DIAGNOSTICKÉ SYSTÉMY A SPOLEHLIVOST DOPRAVNÍCH PROSTŘEDKŮ Ing. Pavel Kukla, Ph.D. Pardubice 2013
Obsah Pavel Kukla 2 Tyto studijní materiály vznikly za finanční podpory Evropského sociálního fondu a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu OP VK CZ.1.07/2.2.00/15.0462 Virtuální vzdělávání v dopravě.
Obsah Pavel Kukla 3 Název: Diagnostické systémy a spolehlivost dopravních prostředků Autor: ing. Pavel Kukla, Ph.D. Vydání: první, 2013 Počet stran: 117 Náklad: 50 ks Studijní materiály pro studijní obor Provozní spolehlivost dopravních prostředků a infrastruktury, Dopravní fakulta Jana Pernera, Univerzita Pardubice Jazyková korektura: nebyla provedena. Tyto studijní materiály vznikly za finanční podpory Evropského sociálního fondu a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost. Název: Virtuální vzdělávání v dopravě Číslo: CZ.1.07/2.2.00/15.0462 Realizace: Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava/Univerzita Pardubice text - Ing. Pavel Kukla, Ph.D., animace Ing. Gabriela Koreisová, Ph.D., video Ing. Pavel Kukla, Ph.D., Ing. Michal Musil, Ph.D. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Univerzita Pardubice ISBN: 978-80-248-3274-6
Obsah Pavel Kukla 4 POKYNY KE STUDIU Diagnostické systémy a spolehlivost dopravních prostředků [Poznámka: vyberte jednu z variant, případně vytvořte další variantu.] Pro studium problematiky provozní spolehlivosti a diagnostických systémů jste obdrželi studijní balík obsahující: integrované skriptum pro distanční studium obsahující i pokyny ke studiu, přístup do e-learningového portálu obsahující učební text, animace vybraných obrázků a schémat částí kapitol, a několik doplňujících videí Prerekvizity Pro studium tohoto předmětu se předpokládá absolvování předmětů z oblasti matematiky, teorie pravděpodobnosti a základů mechaniky. Výhodou jsou i základní znalosti z oblasti managementu kvality a managementu spolehlivosti. Studijní oporu může pro základní seznámení s problematikou využít i zájemce z jiného oboru. Cíl učební opory Cílem je seznámení se základními pojmy a metodami z oblasti diagnostických systémů, základů technické diagnostiky a provozní spolehlivosti. Po prostudování modulu bude student schopen analyzovat problematiku navrhování diagnostického systému s ohledem na zvýšení provozní spolehlivosti nejen dopravního prostředku. Rozsah probírané problematiky umožňuje pouze stručný úvod do problematiky a k podrobnějšímu studiu je nutné využít další doporučenou literaturu a studijní materiály. Zejména u popisovaných diagnostických metod je vhodné využít vyhledávání na internetu. Principy metod zůstávají stejné, ale používané přístroje a software se neustále vyvíjí a není možné v psaném textu tyto inovace zachytit. Pro koho je předmět určen Modul je zařazen do bakalářského studia oboru Provozní spolehlivost dopravních prostředků a infrastruktury studijního programu B3709 Dopravní technologie a spoje, ale může jej studovat i zájemce z kteréhokoliv jiného oboru, zejména Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice, pokud splňuje požadované prerekvizity. Skriptum se dělí na části, kapitoly, které odpovídají logickému dělení studované látky, ale nejsou stejně obsáhlé. Předpokládaná doba ke studiu kapitoly se může výrazně lišit, proto jsou velké kapitoly děleny dále na číslované podkapitoly a těm odpovídá níže popsaná struktura.
Obsah Pavel Kukla 5 Při studiu každé kapitoly doporučujeme následující postup: Čas ke studiu: XX hodin Na úvod kapitoly je uveden čas potřebný k prostudování látky. Čas je orientační a může vám sloužit jako hrubé vodítko pro rozvržení studia celého předmětu či kapitoly. Někomu se čas může zdát příliš dlouhý, někomu naopak. Jsou studenti, kteří se s touto problematikou ještě nikdy nesetkali a naopak takoví, kteří již v tomto oboru mají bohaté zkušenosti. Cíl: Po prostudování tohoto odstavce budete umět Popsat Definovat Vyřešit Ihned potom jsou uvedeny cíle, kterých máte dosáhnout po prostudování této kapitoly konkrétní dovednosti, znalosti. Výklad Následuje vlastní výklad studované látky, zavedení nových pojmů, jejich vysvětlení, může být doprovázeno obrázky, tabulkami, řešenými příklady, odkazy na animace, videa. Shrnutí pojmů Na závěr kapitoly jsou zopakovány hlavní pojmy, které si v ní máte osvojit. Pokud některému z nich ještě nerozumíte, vraťte se k nim ještě jednou. Otázky Pro ověření, že jste dobře a úplně látku kapitoly zvládli, máte k dispozici několik teoretických otázek. (Nemusí být u každé kapitoly.) Další zdroje Seznam další literatury, www odkazů apod., pro zájemce o dobrovolné rozšíření znalostí popisované problematiky. Jednotlivá problematika je zde probrána poměrně stručně, pro další studium doporučuji prostudovat uvedené zdroje. (Nemusí být u každé kapitoly.) CD-ROM Informace o doplňujících animacích, videosekvencích apod., které si můžete vyvolat z CD-ROMu nebo je můžete nalézt na e-learningovém portálu. Animace umožňují lepší pochopení uvedených schémat a obrázků. (Nemusí být u každé kapitoly.)
Obsah Pavel Kukla 6 Pro zajištění provozní spolehlivosti dopravního prostředku je nutná jeho dokonalá znalost a znalost jeho aktuálního technického stavu. Sledování aktuálního provozního stavu objektu zajišťuje správná realizace diagnostického systému. Prostředkem pro získání kvalitních informací o skutečném stavu objektu je technická diagnostika. Tato práce se tedy nejprve zabývá popisem a rozdělením diagnostických systémů a jejich jednotlivých subsystémů, výběrem vhodných diagnostických veličin a jejich zpracováním a vyhodnocením. Následuje postup pro správný výběr diagnostického systému a jeho vlivu na provozní spolehlivost dopravního prostředku. V dalších kapitolách jsou popsány některé ze základních metod pro sledování provozní spolehlivosti a metody technické diagnostiky použitelné v diagnostických systémech. Při studiu se předpokládá práce s dalšími informačními zdroji. Tento text má sloužit jako základní vstup do problematiky a je tedy nutné k dalšímu studiu použít například skripta, učebnice a dostupnou odbornou literaturu. Případně je vhodné nejasné pojmy konzultovat s odborníky z oboru. Úspěšné a příjemné studium s tímto učebním textem Vám přeje autor Pavel Kukla
Obsah Pavel Kukla 7 OBSAH OBSAH... 7 1 ZÁKLADNÍ DEFINICE DIAGNOSTICKÝCH SYSTÉMŮ... 9 2 ZÁKLADNÍ KLASIFIKACE DS... 13 3 ZÁKLADNÍ SCHÉMA FENOMENOLOGICKÉ... 18 4 KLASIFIKACE DIAGNOSTICKÝCH SYSTÉMŮ... 21 4.1 Staniční DS... 22 4.2 Palubní DS... 24 4.3 Komplexní DS... 28 4.4 Distribuované DS... 30 4.5 Speciální DS... 34 5 DIAGNOSTICKÉ VELIČINY... 37 6 DIAGNOSTICKÉ VELIČINY OVLIVNĚNÉ SUBSYSTÉMEM MĚŘENÍ... 39 7 REDUKCE POČTU NAMĚŘENÝCH HODNOT... 42 8 SUBSYSTÉMY DIAGNOSTICKÉHO SYSTÉMU... 45 8.1 Subsystém Diagnostikovaný objekt (DO)... 46 8.2 Subsystém Diagnostický model (DM)... 48 8.3 Subsystém Měření diagnostických veličin (M)... 51 8.4 Subsystém Určení technického stavu (FS, TS)... 54 8.5 Subsystém Lokalizace poruchy (L)... 57 8.6 Subsystém Prognózování doby zbytkové provozuschopnosti (P).... 60 8.7 Subsystém Řízení diagnostického systému (ŘD)... 62 8.8 Subsystém Lidský činitel (L)... 63 9 NAVRHOVÁNÍ DIAGNOSTICKÝCH SYSTÉMŮ... 66 10 SPOLEHLIVOST A DIAGNOSTICKÉ SYSTÉMY, DEFINICE SPOLEHLIVOSTI... 69 11 METODY PRO ZVÝŠENÍ SPOLEHLIVOSTI... 71 11.1 Metoda FMEA analýza způsobů a následků poruch... 71 11.2 Metoda FTA analýza stromu poruchových stavů... 73 11.3 Metoda ETA analýza stromu událostí... 75 11.4 Metoda RCM údržba zaměřená na bezporuchovost... 77
Obsah Pavel Kukla 8 12 ÚDRŽBA ZAJIŠTĚNÍ PROVOZNÍ SPOLEHLIVOSTI... 80 13 MOŽNOSTI TECHNICKÉ DIAGNOSTIKY A PROVOZNÍ SPOLEHLIVOST 83 14 METODY TECHNICKÉ DIAGNOSTIKY... 85 14.1 Vibrodiagnostika... 86 14.2 Hluková diagnostika... 91 14.3 Teplotní diagnostika... 93 14.4 Tribodiagnostika... 96 14.5 Endoskopy... 99 14.6 Defektoskopie... 100 14.6.1 Vizuální metody... 102 14.6.2 Kapilární metoda... 104 14.6.3 Magnetické metody... 106 14.6.4 Ultrazvukové metody... 107 14.6.5 Metoda akustické emise... 110 14.6.6 Prozařovací metody... 112 15 ZAJIŠTĚNÍ PROVOZNÍ SPOLEHLIVOSTI... 115 16 DOPORUČENÁ LITERATURA... 116
Základní definice diagnostických systémů Pavel Kukla 9 1 ZÁKLADNÍ DEFINICE DIAGNOSTICKÝCH SYSTÉMŮ Čas ke studiu: 2 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Definovat základní pojmy používané v technické diagnostice Výklad Pro popis diagnostických systémů je nejprve nutné pro ně stanovit základní definice a názvosloví. Tyto definice určují možnosti technické diagnostiky a vlastních diagnostických systémů. Technická diagnostika Obor zabývající se metodami a prostředky zjišťování skutečného technického stavu objektu v reálném čase, pokud možno bez jejich demontáže nebo v horším případě destrukce. Technická diagnostika musí zabezpečit exaktní a systematický přístup diagnostikování s maximálním využitím všech zjištěných informací o diagnostikovaném objektu. Technická diagnostika je v širším slova smyslu nauka, která zkoumá stavy technických zařízení, metody a prostředky určování těchto stavů a principy konstrukce diagnostických zařízení. Technickou diagnostikou rozumíme diagnostiku bezdemontážní a nedestruktivní. Diagnostikovaný objekt Objekt, na kterém realizujeme metody technické diagnostiky. Objektem může být celý systém nebo jen jeho část (podsystém). Objektem může být buď hmotný systém (předmět, stroj, součástka ), nebo nějaká činnost, případně výsledek nějaké činnosti (jev, služba, postup ). Technický stav objektu Stav objektu, který určuje, zda je objekt schopný nebo neschopný vykonávat požadované funkce. To vždy platí za přesně stanovených podmínek pro užívání objektu. Technický stav musí být definovaný hodnotami diagnostických veličin.
Základní definice diagnostických systémů Pavel Kukla 10 Diagnostický systém Organizovaný systém umožňující realizaci technické diagnostiky. Je tvořen diagnostikovaným objektem, diagnostickým pozadím (tzn. jeho okolím), diagnostickým zařízením (diagnostickými prostředky, tzn. přístroji, metodami, postupy) a lidským činitelem (možným ovlivněním diagnostiky obsluhou). Cílem činnosti diagnostického systému je určení aktuálního technického stavu diagnostikovaného objektu (diagnóza), a na základě této diagnózy je dále možné zhodnotit průběh předchozího technického stavu (geneze) a predikovat následný technický stav (prognóza). Diagnostické prostředky a zařízení Jsou tvořeny diagnostickým zařízením (přístroje, snímače, kabely ) a metodami a postupy (pracovní postupy, programové vybavení). Diagnostické prostředky umožňují provádění sběru dat, jejich analýzu a vyhodnocení technického stavu diagnostikovaného objektu. Diagnostické prostředky mohou být buď součástí diagnostikovaného objektu (automobil) nebo jsou realizovány samostatně (diagnostika automobilu v servisu). Diagnostická veličina (diagnostický signál) Veličina, která je nositelem informace o technickém stavu diagnostikovaného objektu. Její hodnota je získána měřením diagnostikovaného objektu v reálném čase a porovnávána s hodnotami vyjadřujícími předpokládaný technický stav objektu. Doplňková diagnostická veličina Veličina, která určuje stav diagnostického pozadí (okolí), které při měření působí na diagnostický objekt. Bývá získána měřením současně s měřením diagnostické veličiny. Empirická diagnostická veličina Veličina, která je nositelem informace o technickém stavu diagnostikovaného objektu nebo jeho pozadí, která v případě potřeby může doplnit informace získané diagnostickými nebo doplňkovými diagnostickými veličinami. Může být získána měřením v minulosti nebo porovnáním s podobným diagnostickým problémem. Diagnostický ukazatel Charakteristika odvozená z diagnostické veličiny (diagnostických veličin), která vyjadřuje vlastnosti diagnostikovaného objektu. (Např. hodnota, která určuje hranici provozuschopného stavu objektu.)
Základní definice diagnostických systémů Pavel Kukla 11 Diagnostikování Souhrn činností spojených s přípravou testů, jejich provedením a vyhodnocením technického stavu objektu diagnostiky. Diagnostický test Posloupnost úkonů potřebných pro stanovení diagnostického ukazatele (diagnostických ukazatelů). Detekce poruchy Identifikace poruchy objektu (nebo jeho funkční části) na základě hodnot diagnostických ukazatelů. Porucha je detekována (zjištěna), ale nemusí být určena její příčina. Detekční test Diagnostický test, který zjišťuje, zda je objekt v provozuschopném nebo poruchovém stavu. Tedy zda je identifikována porucha. Lokalizace poruchy Určení místa, rozsahu a příčiny poruchy objektu na základě hodnoty diagnostických ukazatelů. (Porucha již byla zjištěna detekčním testem.) Lokalizační test Diagnostický test, kterým se zjišťuje místo, rozsah a příčina poruchy diagnostikovaného objektu. Simulace poruchy Zjišťování reakce objektu při uměle vytvořeném poruchovém stavu diagnostikovaného objektu. Slouží k určení diagnostických ukazatelů. Diagnostikovatelnost Vlastnost objektu vyjadřující způsobilost k použití diagnostických prostředků. Stupeň diagnostikovatelnosti je relativní a souvisí s vlastnostmi a možnostmi použitých diagnostických prostředků a také s provozními podmínkami objektu.
Základní definice diagnostických systémů Pavel Kukla 12 Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět definovat základní pojmy technické diagnostiky a diagnostických systémů: Technická diagnostika, Diagnostikovaný objekt, Technický stav objektu Diagnostický systém, Diagnostické prostředky a zařízení, Diagnostická veličina, Doplňková diagnostická veličina, Empirická diagnostická veličina, Diagnostický ukazatel, Diagnostikování, Diagnostický test, Detekce poruchy, Detekční test, Lokalizace poruchy, Lokalizační test, Simulace poruchy, Diagnostikovatelnost. Otázky 1. Samostatně vysvětlete jednotlivé pojmy. 2. Co obsahuje diagnostický systém? 3. Jaké veličiny v diagnostice používáme? Vysvětlete rozdíl mezi nimi. 4. Vysvětlete pojmy detekce a lokalizace poruchy. Najděte příklady z praxe. Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998
Základní klasifikace DS Pavel Kukla 13 2 ZÁKLADNÍ KLASIFIKACE DS Čas ke studiu: 1hodina Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Popsat technický stav diagnostikovaného objektu. Definovat základní úlohy určování technického stavu. Výklad Technický stav diagnostikovaného objektu Technický stav objektu diagnostiky může být vyjádřen uspořádanou množinou veličin, tzv. diagnostickými veličinami: s ( t) = [ s ( t) s ( t),... s ( t) s ( t) ] Kde: i = 1,2,3,.n, je počet veličin (celé kladné číslo, může být měřena jedna až několik tisíc veličin), t = čas. 1, 2 i,... n Podobně vliv diagnostického pozadí (tzn. vliv okolí diagnostikovaného objektu) může být vyjádřen množinou tzv. doplňkových diagnostických veličin: d ( t) = [ d ( t) d ( t),... d ( t) d ( t) ] 1, 2 i,... m Kde: i = 1,2,3,.m, je počet veličin (celé kladné číslo, může být měřena jedna až několik tisíc veličin), t = čas.
Základní klasifikace DS Pavel Kukla 14 Technický stav diagnostikovaného objektu může být potom vyjádřen jako součet vektorů naměřených diagnostických a doplňkových diagnostických veličin: _ S _ ( t) = s( t) + d( t) _ Takto definovaný technický stav objektu je možné teoreticky znázornit jako bod trajektorie možných technických stavů objektů může pohybovat, nazýváme prostorem technických stavů. pohybující se v čase prostorem. Prostor, ve kterém se vektor S _ ( t) V závislosti na čase tak vzniká na vrcholu vektoru S _ ( t) stavů objektu. trajektorie možných technických CD-ROM Obr. 2.1 je možné zobrazit jako animaci na portálu. Obr. 2.1: Trajektorie možných technických stavů (dle [21]) Na obr. 2.1 je znázorněn: t D aktuální čas diagnostikování (právě naměřené hodnoty), t 0 počátek sledování technického stavu objektu (v ideálním případě je shodný s počátkem technického života objektu, t < t D minulost (známe z předchozích měření nebo určujeme genezí z aktuálních diagnostických hodnot), t > t D budoucnost (odhadujeme jako prognózu z dosud naměřených dat a našich znalostí).
Základní klasifikace DS Pavel Kukla 15 Pokud prostor technických stavů prodloužíme za aktuální čas diagnostikování t D, můžeme tento prostor definovat jako prostor prognóz technického stavu. Tyto prognózy vytváříme na základě dosavadních výsledků měření diagnostických parametrů a jim odpovídajících diagnóz technického stavu. CD-ROM Obr. 2.2 je možné zobrazit jako animaci na portálu. Prostor diagnóz technického stavu t t D minulost S(t) S(t D ) t t t D budoucnost S(t 0 ) D[S(t0 )] D[S(t j )] D[S(t D )] S(t) S(t 0 ) S(t D ) technický stav objektu technický stav objektu v čase t 0 technický stav objektu v čase t D t 0 t t 0 t D čas počátek technického života objektu, resp. počátek sledování jeho technického stavu čas diagnostikování, (přítomnost) D[S(t 0 )] prostor diagnózy v čase t 0 D[S(t j )] prostor diagnózy v čase t j D[S(t D )] prostor diagnózy v čase t D GaKo leden 2013 Obr. 2.2: Možný prostor diagnóz technického stavu (dle [21]) Základní úlohy určování technického stavu Při zkoumání technického stavu diagnostikovaného objektu mohou nastat tři základní typy úloh: 1. zjišťování současného technického stavu objektu diagnostiky (OD) v reálném čase, zahrnující: Detekci poruchy (identifikaci poruchy objektu) Lokalizaci poruchy (určení místa poruchy v objektu)
Základní klasifikace DS Pavel Kukla 16 2. problémy předvídání technického stavu OD, a to na základě stavu přítomného. To jsou úkoly prognostické (z řeckého prognosis" - předvídání, předpovídání). 3. určení technického stavu, ve kterém se nacházel OD v určitém čase v minulosti. Analogicky zde budeme hovořit o úlohách genetických (z řeckého "genesis" - původ, vznik). Základní schéma diagnostického systému Diagnostický systém je souhrnem všech technických prostředků (měřicí přístroje, snímače měřených veličin, spojovací kabely, datová média ), metod (pracovních postupů, softwaru ) a pracovníků (vliv lidského činitele), který řeší diagnostickou úlohu. Diagnostický systém může být ovlivněn diagnostickým pozadím. Diagnostické pozadí může podle uspořádání ovlivnit buď jen samotný diagnostikovaný objekt, nebo celý diagnostický systém. CD-ROM Obr. 2.3 je možné zobrazit jako animaci na portálu. Blokové schéma diagnostického systému DS s různým zahrnutím vlivu diagnostického pozadí DP na diagnostické zařízení DZ DP DO DZ DP DO DZ LČ LČ DP DO DZ LČ diagnostické pozadí, diagnostikovaný objekt, dopravní prostředek, nebo jeho uzly a části, diagnostické zařízení, lidský činitel. Obr. 2.3: Blokové schéma diagnostického systému (dle [21]) Vlevo - diagnostické pozadí ovlivňuje pouze diagnostikovaný objekt Vpravo diagnostické pozadí ovlivňuje celý diagnostický systém
Základní klasifikace DS Pavel Kukla 17 Diagnostický systém lze jako každý jiný systém definovat a popsat pomocí zápisu všech jeho systémových vlastností, tzn. vztahy (relacemi) mezi jednotlivými prvky systému. Zápis potom zahrnuje, jak stavy které do systému vstupují nebo z něj vystupují, jeho vnitřní stavy, tak i jejich vzájemné vztahy a jejich kvalitativní i kvantitativní změny. Hovoříme potom o modelu systému. Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat technický stav diagnostikovaného objektu, vliv diagnostického pozadí na diagnostický systém a definovat základní úlohy určování technického stavu. Otázky 1. Co je technický stav objektu? 2. Jak může diagnostické pozadí ovlivnit diagnostické měření? 3. Jaké jsou 3 základní úlohy technické diagnostiky? Která úloha je nejčastější? 4. Uveďte příklady z praxe na každou úlohu TD. Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998
Základní schéma fenomenologické Pavel Kukla 18 3 ZÁKLADNÍ SCHÉMA FENOMENOLOGICKÉ Čas ke studiu: 2 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Popsat a definovat prvky diagnostické systému Výklad Všeobecnými základními ukazateli jakéhokoliv systému jsou ukazatele, které vyjadřují jednotlivé stavy a změny hmoty (její hmotnosti), energie, prostoru a informací. Změny hmoty, energie a informací vyjadřuje tzv. obecné fenomenologické, strukturální a informační schéma diagnostického systému. CD-ROM Obr. 3.1 je možné zobrazit jako animaci na portálu. Obecné fenomenologické,strukturální a informační schéma diagnostického systému DS DP DO diagnostikovaný objekt, dopravní prostředek, nebo jeho části, DO DP DM diagnostické pozadí, diagnostický model, LČ lidský činitel v různých konkrétních formách, R M DZ M F-T L subsystém měření, subsystém určení technického stavu, subsystém lokalizace poruchy, LČ F-T DM P subsystém prognózování doby další nebo zbytkové provozuschopnosti, O L P R O subsystém řízení diagnostického systému, vyšší nebo jiný systém s nímž DS kooperuje nebo je jeho součástí, např. systém obnovy vozidla, nebo řízení jakosti v systému údržby vozidla, není součástí DS 1 Obr. 3.1: Fenomenologické schéma diagnostického systému (dle [21])
Základní schéma fenomenologické Pavel Kukla 19 Fenomenologické schéma je blokové schéma, které popisuje tok diagnostických informací, jejich transformace v jednotlivých subsystémech, popisuje konfiguraci těchto subsystémů, jejich vnitřní členění a vyjadřuje tak celkovou činnost diagnostického systému. Podle druhu diagnostikovaného objektu a jeho složitosti, konkrétním účelu diagnostiky, rozsahu diagnostických procedur a také podle možnosti realizace (diagnostikovatelnosti) je zvolen stupeň automatizace diagnostického systému. Nejvyšším stupněm automatizace je úplná automatizace, tzn. automatický diagnostický systém. Alespoň částečná automatizace činnosti diagnostického systému je nezbytná. Je zárukou zvýšené objektivity a kvality diagnostické činnosti a tuto činnost také urychluje. Ve složitějších případech je automatizace diagnostické činnosti dokonce podmínkou možnosti realizace diagnostického systému. Automatizace činnosti diagnostického systému je počáteční fázi realizace nákladnější, v konečném důsledku provozu může ale výrazně snížit náklady na činnost diagnostického systému. Praktické potřeby umožňují využití dosavadních zkušeností a podle potřeby provozu diagnostikovaného objektu je tak možné modulární strukturu diagnostického systému dle potřeby průběžně inovovat, rozšiřovat apod. Druhem diagnostikovaného objektu bude dána i univerzálnost diagnostického systému. Pro jednoúčelové zařízení bude diagnostický systém speciální, resp. individuální, pro železniční vozidlo může být individuální, resp. skupinový, pro automobil spíše univerzální (s možností přizpůsobení konkrétnímu typu automobilu). Příklad modulárního diagnostického systému se sběrnicovým uspořádáním je na následujícím obrázku 3.2. CD-ROM Obr. 3.2 je možné zobrazit jako animaci na portálu. Diagnostický systém současně při své činnosti kontroluje chování a činnosti obsluhy, která je součástí provozu diagnostikovaného objektu. To je velmi důležité pro zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti provozu diagnostikovaného objektu. Diagnostický systém pro složité a významné objekty (složité, drahé, riziko závažné poruchy ) může zajišťovat i zabezpečovací funkci tzn. realizaci automatické obnovy správné funkce (zajištění provozuschopnosti) objektu. Toto zabezpečení může být realizováno například zapojením záložních zařízení, rekonfigurací struktury nebo odstraněním závady. Časté je také okamžité odstavení činnosti diagnostikovaného objektu, používá se tam, kde je velké riziko závažné poruchy a problém se musí řešit okamžitě.
Základní schéma fenomenologické Pavel Kukla 20 Schéma modulárního DS ve sběrnicovém uspořádání d(t)=[h,p,θ,φ] L DO M O DS M C P 1 P 2 A V/V DZ a a DO diagnostikovaný objekt DS diagnostický systém a sběrnice DZ diagnostické zařízení M O monitorovací modul L lidský činitel M měřící modul d(t) účinek diagnostického pozadí vyjádřený C řídící modul množinou doplňkových diagnostických veličin P 1 paměťový modul H vliv elektromagnetického pole P 2 paměťový modul p barometrický tlak A modul autodiagnostiky Θ teplota V/V vstupně výstupní modul φ vlhkost okolního vzduchu GaKo Obr. 3.2: Schéma modulárního DS (dle [21]) Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat a nakreslit základní schéma DS a vliv pozadí na něj a fenomenologické schéma DS. Toto schéma je základem pro pochopení struktury DS a jeho subsystémů. Otázky 1. Jak může diagnostické pozadí ovlivnit diagnostické měření dle fenomenologického schématu? 2. Z jakých subsystémů (částí) se skládá fenomenologické schéma a v jakém vztahu jsou tyto subsystémy? 3. Uveďte k jednotlivým subsystémům příklady z praxe. Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 21 4 KLASIFIKACE DIAGNOSTICKÝCH SYSTÉMŮ Čas ke studiu: 1 hodina Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Popsat základní rozdělení diagnostických systémů (Jejich podrobnější popis následuje v dalších podkapitolách.) Výklad Klasifikace diagnostických systémů popisuje rozdělení diagnostických systémů do skupin podle vnějších hledisek nebo podle charakteristických hodnot a znaků. Záleží na pohledu, podle kterého je klasifikace provedena, na obr.4.1 je klasifikace diagnostických systémů provedena podle konfigurace jejich technického zabezpečení. Toto technické zabezpečení vychází z podmínek a účelu jejich činnosti. CD-ROM Obr. 4.1 je možné zobrazit jako animaci na portálu. Klasifikace diagnostických systémů Diagnostický systém P DS Palubní diagnostické systémy P DS Palubní diagnostické systémy K DS Komplexní diagnostické systémy D DS Distribuované diagnostické systémy SPEC DS Specielní diagnostické systémy (VDZ Vyhodnocovací diagnostické zařízení) Základní třídy S-DS P-DS-VDZ K-DS D-DS SPEC-DS Skupiny (podskupiny) Stacionární Mobilní Kombinované P-DS+S-VDZ P-DS+S-DS P-DS P-DS-VDZ Obr. 4.1: Klasifikace diagnostických systémů (dle [21])
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 22 Klasifikace diagnostických systémů je důležitým podkladem při rozhodování o výběru diagnostického systému, ukazuje na jeho možná řešení. To umožňuje optimální výběr diagnostického systému přesně podle konkrétního diagnostického objektu a požadavků na účel a využití diagnostických informací. Při výběru diagnostického systému musíme provést kvalifikovanou rozvahu na základě určení cíle diagnostikování, vyhodnocení vlastností diagnostikovaného objektu, potřeb a možností provozu a údržby diagnostikovaného objektu a také je velmi důležité vyhodnotit investiční a provozní náklady na diagnostiku a její ekonomický přínos. Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět vyjmenovat základní druhy diagnostických systémů. Popis systémů následuje v dalších podkapitolách. Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998 4.1 Staniční DS Čas ke studiu: 1 hodina Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Popsat staniční diagnostický systém a jeho komponenty. Výklad Základním atributem všech provedení staničních diagnostických systémů je způsob diagnostikování objektu. Diagnostikování probíhá mimo provoz objektu, například na
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 23 stojícím vozidle a neprobíhá tedy v přirozeném provozním režimu objektu. Odezvy objektu, které zaznamenává diagnostické zařízení, neodpovídají tedy provoznímu stavu a zatížení objektu. Objekt diagnostiky reaguje na testovací podněty diagnostického prostředku a tyto odezvy se dále vyhodnocují, viz obr 4.2. Obr. 4.2: Blokové schéma staničního DS To může ve složitějších případech komplikovat vyhodnocování technického stavu. Také je nutné počítat s tím, že není možné diagnostikovat parametry, které se projevují pouze během pohybu diagnostikovaného objektu, například vibrace, hluk, teplotu apod. Staniční diagnostické systémy je možné podle použití rozdělit na 3 skupiny: a) Staniční stacionární diagnostické systémy - Má široký rozsah možností měření diagnostických veličin i programového vybavení. b) Staniční mobilní diagnostické systémy - Mobilní diagnostické zařízení může být instalováno například v pomocném dopravním prostředku (auto, mikrobus ) nebo může být ručně přenosné. Diagnostické zařízení se tak dopravuje k diagnostikovanému objektu. Z pohledu možností diagnostiky je mobilní diagnostický systém podobný stacionárnímu, někdy může být jeho činnost proti stacionárnímu omezena např. jeho kapacitou. Mobilní řešení diagnostického systému může snížit prostoje diagnostikovaných objektů a umožňuje snadno provádět pochůzkovou diagnostickou kontrolu. c) Staniční kombinované diagnostické systémy - U tohoto provedení je část diagnostického zařízení stacionární a u části je umožněn jeho mobilní přesun. O poměru obou částí rozhoduje konkrétní použití diagnostického systému a možnosti jeho realizace.
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 24 Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat staniční systémy a jejich možné rozdělení podle použití. Otázky 1. Jaký je princip staničního diag. systému? 2. Jak je možné staniční systémy rozdělit? 3. Najděte příklady z praxe pro různé druhy staničních systémů. Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998 4.2 Palubní DS Čas ke studiu: 1 hodina Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Popsat palubní diagnostický systém a jeho komponenty. Jeho palubní část je tvořena měřicí, monitorovací, autodiagnostickou jednotkou a registračním modulem. Ten je určen pro uložení naměřených hodnot veličin technického stavu diagnostikovaného objektu.
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 25 Výklad U všech provedení palubních diagnostických systémů je charakteristické, že diagnostikování probíhá přímo za provozu objektu, v přirozeném provozním režimu objektu. Chování a odezvy měřeného objektu tak odpovídají aktuálnímu provoznímu zatížení objektu. Na rozdíl od staničních diagnostických systémů, tak při vyhodnocování technického stavu objektu jsou zahrnuty všechny vlivy provozního režimu. Přesto mohou existovat i diagnostické informace, které touto diagnostikou není možné změřit. Palubní diagnostický termín je termín běžně používaný u dopravních prostředků, v případě stacionárního, nemobilního objektu se používá termín vestavěný diagnostický systém. Palubní (v případě stacionárního objektu tedy vestavěné) diagnostické systémy se podle charakteru mohou rozdělit do dvou skupin: a) Palubní neadaptivní diagnostické systémy Jejich činnost je, včetně měření, předem přesně určena, má pevný neměnný postup. b) Palubní adaptivní diagnostické systémy Protože většina hodnot sledovaných během provozu se nemění a proto nepřináší žádné nové informace, není nutné průběžně zaznamenávat a zpracovávat všechny naměřené hodnoty. Je třeba vybrat a uložit důležité hodnoty, které přinášejí informace o změnách technického stavu objektu. Adaptivní diagnostický systém vyhodnocuje změny sledovaných parametrů a ukládá pouze hodnoty důležité pro identifikaci případné změny stavu objektu. Adaptivní systém tímto postupem jednak šetří kapacitu paměti (při kontinuálním sledování parametrů velmi důležitý aspekt) a zároveň optimalizuje možnosti vyhodnocení naměřených diagnostických parametrů. Diagnostické zařízení je u palubních systémů umístěno přímo v diagnostikovaném objektu, případně v samostatném doprovodném mobilním prostředku. Palubní diagnostický systém je tedy v činnosti během normálního provozu objektu a sleduje tak aktuální provozní zatížení objektu. Může tedy sledovat stejné parametry jako staniční diagnostický systém a zároveň další parametry, které je možné sledovat jen za běžného provozu objektu. (Zároveň ale mohou existovat i parametry, které jsou diagnostikovatelné pouze za klidu diagnostikovaného objektu.) Na obr. 4.3 a 4.4 je zobrazeno modulární provedení palubního diagnostického systému.
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 26 CD-ROM Obr. 4.3 a 4.4 je možné zobrazit jako animaci na portálu. Palubní DS, palubní část DO DO diagnostikovaný objekt b sběrnice DO M měřící modul M C 1 M O A 1 R C 1 řídící modul M o monitorovací modul A 1 modul autodiagnostiky b b R registrační modul GaKo 1 Obr. 4.3: Palubní DS, palubní část (dle [21]) Palubní DS, vyhodnocovací část c sběrnice R C P 1 P 2 V/V A R C registrační modul řídící modul P 1 paměťový modul P 2 paměťový modul c c V/V vstupně/výstupný modul A modul autodiagnostiky d(t)= [H,p,Θ,φ] d(t) doplňkové diagnostické veličiny H vliv elektromagnetického pole p barometrický tlak LČ Θ φ teplota vlhkost okolního vzduchu LČ lidský činitel GaKo 1 Obr. 4.4: Palubní DS, vyhodnocovací část (dle [21])
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 27 Vyhodnocovací část diagnostického zařízení může být mimo vozidlo. Registrační modul se potom vyjme z palubního diagnostického zařízení a vloží do vyhodnocovacího diagnostického zařízení. To je vlastně stacionární diagnostická stanice, určená pro vyhodnocení hodnot naměřených na diagnostikovaném vozidle během jeho provozu. Jako vyhodnocovací diagnostické zařízení může být použit počítač se softwarem umožňujícím zpracovat a vyhodnotit naměřená data. Palubní diagnostické systémy mohou pracovat: a) Trvale během provozu b) Přetržitě, podle pokynů obsluhy diagnostikovaného objektu, nebo pracovníka provádějícího diagnostické prověrky c) Přetržitě automaticky, podle předem nastavených požadavků Palubní diagnostický systém bývá velmi často doplněn o sledování havarijních stavů důležitých prvků diagnostikovaného objektu. Výsledkem tohoto sledování může být výstraha pro obsluhu (např. signalizace, alarm), automatický zásah do činnosti diagnostikovaného objektu (změna parametrů podle vyhodnocené aktuální situace), nebo odstavení objektu mimo provoz (u objektů, kde je velké riziko následků možné havárie a není čas na delší vyhodnocování situace). Palubní diagnostické zařízení může mít samostatnou řídící jednotku nebo může využívat palubní počítač objektu, určený pro jeho řízení. U složitějších objektů bývá palubní diagnostické zařízení jejich trvalou součástí, u jednodušších je možná jeho dočasná instalace jen po dobu diagnostikování. Palubní diagnostické zařízení může diagnostické informace přímo vyhodnocovat nebo je pouze registrovat a předávat k vyhodnocování mimo diagnostikovaný objekt. Záleží na tom, zda jsou diagnostikované informace určeny přímo pro obsluhu objektu nebo slouží k dalšímu vyhodnocení. Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat palubní diagnostický systém. Otázky 1. Jakou činnost zajišťuje palubní DS? 2. Jakým způsobem může palubní DS pracovat?
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 28 Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998 4.3 Komplexní DS Čas ke studiu: 1 hodina Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Popsat komplexní diagnostický systém a jeho komponenty. Výklad Komplexní diagnostické systémy spojují výhody staničních a palubních diagnostických systémů. Palubní diagnostické zařízení zajišťuje již dříve popsanou činnost, staniční diagnostické zařízení zpracovává parametry diagnostikovaného objektu, které lze hodnotit jen na objektu, který je mimo provozní činnost. Měření diagnostických veličin tedy probíhá v různých časech, protože obě diagnostická zařízení nepracují současně. Při diagnostikování je třeba rozhodnout, zda je to možné zanedbat a diagnostiku realizovat. Komplexní diagnostické systémy je možné podle způsobu vyhodnocování naměřených veličin rozdělit na dvě skupiny: a) Komplexní diagnostický systém vytvořený kombinací palubního a staničního diagnostického systému. (Obr. 4.5) Vyhodnocování se děje ve staniční části. Během provozu diagnostikovaného objektu je v činnosti palubní část diagnostického zařízení, které zaznamená naměřené hodnoty v registračním modulu. Registrační modul se přenese do staničního zařízení, kde proběhne druhá fáze diagnostikování. Všechny získané hodnoty se potom zpracují společně ve staničním diagnostickém zařízení. Při diagnostikování je třeba zohlednit všechny vnější vlivy, které mohou působit na diagnostikovaný objekt i na palubní diagnostické zařízení.
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 29 Obr. 4.5: Komplexní diagnostický systém, provedení KS - DS (dle [21]) b) diagnostického systému, doplněný samostatným vyhodnocovacím zařízením. Diagnostikování probíhá stejným způsobem jako v předchozím případě, výsledky činnosti palubní a staniční části systému potom přenesou do samostatného vyhodnocovacího zařízení. To může být realizováno samostatným diagnostickým zařízením nebo počítačem s příslušným vyhodnocovacím softwarem. (Obr. 4.6) Obr. 4.6: Komplexní diagnostický systém, provedení KV - DS (dle [21]) Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat komplexní diagnostický systém a jeho základní skupiny.
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 30 Otázky 1. Jakou činnost zajišťuje komplexní DS? 2. Jakým způsobem může komplexní DS pracovat? Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998 4.4 Distribuované DS Čas ke studiu: 1,5 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Popsat principy a možnosti funkce distribuovaných systémů. Výklad Distribuované (rozdělené) diagnostické systémy jsou systémy, které jsou rozděleny na samostatné části, a to jak v prostoru, tak i v čase. Při přenosu informací mezi jednotlivými prvky systému se může uplatnit vliv lidského činitele. Distribuované diagnostické systémy je možné rozdělit na dvě základní skupiny podle jejich použití: a) Distribuovaný diagnostický systém opravárensko-výrobního typu b) Distribuovaný diagnostický systém provozně-údržbářského typu
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 31 Distribuovaný diagnostický systém opravárensko-výrobního typu Tento typ diagnostického systému je vhodný pro opravárenský provoz a umožňuje diagnostikování objektu před, během a po opravě. Pro výrobní závod nebudou realizovány první dvě části a zůstane pouze třetí, diagnostikování finálního výrobku. V případě, že výrobce provádí vlastní kontrolu subdodávek (např. od jiných dodavatelů, středisek), můžou být ve výrobním závodě i první dvě části distribuovaného diagnostického systému. Jednotlivé části distribuovaného diagnostického systému mohou být rozmístěny po celém prostoru opravárenského nebo výrobního závodu. Příklad takového systému je na obr. 4.7. CD-ROM Obr. 4.7 je možné zobrazit jako animaci na portálu. URČENÍ TECH. STAVU LOKALIZACE PORUCHY DIAGNOSTIKOVANÉ OBJEKTY UZLY A AGREGÁTY KONTROLA LOKÁLNÍHO TECH. STAVU A LOKÁLNÍ FUNKČNÍ SITUACE DIAGNOSTIKOVANÝ OBJEKT URČENÍ TECH. STAVU PROGNÓZA DIAGNOSTIKOVANÉ OBJEKTY UZLY A AGREGÁTY DO s(t D ) DO s 1 (t D ) s 2 (t D ) KDP KDP s 1 (t) DO 1 DO 2 DO 1 DO 2 KDP s 2 (t) s(t) DO DIAGNOSTICKÉ VELIČINY V ČASE DIAGNOSTIKOVÁNÍ KONTROLNÍ DIAGNOSTICKÉ PŘÍSTROJE DIAGNOSTICKÉ VELIČINY DIAGNOSTICKÉ VYŠETŘOVÁNÍ PRVNÍ A(t=t FÁZE D ) STANIČNÍ DIAGNOSTICKÉ S - DZ ZAŘÍZENÍ DIAGNOSTICKÉ VYŠETŘOVÁNÍ DRUHÁ B FÁZE DIAGN. VYŠETŘOVÁNÍ C(t=t TŘETÍ D+1 FÁZE ) Distribuovaný diagnostický systém výrobně-opravárenského typu animace GaKo Obr.4.7: Blokové schéma distribuovaného diagnostického systému opravárenského typu (dle [21])
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 32 Část A představuje například přistavení diagnostikovaného objektu, jeho vstupní diagnostickou kontrolu a diagnostické vyšetření jeho prvků důležitých pro další fáze. Část B zajišťuje detailní diagnostickou analýzu vybraných prvků a sestav, určených pro následnou opravu (opravárenský typ systému) nebo výrobu (výrobní typ systému). Část C slouží k diagnostikování opravených prvků a v poslední fázi také diagnostiku celého opraveného nebo vyrobeného objektu. Tyto hodnoty slouží pro výstupní kontrolu a také mohou být použity jako výchozí hodnoty pro diagnostikování objektu v následném provozu. Distribuovaný diagnostický systém provozně-údržbářského typu Tento systém je založen na analýze nositele komplexní diagnostické informace (nebo souboru více informací). Těmito informacemi může být například tribologický rozbor motorového nebo převodového oleje nebo odebraný vzorek materiálu. Příklad takového diagnostického systému je na obr. 4.8. CD-ROM Obr. 4.8 je možné zobrazit jako animaci na portálu. Distribuovaný diagnostický systém provozně-údržbového typu ZAŘÍZENÍ PÉČE O DOPRAVÍ PROSTŘEDKY VYHODNOCOVACÍ DIAGNOSTICKÝ SYSTÉM Empirické diagnostické veličiny ÚDRŽBA A SERVIS VOZIDEL vzorek + ANO (VERIFIKOVÁNO) ŘÍDÍCÍ LIDSKÝ ČINITEL TS, FS pro t e(t) D LABORATOŘ Laboratorní analýza Diagnostické veličiny VÝPOČETNÍ STŘEDISKO výsledky analýzy s(t D ) d(t D ) t<t D Vyhovuje výsledek? Technický stav vzorku a funkční situace _ NE (NEPŘIJATO) Výpočtová analýza Mezní hodnoty t < t D animace GaKo Obr. 4.8: Blokové schéma distribuovaného diagnostického systému provozněúdržbářského typu (dle [21])
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 33 Nositelem diagnostické informace je v tomto příkladu olej odebraný z diagnostikovaného objektu. Ten umožňuje získat informace jak o stavu samotného oleje, tak o stavu objektu, ve kterém je olej používán. Analýza oleje může podat informace o jeho stavu (změny vlastností a složení, degradace oleje) a tím o jeho mazacích schopnostech a o stavu provozovaného objektu (identifikace kovových a nekovových příměsí v oleji, jejich tvar a velikost). V zařízení péče o dopravní prostředek se podle předepsané metodiky odebere vzorek oleje. Metodika musí zaručit jeho vypovídací hodnotu. Vzorky se odešlou do laboratoře, kde se provede tribodiagnostika oleje. Získané informace se v další části systému vyhodnotí, porovnají se s hraničními hodnotami a porovnají se s hodnotami předchozích měření. Na základě tohoto vyhodnocení se lokalizuje případná porucha, a pokud je dostatečné množství porovnatelných informací, je možné provést prognózu další provozuschopnosti oleje nebo sledovaného objektu. Výsledek je předán zodpovědnému pracovníkovi z pracoviště péče o dopravní prostředek, který na základě těchto výsledků diagnostiky rozhodne o dalším postupu. Může realizovat odpovídající opatření nebo navrhnout termín další kontroly. Spolehlivost takového distribuovaného systému může ovlivnit kterákoliv část jeho cyklu (metodika odběru vzorků oleje, přenos a zpracování vzorků, vyhodnocení výsledků, rozhodnutí o přijetí výsledků). Celý cyklus může trvat pár hodin (jednotlivé části systému nejsou vzdáleny, přenos informací je rychlý, analýza proběhne v krátkém čase), i několik dní (např. vzorky musí být odeslány do speciální laboratoře). Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat princip distribuovaného diagnostického systému a využití jeho variant. Otázky 1. Na jakém principu funguje distribuovaný diagnostický systém? 2. Popište druhy distribuovaných diag. systémů. 3. Najděte pro oba druhy příklady z praxe.
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 34 Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998 4.5 Speciální DS Čas ke studiu: 1 hodina Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Popsat princip a možnosti speciálních diagnostických systémů. Výklad Speciální diagnostické systémy využívají diagnostické informace obsažené v energetických projevech diagnostického objektu (mechanické kmitání, tepelné záření, radioaktivní záření ). Diagnostický systém musí obsahovat odpovídající, většinou složité, vyhodnocovací zařízení a naměřená data se většinou vyhodnocují dodatečně. K diagnostikovaní je možné využít: Mechanické vlnění doprovodný jev pohybu, v diagnostice je často využíváno měření hluku, vibrací, akustická emise apod. Tepelné záření náročnější na přístrojové vybavení, je možné použít termokamery, liniové teplotní scannery apod. Optické záření (obraz) méně časté, ale také možné. Vyhodnocování statického obrazu nebo obrazu kamery (běžné nebo vysokorychlostní). Důležitá je vyhodnocovací část diagnostického zařízení. Dříve se problematika vyhodnocování řešila většinou zaznamenáním signálu (např. na magnetofonový pás, později do paměti PC) a jeho dodatečným vyhodnocením. Možná sestava speciálního diagnostického systému je na obr. 4.9. a) Bezkontaktní měření (např. hluk, vyzařované teplo )
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 35 b) Kontaktní měření (např. vibrace, teplota ) c) Schéma vyhodnocovací části DoP diagnostikovaný objekt M měřicí modul R registrační modul C řídící modul P 1,2 A V 1 V 2 V/V D paměti autodiagnostický modul modul pro předzpracování dat modul speciálního vyhodnocovacího zařízení vstupně výstupní modul sběrnice Obr. 4.9: Blokové schéma speciálního diagnostického systému (dle [21]) Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat speciální případy diagnostických systémů a jejich použití.
Klasifikace diagnostických systémů Pavel Kukla 36 Otázky 1. Jak se liší speciální DS od ostatních DS? 2. Uveďte příklady speciálních DS z praxe. Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998
Diagnostické veličiny Pavel Kukla 37 5 DIAGNOSTICKÉ VELIČINY Čas ke studiu: 1 hodina Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Definovat tři základní typy měřených veličin. Výklad V diagnostice se používají tři základní typy měřených veličin, které jsou většinou fyzikálního charakteru: a) Diagnostické veličiny s i (t) Veličiny, které reprezentují technický stav diagnostického objektu, např. dopravního prostředku. b) Doplňkové diagnostické veličiny d i (t) Veličiny, které reprezentují stav diagnostického pozadí diagnostikovaného objektu. Tyto veličiny vyjadřují působení okolí na diagnostikovaný objekt. Mohou to být například klimatické poměry nebo provozní a technické interakce, které ovlivňují technický stav diagnostikovaného objektu. U stacionárních diagnostických systémů, kde diagnostikování probíhá mimo reálný provoz diagnostikovaného objektu, mohou být reálné doplňkové veličiny nahrazeny stimulačními veličinami (signály). c) Empirické veličiny e i (t) Veličiny, které představují dodatečné informace vložené do diagnostického zařízení. Veličiny měřené v diagnostice mohou být jakékoliv změřitelné fyzikální veličiny nesoucí informace potřebné pro vyhodnocení stavu diagnostického objektu, například délka, objem, teplo, hmotnost, síla, tlak, teplota a také čas. V diagnostice se většinou naměřené fyzikální veličiny převedou na elektrický signál, a v této formě se diagnostická veličina potom dále vyhodnocuje. Pro diagnostické informace je důležité přesně rozlišit, co naměřené hodnoty obsahují a jaké hodnoty měřením získáme. Je tedy možné definovat skutečnou hodnotu měřené veličiny, tj. hodnotu, která existuje nezávisle na našem subjektivním vnímání. Tuto hodnotu nejsme schopni přímo určit, získáme ji zprostředkovaně, např. pohledem na stupnici přístroje.
Diagnostické veličiny Pavel Kukla 38 Měřením tak získáme teoretickou hodnotu měřené diagnostické veličiny. Protože skutečné a dostatečně obecné matematické vyjádření této veličiny je velice obtížné, je nutné podmínky pro její určení zjednodušit (např. zvolením okrajových podmínek) a tím získáme idealizovanou teoretickou hodnotu. Pro praxi je většinou možné ještě její další zjednodušení a tím získáme již využitelnou výpočtovou hodnotu. Skutečnou hodnotu diagnostické hodnoty se snažíme získat a ověřit diagnostickým měřením podle předem definované metody. Pro dostatečnou věrohodnost výsledku je nutné provést více měření za přesně definovaných podmínek. Teprve dostatečný počet takových měření nám umožní získat nejpravděpodobnější hodnotu měřené veličiny. Obvykle je vyjádřena jako aritmetický průměr naměřených hodnot a definováním možných chyb při měření. Tak získáme naměřenou hodnotu diagnostické veličiny. Shrnutí pojmů Po prostudování této kapitoly byste měli umět rozlišit tři základní druhy diagnostických veličin a mít představu o tom, jakou hodnotu diagnostické veličiny při měření a vyhodnocení používáme. Otázky 1. Popište tři základní druhy diag. veličin. 2. Jak se liší doplňková diag. veličina od sledované diagnostické veličiny? 3. Kdy je součástí diagnostiky také empirická veličina? 4. Jaké naměřené hodnoty získáme a s jakými hodnotami pracujeme. 5. Uveďte z praxe příklady diagnostické, doplňkové a empirické veličiny. Další zdroje LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011 LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I, Univerzita Pardubice, 1998
Diagnostické veličiny ovlivněné subsystémem měření Pavel Kukla 39 6 DIAGNOSTICKÉ VELIČINY OVLIVNĚNÉ SUBSYSTÉMEM MĚŘENÍ Čas ke studiu: 1 hodina Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět Popsat vliv subsystému měření na měřenou veličinu. Výklad Součástí subsystému měření je transportní kanál, kterým dochází k přepravě a úpravě naměřených diagnostických a doplňkových diagnostických veličin. Transportní kanál může zahrnovat přepínače, zesilovače, převodníky, spojovací prvky a vlastní transportní vodiče. K ovlivnění naměřených hodnot může dojít vlivem působení rušivých dějů v okolí kanálu a také vlivem samotných vlastností kanálu. Vše je zobrazeno na obr. 6.1. s m1 (t) s mn (t) d m1 (t) (t) r 1 r 2 (t) r S (t) MĚŘÍCÍ KANÁL s 1 (t) s n (t) d 1 (t) d mn (t) 1(t) 2(t) n (t) d n (t) Vstupní veličiny vnější, nezávislé na vlastnostech měřícího kanálu sm 1(t), smn(t) Měřená hodnota diagnostické veličiny dm 1(t), dmn(t) Měřená hodnota doplňkové diagnostické veličiny r (t), r (t) Vliv okolí. (Šum) 1 S Výstupní veličiny vnitřní, závislé na vlastnostech měřícího kanálu s1(t), sn(t) Výstupní hodnota diagnostické veličiny d1(t), dn(t) Výstupní hodnota doplňkové diagnostické veličiny t), (t) Vliv kanálu, (jeho konstrukce a vlastností), vyjádřený množinou systémových chyb. 1( V animace GaKo Obr. 6.1:Schéma měřicího kanálu subsystému měření (dle [21])