Диагностирование и прогнозирование остаточного ресурса автомобиля
Диагностирование – это процесс распознавания состояния автомобиля и его элементов по диагностическим параметрам, характеризующим их техническое состояние с выявлением места, причины и характера неисправности или отказа.
При диагностировании с помощью контрольно-диагностических средств определяют диагностические параметры, по которым судят о структурных параметрах, отражающих техническое состояние диагностируемого механизма.
Диагностический параметр — это физическая величина, контролируемая средствами диагностирования и косвенно характеризующая работоспособность автомобиля или его составной части (например, шум, вибрация, стуки, снижение мощности, давления).
Структурный параметр — это физическая величина, непосредственно отражающая техническое состояние механизма (геометрическая форма, размеры, взаимное расположение поверхностей деталей). Структурные параметры, как правило, нельзя измерить без разборки механизма.
Различают: номинальные, допускаемые, предельные, упреждающие и текущие значения диагностических и структурных параметров.
Прогнозирование остаточного ресурса – это определение совокупности значений параметров и признаков технического состояния автомобиля на будущий момент или интервал времени, в соответствии с которыми определяется оставшаяся неиспользованная наработка после диагностирования.
Для надежного прогнозирования остаточного ресурса автомобиля необходимо выполнить его полнокомплектное техническое диагностирование с использованием соответствующих средств диагностики. В условиях реальной эксплуатации АТС при проведении технических обслуживаний и ремонтов чаще всего оценивается остаточный ресурс их узлов, агрегатов и механизмов.
Современные методы прогнозирования технического состояния объектов подразделяются на три основные группы.
1. Методы экспертных оценок, сущность которых сводится к обобщению, статистической обработке и анализу мнений специалистов. Эксперты обосновывают свою точку
зрения на собственном опыте, литературных данных, анализе эксплуатационной надежности узлов и механизмов автомобилей и т.д.
2. Методы моделирования, базирующиеся на основных положениях теории подобия, формировании модели изучаемого объекта, проведении экспериментальных исследований и пересчете полученных показателей с модели на натуральный объект.
3. Статистические методы, из которых наиболее широкое распространение получил метод экстраполяции.
При прогнозировании непосредственно измерить остаточный ресурс объекта практически невозможно. Поэтому необходимо определить аналоговый диагностический параметр или комплекс таких параметров, которые адекватно отражают техническое состояние объекта и реализацию его ресурса по наработке. Для агрегатов автомобиля это могут быть параметры эффективности функционирования (мощность, крутящий момент, расход топлива и др.), геометрические параметры (люфты, зазоры) и параметры сопутствующих процессов (герметичность рабочих объемов, вибрации, физико-химический состав отработавших эксплуатационных материалов и т.д.).
Дата добавления: 2015-12-08 ; просмотров: 763 | Нарушение авторских прав
Всероссийская Олимпиада профессионального мастерства
Прогнозирование остаточного ресурса двигателя
Задача «Прогнозирование (определение) остаточного ресурса двигателя ЗМЗ-4063.10» включена в вариативную часть задания II уровня Всероссийской Олимпиады профессионального мастерства для специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта».
Пример решения задачи
«Прогнозирование (определение) остаточного ресурса двигателя ЗМЗ-4063.10.»
Примечание: исходные для примера данные выбраны произвольно.
1. Пробег автомобиля – L = 165 000 км;
3. Показатель степени изменения диагностического параметра α = 1,3.
Данную задачу можно решать аналитическим и графическим методом. Рассмотрим каждый из них по отдельности.
Решение аналитическим методом:
Для определения остаточного ресурса двигателя Lост используем зависимость:
Ответ: Прогнозируемый остаточный ресурс ЦПГ двигателя по давлению в конце такта сжатия до достижения предельного состояния будет равен 123 тыс. км.
Графическая интерпретация и решение графическим методом:
В случае, если коэффициент α будет задан равным единице, график получится в виде прямой наклонной линии (линейная зависимость), в остальных случаях ( α ≠ 1) график получится в виде кривой линии.
Если α > 1, график будет иметь вид кривой, обращеной выпуклостью вниз (вогнутая), если α α не может быть равен нулю, поскольку тогда мы получим вечный (неизнашиваемый) двигатель.
Если параметр с пробегом растет (например, износ ЦПГ), то график пойдет на подъем, если параметр с пробегом уменьшается (например, компрессия двигателя), график пойдет на спад (как на рис. 1).
На полученном графике необходимо указать участок, интерпретирующий остаточный ресурс двигателя ( Lост ) и определить его длину (с учетом масштаба) при решении графическим методом.
В случае, если задача решается только графическим методом, кроме ресурса (пробега) в момент измерения (диагностирования), должен быть задан предельный ресурс двигателя по пробегу.
Пример построения графика приведен ниже.
Примечание: Задача может быть поставлена по-другому, например:
Требуется определить, какой ресурс имеет новый двигатель до предельного состояния?
В этом случае для прогнозирования ресурса (пробега) двигателя до предельного состояния может быть использована формула:
Lпр = α √[( Рпр – Рном ) /Vс ], (прим.: √ — знак корня)
Лекционные материалы
Прогнозирование остаточного ресурса двигателя
Прогнозирование применяется для определения остаточного ресурса машин и механизмов (в т. ч. двигателей), с целью определения надежности и безотказности их работы при дальнейшей эксплуатации. Прогнозирование надежности может производиться по разнообразным критериям (например, по динамике процесса изнашивания деталей ЦПГ, по содержанию элементов износа в масле смазочной системы, показателям давления сжатой смеси в цилиндрах и т. д.).
В общем случае критерий (показатель), выбранный для определения остаточного ресурса двигателя, должен наиболее полно характеризовать динамику снижения его надежности (безотказности) при эксплуатации.
С целью получения более достоверного прогноза нередко используют несколько ключевых критериев, характеризующих надежность машины (двигателя) или ее составного элемента.
Для прогнозирования остаточного ресурса механизмов и машин используют разнообразные методы – метод экспертных оценок, методы моделирования и статистические методы. Все эти прогнозы основываются на вероятностных категориях, т. е. в определенной степени подчиняются факторам случая.
Тем не менее, в обобщенном виде, современные методы прогнозирования позволяют оценить остаточный ресурс любой машины с целью определения ее эксплуатационных возможностей в достаточно достоверной степени.
В настоящее время наибольшее применение находят методы статистического моделирования (прогнозирования), основанные на анализе результатов технической диагностики. Как упоминалось выше, результаты такого прогноза (как, впрочем, и при использовании других методов) следует рассматривать как вероятностную категорию, не застрахованную от случайных возмущений и не гарантирующую стопроцентного результата.
Сущность метода статистического моделирования заключается в измерении реальных значений критерия работоспособности и сопоставлении результатов измерения с допустимыми или предельными значениями для этого критерия. При этом допустимые значения параметров технического состояния являются инструктивными и позволяют делать общее заключение о состоянии объекта диагностирования, не проводя никаких расчетов.
Так, если измеренное значение параметра больше допустимого или равно предельному значению, то объект подлежит обслуживанию или ремонту не зависимо от его текущей работоспособности. Если же измеренное значение меньше допустимого или равно ему, то объект не требует никаких воздействий до очередной проверки.
Параметр измеряется мастером-диагностом во время прохождения автомобилем технического обслуживания №2 (ТО2) с интервалом (после наработки) 10 тыс. км. Данные измерений фиксируются в карточке учета с указанием наработки (пробега) и значения параметра.
После определенного периода эксплуатации и прохождения нескольких диагностических замеров можно составить график изменения параметра (давления в цилиндрах), откладывая по оси абсцисс наработку (пробег), а по оси ординат – значение параметра (давления в цилиндрах).
Полученный график (рис. 1) может иметь форму прямой или кривой линии в зависимости от характера и интенсивности изменения параметра.
Прямая линия графика (рис. 1, а) указывает, что относительное изменение параметра происходит линейно, т. е. прямо пропорционально наработке. Линейная зависимость изменения параметра от наработки встречается редко, чаще график имеет вид плавной кривой, направленной выпуклостью вверх или вниз.
Рассмотрим в качестве примера динамику износа деталей ЦПГ двигателя в зависимости от наработки (пробега автомобиля). Кривая графика при правильной эксплуатации двигателя будет иметь плавный изгиб. При этом если кривая направлена выпуклостью вниз (рис. 1, б), можно сделать вывод, что параметр с наработкой возрастает все интенсивнее (например, пробег увеличился в два раза, а износ деталей – в 5 раз). Если выпуклость линии графика направлена вверх (рис. 1, в), значит, с наработкой относительное изменение параметра уменьшается. Это, например, может иметь место, когда сопряженные детали ЦПГ притерлись после обкатки и интенсивность их износа с наработкой снижается в сравнении с начальным периодом эксплуатации.
Следует отметить, что график изменения параметра может быть не только нарастающим, но и убывающим, как, например, в случае с компрессией в цилиндрах (см. рассмотренную выше задачу).
Исходными данными при использовании методов статистического прогнозирования ресурса двигателя являются:
Прогнозирование ресурса может осуществляться на основе полученных в результате измерения данных и непосредственного построения графической зависимости значений параметра от наработки. Т. е. мастер-диагност периодически выполняет замер параметра после определенной наработки (например, во время ТО), а затем по данным диагностических замеров выполняется и анализируется графическая зависимость.
Возможен и аналитический способ статистического прогнозирования, при котором используются данные измерений параметра в процессе наработки, после чего определяется скорость (интенсивность) изменения данного параметра.
Аналитический способ позволяет прогнозировать значение параметра после любой наработки, используя эмпирическую зависимость:
Показатель степени α определяется на основе статистических данных о закономерностях изменения параметров технического состояния в зависимости от наработки, полученных в реальных условиях эксплуатации, т. е. опытным путем.
При α > 1 и α α > 1) кривая обращена выпуклостью вниз (рис. 1, б), во втором ( α α = 1 указанная зависимость имеет линейный вид (рис. 1, а).
Экспериментально были получены ориентировочные значения α для некоторых параметров технического состояния двигателя.
Таблица 1. Нормативные значения параметров диагностирования технического состояния ЦПГ и показателя α для этих параметров.
Прогнозирование остаточного ресурса автомобиля по результатам диагностирования.
В процессе эксплуатации автомобилей техническое состояние их элементов зависит от эксплуатационных, конструктивных и технологических факторов и практически не поддается предварительному учету. Предсказать техническое состояние машины в будущем можно прогнозированием. На основе прогнозирования дается заключение о целесообразности проведения технического воздействия (ремонта, замены, регулировки). Прогнозирование при известных нормативных значениях диагностических параметров решает задачи определения остаточного ресурса и периодичности диагностирования. Остаточный ресурс — наработка до перехода в предельное состояние после диагностирования. Изменение параметра в заданный промежуток наработки называется реализацией параметра.
Сравнивая измеренное значение диагностического параметра с нормативным (предельным или допускаемым) его значением, делается заключение об остаточном ресурсе и соответственно о необходимости проведения тех или иных технических воздействий. Когда остаточный ресурс больше предстоящего межконтрольного цикла, то техническое воздействие на диагностируемый элемент не осуществляется. Если остаточный ресурс меньше межконтрольного цикла и диагностический параметр достиг своего допускаемого значения, то осуществляется техническое воздействие.
При прогнозировании остаточного ресурса элементов автомобилей применяют методы прогнозирования по среднему статистическом изменению параметра и по реализации. Прогнозирование по среднему статистическому – это предсказание изменения параметра по данным среднестатистического его изменения для совокупности одноименных элементов. Прогнозирование по реализации — предсказание изменения параметра конкретного элемента как по данным изменения параметра этого элемента в прошлом, так и по данным среднестатистического изменения параметра совокупности элементов. Прогнозирование остаточного ресурса по среднему статистическому изменению его параметра. Метод прогнозирования остаточного ресурса машины или отдельного его элемента применяется при отсутствии информации об изменении параметра в прошлом.
При реализации этого метода используется функция среднего изменения диагностического параметра, ее среднеквадратичное отклонение и средние данные по предельному состоянию, полученные для группы однотипных элементов. Для расчета среднеквадратичного отклонения S измеряемого диагностического параметра сначала выявляется закономерность распределения отклонений его частных значений по конкретным интервалам наработки (км пробега, времени и др.). Метод имеет большую погрешность в оценке остаточного ресурса отдельных элементов. Прогнозирование остаточного ресурса по реализации. Метод заключается в предсказании изменения диагностического параметра с учетом его предельного значения и индивидуального изменения в прошлом, а также характера изменения, выявленного для всей совокупности однотипных элементов. При прогнозировании по этому методу принимается, что изменение параметра диагностируемого элемента характеризуется экстраполяциопной функцией и среднеквадратичным отклонением этой функции от фактического изменения параметра. Этот метод позволяет получать более достоверный прогноз остаточного ресурса, чем метод прогнозирования по среднему статистическому изменению параметра.
Дата добавления: 2016-12-08 ; просмотров: 3699 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Диагностирование и прогнозирование остаточного ресурса автомобилей
Диагностирование — это определение технического состояния автомобилей, их агрегатов и узлов без разборки. Диагностирование является техническим элементом технического обслуживания и ремонта автомобилей.
Цель диагностирования при техническом обслуживании заключается в определении действительной потребности в выполнении работ технического обслуживания путем сопоставления фактических значений параметров с предельными, а также в оценке качества выполнения работ.
Цель диагностирования при ремонте заключается в выявлении неисправностей, причин их возникновения и установлении наиболее эффективного способа устранения: на месте, со снятием агрегата узла или детали, с полной или частичной разборкой и заключительным контролем качества выполнения работ.
При диагностировании с помощью контрольно-диагностических средств определяют диагностические параметры, по которым судят о структурных параметрах, отражающих техническое состояние диагностируемого механизма.
Структурный параметр — это физическая величина, непосредственно отражающая техническое состояние механизма (геометрическая форма, размеры, взаимное расположение поверхностей деталей). Структурные параметры, как правило, нельзя измерить без разборки механизма.
Диагностический параметр — это физическая величина, контролируемая средствами диагностирования и косвенно характеризующая работоспособность автомобиля или его составной части (например, шум, вибрация, стуки, снижение мощности, давления).
Необходимость косвенной оценки структурных параметров с помощью диагностических параметров обусловлена сложностью непосредственного измерения структурных параметров, поскольку их, как правило, нельзя измерить без разборки механизма. Таким образом, диагностирование позволяет своевременно выявлять неисправности и предупредить внезапные отказы, сокращая потери от простоев автомобиля при устранении непредвиденных поломок. Однако при этом необходимо знать взаимосвязь структурных и диагностических параметров.
Различают: номинальные, допускаемые, предельные, упреждающие и текущие значения диагностических и структурных параметров.
Номинальное значение параметра определяется его конструкцией и функциональным назначением. Номинальные значения параметров имеют обычно новые или капитально отремонтированные механизмы.
Допускаемым значением параметра называется такое граничное значение, при котором механизм может сохранять работоспособность и исправность до следующего планового контроля без каких-либо дополнительных воздействий.
Предельным значением параметра называется наибольшее или наименьшее его значение, при котором обеспечивается работоспособность механизма. При достижении предельного значения параметра дальнейшая эксплуатация механизма либо технически недопустима, либо экономически нецелесообразна.
Упреждающим значением параметра называется ужесточенное предельно допустимое его значение, при котором обеспечивается заданный либо экономически целесообразный уровень вероятности безотказной работы на предстоящей межконтрольной наработке.
Текущим значением параметра называется его фактическое значение в данный момент.
Диагностирование и прогнозирование остаточного ресурса автомобилей
ГОСТ Р ИСО 13381-1-2011
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Контроль состояния и диагностика машин
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
Condition monitoring and diagnostics of machines. Machine condition prognosis. Part 1. General guidelines
Дата введения 2012-12-01
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АНО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5 (пункт 3.5).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
Введение
Полный цикл контроля состояния машины включает в себя пять этапов:
— обнаружение отклонения в поведении машины;
— выявление неисправностей и их причин;
— прогнозирование развития неисправностей;
— принятие рекомендаций по корректирующим действиям;
— анализ состояния после останова машины.
Очевидно, что прогнозирование технического состояния машины (требующее предсказания, в какой степени работоспособность машины сохранится в будущем), основанное на статистическом подходе, не предполагает безошибочных решений. Поэтому стандартизация в этой области носит характер рекомендаций и концепций, а не строго предписанных действий.
Для прогнозирования развития неисправности требуется знание возможных видов отказов, которые могут случиться в данной машине, и доскональное понимание связей между рабочими состояниями машины и видами отказов. Поэтому прежде чем выполнять операции экстраполирования и прогнозирования, необходимо собрать данные об имевших место режимах работы машины, изменениях эксплуатационных параметров и параметров технического состояния.
В настоящее время появляется все большее число моделей, описывающих зарождение неисправности того или иного вида. Используемые системы мониторинга должны предусматривать включение в свой состав и тех моделей, что уже разработаны, и тех, что появятся в будущем.
С развитием компьютерной техники, позволяющей проводить анализ большого объема данных, возможность надежного предсказания начала развития неисправности, приводящей к отказу данного вида, становится вполне реальной при условии, что известны критерии зарождающейся неисправности для параметров, характеризующих отказ данного вида, а также связь изменения значений этих параметров с изменениями технического состояния машины.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает руководство по разработке процедур прогнозирования технического состояния машин с целью:
— сформировать среди пользователей и разработчиков систем мониторинга технического состояния машин единые представления о прогнозировании развития неисправностей;
— обеспечить возможность сбора пользователями необходимых данных о характеристиках и поведении машин в целях точного прогнозирования технического состояния;
— установить общие подходы к составлению прогнозов технического состояния;
— способствовать применению прогнозирования в разрабатываемых системах мониторинга технического состояния машин и включению вопросов прогнозирования в программы обучения персонала.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*:
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ИСО 13372, а также следующие термины с соответствующими определениями.
3.1 прогнозирование (prognosis): Оценивание риска наступления отказов одного или нескольких видов и времени до их наступления.
3.2 доверительный уровень (confidence level): Количественный показатель степени правильности диагноза или прогноза.
3.3 основная причина (отказа) (root cause): Совокупность условий, приводящих к цепи событий, результатом которых является отказ данного вида.
3.4 анализ видов и последствий отказов (FMEA) [failure modes effects analysis (FMEA)]: Исследование, проводимое на стадии проектирования и разработки машины, для определения возможных последовательностей событий, результатом которых является отказ данного вида, а также оценки влияния такого отказа на машину.
3.5 анализ видов, последствий и критичности отказов (FMECA) [failure modes effects criticality analysis (FMECA)]: Метод, основанный на FMEA и дополняющий его анализом экономических аспектов и вопросов безопасности в целях принятия решений по техническому обслуживанию.
3.6 анализ признаков видов отказов (FMSA) [failure modes symptoms analysis (FMSA)]: Метод, основанный на FMECA и дополняющий его выбором диагностических признаков для отказов каждого вида, методами определения вида отказа и контроля состояния в целях формирования оптимальной стратегии мониторинга
3.7 оценка времени до отказа [estimated time to failure (ETTF)]: Оценка периода времени от текущего момента до момента, когда в наблюдаемой машине ожидается наступление отказа.
4 Исходные данные для прогнозирования
Общее понятие о контроле состояния машин дано в ИСО 17359. В настоящем стандарте устанавливаются основные принципы прогнозирования технического состояния и необходимые исходные данные для этой процедуры, в число которых входят следующие:
a) перечень агрегатов, машин и узлов, подлежащих контролю;
b) все контролируемые параметры;
c) записи эксплуатационных параметров, данных технического обслуживания и записи об имевших место отказах;
d) условия работы и технического обслуживания контролируемых объектов;
e) первоначальный диагноз, включая идентификацию всех развивающихся неисправностей;
f) процедуры моделирования отказов, которые могут включать в себя статистические характеристики, влияющие факторы, критерии зарождения неисправностей и точки отказов для всех контролируемых параметров;
g) методы обработки кривых (подгонка, проектирование, наложение);
h) уровни предупреждения;
j) результаты расследований отказов;
k) параметры надежности, готовности, ремонтопригодности и безопасности;
I) данные о зарождающихся неисправностях;
m) данные о прогрессирующих неисправностях.
Целями сбора данных о характеристиках надежности, связанных с текущим техническим состоянием и показателями работы машины, являются:
— установление показателей фактической надежности, составление прогноза их изменения, сопоставление с эксплуатационными данными и моделями развития неисправностей и, в конечном итоге, уточнение прогноза технического состояния;
— улучшение показателей надежности данной машины и проектируемых машин.
Целями сбора данных о текущих эксплуатационных нагрузках и нагрузках, действовавших на период эксплуатации машины, являются:
— установление связи между показателями фактической надежности и работой, произведенной машиной, для сопоставления моделей зарождения и развития неисправностей с эксплуатационными данными;
— уточнение моделей оценки повреждений для данной машины и проектируемых машин;
— расширение области применений моделей оценивания повреждений.
Целями сбора данных о производственных потерях, потерях из-за вторичных отказов, затратах на мониторинг машин, техническое обслуживание и в связи с необходимостью резервирования машин и их узлов являются:
— установление соотношения между затратами и получаемой выгодой для разных вариантов технического обслуживания;
— повышение качества решений, принимаемых в связи с техническим обслуживанием машин;
— сокращение затрат, связанных с функционированием и техническим обслуживанием данной машины и проектируемых машин;
— оптимальная организация и управление (на основе совместного анализа данных о затратах, данных мониторинга, данных об эксплуатационных параметрах и нагрузках машины) операциями технического обслуживания (по состоянию, планово-предупредительного, для устранения неисправностей), обслуживающим персоналом, хранением запасных узлов и т.д.
5 Понятия, связанные с прогнозированием
5.1 Основные понятия
Прогнозирование, смысл которого интуитивно понятен из опыта, представляет собой оценивание времени до отказа и риска отказа вследствие имеющихся повреждений или повреждений, ожидаемых в будущем. Прогнозирование обычно эффективно для таких неисправностей, у которых описывающие их характеристики известным образом изменяются со временем (лучше всего по линейному закону). Труднее всего прогнозировать случайные отказы.