DIAGNOSTYKA W SYSTEMIE EKSPLOATACJI

Diagnostyka w systemie eksploatacji

W diagnostyce technicznej jak w każdej nowej dziedzinie wiedzy, istotną rolę odgrywają używane pojęcia i modele myślowe. Mają one bezpośredni wpływ na badania naukowe i działalność praktyczną w tej dziedzinie.

Diagnostyka techniczna jest jedną z nauk o eksploatacji urządzeń technicznych i jest częścią systemu eksploatacji. System eksploatacji urządzeń składa się z podsystemów użytku i obsługi urządzeń (rys.1).

W każdym podsystemie występuje zespół realizacji i zespół kierowania. Kierowanie wyrażające się oddziaływaniem na zespół realizacji przez pewną politykę (użytku lub obsługi), jest możliwe tylko wówczas, gdy istnieje sprzężenie zwrotne zapewniające dopływ informacji o stanie zespołu realizacji do zespołu kierowania.

Zadaniem diagnostyki technicznej jest zapewnienie dopływu informacji o obiekcie eksploatowanym.

Rys. 1. Model systemu eksploatacji urządzenia

SD - system diagnostyczny, - - - polityka użytku, polityka obsługi,

I - strumień informacji.

Diagnostyka jest procesem informacyjnym, zapewniającym przepływ informacji w następującym łańcuchu diagnostycznym:

ŁD = <DG, UD, OD>

gdzie:

OD - obiekt diagnozowany,

UD - urządzenie diagnostyczne,

DG - diagnozer (człowiek lub układ techniczny).

Celem diagnostyki technicznej jest informowanie o stanie obiektu diagnozowanego. W zależności od tego, kto ma być o tym informowany, łańcuch diagnostyczny może być włączony w system eksploatacji w różny sposób (rys. 2).

Rys. 2. Sprzężenie łańcucha diagnostycznego z łańcuchem

użytkowania a) i łańcuchem obsługiwania b).

UŻ - użytkownik, OD - obiekt diagnozowany; użytkowany lub obsługiwany,

P - przedmiot operacyjny, OB - obsługujący, UO - urządzenie obsługowe.

W pierwszym przypadku 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 użytkowania obiektu niezdatnego.

W drugim przypadku 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.

Równolegle z procesem eksploatacji obiektu diagnozowanego (użytkowanego lub obsługiwanego urządzenia) realizowany jest proces diagnostyczny w systemie diagnostycznym. Zgodnie z przyjętym modelem systemu eksploatacji strumień może przepływać w łańcuchu diagnostyki użytkowej:

ŁU = <DG, UD, ODU>

lub w łańcuchu diagnostyki obsługowej:

ŁO = <DG, UD, ODO>

gdzie:

ODU - obiekt diagnozowany w stanie użytkowania,

ODO - obiekt diagnozowany w stanie obsługiwania.

Wymagania stawiane procesowi diagnostycznemu w obydwu przypadkach są różne, gdyż realizacja przebiega w różnych sytuacjach diagnostycznych.

Sytuacje diagnostyczne

Sytuację diagnostyczną można określić jako:

SDG = <UZD, DG, UD, OD>

gdzie:

UZD - użytkownik diagnozy.

W zależności od warunków, w jakich występuje zapotrzebowanie na diagnozy, powstają różne sytuacje diagnostyczne. Sytuacje te można podzielić na kilka klas, np.:

ESDG - eksploatacyjne sytuacje diagnostyczne,

PSDG - projektowe sytuacje diagnostyczne,

PESDG - projektowo-eksploatacyjne sytuacje diagnostyczne.

Pierwsza z nich obejmuje sytuacje, w których zapotrzebowanie na diagnozy występuje w trakcie eksploatacji obiektu, a więc wówczas, gdy system eksploatacji działa (występuje przepływ potencjału operacyjnego lub obsługowego). W tej klasie postać urządzenia diagnostycznego UD i diagnozera DG jest już ustalona (przez producenta diagnozowanego obiektu) i sytuacje diagnostyczne, które mogą wystąpić, są następujące:

1) ESDG = <UZ, DG, UD, ODU>

• użytkownik oczekuje na diagnozę o stanie zdatnego (a priori) obiektu, w trakcie użytkowania;

2) ESDG = <OB, DG, UD, ODO>

• obsługujący oczekuje na diagnozę dotyczącą lokalizacji uszkodzenia w trakcie naprawy niezdatnego obiektu;

3) ESDG = <{OB, UZ}, DG, UD, {ODU, ODO}>

• zarówno obsługujący jak i użytkownik (często jest to ten sam człowiek), niezależnie od stanu obiektu oczekuje na diagnozy określające realizacje prac profilaktycznych.

Następna klasa sytuacji diagnostycznych dotyczy okresu projektowania systemu eksploatacji. W klasie tej ustalony jest jedynie użytkownik diagnoz, który jest reprezentowany przez projektanta (zespół projektantów), natomiast pozostałe składowe sytuacji diagnostycznej mogą się zmieniać, w zależności od tego, która z nich jest elementem projektowanym.

Najczęściej spotykana jest sytuacja diagnostyczna typu:

PSDG = <UZD, PDG, PUD, OD>

występująca w okresie, gdy zaprojektowany jest już obiekt diagnozowania, ustalony użytkownik diagnoz (UZD), a projektuje się urządzenie diagnostyczne (PUD) i diagnozera (PDG), np. w postaci instrukcji umożliwiającej stawianie diagnozy.

Łatwo zauważyć, że jeśli projektowanie procesu diagnostycznego rozpocznie się wcześniej (gdy obiekt jest w fazie projektowania), to wystąpią sytuacje diagnostyczne typu:

1) PSDG = <UZD, PDG, PUD, POD>

2) PSDG = <UZD, DG, PUD, POD>

które umożliwiają opracowanie procesu diagnostycznego. Istnieje bowiem wówczas w toku projektowania obiektu możliwość uwzględnienia wymagań i ograniczeń powstających przy projektowaniu urządzenia diagnostycznego i ewentualnych wymagań diagnozera.

Natomiast sytuacja diagnostyczna typu:

3) PSDG = <UZD, PDG, UD, OD>

ma stosunkowo niewielki wpływ na optymalizacje procesu diagnostycznego. Obejmuje ona projektowanie diagnozera (np. w postaci układu automatycznie generującego diagnozy w oparciu o dane dostarczone przez urządzenie diagnostyczne) wówczas, gdy wszystkie pozostałe elementy ((obiekt, urządzenia diagnostyczne) są już zaprojektowane).

Pozostałe teoretycznie możliwe sytuacje diagnostyczne, np.:

4) PSDG = <UZD, DG, PUD, OD>

(ustalony obiekt i diagnozer)

5) PSDG = <UZD, PDG, UD, POD>

(ustalone urządzenie diagnostyczne)

6) PSDG = <UZD, DG, UD, POD>

(projektuje się obiekt przy ustalonym systemie diagnostycznym)

Oddzielną klasę stanowią projektowo-eksploatacyjne sytuacje diagnostyczne PESDG, powstające w okresie eksploatacji obiektu, gdy zachodzi potrzeba wprowadzenia zmian do istniejącego systemu diagnostycznego (np. modernizacja urządzeń kontrolno-pomiarowych).

System diagnostyczny

Proces diagnostyczny realizowany jest przez system diagnostyczny. System ten dostarcza diagnoz ich użytkownikowi (systemowi użytkującemu diagnozy). Działalność systemu diagnostycznego jest możliwa jedynie wówczas, gdy istnieje (w obiekcie diagnozowanym) system zabezpieczający działanie diagnostyczne, poprzez dostarczanie informacji o obiekcie, niezbędnych do oceny jego stanu.

Każdy obiekt charakteryzują pod względem technicznym pewne wielkości fizyczne, zwane cechami obiektu. Jednak liczność zbioru wszystkich cech obiektu jest zbyt duża, aby zbiór ten mógł być wykorzystany do jednoznacznego określenia stanu obiektu. Z tego względu niezbędne jest przyjęcie kryterium Q zmniejszające dowolnie liczny zbiór cech Y do zbioru W obejmującego cechy obiektu charakteryzujące go np. pod względem niezawodnościowym z punktu widzenia przyjętego kryterium oceny. W wyniku tego powstaje model obiektu MOD, który zapewnia działanie systemu diagnostycznego. Wyznaczony model obiektu przez zbiór cech uznaje się za wystarczający dla określenia stanu obiektu, zgodnie z przyjętym kryterium odwzorowania stanu Q.

Schemat funkcjonalny systemu diagnostycznego przedstawiono na rysunku 3. Jak wynika z tego schematu, system diagnostyczny może otrzymywać tylko informacje o obiekcie, jakie wskazuje model obiektu diagnozowanego MOD, odwzorowujący obiekt rzeczywisty.

Rys. 3. Schemat funkcjonalny systemu diagnostycznego

X - sygnały kontrolne, Y - zbiór cech obiektu, W - wybrany zbiór cech obiektu,

F - zbiór kryteriów diagnozowania, S - strategia działania,

Q - kryteria odwzorowania stanu.

Dobór kryterium odwzorowania stanu Q ma zasadniczy wpływ prawidłowe działanie systemu diagnostycznego i przebieg procesu decyzyjnego (eksploatacji). Dobór ten jest uwarunkowany wymaganiami, jakie stawiane są systemowi diagnostycznemu przez system wyższego rzędu, tj. system, do którego przepływa potencjał operacyjny wytwarzany przez użytkowane urządzenie.

Zbiór cech Y, wybrany ze względu na utworzone kryterium odwzorowania stanu, tworzy strumień informacji o obiekcie, umożliwiający wypracowanie przez system diagnostyczny diagnoz dotyczących zdatności (niezdatności) obiektu do wykonywania zadań zgodnie z przeznaczeniem.

System diagnostyczny pobiera informacje o stanie obiektu poprzez pomiar wartości wybranych wielkości (cech stanu − sygnałów diagnostycznych, parametrów) i porównując je z danym wzorcem (normą, przedziałem wartości dopuszczalnych) i podaje wynik sprawdzenia. Zbiór wyników sprawdzeń, dotyczących wszystkich cech należących do zbioru Y pozwala wypracować wiarygodną diagnozę stanu obiektu, zgodną z wiernością jego odwzorowania przez kryterium Q.

Użytkownik diagnoz (UŻD) może określać zbiór kryteriów F, którymi kieruje się diagnozer przy opracowywaniu diagnozy. Kryteria te najczęściej określają:

• zbiór rozróżnialnych stanów obiektu,

• zbiór przedziałów wartości dopuszczalnych dla poszczególnych cech (lub zbiór wzorców),

• relacje między przedziałami wartości cech a rozróżnialnymi stanami,

• wymagania dotyczące dokładności kontroli stanu,

• wskaźniki, ze względu na które należy optymalizować kontrolę stanu,

System diagnostyczny tworzą dwa zasadnicze podzespoły:

• urządzenie diagnostyczne, zwane tez aparaturą diagnostyczną (UD),

• diagnozer (DG), w nowoczesnych rozwiązaniach systemu diagno-stycznego występujący najczęściej w postaci układu logicznego.

Podstawowym zadaniem urządzenia diagnostycznego jest:

• pomiar wartości sprawdzanych cech obiektu,

• porównanie (lub umożliwienie porównania) otrzymanego wyniku pomiaru z wzorcem (przedziałem wartości dopuszczalnych, normą, zobrazowaniem wzorcowym itp.) i określenie wyniku sprawdzenia zgodnie przyjętą skalą ocen (np. w normie, zdatny, niezdatny, itp.).

Ponadto w wielu przypadkach, kiedy metoda realizacji zadania diagnostycznego tego wymaga, urządzenie diagnostyczne wytwarza zbiór odpowiedniych unormowanych pobudzeń (sygnałów kontrolnych) X, wprowadzonych do diagnozowanego obiektu (zgodnie z wymaganiami określonymi przez sprawdzenie).

Podstawowym zadaniem diagnozera jest:

• opracowanie diagnozy o obiekcie na podstawie otrzymanych od urządzenia diagnostycznego wyników sprawdzeń oraz relacji między nimi a stanami obiektu (określonymi w kryterium F),

• określenie zbioru Y wartości wzorcowych.

W najprostszym przypadku, kiedy system diagnostyczny jest niezautomatyzowany, urządzenie diagnostyczne składa się zwykle ze zbioru przyrządów kontrolno-pomiarowych i zbioru wzorców dostarczonych przez diagnozera. Diagnozerem jest wówczas człowiek, obsługujący aparaturę diagnostyczną, który dokonuje porównania otrzymanego wyniku pomiaru z wzorcem (przez co uzyskuje wynik sprawdzenia), a następnie na podstawie otrzymanych wyników opracowuje diagnozę.

W miarę postępu automatyzacji systemu diagnostycznego, urządzenie diagnostyczne przejmuje coraz więcej funkcji wykonywanych przez człowieka. Urządzenie samo określa wartości cech (komutacja przyrządów pomiarowych), generuje w miarę potrzeb odpowiednie pobudzenia, porównuje otrzymana wartość z wzorcem przechowywanym w pamięci, podaje tylko wynik sprawdzenia. Natomiast zautomatyzowany diagnozer na podstawie otrzymanych wyników wypracowuje zgodnie z zaprogramowanymi relacjami diagnozę, steruje ponadto działaniem urządzenia diagnostycznego (np. polecając powtórny pomiar, przerwanie wykonywanych sprawdzeń itp.).

W technicznej realizacji automatycznego systemu diagnostycznego podział na urządzenie diagnostyczne i diagnozera jest umowne.

Wyboru strategii S ze zbioru różnych strategii dokonuje się w czasie projektowania systemu diagnostycznego. Potrzeba wyboru strategii stwarza problem decyzyjny, który należy rozwiązać w sposób optymalny. Rozwiązanie tego problemu, jak również opracowanie kryterium optymalizacji jest podstawowym zagadnieniem diagnostyki technicznej.

Pojęcie „łańcuch diagnostycznego”, „sytuacji diagnostycznej” oraz „systemu diagnostycznego” odgrywają istotną role w praktycznej i teoretycznej działalności diagnostycznej. Ułatwiają one w szczególności prawidłowe opracowanie modelu systemu diagnostycznego.

II − 1

cechy

decyzje

W

Y

W

X

F

S

Q

X

diagno-

styczne

cechy

stanu

cechy

obiektu

SD

UD DG

MOD

OD

UŻD

b)

a)

DG

OD

OB

UD

UO

DG

P

UŻ

Strumień informacji diagnostycznej

UD

OD

SD

I

I

Y

X

System eksploatacji

zaopatrzeniowy

obsługowy

operacyjny

Potencjał

Potencjał

Potencjał

Podsystem obsługi

Podsystem użytku

SD

Urządzenie

obsługi

(obiektu użytkowania)

Urządzenie

użytkowane

(obiekt diagnozowany)

Kierownik

obsługi

Kierownik

użytku

---