Chương 8* Chẩn đốn trạng thái kỹ thuật tơ - Biên soạn- Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành CHƯƠNG LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CHẨN ĐOÁN 8.1 KHÁI NIỆM CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT 8.1.1 Định nghĩa: Là công tác kỹ thuật nhằm xác định trạng thái kỹ thuật cụm máy để dự báo tuổi thọ làm việc tiếp tục mà tháo máy 8.1.2 Các loại thơng số dùng chẩn đốn: Một tổng thành bao gồm nhiều cụm chi tiết cụm bao gồm nhiều chi tiết tạo thành Chất lượng làm việc tổng thành chất lượng cụm, chi tiết định Các thông số kết cấu tập hợp thông số kỹ thuật thể đặc điểm kết cấu cụm chi tiết hay chi tiết Chất lượng cụm, chi tiết thơng số kết cấu định: Hình dáng, kích thước Vị trí tương quan Độ bóng bề mặt Chất lượng lắp ghép Trạng thái tốt hay xấu cụm chi tiết thể đặc trưng cho tình trạng hoạt động nó, đặc trưng gọi thông số xác định việc kiểm tra đo đạc Ví dụ: cơng suất, thành phần khí thải, nhiệt độ nước, dầu, áp suất dầu bôi trơn, lượng mạt kim loại dầu bôi trơn, tiếng ồn, tiếng gõ, rung động, tình trạng lốp, quãng đường phanh Mỗi cụm máy có thông số giới hạn giá trị mà tiếp tục vận hành không đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật khơng cho phép Khi đối chiếu kết kiểm tra với giá trị giới hạn, cho phép xác định, dự báo tình trạng cụm máy Các thơng số giới hạn nhà chế tạo qui định xác định thống kê kinh nghiệm loại cụm máy Chỉ cần thông số đạt giá trị giới hạn bắt buộc phải ngừng máy để xác định nguyên nhân tìm cách khắc phục 8.1.3 Các điều kiện để thông số dùng làm thông số chẩn đốn Có ba điều kiện: Điều kiện đồng tính: Thơng số dùng làm thơng số chẩn đốn tương ứng (tỷ lệ thuận) với thơng số kết cấu Ví dụ: hàm lượng mạt kim loại dầu bôi trơn tỷ lệ thuận với hao mòn chi tiết cụm máy nên thoả mãn điều kiện đồng tính Điều kiện mở rộng vùng biến đổi: 94 Chương 8* Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô - Biên soạn- Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành Thông số dùng làm thơng số chẩn đốn thay đổi lớn nhiều so với thay đổi thông số kết cấu mà đại diện Ví dụ: - Hàm lượng mạt kim loại thay đổi nhiều, hao mòn thay đổi nên dùng làm thơng số chẩn đốn hao mòn - Cơng suất động Ne thay đổi có hao mòn nên khơng dùng làm thơng số chẩn đốn hao mòn Điều kiện dễ đo thuận tiện đo đạc Một thơng số dùng làm thơng số chẩn đốn phải đồng thời thoả mãn ba điều kiện 8.2 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CHẨN ĐOÁN 8.2.1 Khái niệm độ tin cậy Khái niệm độ tin cậy phức tạp, phụ thuộc nhiều vào tham số ngẫu nhiên, áp dụng lý thuyết xác suất phân tích mối tương quan chúng ảnh hưởng chúng đến độ tin cậy sử dụng Khái niệm lý thuyết độ tin cậy khái niệm cố, thời điểm phát sinh cố biến cố ngẫu nhiên Các cố phát sinh ứng với xe đưa vào sử dụng với điều kiện sau quãng đường hoạt động khác xác định độ phân tán Sự cố chia thành cố tức thời (đột xuất) cố tiệm tiến (diễn biến từ từ theo thời gian sử dụng) Đối với ô tô, cụm máy, tổng thành hư hỏng cố diễn cách từ từ q trình thay đổi thơng số kết cấu Tham sè cÊu tróc S S' S" S Sn l' l l" l1 Thêi gian phô Hành trình l Hỡnh 8.1 th trỡnh by khái niệm cố Ví dụ xét thơng số kết cấu S đó, (hình 8.1) tùy theo điều kiện sử dụng thông số thay đổi theo đường cong khác (đường gạch gạch), giá trị trung bình thay đổi biểu diễn đường nét liền Nếu tìm thơng số kết cấu S sau qng đường l trị số nằm vùng S’ - S’’ phân bố tuân theo qui luật Gauss (đường 1) Ta gọi giá trị giới hạn thông số kết cấu Sn hành trình phát sinh cố l’ - l’’, phân bố theo qui luật Gauss (đường 2) Hành trình khơng phát sinh cố l với độ khuếch tán (-∆l1,+∆l2) Đặc điểm độ bền xe ô tô từ sử dụng đến bắt đầu xuất cố xác suất làm việc tốt qng hành trình cơng tác điều kiện vận hành cụ thể đó, có nghĩa độ bền xác định xác suất hành 95 Chương 8* Chẩn đốn trạng thái kỹ thuật tơ - Biên soạn- Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành trình khơng phát sinh hư hỏng, cố có trị số lớn trị số cho trước Xác suất hành trình hoạt động tốt phương tiện phát sinh cố biểu thị biểu thức: p(l ) = p( L > l ) l- hành trình hoạt động phương tiện Hành trình khơng phát sinh cố ngẫu nhiên L hành trình hoạt động có biểu hư hỏng Ví dụ với tổng thành với hành trình xác định p(l)=0,8 có nghĩa có 80% tổng thành giữ khơng hư hỏng khoảng hành trình Xác suất p(l) gọi hàm độ tin cậy có tính chất sau: 0≤p(l)≤ sau thời gian sử dụng thông số kết cấu thay đổi, độ bền giảm p(l=0) = 1, bắt đầu sử dụng phương tiện tốt p(l) = 0, sử dụng lâu (l tiến tới ∞), tổng thành hư hỏng hoàn toàn, hết độ tin cậy p(l) hàm giảm theo thời gian sử dụng hay quãng đường (trừ trường hợp xảy tai nạn không chấp hành qui định bảo dưỡng kỹ thuật) hàm độ tin cậy có thể biểu diễn cơng thức toán học sau: i= ∆li p(l) = − ∑ ∆n i=1 i (8.1) No N0 - số lượng ô tô, tổng thành hoạt động không xảy cố giới hạn hành trình qui định ∆ni - số tổng thành bị hư hỏng khoảng hành trình ∆li l - hành trình làm việc khơng có xảy cố i - số thứ tự quãng khảo sát Đối với cụm tổng thành ô tô tiếp tục sử dụng sau sửa chữa hết hư hỏng độ tin cậy đánh giá khoảng hành trình hoạt động hai lần phát sinh cố, xác định người ta thường lấy trị số hành trình trung bình hai lần cố Lcp theo số liệu thống kê loại xe Cần khẳng định cụm, tổng thành riêng biệt có độ tin cậy khác Hành trình trung bình hai lần cố tính tốn theo cơng thức sau: Lcp = L N i= N ∑ ∆n i =1 (8.2) i N- Tổng số đối tượng khảo sát ∆ni - Số lượng hư hỏng đối tượng thứ i phát sinh hành trình L 96 Chương 8* Chẩn đốn trạng thái kỹ thuật ô tô - Biên soạn- Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành 8.2.2 Lý thuyết chẩn đốn Chẩn đốn q trình lơgíc nhận phân tích tin truyền đến người tiến hành chẩn đoán từ thiết bị sử dụng chẩn đoán để tìm hư hỏng đối tượng (xe, tổng thành máy, hộp số, gầm v.v…) Trạng thái kỹ thuật ôtô, tổng thành triệu chứng hư hỏng chúng phức tạp, lượng thơng tin lại khơng đầy đủ Vì việc chọn tham số chẩn đoán (triệu chứng chẩn đoán) đặc trưng cho trạng thái kỹ thuật đối tượng phải tiến hành sở số lượng tin tức nhận triệu chứng cụ thể Trong chẩn đốn thường sử dụng lý thuyết thơng tin để xử lý kết Trong trình sử dụng, trạng thái kỹ thuật xe ôtô thay đổi dần khó biết trước Tiến hành chẩn đốn xác định trạng thái kỹ thuật ôtô dựa sở số liệu thống kê xác suất trạng thái kỹ thuật Thí dụ, trạng thái kỹ thuật bóng đèn pha ơtơ hai trạng thái: tốt (sáng), không tốt (không sáng) Ta giả thiết rằng, xác suất trạng thái kỹ thuật tốt lớn - 0,9, xác suất hư hỏng - 0,1 Bóng đèn hệ thống vật lý có độ bất định - lúc thấy bóng đèn trạng thái kỹ thuật tốt Một thí dụ khác, chế hòa khí có nhiều hư hỏng mức độ tắc giclơ, mòn cấu truyền động, hư hỏng khác v.v… nên rơi vào nhiều trạng thái kỹ thuật khác Độ bất định hệ vật lý (ở dạng đối tượng chẩn đốn ơtơ, tổng thành, cụm v.v…) lý thuyết thông tin thể entrôpi i =m Entr«pi ∋ ( X ) = −∑ pi log pi , (8.3) i =1 đó: m - số trạng thái kỹ thuật đối tượng X; pi - xác suất đối tượng X ứng với trạng thái i Trong lý thuyết thông tin entrôpi đo đơn vị nhị ngun sử dụng lơgarít số Đơn vị đo entrơpi bít Bít entrơpi liệt số nhị nguyên có đồng xác suất 1, nghĩa là: 1bÝt = log 1 = log =1 pi 0,5 Ngày ta chưa thể cung cấp cách đầy đủ trị số xác suất trạng thái kỹ thuật khác tất tổng thành máy Vì để đơn giản tốn trước tiên cho đồng xác suất tất trạng thái kỹ thuật đối tượng chẩn đốn Khi cơng thức (8.3) có dạng sau: ∋ ( X ) = log m Trong trường hợp entrôpi lớn Thí dụ đối tượng có trạng thái kỹ thuật (m = 4) entrơpi bít Nếu xác suất trạng thái kỹ thuật có trị số khác nhau, thí dụ 0,5; 0,3; 0,1; 0,1 entrơpi ln ln 1,68 bít Ở bảng 8.1 trị số entrơpi đối tượng có trạng thái kỹ thuật khác 97 Chương 8* Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô - Biên soạn- Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành Bảng 8.1 Số trạng thái kỹ thuật m Entrơpi ∋(X), bít 1,585 2,0 2,322 2,585 2,807 3,0 3,17 Như nhờ chẩn đoán ta biết phần trạng thái kỹ thuật, độ bất định (về trạng thái kỹ thuật ôtô) giảm Như hiểu biết nhiều, nắm trạng thái kỹ thuật phương tiện sử dụng entrơpi giảm Khi trạng thái kỹ thuật đối tượng hoàn toàn xác định entrơpi có trị số Do trường hợp số lượng tin tức đối tượng X entrơpi U x =∋ ( X ) = log m Nếu đối tượng (máy, hộp số v.v…) có trạng thái kỹ thuật xảy lúc xác suất trạng thái xác suất trạng thái khác (các trạng thái kỹ thuật có đồng xác suất) phần tin tức Uxi xuất phát từ nguồn bằng: U xi = log p i = log m , m đó: pi - xác suất tình trạng thứ i đối tượng X trường hợp pi = (vì trạng thái kỹ thuật có trị số xác suất) Phần tin tức tăng lên tùy theo độ giảm trị số xác suất trạng thái kỹ thuật đối tượng Giữa entrôpi đối tượng hàm độ tin cậy đối tượng có quan hệ xác định Thí dụ, ta khảo sát cụm đơn giản sau: Trong thời điểm phù hợp với hành trình ơtơ L hàm độ tin cậy p(l) biểu thị xác suất trạng thái tốt cụm máy Giả thiết p(l) = 0,85 xác suất trạng thái không tốt cụm máy - p(l) = 0,15 Như hai trạng thái kỹ thuật cụm máy xảy ta xác định entrôpi cụm theo công thức (8.3) Ta lấy p1 = p(l): ứng với trạng thái kỹ thuật tốt; p2 = - p(l): ứng với trạng thái kỹ thuật xấu Vì trường hợp m = nên entrôpi cụm ∋ ( X ) = − p( l ) log p( l ) − [1 − p( l )]log [1 − p( l )] (8.4) Ở công thức (8.5) mối quan hệ hàm độ tin cậy cụm máy có m =2 với entrôpi cụm Quan hệ entrôpi với độ tin cậy giới thiệu hình 8.2 98 Chương 8* Chẩn đốn trạng thái kỹ thuật tơ - Biên soạn- Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thnh Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật đối tợng Thu nhận phân tích số liệu hệ thống đặc tính h hỏng Xác định mức độ sai lệch so với tiêu chuẩn Phân tích đặc điểm nguyên nhân sai lệch Xác định xác suất làm viƯc tèt KiĨm tra kü tht Nh÷ng kÕt ln vỊ chần đoán Những dự đoán Những đề nghị hợp lý hóa kỹ thuật bảo dỡng Những đề nghị cải tiến, hợp lý hóa gia cố chi tiết tổng thành máy Hỡnh 8.2 Quan h gia entrụpi cụm (X) với hàm độ tin cậy Nếu tổng thành có n cụm, cụm có m = entrơpi tổng thành là: i =n p i (l ) ∋ (X ) = − ∑ log2 [p i (l )] i =1 [1 − p i (l )]1−p (l ) i (8.5) Như ta có hai hệ thống liên quan: hệ thống trạng thái kỹ thuật (H) - không tốt hệ thống triệu chứng trạng thái kỹ thuật (C) Trong q trình tiến hành chẩn đốn ta vào triệu chứng C, nghĩa dựa hệ thống trạng thái C Những tin tức mà ta nhận lúc làm giảm entrơpi hệ thống H Ta ký hiệu tin tức nhận kết quan sát hệ thống C, chữ U với số C → H Như độ lớn tin tức là: U C→H =∋ (H )− ∋ (H / C ), đó: ∋(H/C) - tổng entrôpi hệ thống H tương ứng với hệ thống C Độ lớn đặc trưng độ lớn bất định hệ thống H hệ thống C hoàn tồn xác định Sau có kết chẩn đốn trị số entrơpi lại ∋(H/C) Nhưng giá trị thực chất cơng việc chẩn đốn nằm phần tin tức (triệu chứng Ci) chứng tỏ hệ thống H nằm trạng thái kỹ thuật cụ thể - nghĩa có hư hỏng Hj Phần tin tức ký hiệu UCi→H tính công thức sau đây: U C i →H = ∑ P(H j / C i )log m j =1 P(H j / C i ) P(H j ) , (8.6) Để tính tốn trực tiếp phần tin tức nhận từ hệ thống Ci dễ dàng, ta thay trị số xác suất có điều kiện P(Hj/Ci) trị số xác suất khơng có điều kiện P[H÷Hj)(C÷Ci)] ký hiệu Pij cơng thức (8.6) có dạng: m U C i →H = ∑ Pij (C i ) j =1 P log Pij ; P(C i )P(H j ) 99 (8.7) Chương 8* Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô - Biên soạn- Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành P(H j / C i ) = Pij P(C i ) , đó: Pij - xác suất khơng có điều kiện Như hệ thống H nằm trạng thái Hj, nghĩa H ∼ Hj, hệ thống C nằm trạng thái Ci, nghĩa C ∼ Ci; P(Hj) - xác suất hư hỏng xuất Hj xác suất hệ thống H trạng thái kỹ thuật Hj; P(Ci) - xác suất triệu chứng rõ ràng Ci, nghĩa xác suất hệ thống C trạng thái Ci Giả thiết tất hư hỏng có xác suất triệu chứng đặc trưng cho hư hỏng có xác suất cụm có ba hư hỏng (m = 3) xác suất ba hư hỏng P(Hj) = 1/3 Nếu cho hư hỏng cụ thể đặc trưng ba triệu chứng (nj = 3) xác suất khơng điều kiện triệu chứng bằng: Pij = 1 P(H j ) Pij = = 33 nj Như trường hợp hư hỏng có xác suất ta viết: P(H j ) = ; m Pij = m 1 m ; P(C i ) = ∑ Pij = ∑ mn j m j =1 n j j =1 Do cơng thức (8.7) viết dạng sau: m U C i →H = ∑ j log2 m nj ∑ j =1 nj m (8.8) m nj ∑ j =1 nj Giả thiết hệ thống H có ba trạng thái kỹ thuật H1, H2, H3 hư hỏng đặc trưng bốn tổ hợp triệu chứng khác C1, C2, C3, C4 Ta thành lập ma trận chẩn đoán C bảng 8.2 Bảng 8.2 chứng) Ci(triệu Hj (trạng thái kỹ thuật) H1 H2 H3 C1 1 C2 1 C3 1 C4 0 Từ bảng ta thấy: trạng thái kỹ thuật H1 có triệu chứng n1 = 3; trạng thái kỹ thuật H2 có triệu chứng n2 = 2; trạng thái kỹ thuật H3 có triệu chứng n3 = Dựa sở ma trận chẩn đoán ta lập ma trận xác suất tin tức (bảng 8.3) UCi→H trị số phần tin tức tính theo cơng thức (8.8) ứng với triệu chứng Bảng 8.3 100