ROZPOZNAWANIE STANU MASZYNY

Zastosowanie w procesie eksploatacji metod oceny stanu technicznego maszyn, wymaga określenia zbioru parametrów diagnostycznych, wyznaczenia testów diagnostycznych oraz optymalizacji metod genezowania i metod prognozowania. W tym celu dokonano identyfikacji metod rozpoznawania stanu maszyn, opracowano procedury możliwe do wykorzystania w procesie rozpoznawania stanu maszyn oraz określono reguły wnioskowania systemu rozpoznawania stanu maszyny [73,74,75].

Rozpoznawanie stanu maszyny jest to proces, który powinien umożliwić:

 określenie stanu technicznego maszyny w czasie bieżącym na podstawie wyników badań poprzez kontrolę stanu i lokalizację uszkodzeń w przypadku stanu niezdatności maszyny;

 przewidywanie stanu maszyny w czasie przeszłym na podstawie niepełnej historii wyników badań diagnostycznych, co umożliwia oszacowanie stanu maszyny lub wartości wykonanej przez nią w przeszłości pracy.

 przewidywanie stanu maszyny w czasie przyszłym na podstawie niepełnej historii wyników badań diagnostycznych, co umożliwia oszacowanie czasu niezawodnego użytkowania maszyny lub wartości wykonanej przez nią w przyszłości pracy.

Problematyka oceny stanu, genezy i prognozy stanu maszyny istotna jest zarówno na etapie opracowywania konstrukcji, produkcji i eksploatacji, przy czym głównymi problemami pojawiającymi się przy rozwiązaniu zadania rozpoznawania stanu maszyn są:

a) sformułowanie celu diagnozowania, genezowania i prognozowania stanu maszyny;

b) ocena zmian stanu maszyny w czasie eksploatacji;

c) opis stanu za pomocą relacji pomiędzy cechami stanu i parametrami diagnostycznymi;

d) rozwiązanie zadania diagnozowania, genezowania i prognozowania stanu.

Głównymi problemami pojawiającymi się przy rozwiązaniu tak ujętych zadań jest:

a) wybór parametrów diagnostycznych opisujących aktualny stan i ich zmianę w czasie eksploatacji maszyny;

b) wyznaczenie testu diagnostycznego;

c) wyznaczenie wartości prognozowanej parametru dla horyzontu prognozy ₁, y_jp(_b+₁) i wyznaczenie terminu kolejnego diagnozowania i obsługiwania _d;

d) wyznaczenie wartości genezowanej parametru diagnostycznego dla horyzontu genezy 2, y_jp(_b-₂) i oszacowanie wartości wykonanej przez nią w przeszłości pracy oraz określenie przyczyny wystąpienia zlokalizowanego podczas badania uszkodzenia.

Procedura wyznaczania zbioru parametrów diagnostycznych

Zbiór parametrów diagnostycznych wyróżnia się ze zbioru parametrów procesów wyjściowych. Na podstawie wyników badań i ustaleń prac dotyczących redukcji informacji diagnostycznej uważa się, że wyznaczanie zbioru parametrów diagnostycznych w procesie diagnozowania, genezowania i prognozowania stanu maszyn powinno uwzględniać:

a) zdolność odwzorowania zmian stanu maszyny w czasie eksploatacji;

b) ilość informacji o stanie maszyny;

c) zmienność wartości parametrów diagnostycznych w czasie eksploatacji maszyny.

Zbiór parametrów sygnałów Y wyróżnia się ze zbioru parametrów wyjściowych YWY, które opisują przebieg sygnałów wyjściowych (procesy robocze i towarzyszące), zależnych od stanu technicznego obiektu:

 

Y_WY Y_WY W, (5.38) Wzajemny związek cech stanu W i parametrów wyjściowych pozwala przy spełnianiu podanych poniżej warunków, parametry wyjściowe y_WYJ Y_WY wstępnie traktować jako parametry diagnostyczne oraz określić punkty pomiarowe w obiekcie technicznym.

Warunkami tymi są :

1. warunek jednoznaczności - każdej wartości parametru stanu W_i Wodpowiada tylko jedna zdeterminowana wartość parametru wyjściowego y_WYJ Y_WY;

2. warunek szerokości pola zmian - największa względna zmiana wartości parametru wyjściowego y_WYJ Y_WY dla zadanej wartości parametru stanu W_i W ;

3. warunek dostępności pomiaru parametru wyjściowego - charakteryzuje się poprzez wskaźnik kosztu pomiaru cj lub czasu pomiaru tj, przy czym narzuca się minimalizację tych wskaźników;

4. warunek mierzalności formułuje się dla funkcji ^YWY ^YWY





{W Y W₁: _j( ₁)K} (5.39) Spełnienie warunków 1  2  3  4 wyróżnia wstępnie ze zbioru YWY zbiór parametrów diagnostycznych Y.

Na podstawie przeprowadzonych badań uważa się, że wyznaczanie zbioru parametrów powinno uwzględniać:

a) zdolność odwzorowania zmian stanu maszyny w czasie eksploatacji;

b) ilość informacji o stanie maszyny;

c) zmienność wartości parametrów diagnostycznych w czasie eksploatacji maszyny.

Odpowiednie algorytmy uwzględniające te postulaty zostały przestawione poniżej jako metody.

gdzie: K - liczebność elementów szeregu czasowego w przedziale (₁, _b).

Metoda korelacji wartości parametrów diagnostycznych ze stanem maszyny

Metoda polega na badaniu korelacji wartości parametrów diagnostycznych ze stanem maszyny rj=r(W, yj) (ewentualnie z czasem eksploatacji, (rj = r((, yj)): wyznaczenie procedur rozpoznawania stanu maszyny jest realizowane w przedziale zużycia normalnego, czasem eksploatacji maszyny. Wówczas rj = r(, y_j); j=1...m; k=1...K (r_j - współczynnik korelacji między k(1, b) i y_j).

Metoda maksymalnej pojemności informacyjnej parametru diagnostycznego

Istota metody polega na wyborze parametru dostarczającego największą ilość informacji o stanie maszyny. Parametr diagnostyczny ma tym większe znaczenie w określeniu zmiany stanu, im silniej jest z nim skorelowany i im słabiej jest skorelowany z innymi parametrami diagnostycznymi.

Zależność tę przedstawia się w postaci wskaźnika pojemności informacyjnej parametru diagnostycznego hj, który jest modyfikacją wskaźnika odnoszącego się do zbioru zmiennych objaśniających model ekonometryczny: wyznaczenie procedur rozpoznawania stanu maszyny jest realizowane w przedziale zużycia normalnego, czasem eksploatacji maszyny.

Algorytm wyznaczania zbioru parametrów diagnostycznych maszyn

Przedstawione powyżej rozważania, sformułowane w postaci algorytmu wyznaczania zbioru parametrów diagnostycznych odnoszą się do schematu rozpoznawania stanu maszyn.

Algorytm wyznaczania optymalnego zbioru parametrów diagnostycznych maszyn zawiera następujące etapy:

1. Akwizycja danych:

a) zbiór wartości parametrów w funkcji czasu eksploatacji maszyny {yj(k)}, uzyskanych w czasie realizacji eksperymentu bierno – czynnego, gdzie k(1, b);

b) zbiór wartości parametrów:{yj(1)} – wartości nominalne,{yjg} - wartości graniczne, j=1,…, m;

c) zbiór stanów maszyny{k: {si}, k=1, …, K; i=1,…, I}określonych w czasie realizacji eksperymentu bierno – czynnego, gdzie k(1, b);

d) koszt parametrów diagnostycznych c(yj) = const.

2. Optymalizacja zbioru wartości parametrów diagnostycznych (tylko w przypadku dużej liczebności zbioru Y, np. m>5). Zbiór parametrów diagnostycznych wyznacza się za pomocą:

a) metody korelacji wartości parametrów diagnostycznych ze stanem maszyny (z czasem eksploatacji, rj = r(W, yj), (rj = r((, yj));

b) metody ilości informacji parametrów diagnostycznych o stanie maszyny h_j.

W celu wyboru zbioru parametrów diagnostycznych wykorzystuje się wartości wag:

a) standaryzowane wagi obliczeniowe w1j:

w_1j =



j j j

w w

1

(5.46)

w_j = dj

1 , d_j = (1r^*_j)² (1h^*_j)² (5.47)

j j

j r

r r

max

*  ,

j j

j h

h h

max

*  (5.48) b) jako kryterium wyboru parametru diagnostycznego przyjęto maksymalizację wartości

wag w_1j i wybór parametrów diagnostycznych według powyższego kryterium.

c) w celu uwzględnienia preferencji użytkownika powinno być możliwe wprowadzenie przez niego wag w2j (wartości standaryzowane) z przedziału (0,1) i wybór parametrów diagnostycznych według powyższego kryterium.

Wyznaczanie oceny stanu maszyn wiąże się z badaniem relacji parametr diagnostyczny – stan maszyny. Na podstawie wyników badań i ustaleń, uważa się że wykorzystanie odpowiednich procedur powinno uwzględniać:

a) potrzebę uzyskania informacji diagnostycznej na odpowiednim poziomie dekompozycji maszyny;

b) potrzebę uzyskania informacji w odpowiednim zakresie oceny stanu maszyny (kontrola stanu, lokalizacja uszkodzenia maszyny);

c) ilość informacji o relacji: parametr diagnostyczny – stan maszyny, parametr diagnostyczny – czas eksploatacji maszyny;

d) odpowiednią zmienność wartości parametrów diagnostycznych w czasie eksploatacji maszyny.

Algorytm procesu rozpoznawania stanu maszyn

Schemat wyznaczania procedur składowych systemu rozpoznawania stanu maszyny przedstawiono na rys.5.27, natomiast algorytm rozpoznawania stanu maszyny przedstawiono na rys.5.28.

Rys.5.27. Schemat wyznaczania procedur składowych systemu rozpoznawania stanu maszyn

Rys.5.28. Schemat realizacji rozpoznawania stanu maszyn

Algorytm procesu rozpoznawania stanu maszyny zawiera następujące etapy: