CC BY
47
УДК 621.307.006
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ТРЕТЬЕГО КЛАССА
ПРАКТИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ
Г.И. Микита
Кафедра общей и специальной электротехники Российского университета дружбы народов Россия, 117198 Москва, ул. Михлуко-Маклая, 6
Рассмотрены кибернетические возможности безразборных виброакустических диагностических технологий, которые применяются для трибоузлов и тяговых приводов машин. Появляется возможность передачи виброакустической информации на любое расстояние. В связи с этим возможно создание крупных научных диагностических центров, в которых возможно обслуживание удаленных на большие расстояние объектов.
Практическая классификация технологий виброакустической диагностики трибоузлов и тяговых приводов машин (1) обладает достаточно широкой палитрой классов. В данной статье рассматривается возможность применения в кибернетике именно третьего класса практической классификации (РТ), так как этот класс обладает наиболее расширенными возможностями аппаратного обеспечения, включает в себя, как правило, блоки сопряжения с ЭВМ, предусматривает применение технологий телекоммуникационных сетей и является наиболее прогрессивным и новым с позиций математического аппарата.
Рассмотрим технологии третьего класса системы-класса РТ. Эти технологии предусматривают наличие цифровых звеньев, а также вейвлет-преобразований и диагностику с глубиной до трибодетали. В такие РТ могут входить блоки, осуществляющие цифровой прием виброакустической информации, или блоки, хранящие в оцифрованном виде эту информацию. Приборные технологии, имеющие в наличии цифровые компоненты (свойство nzk), объединим в вид CsZ - частично цифровой. Особый вид класса РТ-3 представляют технологии с цифровой частотной фильтрацией виброакустической информации (свойство - zf). Как правило, такие технологии обладают максимальной палитрой цифровых обработок информации: от приема информации до постановки диагноза. Объединим их в вид насыщенно-цифровой (NZ). Вейвлетный вид (WP) представляется наличием вейвлет-преобразований (свойство - wlp).
Примерами CsZ вида являются цифровые спектроанализаторы фирмы «Hewlett Packard»: НР8560Е (диапозон, d={30 Гц - 2.9 ГГц); НР8561Е (d={30 Гц - 6.9 ГГц}. Погрешность по амплитуде, уА=1.85 дБ; погрешность по частоте, yF=106 Гц. d от 9 кГц до 26.5 ГГц и до 40 ГГц имеют НР8563Е и Нр8564Е (уА=3 дБ; ук=1 кГц).
Приведенная максимальная погрешность по амплитуде составляет:
уА =3/\-150\*100% = 2%
по частоте:
ур = 1000но9 * ;оо% = 10~4%.
Суммарная приведенная погрешность составит
Г1№=(Г^+^)"г
У =2%
а вероятность спектральной точности составит
Р = 1 - 2 /100 = 0,98.
Рассмотрим вид NZ на примере технологии GIM.PK. В этой технологии виброакустическая информация оцифровывается с частотой дискретизации 22050 Гц и с уровнем квантования 16 bit. Образованный File сохраняется в автоматическом режиме. В программную композицию вводится скорость вращения вала подшипника, и на основании кинематической модели программно определяются кинематические частоты для вала, дорожки качения внутреннего кольца, дорожки качения наружного кольца, сепаратора и
тел качения и одного тела качения. Затем начинается точная цифровая фильтрация по частоте 10335.94 Гц с одновременным детектированием. Из полученного цифрового массива, представляющего из себя амплитудные значения 10335.94 Гц-овых составляющих виброинформации в зависимости от времени, выделяются периоды наиболее близкие к расчетным по кинематической модели. На базе этого массива строятся пять спектров, являющихся базовыми для начала автоматической диагностики, которая строится на принципах амплитудной модуляции огибающей спектра.
Приведенная погрешность определится как
У N2 = Амах 11шх * ЮРА = 1,1 / 344,53 *100 = 0,319%
Тогда вероятность N2 с точной фильтрацией составит
Р = 1 -ут /100 = 1 -0,3191100 = 0,997
В РТ-З вероятность спектральной точности составляет вида С& - 0,98 и для вида N2 -
0,997.
Необходимо также иметь в виду, что глубина диагностики в классе РТ-З - до трибодетали.
Практическая классификация технологий виброакустической безразборной диагностики трибоузлов приведена в таблице.
Из нее видно, что систему-бытие образуют виброакустические технологии ТУ, образующие 0-уровень. Обозначим ее как категорию А. ТУ делится на две системы-классы, образующие акустические технологии (АТ) и приборные технологии (РТ).
В свою очередь система-класс АТ делится на два класса: АО (акустические диагностики) и РБ (фонические диагностики). Система-класс РТ подразделяется на три класса: РТ-1 (приборные технологии первого уровня), РТ-2 (приборные технологии второго уровня) и РТ-З (приборные технологии третьего уровня). Класс РТ-З имеет два вида: Сз2 (частично цифровой) и N7 (насыщенно цифровой).
Нулевому уровню соответствует свойство безразборности виброакустического диагностирования трибоузла - усН. Обозначим его как категорию А’. У(к подчинены свойства систем-классов: csf (наличие человеческого фактора в диагностике) и рГ (наличие приборного фактора в диагностике). В свою очередь csf делится на свойства ар (восприятие человеком помимо диагностируемой виброакустической информации акустических помех) и (обработка человеком виброакустической информации «на слух» без внешних акустических помех). Система-класс свойства pf имеет три класса свойств: §и (диагностика приборная с глубиной до трибоузла), а (диагностика аналоговыми технологиями с глубиной до трибодетали) и с (диагностика цифровыми технологиями с глубиной до трибодетали). В свою очередь свойство класса с имеет два вида свойств: пгк (наличие в диагностической технологии цифровых компонентов и глубина диагностирования до трибодетали) и (наличие в диагностической технологии цифровой частотной фильтрации и глубина диагностирования до трибодетали).
Рассмотренная классификация обладает иерархической структурой родовидовых отношений, то есть соответствует критерию иерархичности. Имеется одна единственная вершина. В ней отражен предельно широкий класс явлений. Таким образом, критерий монизма тоже удовлетворяется. Категория бытия имеет нижестоящие уровни, в которых есть понятия собственно классифицируемой области и ее свойство. Таким образом, создана параметрическая форма, увязывающая разработанную классификацию со свойствами различных уровней.
Класс объектов категории А (оЬА) является конечным множеством типа:
ОЬА = и,=0,
где 1 - уровень.
Для данной классификации категории А
з
ОЪА = и
/=0/
А; = {а‘т}к‘ - множество объектов, принадлежащих 1-уровню, где кл - число элементов множества А,, ш - номер объекта.
Тогда,
Ао — { а1°} 1;
А1 = { а/ , а2! } 2 ;
Аг= { й)2 , а22, аз2, а/ , а52}5;
Аз = { а^ , а23 , аз3} 3.
Для уровней с 0 по 2 выполняется к-условие
км > 2 к,.
Для третьего уровня это условие тоже соблюдается, так как только третий класс РТ-3 имеет виды, а остальные классы их не имеют.
То есть, каждому А; присущ определимый уровень иерархии.
Для исследования связей по вертикали и по горизонтали введем их описание с помощью морфизмов.
Мог, ={*%&},
где V, - связь по вертикали,
Й - связь по горизонтали.
Тогда,
Мог0 = { 2 , 0 } ;
Мог, = { 5 ; 0 } ;
Мог2 = { 3 ; 0 } ;
Мог3 = {0,0}.
Морфизм 2 имеет лишь три связи по вертикали, так как виды имеет только третий класс РТ-3.
Морфизмы иллюстрируют наличие в разработанной классификации только родовидовых связей и отсутствие связи между элементами одного уровня категории. Из связей по вертикали и по горизонтали следует, что для категории А любому элементу нижестоящего уровня соответствует лишь один морфизм предшествующего уровня. Объекты морфизмов М обозначим как оЬМ, тогда
ОЪА => ОЬМ,
где => образование, а А изоморфен оЬМ.
Ковариантный функтор
^ : А -> М.
Следовательно, можно построить категорию А’ изоморфную категории М. Этот изоморфизм определяется ковариантным функтором
0 - М -» А'
Зададим
где а’т‘ - объект, соответствующий свойству 1-го уровня.
Категория А’, подобно категории А, имеет класс объектов категории А’ (оЬА’), являющийся конечным множеством типа:
ОЬА'=1}А'
ы о
для А’
ОЬА'=иА'.
(=0
Тогда,
А’о = { а’]0 } 0,
А’г= { а’ I2, а’г2, а’32, а’42, а’52}2,
А’ — Г 3 1 3 ) 3 \ 3
Аз_{а1 ,аг ,3; ) •
А’з имеет лишь три элемента, так как только третий класс свойства с имеет виды.
Таким образом, выражение для А’ удовлетворяет к-условию. Следовательно, каждому А’] присущ определенный уровень иерархии.
Исследование морфизмов для категории А’ дает результат аналогичный категории А.
Мог\ = {У\^,}
Мог’о = { 2 ; 0 },
Мог’[ = { 5 ; 0 },
Мог’2 = { 3 ; 0 } ,
Мог’з = { 0 ; 0 }.
Мог’2 имеет три вертикальные связи, так как виды имеет только один класс свойств - с. Исследование Мог^ показало, что в категории А’ существует только родо-видовые связи, а связей между элементами одного уровня категории нет. Нижестоящему элементу соответствует один морфизм вышестоящего уровня.
Перейдем к операции объединения категорий А и А’. Объединение категорий целесообразно осуществить на базе объединения объектов этих категорий. Результатом объединения категорий А и А’ относительно объектов будет категория
А"=А[)А'.
Тогда, объекты этой категории
ОЬА'' = ОЪА]^ А' = оЬА[) оЪА' .
Морфизмы категории А” определятся как
МогА"= МогА\}А'= МогА[]МогАЧГК,
где Я = и;=о" Мог ( Эщ', а’ю' )•
Исходя из выше изложенного
п
оъа"=\)А\
1=0
А'\ = {4'т1},
< = К,Ю = {г'}-
т
Тогда,
А»0 = { У 1° > ° ,
А”! = {у.'.у,1} 2,
А”2= {712,У22Лз2,У42,Т52}5. А”з = {у,3,У23,Уз3}3-
То есть, каждому элементу категории А соответствует свойство категории А’ , число элементов категории А равно числу элементов категории А’.
В разработанной практической классификации выполняются условия иерархичности, монизма, деления предельно широкой системы. Эти условия являются достаточными. Их совокупность является формальным критерием естественной классификации в строгом смысле. Эта классификация соответствует и слабым критериям естественности. Это означает, что по месту элемента можно предсказать его свойства.
Использование этой классификации дает возможность достичь максимального количества целей, так как в ней учтены сущностные свойства элементов. Классификация соответствует и сильному критерию естественности, выражающемуся в законе взаимосвязи систем реальной действительности. Итак, справедливо утверждать, что данная классификация отражает системность, существующую в природе исследуемых объектов, по свойствам адекватна естественному представлению системы и соответствует критериям естественности.
Рассмотрим кибернетическую модель применения этого класса РТ на примере работы измерительной информационной системы (ИИС-ОПРБП-02.01) - ИИС по определению прочности роликов буксовых подшипнков на основе «Акустически-эталонного метода (GIM.AEM.02.3)» (РОСПАТЕНТ: СВИДЕТЕЛЬСТВО №2002611731, 2002 г., автор Микита Г.И.)
После полной ревизии роликов их подвергают исследованию с помощью указанной ИИС-ОПРБП-02.01. Аппаратная часть ИИС-ОПРБП-02.01 представляет из себя стационарную деповскую установку (У-02.01), ЭВМ, телерадиоканал и центральную мультимедийную виброакустическую диагностическую станцию (ЦМВДС). У-02.01 состоит из держателя ролика, ударного механизма и акустического датчика, соединенного с записывающим блоком (ЗБ). ЭВМ имеет мультимедийную конфигурацию. Телерадиоканал на входе-выходе представлен стационарными мобильными телерадиоаппаратами, типа S-35, фирмы Siemens. ЦМВДС представляет из себя мультимедийную ЭВМ с расширенными возможностями программного автоматического виброакустического диагностирования.
ИИС-ОПРБП-02.01 позволяет определять соответствие материала роликов прочностным нормам в режиме экспресс-анализа без подверганий испытуемых роликов разрывной силе.
Это позволяет отойти от выборочного принципа испытаний одного образца из партии и диагностировать все ролики без их повреждения, ввести в технологическую маршрутизацию ремонта дополнительный фильтр при определении качественных характеристик подшипников букс грузовых вагонов.
Рассмотренный класс РТ наиболее адаптивен к кибернетическим моделям дигностики. Он может быть применен как блок в такой системе управления. Преимущества этого класса РТ в мобильности, быстродействии, легкости установки и отладки, сопряженности и относительно невысокой трудоемкости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Микита Г.И. Разработка практической классификации технологий виброакустической безразборной диагностики трибоузлов и партициональной вибрографии. /«Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций», альманах журнала «Подземное пространство мира», 2002, №2-3, с.29-31. -М.:ТИМР, «Problems of development of transport and engineering communications» the almanac of magazine «World underground space», 2002, №2-3, p.29-31. -M.:TIMR.
CYBERNETIC OPPORTUNITIES of TECHNOLOGIES of the THIRD CLASS PRACTICAL CLASSIFICATION
Guriy.LMikita
Faculty general(common) and special electrical engineers The Russian university of friendship of peoples Miklukho-Maklaya st., 6, 117198 Moscow, Russia
Микита Гурий Иштванович родился в 1960 г., окончил в 1995 г. РГОТУПС. Кандидат технических наук, доцент. Автор 90 статей, учебного пособия, 6 патентов, научных и методических работ в области трибовиброакустической диагностики тяговых приводов машин.
Guriy I. Muikita was born in 1960, has ended in 1995. РГОТУПС. Cand.Tech.Sci., the senior lecturer. The author of 90 articles, the manual, 6 patents, scientific and methodical works in area tribovibroakustik diagnostics traction drives of machines.
