Файл: Павлов, Б. В. Диагностика болезней машин. (Как инженеры овладевают языком машин).pdf

чаются довольно запутанные ситуа­

ции. Для формализации процесса рас-

суждений и сведения его к последо­ вательности стандартных операций,

которые может осуществить не толь­

ко человек, но и автоматическое уст­

ройство, полезно использовать математическую логику. Логика — это наука, которая разрабатывает правила построения одних утверждений из других. Она изучает формы и законы рассуждений. О существовании таких за­

конов знали еще в древнем мире. Строгую систему логики,

которой пользуются и поныне, разработал древнегреческий

философ Аристотель.

Правила логики очень похожи на правила арифметики. И действительно, английскому математику Джону Булю удалось разработать своеобразную алгебру, которую позд­

нее назвали математической логикой, или исчислением вы­

сказываний. Она выражает логические правила математи­

ческими формулами. В настоящее время математическая логика развилась в обширную науку. Это связано с тем, что

она нужна для проектирования электронных вычислитель­

ных машин.

С точки зрения логики процесс диагностического рас­ суждения включает в себя два вида утверждений: выска­ зывания о наличии симптомов и заключение о состоянии машины. Эти утверждения могут быть истинными или ложными. Истинные утверждения будем обозначать че­ рез 1, а ложные — 0. Сами высказывания обозначим бук­

вами, как это делается в алгебре по отношению к числам.

Высказывания о наличии определенных симптомов у об­ следуемой машины обозначим буквами х, у, z,.,., а утверж­

дения о том или другом ее состоянии — wu w2 ,..., wn. Та­

ким образом, переменные величины х, у, г,... и гщ, «,’г,..., wn могут принимать только два значения: 0, когда обозна­ ченное ими высказывание ложно, и 1, когда оно истинно. Утверждение о том, что машина находится в некотором

71

Включенное положение — истинное высказывание, выключенное — ложное.

состоянии Wi, является функцией высказываний о наблю­

дающихся симптомах.

wt = f(x, у, z , ...).

Теперь расскажем о том, как строятся и вычисляются функции указанного вида. Здесь имеется большое сходство с обычной алгеброй. Алгебраические формулы включа­

ют в себя несколько стандартных действий над аргумейта-

ми: сложение, умножение, извлечение корня, возведение в степень и т. д. Логические формулы также обозначают

некоторую последовательность элементарных действий, по­

этому прежде всего познакомимся с ними.

Л о г и ч е с к о е с л о ж е н и е (дизъюнкция) двух вы­

сказываний. Эта операция обозначается так:

жV У = w.

72

Таблица для ее вычисления напоминает таблицу умноже­

ния:

Сложное утверждение, имеющее форму логического сло­

жения, ложно только в том случае, если ложны оба состав­ ляющие его высказывания.

Если обозначить х высказывание выпускной дым трак­ тора синего цвета, у — данный трактор перерасходует кар­ терную смазку, w— большой износ маслосъемных колец,

то утверждение х \/ у= и> моягао прочитать так: если вы­ пускной дым синего цвета или трактор перерасходует кар­ терную смазку, это означает, что у него изношены масло­ съемные кольца.

Л о г и ч е с к о е у м н о ж е н и е (конъюнкция) — это

такое сложное утверждение, которое истинно только в од-

Рис. 20. Логическое умножение. Лампочка загорится только тогда, когда будут включены оба переключателя,.

73

ном случае, если истинны оба образующие его высказыва­

ния. Логическое умножение обозначается так:

х/\ у = w

иимеет следующую таблицу истинности:

0 л 0 = 0

1 л 0 = 0

0 л 1 = 0

1 л 1 = 1

Логическим умножением будет, например, такое утверж­

дение: у трактора поздний впрыск топлива, если он «не тя­ нет» и выпускной дым черного цвета.

Существует еще несколько логических операций, ис­

пользуемых при построении сложных логических функций,

но мы упомянем только о двух, которые часто применяют при разработке логики диагностических приборов.

74

машины, т. е. они не содержат никакой диагностической

информации, и их нужно исключить из перечня симптомов.

Логические операции легко могут быть реализованы с

помощью электрических и электронных схем. Электронные

вычислительные машины и представляют собой систему

элементов, каждый из которых может выполнять одно из

логических действий. Логические переменные, принимаю­ щие всего два значения — 1 или 0, соответствуют двум со­ стояниям двухпозиционного переключателя (включен — выключен).

Простейшее диагностическое устройство, основанное на использовании правил математической логики и предназ­

наченное для обеспечения объективности диагностического

заключения, было разработано несколько лет назад в

СибИМЭ.

На верхней панели устройства размещены 26 тумблеров

(двухпозиционных переключателей) и 30 прозрачных таб­ личек с указанием неисправностей, которые встречаются

в гидросистеме трактора. Под каждой табличкой имеется

электрическая лампочка. У каждого тумблера обозначен симптом, т. е. внешний признак работы гидросистемы, сви­ детельствующий о неисправности. В зависимости от симп­ томов, обнаруженных у обследуемого агрегата, механик включает те или иные тумблеры. Горящая лампочка ука­

зывает на неисправность, соответствующую комбинации

обнаруженных симптомов. Основу прибора составляет ди­

одная матрица — дешифратор, в которой закоммутированы связи симптомов с неисправностями, т. е. таблица соответ­

ствий, о которой говорилось выше.

Рассмотрим одну какую-либо неисправность и покажем,

как она обнаруживается логическим устройством. Пусть

это будет поломка крестовины запорного клапана гидро­ системы. Этой неисправности соответствуют следующие симптомы: х — навесное орудие не поднимается, у — под­ нятое орудие нельзя опустить. Кроме того, наблюдаются

еще такие признаки: z — рукоятка распределителя само-

76

Рис. 21. Схема для обнаружения поломки крестовины запорного клапана гидросистемы.

произвольно возвращается в нейтральное положение; v —

при попытке удержать рукоятку рукой срабатывает пред­

охранительный клапан.

Поломку крестовины мы видеть не можем, а движение

навесного орудия при включении гидросистемы происходит на наших глазах. То же самое можно сказать и о других внешних признаках, поэтому они и называются симптома­ ми. Но даже в случае одной неисправности четыре ее симп­ тома запоминаются не сразу. Ситуация значительно услож­ няется, когда приходится иметь дело с тридцатью неис­ правностями, причем одни и те же симптомы могут

относиться к различным неисправностям, различаются

лишь их комбинации. Логическое устройство и предназна­

чено, чтобы облегчить анализ симптомов.

Для указанной выше неисправности и ее симптомов

можно написать логическое соотношение

(x\J у) f\z [\v = w

77

и смоделировать его электриче­

ской схемой. Лампочка загорится

и укажет на неисправность только

в том случае, если будут включе­

ны тумблеры симптомов х или у,

или оба одновременно, а кроме то­

го, тумблеры z и V. В противном случае лампочка гореть

не будет, что означает отсутствие в гидросистеме указан­

ной неисправности.

Логическое устройство, описанное выше, в некоторой степени имитирует процесс постановки диагноза опытным

механиком. А поскольку его проектировали специалисты,

хорошо представляющие связь симптомов с неисправностя­ ми, то возможность логической ошибки при анализе симп­

томов здесь сведена к нулю. И вместе с тем это устройство не гарантирует от ошибок в диагнозе, поскольку обнару­ жение симптомов возложено на органы чувств оператора, а их острота и объективность не безупречны.

Более совершенную систему разработали американские специалисты. Она предназначена для диагностики неис­

правностей силового агрегата танка (двигателя, трансмис­

сии, системы охлаждения). Основу системы составляет

универсальная электронная вычислительная машина, ко­

торая анализирует симптомы и указывает на неисправ­ ность в обследуемом объекте. Но задача обнаружения симп­ томов и их оценки здесь возложена не на человека, а на специальные датчики, которых в системе более 60. Перед обследованием танка датчики устанавливают в различных точках машины, а их сигналы через усилители и специаль­

ные преобразователи подаются непосредственно в вычис­

лительное устройство, которое их тщательно анализирует.

Анализ проводится по правилам математической логики,

для чего в память вычислительной машины заранее вво­ дится таблица соответствия неисправностей различным

комбинациям симптомов, вроде той, что приведена на стра­ нице 75. Конечно, возможности вычислительной машины

78

значительно шире простого логического

устройства, поэтому в ее задачу, кроме

анализа симптомов, входит также

управление режимом обследуемого дви­

гателя. Диагноз проводится’ на несколь­

ких скоростных и нагрузочных режи­ мах, затем результаты автоматически

сопоставляются и, если в них нет противоречий, вычисли­

тельная машина печатает диагноз двигателя на специаль­ ной карточке. Кроме выявленных неисправностей, в ней также приводится инструкция по ремонту и указываются номера деталей, подлежащие замене.

По чувствительности и объективностидатчики, конеч­

но, превосходят органы чувств человека. Но почему их так

много в американской системе? Дело в том, что танковый

двигатель — очень сложный механизм, состоящий из боль­

шого числа деталей, и каждая из них может оказаться неисправной. Все датчики нужны для того, чтобы получить о двигателе как можно больше информации. Здесь учиты­ вается основной закон диагностики, о котором мы расска­ жем дальше и который требует согласования количества информации, содержащейся в симптомах, с величиной не­ определенности состояния машины. Чаще всего этот закон выступает в виде требования, чтобы число независимых параметров используемого диагностического сигнала было не меньше числа параметров, которыми определяется со­ стояние машины.

Каждый датчик американской системы диагностики вы­

дает один параметр сигнала, например среднюю темпера­ туру охлаждающей жидкости, или среднее давление в сис­ теме смазки, или среднюю скорость поступления воздуха в карбюратор и т. д. Так много датчиков потребовалось для того, чтобы получить нужное число параметров сигнала, которых должно быть не меньше числа параметров, опре­ деляющих состояние танкового двигателя. Известны сис­

79

темы диагностики, используемые в авиации, которые на­

считывают сотни датчиков.

Но неужели использование многих десятков или даже

сотен датчиков для диагностирования более или менее

сложной машины неизбежно? Ведь такая перспектива бу­

дет мало отличаться от того, что мы говорили о груде диа­ гностических приспособлений, каждое из которых исполь­

зуется для обследования только одного элемента машины.

Основной закон диагностики

Несовершенство органов чувств человека, его склон­

ность нарушать законы логики при рассуждении давно

беспокоят специалистов по диагностике и заставляют их делать попытки заменить человека чуткими и беспристра­ стными приборами. Естественно, что «слухачи» были вы­ браны первыми для такой замены, поскольку прослушива­ ние машины — основная диагностическая операция и в ус­

ловиях эксплуатации, и при заводском контроле готовых

изделий.

Машины во время работы всегда шумят, и шум этот,

как правило, — признак их несовершенства. Неточность из­

готовления деталей, их износ, погрешности сборки — все приводит к увеличению интенсивности ударных взаимо­ действий в кинематических парах и, как следствие, к воз­ растанию колебаний и шума машины. Замечено, чем боль­ ше в машине дефектов, тем выше уровень ее шума. По­ этому идея прибора, который должен прийти на смену

«слухачам», напрашивается сама собой. Этот прибор дол-

ятен показывать интенсивность шума, а его шкала должна

быть откалибрована в единицах, которыми измеряют де­

фекты деталей и кинематических пар.

Прибор для измерения уровня шума изобретать не нуж­

но, он давно существует и называется шумомером. Чем громче шум, тем больше отклоняется стрелка прибора. Вот

80