Диагностирование определение технического состояния объекта

1.8. Формализация процесса диагностирования. Диагностические параметры
В буквальном переводе с греческого «диагностика» – это распознавание, способность распознавать. Из этого следует, что процесс диагностирования происходит в условиях ограниченной информации и, как правило, носит вероятностный характер. Суть распознавания заключается в выявлении конкретного состояния ТС. В простейшем случае их может быть два: исправное и неисправное (точнее, три: ИС, РС и НС, см. рис. 1.1), а в общем случае – конечное множество, поскольку каждый дефект и их совокупность будут характеризовать свое состояние ТС. Обозначим множество состояний ТС через D=D 1 , D 2 , …, D i , … . В задачах технической диагностики возможные состояния ТС (диагнозы) D i считаются известными [15]. Сама задача распознавания заключается в выявлении максимального соответствия текущего состояния ТС одному из состояний множества D.
Было отмечено, что ТС характеризуется множеством параметров Z (см. прил.1), среди которого можно выделить подмножество параметров X, несущих диагностическую информацию, которая на текущий момент времени может регистрироваться соответствующими техническими средствами. Эти параметры будем называть диагностическими. В ряде нормативных документов вводится понятие диагностического признака (ДП). Так, в ГОСТ 20911–89 под ДП понимается признак объекта диагностирования, исследуемый в установленном порядке для определения его технического состояния. Следует признать, что это определение тавтологично, поэтому обратимся к другим источникам, более подробно раскрывающим смысл этого термина.
В [18] ДП рассматриваются наряду с дефектами как центральные понятия технической диагностики. Смысл ДП раскрывается так: «ДП – это некоторое явление, которое сопутствует дефекту и на основании появления (отсутствия) которого косвенно судят о появлении (или отсутствии) дефекта. ДП могут быть, например, результатом инструментальных измерений (вибрационных, температурных, электрических и т.п.) и их обработки, а также результатом органолептических восприятий (шум, запах и т.п.). Разработка методов и средств диагностики – это, по существу, работа по созданию новых ДП» [18, с. 10].
В [15] понятие ДП получает дальнейшую конкретизацию в плане формализации для последующей компьютерной обработки. Здесь предлагается их подразделять:
- на простые или двухразрядные со значениями соответственно k 1 и k 2 ;
- сложные или m-разрядные со значениями k 1 , k 2 , ..., k m .
Простой ДП выражает результат обследования, который может быть представлен одним из двух возможных значений: «да» или «нет», «положительный» или «отрицательный» и т.п. Например, объект выдержал нагрузочные испытания. При этом можно считать, что некоторый ДП получил значение k j1 (в противном случае – k j2 ). Другой пример: пусть имеется параметр x i , для которого установлено два диагностических интервала x i <3 и x i ≥3. Тогда, в случае x i =5, ДП k i примет значение k i2 .
Сложный ДП используется, когда область возможных значений измеряемого параметра разбивается на несколько (больше двух) интервалов, например x s ≤1, 1Обычно для каждой ТС доступна информация следующего вида: изготовитель ТС, продолжительность эксплуатации ТС, конструктивные особенности, перечень и характеристики нештатных ситуаций, в которых находилась ТС во время эксплуатации и т.д. Естественным является желание извлечь из этой информации в процессе диагностирования максимальную пользу. Для этого вполне логичным оказывается формирование на осно ве этой информации ДП. Например, все производители ТС данного вида подразделяются на три непересекающихся подмножества: с низкой, средней и высокой репутацией. Затем вводится трехразрядный ДП и каждой фирме-производителю присваивается соответствующее значение этого признака, которое обрабатывается диагностическим алгоритмом.
Поскольку многие ТС имеют встроенные устройства защиты, то сигналы от них, а также факты их срабатывания также представляют диагностическую информацию, которую для последующего использования также целесообразно формализовывать в виде ДП. Аналогично может использоваться и другая информация подобного типа.
Для повышения надежности обычно стремятся к последовательной многократной фиксации диагностических параметров, поскольку при разовом контроле вероятность объективной оценки технического состояния практически минимальна из-за возможных ошибок, сбоев и т.д. Надежность и объективность такой оценки повышается по мере увеличения числа актов контроля. Это обстоятельство является основанием для введения много-кратного фиксирования параметров с определенной периодичностью, т.е. их мониторинга. Если относительно частый контроль параметров по тем или иным причинам невозможен, то периодичность их регистрации должна зависеть от скорости возможного образования и развития дефектов. Так, при диагностировании силового трансформатора многие параметры измеряются с частотой один раз в полгода.
Таким образом, можно констатировать, что формирование каждого ДП конкретной ТС осуществляется в процессе создания системы диагностирования и предполагает наличие, по крайней мере, трех условий: параметра x i , характеризующего ТС и потенциально несущего диагностическую информацию; средств фиксации значений этого параметра; заранее сформированных диагностических интервалов, при сопоставлении с которыми значений x i однозначно определяются k i .
В ряде случаев, когда диагностические параметры принимают числовые значения, являются непрерывными и известны статистические законы их распределения (функция или плотность распределения), необходимости перехода к ДП не возникает, т.е. можно ограничиться использованием только этих параметров. Пусть, к примеру, состояние силового трансформатора диагностируется только по одному параметру – влажности твердой изоляции, которую обозначим как x. Задача заключается в выборе такого значения x 0 , что при x≤x 0 трансформатор считается исправным (состояние D 1 ), а при x>x 0 состояние объекта рассматривается как неисправное (обозначим его как D 2 ). Такой подход позволяет сформировать диагностическую процедуру, которая формально представляется следующим образом [15]:
при x≤x 0 х∈D1; при x>x 0 х∈D2. (1)
В некоторых публикациях, в частности [6], значение x 0 на-зывается браковочным. Оно обычно выбирается исходя из физических представлений о происходящих в оборудовании процессах или на основе практического опыта. Поскольку в реальном объекте мы имеем множество диагностических параметров (по крайней мере – десятки), то подобная ситуация с выбором для каждого из них браковочного значения возникает постоянно и является достаточно болезненной, поскольку вызывает много споров. В [20] предлагается определять этот параметр по функции распределения F(x), т.е. на основе статистических методов, в которых задача рассматривается как стохастическая. При этом учитывается многообразие факторов, действующих на объект.
В [15] предлагается более общий подход к определению значения x 0 также на базе статистических методов. Рассмотрим его, продолжая для простоты полагать, что состояние трансформатора оценивается только на основе анализа одного диагностического параметра – влажности изоляции, которая, понятно, неоднозначно характеризует состояние изоляции, а тем более состояние всего объекта, поскольку на это влияет еще множество других факторов. Для учета этих факторов предлагается использовать плотность распределения случайной величины (в нашем случае – влажности изоляции) f(x), что отражает рис. 1.3, на ко тором приведены возможные плотности распределения вероятности диагностического параметра x для неувлажненной (исправной) и увлажненной (неисправной) изоляции. Заметим, что функция распределения F и плотность распределения f случайной величины x связаны между собой следующим равенством:
f(x)=F′(x).

Рис. 1.3. Статистические распределения плотности вероятности диагностического параметра x для исправного D 1 и дефектного D 2 состояний трансформатора
Существенно, что области исправного D 1 и дефектного D 2 состояний пересекаются, и потому принципиально невозможно выбрать значение х 0 , при котором правило (1) не давало бы ошибочных решений.
Задача состоит в том, чтобы выбор х 0 был в некотором смысле оптимальным, например давал наименьшее число ошибочных решений. Однако сначала подробнее остановимся на сути возможных ошибок.