1. Diagnostyka (czym jest diagnostyka w medycynie i technice, rodzaje diagnostyki, diagnostyka jako metoda pomiarowa)

W medycynie diagnostyka to nauka o sposobach rozpoznawania chorób na podstawie charakterystycznych objawów. W technice diagnostyka to nauka zajmująca się oceną stanu technicznego obiektu na podstawie wybranych parametrów diagnostycznych, przy znajomości kryteriów oceny ich stanu.

Rodzaje: D.funkcjonalna ( zadaniem jej jest określenie stopnia zakłócenia funkcji mechanizmu czyli ocena poprawności funkcjonowania) D. techniczna (zadaniem jej jest ocena stanu zużycia elementów i par kinematycznych obiektu

Diagnostyka jako metoda pomiarowa musi spełniać dwa warunki: powtarzalność (proces diagnostyczny musi być powtarzalny tak aby cechował się standardowością) jednoznaczność (odnosi się do obiektywności diagnozy, polega na tym, żeby kolejne badanie diagnostyczne maszyn znajdujących się w takim samym stanie prowadziły do analogicznych wyników.

1. Diagnoza w systemie eksploatacji (łańcuch użytkowania i obsługiwania, elementy składowe systemu diagnostycznego) (rysunki!)

Łańcuch użytkowania- diagnostyka prowadzona jest dla potrzeb użytkowania obiektu (zespół realizacji) i określa jego stan a priori zdatny. Jest to kontrola stanu w toku użytkowania (ciągła lub dyskretna) lub bezpośrednia poprzedzająca użytkowanie, w czasie przygotowania obiektu. Kontrola taka ma na celu wyłączenie z użytkownika obiektu niezdatnego.

Łańcuch obsługiwania – diagnostyka prowadzona jest dla potrzeb obiektu (zwykle niezdatnego) w postaci lokalizacji uszkodzenia (lub możliwości jego powstania) i ma na celu umożliwienie doprowadzenia obiektu do stanu zdatności.

UŻ- użytkownik, OD-obiekt diagnozowany, użytkowany lub obsługiwany, P-podmiot operacyjny, OB.-obsługujący, UO-urządzenia obsługowe

1. Formy działania diagnostycznego (diagnozowanie, dozorowanie, generowanie i prognozowanie)(schemat ! )

Diagnozowanie: jest to określenie stanu w chwili t₀, to jest w chwili, w której przeprowadzane jest badanie obiektu.

Dozorowanie- jest to ciągła lub dyskretna bieżąca obserwacja stanu obiektu

Genezowanie – jest to określenie stanów, które zaistniały w chwili lub w chwilach t_g poprzedzających chwile t₀ badania obiektu

Prognozowanie – jest to określenie stanów obiektu, które zaistnieją w przyszłości, w chwilach następujących po chwili t₀.

1. Entropia (pojęcia, własności, entropia względna)

Entropia jest miarą nieokreśloności w teorii informacji. W diagnostyce pojęcia tego używa się do określenia zasobu informacji o stanie obiektu. Entropia zdefiniowana jest jako suma iloczynów prawdopodobieństw występowania różnych stanów obiektu i logarytmów tych prawdopodobieństw $E\left( W \right) = \sum_{i = 1}^{k}{P_{i}*\log_{a}\text{pi}}\ $ k- liczba prawdopodobnych stanów (w) obiektu, p_i- prawdopodobieństwo wystąpienia stanu i, a-podstawa logarytmu.

Entropia ma następujące własności:

• Osiąga wartość zero, kiedy jeden ze stanów obiektu jest pewny a inne niemożliwe

• Przy danej liczbie stanów osiąga maksimum kiedy te stany są równoprawdopodobne a przy zwiększaniu liczby stanów – zwiększa się

• Ma cechy addytywności, tzn. jeśli kilka niezależnych systemów połączyć w jedną całość, to ich entropie sumują się

W procesie diagnozowania poprzez pomiar wartości parametrów S określa się stany W. Jeśli zostanie wykonane sprawdzenie któregokolwiek z parametrów S_j, to nieokreśloność zbioru W zmniejszy się i wyniesie E(W/S). Wielkość ta jest entropią względna, której wartość jest mniejsza od wartości E(W), ponieważ uzyskano pewną ilość informacji o zbiorze W.

1. Parametr wyjściowy(warunki jakie musi spełniać, podział ze względu na sposób powstawania, zawartość informacji)

Parametr wyjściowy może być uznany za diagnostyczny parametr stanu technicznego obiektu, jeżeli charakteryzują go następujące cechy:

• Jednoznaczność – każdej wartości parametru struktury odpowiada tylko jedna, określona wartość parametru wyjściowego

• Dostateczna szerokość pola zmian (wrażliwość) – możliwie duza względna zmiana wartości parametru wyjściowego przy niewielkiej zmianie wartości parametru struktury

• Łatwość pozyskania parametru.

Klasyfikacja wg

1. Zasady powstawania (bc-inne)

   1. P. procesów roboczych

   2. P. procesów towarzyszących

   3. P. geometryczne

   4. P. promieniowania materiałów rozczepialnych

2. Zawartości informacji

   1. Uogólnione

   2. Szczegółowe (bcd)

1. Klasyfikacja stanów technicznych (dla obiektów złożonych)

Zaliczenie konkretnego stanu technicznego urządzenia, zespołu lub podzespołu do jednej z wymienionych klas może odbywać się w inny sposób. Dla zespołu, podzespołu można wyróżnić następujące stany:

• stan sprawności technicznej – obiektu będzie wtedy, gdy zarówno parametry zasadnicze jak i drugorzędne nie przekraczają swoich wartości dopuszczalnych,

• stan niesprawności technicznej obiektu jest wtedy, gdy:

a) parametry zasadnicze nie osiągnęły wartości dopuszczalnych, natomiast przynajmniej jeden z parametrów drugorzędnych osiągnął wartość dopuszczalną lub graniczną,

b) przynajmniej jeden z parametrów zasadniczych osiągnął wartość dopuszczalną, a parametry drugorzędne nie osiągnęły wartości dopuszczalnych, albo jeden z nich osiągnął wartość dopuszczalną lub graniczną,

• stan zdatności – jest wtedy, dopóki żaden z zasadniczych parametrów nie osiągnie wartości granicznej. Parametry drugorzędne mogą w tym czasie osiągnąć wartości mniejsze lub większe od dopuszczalnych, albo większe od granicznych,

• stan niezdatności – jest wtedy, kiedy parametr zasadniczy przekroczy wartość graniczną a parametry drugorzędne nie przekroczyły względnie przekroczyły wartość dopuszczalną lub graniczną.

1. Dwu i trójwarstwowa ocena stanu obiektu ( rodzaje stanów, parametry klasyfikujące stany)

Dwu warstwowa (stan zdatny i niezdatny) parametry: y₀- wart graniczna, y_p wart. Początkowa, y_n parametr diagnostyczny, y_d- wart. Dopuszczalna, V – parametr czasu, I-parametr przebiegu

Trójwarstwowa (stan zdatny dopuszczalny i niezdatny), Sg, Sd - wartość dopuszczalna+czas

1. Wartości graniczne ( wymienić metody szacowania wartości granicznych, opisać metodę uwzględniającą dopuszczalny poziom)

1. Metoda uwzględniająca dopuszczalny poziom zbędnych napraw:

Do oszacowania wartości granicznej tą metodą niezbędna jest znajomość współczynnika

gotowości obserwowanych obiektów. Wartość współczynnika gotowości obserwowanych

obiektów można przyjąć (jeżeli jest dany i określony przez producenta), lub wyznaczyć w

oparciu o dane eksploatacyjne obserwowanej grupy obiektów z zależności:

$$P\left( z \right) = \frac{T_{z}}{T_{z} + T_{n}}$$

Gdzie: T_z – średni czas zdatności obserwowanej grupy obiektów

T_n – średni czas niezdatności obserwowanej grupy obiektów

Inny sposób wyznaczenia współczynnik gotowości polega na bieżącym jego wyznaczaniu

dla eksploatowanej grupy obiektów wg zależności (zbiorowy wskaźnik stanu obiektów).

Najczęściej w praktyce przyjmuje się, że eksploatujemy grupę M maszyn o liczności kilkunastu

lub kilkudziesięciu obiektów tego samego typu. Pośród nich średnio liczba Mz jest zdatna (w

ruchu) a reszta (M  Mz) w remoncie. Wynikające stąd oszacowanie gotowości (zdatności)

eksploatowanej grupy maszyn jest zbiorowym wskaźnikiem stanu technicznego maszyn i

jakości ich obsługi i napraw w postaci:

$$P\left( z \right) = \frac{M_{z}}{M}$$

Gdzie: M_z – liczba zdatnych obiektów w danej chwili

M – liczba obiektów eksploatowanych

Do określenia wartości granicznej przyjmuje się jeszcze dopuszczalny poziom zbędnych

napraw A. Jest to współczynnik uwzględniający błędną decyzję o naprawie i wystąpi wtedy, gdy parametr diagnostyczny S obiektu będącego w stanie zdatności przekroczy wartość graniczną Sg. Poziom ten wynika z przyjętej polityki remontowo-eksploatacyjnej, współczynnik A może wynosić, np. A = 0,05, co oznacza 5% możliwych zbędnych remontów.

Błędna decyzja o zbędnej naprawie zgodnie z regułą wnioskowania nastąpi wtedy, gdy

symptom S maszyny będącej w stanie zdatności (Mz) przekroczy wartość Sg (S > Sg). Całkowite prawdopodobieństwo tego zdarzenia jest iloczynem współczynnika gotowości

(prawdopodobieństwa zdatności) p(z) i prawdopodobieństwa przekroczenia wartości Sg wstanie zdatnym P(S > Sg). Przyrównując to do zadanego prawdopodobieństwa zbędnych remontów A,mamy naczelną relację Neymana-Pearsona, na podstawie której możemy wyznaczyć optymalną wartość graniczną symptomu Sg minimalizującą prawdopodobieństwo wystąpienia awarii:

P(z) * P(S>Sg) = A

Wartość graniczną symptomu diagnostycznego w tej metodzie wyznacza się z zależności:

gdzie: s_g − szukana wartość graniczna symptomu,

− wartość średnia symptomu z liczby N obserwacji maszyn

w różnych stanach,

- odchylenie standardowe.

Znając wartość graniczną parametru diagnostycznego oraz odchylenie standardowe można zaproponować trójklasowy podział stanu:

gdy: − stan zdatny,

gdy: − stan dopuszczalny,

gdy: − stan niezdatny.

Współczynnik A będący dopuszczalnym poziomem zbędnych napraw może przyjąć wartości np.: 0,01; 0,05; 0,1. Wartość tego współczynnika określa się jako funkcję kilku parametrów i zależy od rodzaju i klasy obiektu. Np. w przypadku pojazdów (samochodowych, kolejowych) Współczynnik A będący dopuszczalnym poziomem zbędnych napraw można przyjąć jako funkcję czterech następujących parametrów:

gdzie np.:

a₁  − parametr charakteryzujący jakość wykonywanych napraw,

a₂  − parametr charakteryzujący terminowość wykonywania przeglądów oraz regulacji,

a₃  − parametr uwzględniający wymagania dotyczące bezpieczeństwa przewożonych ludzi oraz ładunku,

a₄  − parametr uwzględniający straty spowodowane zablokowaniem drogi, toru, itp. na skutek awarii.2. Metoda oparta o średnią wartość przed awaryjną symptomu

3. Metoda oparta o rozkład wartości symptomu

4. Metoda oparta o skumulowane prawdopodobieństwo uszkodzeń (pomijamy)

1. Prognozowanie w diagnostyce (pojęcia, podstawy wnioskowania prognostycznego)

• Prognozowanie (predykcja) diagnostyczne – oznacza czynność formułowania ocen prawdopodobnego stanu (procesu) obiektu na podstawie historii obserwacji zmian symptomowych oraz wiedzy merytorycznej o uwarunkowaniach i zjawisku będącym przedmiotem prognozowania

• Predyktor – jest to zastosowane w prognozowaniu urządzenie (operator, funkcja), według którego wnioskujemy w przyszłości w procesie diagnostycznym

• Diagnoza predykcyjna (diagnoza prognostyczna bądź prognoza diagnostyczna) – jest to konkretny wynik (najczęściej liczbowy) prognozowania badanego stanu (procesu) dla odpowiedzialnego czasu w przyszłości (horyzontu prognozy)

Wnioskowanie prognostyczne w diagnostyce jest to określenie przyszłego stanu obiektu względem przyjętej bieżącej chwili stanu na podstawie:

• Prognozy obrazu analizowanej wielkości( parametru diagnostycznego lub wybranego symptomu)

• Znanego modelu relacji między zmienną objaśnianą (parametr diagnostyczny lub wybrany symptom stanu) a objaśniającą (przebieg lub czas pracy obiektu)

1. Eksperymenty diagnostyczne (wymienić rodzaje, opisać istotę eksperymentu czynno-biernego)

Eksperyment – to zbiór działań wzbudzających w obiektach materialnych określone reakcje i zjawiska w warunkach pozwalających kontrolować wszelkie istotne czynniki, które poddaje się dokładnej obserwacji.

Rodzaje:

• Czynny

• Bierny

• Czynno-bierny - polega na obserwacji parametrów sygnału z równoczesnym pomiarem parametru stanu dla jednej lub dwóch wartości stanu obiektu lub czasu eksploatacji bez ingerencji w wartość parametrów stanu. Jako jedną wartość stanu przyjmuje się najczęściej obiekty wyeksploatowane (przed naprawą), natomiast dla dwóch wartości stanu przyjmuje się pierwszą wartość jako stan obiektów nowych (przed rozpoczęciem eksploatacji) a drugą wartość – dla obiektów wyeksploatowanych (przed naprawą). W tak przeprowadzonym eksperymencie diagnostycznym uzyskuje się dwa zbiory stanów obiektów: pierwszy opisuje stan obiektów nowych i może być wykorzystany do oceny stanu technicznego obiektów po ich wytworzeniu, naprawie głównej itp. Drugi zbiór opisuje stan obiektów eksploatowanych, który może być stosowany w ocenie obiektów eksploatowanych, dla określenia pozostałego czasu do naprawy np. na podstawie prognozowania oraz oszacowania wartości granicznej parametru diagnostycznego. Najlepszym wydaje się być eksperyment czynno-bierny zrealizowany na obiektach wyeksploatowanych z jednoczesną, po ich demontażu, oceną stanu elementu lub par kinetycznych w postaci luzów, zużycia, uszkodzeń itp. Można poszukiwać związki między parametrem diagnostycznym a stanem obiektu.