Экспертиза и диагностика объектов и систем сервиса

Экспертиза и диагностика объектов и систем сервиса

Лектор: Лебедев К.С.

 

Новомосковск 2004г.

Введение.

Сервис как определенный вид деятельности состоит в оказании услуг населению с целью удовлетворения их материальных, социальных и духовных потребностей.

Основными субъектами сервиса является потребитель услуг (клиент) и производитель услуг (исполнитель). В сфере материальных услуг, объектам сервиса являются технические товары народного потребления с длительным сроком их эксплуатации (далее технические объекты).

 

Общая схема функционирования службы сервиса

Клиент Исполнитель

 

Объект сервиса

 

Продукция сервиса

 

В общем случае продукция сервиса, все то, что может удовлетворять нужды, потребности клиента. В качестве продукции могут выступать: товары, услуги, заботы.

Услуга – комплекс работ предметного воплощения и воздействия, имеющих полезный эффект труда и направленных на удовлетворение спроса.

Примером такого рода услуг являются технологические операции по ремонту и обслуживанию и ремонту техники.

Качество услуги по ремонту и обслуживанию определяется способностью удовлетворять потребности потребителя связанные с поддержанием работоспособности и восстановлением технического объекта. В реализации этих способностей исключительно важную роль играют диагностика и экспертиза.

 

ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА

Назначение и цель.

Техническая диагностика обеспечивает проверку исправности технических объектов их работоспособность, функционирование, поиск дефектов и сбор информации для прогнозируемого остаточного ресурса. Основными целями технической диагностики являются:

· своевременное обнаружение и устранение неисправных составляющих технических объектов;

· исключение необоснованных разборочно-сборочных работ, что сохраняет технический ресурс объекта;

· обеспечение полной выработки технического ресурса;

· обеспечение работы объекта с оптимальной регулировкой;

· повышение безотказности работы происходит за счет частых ревизий и контроля технических объектов.

Основные понятия и определения

Техническая диагностика – определение технического состояния объекта, выявление его неисправностей (дефектов) и возможных причин их возникновения.

Результатом технической диагностики является диагноз – заключение о состоянии объекта. Диагноз может содержать следующие суждения:

· объект исправен;

· объект неисправен;

· в объекте имеются, какие то неисправности с указанием причин их возникновения.

Дефект – отклонение показателя качества от эксплуатационных, т.е. от заданных размеров, формы, показателей физико-механических свойств, чистоты поверхности, качества смазки, окраски и т.п.

Технический объект – предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый на этапе проектирования, производства, эксплуатации, хранения, испытания и т.п.

Объект, как правило, характеризуется набором технических и потребительских свойств. В качестве объектов диагностики могут выступать различные системы и составляющие их элементы.

Под системой понимаются совокупность совместно действующих элементов с определенными связями, предназначенными для выполнения определенных функций. Система характеризуются в основном ее техническими и эксплуатационными свойствами.

Элемент ( блок, узел, деталь) - часть системы, выполняющие в ней заданные функции, объект может выступать, как один элемент при проверки функционировании и работоспособности или разбит на составные части при поиске неисправностей.

Техническое состояние – это точное определенное поведение объекта, характеризуемое совокупностью ее внутренних свойств подверженных изменениям при производстве и эксплуатации. Это понятие в равной степени относится как к системе в целом, так и к отдельным ее элементам.

Внутренние свойства системы определяются совокупностью свойств взаимосвязанных функционирующих элементов, из которых она состоит. Общее число состояний, в которых может находиться система, определяется числом функционирующих элементов и связей между ними.

Можно выделить 3 типа задач по определению техническому состоянию объекта;

1. определение состояния, в котором объект находится в настоящий момент времени - это задача диагностики.

2. предсказание состояния, в котором объект находился в некоторый момент прошлого времени – это задача генетики (генезиса).

3. предсказание состояния, в котором объект окажется в некоторый будущий момент времени - это задача прогностики (предсказания, предвиденья).

Задачи технической прогностики связанные с определением срока службы объекта, необходимой периодичности проверок и ремонта. Они решаются путем определения возможных или вероятных эволюций состояния объекта, начинающихся в настоящий момент времени.

Задачи генезиса возникают при расследовании аварий, отказов и их причин, когда настоящее состояние объекта отличается от состояния, в котором он оказался в прошлом, в результате появления первопричин, вызвавших отказ. Эта задача решается путем определения возможных или вероятных предысторий, ведущих к настоящему состоянию объекта.

Таким образом, знание состояния объекта в настоящий момент времени является обязательным как для генезиса, так и для прогностики, т.е. в их основе лежит техническая диагностика. Диагностика используется на всех этапах «жизненного» цикла технического объекта — при производстве, эксплуатации и в ряде случаев при проектировании. Диагностика является не целью, а средством повышения эффективности производства при сборке и наладке объекта, средством повышения ее надежности в процессе эксплуатации.

При производстве задачи диагностики решаются, как правило, в процессе наладки системы. На этапе эксплуатации диагно­стирование повышает эффективность использования объекта. При этом задачи контроля и диагностики существенно уп­рощаются, если в ходе разработки объекта была предусмот­рена возможность выявления ее технического состояния.

 

Основой технической диагностики является анализ различных физических процессов происходящих в работающем объекте и их влиянии на эксплуатационные показатели. Эти показатели в момент времени t определяются уровнем и стабильностью характеристик работающего процесса и качества составляющих элементов обладающими определенными физическими свойствами (линейные размеры, форма, структура и т.п.)

 

На всех этапах существования технического объекта (ремонт, эксплуатация, производство) для него задаются определенные показатели (эксплутационные), которым он должен соответствовать. Однако вследствие неисправностей это соответствие может нарушаться. Эксплутационные параметры разделяются на основные (характеризующие выполнение заданных функций) и второстепенные (удобство эксплуатации, внешний вид и т.п.).

Объект исправен – если он соответствует всем эксплутационным показателям, т.е. все его параметры как основные, так и второстепенные находятся за его пределами.

Объект работоспособен – если все его параметры находятся в пределах заданной нормы. Выход любого одного параметра из пределов нормы означает неисправность.

Объект функционирует – если его основные параметры, характеризующие работу в данном режиме и в данное время, не выходит за допустимые пределы

 

В зависимости от полноты определения соответствия параметров объекта заданным эксплутационным показателям различают три задачи диагностики.

 

1.проверка исправности

2.проверка работоспособности

3.проверка функционирования

1. Проверка исправности. Ее цель - убедится, что в объекте нет ни одной неисправности, и ни один из параметров не выходит за заданные пределы. Это наиболее полный вид диагностики. В условиях ремонта проверка исправности позволяет убедиться, что все дефекты устранены.

2. Проверка работоспособности. Она заключается в оценке способности объекта выполнять все функции предусмотренные алгоритмом его работы. Это менее полный контроль. Он может не обнаружить неисправности, не препятствующие применению объекта по назначению. Эта проверка проводится на этапе эксплуатации объекта при профилактике перед применением объекта по назначению.

3. Проверка функционирования. Ее задача - следить за тем, не появились ли неисправности нарушающие работу в данное время. Это более упрощенный контроль работы объекта только в одном режиме. Она проводится на этапе эксплуатации в процессе работы объекта.

 

Объект неисправен – состояние объекта при котором значение хотя бы одного параметра характеризующего способности выполнять заданные функции, не соответствует требованиям технической документации т.е. произошел отказ.

Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Различают внезапные и постепенные отказы. Последние еще называют параметрическими отказами, и они происходят за счет медленного, постепенного изменения одного или нескольких параметров. Отказы объектов происходят по причине скрытых дефектов, которые образуются в процессе производства или же эксплуатации объектов из-за чрезмерных нагрузок, внешних воздействий, а иногда являются следствием ошибок, допущенных на этапе проектирования разработки и конструирования объекта.

 

 

Модели объектов диагностики

 

Одной из распространенных форм описания технических объектов является структурная схема. Для целей технической диагностики объект обычно представляют в виде функциональной модели, которая отличается от структурной схемы выбором первичных функциональных элементов.

Под функциональными элементами понимают часть объекта диагностики, который может находиться только в одном из двух состояний: исправно и неисправно. При построении структурной схемы исходят из закономерностей рабочих процессов в объекте, а при построении функциональной модели – из заданной точности локализации неисправности с учетом конструктивной особенности объекта.

Как показывает практика диагностирование нужно вести до отказавшего элемента, при этом наиболее рационально поиск неисправностей нужно производить последовательно на разных уровнях. В соответствии с этим строят несколько функциональных моделей для поиска неисправностей с различной степени глубины.

Исходными данными для построения функциональной модели являются:

· Структурная схема объекта диагностики

· Описание процессов протекающих в объекте

· Заданная глубина поиска неисправностей

При построении функциональных моделей необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. для каждого функционального элемента должны быть известны значения входных и выходных параметров. Их функциональная зависимость и способ контроля;

2. при выходе из допустимых пределов хотя бы одного из входных сигналов появляется один выходной сигнал, который так же выходит из допустимых пределов.

3. функциональный элемент считается неисправным, если при всех входных сигналах лежащих в допустимых пределах на его выходе появляется недопустимый сигнал

4. значение внешних входных сигналов всегда допустимы

5. если выходной сигнал одного элемента является входным для другого, то значения этих сигналов совпадает

6. линии связи между элементами абсолютно надежны

7. любой функциональный элемент модели может иметь только 1 выходной сигнал. При произвольном количестве входных сигналов.

Функциональная модель выполняется в виде графической схемы, на которой каждый элемент обозначается прямоугольником с некоторым количеством входов и одним выходом.

Выход любого элемента можно соединять с любым числом входов, а вход любого элемента может быть соединен только с одним выходом.

Входы которые не соединены ни с одним выходом – внешние. Они передают внешние воздействия на объект [z_i]. Выход y_i где i элемент вырабатывающий выходной сигнал.

 

 

Модели состояний объекта.

 

Для обработки оптимальных диагностических процедур недостаточно описания объекта в виде функциональной модели.

Необходимо учитывать отношения между множеством состояний системы и множеством возможных вариантов ее проверок. Такое отношение наиболее удобно описывать в табличной форме – называемой таблицей состояний или матрицей неисправности.

Таблица состояний объекта строится на основе логического анализа функциональной модели. Предполагается, что система находится в некотором известном состоянии имеющим неисправность не более одного элемента (S_i). Путем логического анализа модели определяют исходы каждой из элементарных проверок. Считается, что при одной проверки анализируется выходной сигнал только одного элемента. Проводится анализ всех возможных состояний системы S_i, где имеются не более одного неисправного элемента. Результаты анализа заносятся в таблицу, строки которой соответствуют возможным состояниям S_i, столбцы проверкам (П_j) выходным сигналам Y_j.

Число строк равно числу рассматриваемых состояний объекта и определяется числом функциональных элементов n, а число столбцов – числу проверок П_j, которое определяется числом контрольных точек (выходных сигналов). Каждая строка будет содержать совокупность всех проверок при одном из состояний объекта, а каждый столбец - результаты одной проверки для всей совокупности рассматриваемых состояний объекта.

Нули в столбцах проверок определяют номера элементов, охваченных данной проверкой, т.е. элементы, состояния которых влияют на результат проверки. Номер проверки определяется номером элемента, выходной, сигнал которого контролируется. При положительном результате проверки все охваченные ей элементы (содержащие нули) исправны. При отрицательном результате (выходной сигнал выходит за пределы допуска) хотя бы один охваченный проверкой элемент неисправен.

Инженерный метод.

Он близок к методу время-вероятность, но дополнительно использует матрицу состояний.

Этот метод построения алгоритма основан на вычислении некоторых функций предпочтения.

Функция предпочтения выбирается в зависимости от решаемой задачи диагностики и исходных данных. Последовательность контрольных параметров выбирается по максимальным значениям функции предпочтения.

В зависимости от наличия определенной информации возможны различные виды функции предпочтительной проверок.

При отсутствии априорной информации функция предпочтения определяется числом элементов охваченной проверок.

W=max{W₁(П_i)}

W(П₁)=L где L-число нулей в этом столбце проверки, определяется размером множества М_л элементов охваченных проверки..

Первую выполняют проверку, у которой функция предпочтения W₁ имеет максимальное значение. В результате этой проверки матрица состояния делится на две части:

1. соответствует положительным результатам проверки и содержит объекты в состоянии S_i, соответствуют «1» в ходе диагностической проверки.

2. соответствует отрицательным результатам проверки и содержит объекты в состоянии S_i, соответствуют «0» в ходе диагностической проверки.

Каждая полученная информационное состояние рассматривается далее как новый объект.

В зависимости от решаемой задачи анализируются отдельные части матрицы

 

При наличие сведений о вероятности отказов элементов

W₂=max{W_∑(П_i)}

W₂(П_i)=∑Р(S_i)

^{I є Мn}

 

 

Информационный метод

Предусматривает в получении в конкретном результате проверки максимальной информативности. Эти методы позволяют выбрать количество проверок и определить последовательность их выполнения. Исходными данными являются их функциональная модель и матрица неисправности

 

H₀=∑Р(S_i)log₂P(S_i)

 

H₀=log₂n

 

Результат i проверки диагностики проверки дает некоторые количество информации о его состоянии I.

I(П₁)=Н₀ – Н(П_i)

 

 

Поскольку в результате проверки применимо лишь два решения, то средняя энтропия

Н(П_i)=Р(П_i⁺)Н(П_i⁺)+ Р(П_i^-)Н(П_i^-)

 

Р(П_i⁺)- вероятность получения положительного решения

Р(П_i^-) - вероятность получения отрицательного решения

Н(П_i⁺) и Н(П_i^-) – энтропии соответствующие объекту после выполнения положительной и отрицательной результатов проверки

 

Вероятность Р(П_i⁺) определяется числом элементов не охваченных данной проверки и определяется соотношением

Р(П_i⁺)=m/n, где m число единиц в столбце проверки

 

Р(П_i^-) =1-Р(П_i⁺)= (n-m)/n n – определяется числом элементов охваченных проверкой

 

I(П₁)=Н₀ – Н(П_i)

H(П_i⁺)=log₂m

H(П_i^-)=log₂(n-m)

I(П₁)= log₂n-[m/n log₂m+(n-m)/n log₂(n-m)]

 

Если имеется информация о вероятности отказов работы элементов, то информативность проверки может быть вычислена по следующей формуле.

 

I(П₁)= -Р(П_i⁺) log₂Р(П_i⁺) - Р(П_i^-) log₂Р(П_i^-) (1)

Р(П_i⁺)- вероятность получения положительного исхода проверки

Р(П_i^-) - вероятность получения отрицательного исхода проверки

Р(П_i⁺)=∑q_i (2)

^{i є Мn}

 

Р(П_i^-) =1- Р(П_i⁺) =∑q_i (3)

^{i є Мn}

 

где q_i относительная условная вероятность отказа элемента М_н множество элементов не охваченных проверкой

вероятность положительного исхода проверки определяется суммой q_i элементов подмножества М_н не охваченных данной проверки.

q_i =P_i/∑P_i = q_i/∑q_i (4)

 

График зависимости информативности проверки от вероятности исхода.

 

 

 

 

Если наряду с q известны и трудоемкости проверок то в качестве критерия для выбора первоочередных проверок можно использовать эффективность проверки;

F=I(П_i)/t_c

В этом случае можно также оценить трудоемкость локализации неисправности. Это можно сделать по среднему времени необходимому для обнаружения отказавшего элемента или по максимальному времени необходимому для обнаружения отказа в худшем случае. Для оптимизации алгоритма диагностирования по критерию минимально среднего времени локализации неисправности. Определяется время t_лi – есть измерение трудоемкости локализации каждого из возможных неисправностей из множества L_i всех проверок алгоритма оканчивающегося данной неисправностью.

Вероятность появления затрат времени t_лi равна условной вероятности q_i отказа i элемента. Тогда среднее время локализации неисправности для данного алгоритма.

t_ср=∑q_i t_лi

 

T_cр = min {t_ср}

Для оптимизации алгоритма по второму критерию называемому минимакстен. Из всех возможных выбирается алгоритм обеспечивающий наименьшее значение минимальных трудозатрат в худшем случае.

Т_л= min {max t_ср}

 

 

Экспертиза и диагностика объектов и систем сервиса

Лектор: Лебедев К.С.

 

Новомосковск 2004г.

Введение.

Сервис как определенный вид деятельности состоит в оказании услуг населению с целью удовлетворения их материальных, социальных и духовных потребностей.

Основными субъектами сервиса является потребитель услуг (клиент) и производитель услуг (исполнитель). В сфере материальных услуг, объектам сервиса являются технические товары народного потребления с длительным сроком их эксплуатации (далее технические объекты).