obrDiagnostika je v súčasnosti neoddeliteľnou súčasťou údržby strojov. V samotnej údržbárskej činnosti jestvuje len veľmi úzka oblasť, ktorá by priamo nevyužívala diagnostiku stavu zariadenia. Ide o predpísané údržbárske práce, ktoré sa vykonávajú bez ohľadu na skutočný stav zariadenia alebo stroja.

 

Napríklad výmena motorového oleja automobilu po najazdení určitého počtu kilometrov, prípadne výmena hydraulického agregátu v lietadle po nalietaní určitého počtu letových hodín. Všetky tieto metódy údržby vychádzajú z určitých teoretických a štatis­tických podkladov, týkajúcich sa opotrebovania súčastí strojov. Samo­zrejme, aj pri tomto type údržby by sa mohla vykonávať diagnostika stavu a na základe výsledkov potom rozhodovať o údržbárskom zásahu. Dôvod, prečo sa to nevykonáva, spočíva v absencii dostupnej diagnostickej tech­niky ktorá by zároveň bola spoľahlivá a cenovo výhodná pre prevádzkova­nie daného objektu.

Rozpoznanie kritického stavu, keď už je vhodný údržbársky zásah, pre­dlžuje čas využitia jednotlivých súčastí. Napríklad, nie je nutné vymie­ňať olej, ak ešte má vyhovujúce mechanické a chemické parametre. Na druhej strane, spoľahlivo zistiť skutočný stav oleja aj s predikciou času do konca životnosti, môže byť náročné z hľadiska času i nákladov. Riešením je teda jednoduchá výmena so spoliehaním sa na štatistický priebeh vý­voja poruchového stavu.

V súčasnosti sa vďaka rozvoju diagnostických metód a všeobecnému roz­voju elektrotechniky zavádza diagnostika aj do oblasti plánovanej peri­odickej údržby s pevnými intervalmi, označovanej ako HTL (Hard Time Limit) údržba. Diagnostika sa stáva ekonomicky výhodnejšou. Samozrej­me, tým sa typ údržby mení na intervalový.

TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA AKO NÁSTROJ NA ZVÝŠENIE PREVÁDZKYSCHOPNOSTI

Jedným z rozhodujúcich nástrojov na zvýšenie prevádzkyschopnosti stro­jových zariadení je vhodná technická diagnostika s následnými opatre­niami, vyplývajúcimi z poznania reálneho stavu. Technická diagnostika je definovaná ako proces, pri ktorom sa zisťuje aktuálny technický stav ob­jektov na základe objektívneho vyhodnotenia príznakov zistených pros­triedkami meracej techniky.

Vykonávanie diagnostiky je možné s ohľadom na fázu životnosti stroja alebo zariadenia. Cieľom diagnostiky nie je meranie, ale odhalenie chýb zariadenia v bezdemontážnom stave. Môžeme tak predchádzať haváriám a účelne uskutočňovať opravy, ako aj minimalizovať náklady na údržbu. Pri zložitých technických zariadeniach nemusí ísť len o degradačné či­nitele, ktoré znehodnocujú štruktúru materiálu a zhoršujú činnosť za­riadenia.

Podľa miery automatizácie diagnostického systému poznáme:

a) poloautomatická diagnostiku

b) automatická diagnostiku.

Každý diagnostický systém je v podstate regulačný systém. Cieľom regu­lačného systému je dosiahnuť minimálnu odchýlku regulovaného para­metra od ideálneho priebehu. Sem patria i adaptívne systémy riadenia.

Zásadný rozdiel v porovnaní s bežnými regulačnými systémami spočíva v tom, že diagnostické zariadenie nevysiela korekčné príkazy do riadiace­ho systému s cieľom dosiahnuť optimálne podmienky práce, ale spúšťa len opravné opatrenia. Toto opatrenie spočíva buď vo vysielaní výstraž­ného hlásenia pre obsluhu (alarm), alebo v blokovaní práce niektorých systémových častí objektu tak, aby nedošlo k nárastu škôd. Teda cieľom technickej diagnostiky je zabrániť závažnému prekročeniu kritického sta­vu parametra.

obr1

V niektorých prípadoch je hranica medzi reguláciou a diagnostikou veľmi úzka. Napríklad pri vytriedení nepodarkov počas automatickej kontroly rozmerov na výrobnej linke. V tomto prípade je nežiaduca odchýlka záro­veň aj poruchou, preto takéto systémy priraďujeme k technickej diagnos­tike a vo všeobecnosti sa označujú ako systémy kontroly.

 

Existujú aj systémy, kde je opravným opatrením zmena pracovných pod­mienok, ale nie blokovanie systému. Dá sa povedať, že stroj začal praco­vať v núdzovom režime. Samozrejme, po skončení práce je nutné príči­nu poruchy odstrániť. Sú to prípady kde blokovanie systému predstavuje vyššie náklady ako práca v núdzovom režime.

Ak v je systéme TD vo spätnoväzbovom reťazci začlenený človek, naprí­klad na zber dát z jednotlivých zariadení, potom je systém iba čiastoč­ne automatizovaný, resp. Poloautomatizovaný; v opačnom prípade je sys­tém plnoautomatizovaný.

V tomto ohľade sa technická diagnostika prelína s údržbou, pretože údrž­bárskym prácam vo väčšine prípadov predchádza zber dát a vyhodnote­nie stavu diagnostikovaného objektu. V praxi sa tieto diagnostické opat­renia pričleňujú k údržbárskym prácam.

Podľa času technická diagnostika vykonáva:

a) procesnú diagnostiku,

b) mimoprocesnú diagnostiku.

Procesná diagnostika sa vykonáva počas práce diagnostikovaného objek­tu. Mimoprocesná diagnostika sa vykonáva vtedy, keď je objekt diagnos­tiky mimo prevádzky. Teda pred začatím činnosti, alebo po ukončení čin­nosti objektu.

Ak ide o prevádzkovú diagnostiku systému, takýto systém sa označuje ako on-line. V prípade, že systém bol odstavený z prevádzky kvôli poru­che, potom sa testová diagnostika, ktorá sa vykonáva na takomto systé­me, nazýva off-line. Ako off-line diagnostika sa označuje aj aká diagnos­tika, kde sa stav zariadenia vyhodnocuje na prenosnom diagnostickom prístroji.

V elektrotechnickej opravárenskej praxi sa pod on-line diagnostikou ro­zumie diagnostika prvkov, ktoré nie sú odmontované, resp. odpojené od celku zariadenia. Zariadenie však môže byť mimo prevádzky. Off-li­ne diagnostikou sa potom rozumie diagnostika odpojených súčastí. Oba prístupy diagnostikovania majú svoje výhody aj nevýhody. On-line diag­nostika je výhodná z hľadiska málo prácneho a rýchleho určenia stavu. Nevýhodná je z hľadiska vysokých nárokov na inteligenciu diagnosti­ky a percenta diagnostického pokrytia. Diagnostické pokrytie vyjadruje mieru detekcie a lokalizácie poruchy. Na druhej strane off-line diagnosti­ka je výhodná z hľadiska nízkych požiadaviek na diagnostické prostried­ky. Postačuje nízka inteligencia diagnostiky.

Nevýhoda spočíva v nutnosti odpojenia funkčných častí od celku. Mon­táž a demontáž prvkov kladie vysoké požiadavky na čas i prostriedky. Diagnostické pokrytie je však spravidla stopercentné.

Metódy podľa spôsobu získania informácie o technickom stave objektu:

a) netestové metódy (fyzikálne metódy)

b) testové metódy (funkčné metódy).

V odbornej literatúre sa uprednostňuje delenie metód TD na fyzikálne a funkčné. Funkčné metódy by sme voľne mohli priradiť k testovým me­tódam a fyzikálne metódy k netestovým metódam. Definície, týkajúce sa fyzikálnych a funkčných metód, sú zatiaľ nejednoznačné. Preto je v mno­hých praktických prípadoch ťažké rozhodnúť o tom, o akú metódu vlast­ne ide.

Pri netestovej (fyzikálnej) metóde sa z daného diagnostikovaného objek­tu sledujú len vybrané dynamické výstupné veličiny (signály) väčšinou počas jeho činnosti (prevádzková, procesná diagnostika). Pri netestovej metóde stále predpokladáme, že daný objekt nemá na začiatku prevádz­ky žiadnu poruchu, a že vznik významnej poruchy včas odhalíme použi­tou metódou.

Príkladom netestovej metódy môže byť sledovanie prevádzkovej teplo­ty ložiska. V najjednoduchšom prípade vyhodnotenia sú stanovené li­mity hornej prevádzkovej teploty. Po jej prekročení môžeme usudzovať na vznik významnej poruchy, ktorú je nutné riešiť diagnostickým alebo údržbárskym zásahom. V zložitejšom prípade sledované veličiny podro­bujeme matematickej analýze, ktorej výsledkom je diagnostický parame­ter (diagnostický ukazovateľ).

obr4

Vo všeobecnom prípade diagnostický parameter na rozdiel od diagnos­tickej veličiny nemusí byť zobrazený v časovej závislosti. Jeho zmenu, prebiehajúcu v čase, je však možné tiež ohraničiť určitými limitami. Diag­nostickým parametrom napríklad môže byť výskyt určitej spektrálnej čia­ry vo frekvenčnom spektre sledovaného signálu.

 

Pri správnej netestovej metóde musí byť čas medzi jednotlivými diag­nostickými úkonmi (čas merania) spolu s časom na vyhodnotenie a diag­nostický zásah kratší ako predpokladaný čas medzi poslednou zaregis­trovanou odchýlkou veličiny a jeho rozvinutím sa do závažnej poruchy. Každému digitálnemu meraniu zodpovedá aj rozlišovacia schopnosť me­rania, ktorá by tiež mala byť adekvátna zmenám meranej veličiny, aby ne­dochádzalo k úniku informácie o technickom stave objektu. Pri analógo­vej technike je rozlíšenie dané presnosťou meracieho reťazca.

Vzorkovanie, resp. vzorkovacia frekvencia, nám určuje hustotu diagnos­tických úkonov. Vo všeobecnosti delenie intervalov diagnostických úko­nov nemusí byť rovnomerné. Vysoká vzorkovacia frekvencia zabezpečuje viac informácií súčasne ale zvyšujú sa náklady na meranie.

Najvyššia možná vzorkovacia frekvencia je obmedzená nutným časom re­gistrácie hodnoty. Je to čas potrebný na vykonanie a záznam koinciden­cie etalónovej hodnoty s meranou hodnotou. Rozlíšenie nám udáva mi­nimálny rozdiel medzi nameranými hodnotami. Čím vyššie je rozlíšenie, tým presnejšie je určenie hodnoty. Samozrejme, so zvyšovaním rozlíše­nia nám rastú i náklady.

Pri testovej (funkčnej) metóde sa daný diagnostikovaný objekt podrobuje presne stanoveným testom, pričom sa meria odozva objektu. Diagnostic­ký systém privádza na vstupy diagnostikovaného objektu vopred defino­vané testovacie signály, ktorých fyzikálny rozmer sa vyskytuje aj v pre­vádzkových podmienkach a má vplyv na funkciu objektu. Testovací signál je vyvolaný funkčnou zmenou objektu.

Na výstupoch sa sledujú zodpovedajúce výstupné signály. Pri testovej me­tóde spravidla nevieme vopred povedať, či daný objekt má alebo nemá vý­znamnú poruchu. Samozrejme, ak túto vedomosť máme, test nám po­slúži na lokalizáciu poruchy. Testová diagnostika sa väčšinou vykonáva v mimoprocesnej diagnostike.

Štruktúrna diagnostika môže byť v určitom zmysle testovou i netesto­vou metódou. Vychádza z predpokladu, že každé zariadenie musí záko­nite bezchybne fungovať, ak sa skladá z bezchybných súčastí, vzájomne bezchybne prepojených.

Pri tejto diagnostike sa merajú len statické veličiny, ktoré charakterizujú štruktúru súčasti. Štruktúrna diagnostika vychádza predovšetkým z me­rania statických veličín, ako sú rozmery, tvar a drsnosť povrchu. Prípad­ne, pri použití defektoskopických prístrojov, vyhodnocujeme aj vnútor­nú štruktúru materiálu súčasti. Nakoniec sa kontrolujú prepojenia medzi súčasťami objektu.

Zvláštnosťou štruktúrnej diagnostiky je, že funkcia sa nepreveruje fyzi­kálnou veličinou, ktorá vzniká pri prevádzke, ale inou fyzikálnou veliči­nou, ktorá spravidla nemá žiadny vplyv na funkčnosť počas prevádzky. Najčastejšie ide o svetlo ako nositeľa informácie o technickom stave ob­jektu. Z tohto hľadiska môžeme metódu považovať za testovú. Testova­cím signálom je teda veličina, ktorá nevyvolá funkčnú zmenu objektu. Na druhej strane, tieto veličiny možno merať aj počas práce zariadenia ako fyzikálne veličiny, ktoré sa menia vplyvom prevádzkových podmie­nok. Z tohto hľadiska by sme o tejto metóde mohli uvažovať aj ako o ne­testovej metóde.

Technický stav stroja teda možno posúdiť na základe statických a dyna­mických veličín. Vo všeobecnosti platí, že ak sú v poriadku všetky statické veličiny v každej časti stroja, potom zákonite musia byť v poriadku aj dy­namické veličiny počas prevádzky stroja. Voľba vhodných diagnostických veličín závisí od ich dostupnosti a vypovedacej hodnoty pre konkrétny objekt. Na vyhodnotenie testových signálov je nutné poznať vnútornú štruktúru a funkciu testovaného objektu. Po analýze a optimalizácii tes­tovacích krokov môžeme prakticky testovať dvoma spôsobmi:

  1. Správne odozvy na jednotlivé testové kroky sú uložené v pamäti počíta­ča. Výstupné hodnoty sa porovnávajú s pamäťou (obr. 2).
  2. Správne odozvy na testové kroky získame tak, že súčasne zaťažujeme dva rovnaké objekty, ale o jednom vieme, že je bezporuchový. Výstupné hodnoty sa porovnávajú s bezporuchovým objektom (obr. 3).
obr2 obr3

 

ZÁVER

Zvláštnosťou štruktúrnej diagnostiky je, že funkcia sa nepreveruje fyzi­kálnou veličinou, ktorá vzniká pri prevádzke, ale inou fyzikálnou veliči­nou, ktorá spravidla nemá žiadny vplyv na funkčnosť počas prevádzky. Najčastejšie ide o svetlo ako nositeľa informácie o technickom stave ob­jektu. Z tohto hľadiska môžeme metódu považovať za testovú. Testova­cím signálom je teda veličina, ktorá nevyvolá funkčnú zmenu objektu. Na druhej strane, tieto veličiny možno merať aj počas práce zariadenia ako fyzikálne veličiny, ktoré sa menia vplyvom prevádzkových podmienok. Z tohto hľadiska by sme mohli uvažovať ako netestovej metóde.

LITERATÚRA

[1] DANESHJO, N.: Pohľad na diagnostiku, údržbu a spoľahlivosť strojov a ich význam v letectve. TU – 2012. 246 s.. ISBN 978-80-553-0762-6.

[2] DANESHJO, N.; HLUBEŇ, D.; DANISHJOO, E.; KOPAS, M., Diagnostics, maintenance and reliability of machines manufacturing systems. Germany, Dr. Enayat Danishjoo – 2011. 136 p. ISBN 978-3-00-035706-0.

 

TEXT DOC. ING. NAQIBULLAH DANESHJO, PHD., PODNIKOVOHOSPODÁRSKA FAKULTA EKONOMICKEJ UNIVERZITY V BRATISLAVE SO SÍDLOM V KOŠICIACH, KATEDRA OBCHODNÉHO PODNIKANIA FOTO ARCHÍV REDAKCIE