Technická diagnostika

Technická diagnostika

Technická diagnostika poskytuje objektivní informace o provozním stavu strojů a případně i o potřebách jejich údržby a průběhu doby života. V případě hrozící havárie může automaticky zastavit provoz diagnostikovaného stroje. Technická diagnostika je rychlým tempem modernizována technickými prostředky a programovým vybavením stejně jako jiné měřicí, monitorovací a řídicí systémy.

Cíle technické diagnostiky

Hlavním cílem technické diagnostiky je využít všechny užitečné informace o stavu diagnostikovaného objektu bez demontáže, za jeho běžného, popř. do extrémních podmínek nastaveného provozu. O rozsahu diagnostiky a jejím konkrétním provedení rozhodují výsledky úvah pokládající na jednu misku vah předpokládané náklady na diagnostický systém a jeho provoz a na druhou odhad výše úspor vzniklých eliminací pravděpodobného počtu havárií novou strategií údržby se snížením potřeby náhradních dílů, prodloužením doby života sledovaného objektu, zvýšením jeho konkurenceschopnosti na trhu atd. Zvlášť významná je dokonalá diagnostika v případech snižování rizika ztráty lidských životů (především v letecké a kosmické technice, ale i v pozemní a lodní dopravě).

Koncepce diagnostického systému se volí podle druhu sledovaného objektu a podle jeho funkce sledované ve vybraných místech, kde je porucha funkce objektu avizována změnou některé z fyzikálních veličin. Při přesnější diagnostice složitějšího objektu je současně na několika místech měřeno několik i různých fyzikálních veličin. Naměřené hodnoty jsou číslicově zpracovávány a zobrazovány s využitím názorné grafiky. Počítačová technika provádí on-line výpočty stupňů nebezpečnosti sledované poruchy provázené výstražnými signály a popř. vedoucí až k automatickému přerušení provozu objektu.

Testovací a funkční diagnostika

Diagnostikování se rozlišuje na testovací a funkční. Při testovacím diagnostikování jsou na vstup sledovaného objektu přiváděny tzv. stimulační signály. To umožňuje realizovat algoritmy pro detekci i lokalizaci poruch. Předpokládá se, že vstupní testovací signál neruší běžný provoz objektu. Při funkčním diagnostikování jsou vyšetřovány měřicí signály senzorů při běžném či zvlášť nastaveném, zpravidla mezním provozním režimu objektu.

Funkční diagnostická technika je zpravidla vestavěna do sledovaného objektu (např. u automobilů). Diagnostická centra mimo sledované objekty jsou obvykle dokonale automatizována a většinou slouží k současnému diagnostikování většího počtu a často i různých druhů objektů.

Existují i složité objekty, např. kosmické rakety, které jsou vybaveny složitou vestavěnou diagnostikou a řada jejich parametrů je sledována z diagnostického centra, v uvedeném případě ze Země.

Senzory v diagnostických systémech

Senzory fyzikálních veličin sledující ve vybraných místech diagnostikovaného objektu jejich velikost a průběh jsou zpravidla nejexponovanějšími prvky diagnostických systémů z hlediska dlouhodobé přesnosti a spolehlivosti. Proto je důležité senzory ve vhodných časových intervalech kalibrovat. Současná elektronika pro zesílení měřicích signálů, jejich číslicové zpracování, sledování a zobrazování monitorování nebývá zdrojem významných chyb.

Základním problémem u objektu se sledovaným provozem je stanovit místa, na kterých je možné měřit senzorem s elektrickým výstupem změnu fyzikální veličiny charakterizující poruchu, popř. její vývoj. Diagnostika není zaměřována jen na ustálené režimy provozu sledovaných objektů, ale i na přechodové režimy při jejich spouštění a vypínání.

Neméně důležité je stanovit správná kritéria pro hodnocení závažnosti poruchy až do mezní situace, kdy hrozí havárie. Podle sledovaných fyzikálních veličin se rozlišují tyto jednotlivé druhy technické diagnostiky objektů:

• vibrodiagnostika: v kritických bodech se měří a vyhodnocuje mechanické kmitání,

• diagnostika modální analýzou: měří se a vyhodnocují vlastní frekvence mechanické konstrukce a jejich tlumení,

• hluková diagnostika: v kritických místech se měří hluk s aktuálním frekvenčním spektrem,

• elektrodiagnostika: měří se velikosti a změny elektrických veličin, funkce elektrických přístrojů a dalších elektrických zařízení,

• teplotní diagnostika: v kritických místech se měří teplota a její změny,

• termografická diagnostika: ve vybraných částech se měří a analyzují teplotní pole,

• tribodiagnostika: v kritických místech se provádí analýza aplikovaných maziv,

• diagnostika statickým zatížením: v kritických místech se měří a analyzují statické síly, mechanické napjatosti a tlaky.

Diagnostika točivých strojů

Provoz točivých strojů malých výkonů ohrožovaný nadměrnými vibracemi, způsobenými nedokonalým vyvážením jejich rotorů nebo zadíráním ložisek, je sledován ve stanovených časových intervalech nebo trvale. U strojů větších výkonů, popř. strojů s rozhodujícím významem pro zabezpečení provozu větších technologických celků, jde vždy o sledování trvalé. To umožňuje zaznamenat vznik závady a předejít vzniku havárie.

Dojde-li k nadměrným vibracím, odstranění nevývahy tradičním způsobem znamená demontovat rotor a vyvážit jej klasickým způsobem na standardním vyvažovacím stroji. Tento postup je finančně i časově velmi nákladný. V mnoha případech lze tento problém řešit tzv. provozním vyvážením rotoru pomocí přenosného měřicího přístroje (obr. 1). Podmínkou je přístup k tzv. vyvažovacím rovinám, ve kterých lze vyvažovat smontovaný provozuschopný stroj za provozu. Základním požadavkem na přístroj pro provozní vyvažování je, aby selektivně měřil amplitudu a fázový úhel vektoru mechanického kmitání, přičemž toto měření musí být synchronizováno referenčním snímačem s otáčkami vyvažovaného rotoru. U moderních strojů pro provozní vyvažování vybavených počítačem se postup vyvažování v jedné nebo dvou rovinách odvíjí v logickém sledu formou dialogu s číslicovým nebo grafickým vyjádřením výsledků provozního vyvážení.

Význam technické diagnostiky roste

U moderních průmyslových výrobků se lze setkat s diagnostikou jejich funkce mnohem častěji než dříve. Důvody jsou především dva – bezpečnost a náklady. Technická diagnostika podstatně zvyšuje bezpečnost provozu sledovaných objektů a nová technika – senzory, mikroelektronika a výpočetní technika – umožňuje snáze realizovat technickou diagnostiku jako součást sledovaných strojů i v podobě diagnostických center pro univerzální využití při sledování většího počtu objektů i různého druhu (např. obráběcích strojů atd. – obr. 2). Vhodnými schématy údržby založené na průběžné diagnostice lze předcházet poruchám objektů a optimalizovat náklady na jejich životní cyklus.

Ta nejnáročnější technická diagnostika se objevuje u letadel, kosmické techniky, jaderných, tepelných a vodních elektráren, lodních motorů s velkým výkonem, komplikovaných výrobních zařízení v různých odvětvích průmyslu atd. Jednoduchá diagnostika je instalována např. v silničních vozidlech, ve stavebnictví, v technice pro domácnost apod.

Rychle se v současné době rozvíjí lékařská diagnostika bezpečně rozpoznávající choroby, jejich vývoj a původ. Velmi drahá unikátní diagnostická zařízení slouží pacientům, s použitím přenosů dat i na značné vzdálenosti. Tato diagnostika má v mnohém velmi podobnou koncepci jako nejnáročnější centra technické diagnostiky.

Má-li být naše strojírenství konkurenceschopné, musí respektovat trendy, mezi které patří i zvyšování bezpečnosti provozu strojů a strojních zařízení, tedy i jejich vybavování účinnou diagnostikou.

Jiří Černohorský