diagnostickÉ systÉmy a spolehlivost dopravnÍch · na zvýšení provozní spolehlivosti...

DIAGNOSTICKÉ SYSTÉMY A SPOLEHLIVOST DOPRAVNÍCH

PROSTŘEDKŮ

Ing. Pavel Kukla, Ph.D.

Pardubice 2013

VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

2 Obsah – Pavel Kukla

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“.



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



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.



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.)



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

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



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


9 Základní definice diagnostických systémů – Pavel Kukla

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.



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.)



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.



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


13 Základní klasifikace DS – Pavel Kukla

2 ZÁKLADNÍ KLASIFIKACE DS

Čas ke studiu: 1hodina


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:

Kde:

i = 1,2,3,….n, je počet veličin (celé kladné číslo, může být měřena jedna až několik tisíc veličin),

t = čas.

Podobně vliv diagnostického pozadí (tzn. vliv okolí diagnostikovaného objektu) může být vyjádřen množinou tzv. doplňkových diagnostických veličin:

Kde:

i = 1,2,3,….m, je počet veličin (celé kladné číslo, může být měřena jedna až několik tisíc veličin),

t = čas.

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]tststststs ni ,.....,......., 21=

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]tdtdtdtdtd mi ,.....,......., 21=



Technický stav diagnostikovaného objektu může být potom vyjádřen jako součet vektorů naměřených diagnostických a doplňkových diagnostických veličin:

Takto definovaný technický stav objektu je možné teoreticky znázornit jako bod

pohybující se v čase prostorem. Prostor, ve kterém se vektor ( )tS_

trajektorie možných technických stavů objektů může pohybovat, nazýváme prostorem technických stavů.

V závislosti na čase tak vzniká na vrcholu vektoru ( )tS_

trajektorie možných technických stavů objektu.

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:

tD … aktuální čas diagnostikování (právě naměřené hodnoty),

t0 … počátek sledování technického stavu objektu (v ideálním případě je shodný s počátkem technického života objektu,

t < tD … minulost (známe z předchozích měření nebo určujeme genezí z aktuálních diagnostických hodnot),

t > tD … budoucnost (odhadujeme jako prognózu z dosud naměřených dat a našich znalostí).

CD-ROM

( ) ( ) ( )tdtstS___

+=



Pokud prostor technických stavů prodloužíme za aktuální čas diagnostikování tD, 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.


t0 počátek technického života objektu, resp.počátek sledování jeho technického stavu

tD čas diagnostikování, (přítomnost)

t ˂ tD minulost

t ˃ tD budoucnost

© GaKo leden 2013

Prostor diagnóz technického stavu

D[S(t0)] prostor diagnózy v čase t0

D[S(tj)] prostor diagnózy v čase tj

D[S(tD)] prostor diagnózy v čase tD

tS(tD)

D[S(tD)]

D[S(tj)]

t0

S(t0)

S(t) technický stav objektu

S(t0) technický stav objektu v čase t0

S(tD) technický stav objektu v čase tDD[S(t0)]

S(t)

t čas

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)

CD-ROM



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.


DO diagnostikovaný objekt, dopravní prostředek, nebo jeho uzly a části,DP diagnostické pozadí,

DZ diagnostické zařízení,LČ lidský činitel.

DO

DPDZ

LČ LČ

DZDP

DO

Blokové schéma diagnostického systému DS s různým zahrnutím vlivudiagnostického pozadí DP na diagnostické zařízení DZ

Obr. 2.3: Blokové schéma diagnostického systému (dle [21])

Vlevo - diagnostické pozadí ovlivňuje pouze diagnostikovaný objekt

Vpravo – diagnostické pozadí ovlivňuje celý diagnostický systém

CD-ROM



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





18 Základní schéma – fenomenologické – Pavel Kukla

3 ZÁKLADNÍ SCHÉMA – FENOMENOLOGICKÉ



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.


1

R

LČ

O

M

F-T

L

DM

P

DO

DO diagnostikovaný objekt, dopravní prostředek, nebo jeho části,

DP diagnostické pozadí,

DM diagnostický model,

LČ lidský činitel v různých konkrétních formách,

M subsystém měření,

F-T subsystém určení technického stavu,

L subsystém lokalizace poruchy,

P subsystém prognózování doby další nebo zbytkové provozuschopnosti,

R subsystém řízení diagnostického systému,

O vyšší nebo jiný systém s nímž DS kooperuje nebo je jeho součástí, např. systém obnovy vozidla, nebo řízení jakosti v systému údržbyvozidla, není součástí DS

DP

DZ

Obecné fenomenologické,strukturální a informační schéma diagnostického systému DS

Obr. 3.1: Fenomenologické schéma diagnostického systému (dle [21])

CD-ROM



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.


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.

CD-ROM



DO

Schéma modulárního DS ve sběrnicovém uspořádání

MO

A modul autodiagnostiky

a sběrnice

C řídící modul

DO diagnostikovaný objekt DS diagnostický systémDZ diagnostické zařízení

L lidský činitelM měřící modulMO monitorovací modul

P1 paměťový modulP2 paměťový modul

V/V vstupně – výstupní modul

d(t) účinek diagnostického pozadí vyjádřený množinou doplňkových diagnostických veličin

H vliv elektromagnetického pole

p barometrický tlak

Θ teplotaφ vlhkost okolního vzduchu

a a

DZDS

CM P1 P2 A V/V

Ld(t)=[H,p,Θ,φ]

© 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





21 Klasifikace diagnostických systémů – Pavel Kukla

4 KLASIFIKACE DIAGNOSTICKÝCH SYSTÉMŮ

Čas ke studiu: 1 hodina


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.


S-DS P-DS-VDZ K-DS D-DS SPEC-DS

P-DS-VDZP-DS

P-DS+S-VDZ P-DS+S-DS

Kombinované

Mobilní

Základní třídy

Skupiny(podskupiny)

Stacionární

Diagnostickýsystém

(VDZ Vyhodnocovací diagnostické zařízení)SPEC – DS Specielní diagnostické systémy

D – DS Distribuované diagnostické systémyK – DS Komplexní diagnostické systémyP – DS Palubní diagnostické systémyP – DS Palubní diagnostické systémy

Klasifikace diagnostických systémů

Obr. 4.1: Klasifikace diagnostických systémů (dle [21])

CD-ROM



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




4.1 Staniční DS



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



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.



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




4.2 Palubní DS



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.



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.



Obr. 4.3 a 4.4 je možné zobrazit jako animaci na portálu.

1

b b

DO

Palubní DS, palubní část

C1 MO A1 RM

DO diagnostikovaný objekt

M měřící modul

C1 řídící modul

Mo monitorovací modul

A1 modul autodiagnostiky

R registrační modul

b sběrniceDO

© GaKo

Obr. 4.3: Palubní DS, palubní část (dle [21])

© GaKo 1

LČ lidský činitel

Palubní DS , vyhodnocovací část

d(t)= [H,p,Θ,φ]

LČ

P1 paměťový modul

P2 paměťový modul

V/V vstupně/výstupný modulA modul autodiagnostiky

c sběrnice

d(t) doplňkové diagnostické veličinyH vliv elektromagnetického polep barometrický tlakΘ teplotaφ vlhkost okolního vzduchu

P1 P2 V/V A

c c

R registrační modulRC řídící modul

C

Obr. 4.4: Palubní DS, vyhodnocovací část (dle [21])

CD-ROM



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?



Další zdroje




4.3 Komplexní DS



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.



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.



Otázky

1. Jakou činnost zajišťuje komplexní DS?

2. Jakým způsobem může komplexní DS pracovat?

Další zdroje




4.4 Distribuované DS

Čas ke studiu: 1,5 hodiny


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



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.


s(t D

)

s 1(t

D)

s 1(t

)

KONTROLA LOKÁLNÍHO TECH. STAVUA LOKÁLNÍ FUNKČNÍ SITUACE

DO

B

KDP

KDP

s 2(t

D)

DO1

URČENÍ TECH. STAVU

DO DO2

s(t)

s 2(t

)

C(t=tD+1)

URČENÍ TECH. STAVU

DODO1

DO2

Distribuovaný diagnostický systém výrobně-opravárenského typu

KDP

S - DZ

DIAGNOSTIKOVANÉ OBJEKTYUZLY A AGREGÁTY

DIAGNOSTICKÉ VELIČINYV ČASE DIAGNOSTIKOVÁNÍ

DIAGNOSTIKOVANÝ OBJEKT

DIAGNOSTIKOVANÉ OBJEKTYUZLY A AGREGÁTY

DIAGNOSTICKÉ VELIČINY

DIAGN. VYŠETŘOVÁNÍTŘETÍ FÁZE

KONTROLNÍ DIAGNOSTICKÉ PŘÍSTROJE

STANIČNÍ DIAGNOSTICKÉ ZAŘÍZENÍ

LOKALIZACE PORUCHY PROGNÓZA

DIAGNOSTICKÉ VYŠETŘOVÁNÍ DRUHÁ FÁZEA(t=tD)

DIAGNOSTICKÉ VYŠETŘOVÁNÍ PRVNÍ FÁZE

animace © GaKo

Obr.4.7: Blokové schéma distribuovaného diagnostického systému opravárenského typu (dle [21])

CD-ROM



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.


ÚDRŽBA A SERVIS VOZIDEL LABORATOŘ

Laboratorní analýza

VÝPOČETNÍSTŘEDISKO

Výpočtová analýza

Mezní

hodnoty

Diagnostické veličiny

TS, FS pro tD

VYHODNOCOVACÍ DIAGNOSTICKÝ SYSTÉMZAŘÍZENÍ PÉČE O DOPRAVÍ PROSTŘEDKY

e(t)

t<tD

t < tD

s(tD)d(tD)

ŘÍDÍCÍ LIDSKÝ ČINITEL

Distribuovaný diagnostický systém provozně-údržbového typu

Em

piric

ké d

iagn

ostic

ké v

elič

iny

Vyhovuje výsledek?Technický stav vzorku

a funkční situace_ (NEPŘIJATO)NE

(VERIFIKOVÁNO)+ ANO

vzorek výsledkyanalýzy

animace © GaKo Obr. 4.8: Blokové schéma distribuovaného diagnostického systému provozně-

údržbářského typu (dle [21])

CD-ROM



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.



Další zdroje




4.5 Speciální DS



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…)



b) Kontaktní měření (např. vibrace, teplota…)

c) Schéma vyhodnocovací části

DoP diagnostikovaný objekt

M měřicí modul

R registrační modul

C řídící modul

P1,2 paměti

A autodiagnostický modul

V1 modul pro předzpracování dat

V2 modul speciálního vyhodnocovacího zařízení

V/V vstupně výstupní modul

D 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.



Otázky

1. Jak se liší speciální DS od ostatních DS?

2. Uveďte příklady speciálních DS z praxe.

Další zdroje





37 Diagnostické veličiny – Pavel Kukla

5 DIAGNOSTICKÉ VELIČINY



Definovat tři základní typy měřených veličin.

Výklad

V diagnostice se používají tři základní typy měřených veličin, které jsou většinou fyzikálního charakteru:

a) Diagnostické veličiny – si (t)

Veličiny, které reprezentují technický stav diagnostického objektu, např. dopravního prostředku.

b) Doplňkové diagnostické veličiny – di (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 – ei (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.


38 Diagnostické veličiny – Pavel Kukla

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





39 Diagnostické veličiny ovlivněné subsystémem měření – Pavel Kukla

6 DIAGNOSTICKÉ VELIČINY OVLIVNĚNÉ SUBSYSTÉMEM MĚŘENÍ



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.

MĚŘÍCÍ KANÁL

∗∗∗ ∗∗ ∗

∗∗

∗)t(r1 )t(r2 )t(rS

……

)t(1∆ )t(2∆ )t(n∆⋅⋅⋅⋅⋅

)t(dm1

)t(dmn

⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅

)t(sm1

)t(smn

⋅⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅

)t(s1

)t(sn

⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅

)t(d1

)t(dn

⋅⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅

Vstupní veličiny – vnější, nezávislé na vlastnostech měřícího kanálu)t(s,)t(s mn1m ⋅⋅⋅ Měřená hodnota diagnostické veličiny)t(d,)t(d mn1m ⋅⋅⋅ Měřená hodnota doplňkové diagnostické veličiny

)t(r,)t(r S1 ⋅⋅⋅ Vliv okolí. (Šum)

Výstupní veličiny – vnitřní, závislé na vlastnostech měřícího kanálu)t(s),t(s n1 ⋅⋅⋅ Výstupní hodnota diagnostické veličiny)t(d,)t(d n1 ⋅⋅⋅ Výstupní hodnota doplňkové diagnostické veličiny)t(),t( V1 ∆⋅⋅⋅∆ Vliv kanálu, (jeho konstrukce a vlastností), vyjádřený množinou systémových chyb.

animace © GaKo Obr. 6.1:Schéma měřicího kanálu subsystému měření (dle [21])




Vliv okolí je vyjádřen množinou vlivů

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]r t r t r t r t r tj s1 1 2= , , ... , , ... ,

Vliv kanálu, tzn. vliv jeho konstrukce a přenosových vlastností je vyjádřen množinou systematických chyb, které v kanálu vznikají:

( ) ( ) ( ) ( )[ ]∆ ∆ ∆ ∆t t t tk v= 1 , ... , , ... ,

Do kanálu vstupují naměřené diagnostické a doplňkové diagnostické hodnoty a z kanálu vystupují tyto hodnoty zkreslené při průchodu transportním kanálem jako výstupní diagnostické a doplňkové diagnostické hodnoty:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]s t s t r t a r t a r t a r t ai mi i i j ji s si= + ⋅ + ⋅ + + ⋅ + + ⋅ +1 1 2 2 ... ...

( ) ( ) ( ) ( )[ ]+ ⋅ + ⋅ + + ⋅ + + ⋅∆ ∆ ∆ ∆1 1 2 2t b t b t b t bi i k ki v vi... ...

kde aji, bji jsou váhové koeficienty, které vyjadřují účinek jednotlivých vnějších [rj(t)] a vnitřních [∆k(t)] vlivů. Koeficienty nabývají hodnot 0 nebo +/-1, podle toho zda vliv je nebo není.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat, co může mít vliv na zkreslení naměřené veličiny po průchodu měřicím kanálem.

CD-ROM



Otázky

1. Jaké mohou být vnější vlivy na procházející signál?

2. Jak můžeme vliv vnějších vlivů omezit?

3. Jak může procházející signál ovlivnit samotný přenosový kanál?

4. Jak můžeme tyto vnitřní vlivy omezit?

5. Jaké znáte příklady zkreslení signálu z praxe?

Další zdroje





42 Redukce počtu naměřených hodnot – Pavel Kukla

7 REDUKCE POČTU NAMĚŘENÝCH HODNOT



Popsat důvody a možnosti redukce naměřených dat.

Výklad

Při diagnostickém měření může vzniknout velmi objemný soubor naměřených dat. Pokud je měření nepřetržité, kontinuální, vznikne po velmi krátké době obrovský soubor naměřených dat. Pokud během měření nedochází k významným změnám diagnostických parametrů, je pro diagnostiku zachování a vyhodnocování těchto hodnot zdlouhavé a zbytečné. Proto je možné redukovat počet naměřených hodnot diagnostických veličin a vytvořit tak nový redukovaný soubor skutečně potřebných dat. To současně umožňuje rychlejší zjištění konečné hodnoty diagnostické veličiny.

K redukci počtu naměřených hodnot je možné použít některou z metod:

a) Vytváření dílčích průměrů určených hodnot ve zvolených intervalech.

Vytvoří se skupiny (intervaly) obsahující n naměřených hodnot a určí se průměry těchto skupin. Výsledná hodnota všech ukončených měření je průměrem těchto dílčích průměrů. Tento postup umožňuje postupné předzpracování měřených hodnot v reálném čase. Počet trvale ukládaných hodnot je n krát menší než celkový počet naměřených hodnot. Množství ukládaných hodnot tedy závisí na velikosti (počtu hodnot n) zvoleného intervalu.

b) Sledováním maximálních nebo minimálních hodnot ve zvolených intervalech.

Vytvoří se skupiny (intervaly) obsahující n naměřených hodnot a z každé skupiny se vybere maximální a minimální hodnota. Tyto hodnoty se za všechny intervaly sečtou a určí se jejich aritmetický průměr. Tato metoda je vhodná tam, kde jsou maximální a minimální hodnoty rozhodující pro určení stavu diagnostikovaného objektu. Dle potřeby je možné tuto metodu použít pro zpracování samotných maximálních nebo minimálních hodnot.



c) Klouzavým průměrováním

Zvolí se základní skupina o n hodnotách a určí se její aritmetický průměr. K této skupině se postupně po jednom přidávají další prvky a vždy se znovu spočítá aritmetický průměr nové skupiny. Pomocí klouzavého průměru se křivka průběhu naměřených hodnot vyhladí a je z ní zřetelnější trend nebo změna trendu vývoje diagnostických hodnot.

Klouzavý průměr je možné určit několika způsoby:

1) Jednoduchý klouzavý průměr 2) Exponenciální klouzavý průměr 3) Vyhlazený klouzavý průměr 4) Lineárně vážený klouzavý průměr

d) Kombinací metody a) nebo b) s metodou c)

e) Kompresí dat a jejich následnou rekonstrukcí Metody komprese naměřených hodnot a jejich následné rekonstrukce jsou vhodné zejména při měření a vyhodnocování časových průběhů diagnostické veličiny v oblasti přechodových náhodných jevů. Kompresí se provádí výběr vzorků naměřených hodnot. Tento výběr musí být dostatečný k přesné zpětné rekonstrukci průběhu naměřených diagnostických veličin. Tato zpětná rekonstrukce musí proběhnout bez ztráty diagnostických informací. Komprese dat musí zajistit zachování hodnot, které nesou diagnostickou informaci a umožní vyloučení hodnot, které jsou nadbytečné a bez nových diagnostických informací.

Ať už zvolíme kteroukoliv metodu, je nutné zajistit, aby po redukci naměřených hodnot zůstal zachován jejich informační diagnostický obsah.

Všechny uvedené metody jsou podrobněji popsány v [21].

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět teoreticky popsat, jaké jsou důvody redukce naměřených dat a kdy je vhodné redukci provést. Po prostudování doporučené literatury byste měli umět podrobněji popsat principy jednotlivých metod.



Otázky

1. Kdy provádíme redukci naměřených dat?

2. Jaká data není nutné uchovávat pro další zpracování?

3. Co je ztrátová a bezeztrátová komprese dat?

4. Co musí zajistit rekonstrukce komprimovaných dat?

Další zdroje





45 Subsystémy diagnostického systému – Pavel Kukla

8 SUBSYSTÉMY DIAGNOSTICKÉHO SYSTÉMU


Cíl: Po prostudování této kapitoly si

zopakujete prvky již dříve popsaného fenomenologické schématu diagnostického systému.

Výklad

Diagnostický systém popsaný v kapitole 3 fenomenologickým schématem se skládá z jednotlivých subsystémů, které budou podrobněji popsány v této kapitole. Pro připomenutí je zde znovu zobrazeno fenomenologické schéma. Jednotlivé subsystémy nevyjadřují vzájemnou podřízenost, ale mají vyjádřit vznik, postupný tok a zpracování diagnostických informací v diagnostickém systému. Pokud budete potřebovat, vraťte se k podrobnějšímu popisu v kapitole 3.

1

R

LČ

O

M

F-T

L

DM

P

DO

DO diagnostikovaný objekt, dopravní prostředek, nebo jeho části,

DP diagnostické pozadí,

DM diagnostický model,

LČ lidský činitel v různých konkrétních formách,

M subsystém měření,

F-T subsystém určení technického stavu,

L subsystém lokalizace poruchy,

P subsystém prognózování doby další nebo zbytkové provozuschopnosti,

R subsystém řízení diagnostického systému,

O vyšší nebo jiný systém s nímž DS kooperuje nebo je jeho součástí, např. systém obnovy vozidla, nebo řízení jakosti v systému údržbyvozidla, není součástí DS

DP

DZ

Obecné fenomenologické,strukturální a informační schéma diagnostického systému DS

animace © GaKo

Obr. 8.1: Fenomenologické schéma diagnostického systému (dle [21])



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli znát návaznost jednotlivých subsystémů diagnostického systému.

Otázky

1. Vyjmenujte jednotlivé subsystémy DS.

2. Jak na sebe tyto subsystémy navazují?

3. Jaký vliv na měření může mít diagnostické pozadí?

Další zdroje


8.1 Subsystém „Diagnostikovaný objekt“ (DO)



Popsat subsystém diagnostikovaný objekt.

Výklad

Diagnostikovaný objekt (může to být jakýkoliv diagnostikovatelný objekt, např. dopravní prostředek nebo některá jeho část) je základem celého diagnostického systému. Diagnostikovaný objekt je při návrhu struktury celého diagnostického systému považován za



jeho subsystém a jako takový je formálně zahrnut v diagnostickém systému. Pro každý diagnostikovaný objekt bude přizpůsobený i celý diagnostický systém, který tento objekt bude sledovat a diagnosticky analyzovat. Při navrhování diagnostického systému musíme zohlednit fakt, že každý technický výrobek (stroj, dopravní prostředek…) může být individuální, tzn., že se jednotlivé výrobky stejného charakteru se mohou nepatrně lišit a při návrhu diagnostického systému je třeba s tím počítat. Tato rozdílnost je dána např. výrobními tolerancemi, dodržováním technologických postupů, chybami kontrolních měření, stavem výrobního zařízení, nehomogenitou zpracovávaného materiálu apod. Protože dopravní prostředek je vlastně sestaven z jednotlivých strojních, hydraulických, elektronických agregátů je třeba u něj s možnými odlišnostmi počítat. Realizace diagnostikovaného objektu je rozhodující pro volbu vhodné diagnostické veličiny, respektive několika diagnostických veličin.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat vlastnosti diagnostikovaného objektu.

Otázky

1. Co může být diagnostikovaným objektem?

2. Jaké vlastnosti musí mít diagnostikovaný objekt?

3. Co je to diagnostikovatelnost?

Další zdroje






8.2 Subsystém „Diagnostický model“ (DM)



Popsat možnosti diagnostického modelu a princip jeho tvorby.

Výklad

Diagnostický model je reprezentací reálného nebo hypotetického (diagnostikovaného) objektu. Může být realizován například jako matematický nebo fyzikální model, který se chová při shodných podmínkách stejně, nebo velice podobně, jako reprezentovaný diagnostikovaný objekt. Jak bude model vytvořen a do jaké míry bude podobný (ztotožněný) s diagnostikovaným objektem, závisí na požadavcích na navrhovaný diagnostický systém. Při tvorbě diagnostického modelu je možné postupovat analyticky, experimentálně nebo kombinací obou těchto metod.

Každý diagnostický model, ať už je vytvořen jakýmkoliv způsobem, musí vycházet ze základních přírodních zákonů a zákonitostí, které nelze obejít:

- Zákon zachování hmotnosti (rovnice kontinuity) - Zákon zachování energie - Pohybové zákony - Zákonitosti elementárních procesů (výměna hmotnosti a tepla, chemické reakce) - Zákonitosti z oblasti spolehlivosti a životnosti diagnostikovaného objektu

Diagnostický model může být vytvořen pro reálný objekt (již existující dopravní prostředek) nebo pro hypotetický objekt (ještě neexistující dopravní prostředek, který je ve stádiu návrhu a konstrukce).

Diagnostický model může být realizován jako matematický, fyzický, obrazový (ikonický) nebo formální (logické schéma).

Diagnostický model teoreticky musí mít všechny vlastnosti diagnostikovaného objektu a naopak. Potom mluvíme o modelu izomorfním. V něm je možné najít pro každý prvek modelu ekvivalentní prvek u reprezentovaného objektu a stejně to platí i naopak.



V praxi není vždy nutné toto pravidlo dodržet, a proto se zavádí zjednodušená verze modelu, kdy model má méně prvků (částí) než původní reprezentovaný objekt a tím je tedy jednodušší. Pro každou část modelu lze tedy najít odpovídající část reprezentovaného objektu, ale naopak všechny části reprezentovaného objektu nejsou obsaženy v jeho modelu. Tento typ modelu se označuje jako homomorfní.

Diagnostický model je tedy homomorfní zobrazení diagnostikovaného objektu, a je tedy zjednodušeným zobrazením reálného objektu.

Princip postupu tvorby diagnostického modelu je na obr.8.2 vyjádřen pomocí vývojového diagramu.

Experimentální práce

Algoritmus (postup) tvorby diagnostického modelu

ZÁMĚR DIAGNOSTIKY

Návrh struktur modelu (vztahy, rovnice)

Soubor diagnostických veličin s (t)

Algoritmus reprezentace modelu

VERIFIKACE MODELU

ZNALOST DIAGNOSTIKOVANÉHO OBJEKTU

Zpracování údajů

animace © GaKo Obr. 8.2: Tvorba diagnostického modelu (dle [21])


Při tvorbě diagnostického modelu se vychází z požadavků a záměrů diagnostiky a z aktuálních znalostí problematiky diagnostikování daného objektu. Velmi důležitá je samozřejmě také dobrá znalost diagnostikovaného objektu a jeho provozních podmínek.

CD-ROM



Diagnostické modely pro potřeby diagnostikování dopravních prostředků jsou většinou modely matematické. Fyzikální modely by pro dopravní prostředky byly velmi složité a s velkým rizikem vložených chyb. Jejich užití je možné pouze u jednoduchých součástí (prvků).

V rámci experimentální diagnostiky je v některých případech možné pro modelování diagnostických stavů použít přímo skutečný diagnostikovaný objekt. V takovém případě se přímo na tomto reálném objektu provede ověření možností diagnostiky a tato diagnostika se potom realizuje na dalších stejných (podobných) objektech.

Model zhotovený pro realizaci diagnostiky může být velmi podobný modelu určenému pro kontrolu systému řízení reálného objektu. V oblasti řízení se na modelu zjišťuje, jak se bude objekt chovat při různých způsobech jeho řízení, v oblasti diagnostiky bude rozhodující chování diagnostikovaného objektu z hlediska změn funkční situace (provozuschopnosti) nebo změn vlastního technického stavu (degradace, poruchy…).

Diagnostický model tedy obsahuje:

- Matematický (nejčastěji) model diagnostikovaného objektu (DO) a jeho diagnostického pozadí (DP) – prostřední blok

- Hraniční hodnoty technického stavu, kontrolní hodnoty pro posouzení funkční situace, atlas poruch, atlas prognostických odhadů

- Hodnoty normálního stavu DP

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat důvody pro tvorbu diagnostického modelu, jeho možnosti a princip jeho tvorby.

Otázky

1. Kdy potřebujeme vytvořit diagnostický model?

2. Jaké jsou druhy diagnostických modelů?

3. Jaký je princip tvorby diagnostického modelu?

4. Co je výsledkem použití diagnostického modelu?



Další zdroje




8.3 Subsystém „Měření diagnostických veličin“ (M)



Popsat přenos signálu od snímače k měřicímu zařízení.

Výklad

Subsystém měření je rozhodujícím subsystémem celého diagnostického systému. Tento subsystém zajišťuje vstup diagnostických informací do diagnostického systému. Těmito informacemi jsou měřené diagnostické veličiny (teplota, tlak, vibrace, hluk, elektrické veličiny, posuv,…). Pokud dojde k chybě při snímání a transportu diagnostického signálu, sebedokonalejší další vyhodnocení tohoto signálu bude stále obsahovat tuto vstupní chybu. Proto je v tomto subsystému vyžadována vysoká přesnost, spolehlivost, věrohodnost a jednoznačnost výsledků, které jsou získány měřením v reálných provozních podmínkách činnosti diagnostikovaného objektu.

V tomto subsystému je kritický převod skutečné fyzikální měřené veličiny na hodnotu vystupující ze snímače (většinou elektrická veličina). Další možné zkreslení signálu může nastat v měřicím (transportním) kanálu. Důležité tedy je těmto možným chybám zcela zabránit protože jinak je diagnostická informace znehodnocena a většinou již není možné chybu opravit.

Schéma subsystému měření diagnostických veličin je na obr. 8.3.




Diagnostické pozadí

SNÍM

AČE

3L,1L)t(d)t(d

∗∗

4L,2L)t(d∗

4L,2L)t(s∗

3L,1L)t(s)t(s

∗∗

4L,2Lm,3L,1Lm

m

)t(d)t(d),t(d

4L,2Lm,3L,1Lm

m

)t(s)t(s),t(s

MĚŘÍCÍ KANÁL(transportní)

PŘEDZPRACOVÁNÍMĚŘENÝCH

VELIČIN

4L,3L,2L,1L)t(d),t(d

4L,3L,2L,1L)t(s),t(s

SCHÉMA SUBSYSTÉMU MĚŘENÍ

)t(s∗ Množina skutečných hodnot diagnostických veličin)t(sm Množina naměřených hodnot diagnostických veličin

)t(s Hodnoty diagnostických veličin, které vystupují ze subsystému měření

)t(d∗ Množina skutečných doplňkových hodnot diagnostických veličin. (Na DO)

)t(d Hodnoty doplňkových diagnostických veličin, které vystupují ze subsystému měření

L Index označující hodnoty určené pro lokalizaci poruchy.

)t(dm Množina naměřených hodnot doplňkových diagnostických veličin

animace © GaKo Obr. 8.3: Schéma subsystému měření diagnostických veličin (dle [21])

Měřené diagnostické a doplňkové veličiny jsou ve většině případů spojité veličiny, proměnné v čase. Diagnostické vyhodnocování bývá realizováno pomocí softwaru v počítači. Proto je třeba naměřený spojitý signál před jeho zpracováním převést na digitální signál a přitom zachovat diagnostickou informaci měřeného signálu. V některých případech je vhodné současně s digitalizací signálu provést i redukci nebo kompresi naměřených dat. Zefektivní se tak jejich další zpracování a tím i činnost celého diagnostického systému. Digitalizace a redukce dat probíhá ve fázi předzpracování naměřených hodnot.

Celý subsystém měření diagnostických veličin musí zahrnovat také vliv doplňkových diagnostických veličin, které zohledňují možné vlivy diagnostického pozadí. Diagnostické pozadí v sobě zahrnuje například klimatické vlivy, provozní vlivy, činnost okolních objektů, další činnost diagnostikovaného objektu a může zahrnovat i případný vliv lidského činitele.

CD-ROM



Obr. 8.4: Chyba při snímání měřených veličin znamená chybnou diagnostiku (dle [9])

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat cestu naměřeného signálu od snímače po měřicí zařízení.

Otázky

1. Jak se může zkreslit signál při přenosu k měřicímu zařízení?

2. Jak omezíme zkreslení signálu?

Další zdroje




BRÜEL & KJÆR: Firemní literatura – Vibrační zkoušení, Praha 1988



8.4 Subsystém „Určení technického stavu“ (FS, TS)



Popsat subsystém určování technického stavu.

Definovat hraniční hodnoty diagnostické veličiny.

Výklad

Hraniční hodnoty technického stavu diagnostikovaného objektu jsou hodnoty rozhodující pro technickou diagnostiku. Jejich správné stanovení je jedním z nejdůležitějších aspektů celého diagnostického systému. Jsou to předem stanovené hodnoty, které určují provozuschopný („dobrý“) a neprovozuschopný („poruchový“) stav. Hraniční hodnoty technického stavu diagnostikovaného objektu mohou být určeny objektivními metodami měření (například měřením na diagnostickém modelu objektu), nebo kvalifikovaném odhadu (například na základě znalostí diagnostiky podobného objektu). Hraniční hodnoty musí zahrnovat vliv provozních podmínek objektu, možný vliv okolí, možný vliv lidského činitele a také může zohlednit ekonomické nebo bezpečnostní faktory činnosti diagnostikovaného objektu (dopravního prostředku).

Stanovené hraniční hodnoty považujeme za konstantní v čase. To však neznamená, že jednou stanovené hraniční hodnoty není možné měnit na základě nově získaných poznatků z již realizovaných diagnostických měření a poznatků o diagnostikovaném objektu.

Rozeznáváme tři hraniční hodnoty:

- Mezní stav – definuje přechod z provozuschopného („dobrého“) stavu na stav neprovozuschopný („poruchový“). Dosažení této kritické hodnoty diagnostické veličiny tedy znamená konec provozuschopnosti objektu. V praxi bychom se při diagnostice k této hodnotě vůbec neměli přiblížit.

- Předkritický stav – definuje hodnotu diagnostické veličiny, která určuje, že je třeba objekt (dopravní prostředek) vyjmout z provozu a provést na něm potřebnou údržbu. Hodnota předkritického stavu je určena z hodnoty mezního stavu se zahrnutím časové rezervy pro údržbu. Hodnotu může také ovlivnit ekonomické hledisko, které určí, kdy je výhodné údržbu provést. U dopravního prostředku může být tento stav signalizován například upozorněním na palubní desce, že je nutné provést servisní zásah.

- Havarijní stav – není určen pro účely diagnostiky. Je to stav diagnostické veličiny velmi blízko mezního stavu. Může být použit pro výstrahu obsluhy dopravního



prostředku, signalizuje velmi vysoké riziko blížící se poruchy. U dopravního prostředku může po dosažení havarijního stavu být znemožněn jeho další provoz.

Pro každou diagnostickou veličinu lze tedy definovat tyto tři stavy, a pokud je diagnostikováno současně několik veličin, vzniká tak množina hraničních hodnot. Obecně platí zásada, že diagnostikovaný objekt je neprovozuschopný v okamžiku, kdy hodnota jediné ze sledovaných diagnostických veličin dosáhne mezního stavu.

Schéma subsystému určení technického stavu je na obr. 8.5 a zahrnuje tedy bloky určení a vyhodnocení funkční situace, určení a vyhodnocení technického stavu, možný vliv lidského činitele, výstupy a záznam (registraci) funkčního a technického stavu.

Celý subsystém získává diagnostické a doplňkové diagnostické veličiny ze subsystému „Měření diagnostických veličin“ a výsledky předává do subsystému „Lokalizace a prognózování“.

Funkční situace diagnostikovaného objektu určuje funkční schopnost objektu k provozu, tzn. okamžitou schopnost plnit stanovený účel diagnostikovaného objektu, tedy okamžité provozuschopnosti objektu.

Po vyhodnocení funkční situace (pozitivním – stav je provozuschopný) následuje určení vlastního technického stavu (viz obr. 8.5). Technický stav diagnostikovaného objektu je provozuschopný, jestliže ŽÁDNÁ ze sledovaných diagnostických veličin nedosáhla hodnotu svého mezního stavu. Takovou hodnotu by však sledovaný objekt při správné aplikaci diagnostického systému nikdy neměl dosáhnout. V reálném provozu by měl diagnostický systém zajišťovat kontrolu dosažení hodnot předkritického stavu nebo její minimální překročení. V tomto okamžiku diagnostický systém musí upozornit na nutnost bezpečného ukončení provozu objektu a jeho následnou obnovu (seřízení, údržbu, opravu…). Rozdíl mezi hodnotami mezního a předkritického stavu vytváří tzv. „interval minimální zálohy provozuschopnosti“ pro danou diagnostickou veličinu.

Příklad hodnocení technického stavu pro diagnostickou veličinu neklesajícího typu je na následujícím obr.8.6.


CD-ROM



)t(si

Kritický stav

Mezní stav

)t(si

)t(s 1Di −)t(s ki

)t(s 1ki +)t(s Di

)t(s 0i

0t 1Dt − tDtkt 1kt +

Provozuneschopnost

Počáteční stav

Před

kriti

cký

stav

Provozuneschopnost

∆si=

∆s iR

∆siP

∆si∗

Hodnocení technického stavu z diagnostické veličiny neklesajícího typu

animace © GaKo Obr. 8.6: Technický stav diagnostické veličiny neklesajícího typu (dle [21])

Na předchozím obr. 8.6 je uveden příklad neklesající diagnostické veličiny. Podobným způsobem je možné zobrazit jakoukoliv jinou veličinu – nerostoucího typu, veličinu, u které se mění amplituda nebo frekvence kmitání, nebo veličinu, která může mít jakýkoliv požadovaný průběh.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat subsystém určení technického stavu a definovat tři typy hraničních hodnot technického stavu.



Otázky

1. Jak probíhá určení technického stavu?

2. Jaké jsou hraniční hodnoty technického stavu?

3. Které hraniční hodnoty jsou důležité pro diagnostiku?

Další zdroje




8.5 Subsystém „Lokalizace poruchy“ (L)



Popsat subsystém lokalizace poruchy a jeho možnosti.

Výklad

Subsystém lokalizace poruchy umožňuje proces lokalizace, tj. určení místa vzniku poruchy a její rozsah. Provádí se jak z hlediska funkční situace, tak i z hlediska vlastního technického stavu. Subsystém lokalizace poruchy získává informace ze subsystému „Určení technického stavu“. Těchto informací je poměrně velké množství:

- Poruchy zjištěné vyhodnocením funkční situace - Poruchy zjištěné vyhodnocením technického stavu - Naměřené hodnoty diagnostických veličin - Naměřené hodnoty doplňkových diagnostických veličin - Hraniční hodnoty pro diagnostický objekt jako celek



- Hodnoty diagnostického pozadí za normálního stavu - Informace o možném vlivu lidského činitele - Informace z diagnostického modelu (pokud je vytvořen)

Někdy je soubor zjištěných diagnostických informací nedostatečný a je proto nutné pro lokalizaci poruch provést ještě další dodatečné měření diagnostických veličin. Mohou to být stejné diagnostické veličiny, jako pro určení funkčního a technického stavu nebo další veličiny, které se diagnostikují až v případě požadavku na lokalizaci poruchy.

Pro určení poruchy funkční situace (poruchy provozuschopnosti) nebo poruchy vlastního technického stavu mohou být vytvořeny tzv. atlasy poruch. Atlasy poruch mohou být součástí subsystému „Diagnostický model“ a obsahují soubor poruch funkčních situací (nebo technického stavu) a popis těchto poruch, případně i postup pro jejich odstranění. Důležité je, aby atlas poruch obsahoval poruchy, které se vyskytují nejčastěji i poruchy, které jsou pro provoz objektu nejzávažnější. Atlas poruch nemůže obsahovat všechny poruchy, které mohou vzniknout ale je možné ho podle potřeby a znalostí z předchozí realizované diagnostiky neustále doplňovat. Příklad atlasu poruch funkčního stavu je na obr. 8.8.

LOKALIZACE PORUCHY

FS

LOKALIZACE PORUCHY

TS

KONEC C KONEC D(FS) L

(TS) L

s(t), [s (t)]L1,L2,L3,L4

FS -

TS -

d(t), [d(t)] L1,L2,L3,L4

do

LF )s( ∗, (z)L [e (t)]L

(DM) L

(z)L

(FS) L( ) L

*Fs

(DM)L informace z diagnostického modelu,(FS)L výsledek lokalizace poruchy funkční situace,

kontrolní hodnota funkční situace,(TS)L výsledek lokalizace poruchy technického stavu,(z)L hraniční hodnoty diagnostických veličin,[s(t)]L1,L2,L3,L4 soubory hodnot diagnostických veličin,[d(t)]L1,L2,L3,L4 soubory hodnot doplňkových diagnostických veličin[e(t)]L empirické diagnostické veličinydo hodnoty diagnostického pozadí za normálního stavu,FS, TS informace o poruchovém stavu,

LF )s( ∗

Celkové schéma subsystému lokalizace poruchy

animace © GaKo

Obr. 8.7: Schéma subsystému lokalizace poruchy (dle [21])



Obr. 8.8: Atlas poruch určený pro lokalizaci poruchy (dle [21])

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat princip subsystému lokalizace poruchy.

Otázky

1. Jaký je princip funkce subsystému lokalizace poruchy?

2. Jaké informace jsou potřeba pro lokalizaci poruchy?

Další zdroje






8.6 Subsystém „Prognózování doby zbytkové provozuschopnosti“ (P).



Popsat subsystém prognózování, tzn. jakým způsobem se předpovídá další stav diagnostikovaného objektu.

Výklad

Zjištění (odhad) zbytkové doby provozuschopnosti je jedním z nejdůležitějších cílů procesu diagnostiky. Vlastně je hlavním cílem diagnostiky právě určení zbytkové (reziduální) provozuschopnosti a vedlejším produktem je potom detekce a lokalizace poruchy. V ideálním případě dojde k údržbě a obnově ještě před vznikem poruchy.

Dobu provozuschopnosti technického objektu může ovlivnit jeho technická a morální životnost, doba společenské potřeby a také doba návratnosti prostředků vynaložených na vytvoření a provozování objektu (dopravního prostředku).

Zbytková provozuschopnost objektu je tedy rozdílem mezi stanovenou hraniční hodnotou technického stavu (resp. hraniční hodnotou jeho diagnostikované veličiny) a aktuálním technickým stavem v době realizace diagnostiky (daným aktuální hodnotou diagnostikované veličiny).

Tato část realizace diagnostiky je řešením celé diagnostické úlohy a je závislá na všech subsystémech diagnostického systému. Výsledek může být v některých případech výrazně ovlivněn lidským činitelem, tzn. znalostmi a zkušenostmi obsluhy diagnostického systému.

Výsledek prognózování nikdy nebude stoprocentně spolehlivý, vždy je možné, že na objekt budou působit další vlivy, který diagnostický systém nedokáže zohlednit.

Doba zbytkové provozuschopnosti určuje také další diagnostickou kontrolu objektu (pokud není objekt sledován nepřetržitě). Tento interval může být předepsán nejen časově ale u dopravních prostředků například také v počtu ujetých kilometrů (kilometrický proběh), nebo v množství spotřebovaného paliva, spotřebované elektrické energie. Kilometrický proběh tak zahrnuje skutečné využití prostředku v čase, množství spotřebovaného paliva (energie) potom i jeho skutečné provozní zatížení.

Subsystém „Prognózování doby zbytkové provozuschopnosti“ je na obr. 8.9.



Obr. 8.9: Schéma subsystému prognózování (dle [21])

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat subsystém prognózování zbytkové provozuschopnosti diagnostikovaného objektu.

Otázky

1. Co ovlivňuje zbytkovou prozuschopnost?

2. Jak se zbytková provozuschopnost odhaduje?

Další zdroje




8.7 Subsystém „Řízení diagnostického systému“ (ŘD)



Popsat subsystém řízení diagnostického systému a jeho částí.

Výklad

Subsystém Řízení diagnostického systému zajišťuje řízení a realizaci diagnostických procedur. Na základě programového vybavení nebo pokynů operátora (nebo obojího) se tak koordinuje činnost jednotlivých subsystémů diagnostického systému. Subsystém řídí jednotlivé operace, sběr a transport dat, vlastní autodiagnostiku celého systému apod.

Subsystém se tedy skládá ze čtyř základních částí:

- Oblast řízení (Ř, V/V)

- Oblast autodiagnostiky (A)

- Oblast stimulace činnosti diag. objektu (ST)

- Oblast monitorování (M)

Obr. 8.10: Schéma subsystému řízení diag. systému (dle [21])



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat princip subsystému řízení diagnostického systému.

Otázky

1. Co zajišťuje subsystém řízení?

2. Z jakých částí se skládá subsystém řízení a co jednotlivé části zajišťují?

Další zdroje




8.8 Subsystém „Lidský činitel“ (L)



Popsat subsystém vlivu lidského činitele na diagnostický systém.

Výklad

U diagnostických systémů je zahrnuta spoluúčast člověka, pouze zcela automatické systémy pracují po určitou dobu samostatně bez vlivu lidského činitele. Člověk může ovlivnit činnost jednotlivých subsystémů diagnostického systému, může ale také ovlivnit činnost samotného diagnostikovaného objektu. Determinovaný vliv lidského činnosti se může projevit zaváděním empirických veličin do subsystémů diagnostického systému.



Obr. 8.11: Schéma subsystému lidský činitel (dle [21])

Subsystém lidský činitel představuje vliv člověka na prováděnou diagnostiku. Tento vliv se může projevit dvěma způsoby – přímým vlivem na některé subsystémy (LČ)+ a determinovaným vlivem (LČ)++. Bezprostřední vztah je vytvářen vztahem mezi člověkem, objektem a prostředím. Člověk zajišťuje přenos informací, řídí diagnostický proces a rozhoduje o jeho dalším průběhu. Člověk je zde aktivní, provádí ovládání diagnostikovaného objektu bekem měření, ovládání vlastního diagnostického měření a provádí i vlastní interpretaci naměřených výsledků. Spolehlivost člověka ovlivňuje velké množství vnějších vlivů – četnost stimulů (např. intervaly mezi měřením), prostředí (únava z tepla, nesoustředění vlivem chladu, špatné osvětlení…) a další.

Spolehlivost diagnostického systému je tedy dána spolehlivostí diagnostického zařízení a spolehlivostí člověka, který ho ovládá.

Determinovaný vliv člověka je prováděn případným zaváděním empirických veličin do diagnostického procesu.

Vliv lidského činitele je tedy velmi důležitý už při navrhování diagnostického systému a je snaha o jeho eliminaci. Tu je možné provést maximální automatizací diagnostického procesu a jen nutným zásahem člověka do tohoto procesu.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat subsystém vlivu lidského činitele a možné vlivy člověka na diagnostický systém.



Otázky

1. Co popisuje subsystém lidského činitele?

2. Jaký může být vliv člověka na diagnostický systém?

Další zdroje





66 Navrhování diagnostických systémů – Pavel Kukla

9 NAVRHOVÁNÍ DIAGNOSTICKÝCH SYSTÉMŮ



Popsat základní postup a podmínky pro navrhování diagnostického systému.

Výklad

Návrh a realizace složitějšího diagnostického systému je časově náročný proces. Ekonomická stránka je závislá na složitosti celého systému, počtu měřených veličin, počtu snímačů, přenosu měřeného signálu, způsobu zpracování a vyhodnocení signálu a dalších aspektech systému.

Návrh diagnostického systému probíhá v několika etapách:

- výběr vhodných diagnostických veličin s předpokládaným informačním potenciálem (správný výběr diagnostických veličin je rozhodující pro fungování celého diagnostického systému)

- výběr vhodných měřicích míst pro sledování vybraných veličin, případná úprava objektu pro měření těchto veličin

- výběr vhodných měřicích metod pro provozní podmínky diagnostikovaného objektu

- pokud je to nutné, tak vývoj nových měřicích metod - určení možného vývoje a případných změn diagnostických veličin

v závislosti na provozování diagnostického objektu, případně na vlivu stárnutí (degradace) objektu

- experimentální ověření chování diagnostických veličin na reálném objektu nebo na jeho modelu

- určení konkrétních hraničních hodnot všech diagnostických veličin, tzn. zejména jejich mezních a předkritických hodnot

- návrh optimálního diagnostického postupu dle požadavků, tzn. způsob určení technického stavu, detekce a lokalizace možných poruch, možnosti prognózování apod.

- zajištění vyhodnocovacího systému, u jednoduššího diagnostického systému může být jeho součástí, u složitějšího se většinou jedná o náročné softwarové vybavení



Nákladnost a časová náročnost návrhu a realizace diagnostického systému je dána jeho složitostí a požadavky na jeho činnost. Návrh jednoduššího diag. systému může provést jeho provozovatel sám, návrh složitého diag. systémů je většinou záležitostí dodavatelské firmy. Při úvahách o rozsahu a složitosti diagnostického systému je na jedné straně aspekt nákladů na realizaci diagnostického systému a jeho následujícího provozování a na druhé straně aspekt úspor, které vzniknou zvýšením spolehlivosti objektu, prodloužením doby života objektu a v některých případech i zabráněním závažné havárie objektu. Koncepce diagnostického systému se tedy volí také podle závažnosti možných vzniklých poruch a jejich následků. Nejsložitější diagnostické systémy je tedy možné najít u kosmické techniky, letadel, jaderných elektráren, složitých a drahých výrobních zařízení apod.

U dopravních prostředků je možné diagnostiku využít ve všech oblastech technického života objektu, tzn. již při výzkumu a vývoji prostředku, při jeho výrobě a hlavně při jeho provozování a údržbě, v některých případech i při skladování prostředku. V poslední fázi technického života prostředku, při jeho likvidaci, je možné získat další nové informace o jeho opotřebení a degradaci a tyto informace potom mohou sloužit pro další vývoj a inovaci diagnostických systémů.

Výsledný diagnostický systém musí zajistit objektivní a racionální diagnostiku provozovaného objektu (dopravního prostředku). Objektivní diagnostika je nezávislá na lidském činiteli a její výsledek je pouze výsledkem diagnostického procesu. Racionálnost diagnostiky je dána optimálním výběrem počtu diagnostických veličin a počtu měřicích míst pro tyto veličiny. V ideálním případě nejsou tyto počty nadbytečné a diagnostický systém sleduje právě jen to, co je opravdu pro diagnostiku objektu nutné. Výsledný realizovaný diagnostický systém nemusí být definitivní, jeho objektivita a racionálnost se může postupně zdokonalovat během jeho dalšího užívání v provozních podmínkách.

Návrh diagnostického systému také velmi úzce souvisí s předpokládaným systémem údržby, nejsofistikovanější bude tam, kde se počítá s údržbou podle skutečného stavu objektu, jednodušší v případě údržby podle předem stanoveného časového plánu.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat základní postup a podmínky pro navrhování diagnostického systému

Otázky

1. Jak mohou probíhat jednotlivé etapy návrhu diag. systému?

2. Co může ovlivnit návrh diag. systému?



Další zdroje




BRÜEL & KJÆR: Firemní literatura


69 Spolehlivost a diagnostické systémy, definice spolehlivosti – Pavel Kukla

10 SPOLEHLIVOST A DIAGNOSTICKÉ SYSTÉMY, DEFINICE SPOLEHLIVOSTI



Popsat vztah diagnostického systému a spolehlivosti.

Výklad

Jedním z nejdůležitějších faktorů při hodnocení dopravního prostředku je jeho spolehlivost. Dopravní prostředek má, stejně jako každý reálný provozovaný objekt, svoji inherentní (vloženou) spolehlivost danou výrobcem a provozní spolehlivost realizovanou během vlastního provozu prostředku. Provozní spolehlivost je tedy reálná spolehlivost objektu (dopravního prostředku) ve skutečných provozních podmínkách.

Spolehlivost je dle normy ČSN IEC 50(191) „souhrnný termín pro popis pohotovosti a činitelů, které ji ovlivňují: bezporuchovost, udržovatelnost a zajištěnost údržby“.

Tato definice vyjadřuje závislost spolehlivosti nejen na vlastnostech sledovaného objektu (dopravního prostředku), ale i na možnostech a zajištění jeho údržby.

Jak již bylo uvedeno výše, spolehlivost je možné posuzovat ze dvou hledisek:

Inherentní spolehlivost – spolehlivost vložená do objektu v prvních fázích jeho životního cyklu, tj. ve fázi koncepce, vývoje, návrhu a výroby objektu. V těchto fázích může dojít k negativnímu ovlivnění spolehlivosti objektu (špatná koncepce, chyby v návrhu konstrukce, nedodržení technologie výroby apod.).

Provozní spolehlivost – spolehlivost ve fázi uvedení do provozu a vlastním provozování objektu. Provozní spolehlivost v sobě zahrnuje všechny vlivy provozních podmínek (provozní zatížení, změny provozního režimu apod.), vliv okolního prostředí působícího na objekt (teplota, vlhkost, prašnost apod.), dodržení předepsané údržby (a správnost jejího návrhu) a také vliv lidského faktoru, který může výslednou spolehlivost v některých případech výrazně ovlivnit.

Obecně tedy popis spolehlivosti považujeme za hodnocení požadované funkčnosti sledovaného objektu, včetně možností tuto funkčnost ovlivnit vhodnou údržbou objektu.

Diagnostické systémy mají za úkol zajištění objektivních informací o aktuálním stavu sledovaného objektu.


70 Spolehlivost a diagnostické systémy, definice spolehlivosti – Pavel Kukla

Realizace diagnostického systému je jednou z podmínek pro zvýšení spolehlivosti sledovaného objektu. U dopravního prostředku je nutné sledovat velké množství diagnostických parametrů. Sledování a vyhodnocování parametrů nejdůležitějších pro spolehlivý provoz prostředku se realizuje během jeho provozu pomocí palubní diagnostiky, ostatní parametry se mohou diagnostikovat mimo běžný provoz pomocí staniční diagnostiky.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat vztah diagnostického systému a spolehlivosti.

Otázky

1. Jak může diagnostický systém ovlivnit spolehlivost objektu?

2. Jaké jsou základní dva druhy spolehlivosti?

3. Jak souvisí druhy spolehlivosti s etapami životního cyklu objektu?

4. Může diagnostika objektu ve fázi jeho likvidace ovlivnit provozní spolehlivost?

Další zdroje





71 Metody pro zvýšení spolehlivosti – Pavel Kukla

11 METODY PRO ZVÝŠENÍ SPOLEHLIVOSTI

Pro zvýšení spolehlivosti může být použita například metoda analýzy možností vzniku vad a jejich příčin a následků (FMEA) nebo analýza pomocí stromu poruch (FTA) nebo stromu událostí (ETA). Velmi vhodná je také metoda zajištění systému údržby orientovaného na bezporuchovost (RCM).

11.1 Metoda FMEA – analýza způsobů a následků poruch



Popsat postup realizace analýzy spolehlivosti metodou FMEA.

Vyřešit jednoduchou analýzu FEMA.

Výklad

Název metody vznikl z anglického názvu Failure Mode and Effect Analysis, bylo by možné ho přeložit také jako Analýza možností vzniku vad a jejich následků. Metoda zajišťuje postup pro systematické odhalování možných poruch konstrukce nebo procesu (postupu). Je založena na principu předcházení poruch – prevence poruchy je lepší než její pozdější hledání, odhalování a odstraňování. FMEA je systematická procedura (zajišťuje systematický postup) pro vyloučení všech předpokládaných (pokud se dělá ve fázi návrhu výrobku nebo procesu) poruch nebo pro zmírnění následků poruch které se již projevily (pokud se dělá pro již realizovanou konstrukci, výrobek nebo pro probíhající proces.

Metoda FMEA vznikla v kosmickém výzkumu, kde bylo nutné zajištění maximální provozní spolehlivosti. Postupně se dostávala do dalších odvětví jako je letectví, elektrotechnika nebo automobilový průmysl.

Pro potřeby analýzy jsou rozlišeny dva základní typy:

Konstrukční FMEA – hledá příčiny poruch v nedostatcích návrhu objektu

Procesní FMEA – hledá příčiny poruch, které se mohou vyskytnout během operace, provozu objektu



Základní kroky postupu analýzy FMEA:

1. Vytvoření týmu pro analýzu FMEA. 2. Formulace problému. 3. Analýza konstrukce nebo procesu - podle typu problému. 4. Hledání a zapsání všech potenciálních způsobů poruch. (Brainstorming.) 5. Určení možných následků poruch (může být několik následků pro jednu vadu – dále se

bere v úvahu ten nejhorší). 6. Určení všech možných příčin vzniku poruch (může být několik příčin pro jednu

poruchu – rizikové číslo poruchy se určuje pro každou příčinu). 7. Určení všech možností kontroly, které mohou vzniklou poruchu odhalit (může být

odhalena kontrolou i na několika místech, případně může být odhalena nemožností vykonání následující operace).

8. Ohodnocení (1-10) závažnosti (dle následků), četnosti výskytu (dle příčiny) a pravděpodobnosti odhalení (dle kontroly) každé poruchy.

9. Výpočet míry rizika (RPN (rizikové číslo) = význam * výskyt * odhalení) na základě předchozího ohodnocení.

10. Stanovení mezního rizikového čísla (dle normy nebo dohodou) 11. Výběr nejzávažnějších možných poruch dle rizikového čísla. 12. Návrh preventivních nebo nápravných opatření pro tyto závažné poruchy. 13. Teoretický výpočet nového rizikového čísla pro poruchy s nápravným opatřením. 14. Realizace opatření a jejich nová kontrola pomocí analýzy FMEA.

Pokud se analýza FMEA provádí opravdu zodpovědně, může velmi významně snížit riziko poruch a zvýší provozní spolehlivost objektu. Celá analýza se může provádět pomocí formuláře nebo počítačového programu.

Obr. 11.1: Příklad formuláře FMEA procesu (dle [29])



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat základní postup analýzy FMEA a vysvětlit pojmy význam, výskyt, odhalení poruchy, rizikové číslo, nápravné opatření.

Otázky

1. Jaký je postup realizace analýzy FMEA?

2. Jaký je rozdíl mezi konstrukční a procesní analýzou FMEA?

3. Vysvětlete pojmy význam, výskyt a odhalení poruchy. Co tyto pojmy určují?

4. Je FMEA subjektivní nebo objektivní metoda?

5. Co je výsledkem analýzy FMEA?

6. Analyzujte touto metodou velmi jednoduchou součástku dopravního prostředku.

Další zdroje

HOLUB, R., VINTR, Z.: Spolehlivost letadlové techniky (elektronická učebnice),

PLURA, J.: Plánování a neustálé zlepšování jakosti. Computer Press, Praha 2001

11.2 Metoda FTA – analýza stromu poruchových stavů



Popsat postup analýzy spolehlivosti pomocí stromu poruchových stavů.

Vyřešit touto analýzou jednoduchý případ.



Výklad

Anglický název metody Fault Tree Analysis – FTA. Tato metoda má preventivně analyzovat pravděpodobnost možného selhání celého objektu a hledá preventivní opatření, která mají tomuto selhání zabránit a tím zvýšit jeho provozní spolehlivost. Je to grafická metoda, která stromovou strukturou popisuje všechny možné kombinace problémů celého objektu a možnosti selhání jeho jednotlivých prvků. Metodika tak může zahrnout nejen poruchy jednotlivých komponent objektu, ale i možný vliv lidského činitele (např. chyby v rozhodování obsluhy prostředku).

Strom poruch je vytvořen tak, že popisuje sled událostí, které mohou vést k tzv. vrcholové události. Vrcholová událost (problém, porucha) bývá většinou definována jako velmi závažná negativní událost – vážná porucha, havárie, automobilová nehoda apod.

Strom poruch tedy vyjadřuje strukturu podmínek (událostí), které mohou s určitou pravděpodobností být příčinou vrcholové události. Vzájemný vztah jednotlivých příčin je v diagramu vyjádřen hradly A a NEBO (AND a OR). Tato hradla zobrazují vzájemný vztah jednotlivých příčin, AND spojuje příčiny, které jsou nutné pro vznik další poruchy současně, OR příčiny, které mohou další poruchu iniciovat samostatně.

Celá stromová struktura diagramu tedy zobrazuje jednotlivé úrovně, ve kterých mohou příčiny vznikat, až po vrcholovou událost. Pokud jsou známé pravděpodobnosti vzniku jednotlivých výchozích příčin, je možné je do diagramu dosadit a určit z nich pravděpodobnost vzniku vrcholové události. Jako příčinu, která se podílí na vzniku následné poruchy, je možné do diagramu vložit i lidskou chybu. Je však velmi obtížné určit pravděpodobnost kterou se lidská chyba v procesu projeví.

Obr. 11.2: Příklad realizace FTA (dle http://www.ikvalita.cz/pic/fta.gif)

http://www.ikvalita.cz/pic/fta.gif



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat postup analýzy spolehlivosti pomocí stromu poruchových stavů a vysvětlit pojmy vrcholová událost, operátory (hradla) AND a OR a jejich funkce ve stromu poruchových stavů.

Otázky

1. Jaký je postup realizace stromu poruchových stavů?

2. Od jaké události se začíná strom poruchových stavů kreslit?

3. Jaké mohou být vzájemné vztahy mezi jednotlivými prvky stromu por. stavů?

4. Nakreslete FTA pro poruchu z vaší praxe.

Další zdroje



11.3 Metoda ETA – analýza stromu událostí



Popsat postup analýzy spolehlivosti pomocí stromu událostí.




Výklad

Anglický název metody Event Tree Analysis – ETA. Analýza ETA se zabývá možnými následky iniciační události. To znamená, že nehledá příčiny poruchy (ty řeší FTA), ale zabývá se jejími možnými následky. Diagram stromu událostí tak zobrazuje možný vývoj událostí po výchozí poruše. Každá v čase následující událost je podmíněna možným výskytem předchozích událostí. Výsledky předchozích událostí jsou ve stromu událostí nejčastěji popsány jako dvoustavové – ANO událost se stala, NE k události nedošlo.

Výsledkem analýzy stromu událostí může být buď hledání událostí, kterým je možné zabránit a eliminovat tak následky výchozí události, nebo k určování tzv. koncových stavů výsledné události („co se stane, když…). Do této analýzy je opět možné zahrnout selhání lidského činitele. Pokud je známa pravděpodobnost vzniku jednotlivých událostí, je možné z diagramu určit pravděpodobnost vzniku koncových událostí. Spolu s jejich závažností to může být podkladem pro navrhování preventivních nebo nápravných opatření.

Obr. 11.3: Příklad realizace ETA (dle http:// www.vubp.cz/.../152-postupy-a-metodiky-

analyz-a-hodnoceni-rizik-...)

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat postup analýzy spolehlivosti pomocí stromu událostí.





Otázky

1. Jaký je postup realizace stromu událostí?

2. Od jaké události se začíná strom událostí kreslit?

3. Musí se každá událost projevit ve všech větvích ETA?

4. Nakreslete ETA pro událost (havárii) z vaší praxe.

Další zdroje



11.4 Metoda RCM – údržba zaměřená na bezporuchovost



Popsat postup realizace metody RCM.


Výklad

Anglický název metody Reliability Centred Maintenance – RCM. Tato metoda byla původně vyvinuta pro civilní letecký průmysl a postupně se rozšířila do dalších průmyslových odvětví. Metodika byla rozpracována v normě ČSN IEC 60300-3-11. Program údržby stanovený touto metodou stanoví, jaké celky se musí udržovat, jakých cílů se má touto údržbou dosáhnout, jaké prostředky použít a v jakých intervalech údržbu provádět. Řešení těchto otázek je poměrně složité, a proto je rozčleněno na čtyři dílčí úlohy.



Provedení dekompozice objektu a stanovení cílů údržby.

Proces dekompozice zahrnuje identifikaci celků, konstrukčních skupin a podskupin a může zahrnout i identifikaci jednotlivých součástek původního celku. Dekompozicí se určí funkčně významné a ostatní celky. Funkčně významné celky (FSI) jsou takové, jejichž porucha je z nějakého důvodu závažná a její následky můžeme zařadit do jedné ze tří kategorií, v nichž se dále posuzují:

1. Způsobí poruchu ovlivňující bezpečnost, životní prostředí (SSI). 2. Způsobí poruchu s významným dopadem na provoz a údržbu (MSI). 3. Způsobí poruchu s významným ekonomickým dopadem (ESI).

Stanovení prostředků a obsahu údržby

Prostředky údržby mohou být například:

- mazání, čistění – udržení inherentní způsobilosti celku - provozní, vizuální kontrola – zjišťuje poruchy, které nejsou běžně detekovány

obsluhou nebo monitorovacím systémem - prohlídka, kontrola funkce, diagnostika – diagnostický systém - obnova – od čištění, seřízení po generální opravu - vyřazení – celek se vyřadí z provozu po určené době života

Obsah údržby definuje úkoly preventivní údržby a úkoly neplánované údržby.

Určení intervalu údržby

Pokud jsou intervaly pravidelných kontrol technického stavu stanoveny legislativou, musí být tyto hodnoty vždy zahrnuty do údržbového systému. Pro matematické stanovení intervalu údržby se statistickými metodami zpracovávají data o bezporuchovosti, dodaná výrobcem nebo provozovatelem vozidla. Jestliže jsou data o bezporuchovosti nedostatečná, nebo nejsou vůbec k dispozici, vychází se z poznatků o údržbě a obnově obdobných konstrukcí a intervaly se stanoví intuitivně.

Sestavení počátečního a provozního programu údržby

U nových objektů se určí počáteční (pro dobu záběhu) a provozní (pro běžný provoz) program údržby. Efektivní program údržby musí obsahovat pouze takové úkoly, které jsou opravdu nutné pro splnění daných cílů. Nadbytečné úkoly zvyšují náklady na údržbu a přitom nezvyšují inherentní úroveň bezporuchovosti.



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat základní postup analýzy spolehlivosti pomocí metody RCM a vysvětlit pojmy dekompozice objektu, cíl údržby, prostředky a obsah údržby, program údržby.

Otázky

1. Jaký je postup realizace metody RCM?

2. Co provádí jednotlivé kroky metody RCM?

3. Co je výsledkem realizace metody RCM?

Další zdroje

FAMFULÍK, J.: Údržba hnacích vozidel zaměřená na bezporuchovost, Disertační

práce, VŠB, Ostrava, 2002

FAMFULÍK, J.: Teorie údržby. Skriptum VŠB TU Ostrava, Fakulta strojní, 2006

MOUBRAY, J.: RCM – Reliability – centred Maintenance, Great Britain, 1997


80 Údržba – zajištění provozní spolehlivosti – Pavel Kukla

12 ÚDRŽBA – ZAJIŠTĚNÍ PROVOZNÍ SPOLEHLIVOSTI



Popsat základní přístupy k zajištění systému údržby.

Výklad

Cílem údržby dopravního prostředku je jeho setrvání v provozuschopném stavu při vynaložení minimálních nutných nákladů. To je velmi problematické, údržba vždy potřebuje dostatečné finanční prostředky, ale pokud je prováděna racionálně, ušetří náklady na odstranění následků poruch a zvyšuje provozní spolehlivost objektu. Je tedy vždy nutné zvážit předpokládané náklady na údržbu (včetně využití diagnostického systému) a ušetřené náklady na opravy při zajištění zvýšené spolehlivosti. Při tomto rozhodování vždy vzniká riziko, vyplývající z odhadu ušetřených nákladů. Neexistuje tedy univerzální řešení na koncepci diagnostického systému ani na realizaci údržbového systému. Každý systém musí respektovat charakter konkrétního dopravního prostředku a jeho provozních podmínek.

Rozeznáváme tři základní systémy údržby:

- údržba podle předem stanoveného časového plánu - údržba podle skutečného technického stavu objektu - údržba po poruše objektu

Údržba podle předem stanoveného časového plánu.

Někdy také „údržba v pevně stanovených časových intervalech, tzv. HTL údržba – Hard Time Limits. Podkladem pro stanovení časového intervalu jsou zejména statistické informace o poruchách daného objektu a také zkušenosti výrobce a provozovatele objektu. Časový údaj může nahradit jiný relevantní parametr, který má lepší vypovídací hodnotu o provozování objektu, například počet ujetých kilometrů (kilometrický proběh), množství spotřebovaného paliva apod.



Údržba podle skutečného technického stavu objektu.

Tzv. OC údržba – On Condition, před provedením údržby se metodami technické diagnostiky provede ověření skutečného technického stavu a tím i nutnosti provedení údržbového zásahu.

Tento systém údržby umožní lepší využití technické životnosti jednotlivých prvků objektu, ale je náročnější na provozování diagnostického systému.

Údržba po poruše objektu.

Údržba RB – Run to Breakdown, tzn. „jezdi do poruchy“ je vhodná pro ty části dopravního prostředku, jejichž porucha nemůže ovlivnit bezpečnost provozu, nevyvolá ekologickou havárii a neohrozí obsluhu dopravního prostředku. Tento systém údržby se používá pro takové prvky dopravního prostředku, kde předchozí systémy údržby nejsou efektivní. Pro tyto prvky nelze stanovit ideální intervaly údržby a aplikace diagnostického systému je pro ně příliš finančně náročná. A to buď kvůli náročnosti diagnostického systému, nebo pro zanedbatelnou cenu součásti. Systém se tedy používá zejména pro jednoduché, levné a snadno vyměnitelné prvky, například spojovací součásti, řemeny, těsnění, elektrické součástky, pojistky apod.

Požadavky na údržbu se postupně vyvíjeli od oprav po poruše, přes plánovanou preventivní údržbu až k systémům údržby podle skutečného technického stavu objektu nebo jeho prvků. U složitějšího objektu, jakým je i dopravní prostředek, je nutné všechny uvedené systémy údržby kombinovat. Jestliže uvážíme, že automobil má cca 15-20 tisíc různě složitých dílů, je jasné, že jejich velká část bude podléhat systému údržby po poruše a pouze relativně malá část dílů, nebo jejich sestav, bude udržováno systémem údržby podle předem stanoveného plánu, nebo s pomocí diagnostiky podle jejich aktuálního technického stavu.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat tři základní systémy údržby.

Otázky

1. Popište rozdíly mezi třemi základními systémy údržby.

2. Uveďte příklady prvků dopravního prostředku vhodné pro jednotlivé systémy údržby.



Další zdroje

FAMFULÍK, J.: Údržba hnacích vozidel zaměřená na bezporuchovost, Disertační práce

VŠB, Ostrava, 2002


REMEK, B.: Provozní údržba a diagnostika vozidel

SCHENCK: Firemní literatura - Preventivní údržba strojů, Brno 1989

STODOLA, J.: Provozní spolehlivost a diagnostika, VA Brno, 2002


83 Možnosti technické diagnostiky a provozní SPOLEHLIVOST – Pavel Kukla

13 MOŽNOSTI TECHNICKÉ DIAGNOSTIKY A PROVOZNÍ SPOLEHLIVOST



Popsat možnosti vlivu technické diagnostiky na provozní spolehlivost objektu.

Výklad

Technická diagnostika je neustále se rozvíjející obor, který se zabývá stanovením technického stavu objektu. Je proto integrální součástí návrhu a realizace diagnostického systému. K zajištění provozní spolehlivosti dopravního prostředku je nutné sledování technického stavu objektu a případná detekce a lokalizace tvorby poruchy s dostatečným předstihem. V případě hrozící havárie, diagnostický systém využije nastavené havarijní hraniční hodnoty diagnostické veličiny a může automaticky bez zásahu člověka zastavit provoz diagnostikovaného stroje.

Technická diagnostika je definována jako bezdemontážní a nedestruktivní. Měla by tedy být realizována s minimálními zásahy do objektu a bez jakéhokoliv vlivu na sledovaný objekt. Volba metody technické diagnostiky úzce souvisí s metodou údržby objektu.

Diagnostický systém s využitím metod technické diagnostiky je většinou realizován s údržbou podle skutečného technického stavu, protože právě diagnostika skutečného technického stavu je cílem realizace diagnostického systému. Konkrétní typ diagnostického systému, tak jak bylo dříve popsáno, je zvolen podle konkrétního řešeného diagnostického problému.

Technická diagnostika používaná v rámci údržby objektu má tři základní úlohy:

1. Vlastní údržbu – technická diagnostika pomáhá zajišťovat požadovanou kvalitu údržby a dodržování předepsaných provozních podmínek.

2. Opravy – technická diagnostika ověřuje technický stav před opravou (pro určení rozsahu údržbových prací) a kontroluje technický stav po opravě (zajišťuje kvalitu opravy, slouží jako výstupní kontrola).


84 Možnosti technické diagnostiky a provozní SPOLEHLIVOST – Pavel Kukla

3. Kontrolní a revizní činnost – provádění prohlídek za účelem zjištění aktuálního technického stavu, případně detekování a lokalizaci vznikající poruchy.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat možnosti technické diagnostiky používané v rámci údržby objektu.

Otázky

1. Jak je definována technická diagnostika?

2. Jaké jsou úlohy technické diagnostiky v rámci údržby?

Další zdroje


KREIDL, M., ŠMÍD, R.: Technická diagnostika, BEN, Praha, 2006

REMEK, B.: Provozní údržba a diagnostika vozidel

SCHENCK: Firemní literatura - Preventivní údržba strojů, Brno 1989

STODOLA, J.: Diagnostika motorových vozidel, VUT Brno, 2002

STODOLA, J.: Provozní spolehlivost a diagnostika, VA Brno, 2002


85 Metody technické diagnostiky – Pavel Kukla

14 METODY TECHNICKÉ DIAGNOSTIKY



Popsat rozdělení základních metod technické diagnostiky a jejich využití.

Výklad

Metody technické diagnostiky je možné rozdělit na metody, které sledují některý z fyzikálních parametrů sledovaného objektu, defektoskopické metody, které hledají možnou poruchu (vadu) v materiálu a tribotechnické metody, které určují stav objektu z rozboru používaného oleje (maziva).

Mezi fyzikální metody technické diagnostiky patří především:

- Vibrodiagnostika

- Hluková diagnostika

- Tepelné metody (měření teploty, termografie)

Základní defektoskopické metody jsou:

- Vizuální metody

- Kapilární metoda

- Magnetické metody

- Ultrazvukové metody

- Metody akustické emise

- Prozařovací metody

Mezi nejdůležitější metody tribodiagnostiky patří:

- Stanovení viskozity

- Stanovení znečištění oleje (a určení znečišťujících látek)

- Určení obsahu vody v oleji

- Stanovení bodu vzplanutí a bodu hoření oleje



14.1 Vibrodiagnostika



Popsat metodu vibrodiagnostiky a její možnosti využití.

Výklad

Měření vibrací patří mezi významné a stále se rozšiřující diagnostické metody. Pomáhá identifikovat hlavní příčiny mechanického chvění a hledá cesty k jeho odstranění nebo alespoň omezení. Příčinou vibrací u stroje jsou dynamické síly, které mohou vznikat nepřesností mechanických dílů a součástí, vůle mezi pohyblivými součástkami, nevývaha součástí pohybujících se součástí. Chvění může vyvolávat také vzájemná rezonance součástí. Pro diagnostiku vibrací je nutné jejich přesné změření, jedině tak je potom možné s vysokou pravděpodobností určit jejich zdroj a tím i případnou závadu objektu.

Vibrace jsou tvořeny kmitavým pohybem hmotného bodu (tělesa) kolem rovnovážné polohy (viz obr. 14.1). Počet cyklů tohoto kmitavého pohybu se nazývá kmitočet (jednotka Hertz – Hz) a patří k nejdůležitějším parametrům pro vibrodiagnostiku. Teoreticky může být kmitavý pohyb jednoduchý a obsahovat pouze jednu složku s jedním určitým kmitočtem, v praxi se setkáváme ve většině případů s pohybem složeným s většího počtu složek s různými kmitočty. Mechanické vibrace diagnostikovaného objektu obvykle obsahují velký počet složek s různými kmitočty. K jejich rozlišení a tím i možné identifikaci jejich zdrojů je nutné použít tzv. kmitočtovou analýzu. Kmitočtová analýza umožní rozklad signálu na jeho jednotlivé složky, grafické znázornění tohoto rozkladu je tzv. spektrum signálu. Kmitočtová analýza signálu je základem pro vibrodiagnostiku strojů. Umožňuje identifikaci zdrojů vibrací, pokud známe jejich možné budicí frekvence. Na základě této identifikace se posuzuje stav jednotlivých prvků objektu a trend vývoje jejich vibrací.


CD-ROM



Obr. 14.1: Schéma vzniku absolutních a relativních vibrací (dle [19])

Každý kmitavý pohyb je možné popsat pomocí výchylky, rychlosti nebo zrychlení vibrací. Hlavní rozdíl mezi těmito veličinami je ve fázovém posunu časového průběhu jejich vln (rychlost má fázový předstih 90°, zrychlení 180°). Současné analyzátory umožňují při měření kterékoliv z těchto veličin její převod na ostatní. Proto se nejčastěji používají piezoelektrické snímače zrychlení (akcelerometry), které mají široký pracovní kmitočtový a dynamický rozsah a jsou poměrně spolehlivé a stabilní (viz obr. 14.1).

Základním prvkem piezoelektrického snímače zrychlení je piezoelektrický krystal, u kterého je využit tzv. piezoelektrický jev. V tomto krystalu při jeho mechanickém namáhání v tahu, tlaku nebo střihu vzniká na čelních stranách elektrický náboj. Tento náboj je přímo úměrný působící mechanické síle, tedy vibracím měřeného objektu. V používaných snímačích zrychlení je piezoelektrický člen upevněn tak, že při kmitavém pohybu snímače na něj působí síla úměrná zrychlení přídavné hmoty.




Obr. 14.2: Schéma piezoelektrického snímače (dle [19])

Dalším používaným snímačem je indukční snímač, který pracuje na principu indukce mezi pohybující se cívkou snímačem a pevným jádrem (viz obr. 14.2). Velikost této indukce je dána rychlostí vzájemného pohybu cívky a jádra.

CD-ROM




Obr. 14.3: Schéma indukčního snímače (dle [19])

CD-ROM

Na portálu je k dispozici video měření vibrací při průjezdu motorové jednotky.

CD-ROM



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat metodu vibrodiagnostiky a její možnosti využití a vysvětlit pojmy indukční snímač, piezoelektrický snímač, frekvenční spektrum.

Otázky

1. Popište princip vibrodiagnostiky.

2. Co je frekvenční spektrum a jak se využívá.

3. Jak funguje piezoelektrický snímač?

4. Jak funguje indukční snímač?

Další zdroje

BENEŠ, Š. : Teorie stavby strojů. Stripta VŠST v Liberci, Liberec 1986

BENEŠ, Š. – TOMEH, E. : Metody diagnostiky valivých ložisek. Skripta VŠST

Liberec, Liberec 1991

BENEŠ, Š., ŠEREMETA, L., VÁLA, K.: Bezdemontážní diagnostika, VŠST Liberec,

1986

BREPTA, R. – PŮST, L. – TUREK, F. : Mechanické kmitání – Technický průvodce

71. Sobotáles, Praha 1994

BRÜEL & KJÆR: Firemní literatura – Měření chvění, Praha, 1984

BRÜEL & KJÆR: Firemní literatura – Vibrační zkoušení, Praha 1988

KUKLA, P.: Diagnostické sledování a vyhodnocení technického stavu převodovek

elektrických jednotek s cílem zvýšení provozní spolehlivosti, Dizertační práce, UPce,

Pardubice, 2009



14.2 Hluková diagnostika



Popsat metodu vibrodiagnostiky a její možnosti využití.

Výklad

Závada u diagnostikovaného objektu se může podobně jako vibracemi projevovat také nadměrným nebo specifickým hlukem. Hluk tak může být varováním nestandardního chování objektu. V některých případech může hluk svoji hlasitostí také být velmi nebezpečný pro lidský sluch.

Každý zvuk (hluk) je vlastně změna tlaku média (většinou vzduchu, ale může to být také voda nebo jiné prostředí), kterou lidské ucho je schopno rozeznat. Lidský sluch dokáže rozeznat takové změny tlaku, které proběhnou rychleji než 20x za sekundu. Počet změn tlaku za sekundu určuje kmitočet zvuku, jeho jednotkou je Hertz (Hz), tedy stejně jako u kmitočtu vibrací. Čím větší kmitočet, tím je tón pro člověka slyšitelný jako vyšší. Kmitočtový rozsah sluchu zdravého mladého člověka se uvádí přibližně od 20 do 20 000 Hz. Každý člověk má tento rozsah individuální, záleží na mnoha okolnostech – zdraví, prostředí, ve kterém se člověk pohybuje, stáří apod.

Tlakové změny se šíří v pružném prostředí od zdroje rychlostí danou druhem prostředí. U diagnostikovaného objektu se tak možná závada projeví vibracemi některého prvku, a když se tyto vibrace dostanou (přes další prvky objektu) na jeho povrch, projeví se jako nežádoucí hluk a tímto hlukem je možné závadu identifikovat. Na základě znalosti kmitočtu a rychlosti šíření zvuku je možné určit vlnovou délku zvuku. Vlnová délka je vlastně vzdálenost mezi stejnými místy vlny (maximem, minimem nebo kterýmkoliv bodem).

Zvuk je možné popsat analogicky s vibracemi. Stejně jako u vibrací může existovat jednoduchý kmitavý pohyb s jednou složkou, může existovat i zvuk s jedním kmitočtem. Takový zvuk se nazývá čistým tónem a vyskytuje se velmi zřídka (teoreticky například u ladičky). I čistý tón klavíru obsahuje více kmitočtů než jeden. Hluk tedy obsahuje mnoho složek s různými kmitočty a má povahu širokopásmového šumu. Veličinou popisující hlasitost zvuku (hluku) je Decibel (dB). Nejslabší zvuk, který může lidské ucho zachytit, má akustický tlak 20µPa. Je to tak malá změna tlaku, že se na výchylce ušního bubínku projeví na úrovni velikosti molekul. Naopak maximální možný zvuk, který lidské ucho může snést je



více než milionkrát větší. Toto je důvod, proč je nutné pro měření akustického tlaku hluku používat logaritmickou stupnici s jednotkou dB. Decibel je relativní jednotkou vztaženou k dohodnuté referenční hodnotě. Při měření hluku byla jako referenční hodnota zvolena právě prahová hodnota akustického tlaku, tj. tlak 20µPa. Tomuto bodu odpovídá hladina 0 dB. Každému dvojnásobku akustického tlaku odpovídá zvýšení hladiny o 3 dB, každému desetinásobku potom zvýšení o 20 dB. Takto použitá logaritmická stupnice umožňuje komprimaci rozsahu akustického tlaku (20 - 20000000 µPa) na stupnici s rozsahem 0 – 120 dB. Logaritmická stupnice zároveň lépe odpovídá subjektivnímu sluchovému vjemu hlasitosti zvuku. Rozdílné vnímání zvuku při různých kmitočtech a amplitudách je dáno vlastnostmi lidského ucha.

Měření hluku pro diagnostická měření se provádí hlukoměrem (zvukoměrem) nebo analyzátorem jehož součástí je zvukoměrné zařízení. Zvukoměr je zařízení reagující na zvuk podobně jako lidského ucho. Zvukoměr obsahuje mikrofon, zařízení pro zpracování signálu a indikační (výstupní) zařízení. Měřicí mikrofon převede dopadající zvuk na ekvivalentní elektrický signál, který se dále zpracuje. Nejčastější následující zpracování je úprava pomocí váhového filtru.

Podrobné informace, nutné pro hlukovou diagnostiku, se získají kmitočtovou analýzou podobně jako u analýzy vibrací. U kmitočtové analýzy hluku se často provádí analýza v intervalech kmitočtů, nazývaných kmitočtová pásma. Nejčastější užívaná šířka pásma bývá jedna oktáva nebo 1/3 oktávy. Oktávové pásmo je pásmo, jehož horní mezní kmitočet je roven dvojnásobku jeho dolního mezního kmitočtu (např. jestliže dolní kmitočet je 707Hz, horní kmitočet oktávy bude 1414Hz). Rozklad naměřeného hluku je na stejném principu jako rozklad vibrodiagnostického signálu.

CD-ROM

Na portálu je k dispozici video měření hluku při průjezdu motorové jednotky.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat metodu hlukové diagnostiky a její možnosti využití.



Otázky

1. Popište princip hlukové diagnostiky.

2. Proč se při měření hluku používají decibely?

3. Jak se provádí diagnostické vyhodnocení hluku?

Další zdroje


JANOUŠEK, I., KOZÁK, J., TARABA, O.: Technická diagnostika, SNTL, 1988

BRÜEL & KJÆR: Firemní literatura

14.3 Teplotní diagnostika



Popsat metody měření teploty a možnosti využití termodiagnostiky.

Výklad

Diagnostika pomocí sledování teploty je nedestruktivní diagnostická metoda založená na sledování, zobrazení a vyhodnocení teplotního pole povrchu diagnostikovaného objektu. Změna teploty sledovaného objektu je jednou z rozhodujících veličin, která je reakcí na změnu technického stavu stroje. Teplota je mírou kinetické energie pohybujících se částic materiálu a může být ovlivněna právě procesy opotřebení diagnostikovaného stroje.

Měření teploty je možné rozdělit na dva základní principy:

- Bodové měření teploty – sleduje změny teploty v konkrétním prvku objektu (např. vozidle, stroji…)



- Analýza teplotního pole – sleduje plochu celého prvku nebo jeho části a většinou hledá teplotní rozdíly zobrazeného pole

Uvedené metody umožňují sledování například stav uložení (kluzných nebo valivých ložisek) hřídelů, tepelné poměry na různých místech motoru, stav a případné přehřátí elektrických obvodů elektroinstalace apod.

Podle způsobu měření teplotních údajů je možné dělit tepelné metody na základní způsoby:

- Kontaktní (dotykové) měření – přesné, pomalejší, rozsah je omezen typem měřicí sondy, přístupností objektu, měřicí sonda může ovlivnit teplotu objektu.

- Bezkontaktní (bezdotykové) měření – méně přesné, rychlé, umožňuje měření jinak nepřístupných objektů, pohybujících se objektů, je možné měřit vysoké teploty, neovlivní měřený objekt.

Kontaktní metody měření teploty

a) Metody založené na převodu změny teploty na změnu elektrické veličiny.

- Odporové snímače – využívají růstu odporu materiálu (Pt, Ni, Cu) se změnou teploty. Snímač je nejčastěji tvořen odporovým drátkem, který je kvůli co nejdelší délce stočený do šroubovice, zataveným do skla. Rozsah měření může být podle použitého materiálu cca od -200°C do 800°C. K vyhodnocení elektrického signálu se používá můstkových metod.

- Termistory – jsou polovodičové snímače teploty, které mohou mít kladný nebo záporný součinitel změny teploty, tzn. se zvýšením měřené teploty se naměřený odpor materiálu zvyšuje (kladný součinitel), nebo snižuje (záporný součinitel). Mají vyšší koeficient teplotní závislosti než odporové snímače a tím i vyšší citlivost při malé hmotnosti. Nevýhodou je nelinearita závislosti odporu na teplotě – k měření se musí vybrat vhodná lineární část charakteristiky snímače.

- Termoelektrické snímače – snímač je tvořen dvěma rozdílnými kovy (např. železo - konstantan) na obou koncích spojenými. Při změně teploty na jednom konci se na druhém konci indikuje napětí dané zvolenými materiály a rozdílem teplot. Výhodou je poměrně široký rozsah měřených teplot, nevýhodou menší citlivost snímače na změnu teploty.

b) Metody založené na tepelné roztažnosti materiálu

- Skleněné teploměry – využívají tepelnou roztažnost použité tekuté látky (např. rtuť, obarvený líh). Slouží k vizuálnímu sledování teploty. Přesnost záleží na tepelné roztažnosti použité látky a na průměru skleněné trubice.

c) Metody využívající organické sloučeniny

- Kapalné krystaly – organické sloučeniny, jejichž barva se mění vlivem teploty. Tato změna je vratná, měření umožňuje pouze relativní sledování teploty, je možné sledovat změny teploty, ale absolutní teplotu je nutné změřit jinou, přesnější metodou. Metoda má malý rozsah, cca 10 - 100°C.



Bezkontaktní metody měření teploty

Bezkontaktní měření umožňuje bodové měření teploty (velikost „bodu“ záleží na vzdálenosti měřidla od objektu), nebo sledování teplotního pole. Problematika určení teploty tělesa bezkontaktním způsobem je složitá, záleží na mnoha parametrech. Důležitým parametrem pro měření je nastavená poměrná emisivita objektu (poměr intenzity vyzařování reálného tělesa k intenzitě vyzařování absolutně černého tělesa, má hodnotu v rozsahu 0 - 1). Pro daný materiál je možné ji najít v tabulkách. Některé levnější pyrometry mají nejčastěji používanou emisivitu trvale nastavenou bez možnosti její změny. Přesné stanovení emisivity je poměrně náročné, proto je pro přesné měření teploty nutné cejchování jinou, nejlépe dotykovou metodou.

a) Bodové měření teploty - Pyrometry – optiku pyrometru tvoří konkávní zrcadlo, které soustřeďuje infračervené záření přes objektiv na snímač. Materiál objektivu musí být kvůli propustnosti infračerveného záření jiný než běžné sklo, například fluorid lithný. Snímač převede infračervené záření na elektrický signál, který se dále zpracuje. Pyrometry mohou být úhrnné (vyhodnocení je přibližně z celého vlnového rozsahu záření), nebo pásmové (tepelné záření se vyhodnotí selektivně v pásmu daném spektrální citlivostí čidla).

b) Analýza teplotního pole – existuje několik metod pro analýzu teplotního pole, ale v současné době se používají převážně termografické systémy s plošnými snímači – termokamery, v menší míře potom liniové bezkontaktní scannery.

Termokamera – výsledkem práce s termokamerou je termogram (termovizní snímek). Termografie využívá část infračerveného pásma mezi viditelným a mikrovlnným zářením, tj. 0,75-1000µm, které se dělí pro potřebu termokamer na 5 pásem. Při běžných podmínkách vyzařují tělesa nejvíce dlouhovlnné záření 8-12µm a proto se tento rozsah využívá v termografii. Termokamera může vytvořit statický obraz nebo video zaznamenaného průběhu teplot v teplotním poli.

Liniový bezkontaktní scanner – pracuje na stejném principu jako scanner dokumentů – postupně snímá bodovou teplotu v linii kolmé na směr pohybu materiálu. Není vhodný pro diagnostiku strojů.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat základní metody měření teploty a teplotního pole.



Otázky

1. Popište výhody a nevýhody kontaktního a bezkontaktního měření teploty.

2. Která metoda je přesnější?

3. Jaké jsou možnosti kontaktního měření teploty?

4. Jaké jsou možnosti bezkontaktního měření teploty?

5. Podle jakých kritérií volíme způsob měření teploty?

Další zdroje



14.4 Tribodiagnostika



Popsat základní principy a metody tribodiagnostiky.

Výklad

Tribodiagnostika využívá poznatků z oblasti tření, opotřebení a mazání stroje. Na základě rozboru mazacího média (oleje, mazacího tuku apod.) získává informace o opotřebení, které v objektu nastává. Tribotechnická diagnostika řeší dva základní okruhy diagnostických problémů:

1) Zjišťování stavu mazacího média – umožňuje maximální využití média a prognózování jeho degradace.



2) Zjišťování provozního režimu objektu – určuje místa opotřebení mechanického systému (převodovky, hydraulického systému apod.) a stanovuje předpokládaný trend tohoto opotřebení.

Diagnostika opotřebení mechanických částí objektu mazaných olejem je založena na určení příměsí, které se do oleje dostanou především kovovým otěrem. Tento otěr se projeví ve složení sledovaného oleje a je tak možné nepřímo usuzovat na mechanické změny v systému, kde je olej použit. Může to být nejen otěr pohybujících se součástí, ale také úlomky materiálu při závažnější poruše. Ze zjištěného množství kovového otěru, jeho materiálu, velikosti a tvaru je možné odhadnout místo vzniku takového opotřebení materiálu. Nárůst množství, případně zvětšování částic signalizuje možný vznik diagnostického problému. Ze změn velikosti, tvaru a rychlosti nárůstu počtu diagnostikovaných částic lze odhadnout možnou závažnost poruchy a nutnost případných nápravných opatření. Pokud jsou v objektu použity různé materiály, je podle druhu nalezeného kovového otěru možné určit, která třecí dvojice ho způsobila a lokalizovat tak přesněji místo možné poruchy. Pokud není možné místo podle materiálu lokalizovat, je možné k tomu použít jinou vhodnou diagnostickou metodu.

Nečistoty v oleji tvoří cizorodé látky – plyny, kapaliny i tuhé látky. Pro tribodiagnostiku jsou nejdůležitější mechanické nečistoty, které mohou porušovat souvislost mazacího filmu a tím i zvyšují opotřebení, zvyšují provozní teploty, a mohou dokonce způsobit ucpání a zadření některých mechanizmů. Také může dojít k ucpání hydraulický filtrů, prvků apod. Zdrojem cizorodých látek bývá převážně vlastní provoz.

V oleji je možné najít dva druhy nečistoty:

- Primární – následek chemických oxidačních procesů v oleji, ke kterým dochází vlivem stárnutí.

- Sekundární – dostávají se do oleje při plnění, netěsnostmi a také otěrem, vznikajícím vlastním provozem.

Tyto nečistoty je z pohledu tribodiagnostiky možné rozdělit na měkké (produkty stárnutí a degradace oleje) a tvrdé (kovy, prach apod. – jsou abrazivní). Pro diagnostiku stavu stroje je nutné nejprve určit celkový obsah nečistot v oleji a potom i jejich složení (materiál, velikost, vývojový trend).

Tribodiagnostické metody jsou vhodné pro užití v provozu vozidel. Uvádí se, že ročně dochází následkem vysokého tření k vyřazování vozidel z provozu a tím k velkým ztrátám. Současně s diagnostikou tribodiagnostika umožňuje optimální využití olejů, maziv a hydraulických kapalin (dovoluje prodloužení jejich výměny).

Sledování degradace oleje vlivem provozu se provádí ve třech úrovních:

- Jednoduchými provozními metodami (rychle zjistí okamžitý stav).

Tyto metody umožňují stanovení smluvní vizkozity, obsahu vody, celkového znečištění, detergentně-disperzních vlastností.

- Klasickými chemickými (analytickými) metodami.



Umožňují přesnější stanovení viskozity, stanovení bodu vzplanutí a bodu hoření, kyselost, procento vody v oleji a další.

- Speciálními tribodiagnostickými metodami.

Sem patří například filtrační metody, odstřeďování vzorku oleje, optické metody apod. K určení materiálu (většinou kovu) se používá atomová emisní spektrální analýza (spektrografy, spektroskopy, kvantometry), absorpční emisní spektrální analýza, polarografická analýza, infračervená spektrometrie, nebo rentgenová fluorescenční analýza. Tyto metody umožňují dostatečně přesné určení cizích příměsí obsažených v oleji.

Další možností je často používaná ferografie – olej prochází přes transparentní podložku umístěnou nad permanentním magnetem a na této podložce zůstanou zachyceny všechny magnetické nečistoty – výsledkem je tzv. ferogram. Ten umožňuje posouzení velikosti částic, jejich výskyt, tvar apod. Na základě těchto údajů je možné usuzovat na technický stav zkoumaného objektu.

Pomocí uvedených metod je tedy možné určit druh a režim opotřebení mechanismu (motoru, převodovky…), určit materiál částic a tím i jejich původ (lokalizaci). Při opakovaných měřeních je možné stanovit trend rozvoje opotřebení a stanovit preventivní opatření, které zabrání případným poruchám a haváriím. Zároveň je možné určit vliv provozních podmínek na opotřebení objektu nebo naopak zvolit mazivo, které bude lépe vystihovat provozní podmínky objektu a opotřebení sníží.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat základní možnosti tribodiagnostiky a mít přehled o používaných metodách.

Otázky

1. Jakou problematiku řeší tribodiagnostika?

2. Které látky obsažené v oleji jsou rozhodující pro zjištění stavu stroje a jak je můžeme identifikovat?

Další zdroje

BLAŠKOVIČ, P., BALLA, J., DZIMKO, M.: Tribológia, Alfa, Bratislava, 1990





14.5 Endoskopy

Čas ke studiu: 1hodina


Popsat použití endoskopů a jejich základní rozdělení.

Výklad

Endoskopy slouží pro vizuální kontrolu těžko přístupných, nebo pro člověka úplně nepřístupných, míst. Nedestruktivní diagnostika se tedy provádí formou vizuální kontroly, v současné době buď pohledem do okuláru přístroje, nebo na monitoru umístěném mimo diagnostikovaný objekt. Samotný endoskop může svojí optikou obraz zvětšit a jeho další digitální zpracování umožňuje zvýraznění detailů potřebných pro diagnostiku. Jedná se v podstatě o stejný princip jako u digitálních fotoaparátů optický a digitální zoom. Aby bylo možné optikou endoskopu detaily snímat, je nutné sledované místo dostatečně osvětlit. To se provádí většinou světlem vedeným optickými vlákny z halogenového nebo jiného podobného zdroje. Ideální je, když se spektrální složení osvětlení podobá dennímu světlu, obraz je potom vytvořen s věrnými barvami sledovaného objektu a vizuální kontrola je přesnější. Kromě velmi drahých 3D endoskopů, získáme běžným endoskopem 2D zobrazení dané kvalitou optiky a kvalitou osvětlení.

Při diagnostice endoskopem je možné vystačit s pouhým zjištěním, že došlo k poruše nebo je nutné poruchu přesně identifikovat. K tomu je potom nutné zjištění rozměrů poruchy. Rozměry poruch (defektů) se určují pomocí srovnávacího měření. To se provádí porovnáním obrazu poruchy s obrazem známé součásti a z poměru velikostí se odhadne velikost poruchy. Podmínkou je stejná vzdálenost obou objektů od objektu a stejný úhel jejich snímání. Pokud není k dispozici vhodný objekt k porovnání, je možné použít měrku nasazenou na objektivu endoskopu. Rozměry poruch se získávají odhadem podle této měrky nebo dodatečným softwarovým vyhodnocením.

Nejčastěji používané endoskopy:

- Boroskop – pevný, neohebný přístroj, jehož optická část se sondou tvoří pevný celek s okulárem, na který je možné připevnit monitorovací zařízení (kameru, dig. fotoaparát). Délka inspekční trubice může být cca do 1,6m, objektiv může být uložen napevno nebo s možností naklápění. Výhodou boroskopů je možnost použití do teplot cca 150°C.

- Fibroskop – vláknový světelný vlnovod umožňuje přenos obrazu od objektivu k obrazovému výstupu (okulár, kamera, fotoaparát, monitor). Vlnovod je složen ze dvou částí, jedna část slouží k přenosu obrazu a druhá



k přenosu světla k objektivu. Vlnovody mohou být libovolně ohebné a s ovládaným koncem, takže je možná diagnostika i poměrně složitých tvarů. Délka vlnovodů může dosahovat několika metrů, jejich použití je omezeno do teploty cca 80°C.

- Videoskopy – hrot sondy je vybaven CCD čipem, který provádí prvotní zpracování obrazu. Výhodou je větší rozlišovací schopnost čipu a to, že signál k obrazovému výstupu není optický jako v předchozích případech, ale elektrický (TV signál) a tím nedochází k obrazovým ztrátám při jeho přenosu. Ovládání sondy videoskopu je podobné jako u fibroskopu, délka spojovací trubice může být v řádech několika desítek metrů.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat princip endoskopu a rozlišit jejich druhy podle kostrukce.

Otázky

1. Jaký je princip konstrukce a použití endoskopu.

2. Jak se liší jednotlivé typy endoskopů?

Další zdroje



14.6 Defektoskopie



Popsat možnosti defektoskopie a přehled základních metod.



Výklad

Defektoskopie patří mezi nedestruktivní metody, které slouží k zajištění jakosti a tím i provozní spolehlivosti objektu. Defektoskopii je možné použít už v předvýrobní (kontrola materiálu) a výrobní fázi životního cyklu objektu. Použití v provozu je potom nedílnou součástí zajištění spolehlivosti a tím například bezporuchovosti, pohotovosti apod. v oblasti provozu dopravních prostředků. Defektoskopie je tedy nedestruktivní metoda, která hledá možné vady ve struktuře materiálu a to jak vnitřní, tak povrchové vady. Vadou může být vada struktury materiálu, jeho chybné chemické složení, nesprávné mechanické vlastnosti a zejména změna celistvosti materiálu, která může vzniknout během provozu a ohrozit spolehlivost objektu. Do této kategorie patří například trhliny, praskliny, bubliny, póry, vměstky materiálu, projevy koroze nebo opotřebení. Defektoskopii je možné provádět manuálně nebo může tvořit součást automatizovaného defektoskopického systému, který může navazovat na diagnostický systém objektu. Volba defektoskopické metody je závislá na mnoha faktorech, zejména na druhu diagnostikovaného materiálu a jeho vlastnostech, rozměrech, přístupnosti apod. Dříve bylo hlavním cílem použití defektoskopické metody zjištění případné vady materiálu, nyní k tomu přistupuje také bližší identifikace vady (druh vady, její rozměr) a její, pokud možno přesná, lokalizace ve sledovaném objektu. Pokud je vada identifikována, všechny zjištěné podrobnosti pomáhají k rozhodnutí o její závažnosti a tím i o případné údržbě a opravě. Metod defektoskopie je poměrně hodně, některé se hodí pro manuální diagnostiku součásti, jiné je výhodné uplatnit v automatizovaném defektoskopickém systému.

Přehled základních defektoskopických metod:

- Vizuální metody – vizuální prohlídka vhodná pro libovolný druh materiálu, hodnotí pouze povrchové vady, je subjektivní

- Kapilární metody – případné povrchové vady jsou zviditelněny nejčastěji fluorescenčním barvivem, vizuální, subjektivní kontrola

- Magnetické metody – měřený objekt se nejprve zmagnetuje a jeho magnetické rozptylové pole se zviditelní. Vizuální metoda pro zjištění povrchových vad, subjektivní hodnocení

- Ultrazvukové metody – ultrazvukové vlny ze sondy procházejí měřeným objektem a v přijímací sondě se vyhodnocuje jejich případné změny. Citlivá metoda, případné vady jsou zobrazeny na displeji, jejich hodnocení záleží na zkušenostech obsluhy

- Akustická emise – detekuje necelistvost v materiálu, nebo médium unikající z uzavřené nádoby, používá se většinou pro kontrolu unikajícího média, složitější zpracování naměřených výsledků

- Prozařovací metody – různé druhy záření se vysílají do zkoušeného materiálu a jeho průchod se vyhodnocuje. Umožňuje zjištění vnitřních vad, i pro složitější součásti, omezení průchodu záření vlivem druhu a tloušťky materiálu



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat možnosti defektoskopie a rozlišit použití jednotlivých metod.

Otázky

1. Popište princip defektoskopie, jaké vady a poruch detekuje?

2. Vyjmenujte základní metody a jejich použití.

Další zdroje


KOPEC, B.: Nedestruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí, Akademické

nakladatelství CERM, Brno, 2008


14.6.1 Vizuální metody



Popsat princip a možnosti vizuálních metod.

Výklad

Vizuální metody jsou vlastně nejjednodušší a nejlevnější z metod nedestruktivní diagnostiky. Jedná se o vizuální kontrolu povrchu diagnostikovaného materiálu buď pouhým



okem, nebo pomocí jednoduchých optických pomůcek. Aby byla vizuální kontrola úspěšná, musí být povrch materiálu dobře očištěn a osvětlen. Pracovník musí být dostatečně seznámen s možnými vadami a jejich výskytem. To se často řeší fotografiemi dobrého a vadného materiálu s vyznačenými chybami. Pracovník, který kontrolu provádí, musí mít lékařem ověřený zrak, aby se minimalizovala možná chyba lidského činitele.

Vizuální kontrola může být:

- Přímá – nejjednodušší, provádí se pouhým okem nebo s pomocí lupy, případně mikroskopu (může být přenosný, většinou s menším zvětšením)

- Nepřímá – používá se tam, kde není možné případné vady kontrolovat přímou metodou (nemožný dostatečný přístup, nebezpečné prostředí). Využívá endoskopy popsané v minulé kapitole.

Protože vizuální kontrola je kontrola subjektivní, je nutné přesně definovat hledanou poruchu (defekt). Vyhodnocení se provádí porovnáním se vzorovou vadou, etalonem vady, nebo může být zhotoven fotografický katalog vad. Další možností je přesné změření parametrů vady (většinou rozměrů) a jejich vyhodnocení podle předem stanovených pravidel (norma, směrnice apod.).

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat možnosti vizuální kontroly.

Otázky

1. Kdy je vhodné vizuální metodu použít?

2. Jaké jsou omezení této metody?

Další zdroje






14.6.2 Kapilární metoda



Popsat princip a možnosti kapilární metody.

Výklad

Kapilární metoda využívá vzlínání kapaliny (penetrantu) ve velmi tenkých (vlasových) trhlinách (kapilárách). Je možné ji použít u kovových i nekovových materiálů a není omezena orientací případné vady. Je použitelná pro vady opravdu malých rozměrů, při větších rozměrech přestává fungovat princip vzlínání tzv. penetrantu a také je možné, že se penetrant z vady předčasně vymyje a vada se proto nezobrazí. Z principu metod není možné zkoušet pórovité nebo nehomogenní materiály a materiály které by mohl použitý penetrant narušit.

Rozdělení kapilárních metod dle indikace poruchy:

- Barevná indikace – porucha se projeví jejím zřetelným barevným zvýrazněním, které je vidět v běžném světle (červená porucha viditelná v bílé vývojce).

- Fluorescenční indikace – penetrant obsahuje látky, které se zviditelní v ultrafialovém světle (světélkující žlutozelená porucha v bílé vývojce). Nevýhodou je nutnost zajištění UV zdroje záření.

- Kombinace obou předchozích – volbou osvětlení lze zvolit způsob indikace (např. při špatném denním osvětlení se vada zviditelní UV zářením)

Postup zkoušení:

- Očištění povrchu - povrch musí být zbaven nečistot, odmaštěný a suchý. Nečistoty, mastnota a zbytky vody mohou zabránit proniknutí penetrantu do trhlin a zabránit tak jejich detekci.

- Nanesení penetrantu – na očištěný povrch se nanese penetrant a nechá se působit (podle druhu cca 5 – 20 minut) aby mohl proniknout do případných trhlin.

- Odstranění penetrantu – penetrant se odstraní z povrchu součásti a zůstane pouze v případných trhlinách. Je tedy nutné ho odstranit pouze z povrchu a ne z trhlin, které chceme zvýraznit. Provádí se to otřením látkou, očištěním vhodným rozpouštědlem nebo oplachem vodou.



- Zvýraznění povrchových vad – na očištěny povrch bez penetrantu se nanese vývojka která napomáhá vzlínání penetrantu a umožňuje jeho zvýraznění na povrchu. Proto je základem vývojky bílá prášková složka (např. plavená křída), buď rozprášená samostatně, nebo rozmíchaná ve vodě nebo rozpouštědle.

- Hodnocení povrchových vad – v obvykle bílé vývojce se hledají červené indikace vzlínajícího penetrantu. Větší vady (s větším množstvím penetrantu) se ve vývojce zvýrazní krátce po jejím nanesení a po delší době se stávají nezřetelnými, menší vady se projeví až po určité době. Vyhodnocení se proto dělá nejprve ihned po nanesení vývojky a podruhé po cca 15 – 20 minutách.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat možnosti a postup kontroly pomocí kapilární metody.

Otázky

1. Kdy je vhodné kapilární metodu použít?

2. Jaké jsou výhody této metody?

Další zdroje






14.6.3 Magnetické metody



Popsat princip a možnosti magnetických defektoskopických metod.

Výklad

Magnetické metody zviditelňují rozptylové magnetické pole nebo měří jeho změny vznikající poruchou nebo nehomogenitou materiálu. Magnetické metody mohou odhalit vady materiálu na povrchu nebo těsně pod povrchem. Taková vada vyvolá měřitelné změny magnetického pole. Metody jsou omezeny pouze na feromagnetické materiály a to ještě na materiály dostatečně magnetické. Nelze je tedy použít na hliník, titan, nerezové oceli apod. Po použití magnetické metody je nutné objekt odmagnetizovat. Výhodou metod je jejich poměrná jednoduchost, užití pro téměř libovolný tvar a velikost objektu. Nevýhodou je omezení jen pro některé materiály a nutnost zajištění elektrické energie.

Postup realizace magnetické metody je nejprve odmagnetování a následné zmagnetování diagnostikovaného materiálu. Toto zmagnetování může být provedeno buď podélně (pólové) nebo příčně (cirkulární) nebo kombinací obojího. Zviditelnění místa defektu je možné provést různým způsobem:

- Nejčastěji práškovou metodou, kdy se na povrch zmagnetované součásti nanese tekutina, která v sobě obsahuje nepatrné feromagnetické částice. Tyto částice se na povrchu seskupí podle magnetických siločar a případné defekty zviditelní. Je možné použít také fluorescenční kapalinu, kdy ke zviditelnění defektů dochází použitím ultrafialového světla. Tato varianta je však omezena použitím UV světla a nutností jejího provádění v zatemněné místnosti.

- Je možné použít záznam změn magnetického pole, v současné době již většinou prostřednictvím digitální fotografie. Digitální záznam umožňuje další zpracování v PC.

- Pro opakované automatizované měření se používají feromagnetické sondy, které při změně magnetického pole vyvolají impulz napětí. Velikost, šířka a tvar tohoto impulzu definuje poruchu v materiálu.



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat základní princip použití magnetických metod.

Otázky

1. Jaký je princip magnetických metod?

2. Jaké jsou výhody a omezení magnetických metod?

Další zdroje




14.6.4 Ultrazvukové metody



Popsat princip ultrazvukové metody a její druhy.

Výklad

Ultrazvuková diagnostika je založená na jevech, ke kterým dochází při průchodu ultrazvukových vln diagnostikovaným materiálem. Ultrazvukové vlny při nárazu na nehomogenitu materiálu (změna hustoty, prasklina, vměstek) reagují útlumem, ohybem nebo odrazem.



Pro ultrazvukovou diagnostiku se používají dvě základní varianty metody:

- Průchodová metoda (obr. 14.4) – ultrazvukové vlny prochází od vysílací sondy materiálem a indikuje se v přijímací sondě. Možná vada vyvolá pokles akustického tlaku. Aby bylo možné tento pokles identifikovat a vyloučit vlastní útlum signálu vlivem tloušťky materiálu, provádí se měření nejprve v místě bez vad. Nevýhodou průchodové metody je nemožnost lokalizace poruchy a omezení v případě poruchy rovnoběžné s vysílaným signálem.

1- generátor UV vln 2- vysílací sonda 3- zkoušený materiál 4- přijímací sonda 5- zesilovač 6- zobrazení signálu

Obr. 14.4: Schéma průchodové ultrazvukové metody

- Odrazová metoda (obr. 14.4 a 14.5) – ultrazvuková sonda je zároveň vysílací i přijímací. Ultrazvukové vlny prochází materiálem a odrazí se od rozhraní materiálu a vzduchu, případně od vady uvnitř materiálu. Odražený impuls je zachycen sondou a zobrazen na obrazovce. Rychlost šíření ultrazvuku je v materiálu konstantní a proto je možné z doby návratu signálu určit tloušťku zkoušeného materiálu (v místě, kde není vada), výskyt možné vady a její lokalizace, podle tvaru potom i přibližně její typ.

Obr. 14.5 a 14.6 je možné zobrazit jako animaci na portálu.

CD-ROM



Obr. 14.5: Schéma odrazové ultrazvukové metody (dle [19])

Obr.14.6:Schéma piezoelektrické ultrazvukové sondy pro odrazovou metodu (dle [19])



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat princip ultrazvukové metody a dva základní principy jejího použití.

Otázky

1. Popište obecný princip ultrazvukové metody.

2. Popište průchodovou ultrazvukovou metodu.

3. Popište odrazovou ultrazvukovou metodu.

Další zdroje




14.6.5 Metoda akustické emise



Popsat princip akustické emise.



Výklad

Akustická emise je diagnostická metoda, při které se sledují akustické signály vysílané mechanicky nebo tepelně namáhaným tělesem. Princip této metody je možné popsat na jednoduché zkoušce poklepem například na keramický výrobek. Na základě odezvy na toto poklepání je možné podle případné změny vlastní frekvence rozeznat, zda výrobek je v pořádku nebo má skrytou vadu. Toto subjektivní hodnocení je u diagnostické metody nahrazeno přesným měřením a vyhodnocením odezvy.

K akustické emisi dochází vlivem reakce na vnitřní (např. tepelné namáhání) nebo vnější (úder, vybuzené kmitání) síly. Vznik akustické emise je generován nevratnými dislokačními a degradačními procesy v mikrostruktuře a makrostruktuře materiálu, kavitačními procesy v hydrodynamických systémech, turbulencí při úniku kapaliny z potrubí, degenerací dielektrika atd. Uvolněná energie se transformuje na mechanický napěťový impulz šířící se materiálem jako elastická napěťová podélná nebo příčná vlna.

Složka vlny kolmá k povrchu tělesa je nejčastěji detekována širokopásmovým (od 100 kHz do 4 MHz) piezoelektrickým senzorem s rezonanční frekvencí nad měřeným spektrem akustické emise nebo citlivějším rezonančním senzorem s více rezonancemi.

U moderního provedení senzorů je v pouzdru zabudován předzesilovač a snímač je tak schopný, i když je energie vlny velmi malá, vyhodnotit dislokace v materiálu v řádech 10-14m.

Výhodou akustické emise oproti jiným defektoskopickým metodám je kontinuální monitorování objektu a úspora času v porovnání s postupným testováním jinými metodami. Nevýhodou metody je, že příčinu vzniku akustické vlny přesně neznáme, neboť uvolněná energie je ovlivňována řadou faktorů jako je tvar a povrch tělesa, přenosová cesta vlny (funkce šíření akustické vlny) daná strukturou a homogenitou materiálu.



Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat princip metody akustické emise.

Otázky

1. Kdy je možné použít metodu akustické emise?

Další zdroje




14.6.6 Prozařovací metody



Popsat princip a použití prozařovacích metod.

Výklad

Prozařovací metody jsou založeny na principu prozařování diagnostikovaného materiálu ionizačním zářením a vyhodnocením absorbce tohoto záření při jeho průniku materiálem. Při dopadu tohoto záření na film nebo na stínítko se vyhodnotí vady jako tmavší místa. K vyhodnocení se pro častější používání metody používá radiografická metoda



umožňující přímou kontrolu objektu diagnostiky na monitoru. Výhodou je možnost dalšího digitálního zpracování signálu. Metoda je vhodná pro hledání prostorových vad materiálu.

Používané zdroje záření:

- Rentgenka – nejstarší zdroj ionizujícího záření, používaný původně v lékařství. Je tvořena skleněnou trubicí s vakuem, ve které je anoda (měděná) a katoda (zdroj elektronů, tvořena wolframovou spirálou). Elektrony uvolněné z katody jsou urychlovány vysokým napětím (50-400kW) a dopadají na anodu. Při dopadu je vyzařováno rentgenové záření, které se liší podle velikosti urychlujícího napětí. Tzv. tvrdé záření vzniká při větší napětí, proniká lépe skrz materiál, ale nezachytí proto jemné detaily případných vad. Měkké záření vzniká při nižším napětí, hůře proniká materiálem ale je schopno lépe zobrazit detaily vad.

- Radionuklidy – prvky jejichž jádra se samovolně rozpadají a přitom vyzařují gama záření. Jejich velkou nevýhodou je, že záření nelze regulovat a zastavit, takže musí být zabezpečeny, aby nedošlo k ohrožení obsluhy. Výsledkem radionuklidového prozáření je zobrazení s menším kontrastem než u rentgenového záření.

- Lineární urychlovače – používají se větší tloušťky diagnostikovaného materiálu. Lineární urychlovač je tvořen dlouhou přímou urychlovací trubicí obsahující řadu válcových elektrod. Částice je urychlovaná elektrostatickým polem mezi elektrodami. Ty jsou přepólovány v okamžiku, kdy je částice uvnitř elektrody a elektrostatické pole na ni nepůsobí. Délka jednotlivých elektrod je volena tak, aby se při průletu částice vnitřkem elektrod stihla změnit jejich polarita. S nárůstem velikosti rychlosti částice tedy roste i délka elektrod. Tím vzniká záření schopné běžně prostoupit materiálem tloušťky cca 0,5m.

Detekce procházejícího záření se může provádět pomocí speciálního fotografického filmu, který se zpracovává běžným postupem (který v době digitální fotografie už téměř nikdo nezná). Film se vyvolá, opláchne, ustálí, opláchne a usuší. Nevýhodou je tedy dlouhá doba zpracování filmu, vysoké náklady na jednorázový materiál, nutnost práce v temné komoře. Tento způsob vyhodnocení se nazývá radiografie.

Druhou možností je zobrazení záření na monitoru. Záření dopadá na detektory, které ho transformují na elektrický signál, který je dále zesílen a zobrazen na monitoru. Nevýhodou jsou velké pořizovací náklady, které jsou vyvažovány nízkými provozními náklady (odpadají náklady na materiál) a vysokou produktivitou. Tento způsob vyhodnocení se nazývá radioskopie.

Pro vyhodnocení je důležité rozlišení získaného obrazu. Kvalita obrazu se ověřuje pomocí drátkových měrek, které se prozařují společně s diagnostikovaným objektem. Zjišťuje se tzv. drátková rozeznatelnost vad, která je dána nejmenším průměrem drátku viditelným na obrazu.

Poměrně novou prozařovací metodou je rentgenová tomografie. (Opět stejný princip jako v medicíně.) Diagnostikovaná součást je prozařována kuželem rentgenového záření stejně jako u klasického rentgenu. Součást je ale umístěna na otočném stole (nebo se otáčí rentgen kolem součásti) a vznikne tak množství snímků součásti v mnoha pozicích. Tyto

http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/220-elektricky-naboj-a-jeho-vlastnosti



snímky jsou počítačově zpracovány do výsledného 3D zobrazení se kterým je možné dále pracovat a případné vady tak detailně identifikovat.

Shrnutí pojmů

Po prostudování této kapitoly byste měli umět popsat princip prozařovacích metod a základní zdroje používaných zdrojů záření.

Otázky

1. Jaké jsou zdroje používaného záření a kdy se používá?

2. Jakým způsobem se vyhodnocují výsledky prozařovacích metod?

Další zdroje





115 Zajištění provozní spolehlivosti – Pavel Kukla

15 ZAJIŠTĚNÍ PROVOZNÍ SPOLEHLIVOSTI

Výklad

Spolehlivost patří k nejdůležitějším znakům každého výrobku a samozřejmě také dopravního prostředku. Spolehlivost je podle současného pojetí norem chápána jako zajištění pohotovosti objektu. Aby tato pohotovost byla možná, je třeba zajistit tři její složky – bezporuchovost, udržovatelnost a zajištěnost údržby. Takto popsaná spolehlivost se vytváří nepřímo během celého životního cyklu, nejprve jako inherentní spolehlivost vložená v počátečních fázích životního cyklu prostředku a později jako provozní spolehlivost ovlivněná jeho provozem, údržbou a opravami.

Spolehlivost je tedy možné popsat jako stálost užitných vlastností prostředku během jeho užívání k účelu, k němuž je určen. Pro udržení požadované spolehlivosti platí podobné zásady jako pro management jakosti. Problémem určení parametrů spolehlivosti je, že zde vstupuje faktor času. Parametry jako bezpečnost, poruchovost, pohotovost, životnost apod. nelze okamžitě ověřit (změřit) a projeví se až během provozováním uživatelem. Vymezení spolehlivosti je tedy relativně složitější a komplikovanější se složitějším prostředkem. Kvantifikaci spolehlivosti také ovlivňuje vstup náhodných vlivů na sledovaný objekt. Všechny parametry spolehlivosti jsou tedy vždy odhadovány s určitou pravděpodobností a nelze je zaručit stoprocentně.

Spolehlivost je možné hodnotit dvěma způsoby – kvalitativně a kvantitativně. Při kvalitativním hodnocení jsou analyzovány příčiny poruch, jejich projevy, možné následky a provádí se návrhy možností předcházení poruchám nebo alespoň jejich rychlému odstranění.

Při kvantitativním hodnocení jde v podstatě o totéž, ale úvahy jsou podloženy výpočty pravděpodobnosti vzniku jednotlivých poruch nebo jejich následků.

Při provádění analýzy spolehlivosti je možné postupovat těmito kroky:

1. Definuje se systém a požadavky kladené na něj z hlediska spolehlivosti.

2. Definují se poruchové stavy. (Důležité!)

3. Požadavky se definují pro jednotlivé subsystémy (pokud existují).

4. Provede se analýza spolehlivosti:

a. Kvalitativní – např. FMEA, FTA.

b. Kvantitativní – např. FTA, ETA s doplněnými pravděpodobnostmi vzniku poruch nebo událostí.

5. Provede se hodnocení splnění požadavků:

a. Provede se přezkoumání návrhu systému – co lze zlepšit?

b. Navrhnou se možné postupy zlepšení.

c. Provede se rozbor návrhů a vyhodnocení nákladů na opatření.


116 DOPORUČENÁ LITERATURA – Pavel Kukla

16 DOPORUČENÁ LITERATURA

[1] BENEŠ, Š. : Teorie stavby strojů. Stripta VŠST v Liberci, Liberec 1986

[2] BENEŠ, Š. – TOMEH, E. : Metody diagnostiky valivých ložisek. Skripta VŠST

Liberec, Liberec 1991

[3] BENEŠ, Š., ŠEREMETA, L., VÁLA, K.: Bezdemontážní diagnostika, VŠST Liberec,

1986

[4] BLAŠKOVIČ, P., BALLA, J., DZIMKO, M.: Tribológia, Alfa, Bratislava, 1990

[5] BREPTA, R. – PŮST, L. – TUREK, F. : Mechanické kmitání – Technický průvodce

71. Sobotáles, Praha 1994

[6] BROCH, J., T.: Mechanical Vibration and Shock Measurements, Brüel & Kjær, 1984

[7] BRÜEL & KJÆR: Firemní literatura – Měření chvění, Praha, 1984

[8] BRÜEL & KJÆR: Firemní literatura – Vibrační zkoušení, Praha 1988

[9] BRÜEL & KJÆR: Firemní literatura – Sledování prov. stavu strojních zařízení, Praha,

1991

[10] BRÜEL & KJÆR: Sensors for Vibration Measurement and Machine Monitoring, 2004

[11] FAMFULÍK, J.: Údržba hnacích vozidel zaměřená na bezporuchovost, Disertační práce

VŠB, Ostrava, 2002

[12] FAMFULÍK, J.: Teorie údržby. Skriptum VŠB TU Ostrava, Fakulta strojní, 2006

[13] HARRIS, C. M. Shock and Vibration Handbook. McGraw Hill, 1988

[14] HELEBRANT, F., ZIEGLER, J.: Technická diagnostika a spolehlivost II -

Vibrodiagnostika. Ediční středisko VŠB-TU Ostrava, 2004

[15] HOLUB, R., VINTR, Z.: Spolehlivost letadlové techniky (elektronická učebnice),

lu.fme.vutbr.cz/files/SpolehlivostLetadloveTechniky.pdf

[16] JANOUŠEK, I., KOZÁK, J., TARABA, O.: Technická diagnostika, SNTL, 1988

[17] KOPEC, B.: Nedestruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí, Akademické


[18] KUKLA, P.: Diagnostické sledování a vyhodnocení technického stavu převodovek

elektrických jednotek s cílem zvýšení provozní spolehlivosti, Dizertační práce, UPce,

Pardubice, 2009

[19] KREIDL, M., ŠMÍD, R.: Technická diagnostika, BEN, Praha, 2006

[20] LÁNSKÝ, M., MAZÁNEK, J.: Diagnostika a informační diagnostické systémy I,



117 DOPORUČENÁ LITERATURA – Pavel Kukla

[21] LÁNSKÝ, M: Systémová diagnostika a její fenomenologie, IJP, Pardubice, 2011

[22] MAIN, I., G.: Kmity a vlny ve fyzice, Academia Praha, 1990

[23] MOUBRAY, J.: RCM – Reliability – centred Maintenance, Great Britain, 1997

[24] MYKISKA, A.: Bezpečnost a spolehlivost technických systémů, ČVUT, Praha, 2006

[25] MYKISKA, A.: Spolehlivost v systémech jakosti, skriptum, ČVUT, Praha, 1996

[26] NAVRÁTIL, M., PLUHAŘ, O.: Měření a analýza mechanického kmitání - Metody a

přístroje., SNTL, 1986

[27] NĚMEC, J. – RANSDORF, J. – ŠNÉDRLE, M.: Hluk a jeho snižování v technické

praxi. SNTL, Praha 1970

[28] NOVÝ, R.: Hluk a chvění. Skripta ČVUT Praha. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2000

[29] PLURA, J.: Plánování a neustálé zlepšování jakosti. Computer Press, Praha 2001

[30] RANDAL, R.: Frequency analysys. Brüel & Kjaer, Dánsko 1987.

[31] REMEK, B.: Provozní údržba a diagnostika vozidel

[32] SCHENCK: Firemní literatura - Preventivní údržba strojů, Brno 1989

[33] SKF: Hlavní katalog ložisek

[34] SKF: Evolution – obchodní a technologický magazín SKF

[35] SKF: Příručka SKF pro údržbu ložisek. SKF 1991

[36] SMETANA, C.: Měření hluku a chvění. SNTL, Praha 1974

[37] SMETANA, C. a kol.: Hluk a vibrace - Měření a hodnocení, Praha, 1998

[38] STODOLA, J.: Provozní spolehlivost a diagnostika, VA Brno, 2002

[39] SURÝ, J.: Metody a prostředky bezdemontážní diagnostiky. Naše vojsko, 1981

[40] TŮMA, J.: Zpracování signálů získaných z mechanických systémů užitím FFT, Praha,

1997

diagnostickÉ systÉmy a spolehlivost dopravnÍch · na zvýšení provozní spolehlivosti...

Documents