Об особенностях создания информационной базы программных моделей диагностических признаков дефектов кинематических узлов технически сложных объектов

УДК 531.1:004.421

Папко А.А., Ларкин М.С., Поспелов А.В.

АО «Научно-исследовательский институт физических измерений» (АО «НИИФИ»), Пенза, Россия ОБ ОСОБЕННОСТЯХ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ ПРОГРАММНЫХ МОДЕЛЕЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ ДЕФЕКТОВ КИНЕМАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ ТЕХНИЧЕСКИ СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

Предметом исследования являются методы создания информационной базы программных моделей диагностических признаков дефектов кинематических узлов технически сложных объектов. Информационная база программных моделей является основой для создания программно-алгоритмического обеспечения. При проектировании был рассмотрен вариант создания информационной базы программных моделей диагностических признаков дефектов кинематических узлов технически сложных объектов. Представлены текстовые, текстово-графические и графическое описание диагностических признаков различных механизмов. Рассмотрены программные модели диагностических признаков дефектов в технической диагностике. В результате отобраны диагностические признаки дефектов кинематических узлов технически сложных объектов и на их основе созданы таблицы, разработан алгоритм, разработаны примеры кодирования информационных баз моделей вычисляемых параметров, рассмотрены и отобраны системы управления базами данных (СУБД) для наиболее эффективной реализации информационной базы

Ключевые слова:

информационная база, система мониторинга и вибродиагностики, дефекты кинематических узлов, технически сложные объекты

В основе разработки методики создания информационной базы программных моделей диагностических признаков неисправностей лежит сбор, анализ и систематизация известных источников технической информации в виде монографий, статей и комплектов нормативной документации. [1] Информационная база программных моделей является основой для создания программно-алгоритмического обеспечения. В настоящее время информационная база диагностических признаков различных меха-Пример описания диагностической

низмов и агрегатов хорошо представлена в нормативной документации в виде текстового, текстово-графического и графического описания (таблица 1) [2]. При этом кинематический узел или пара являются подвижным соединением двух звеньев, обеспечивающим определения движения одного звена относительно другого, а диагностическим признаком отказа или дефекта является признак, характеризующий ухудшение технического состояния машины или возникновение аномального режима работы [3]. матрицы неисправностей Таблица 1

Вид неисправности

Модель текстового описания диагностического признака

Модель графического описания диагностического признака

Появление четных и нечетных гармоник в спектре

Рост высокочастотной составляющей спектра_

Износ подшипника

Появление двойной частоты по отношению к спектру в спектре огибающей

Появление четных и нечетных гармоник в спектре

Рост высокочастотной составляющей спектра

Сколы раковины, трещины на внутреннем кольце подшипника

Появление высокочастотной составляющей в спектре огибающей

Рост низкочастотной составляющей спектра на дробных гармониках в спектре вибрации

Ослабление механического крепления

Есть другие неидентифицированные дефекты

Появление четных и нечетных гармоник в спектре вибрации выше 4й

Дефекты шестеренных передач

Суперпозиция сигналов с 2 разными частотами, одна из которых выше 1й гармоники спектра_

Появление четных и нечетных гармоник в спектре вибрации выше 4й в спектре огибающей

Суперпозиция сигналов с 2 разными частотами, одна из которых выше 1й гармоники спектре огибающей

В качестве программных моделей диагностических признаков дефектов в технической диагностике используются физические модели, модели

«неисправность - диагностические признаки», статические модели и модели деревьев классификации. Результаты сравнительного анализа указанных моделей представлены в таблице 2 [4].

_Результаты сравнения моделей_Таблица 2

Формализованное описание модели Требуемые знания Достоинства Недостатки Типичные применения

Метод на основе правил Человеческий опыт Относительно прост в применении Неполнота. Трудность объяснения одновременных неисправностей. Сложность толкования. Чувствительность к изменениям системы Диагностирование оборудования вращательного действия

Причинно- следственный анализ Описание механизма неисправностей и их распространения Вывод на основе толкований. Работа с несколькими независимыми неисправностями Требует детальных знаний возможных неисправностей. Неполнота Диагностирование оборудования вращательного действия

Метод на основе физических моделей Декомпозиция и передаточные функции оборудования Не требует знания о неисправностях. Работа с несколькими неисправностями Отсутствие толкований. Возможные большие ошибки. Сложность моделей (в ряде приложений) Диагностирование электронных и гидравлических сетей. Системы управления

Статистический анализ/Анализ случаев Выборка из прошлых историй диагностирования Понятный подход. Не требует детальных знаний нарушений функций. Сложность в накоплении достаточно большого числа примеров Анализ трендов

Деревья классификации. Модель случайного леса. Логистическая регрессия. Нейронные сети. Метод опорных векторов Выборка из прошлых историй диагностирования и ассоциированные данные Не требует детальных знаний нарушений функций. Способность приспосабливаться к пропущенным данным (в модели случайного леса) Отсутствие толкований. Сложность в накоплении достаточно большого числа примеров Любые

Разработанный на основе анализа таблиц 1, 2 алгоритм создания программных моделей содержит следующие операции:

Сбор, изучение и анализ научно-технической информации и нормативной документации по качественному и количественному описанию возможных дефектов технически сложных объектов.

Систематизация выявленных данных для кинематических узлов, механизмов и агрегатов.

Разработка классификации диагностических признаков, достоверно описывающих те или иные виды дефектов в виде, удобном для кодирования.

Разработка информационной базы моделей характеристик, вычисляемых по результатам измерений.

Разработка программного обеспечения для кодирования и систематизирования информации.

Формирование информационной базы программных моделей. Из перечисленных операций наиболее актуальным является создание цифровой базы моделей по пп. 4, 5, 6 алгоритма. Пример кодирования информационной базы моделей характеристик, Таблица 3

вычисляемых по результатам измерений

№ п/п Метод анализа Код Код вычисляемой характеристики Код

Временная форма сигналов 001

Биения 002

Модуляция 003

Анализ огибающей спектра 004

Спектральные маски 005

1 Анализ во временной области 001 Орбита процессии вала 006

Среднее положение вала 007

Переходный процесс 008

Импульс 009

Демпфирование 010

Синхронное усреднение (накопление) 011

Общие положения 012

Преобразование Фурье, спектр 013

Эффект просачивания энергии и применение оконных функций 014

Разрешение по частоте 015

2 Анализ в частотной области 002 Длина записи 016

Амплитудная модуляция (боковые полосы) 017

Наложение спектров 018

Синхронная выборка 019

Усреднение спектров 020

Дифференцирование и интегрирование 021

Для создания данной информационной базы наиболее подходящим программным продуктом является система управления базами данных (СУБД) как совокупность языковых и программных средств, в основные функции которых входит возможность ввода данных, их обработки и считывания, удаления и осуществления безопасного контроля базами данных. Подобная система позволяет не только создавать базы данных, но и манипулировать сведениями из них. Для реализации доступа к данным используется универсальный язык - SQL, в основные задачи которого входит осуществление считы-

Выводы

В настоящее время в АО «НИИФИ» создается система мониторинга и вибродиагностики состояния сложных технических объектов СКиВД, при разработке экспертной системы и диагностического

вания, записи и удаления информации в базе данных. Из множества разновидностей СУБД, например Microsoft Access, Microsoft SQL Server и т.д. наиболее подходящим для реализации представленной задачи подходит MySQL по причине свободного распространения, открытого исходного кода, простоты и множества информации по созданию баз данных.

Примеры кодирования информационных баз моделей вычисляемых параметров и диагностической матрицы неисправностей приведены в таблицах 3 и 4.

Таблица 4

обеспечения, которой использованы рассмотренные в статье особенности создания информационной базы программных моделей диагностических признаков дефектов кинематических узлов технически сложных объектов.

Пример кодирования диагностической матрицы неисправностей

Вид неисправности Код неисправности N (1,-, 100) Диагностический признак Код ди-агно-стиче-ского признака P (1,-, 1000) Результаты анализа измерений параметра

X 1 X 2 Xj

Износ подшипника 001 Появление четных и нечетных гармоник в спектре 001 Спектр, огибающая спектра Спектр, огибающая спектра Коды согласно предыдущей таблице

Рост высокочастотной составляющей спектра 002

Появление двойной частоты по отношению к спектру в спектре огибающей 003

Сколы раковины, трещины на внутреннем кольце подшипника 002 Появление четных и нечетных гармоник в спектре 001

Рост высокочастотной составляющей спектра 002

Появление высокочастотной составляющей в спектре огибающей 004

Ослабление механического крепления 003 Рост низкочастотной составляющей спектра на дробных гармониках в спектре вибрации 005

Есть другие неидентифицированные дефекты 100

Дефекты шестеренных передач 004 Появление четных и нечетных гармоник в спектре вибрации выше 4й 006

Суперпозиция сигналов с 2 разными частотами, одна из которых выше 1й гармоники спектра 007

Появление четных и нечетных гармоник в спектре вибрации выше 4й в спектре огибающей 008

Суперпозиция сигналов с 2 разными частотами, одна из которых выше 1й гармоники спектре огибающей 009

ЛИТЕРАТУРА

1. Михеев М.Ю., Савочкин Ал.Е. Комплекс взаимосвязанных алгоритмов прогнозирования технического состояния ТСО по результатам параметрического мониторинга быстропротекающих процессов // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», Пенза, ПГУ, 2015г.

2. Русов В.А. Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам, Пермь, 2012

3. Котякова В.А. Организация мониторинга в комплексной системе оценки состояния технически сложных объектов // Труды международного симпозиума «Надежность и качество», Пенза, ПГУ, 2015г.

4. Русов В.А. Спектральная вибродиагностика 1996г.

УДК 681.3.08:004.9.

Николаев1 А.В., Цыпин2 Б.В., Тюрин1 М.В., Ярославцева1 Д.А.

1АО «Научно-исследовательский институт физических измерений», Пенза, Россия

2ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА СТРУКТУРНЫХ СХЕМ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Рассмотрены особенности построения измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) и целесообразность применения имитационного моделирования на начальных стадиях разработки ИВК. Представлена типовая структурная схема ИВК и приведены измеряемые физические параметры (давление, температура, сила, перемещение, ускорение, расход, ток). Определен состав общего и специального программного обеспечения ИВК для автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора ИВК, сервера, рабочего места оператора и станции сбора данных. По результатам анализа типовой схемы и программного обеспечения предложен алгоритм построения и испытаний имитационной модели ИВК. Разработан алгоритм достижения цели операции от события к событию в заданный срок, в режиме реального времени. Получены адекватные оценки метрологических характеристик измерительных каналов, составных частей и ИВК в целом.

Ключевые слова:

имитационное моделирование измерительно-вычислительного комплекса (ИВК), программное обеспечение измерительно-вычислительного комплекса, метрологические характеристики ИВК