Методы построения алгоритмов поиска дефектов

1. Алгоритмы поиска дефектов

  Одной из задач диагностирования при ремонте является обнаружение возникших дефектов. В ряде случаев неработоспособный элемент конструкции машины однозначно определяют по отклонению одного из диагностических параметров или при осмотре. Однако, как правило, отказ машины приводит к изменению функционирования ряда систем и установить дефект без проведения специальных процедур его поиска невозможно.

  Решение задачи поиска возникшего дефекта, в  отличие от задачи контроля работоспособности, требует более длительного анализа ОД или его модели. При этом степень детализации определяется заданной глубиной поиска дефекта, т.е. указанием части ОД (CE), с точностью до которой находится место дефекта. Таким образом, если задана глубина поиска дефекта, то ОД может быть представлен множеством из n взаимосвязанных частей, CE.

  Поиск дефекта выполняется по алгоритму, включающему определённую совокупность проверок. При этом проверкой называется оценивание состояния СЕ по ее выходу или выходу ОД. Множество состояний в общем случае больше числа проверок, поскольку при выполнении одной проверки может бьпъ найдено больше одного дефекта. Каждая проверка требует определенных затрат. При построении алгоритма поиска дефекта стараются выбрать такую последовательность проверок, которая позволяет найти дефект с наименьшими затратами.

  Поскольку каждая проверка делит пространство состояний на две части (включающая и не включающая искомое состояние), в результате выполнения последовательности проверок поиск приводит к определенному состоянию, соответствующему обнаружению СЕ, которая отказала. Последовательность выполнения проверок при поиске дефекта мажет быть представлена в виде графа (дерева), где вершинами являются проверки, а ветви указывают направление перехода в зависимости от результата проверки, конечные вершины — обнаруживаемые дефекты.

  После того как выполнена первая проверка,встает вопрос:"Куда дальше двигаться?". Ответ на него зависит, естественно, от результатов первой проверки. Здесь только два возможных результата: удовлетворительная (+) и неудовлетворительная (-) работа проверяемой СЕ. В последнем случае СЕ либо совсем не работает, либо работает с ухудшенными показателями. В любом случае полученный результат укажет на следующую проверку.

  Алгоритмы поиска дефектов могут быть трех видов: последовательные, параллельные и комбинированные.

  При последовательном поиске каждая проверка выделяет в пространстве поиска один дефект. Удовлетворить это условие можно для ОД, представленного в виде последовательной схемы соединения СЕ, когда известно, что на вход подается штатный сигнал, а по выходному сигналу можно определить наличие в ОД дефекта двумя путями: от начала к концу и от конца к началу. Проиллюстрируем алгоритм поиска дефекта на примере ОД, представленного на рис.1,а.

  В первом случае необходимо выполнить  проверку в точке А, поскольку она позволит исключить из рассмотрения сразу один элемент СЕ1. Если сигнал — в допустимых пределах, то проверку следует выполнить в точке В, которая позволит определить состояние СЕ2. Если результат проверки отрицательный, то дефект — в данном элементе. 

          Рис 1 Алгоритмы поиска дефектов

  Если  положительный, то необходимо выполнить  проверку в точке С. Если результат проверки положительный, то дефект — в СЕ4, в противном случае — дефект в СЕЗ. Алгоритм поиска представлен на рис. 1,б.

  Во  втором случае (от конца к началу), если результат проверки в точке С положительный, то следующую проверку необходимо выполнить в точке В. При положительном результате — дефект в СЕЗ, при отрицательном выполняется проверка . По результатам этой проверки отыскивается дефект либо в СЕ1, либо в СЕ2. Алгоритм поиска представлен на рис. 1, в.

  Число проверок N для нахождения всех дефектов определяется соотношением N = n-1; n — число СЕ объекта. 

 
 

    Рис.2 Граф (дерево) поиска дефектов ГТД 

  На  рис. 2 приведен пример графа поиска дефектов газотурбинного двигателя (ГТД), в соответствии с которым поэлементная проверка узлов двигателя осуществляется в последовательности: турбина, компрессор, камера сгорания. Если проверяемый узел конструкции машины оказался работоспособным, то переходят к проверке следующего узла.

  При параллельном поиске ОД разбивается каждой проверкой на две равные или почти равные части, если соответственно в ОД четное или нечетное число СЕ.

  Так, для ОД из четырех СЕ (рис.3 а) при реализации параллельного поиска первая проверка выполняется в точке В. Если результат отрицательный, то следующая проверка выполняется в тачке А, в результате чего определяется место нахождения дефекта (СЕ1 или СЕ2). В противном случае назначается проверка в точке С, позволяющая определить дефект в СЕЗ или СЕ4. Алгоритм приведен нарис. 3,б.  

  

  Рис. 3 Алгоритм поиска дефектов 

  Число проверок N, необходимых для нахождения всех дефектов  
через числа СЕ, можем определить по формуле

   

  Полученное  значение округляется до большего целого числа.

  При n=4 требуется две проверки, при n = 8 — три проверки.

  При комбинированном поиске имеет место сочетание последовательного и параллельного алгоритмов.

  Алгоритмы поиска дефектов могут быть построены  на основе анализа структуры объекта или использования показателей, характеризующих надежность СЕ.

 

  2. Методы построения алгоритмов поиска дефектов

    Информационный метод. Предполагается, что отказы всех СЕ, последовательно  соединенных, равновероятны и  образуют полную группу событий: 

  где n — число возможных состояний (дефектов).

  Каждая  проверка имеет два исхода: 1 или  0.

  Перед началом поиска состояние ОД характеризуется  максимальной энтропией (мерой неопределенности)

   каждая проверка дает определенное количество информации о состоянии объекта

  Поскольку для проверки возможны только два исхода (1 или 0) с вероятностями р () или р () соответственно, то

  где Hk — энтропии состояния объекта после проведения проверки , l — число обнаруживаемых проверкой дефектов.

  При построении алгоритма первой выбирается проверка , несущая максимум информации (если таких проверок больше одной, то выбирается любая из них), т.е.

  

  Второй  выбирается проверка , которая обладает наибольшей условной информацией относительно состояния, характеризуемого энтропией Н (),

 

  где — число обнаруживаеммх дефектов; — число необнаруживаемых дефектов.

  Тогда

  

 

  Третья  и последующие проверки выбираются аналогичным образом. Процедура  заканчивается , тогда когдаэнтропия

 

  станет  равна нулю.  
 

  Простейшим  примером метода является алгоритм половинного  разбиения, при котором любая  проверка снимает половину неопределенности. Если признаки наличия дефектов не дают основания считать какой-либо элемент дефектным, то целесообразно первую проверку выполнить в контрольной точке, находящейся в середине схемы. Если результат проверки указывает на то, что сигнал в этой точке имеет допустимые значения, то из дальнейшего рассмотрения исключается первая половина схемы. Если в этой точке зафиксирован отрицательный результат, то дефект необходимо искать в первой половине схемы с последовательным соединением элементов. Процесс деления схемы пополам следует повторять до тех пор, пока не будет обнаружен последний дефект. Для ОД, состоящего из четырех элементов, (рис. 5,а), алгоритм поиска дефекта, реализующий метод половинного разбиения,приве-ден на рис. 5,б.

  Недостаток  информационного метода заключается  в том, что может быть использован  для ОД, схемы которого сводятся к последовательному соединению элементов с равной вероятностью отказов. 

Рис.5 Алгоритмы  поиска дефектов

 
 
 

  Метод основанный на анализе таблиц состояния.

  Поиск дефекта в этом случае базируется на выборе минимальной совокупности проверок, позволяющих различить дефекты всех СЕ. Рассмотрим метод на примере ОД, представленного на рис. 6

  

  Рис. 6 Диагностическая модель

  Считаем, что дефект каждой СЕ нарушпет работоспособность  ОД. Тогда множество неработоспособных  состояний Sн будет включать пять элементов, т.е. Sн={Si},i=1..5, где Si - состояние неработоспособной СЕ.

  Обнаружить  все дефекты в таком ОД можно, выполнив пять проверок, т.е. . При этом считаем, что каждая проверка может иметь два результата: 0 - СЕ неработоспособна, 1 -  СЕ работоспособна.

  Можно ли сократить число проверок?

  Составим  таблицу состояний.

  Табл.5.

  

  Как видно проверка не несёт информации. Действительно, если известно, что ОД отказал, то проверка на его выходе не даст новой информации по поиску дефекта.

  Составим  таблицу попарного сравнения всех состояний ОД для оценки различимости пар состояний той или иной проверкой. Если состояния различаются проверкрй то – 1, если нет, то 0. 
 

  Табл.6.

  

  Анализ  таблицы показывает, что проверка различает четыре пары состояний, проверка - ещё четыре пары состояний, пооверка – лишь одну пару, а проверка – две пары состояний. Исключив , как наимение информативную, включим в алгоритм три проверки.

 

  Список  используемых источников

  1.Калявин В.П.  Основы теории надёжности и диагностики

2.Осипов О.И., Усынин Ю.С.  Техническая диагностика автоматизированных электропиводов

3.Биргер И.А.  Техническая диагностика

4.Мазголевский А.В., Калявин В.П.  Системы диагностирования судового оборудования

5. Пархоменко П.П. Основы технической диагностики

 

Федеральное агентство по образованию 

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования  «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина».