Способ диагностики машин и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01M7/00 

135

Изобретение относится к испытательной технике и может использоваться для управления качеством машин в условиях производства и эксплуатации.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов ди- агностики за счет учета малых по амплитуде, но информативных диагностических признаков.

На фиг. 1 представлен график ис- . ходной нелинейной зависимости между разностью шагов в зацеплении шесте

рен X и уровнем отфильтрованного виб- 15 ра И на функцию распределения наб- роакустического сигнала Y, получен- людаемого диагностического признака

ной на 22 машинах-эталонах (шестеренные насосы)J на фиг.2 - график линейной регрессии функций распределения тех же параметров и доверительных границ ошибки диагностики (пунктир); на фиг. 3 - блок-схема устройства для диагностики машин, осуществляющего дан- ный способJна фиг.4 - график кусочно- линейной аппроксимации функции распределения.

Устройство для диагностики машин по косвенным признакам, сопровождающим ее работу, преимущественно характеристикам вибрации корпуса (фиг.3 содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), согласующий блок 2 (СБ), тракт 3 управления (ТУ) и тракт 4 распознана ния (ТР), в котором последовательно соединены блок 5 фильтров (ВФ),,блок 6 измерительных преобразователей (БИП), блок 7 аппроксимации законов распределения (БАЗ), блок 8 усреднения (БУС), мажоритарный блок 9 (МБ) и блок 10 индикации (БИ). Выходы тракта 3 управления подключены к управляющим входам БФ5, БАЗР7, БИ 10.

Блоки 7-10 устройства выполнены многоканальными, число каналов в которых определяется числом используемых диагностических признаков.

Способ основан на, существовании линейной регрессии функции распределения и Fj; (Х) структурного параметра машины (диагностируемой погрешности) X на функцию распределения V FU(Y) диагностического признака вибрации Y.

При этом все поле допуска (рассеивание) диагностируемой погрешности X -принимается равным 1. Приведенное

к полю допуска значение погрешности И изменяется от О до 1.

Связь между структурным парамет- ром машины X и диагностическим признаком, сопровождающим ее работу (Y), является нелинейной и стохастической. Последнее обусловлено как ошибками измерения X и Y, так и погрешностями их воспроизведения на испытательных стендах в производстве, так и в эксплуатации (фиг. 1).

Регрессия функции распределения ненаблюдаемого структурного парамет

V совпадает с биссектрисой первого координатного угла информационной плоскости (и, V) (фиг. 2):

20

и и Ve

0,1

(1)

при этом максимальное значение ошибки диагностики,обусловленной стохастической связью между X и Y, оценивается с доверительной вероятностью через плотность совместного распределения преобразованных величин W (и,V) либо через коэффициент ранговой корреляции Спирмена между

ними (pg) (фиг. 2):

Л 1 и - V| (U/Vo -::Qi(-ps)/2 .

,(2)

Переход от абсолютных значений параметров X и Y к функциям их распределения И и V приводит к канони-, зации формы связи между ними, которая

выражается простейшей линейной за- висимостью (1), в. результате чего отпадает необходимость восстановления неизвестной нелинейной зависи- мости (фиг. 1).

Поскольку функции распределения всех диагностических признаков V; ,1 - 1, п изменяются в одном и том же диапазоне от О до 1 независимо от того, в каких диапазонах и единицах измерения изменяются разнородные ди- агностические признаки I; , i 1, п, то это исключает эффект маскирования малых, но информативных признаков большими, но менее информативными.

Устройство работает следующим образом.

Вибрации и другие косвенные диагностические признаки работающей машины (давление г. магистралях, подачи, температура и т.д.) преобразуются блоком 1 датчиков в электрические сигналы, которые проходят предварительную фильтрацию и усиление в согласующем блоке 2, поступают в тракт 3 управления, который синхронизирует работу устройства с рабочим циклом машины, и в тракт 4 распознавания. Блок 5 фильтров под управлением синхросигналов ТУ 3 выделяет п информативных диагностических признаков (зубцовые, оборотные гармоники, подшипниковые частоты и т.д.), энергетические характеристики которых измеряются в блоке 6 измерительных преобразователей (амплитуда, действующее или средневыпрямлен- ное значение и т.п.). Далее сигналы с БИП 6 поступают на многоканальный блок 7 аппроксимации законов распределения вероятностей диагностических признаков БАЗР, ко торый ставит в соответствие значению каждого диагностического признака на входе значе ние его функции распределения на выходе, в результате чего все призна ки аа выходе БАЗР 7 имеют одинаковый закон распределения и изменяются в диапазоне от О до 1. Далее сигналы поступают на блок 8 усреднения БУС, который вычисляет обобщенный диагностический признак R как средневзвешенную сумму частных диагностических признаков V;. Для выравнивания распределения обобщенного диагностического признака Ry выходной сигнал БУС8 пропускается через (п + + 1)-й канал БАЗР7, на выходе которого каждому значению Ry соответствует значение его функции распределения Р , которое используется как обобщенный показатель качества машины. Кроме того, выходные сигналы с п первых выходов БАЗР7 поступают на вход мажоритарного блока 9, на выходе которого содержится информация о величине и номере максимального частного показателя качества V; д|,-который соответствует той погрешности, кото- рая является максимальной среди всех других погрешностей и определяет, в основном, качество машины.

Выходные сигналы с БАЗР7 и мажоритарного блока 9 поступают для отображения на блок 10 индикации. Тракт 3 управления организует работу блока 10 индикации в зависимости от

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

того, на какой стадии технологического процесса изготовления машин производится диагностика (выход 3-3).

После сборки машины производится ее обкатка и диагностируется наличие максимальных погрешностей.

Для этого используется информация с выхода мажоритарного блока 9, и блок 10 индикации отображает величину и номер максимального частного показателя качества V,;,д(. определяющего состояние машины. Если величина этого показателя близка к 1, т.е. соответствующая погрешность близка к предельной, то для надежной обработки ресурса такая машина отправляется на доработку с целью уменьшения этой погрешности.

Поскольку частные показатели имеют одинаковьй диапазон изменения (0,1), то введение мажоритарного блока 9 позволяет осуществлять эффективную селекцию максимального из них. После обкатки, если частные показатели V меньше предельно допустимых, проводятся приемосдаточные испытания и определяется обобщенная оценка качества машины Ру. Тракт 3 управления дает команду БИ10 на ин- дикацию обобщенного показателя качества Ру. При этом одновременно индицируются и п частных показателей качества V-. По величине Ру производится разделение выпускаемых машин на категории качества, которьм может присваиваться различный ресурс.

Для работы с устройством, его необходимо сначала обучить. Для этого устройство переводится в режим обучения по сигналу с выхода тракта 3 управления.

Обучение устройства заключается в наборе статистики по частным Y и обобщенному Ry диагностическим признакам, построению и запоминанию в БАЗР 7 вариационных рядов этих признаков, на основе которых вычисляются значения функций распределения, являющиеся частными V; и обобщенными Ру показателями качества машин.

Для обучения используются результаты измерения диагностических признаков на сдаточных испытаниях маший без их разборки.

С увеличением объема обучающей выборки S точность определения значений функций распределения увеличивается.

Проверку результатов обучения осуществляют путем разборки машин с большими и малыми V; и Р„ , необязательно взятыми из обучающей сово-. купности, микрообмера и сравнения результатов с допусками по чертежам, а также путем сравнительных ресурсных испытаний.

Для упрощения БАЗР его. можно реализовать на основе кусочно-линейных аппроксиматоров (фиг. 4, пунктир).

В качестве узлов, между которыми осуществляется интерполяция, целе10

менении технологии или при переходе к диагностике машин и другого типоразмера.

Формула изобретени

1. Способ диагностики машин по косвенным признакам, сопровождающим ее работу и связанным с ее внутренними погрешностями, преимущественно характеристикам вибрации корпуса, заключающийся в том, что определяют предельные значения диагностических

сообразно выбрать точки соответст - 15 признаков, измеряют значения диагвующие по вероятности уровням 0,1 и . Этот интердецильный размах,. включающий в себя Й0% выборочного . распределения, является мерой рассеивания, которая почти не зависит от экстремальных значений включает в себя большую часть случаев) имеет очень малые колебания от выборки к выборке.

При этом коэффициенты аппроксимирующей прямой

V aY + b определяются по формулам:

а 0,8/(Yo, - YQ./)-, b (0,1Yo., - 0,9Yo, ):/(YO,,

-

де

a b

0,1J

0,9

угловой коэффициент; коэффициент смещения,

вероятности, соответствующие первой и девятой децилям выборочного распределения диагностического признака,

0,1

Y Q - первая и девятая децили

(значения) выборочного распределения диагностического признака.

Прямую (3) можно не ограничивать . на уровне 1,0, что поз волит диагностировать грубые нарушения технологии, когда диагностируемые погрешности далеко выходят за поле.допуска. 50 повременном повьш1ении достоверности При такой реализации БАЗР 7 в про- результатов диагностики путем оценки относительной доли поля допуска диагностируемой погрешности по знацессе обучения вычисляются коэффициенты аппроксимирующих прямых для всех (п + 1) признаков.

чению функции распределения соответПосле окончания обучения эти коэф- 55 ствующего диагностического признака, фициенты по команде тракта 3 управле- тракт распознавания снабжен многока- ния вводятся в БАЗР 7 и в дальнейшем нальным блоком аппроксимации законов при диагностике изменяются только по распределения вероятностей диагности- мере.необходимости, например при из- ческих признаков.

включенным между

менении технологии или при переходе к диагностике машин и другого типоразмера.

Формула изобретения

1. Способ диагностики машин по косвенным признакам, сопровождающим ее работу и связанным с ее внутренними погрешностями, преимущественно характеристикам вибрации корпуса, заключающийся в том, что определяют предельные значения диагностических

0

0

ностических признаков у диагностируемой машины, сравнивают их с предельными и по результатам сравнения судят о техническом состоянии машин, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения достоверности результатов диагностики, восстанавливают функции распределения вероятностей диагностических признаков

5 вибрации для множества диагностируемых машин, определяют значения функций распределения диагностических признаков вибрации, измеренных у диагностируемой машины, и по близости значения функции распределения каждо-. го диагностического признака, которое равно относительной доле поля допуска соответствующей погрешности, к О или 1 судят о состоянии машины.

2. Устройство для диагностики машин по косвенным признакам, сопровождающим ее работу, преимущественно характеристикам вибрации корпуса, содержащее последовательно соединен0 ные блок датчиков, согласующий блок, тракт управления и тракт распознавания, в котором последовательно соединены блок фильтров, блок измерительных преобразователей, блок усред5 нения и блок индикации, выход тракта управления соединен с управляющим входом блока фильтров, о т л и ч а- ю щ е ее я тем, целью снижения трудоемкости настройки при од35

ческого признака, снабжен многока- оксимации законов тностей диагности

включенным между

7

блоками измерительных преобразователей и усреднения и ставящим в соответствие значению каждого признака на входе значение его функции распределения на выходе, и мажоритарным блоком, вьзделяющим значение и номер максимального признака на его входе, выходы п первых каналов блока аппрок симации подключены к входам блока усреднения, мажоритарного блока и блока индикации, выход блока усреднения через (п + 1)-й канал блока аппроксимации подключен к (п+О-му каналу блока индикации, выход мажоритарного блока - к (п+2)-му входу блока индикации, а управляющие входы блоков аппроксимации, усреднения и индикации подключены к соответствующим выходам тракта управления.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каждый -канал блока аппроксимации законов рас6 д ГО п 74 76 78 2О X, л/л-л/ фи& 1

96928

пределения вероятностей диагностических признаков выполнен, в виде . кусочно-линейного аппроксиматора, коэффициенты линейной характеристики которого определяются интердег цильным размахом, заключенным между первой и девятой децилями выборочного распределения соответствующего признака, по формулам:

10

15

а 0,8/(Yo,, - Y,,, );

b (0,1 . YO,, - 0,9-Y,, )/(Y,,, 0,1

где a b

.0.1- 0 0,9

угловой коэффициент; коэффициент смещения;

вероятности, соответствующие первой Yg, и девятой YQ децилям выборочного распределения диагностического признака.

ив

0,7

0,6 0,5

аз

0,2 0.1

о 0,1 0.2 аз Й41 0,5 0.6 0,7 0,8 0,9 U cpuf. 2

Редактор Л.Повхан

Составитель Л.Куликов

Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска

Заказ 6147/45Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - повышение достоверности результатов диагностики - достигается тем, что вибрации и другие диагностические признаки преобразуются блоком 1 дат- НИКОВ в электрические сигналы, которые, пройдя согласующий блок 2, пос- тупают в тракт 3 управления и в тракт 4 распознавания. Блок 5 фильтров выделяет диагностические признаки, которые измеряются в блоке 6 измерительных преобразователей. В блоке 7 аппроксимации законов распределения их значениям ставится в соответствие значение их функций распределения. По этим значениям в блоке 8 усреднет ния вычисляется обобщенный диагностический признак. 2 и 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ,