Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Методи та засоби обробки інформації в системах контролю" Курс лекцій
доц. Холявкіна Т.В.
Лекция №2
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ. ПРИНЦИПЫ КОНТРОЛЯ. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ
Техническое состояние — совокупность подверженных измене нию в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией на этот объект.
Признаками технического состояния могут быть определенные области значений качественных и количественных характеристик свойств объекта. В зависимости от фактических значений признаков видами технического состояния являются: исправность, работоспособность, неисправность, неработоспособность, правильное функционирование, неправильное функционирование.
Исправность — состояние, при котором объект соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.
Неисправность — состояние, при котором объект не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации.
Работоспособность — состояние, при котором объект способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных выходных основных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией. При этом не основные характеристики объекта могут не соответствовать требованиям (наличие коррозии, нарушение окраски, неправильная контровка и т. д.). Следовательно, работоспособный объект может быть неисправным. Исправный объект — всегда работоспособен.
Работоспособность аппаратуры может контролироваться несколькими методами контроля, определяющими готовность ее к действию с различной степенью достоверности. Применение того или иного метода определяется назначением контролируемого объекта, его сложностью и надежностью, а иногда и техническими возможностями измерительных средств. Основными методами контроля работоспособности являются: качественный функциональный; количественный допусковый; диагностический допусковый и профилактический.
Рис. 1. Обобщенная блок-схема автоматизированной системы контроля.
Функциональный контроль — наиболее распространенный метод автоматической оценки работоспособности аппаратуры в целом или по основным функциональным трактам. При этом обычно на вход проверяемого устройства подается возмущающий сигнал, а реакции на сигнале оцениваются по срабатыванию исполнительных устройств или по сигналам на рабочих индикаторах проверяемой аппаратуры. Одновременно с проверкой функционирования всей системы может проверяться прохождение сигналов на выходах промежуточных блоков. При функциональном контроле количественные характеристики выходных параметров аппаратуры не измеряются, поэтому достоверность его ограничена и по его результатам нельзя оценить соответствие основных характеристик аппаратуры паспортным данным. Однако из-за простоты реализации он широко используется на практике.
Количественный допусковый контроль производится количественными измерениями выходных параметров аппаратуры по принципу «в норме — не в норме» или «меньше — норма — больше». Этот метод позволяет с большей достоверностью получить информацию о работоспособности объекта и его выходных параметрах, определяющих технические характеристики аппаратуры, по величине отклонения их от нормы и определить возможность дальнейшего использования объекта по прямому назначению. Допусковый контроль параметров аппаратуры получил свое развитие от широко распространенной системы оценки состояния аппаратуры с помощью встроенных электро - и радиоизмерительных приборов, применением простых автономных устройств и приборов автоматического допускового контроля. Наиболее широко этот вид контроля распространен в сложных радиоэлектронных системах длительного использования для периодической проверки технического состояния аппаратуры.
При диагностическом контроле обнаруживают неисправные узлы и блоки аппаратуры, а иногда и отдельные элементы, являющиеся причиной появления отказов, для замены их исправными. Применение этого метода повышает готовность аппаратуры длительного использования, сокращая время, затрачиваемое на ее восстановление. Коэффициент готовности аппаратуры определяется следующим выражением:
где — среднее время наработки аппаратуры на один отказ;
— среднее время восстановления аппаратуры;
— среднее время, затрачиваемое на поиск одной неисправности;
— среднее время, затрачиваемое на устранение одной неисправности. Обычно для сложных систем составляет
десятки часов, поэтому влияние на коэффициент готовности весьма значительно. Следовательно, в сложных системах длительного использования для эффективности диагностического контроля он должен проводиться практически непрерывно и время на отыскание одной неисправности не должно превышать нескольких минут. Эффективность диагностических методов контроля во многом определяется правильностью выбранной последовательности процесса поиска неисправностей. Разработано несколько методов оптимизации этого процесса: метод «половинного разбиения» (средней точки); метод «время вероятность»; информационные методы поиска.
При методе «половинного разбиения» неразветвленные участки схемы делят пополам, производя каждую последующую проверку посредине оставшейся непроверенной части схемы.
Метод «время - вероятность» основывается на знании интенсивности отказов и среднего времени, затрачиваемого на проверку различных участков схемы. Метод дает значительный выигрыш во времени при поиске отказов, с высокой интенсивностью и неэффективен при поиске отказов с малой интенсивностью.
Информационные методы поиска основаны на применении элементов теории информации к процессу отыскания неисправностей в сложных радиоэлектронных системах. Процесс поиска неисправностей рассматривается как процесс снятия неопределенности состояния контролируемого объекта. Количество информации, получаемое при проведении одного шага проверки, равно:
где — вероятность безотказной работы объекта по R-му параметру.
Последовательность программы поиска неисправностей может быть составлена из условия
При профилактическом или прогнозирующем контроле выходные параметры контролируемой аппаратуры и ее основные блоки проверяются с погрешностью и периодичностью, позволяющей определить временной дрейф параметров и с заданной вероятностью предсказать, какой узел или блок явится причиной отказа на данном временном интервале. Своевременное предотвращение отказов позволяет существенно повысить надежность действия аппаратуры. Профилактический контроль обеспечивает увеличение среднего времени наработки аппаратуры на один отказ, равное отношению интенсивности отказов аппаратуры к интенсивности внезапных отказов.
где — среднее время наработки аппаратуры на один отказ при прогнозировании;
— среднее время наработки аппаратуры на один отказ без прогнозирования;
— интенсивность отказов аппаратуры;
— интенсивность внезапных отказов.
Поскольку (0,1— 0,03) , то выигрыш в надежности может составить от 10 до 30 раз. Основу профилактического контроля составляют метод граничных испытаний и статистические методы прогнозирования отказов.
На практике используются все методы автоматизированного контроля работоспособности аппаратуры, однако наибольшее распространение получил метод допускового контроля выходных параметров в сочетании с диагностическим контролем и прогнозированием отказов аппаратуры.
Неработоспособность — состояние, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, определяющего способность объекта выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической документации.
Переход изделия из работоспособного в неработоспособное состояние в заданных условиях применения называется отказом.
Под контролем следует понимать процесс получения и обработки периодической или непрерывной информации о состоянии контролируемого объекта. Контроль не является самоцелью, а служит для своевременного активного воздействия на техническое устройство в целях предупреждения отказов и приведение его в исправное состояние при появлении неисправностей.
Объектом контроля, мы будем называть любое техническое устройство, систему, прибор, агрегат, о состоянии которых необходимо иметь информацию в процессе эксплуатации.
Часть объекта контроля, выполняющую определенные функции, будем называть блоком или элементом.
Любой объект контроля предназначен для выполнения вполне
определенных функций и характеризуется определенными качествами их выполнения. Допустим, объект контроля представлен в виде одного блока (рис. 1.1), на вход которого подаются сигналы заставляющие объект контроля функционировать. Объект контроля, состоящий из комплекса элементов, преобразует эти входные сигналы в выходные величины Мерой качества преобразования входных сигналов элементов объекта контроля являются параметры
Таким образом, состояние объекта контроля в каждый момент времени характеризуется рядом независимых параметров, величинами, характеристиками, операторами систем и др., определяющими состояние объекта контроля.
Оценка состояния объекта контроля в данный момент времени может производиться непосредственным измерением его параметров, что возможно лишь в частных случаях, в большинстве случаев контроль сводится к косвенному определению параметров за счет измерения некоторых признаков состояний, которые связаны с параметрами определенными математическими зависимостями. Примером может служить оценка состояния измерительного прибора по его погрешностям и вариациям показаний.
Измерение параметров осуществляется с помощью различных технических средств — от элементарных измерительных приборов и инструментов до сложных автоматических устройств.
Таким образом, под системой контроля понимается совокупность технических устройств, с помощью которых производится оценка параметров объекта контроля. Совокупность объекта контроля, технических средств контроля и оператора в дальнейшем будем называть информационной системой контроля.
Цель контроля в общем виде можно свести к решению трех задач:
1. Оценка качества функционирования объекта контроля.
2. Поиск неисправностей.
3. Прогнозирование момента отказа.
В частных случаях цель контроля может преследовать решение какой-то одной или нескольких частных задач, например, установление только механической и электрической целостности цепей объекта контроля или качества функционирования его без количественной оценки проверяемых параметров, проверка работоспособности и т. д.
Под контролем качества функционирования понимается проверка выполнения заданных функций объектом контроля без количественной оценки качества их выполнения.
Контроль работоспособности предусматривает получение количественной оценки качества функционирования объекта контроля проверкой величины его параметров.
Диагностический или поисковый контроль предусматривает определение места возникшей неисправности, а прогнозирующий контроль осуществляется с целью предсказания момента отказа объекта контроля.
По характеру оценки результатов все виды контроля могут быть разделены на допусковый контроль, оценивающий состояние объекта контроля по принципу «годен — негоден» или «меньше—норма—больше» и количественный контроль, регистрирующий текущие значения величин параметров или величин их отклонения от номинальных значений.
Оценка по критерию «годен—негоден» устанавливает соответствие текущего значения контролируемого параметра с его эталонным значением с учетом допуска по нижнему и верхнему пределам, т. е.
Если в результате контроля или , то объект контроля считается негодным к эксплуатации (рис. 1.2, а). Такой критерий оценки не определяет знак отклонения параметра от нормы и не обеспечивает возможности регулировки объекта контроля для восстановления его нормального функционирования.
Оценка по критерию «меньше—норма—больше» определяет знак отклонения параметра, что дает возможность осуществлять регулировку контролируемого объекта, если это предусмотрено его конструкцией (рис. 1.2,б).
Однако оба перечисленных выше допусковых критерия не обеспечивают
возможности прогнозирования состояния объекта контроля, так как по их результатам невозможно установить скорость деградации параметра, а следовательно, невозможно и предсказать момент выхода контролируемого параметра за пределы допусков.
В этом смысле более широкие возможности имеет количественный контроль с регистрацией текущих значений проверяемых параметров, иногда его называют контролем с определением коэффициента состояния. Для осуществления такого контроля вся зона допустимых значений изменения контролируемого параметра разбивается на ряд уровней (рис. 1.3), каждому из которых присваивается свое значение коэффициента состояния. При каждой проверке определяется этот коэффициент. Такой критерий оценки объекта контроля обеспечивает прогнозирование его состояния и определение момента отказа по скорости изменения параметра, определенной в результате анализа ряда последовательных проверок.
По режиму контроля различают динамический контроль, или контроль состояния объекта по качеству его переходных характеристик, и статический контроль, оценивающий состояние объекта контроля по значению определяющих параметров в статическом режиме работы. При динамическом контроле параметры переходного процесса могут определяться во временной и частотной областях. Оценка динамических параметров также может производиться по допусковому и количественному критериям, как и параметров статического режима работы.
Получение необходимой информации о состоянии объекта контроля может быть осуществлено различными методами. В настоящее время наиболее широко применяют внешний осмотр контролируемого объекта, проверку его работоспособности по внешним признакам и инструментальный контроль.
Под внешним осмотром понимается визуальный контроль состояния с привлечением минимума элементарных технических средств. Он
заключается в оценке внешнего состояния объекта контроля по отсутствию грязи, видимых повреждений, качеству крепления и амортизации, наличию контровки, исправности выключателей и переключателей и т. д. Его достоинством являются простота и кажущаяся дешевизна, так как при этом не используются дорогостоящие измерительные приборы и аппараты. В некоторых случаях этот вид контроля является единственно возможным. Однако он имеет существенные недостатки, заключающиеся в ограниченных возможностях (не все можно проверить визуально), в отсутствии оценки внутренних свойств проверяемого объекта, в субъективности оценок, зависящих от опытности оператора.
Определение состояния контролируемых объектов проверкой работоспособности по внешним признакам широко используется на заключительном этапе подготовки авиационной техники, непосредственно перед началом ее применения. Этот метод контроля предусматривает проверку факта выполнения объектом своих функций и осуществляется включением объекта контроля в работу, визуально, а также на слух, наблюдением за правильностью перемещения управляемых органов и показаний приборов. Такая проверка дает информацию только о наличии или отсутствии явных признаков ненормальной работы.
Достоинством этого метода является простота и быстрота процесса контроля. Для проверки работоспособности требуются лишь источники энергии для создания и посылки в контролируемый объект возмущающих сигналов, принуждающих его к функционированию.
Существенный недостаток этого метода заключается в невозможности получения оценки, объективно характеризующей качество функционирования контролируемого объекта, т.е. он не дает количественной оценки параметров объекта контроля.
Наибольший интерес представляет инструментальный контроль, дающий возможность получить объективную характеристику состояния объекта и качества его работы. Под инструментальным контролем понимается получение информации о состоянии объекта с помощью контрольно-измерительной аппаратуры, позволяющей оценить качество функционирования объекта, т. е. проверить количественное значение определяющих параметров. При этом в зависимости от степени участия операторов инструментальный контроль может подразделяться на неавтоматический, полуавтоматический и автоматический.
Инструментальный метод контроля может осуществляться и в специальных лабораториях АТБ и непосредственно на летательном аппарате, что предпочтительнее. Недостатком проведения инструментального контроля в лабораториях является необходимость имитации реальных условий работы контролируемого объекта. Это не всегда возможно, так как не все условия работы объекта в полете могут быть созданы на земле, а иногда создание их экономически невыгодно. Кроме того, инструментальный контроль самолетного оборудования в лаборатории требует съема его с
летательного аппарата, при этом коммутационная аппаратура и соединительные электрические жгуты остаются на летательном аппарате и не проверяются совместно с объектом. Съем и обратная постановка после проверки объектов контроля на летательные аппараты чреваты возможностями внесения в них неисправностей при небрежном или недостаточно квалифицированном обращений.
По этим причинам предпочтительнее производить контроль непосредственно на борту летательного аппарата без демонтажа объектов контроля.
Группы приборов, агрегатов и систем, работающих на одинаковом принципе действия, проверяются специальными контрольно-измерительной аппаратурой и поверочными установками. Поэтому по мере совершенствования летательных аппаратов, что неминуемо связано с увеличением объема и сложности его оборудования, растет количество и сложность контрольно-измерительной аппаратуры, применяемой при обслуживании.
Производя измерения или проверку параметров или характеристик оборудования с помощью контрольно-измерительной аппаратуры, мы получаем объективную информацию о количественном значении параметров. Это позволяет не только судить о состоянии контролируемой техники, но и предпринимать определенные действия, например, по ее регулировке, настройке или замене, для восстановления нормального функционирования. Поэтому инструментальный контроль является весьма важной составной частью обслуживания авиационной техники.
Одним из основных требований к контрольно-поверочной и измерительной аппаратуре является ее точность. Высокая точность измерения параметров и характеристик проверяемого объекта, его отдельных блоков и узлов особенно необходима там, где ведется допусковый контроль, она является необходимым условием объективности результатов контроля, облегчает поиск неисправностей и исследование причин отказов.
Таким образом, по мере развития и усложнения авиационного оборудования растет и роль инструментального контроля. Однако в силу того, что современная контрольно-измерительная и поверочная аппаратура в большинстве случаев имеет узко специализированный характер, количество ее увеличивается с увеличением и усложнением оборудования летательных аппаратов. Общий вес и объем становятся не только соизмеримыми с весом и объемом проверяемого оборудования, но и превосходят его, а стоимость наземных систем инструментального контроля нередко достигает стоимости объектов контроля. Кроме того, применение неавтоматизированной контрольно-измерительной и поверочной аппаратуры вносит субъективность в оценку результатов контроля и требует высокой квалификации операторов, больших затрат времени на контроль и при этом не всегда обеспечивает нужное для правильного диагноза количество информации.
Устранение недостатков, свойственных применяемым в настоящее время методам и средствам контроля, возможно лишь благодаря автоматизации процесса контроля как оборудования, так и летательного аппарата в целом.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЕРАТОРА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ЕГО С СИСТЕМОЙ КОНТРОЛЯ
Все функции оператора при работе его в любой информационной системе контроля заключаются в выполнении отдельных рабочих и логических операций. В эти операции входят, например, действия по подготовке к контролю как объекта контроля, так и контрольно-измерительной аппаратуры, соединение объекта контроля с контрольной аппаратурой и включением их в работу, непосредственно процесс контроля, анализ, регистрация результатов контроля и принятие решений. При различной степени автоматизации процесса контроля те или иные функции оператора могут выполняться контролирующей машиной.
Каждая функция, выполняемая оператором, может быть выражена аналитически в виде общего алгоритма процесса контроля. Под алгоритмом процесса контроля будем понимать последовательность операций, реализуемую для осуществления процесса контроля и достижения конечного результата. Рассматривая, оператор как звено информационной системы контроля с определенным числом входов и выходов, можно описать его поведение при выполнении каждой операции с помощью матриц и логических функций.
Любой оператор системы контроля характеризуется рядом количественных характеристик, определяемых психофизиологическими особенностями организма человека. Эти характеристики необходимо учитывать не только при проектировании технических устройств и контролирующих машин с участием оператора, но и при их использовании в процессе эксплуатации и обслуживании.
Характеристики оператора могут быть разбиты на статические и динамические. Основной характеристикой оператора при работе в системе контроля является его способность к переработке полученной информации.
Оператор реагирует на полученную информацию через его сенсорный вход не мгновенно, а за какое-то конечное время, зависящее от характера раздражителя (звуковой, световой, тактильный, температурный) и количества воспринимаемой информации. Количество информации, которое имеет отдельное событие (А), имеющее вероятность , определяется выражением:
где — энтропия или степень неопределенности (численная мера количества информации);
— вероятность события (А).
За единицу количества информации принимается такое количество, которое содержится в ответе на один двоичный вопрос, если любой из двух
ответов равновероятен. Эта единица называется бит (bits — сокращенное английское binary digits— двоичная единица). Одна двоичная единица информации соответствует сообщению о том, что произошло одно из двух равновероятных событий.
Среднее количество информации для - событий:
где — среднее количество информации;
—вероятность - того события.
Скорость переработки информации человеком или пропускная способность его сенсорного входа равна примерно 15—55 бит/сек [2]. За счет малой скорости переработки информации оператором процесс ручного контроля технических устройств, характеризующихся большим количеством параметров, значительно затягивается во времени.
Важной характеристикой оператора является точность выполнения операции контроля. Она зависит от сложности операции, условий и темпа работы, индивидуальных особенностей каждого оператора, степени обученности и т. д, К условиям работы относятся окружающие температура и влажность, удобство и рациональная компоновка рабочего места, размещение контрольных приборов, освещенность рабочего места и другие факторы. При увеличении и уменьшении температуры от нормальной ( + 20° С) резко возрастает среднее количество ошибок в час, которые делает оператор при съеме показаний с контрольно-измерительной аппаратуры. Резко меняется зона нечувствительности зрения оператора в зависимости от расположения контрольных приборов или других информационных устройств по отношению к оператору. Так, например, если информационное устройство находится прямо перед оператором, то зона нечувствительности составляет 0,5—1', если же под углом в 10°, то зона нечувствительности возрастает до 10'.
На величину ошибок считывания показаний информационного устройства оказывает существенное влияние форма шкал индикаторов и угловые размеры их делений. Статистические данные и специальные исследования дают следующие соотношения между формой шкалы и ошибкой считывания (табл. 1):
Таблица 1
|
Форма шкалы |
Ошибка от общего количества ошибок, % |
|
Линейная вертикальная Линейная горизонтальная Полукруглая Круглая Окно |
36,5 27,5 16,6 10,9 0,5 |
Зависимость точности и времени восприятия информации от угловых размеров делений шкалы показаны соответственно на рис. 1.4, а и 1.4, б.
Освещенность рабочего места также оказывает большое влияние на величину ошибок оператора. Зрительный анализатор оператора неадекватно реагирует на сигналы, следующие друг за другом с разной частотой. Постоянная времени зрительного анализатора считается равной порядка 170 мсек. Предельные интервалы между сигналами, при которых возможна адекватность 0,5 сек.
Наибольшая чувствительность восприятий звуковых сигналов находится в диапазоне частот от 2000 до 5000 гц, а весь спектр звуковых частот, воспринимаемых оператором, — от 16—20 до 20 000—22 000 гц.
Помимо рассмотренных выше статических характеристик, любой оператор обладает вполне определенной реакцией на изменение входного сигнала, т. е. имеет вполне определенные динамические свойства.
Рассмотренные выше характеристики оператора дают представление о его возможностях и недостатках. Основными недостатками оператора
являются:
1. Недостаточно высокая скорость восприятия и переработки информации, поступающей от объекта контроля, и большое время выполнения элементарных операций.
2. Субъективность суждения о результатах контроля, особенно при работе в условиях внешних помех (повышенная температура, шумы, вибрации и т. д.).
3. Ограниченная длительность непрерывной работы.
Рассмотренные выше количественные характеристики оператора и их недостатки должны обязательно учитываться при проектировании систем контроля и при организации эксплуатации и обслуживания авиационной техники.
PAGE 1