Техническая диагностика и методы технического диагностирования

Диагностика решает задачи трех типов по определению состояния объектов диагностирования:

• к первому типу относятся задачи по определению состояния, в котором находится объект в настоящий момент (диагноз — от гр. diágnosis — распознавание, определение)
• ко второму — задачи по предсказанию состояния, в котором окажется объект в некоторый будущий момент (прогноз — от гр. prognosis — предвидение, предсказание)
• к третьему — задачи по определению состояния, в котором находился объект в некоторый момент в прошлом (генезис — от гр. génesis — происхождение, возникновение).

Задачи первого типа относят к технической диагностике, второго — к технической прогностике (или, как чаще говорят, к техническому прогнозированию), третьего — к технической генетике.

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. Анализ шумов механизмов проводится по двум направлениям:

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.

1. Контроль температуры позволяет оценить степень нагрева корпусных деталей по уровням «холодно», «тепло», «горячо». «Холодно» – температура менее +20 С, «тепло» – температура +30…40 С, «горячо» – температура свыше +50 С.

Пределом для непосредственного восприятия является температура +60С – выдерживаемая, у большинства тыльной стороной ладони без болевых ощущений в течение 5 с. Использование дополнительных средств – брызг воды позволяет контролировать значения +70 С – видимое испарение пятен воды и +100 С – кипение воды внутри капли на поверхности корпусной детали. Недопустимым является прикосновение к вращающимся и токоведущим деталям.

1. Восприятие вибрации основано на тактильном анализе (как реакции соприкосновения), как и контроль температуры. Значения параметров вибрации субъективно оценить нельзя. Возможен сравнительный анализ вибрации. Абсолютная оценка практически всегда содержит грубые ошибки из-за различных ощущений человека и широкого спектрального состава вибрации. В высокочастотном диапазоне возможности человека по восприятию вибрации ограничены. В низкочастотном диапазоне возможности человека по восприятию вибрации существенно различаются из-за различного уровня подготовки.
2. Визуальный осмотр механизма предоставляет большую часть информации о техническом состоянии. Осмотр может проводиться в динамическом режиме (при работающем механизме) и в статическом (при остановленном механизме).
3. Методы осязания используются при оценке волнистости, шероховатости, качестве смазочного материала, его вязкости, пластичности, наличии посторонних включений, для оценки шероховатости поверхности поврежденных деталей.

Вопросы для самостоятельного контроля

1. В чём заключается основное отличие органолептических и приборных методов диагностирования?
2. Перечислите органолептические методы диагностирования, их достоинства и недостатки.
3. Какие приборные методы используются для диагностирования механического оборудования?
4. Приведите примеры объектов диагностирования при использовании механических и электрических методов диагностирования.
5. Для каких объектов диагностирования применяют вибрационные и тепловые методы диагностирования?
6. Какие задачи диагностирования решаются при использовании анализа смазки и неразрушающего контроля?
7. Назначение, особенности и область применения портативных средств диагностирования.
8. Основные особенности и область применения анализаторов при диагностировании механического оборудования.
9. Классификационные признаки диагностических приборов.
10. Для чего и когда устанавливают стационарные системы вибрационного контроля механизмов и машин?

Диагностика двигателя эндоскопом

Эндоскоп – прибор, с помощью которого можно посмотреть состояние двигателя изнутри, без его разборки. Проверка эндоскопом так же существует в медицине. И как врач ставит более точный диагноз после эндоскопического исследования того или иного органа, так и проверка, например, цилиндров двигателя эндоскопом позволяет максимально точно определить состояние, характер и степень неполадки, и, как следствие, позволяет сделать более точные рекомендации по ремонту и дальнейшей эксплуатации агрегата.

Диагностика двигателя эндоскопом – распространенная процедура. Автовладельцы, которые проверили двигатель своего автомобиля этим способом, всегда хорошо отзываются. С помощью эндоскопа можно проверить цилиндры, клапана и проверить состояние поршневой группы. Эндоскопическое исследование цилиндров дает долгожданный ответ тем, кто хочет видеть что происходит с цилиндрами, насколько изношена хоминговка гильз, зазор между поршнем и цилиндром. Если обычная диагностика цилиндров не дает ответа на вопрос, его почти гарантированно даст эндоскоп.

Проверить задиры на двигателе эндоскопом, можно самостоятельно и некоторые автомобилисты так и поступают. Однако стоит отметить, что очень многое в таком исследовании зависит от 2 факторов. Первый – качество самого прибора – эндоскопа. Прибор, купленный с рук или заказанный Китае, не может гарантировать точного результата диагностики двигателя, поэтому риск от проведения такой диагностики весьма и весьма велик. Второй – опыт того, кто будет проводить диагностику двигателя эндоскопом. Без определенного опыта и знаний качественно оценить повреждения двигателя не удастся.

Классификация диагностических параметоров

Среди разновидностей диагностических параметров различают: структурный параметр состояния — параметр, непосредственно характеризующий работоспособность объекта диагностирования (износ, размер деталей, зазор; натяг в сопряжении и др.); диагностический параметр состояния — параметр, косвенно характеризующий работоспособность объекта диагностирования (температура, шум, вибрация, расход топлива или электроэнергии, масла и др.). Задача выбора диагностических параметров занимает центральное место в разработке диагностического обеспечения, т. к. результаты ее решения непосредственно связаны с обеспечением контролепригодности и надежности систем и с затратами на технические средства диагностирования. Необходимость компромиссного решения этой задачи обусловлена тем, что ограничение числа параметров, вводимое с целью уменьшения затрат на систему диагностирования, должно производиться без существенной потери информации и снижения достоверности оценки технического состояния систем. Процесс выбора параметра по диагностической модели состоит из двух процедур: упорядочение множества параметров объекта диагностирования, представленных в его модели, и выбора из
этого множества параметров совокупности оцениваемых диагностических параметров. Упорядочение параметров и последующий выбор совокупности оцениваемых параметров можно произвести по результатам статистических наблюдений, на основе которых формируется информационный критерий. Вероятностные оценки параметров отражают особенности конструкции и условия эксплуатации локомотивов более полно, чем так называемые модельные критерии, но получение их связано с необходимостью систематического сбора данных о появлении дефектов за интервал выработки ресурса отдельных систем.

Для технической диагностики локомотивов, их систем, узлов и агрегатов используются различные методы. Многообразие методов диагностирования обусловлено в основном двумя причинами: сложностью структуры системы диагностирования, определяемой сложностью структуры локомотива как объекта диагностирования, и разнообразием задач технической диагностики, вытекающих из требований, предъявляемых к системе обслуживания и ремонта локомотивов. Классификация методов диагностирования основывается на признаках, отражающих наиболее существенные отличия методов. Основные классификационные признаки и разделение по ним методов диагностирования технического состояния локомотивов приведены на рисунке.

Диагностика состояния моторного масла

Все виды моторных масел имеют свой срок службы, после которого оно становится — непригодным. На упаковке с маслом производитель всегда указывает рекомендации по пробегу автомобиля, через который необходима его замена. Эти рекомендации даются без расчета условий эксплуатации автомобиля – погодные условия, запыленности дорог, периодические стояния в пробках, когда машина не двигается, а ее двигатель все равно работает, и частая эксплуатация по городу — значительно сокращает срок службы масла. Поэтому не стоит полагаться на рекомендации и стараться наблюдать за качеством масла — самостоятельно.

Проверка масла в двигателе

Проверить состояние масла можно по капле с масляного щупа двигателя. Необходимо один раз капнуть на лист бумаги и подождать 15 минут, пока капля пропитается и сформирует четкое пятно. Теперь просто сравниваем полученный образец с представленными в таблице ниже.

Капля должна быть не более — 3 сантиметров в диаметре.По бумажной пробе масла учитывают три зоны капли. Цвет и рисунок пятна, а так же — равномерность растекания.

Чистое масло, без примесей, оставляет — большое светлое пятно. Оно может вовсе исчезнуть через пару суток. Если позже пятно пожелтеет, окислится, значит масло работало в двигателе при повышенных температурах, что указывает на неисправности в работе мотора.

Чем светлее пятно в зоне ядра — тем работоспособнее проверяемое масло. Сильное потемнение говорит о насыщении металлами и примесями и если такое масло оставить работать в двигателе дальше, износ двигателя увеличится в разы.Маленькая зона последнего кольца, диффузии, говорит о потере своих свойств у присадок, добавленных в масло для моющих и диспергирующих качеств. Такое масло может работать в моторе и дальше, но уже — не выполняя присадочных свойств.

Полное отсутствие последнего кольца говорит о присутствии воды и полной потере присадочных свойств. Если ядро такого масла густое и по цвету близкое к черному, значит — было неоднократно отработано и уже давно пришло в негодность!В других случаях масло просто состарилось о времени, вышел срок годности, или были нарушены условия его хранения.Вода наносит сильный вред моторным маслам. Попадая в него в соотношении 0,2 % вода начинает быстро разлагать существующие в ней присадки. Далее при работе двигателя с таким маслом в трубках и каналах мотора забиваются густыми отложениями. В дальнейшем это приводит — к поломкам деталей в двигателе!

Распад присадок увеличивает нагар на деталях, образуются — отложения, пены, пленки.

Пример практического использования ПК ПАНПО для диагностирования насосного агрегата КНС

В качестве объектов моделирования для примера было взято технологическое оборудование кустовой насосной станции КНС – насосный блок с установленными насосами ЦНС-240х1422.

Встроенными средствами ведения «цифрового двойника» ПК ПАНПО была сформирована информационная модель насосного агрегата, которая включала как атрибуты параметров агрегата, так и модель надежности агрегатов такого типа.

Пример фрагмента настроенной модели агрегата в ПК ПАНПО приведен на рис. 5.

Для получения фактических эксплуатационных показателей работы агрегата с уровня АСУ ТП настроено хранилище данных реального времени с доступом к нему по протоколу OPC UA.

В сервере расчетов ПК ПАНПО для насосного агрегата была произведена настройка/конфигурирование расчетов таких вторичных показателей, как напор, мощность, потребляемая приводом и агрегатом, КПД.

Для автоматизации процесса диагностирования общего состояния агрегата в блоке управления рабочими процессами ПК ПАНПО была произведена настройка/конфигурирование шагов рабочего процесса диагностирования и прогнозирования.

Формирование диагностических заключений о причинах деформации фактических эксплуатационных характеристик объекта автоматическим алгоритмом сравнения фактических и базовых характеристик реализовано путем настройки правил в экспертной базе знаний системы ПК ПАНПО.

Пример реализации функции мониторинга эксплуатационных показателей работы промышленного агрегата и его узлов в режиме реального времени представлен на рис. 6.

Автоматическое определение режимов работы (стационарных и нестационарных) и фоновый расчет фактических эксплуатационных показателей и характеристик агрегата выполняется в рамках настроенного рабочего процесса.

Для раннего выявления отклонений в процессе работы НА от нормального режима использовались алгоритмы обучения модели и расчета показателей.

Комплексная диагностика общего состояния ПА выполнялась с использованием комбинации из трех алгоритмов:

·         обнаружение деформаций фактических эксплуатационных характеристик работы НА на основании сравнения фактических и базовых эксплуатационных характеристик. Результатом работы является определение статуса состояния НА (без деформации/имеются деформации) и перечень возможных причин деформации на основании экспертного заключения из базы знаний;

·         автоматическое диагностирование на основании статистического анализа критерия Хоттелинга (T2-критерий) состоит из алгоритма расчета интегральной статистики Т2 и сравнения полученного значения с критическим значением Хи-квадрат для заданного уровня значимости и количества степеней свободы. Результатом работы алгоритма является значение статистики T2 и перечень параметров объекта, внесших наибольший вклад в это значение;

·         автоматическое диагностирование на основании последовательного критерия вероятности Вальда (SPRT) – последовательной проверки статистической бинарной гипотезы.

Метод SPRT и метод оценки критерия Т2
были интегрированы с MSET для анализа результатов расчета модельных показателей нормального режима работы НА и оценки его состояния. Для диагностирования использовались полученные значения отклонений между модельными и фактическими показателями работы агрегата.

Обучение – формирование матрицы памяти MSET, определяющей нормальную работу агрегата – производилось на сформированных в автоматическом режиме стационарных режимах.

Результаты диагностирования при раннем обнаружении дефекта по алгоритмам Т2 и SPRT приведены на диаграмме рис. 7 ниже.

РИС. 7. Значения индексов T2 и SPRT по признакам при обнаружении зарождающегося
дефекта

В результате диагностики были обнаружены отклонения от нормальной работы методом SPRT и методом оценки критерия Т2 при достижении отклонения контролируемого параметра на 0,3 %. При этом второй используемый метод сравнения базовых и фактических характеристик работы НА выявил деформацию характеристики только при увеличении деформации контролируемого параметра на 5 %. Однако при этом данный алгоритм определил предполагаемую причину деформаций характеристик – «Расцентровка частей насосного агрегата».

Пример экрана диагностики работы насосного агрегата в пользовательском интерфейсе ПК ПАНПО представлен на рис. 8.

Основными задачами диагностики применительно к автомобилям являются:

• выявление автомобилей (из числа эксплуатируемых), техническое состояние которых не соответствует требованиям безопасности движения и охраны окружающей среды
• определение неисправностей, для устранения которых необходимы регулировочные либо ремонтные работы (если для устранения неисправности требуются большие затраты рабочего времени, то такие работы выполняются перед техническим обслуживанием (ТО)
• выявление или уточнение перед текущим ремонтом (ТР) причин отказа или неисправности
• контроль качества ТО и ТР
• прогнозирование ресурса исправной работы узлов, агрегатов и автомобилей в целом
• сбор, обработка и выдача информации, необходимой для управления производством
• установление в отдельных случаях технического состояния автомобиля, в котором он находился в прошлом, например перед аварией (техническая генетика)

Диагностирование является более совершенной формой проведения контрольных работ. От традиционных контрольных осмотров, выполняемых на автотранспортных предприятиях (АТП) в основном субъективными методами с привлечением в качестве экспертов наиболее квалифицированных механиков и ремонтных рабочих, диагностирование отличается:

• во-первых, объективностью и достоверностью оценки технического состояния автомобиля, что достигается применением инструментальных методов проверки
• во-вторых, возможностью определения выходных параметров (параметров эффективности) агрегатов и систем автомобиля (мощности, топливной экономичности, тормозных качеств и т.д.)
• в-третьих, наличием условий для повышения надежности и организованности ТО и ремонта автомобилей за счет более эффективного оперативного управления

Возникновение потребности в объективной и достоверной информации, получаемой инструментальными методами контроля, объясняется действием на автомобильном транспорте двух важных факторов — усложнения автомобильной техники и стремления обеспечить поддержание работоспособности автомобилей в условиях низкой обеспеченности квалифицированными кадрами.

Проблемы технического обслуживания производственных активов в нефтегазовой отрасли

Для эффективной эксплуатации нефтегазового промышленного оборудования и минимизации затрат на техническое обслуживание и ремонты (ТОиР) необходима своевременная и точная диагностика технического состояния в процессе эксплуатации.

Развитие средств технической диагностики привело, с одной стороны, к периодическому или постоянному контролю парка оборудования средствами технического мониторинга, а с другой стороны – к росту объема информации, с которым должен работать эксперт высокой квалификации. При этом невозможно обеспечить экспертную диагностику в режиме реального времени, что во многих случаях не позволяет выявить проблемы на ранних стадиях. Момент обнаружения выхода значений контролируемых первичных параметров за допустимый диапазон, как правило, является признаком уже существующей неисправности и необходимости остановки оборудования для проведения дорогостоящего ремонта.

Оценка технического состояния оборудования на основе контрольных испытаний в основном производится при вводе оборудования в эксплуатацию или после проведенного капитального ремонта. Проводить такие испытания в ходе эксплуатации практически невозможно.

Ввиду невозможности проведения непрерывной диагностики технического состояния производственного оборудования в процессе эксплуатации применялись, как правило, реактивные или предупредительные методы ТОиР, что приводило к существенным затратам на восстановлении или на техническое обслуживание.

Предупредительный метод ТОиР предполагает наличие шаблона, по которому определяется вероятность отказа. К сожалению, это применимо только к 18 % производственных активов. Отказы остальных 82 % не подвержены каким-либо шаблонам .

Более актуальным и эффективным на сегодня подходом к ТОиР являются методы прогнозного и проактивного обслуживания, основанные на прогнозе технического состояния и оценке рисков . Это связано с повышением текущего уровня техники и стремительного развития информационных технологий.

При использовании технологий раннего диагностирования и прогнозирования технического состояния оборудования (управления эффективностью активов) конечной целью предприятий является техническое обслуживание в тот момент, когда это наиболее рентабельно. Благодаря этому решается задача по снижению вероятности внепланового простоя, вызванного не выявленным своевременно дефектом или износом, а также сокращение затрат на проведение ТОиР, что в свою очередь повышает безотказность и рентабельность производства, экономит время и деньги на плановые ремонты. Дополнительными преимуществами является: увеличение срока службы оборудования, повышение безопасности производства, уменьшение количества аварий и оптимизация комплектов запасных частей и принадлежностей (ЗИП) и материалов.

Как показывает практика, в результате внедрения решений прогнозной аналитики предприятиям разных отраслей удается уменьшить количество поломок оборудования в среднем на 30–35 %, сократить расходы на его обслуживание на 10–20 %, и на 10–15 % увеличить объем производства , уменьшить время простоя в диапазоне от 30 до 50 % , а также снизить объемы реактивного (внепланового) обслуживания на 10–44 % .

В России предиктивная аналитика надежности в настоящее время находится на стартовых позициях, однако интерес к применению современных методов прогнозирования в промышленности растет.

Тем не менее экономический эффект от внедрения технического обслуживания на основе прогноза технического состояния может быть существенным. Так, раннее выявление проблем помогло избежать значительных затрат :

·         более $4 млн затрат избежали при раннем обнаружении повреждений вращающегося оборудования (турбины, насосы и т.п.),

·         $370 тыс. сэкономлено при раннем предупреждении проблем с перепускным клапаном теплообменника,

·         более $500 тыс. сэкономлено при раннем обнаружении приближающегося отказа муфты заводского двигателя,

·         $250 тыс. экономии в год при выявлении неэффективности насоса,

·         $250 тыс. затрат избежали при раннем предупреждении о проблеме перепада давления в уплотнении подшипника,

·         более $243 тыс. затрат избежали при раннем обнаружении неправильного позиционирования управляющего клапана.

При этом одним из ключевых факторов сдерживания при внедрении технологий прогнозирования надежности оборудования в процессах ТОиР на отечественных предприятиях является отсутствие на рынке зрелого и доступного отечественного программного обеспечения, реализующего современные методы диагностирования и прогнозирования технического состояния производственного оборудования.

Диагностика двигателя автосканером

Диагностика сканером включает в себя последовательную проверку большинства систем управления, таких как: блок управления двигателем, автоматической трансмиссией, тормозной системой – ABS/ESP, подушками безопасности, круиз-контролем, климат-контролем, иммобилайзером, щитком приборов, системой парковки, пневмоподвеской, системой навигации и других систем.

Диагностика каждой системы разделяется на различные этапы: при диагностике двигателя проверяются системы, управляющие двигателем, , проверка подачи в цилиндры, топливные системы, анализ оборотов и др. По результатам диагностики, как правило. Исходя из результатов диагностики двигателя, предоставляется отчет об текущих ошибках и рекомендации по ремонту или замене неисправных агрегатов и узлов. Компьютерная диагностика позволяет провести проверку всех электронных систем автомобиля.

Проверка компрессии в цилиндрах двигателя

Одно из важнейших и самых распространенных мероприятий, которое поможет удостовериться в том, что ваш двигатель правильно работает. Измерение компрессии поможет узнать о проблеме преждевременно, пока она не привела к серьезным неполадкам в работе двигателя или к его остановке во время поездки.

Для проверки компрессии для любительского использования есть специальный прибор – компрессометр. Современные компрессометры укомплектованы всем необходимым для потребителя, в том числе адаптерами (переходниками) для разных моделей, так же может быть измерена компрессия в дизельном двигателе автомобиля. Измерение компрессии двигателя в автосервисах производится при помощи мотортестеров или компрессографов. Снижение компрессии может быть вызвано разными факторами, в том числе износом деталей поршневой группы, неисправностями деталей газораспределительного механизма и т.д. Перечислять можно очень долго. Но самое главное, что нужно знать, так это то, что при понижении давления параметры двигателя и экономичность значительно ухудшаются. Обычному автолюбителю вряд ли будут понятны цифры, которые получены при проверке компрессии в цилиндрах двигателя. Для простоты и удобства есть специальные руководства по измерению компрессии двигателя. При этом необходимо использовать руководство для конкретного типа двигателя

Заключение

Сегодня системы ранней диагностики и прогнозирования технического состояния производственного оборудования являются безальтернативным способом повышения эффективности производственных активов нефтегазовых компаний.

Отечественный программный комплекс предиктивного анализа надежности производственного оборудования компании «ИнфТех» ПК ПАНПО, создаваемый при поддержке Фонда содействия инновациям, обеспечивает функции технического мониторинга, ранней диагностики, прогнозирования технического состояния производственных активов и может составить как в части этих функций, так и по экономическим показателям конкуренцию программным решениям известных зарубежных компаний.