt (pełność kontroli);
- było ekonomicznie uzasadnione;
- pozwalało realizować wymiany, naprawy i obsługiwanie profilaktyczne (kontrola stanu
przed i po obsługiwaniu);
- umożliwiało podejmowanie optymalnych lub przynajmniej korzystnych decyzji dotyczących
dalszego postępowania z obiektem (np. w sytuacji, gdy jest on nie zdatny).
W okresie konstruowania, zwykle po przeprowadzeniu badań prototypu obiektu,
ustala się dane niezbędne dla prowadzenia procesu diagnozowania (wartości odniesienia,
warunki pomiarów, relacje między wynikami sprawdzeń a diagnozami). Efektem
konstruowania obiektu w zakresie diagnozowania powinno być:
- opracowanie zwykle dwu modeli diagnostycznych obiektu: dla diagnozowania użytkowego
(kontroli funkcjonalnej) oraz obsługowego (lokalizacji uszkodzeń);
- opracowanie wytycznych dotyczących konstrukcji obiektu optymalnej ze względów
diagnostycznych (dostępność, sygnalizacja zmian stanu, podział na moduły);
- opracowanie zestawu badanych wielkości, metod ich pomiaru i sposobu wyznaczania relacji
diagnostycznych.
Zastosowanie diagnostyki na etapie konstruowania jest możliwe w symulacyjnym
eksperymencie czynnym-pozwalającym minimalizować dynamikę pracy maszyny, a także w
eksperymencie biernym - umożliwiającym określenie zmian eksploatacyjnych parametrów
wpływających na dynamikę pracy maszyny. Dogodnym kryterium podwyższonej
dynamiczności maszyny mogą tu być np. wartości amplitudy drgań, czy też częstości drgań
własnych, gdyż ogólnie minimum poziomu drgań jest wskaz
nikiem nierozerwalnie złączonym z
charakterem procesów dynamicznych na etapie konstruowania, jak i w eksploatacji maszyn.
Skuteczne wykorzystanie diagnostyki na etapie konstruowania wymaga opracowania
nowej, szczegółowej metodologii diagnostyki, uwzględniającej: modelowanie fizyczne i
matematyczne, identyfikację parametrów modelu, symulację prognostyczną oraz weryfikację
eksperymentalną procedury.
Informacje dla konstruowania diagnostycznego uzyskujemy z jednej strony z
modelowania systemów działaniowych, które w ogólności są znane i w dostępnej literaturze
dobrze opisane. Z drugiej strony przesłanki pomiarowe ewolucji stanu technicznego są dostępne
jedynie poprzez mierzalne symptomy stanu, możliwe do otrzymania z procesów resztkowych
takich jak ciepło, drgania, hałas, emisja akustyczna, resztkowe procesy zużycia itp.
Istnieje wiele metod wyznaczania symptomowej krzywej życia i wartości granicznych
symptomu, pozwalających generować zmienność eksploatacyjną cech stanu obiektu,
niezbędnych konstruktorowi dla oceny prognozowanych zużyć. Wydaje się, że przyszłościowe
są tu modele holistyczne systemów działaniowych oparte na modelach strukturalnych.
3.3 Diagnostyka na etapie wytwarzania
Etap wytwarzania obiektów pod względem wymogów traktuje jako główne: wysokiej
jakości wykonanie, technologiczność operacyjną, dostępność właściwych materiałów, niskie
koszty produkcji oraz zgodność z normami (unifikacja, typizacja i normalizacja).
Podstawowym zadaniem w tej fazie istnienia obiektu jest wytworzenie
poszczególnych elementów obiektu, a następnie całości, zgodnie z dokumentacją techniczną.
W procesie produkcji dokonuje się zatem systematycznie pomiarów, których wyniki
porównywane są z wymaganiami zawartymi w dokumentacji technicznej. W zależności od
wyniku tego porównania podejmuje się dalszy etap wytwarzania lub wprowadza poprawki.
Jakość końcowego produktu uzależniona jest od dokładności sprawdzeń i konsekwentnego
postępowania zgodnie z ich wynikami - kolejnymi diagnozami. Ponadto jednak, końcowy
wynik będzie w pełni pozytywny, jeśli do międzyoperacyjnej kontroli stanu wybrano
właściwe wielkości a w całym procesie diagnozowania uwzględniono wszystkie istotne
właściwości obiektu i jego podzespołów. Zatem efekty diagnozowania obiektu w czasie jego
produkcji uzależnione są od:
" prawidłowego zaplanowania procesu diagnozowania;
" właściwego wykonania pełnego zbioru działań dla tego procesu.
Między tymi zadaniami występuje pewne sprzężenie: prawidłowe wykonanie działań
zależy w pewnym stopniu od sposobu ich zaplanowania (dostępność, czasochłonność,
złożoność metod pomiarowych) a doświadczenia wynikające z realizacji podobnych
procesów w przeszłości, uwzględnia się przy planowaniu nowych procesów kontroli. Efektem
opracowania procesów diagnozowania dla tego etapu istnienia obiektu jest:
a) zaplanowanie procesu kontroli elementów, zwykle jest to statystyczna kontrola jakości
elementów nie własnej produkcji;
b) zaplanowanie kontroli elementów własnej produkcji (kontrola stanowiskowa,
międzyoperacyjna, itp.);
c) zaplanowanie kontroli podzespołów i całości obiektu.
W każdym z tych zadań należy ustalić:
" metody badania (co, czym i jak mierzyć);
" wartości odniesienia dla poszczególnych wielkości (wartości nominalne z tolerancją);
" warunki badań (sygnały testujące, wymuszenia zewnętrzne);
" średni czas trwania czynności;
" liczność i sposób pobierania próbek losowych w przypadku statystycznej kontroli jakości;
" instrukcje postępowania z obiektem w zależności od otrzymanych wyników sprawdzeń, w
tym wytyczne dotyczące zmian i regulacji umożliwiających uzyskanie stanu zdatności.
Efektywne wykorzystanie diagnostyki technicznej na tym etapie istnienia obiektów
wiąże się z dostępnością procedur i środków diagnostyki, przygotowaniem diagnostów oraz
przekonaniem pracowników zakładu o potrzebie oceny poprawności wykonywanych przez
nich czynności.
3.4 Diagnostyka eksploatacyjna
Najwięcej wymagań wiąże się ze sferą eksploatacji wyrobów. Jest to zrozumiałe, gdy
za rację bytu obiektu uznamy jego użytkowanie. W tym zakresie można wyróżnić :
" wymagania trwałościowo - niezawodnościowe,
" wymagania związane z efektywnością stosowania wyrobów (sprawność, wydajność, niskie
koszty eksploatacji),
" wymagania związane bezpośrednio z użytkowaniem (uniwersalność, łatwość obsługiwań,
podatność odnowy, automatyzacja),
" wymagania związane z oddziaływaniem na otoczenie (cichobieżność, bezpieczeństwo,
ergonomia, zanieczyszczenie środowiska).
Można zatem przyjąć, że najszersze oddziaływanie diagnozowania na stan obiektu
występuje podczas jego eksploatacji. Uwzględnić należy tutaj dwojakie zapotrzebowanie na
decyzje diagnostyczne :
a). ze strony użytkownika, dla którego ważne są następujące efekty:
" określenie, czy obiekt funkcjonuje (lub może funkcjonować) prawidłowo - diagnozy
użytkowe uzyskane w wyniku badania właściwości funkcjonalnych obiektu (kontrola
funkcjonowania);
" wyznaczenie prognozy dotyczącej oczekiwanego okresu zdatności obiektu - jest to zwykle
wyznaczenie prawdopodobieństwa poprawnej pracy w zadanym okresie czasu;
b). ze strony obsługującego obiekt, dla którego ważna jest:
" możliwość lokalizacji każdego uszkodzenia (uzyskanie dostatecznie dokładnych diagnoz
obsługowych);
" określenie przyczyny uszkodzenia;
" wyznaczenie danych umożliwiających określenie podstawowych parametrów procesu
naprawy (średni czas naprawy, prawdopodobieństwo naprawienia w zadanym czasie,
oczekiwany koszt naprawy);
" wyznaczenie danych umożliwiających oszacowanie parametrów procesu odnowy (średni
czas do następnego uszkodzenia, oczekiwany czas do kolejnych badań i prac
profilaktycznych).
Zasady wykorzystania diagnostyki na etapie eksploatacji obiektów obejmuje
podsystem użytkowania i obsługiwania. Dla podsystemu użytkowania jest to najczęściej
dozorowanie stanu zdatnej maszyny, która po przejściu do stanu niezdatności
(rozregulowanie, uszkodzenie) trafia do podsystemu obsługiwań technicznych. Tu z kolei w
zorganizowanym systemie nadzoru występują następujące formy działania diagnostycznego:
diagnozowanie ogólne, diagnozowanie szczegółowe, prognozowanie stanu.
Efektem opracowania procesu diagnozowania dla okresu eksploatacji obiektu są
zwykle odpowiednie rozdziały w instrukcjach użytkowania i obsługiwania, traktujące o
zasadach wykorzystania diagnostyki. W instrukcji użytkowania podaje się:
a) zależności funkcyjne, cechy, symptomy i ich wartości, charakteryzujące stan zdatności
obiektu;
b) punkty kontrolne i metody badań.
Opracowując instrukcję dąży się do minimalizacji liczby badanych wielkości i
poszukuje się parametru uogólnionego, to jest wielkości, której wartość (często logiczna: "jest
- nie jest") pozwala wnioskować o stanie całości obiektu, nawet kosztem obniżenia
wiarogodności kontroli. Takie podejście jest niezbędne w przypadkach, gdy użytkownik nie
posiada dostatecznych kwalifikacji do prowadzenia diagnozowania i obsługiwania obiektu.
4. DIAGNOSTYCZNY SYSTEM ISTNIENIA MASZYN
Ustalenie miejsca i funkcji diagnostyki technicznej w systemie istnienia maszyn
warunkuje potrzebę omówienia istniejących strategii eksploatacji, w oparciu o które
realizowane są procesy użytkowania i obsługiwań technicznych maszyn w
przedsiębiorstwach.
Strategia eksploatacyjna polega na ustaleniu sposobów prowadzenia użytkowania i
obsługiwania maszyn oraz relacji między nimi w świetle przyjętych kryteriów.
W literaturze znane są następujące strategie eksploatacji maszyn:
" według niezawodności,
" według efektywności ekonomicznej,
" według ilości wykonanej pracy,
" według stanu technicznego,
" autoryzowana strategia eksploatacji maszyn.
Najczęściej w oparciu o jedną z powyższych strategii buduje się system eksploatacji
przedsiębiorstwa, przy czym elementy pozostałych strategii są często jego uzupełnieniem. W
praktyce przemysłowej występują więc najczęściej strategie eksploatacji mieszane,
dostosowane do wymagań i warunków eksploatowanych maszyn.
4.1 Strategia według stanu technicznego
Strategia według stanu opiera podejmowanie decyzji eksploatacyjnych na podstawie
bieżącej oceny stanu technicznego maszyn, ich zespołów lub elementów (rys.3.6). Umożliwia
to eliminowanie podstawowych wad eksploatacji maszyn według innych, omówionych już
strategii.
Aktualny stan techniczny maszyny, odwzorowany wartościami mierzonych
symptomów stanu, jest podstawą decyzji eksploatacyjnej. Poprawna realizacja tej strategii
wymaga skutecznych metod i środków diagnostyki technicznej oraz przygotowanego
personelu technicznego.
zakłócenia
WE SYSTEM WY
EKSPLOATACJI
MASZYN
PODSYSTEM
DIAGNOSTYCZNY
(informacje o stanie maszyn)
DECYZJE ALGORYTM WZORZEC
EKSPLOATACYJNE POST
POWANIA STANU
Rys.3.6 Diagnostyczne sterowanie systemem eksploatacji maszyn.
Wymaga też przezwyciężenia nieufności decydentów co do efektywności takiego sposobu
eksploatacji. Efekty ekonomiczne z takiego sposobu eksploatacji są niewspółmiernie wyższe
niż w innych strategiach, co warunkuje powodzenie i ogromne zainteresowanie tym
rozwiązaniem.
Podstawowym warunkiem powodzenia tej strategii jest dostępność prostych i
skutecznych metod diagnostycznych, najlepiej w konstruowanych w produkowane maszyny,
które z kolei są nadzorowane w systemie monitorowania stanu.
W oparciu o omówione strategie eksploatacji maszyn w praktyce przemysłowej
budowane są systemy obsługiwań technicznych maszyn. Do najbardziej rozpowszechnionych
należą :
" system wymian profilaktycznych; budowany głównie w oparciu o strategię eksploatacji
według efektywności; (dla obiektów jednostkowych, odpowiedzialnych-gdzie prowadzi się
wymiany profilaktyczne dla uniknięcia awarii),
" planowo - zapobiegawczy system obsługiwań technicznych; budowany w oparciu o strategię
według ilości wykonanej pracy; (z góry zaplanowany zakres i częstotliwość obsługiwań
technicznych, niezależnie od aktualnego stanu, czyli potrzeb),
" planowo - zapobiegawczy system obsługiwań technicznych z diagnozowaniem; (jak wyżej,
lecz wspomagany częściowym diagnozowaniem stanu maszyny),
" system obsługiwań technicznych według stanu; (czynności obsługowe - częstotliwość i
zakres - wyznaczane są w oparciu o aktualny stan techniczny maszyny).
4.2 Autoryzowana strategia istnienia maszyn
Jakościowe zmiany wymuszone gospodarką rynkową mają rozległe konsekwencje we
wszystkich sferach gospodarowania, w tym również w eksploatacji środków trwałych.
Wymagania od strony "jakości", marketingu i logistyki zmieniają radykalnie kryteria
oceny maszyn, dając przesłanki do dalszego, rosnącego zainteresowania metodami i środkami
diagnostyki technicznej.
Potrzeby i uwarunkowania gospodarki rynkowej uzasadniają konieczność
wprowadzenia nowoczesnej autoryzowanej strategii wytwarzania i eksploatacji maszyn. W
propozycji tej strategii nie traci się dotychczasowych dokonań najnowszej strategii
eksploatacji według stanu, lecz twórczo się ją modernizuje. Sama idea tej strategii, pokazana
na rys.3.7, opiera się na wykorzystaniu "pętli jakości", którą uzupełniono elementami teorii
eksploatacji (fazy istnienia maszyny, serwis) oraz diagnostyki technicznej.
Rys.3.7 Autoryzowana strategia istnienia maszyn.
 Proponowana strategia istnienia- ASIM -imiennie wskazuje na twórcę i
odpowiedzialnego za wyrób. Producent zainteresowany jakością i póz
niejszym zbytem jest
odpowiedzialny za wyrób od zamysłu, poprzez konstrukcję, wytwarzanie i eksploatację, aż do
utylizacji po likwidacji obiektu. Tym samym producent konstruuje i wytwarza swoje wyroby
w oparciu o najnowsze osiągnięcia myśli technicznej, zabezpiecza swój wytwór własnym
serwisem obsługowym w czasie eksploatacji, a także wyposaża obiekty w środki
diagnostyczne (najlepiej automatyczne).
4.3 Ocena istniejących strategii
Uwzględniając dostępne warianty stosowanych strategii eksploatacji maszyn można
ich praktyczną przydatność ocenić przy pomocy użytkowych wskaz
ników efektywności. Dla
ich wyznaczenia przyjmuje się, że [26]:
- czas pracy maszyny do uszkodzenia określa funkcja niezawodności:
"
R(t) = P(TU *#t) = f (t)dt
+"
(3)
t
- oczekiwany czas pracy:
"
O = R(t) dt (4)
+"
Cp
0
- przeciętny rzeczywisty czas pracy (główny dla zadań utrzymania maszyn w ruchu):
t
PRZCp = R(t) dt (5)
+"
0
Pozwala to zdefiniować - współczynnik wykorzystania maszyny WW :
PRZCp
WW =  kryterium jakości strategii  (6)
OCp
Według tego kryterium można dokonać oceny poszczególnych strategii eksploatacji
maszyn i dalej ich przydatności w praktyce przemysłowej.
I. Strategia od  awarii do awarii (znana jako: od uszkodzenia do uszkodzenia)
stosowana dla uszkodzeń o małych skutkach ekonomicznych i bez następstw zagrożenia
bezpieczeństwa:
P (Usz)
RZCp
W = = 1 , (7)
AA
O
Cp
"
R(t) dt
gdyż : Ocp = PRZCp (uszkodzenie) =
+"
0
Jest to zatem strategia najbardziej efektywna ekonomicznie, a zadania obsługowo-
naprawcze inicjowane są uszkodzeniem.
II. Strategia  według ilości pracy (obligatoryjna), w której przedsięwzięcia
obsługowo-naprawcze są zaplanowane po z góry określonej ilości wykonanej pracy
(statystyczne oszacowania słabych ogniw i czasu do awarii):
R(t ) = P(OCp *# �" tp ) �" �"*# �" R (8)
p
RZ
gdzie: RRZ - wymagany poziom niezawodności,
tp - czas OT zapobiegawczej ze względu na koszt, bezpieczeństwo.
tp
P (t ) = R(t) dt (9)
+"
p
RZ
Cp
0
OCp = PRZCp (tp) + PNCp
 Wskaz
nik efektywności w tej strategii:
PRZCp (tp )
Wt = << 1 (10)
p
OCp
Wskaz
nik niewykorzystanego czasu pracy PNCp :
1 - PRZCp (t )
p
WNCp = - wskazuje potrzebę zmiany strategii. (11)
OCp
III. Strategia  według stanu technicznego , w której zakres i częstotliwość czynności
obsługowo- naprawczych limituje stan techniczny, w wersji:
a). inspekcyjnej, ze stałym okresem kontroli stanu,
b). kontroli stanu wg prognozowanej zmiany stanu.
T1 gr
�łS łł
PRZCp (T1) = fRZCp(t) (x) dx dt
+" �ł +" śł
0 S0
�ł śł
�ł �ł
gr
�łS łł
"
PRZCp = fRZCp(t) (x) dx dt (12)
+" �ł +" śł
T1 S0
�ł śł
�ł �ł
Wskaz
nik efektywności tej strategii:
PRZCp (T1) + PRZCp
WDT = <1 (13)
OCp
Jakościowa analiza przedstawionych wskaz
ników wskazuje, że ich uszeregowanie w
postaci: WAA > WDT > Wtp preferuje, poza strategią uszkodzeniową, strategię według stanu
technicznego. Przedstawione wskaz
niki dobrze ilustrują efektywność działań obsługowo-
naprawczych w różnych strategiach utrzymania maszyn.
5. FUNKCJA STERUJ
CA DIAGNOSTYKI
Rola i znaczenie diagnostyki technicznej w każdej z faz istnienia maszyny jest bardzo
istotna, a ukazana na tle zadań spełnianych przez wytwór w poszczególnych strategiach
eksploatacji określa funkcję sterującą diagnostyki.
Na podstawie zebranej informacji z badań diagnostycznych istnieje możliwość :
- oceny stanu maszyny w chwili badania "t" (zdatna, niezdatna),
- wskazania na uszkodzone elementy w przypadku niezdatności,
- zlokalizowania uszkodzonych elementów w przypadku niezdatności,
- prognozowanie przyszłego stanu maszyny w chwili  tp = t + "t ,
- określenia czasu pracy maszyny do naprawy głównej,
- ustalenia czasu rezerwowego do likwidacji maszyny,
- wyznaczenia terminu następnego diagnozowania maszyny.
Proces postępowania z maszyną jest więc następujący :
a). w przypadku maszyny zdatnej: badanie stanu - wykonanie niezbędnie koniecznych
zabiegów obsługowych - prognozowanie stanu - ustalenie terminu następnego badania;
b). w przypadku maszyny niezdatnej: badanie stanu - ustalenie niezdatności (rozregulowanie,
uszkodzenie, wykonana praca do naprawy głównej lub likwidacji) - usunięcie uszkodzenia -
ocena jakości wykonanej naprawy - wykonanie niezbędnych czynności obsługowych -
prognozowanie - termin kolejnego diagnozowania.
Funkcja sterująca diagnostyki w utrzymaniu zdatności maszyn polega więc na :
* ocenie aktualnego stanu maszyn, określającego możliwości dalszej ich pracy,
* eliminacji niezdatnych, a więc i niebezpiecznych maszyn z użytkowania,
* zapobieganiu uszkodzeniom lub awariom maszyn, dzięki uprzedzającej ocenie stanu,
* przewidywaniu przyszłych stanów maszyn, stwarzając podstawy planowania materiałowo-
technicznego i zadaniowego dla systemu eksploatacji.
Biorąc za podstawę przedstawione możliwości diagnostyki w zakresie nadzorowania
zmienności stanów maszyn, zasadne są propozycje metody obsługiwania maszyn według
stanu technicznego w ramach autoryzowanej strategii istnienia maszyn ASIM.
Doskonalenie tej przyszłościowej strategii opiera się o skuteczne metody
diagnozowania stanu maszyn, o opracowania pokładowych i stacjonarnych układów
diagnostycznych , wspieranych techniką komputerową i dokonaniami sztucznej inteligencji.
Wdrożenie diagnostyki technicznej w przedsiębiorstwie uwarunkowane jest
przekonaniem decydentów o potrzebie, odpowiednim przygotowaniem organizacyjnym,
szczególnie: służb planowania i sterowania produkcją przedsiębiorstwa, służb sterowania
jakością produkcji, służb konserwacyjno - naprawczych. Zakres problemowy projektu
organizacyjnego przygotowania wdrożenia diagnostyki w przedsiębiorstwie obejmuje :
- pełną dokumentację techniczną dotyczącą aparatury diagnostycznej, technologii jej
instalacji i eksploatacji (w tym symptomy stanu i instrukcje diagnostyczne),
- system informatyczny obejmujący: z
ródła, odbiorców, sieć przepływu, sposób
wykorzystania, techniczne środki przesyłania i przetwarzania oraz dokumentację,
- technologie obsługiwań, organizację i jednostki odpowiedzialne za zaopatrzenie i
gotowość funkcjonalną diagnostyki technicznej,
- zasady doboru i program szkolenia personelu odpowiedzialnego za wykonywanie, nadzór
i kontrolę czynności diagnostycznych,
- analizę ekonomicznej efektywności zastosowania diagnostyki w przedsiębiorstwie,
- opracowanie mechanizmów pozytywnej stymulacji ekonomicznej pracowników i
jednostek związanych z wykonywaniem zadań diagnostyki.
Problematykę diagnostyki w zakładzie najczęściej powierza się zespołowi
diagnostycznemu, który określa zakres, metody i środki niezbędne do nadzoru maszyn
(krytycznych, ważnych, mało istotnych). Swoje zadania zespół realizuje w powiązaniu z
działem głównego mechanika, szefa produkcji, kierownikiem działu marketingu i
księgowością.
Zespół diagnostyki pozyskuje i przetwarza informacje o maszynach i na tej podstawie
podejmuje odpowiednie decyzje. Decyzje o dopuszczeniu do ruchu danej maszyny oraz
informacje o możliwości obciążenia maszyny, a także o konieczności wyłączenia maszyny z
ruchu przekazywane są do szefa produkcji. Do głównego mechanika zakładu przekazywane
są informacje o terminie i zakresie spodziewanych napraw, a od niego otrzymuje dane
niezawodnościowe w celu lepszego zorientowania swych prac. Dla optymalizacji zakresu
swych prac i potwierdzenia swej przydatności zespół otrzymuje informacje o potrzebach
rynku z działu marketingu, zaś o kosztach napraw i przestojów z działu finansowego.
6. ZADANIA DIAGNOSTYKI W EKSPLOATACJI MASZYN
Przedstawione zagadnienia wskazują, że cele diagnostyki technicznej są następujące:
badania i ocena stanów, ustalenie przyczyn zaistniałych stanów, a także prognozowanie zmian
stanów badanych obiektów. Zagadnienia te są ważne we wszystkich fazach istnienia
obiektów, a szczególnie przydatne są na etapie ich eksploatacji, dostarczając informacji i
danych do badania budowanych modeli eksploatacyjnych.
Osiągnięcie przedstawionych celów diagnostyki wymaga zrealizowania wielu zadań,
wśród których do ważniejszych należą:
- rozpatrzenie obiektów technicznych w ujęciu potrzeb diagnozowania,
- badania procesów fizyczno-chemicznych jako nośników informacji o stanie,
- budowę modeli diagnostycznych,
- opracowanie algorytmów zmian stanu,
- budowę metod diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów,
- konstrukcję dokładnych i niezawodnych urządzeń diagnostycznych (środków diagnozy),
- weryfikację modeli diagnostycznych i algorytmów diagnozowania,
- wdrażanie zasad podatności diagnostycznej,
- opracowanie procesów technologicznych badań diagnostycznych,
- opracowanie zasad wykorzystania diagnostyki technicznej w systemach działania,
- opracowanie metod oceny efektywności stosowania diagnostyki technicznej w systemach
działania.
Kolejność realizacji wymienionych zagadnień nie jest przypadkowa ze względu na
następujące fakty:
- istotnym zadaniem jest ustalenie elementów obiektu, które należy diagnozować;
- podstawą wszelkiego działania w diagnostyce technicznej jest poznanie natury procesów
fizyczno-chemicznych jako nośników informacji o stanie obiektów technicznych;
- badania procesów fizyczno-chemicznych umożliwiają ustalenie zbioru potrzebnych
parametrów diagnostycznych;
- stosując odpowiednie procedury, ustala się zbiory niezależnych cech stanu i parametrów
diagnostycznych;
- mając dwa podzbiory cech stanów i parametrów diagnostycznych, poszukuje się
odpowiedniego modelu diagnostycznego obiektu badań;
- mając model diagnostyczny obiektu, można ustalić algorytmy, tzn. uporządkowane zbiory
sprawdzeń, diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów;
- mając ustalone: zbiór parametrów diagnostycznych, modele diagnostyczne, algorytmy
diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów, można przystąpić do opracowania
koniecznych, a nie przypadkowych metod i urządzeń diagnostycznych;
- algorytmy diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów wymuszają odpowiednią
podatność diagnostyczną obiektu technicznego (m.in. liczbę czujników sygnałów);
- algorytmy diagnozowania, prognozowania i genezowania stanów, metody i urządzenia
diagnostyczne oraz podatność diagnostyczna umożliwiają opracowanie procesów
technologicznych, czyli postępowania praktycznego w badaniach i ocenie stanów obiektów
technicznych;
- diagności, a także wymienione elementy tworzą podsystem diagnostyczny obiektów
technicznych, który wdrożony do systemów działania powinien usprawnić ich
funkcjonowanie, pod warunkiem że zostały określone funkcja i wykorzystanie diagnostyki
technicznej (podsystemu diagnostycznego);
- wdrożoną diagnostykę (podsystem diagnostyczny) należy ocenić w aspekcie efektywności,
w tym ekonomicznej, niezawodności i bezpieczeństwa funkcjonowania systemów działania.
Przedstawione problemy wytyczają możliwe trendy rozwojowe diagnostyki
technicznej na stosunkowo niedaleką przyszłość i zawierają jako główne:
- wejście diagnostyki w początkowe etapy istnienia obiektów (w fazę projektowania,
konstruowania i wytwarzania) dla podwyższenia ich niezawodności funkcjonalnej i jakości;
- wejście diagnostyki w konstrukcje inżynierskie, zagregowane systemy maszynowe i
budowlane;
- zastosowanie nowych przetworników wrażliwych zjawiskowo i układów
mechanotronicznych dla oceny stanu, wspomaganych nowoczesnymi technologiami
informatycznymi i elementami sztucznej inteligencji (przetworniki wirtualne);
- stopniowe pojawianie się pokładowych układów sterująco-diagnostycznych, szczególnie dla
obiektów krytycznych;
- pojawianie się układów diagnostyki kompleksowej (stanu operacyjnego i fizycznego) w
obiektach krytycznych i zrobotyzowanych dzięki masowemu zastosowaniu transputerów;
- wejście diagnostyki w systemy antropotechniczne i socjotechniczne, gdzie może nastąpić
integracja diagnostyki medycznej (operator) i technicznej (maszyny);
- postęp w modelowaniu diagnostycznym wspomaganym nowoczesnymi technologiami
wnioskowania diagnostycznego (sieci neuronowe, systemy ekspertowe i logika rozmyta);
- integracja diagnostyki z innymi dyscyplinami inżynierii i nauki dla wypracowywania
łącznych kryteriów efektywności działania systemów antropotechnicznych.
Powyższe grupy tematyczne stanowią obszar zainteresowań szerokiego grona
społeczności eksploatacyjnej, przyczyniając się do rozwoju metod i metodologii
kształtowania i podtrzymywania jakości maszyn.
7. PODSUMOWANIE
Diagnostyka techniczna zajmuje się ustaleniem stanów obiektów technicznych, które
mogą dotyczyć teraz
niejszości, przyszłości i przeszłości. W diagnostyce technicznej obiekt
badań traktuje się jako system, w którym wyodrębnia się cechy stanu, parametry wyjściowe i
zakłócenia. Wyznaczenie stanu obiektu technicznego jest uwarunkowane rodzajem jego
modelu diagnostycznego. Modele diagnostyczne są podstawą określenia algorytmów
diagnozowania obiektu, za pomocą których ustala się jego stany. Ustalenie stanu obiektu
technicznego jest możliwe tylko w wyniku przeprowadzenia jego badań diagnostycznych.
Proces badań diagnostycznych obiektu polega na wykonaniu określonego zbioru sprawdzeń i
analizie uzyskanych wyników. Uporządkowany zbiór sprawdzeń diagnostycznych nazywamy
algorytmem diagnozowania. Wynikiem procesu badań diagnostycznych obiektu technicznego
powinna być wiarygodna diagnoza.
Wyróżnia się następujące rodzaje badań diagnostycznych obiektów technicznych:
diagnozowanie, dozorowanie, prognozowanie i genezowanie. W badaniach i ocenie stanu
obiektów technicznych wyróżnia się dwie fazy: kontrolę stanu i lokalizację uszkodzeń.
Diagnostyka techniczna, oprócz tribologii, niezawodności, teorii bezpieczeństwa i
teorii eksploatacji, jest jedną z podstawowych nauk o racjonalnej eksploatacji urządzeń.
LITERATURA
1. Cempel C.: Wibroakustyka stosowana. Warszawa, PWN, 1989.
2. Cempel C.: Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn. WNT, Warszawa, 1982.
3. Cempel C.: Modele diagnostyki wibroakustycznej. DMRiP, Borówno,1994 (s.25-44).
4. Cempel C.: Niezawodność symptomowa i jej zastosowanie w drganiowej diagnostyce
maszyn. Zeszyty Naukowe, Politechnika Poznańska, Nr 34, 1990 (s.157-169).
5. Cholewa W., Kiciński J.: Diagnostyka techniczna. Odwrotne modele diagnostyczne.
Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.
6. Dąbrowski Z.: Rezonans nieliniowy jako symptom diagnostyczny. XXV Ogólnopolskie
sympozjum Diagnostyka Maszyn, Węgierska Górka 1998 s.73-82.
7. Dybała J., Radkowski S.: Zastosowanie sieci neuronowych w wykrywaniu uszkodzeń w
przekładni zębatej. Mat. Konf. ATR, Borówno, 1999.
8. Eykhoff P. : Identyfikacja w układach dynamicznych. BNInż. Warszawa.1980.
9. Engel Z.: Ochrona środowiska przed drganiami i hałasem. Warszawa, PWN, 1993.
10. Giergiel J., Uhl T.: Identyfikacja układów mechanicznych. PWN, Warszawa, 1990.
11. Giergiel J. : Drgania mechaniczne. AGH, Kraków 2000.
12. Grifin M.J.: Handbook of human vibration. Academic Press, 1990.
13. Harris C. M.: Shock and Vibration Handbook. Third Edition, McGraw-Hill Book
Company, 1988.
14. Kurowski W.: Modelowanie obiektów technicznych. Rękopis opracowania, Płock 2001.
15. Kaz
mierczak H.: Analiza dynamiczności konstrukcji metodą eksperymentalnej analizy
modalnej. I Szkoła Analizy Modalnej, AGH Kraków, 11-12 grudnia 1995.
16. Kaz
mierczak H.: Zadawanie wymuszenia w eksperymentalnej analizie modalnej w
aspekcie minimalizacji błędów modelowania. Szkoła Analizy Modalnej, Szczyrk, 1999.
17. Kiciński J., Materny P.: Symulacyjne katalogi relacji diagnostycznych dla bazy wiedzy
systemu. KDT. Warszawa, 2000.
18. Morel J.: Drgania maszyn i diagnostyka ich stanu technicznego. Polskie Towarzystwo
Diagnostyki Technicznej, Warszawa, 1994.
19. Morrison F.: Sztuka modelowania układów dynamicznych. WNT, Warszawa, 1996.
20. Niziński S.: Diagnostyka obiektów technicznych. Zagadnienie ogólne. Wyd. UWM,
Olsztyn 2001.
21. Niziński S.: Elementy eksploatacji obiektów technicznych. UWM, Olsztyn 2000.
22. Uhl T., Lisowski W.: Eksploatacyjna analiza modalna i jej zastosowanie. Akademia
Górniczo Hutnicza, Kraków, 1999.
23. Uhl T., Batko W.: Wybrane problemy diagnostyki maszyn. CCATIE, Kraków, 1996.
24. Uhl T.: Komputerowo wspomagana identyfikacja modeli konstrukcji mechanicznych.
WNT, Warszawa 1997.
25. Żółtowski B.: Identyfikacja diagnostyczna obiektów technicznych. Zagadnienia
Eksploatacji Maszyn. Z.1 (105). PAN. 1996.
26. Żółtowski B.: Podstawy diagnostyki maszyn. Wyd. ATR, Bydgoszcz, 1996.
27. Żółtowski B., Ćwik Z.: Leksykon diagnostyki technicznej. Wyd.ATR,1996.
28. Żółtowski B.: Uwarunkowania klasyfikacji stanów w diagnostyce maszyn. Diagnostyka,
niezawodność i bezpieczeństwo. Radom Krynica. KBM PAN 4 97 (27), (s.37  51).
29. Żółtowski B.: Computer testing of combustion engine using the method of accaleration.
Acoustical and Vibratory Surveillance Methods and Diagnostic Techniques. Paryż-Senlis.
France. 1995.(s.983-993).
30. Żółtowski B.: Vibrodiagnosis experiments of machines. COMADEM. Sheffield'96,UK.
31. Żółtowski B.: Diagnosis experiments of machines. LAMDAMAP 97, Huddersfield, UK,
1997. (s.43-55).
32. Żółtowski B.: Diagnostic identification of machines (part II). ISROMAC-7. Dynamics II.
vol. B Honolulu. HAWAII. USA. 1998 (s.832-840).
33. Żółtowski B.: Application of modal analysis to diagnosis of machines. ISPE. Trynidad.
and Tobago. 2000.