Что такое диагностика оборудования
Техническая диагностика
Техническая диагностика — область знаний, включающая в себя сведения о методах и средствах оценки технического состояния машин, механизмов, оборудования, конструкций и других технических объектов.
Содержание
Задачи технического диагностирования
Техническая диагностика является составной частью технического обслуживания. Основной задачей технического диагностирования является обеспечение безопасности, функциональной надёжности и эффективности работы технического объекта, а также сокращение затрат на его техническое обслуживание и уменьшение потерь от простоев в результате отказов и преждевременных выводов в ремонт.
Функции диагностирования
Диагностирование технических объектов включает в себя следующие функции:
Диагностические параметры
Под диагностическими параметрами понимают репрезентативные параметры, по которым можно судить о состоянии объекта Различают прямые и косвенные диагностические параметры. Первые непосредственно характеризуют состояние объекта, а вторые связаны с прямыми параметрами функциональной зависимостью.
Методы диагностирования
В зависимости от технических средств и диагностических параметров, которые используют при проведении диагностирования, можно составить следующий неполный список методов диагностирования:
Проблемы технической диагностики
Чем выше вероятность «ложной тревоги», тем меньше вероятность пропуска неисправности, и наоборот. Задача технической диагностики неисправностей состоит в нахождении «золотой середины» между этими двумя проблемами.
См. также
Литература
1. Технические средства диагностирования: Справочник/В. В. Клюев, П. П. Пархоменко, В. Е. Абрамчук и др.; под общ. Ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1989. — 672 с.
2. Алексеева Т. В., Бабанская В. Д., Башта Т. М. и др. Техническая диагностика гидравлических приводов. М.: Машиностроение. 1989. — 263 с.
Лекция 7. Методы и средства технического диагностирования
Техническая диагностика представляет собой систему методов, применяемых для установления и распознания признаков, характеризующих техническое состояние оборудования. Все методы технического диагностирования разделяются на субъективные (органолептические) и объективные (приборные).
Несмотря на развитие аппаратных средств измерений и контроля, большая роль в определении неисправностей и нахождении повреждений механического оборудования приходится на субъективные методы, предполагающие использование человеческих органов чувств. Комплекс таких органолептических методов контроля получил название осмотр. Осмотр, включает в себя элементы визуального, измерительного контроля, восприятия шумов и вибраций, оценку степени нагрева корпусных деталей, методы осязания, используемые для определения фактического состояния оборудования и его составных частей, процессов их функционирования и взаимодействия, влияния окружающей среды и условий эксплуатации.
Органолептические методы
Органолептический метод (органо- + греч. leptikos – способный взять, воспринять) основан на анализе информации, воспринимаемой органами чувств человека (зрение, обоняние, осязание, слух) без применения технических измерительных или регистрационных средств. Эта информация не может быть представлена в численном выражении, а основывается на ощущениях, генерируемых органами чувств. Решение относительно объекта контроля принимается по результатам анализа чувственных восприятий. Поэтому точность метода существенно зависит от квалификации, опыта и способностей лиц, проводящих диагностирование. При органолептическом контроле могут использоваться технические средства, не являющиеся измерительными, а лишь повышающие разрешающие способности или восприимчивость органов чувств (лупа, микроскоп, слуховая трубка и т.п.).
Принятие решения имеет характер «соответствует – не соответствует» и определяется диагностическими правилами типа «если – то», имеющими конкретную реализацию для узлов механизма. Практически, происходит оценка состояния оборудования по двухуровневой шкале – продолжать эксплуатацию или необходим ремонт. Основная цель – обнаружение отклонений от работоспособного состояния механизма. Решение о техническом состоянии механизма принимает технологический или ремонтный персонал, обслуживающий оборудование на основании опыта и производственной ситуации. Принимается решение об остановке оборудования для визуального осмотра и последующего ремонта, продолжения эксплуатации или проведения диагностирования с использованием приборных методов.
Практический опыт показывает, что невозможно заменить механика с его субъективизмом, основанном на знании особенностей эксплуатации и ремонта оборудования. Этот метод является первым уровнем решения задач диагностирования. Стандартами, использование органолептического метода контроля не регламентируется, однако в практике работы служб технического обслуживания он применяется повсеместно. Основываясь на опыте эксплуатации металлургических машин накопленным рядом фирм, данный метод интерпретируется следующим образом.
Основные органолептические методы, используемые при оценке технического состояния механического оборудования.
1.1 Акустическое восприятие, позволяющее оценивать наиболее значимые повреждения, меняющие акустическую картину механизма. Весьма эффективно при определении повреждений муфт, дисбаланса или ослабления посадки деталей, обрыве стержней ротора, ударах деталей. Диагностические признаки – изменение тональности, ритма и громкости звука.
1.2 Анализ колебаний механизмов. В этом методе механические колебания корпусных деталей преобразуются в звуковые колебания при помощи технических или электронных стетоскопов. Электронные средства позволяют расширить возможности человеческого восприятия.
Пределом для непосредственного восприятия является температура +60 0 С – выдерживаемая, у большинства тыльной стороной ладони без болевых ощущений в течение 5 с. Использование дополнительных средств – брызг воды позволяет контролировать значения +70 0 С – видимое испарение пятен воды и +100 0 С – кипение воды внутри капли на поверхности корпусной детали. Недопустимым является прикосновение к вращающимся и токоведущим деталям.
Приборные методы
Наряду с органолептическими методами при техническом диагностировании используются приборные методы, позволяющие получить количественную оценку измеряемого параметра. Диагностирование с применением приборов основано на получении информации в виде электрических, световых, звуковых сигналов, отображающих изменение состояния объекта. В зависимости от физической природы измеряемых параметров различают:
Классификация диагностических приборов может быть проведена по следующим признакам: цифровые и аналоговые, показывающие и сигнализирующие, универсальные и специализированные, стационарные и переносные и др.
Однако, все средства технического диагностирования, используемых для диагностики механического оборудования, по уровню решаемых задач и приборной реализации можно разделить на: портативные, анализаторы и встроенные системы.
Портативные средства технического диагностирования реализуют измерение одного или нескольких диагностических параметров, характеризуются малыми габаритами и отсутствием обмена данных с компьютерными системами (рисунок 40). К их преимуществам относятся: быстрота процесса измерения, простое обслуживание и управление, оперативное и наглядное получение информации в виде одиночного результата, низкая стоимость. Область применения – оперативный контроль технического состояния оборудования работниками ремонтных служб и технологическим персоналом.
Лекция 1. Терминология, цели и задачи технической диагностики
Термины и определения
Оборудование – собирательный термин, который включает в себя машины, агрегаты, механизмы, узлы, а также аппараты, колонны, установки, технологические линии, электротехнические и теплотехнические объекты, сети, технологические и обвязочные трубопроводы и другие устройства, используемые при производстве продукции и выполняющие те или иные технологические функции. Примеры оборудования: энергетическое, механическое, электрическое, химическое, машиностроительное.
Термин «агрегат» имеет два прочтения:
Машина – комплекс механизмов, предназначенный для выполнения полезной работы, связанной с процессом производства, транспортировки, преобразования энергии или информации. Примеры: машина для вскрытия чугунной летки, разливочный кран и др.
Механизм – система кинематически связанных узлов и деталей, предназначенная для преобразования вида движения. Примеры: редуктор, кривошипно-шатунный механизм, винтовая передача и др.
Узел – изделие, составные части которого соединяют между собой на предприятии-изготовителе. Это сборочная единица, собираемая отдельно от других составных частей изделия или изделия в целом, способная выполнять определенную функцию в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями. Термин соответствует агрегату как части механического оборудования, включая разъёмное или неразъёмное соединение нескольких деталей. Примеры: подшипник, узел барабана, ролик конвейера и др.
Деталь – изделие, изготовленное из материала одной марки без применения сборочных операций. Это изделие, изготовленное как одно целое, разделение которого на части невозможно без повреждения. Примеры: вал, гайка, болт, лопатка, зубчатое колесо и др.
Стадии существования машины
Стадии существования машины: проектирование, изготовление и эксплуатация. Идеи и свойства, заложенные конструкторами и машиностроителями, реализуются и проявляются на стадии эксплуатации.
Эксплуатация – совокупность всех фаз существования оборудования с момента взятия на балансовый учёт и до списания, включая периоды хранения, транспортирования, использования по назначению и все виды технического обслуживания и ремонта.
Хранение – комплекс мероприятий по защите от разрушающего воздействия внешней среды и разукомплектования. Ревизия – комплекс работ по установлению степени износа изделия для определения необходимого объёма ремонтных работ. Сборка – комплекс работ по воссозданию изделия из составных частей. Монтаж – вид сборочных операций, выполняемых с использованием грузоподъёмных машин для установки изделия на место. Наладка – приведение фактических отклонений режимов работы в соответствие с нормативными. Разборка – расчленение изделия на составные части.
Техническое обслуживание – комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности изделия. Может включать: мойку, контроль технического состояния, очистку, смазывание, крепление резьбовых соединений, замену составных частей, регулировку.
Текущий ремонт – ремонт, выполняемый для обеспечения или восстановления работоспособности изделия путём замены или восстановления отдельных частей. Капитальный ремонт – ремонт, выполняемый для восстановления исправности и близкого к полному восстановлению ресурса изделия с заменой его частей, включая базовые.
Плановый ремонт – ремонт, остановка на который осуществляется по требованиям нормативно-технической документации. Неплановый ремонт – ремонт, осуществляемый без предварительного назначения. Регламентированный ремонт – плановый ремонт, выполняемый с периодичностью и в объёме установленном эксплуатационной документацией. Ремонт по техническому состоянию – плановый ремонт, объём и сроки которого определяются техническим состоянием изделия.
Виды технического состояния
Исправное состояние – состояние объекта, при котором он способен выполнять все заданные функции объекта.
Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он неспособен выполнять хотя бы одну из заданных функций объекта. Неисправность часто является следствием отказа объекта, но может иметь место и без него.
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором он способен выполнять все требуемые функции.
Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором он неспособен выполнять хотя бы одну из требуемых функций.
Критическое состояние – состояние объекта, которое может привести к травмам работающего персонала, значительному материальному ущербу или другим неприемлемым последствиям. Критическое состояние не всегда является следствием критической неисправности. Для конкретного объекта должны быть установлены критерии критического состояния.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состоянии невозможно или нецелесообразно. Предельное состояние наступает тогда, когда параметр потока отказов становится неприемлемым и (или) объект считают неремонтопригодным в результате неисправности.
Техническое состояние определяется наличием и развитием в объекте неисправностей. Виды неисправностей:
Развитие неисправностей приводит к отказу.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта, т. е. в утрате объектом способности выполнять требуемую функцию. Отказ является событием в отличие от «неисправности», которая является состоянием и причиной отказа.
Сбой – самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора. Это событие, при котором в результате временного изменения параметров объекта возникают помехи, воздействующие на работоспособность.
В зависимости от необходимости проведения технического обслуживания и ремонта различают следующие категории технического состояния:
Техническая диагностика – область знаний о распознавании состояния технических систем (объектов), исследующая формы проявления технического состояния, разрабатывающая методы и средства его определения.
Техническая система – материальный объект искусственного происхождения, который состоит из элементов, объединённых связями и вступающих в определённые отношения между собой и с внешней средой, для выполнения определенных полезных функций. Технической системой необходимо управлять для получения эффективного результата.
Управление – это процесс получения, хранения и обработки информации для организации целенаправленных действий.
Служба технического диагностирования – подразделение, обеспечивающее технические службы предприятия информацией о техническом состоянии, прогнозе и причинах появления данного состояния.
Диагностирование – операции, проводимые с целью установления наличия неисправности и определения причин ее появления.
Диагностирование технического состояния объекта осуществляется средствами диагностирования (аппаратными и программными).
Средства и объект диагностирования, взаимодействующие между собой, образуют систему диагностирования.
Результатом диагностирования является диагноз, определяющий техническое состояние – установление неисправности в объекте и отнесение объекта к определенной категории технического состояния. Осуществляется диагностирование в соответствии с разрабатываемым алгоритмом.
Алгоритм технического диагностирования (контроля технического состояния) – совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования или контроля. В общем случае алгоритм ‑ последовательность действий, построенная по определенным правилам для достижения поставленной цели.
Задачи технической диагностики
Основными задачами технической диагностики, как науки, являются:
Техническая диагностика изучает методы получения и оценки диагностической информации, диагностические модели и алгоритмы принятия решений. Техническая диагностика базируется на двух теориях: теории распознавания и теории контролепригодности (рисунок 1).
Рисунок 1 – Структура технической диагностики
Теория распознавания, используя диагностические модели при исследовании объекта, определяет решающие правила для распознавания текущего состояния и вида неисправности. Благодаря известным характеристикам неисправностей появляется возможность разработки оптимальных алгоритмов (последовательности) распознавания.
Теория контролепригодности решает вопросы рациональной последовательности поиска, отказавшего или неисправного элемента, контроля состояния объекта. Решения базируются на использовании диагностической информации характеризующей состояние объекта.
Контролепригодность – приспособленность объекта к измерению диагностических параметров средствами диагностирования, свойство изделия обеспечивать достоверную оценку технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов. Контролеспособность создается конструкцией изделия и принятой системой технического диагностирования.
Диагностическая модель – формализованное описание объекта технического диагностирования, необходимое для решения задач диагностирования. Формы описания: аналитическая, табличная, векторная, графическая.
Диагностический параметр – параметр (признак) объекта, количественно или качественно характеризующий техническое состояние объекта. Диагностические параметры имеют следующие градации: номинальный, предельно допустимый, предельно возможный, аварийный.
Главная задача диагностирования – получение информации о техническом состоянии объекта.
Стандартное определение по ГОСТ 20911-89 «Техническая диагностика. Термины и определения»: «Техническое состояние характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект».
Определение технического состояния по ГОСТ 19919-74: «Техническое состояние – совокупность подверженных в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемое в определенный момент признаками, установленными технической документацией на этот объект».
В основе диагностирования лежит решение задачи распознавания технического состояния объекта. Состояние объекта, применительно к механическому оборудованию характеризуется диагностическими параметрами: входными, выходными и внутренними (рисунок 2).
Рисунок 2 – Диагностические параметры объекта
Входные параметры – внешние условия и управляющие воздействия (частота вращения, прилагаемый момент, сила, мощность, давление, подача, скорость). Выходные параметры (реакции) – параметры, показывающие поведение объекта (вибрация, шум, температура, равномерность вращения и др.). Внутренние параметры – параметры, определяющие структуру объекта и характеризующие процессы, происходящие внутри его (размеры деталей, зазоры, шероховатость, распределение сил и напряжений, механические характеристики материала и др.).
Влияние входных параметров при определении технического состояния должно быть исключено посредством приведения к стандартным условиям. Данное обстоятельство должно быть учтено при проведении измерений на испытательных стендах и в промышленных условиях. Измерения диагностических параметров необходимо выполнять при неизменной нагрузке.
Диагностические параметры могут быть прямыми – непосредственно отражающими внутренние параметры машин (момент, частота и равномерность вращения, зазоры, шероховатость поверхности) и косвенными – отражающими связь между внутренними и выходными параметрами (физические поля: вибрационные, акустические, тепловые). При решении задач диагностирования обычно предпочтение отдается косвенным параметрам благодаря большей доступности к проведению измерений на работающем оборудовании без разборки механизма.
Процесс функционирования механизма определяют не только внутренние свойства элементов механизма. На работоспособность механической системы влияют равнозначно прикладываемые силы, и качество технического обслуживания. Именно эти три фактора: внутренние свойства элементов, прикладываемые силы, качество технического обслуживания и ремонта определяют такое понятие как техническое состояние (рисунок 3). Проявление технического состояния возможно в виде отказов (поломок) деталей или с позиций технической диагностики – в виде изменения диагностических параметров, субъективных и объективных.
Рисунок 3 – Факторы, определяющие техническое состояние
Лекция 3. Диагностика оборудования и определение его ресурса.
Техническая диагностика машин представляет систему методов и средств, применяемых при определении технического состояния машины без ее разборки. При помощи технической диагностики можно определять состояния отдельных деталей и сборочных единиц машин, производить поиск дефектов, вызвавших остановку или ненормальную работу машины.
На основе полученных при диагностике данных о характере разрушения деталей и сборочных единиц машины в зависимости от времени ее работы техническая диагностика позволяет прогнозировать техническое состояние машины на последующий срок работы после диагностирования.
Совокупность средств диагностирования, объекта и исполнителей, действующих по установленным алгоритмам, называется системой диагностирования.
Диагностирование проводят как при ТО, так и при ремонте.
При ТО задачи диагностирования заключаются в том, чтобы установить потребность в проведении капитального или текущего ремонта машины или ее сборочных единиц; качество функционирования механизмов и систем машин; перечень работ, которые необходимо выполнить при очередном техническом обслуживании.
При ремонте машин задачи диагностирования сводятся к выявлению сборочных единиц, подлежащих восстановлению, а также оценке качества ремонтных работ. Виды технического диагностирования классифицируют по назначению, периодичности, месту проведения, уровню специализации (табл. 7.1). В зависимости от парка машин диагностирование проводят силами эксплуатационного предприятия или на специализированных предприятиях технического сервиса.
Диагностирование, как правило, совмещают с проведением работ по ТО. Кроме того, при возникновении отказов машины проводят углубленное диагностирование по заявке оператора.
В последнее время появилась сеть малых предприятий по оказанию услуг технического сервиса машин, в том числе и диагностирования, т.е. диагностирование в этом случае выводится из состава работ по ТО и становится самостоятельной услугой (товаром), которая оказывается по заявке клиента как в период эксплуатации, так и при оценке качества ремонта, остаточной стоимости работ по восстановлению работоспособности и исправности машин, а также при купле и продаже машин, бывших в употреблении.
Работы по диагностированию на эксплуатационном предприятии проводятся в зависимости от размера и состава парка машин на специализированном участке
(посту) диагностирования или на участке (посту) ТО. Объектом технической диагностики может быть техническое устройство или его элемент. Простейшим объектом технической диагностики будет кинематическая пара или сопряжение. Однако в класс рассматриваемых объектов может быть включен агрегат любой сложности. Диагностируемый объект можно рассматривать в двух аспектах: с точки зрения структуры и способа функционирования. Каждый из аспектов имеет особенности, описываемые своей системой понятий.
Под структурой системы понимается определенная взаимосвязь, взаиморасположение составных частей (элементов), характеризующих устройство и конструкцию системы.
Структура объекта определяется предписываемыми ему функциями (например, кривошипно-шатунный механизм, планетарный механизм и др.). При структурном подходе имеют дело с размерами и формой деталей, с зазорами в кинематических парах и сопряжениях и с другими свойствами элемента, обеспечивающими его нормальную работу.
Основным понятием технической диагностики, связанным со структурным аспектом, будет состояние объекта (неисправность, работоспособность и т.п.).
Ресурс объекта
Этот класс определяется длительностью интервала времени, в течение которого объект будет исправно функционировать до предельного состояния. Такая функция состояния считается важнейшей характеристикой объекта и всегда является искомой диагностической задачи. Для определения ресурса необходимо знать величину каждого существенного параметра состояния объекта xi. Сущность задачи диагностики объекта в основном вытекает из необходимости определения его ресурса.
Для характеристики объекта с точки зрения его ресурса в условия диагностической задачи включают наряду со значениями параметров идеального объекта также критические значения этих параметров. Предполагается, что при достижении некоторым параметром xi критической величины (например, максимально допустимая температура или зазор в сопряжении), объект не может дальше использоваться и подлежит ремонту.
Поскольку интервал времени, необходимый для достижения
одним из параметров состояния критического значения 
определяется не только разностью 
, но и скоростью изменения параметра 
(d /dt), то обычно в число искомых диагностической задачи включают и определение этой скорости. Так, прогнозирование технического состояния объекта может быть осуществлено путем определения параметров технического состояния, которые позволяют оценить не только пригодность проверяемых частей, но и предсказать время их отказа.
На рис. 7.1 в качестве примера показано нарастание износа в сопряженных деталях, вызывающее изменение параметра технического состояния:
Рис. 7.1. График изменения во времени износа (зазора) сопряжения.