Основной закон диагностики

Несовершенство органов чувств человека, его склонность нарушать законы логики при рассуждении давно беспокоят специалистов по диагностике и заставляют их делать попытки заменить человека чуткими и беспристрастными приборами. Естественно, что "слухачи" были выбраны первыми для такой замены, поскольку прослушивание машины - основная диагностическая операция и в условиях эксплуатации, и при заводском контроле готовых изделий.

Машины во время работы всегда шумят, и шум этот, как правило,- признак их несовершенства. Неточность изготовления деталей, их износ, погрешности сборки - все приводит к увеличению интенсивности ударных взаимодействий в кинематических парах и, как следствие, к возрастанию колебаний и шума машины. Замечено, чем больше в машине дефектов, тем выше уровень ее шума. Поэтому идея прибора, который должен прийти на смену "слухачам", напрашивается сама собой. Этот прибор должен показывать интенсивность шума, а его шкала должна быть откалибрована в единицах, которыми измеряют дефекты деталей и кинематических пар.

Прибор для измерения уровня шума изобретать не нужно, он давно существует и называется шумомером. Чем громче шум, тем больше отклоняется стрелка прибора. Вот только откалибровать шкалу шумомера в единицах износа и погрешностей изготовления машины пока никому не удалось. И дело здесь не в отсутствии желающих и не в их пассивности, а в том, что намерение использовать шумомер для диагностики находится в противоречии с законами теории информации. Здесь наблюдается полная аналогия с вечным двигателем, который противоречит физическим законам, а поэтому и не может быть изобретен несмотря на бесчисленные попытки.

Количество информации, содержащейся в сигнале, предназначенном для устранения неопределенности ситуации, не должно быть меньше, чем величина снимаемой неопределенности. Таков закон. В диагностике неопределенность связана с тем, что неизвестно состояние машины, которое, в свою очередь, определяется состоянием элементов, а их в ней довольно много. Показание же шумомера дает в наше распоряжение всего одно число - уровень шума, т. е. неопределенность состояния машины и количество информации, доставляемой перемещением стрелки шумомера, не соизмеримы. Причиной увеличения шума машины может быть увеличение зазора в подшипнике, разрушение зубьев шестерен, нарушение регулировки клапанов, ранний впрыск топлива, если речь идет о дизеле, и многие другие дефекты деталей. Как узнать причину того, что машина стала шуметь громче? Стрелка шумомера может отклоняться на одинаковую величину и при небольшом износе многих деталей и при одном, но достаточно крупном дефекте.

Анализ показывает, что неудачи, часто постигающие изобретателей новых диагностических приборов, как и в случае с шумомером, объясняются пренебрежением к законам информации. Поэтому естественно возникает вопрос, при каких условиях разрешима задача диагноза? Этот же вопрос можно задать несколько иначе: каким условиям должен удовлетворять диагностический сигнал, чтобы, получив его, можно было однозначно оценить состояние механизма? Исчерпывающий ответ на вопрос об условиях разрешимости диагностической задачи требует привлечения математического аппарата, знакомство с которым не предполагается у читателя этой книги. Поэтому ограничимся рассмотрением лишь одного условия и сформулируем его так: если состояние машины определяется n параметрами, то ее диагностирование возможно лишь в том случае, если число m независимых параметров в диагностическом сигнале не меньше n.

В большинстве случаев n равно числу кинематических пар механизма, так как знание их состояния позволяет принять обоснованное решение о необходимости ремонта, регулировок и других операций по обслуживанию механизма. Так, для диагностики тракторной коробки передач нужно определить значение около 30 параметров состояния ее элементов, а для тракторного дизеля и того больше. Поэтому шумомер, обеспечивающий измерение только одного параметра сигнале, не может помочь при диагностировании таких сложных устройств. Где же взять нужное число параметров диагностического сигнала? Об одной возможности мы уже упоминали, когда рассказывали об американской системе диагностики танкового двигателя,- это установка на машину нужного числа датчиков. Каждый датчик, как и шумомер, доставляет всего одно число, характеризующее состояние машины. Но поскольку датчиков много, то снятые с них показания позволяют составить довольно полное представление о состоянии машины. Но это не единственный путь.

Представьте многолюдную площадь и микрофон, улавливающий голоса людей. Микрофон "слышит" все голоса, и если мы его подключим к магнитофону, то на ленте будет запечатлена вся информация, которую сообщают люди, находящиеся на площади. Правда, при проигрывании ленты мы не поймем, о чем они говорили, потому что голоса смешаны. Но это уже другая проблема. Существенно то, что один датчик (микрофон) уловил и доставил нам голос каждого человека и всю информацию, которую сообщали люди на площади, и поэтому, хотя бы в принципе, она может быть расшифрована. Для этого нужно разложить общий шум толпы на голоса отдельных людей.

Машину мы можем представить как шумную толпу народа - это ее кинематические пары. Микрофон или датчик, установленный на корпусе работающей машины, улавливает все звуки, а значит, и всю информацию о взаимодействии деталей и их состоянии. Шумомер действует грубо. И без того смешанные "голоса" он перемешивает еще больше и в результате выдает всего один показатель Δ - уровень шума толпы. А действовать нужно наоборот: воспринятую датчиком смесь звуков следует разложить на "голоса" отдельных кинематических пар, тогда каждый "голос" принесет нам информацию о состоянии породившей его кинематической пары. В этом корень проблемы акустической диагностики. Изложению ее принципов посвящена остальная часть данной книги.