Основы диагностики технических устройств и сооружений

ОСНОВЫ 
ДИАГНОСТИКИ 
ТЕХНИЧЕСКИХ 
УСТРОЙСТВ 
И СООРУЖЕНИЙ

2-е издание

УДК 681.2+621.791
ББК 30.14+30.82
 
O-75

 
 
Основы диагностики технических устройств и сооружений / 

[Г. А. Бигус, Ю. Ф. Даниев, Н. А. Быстрова, Д. И. Галкин]. – 2-е изд. – 
Mосква : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018 – 445, [1] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4804-3

В монографии приведены основные понятия технической диагно стики — 

обла сти знаний, охватывающей теорию, методы и средства определения технического 
состояния объектов. Значительное внимание уделено методам неразрушающего 
контроля, правильное применение которых позволяет получить исходные 
данные для анализа, проводимого при техническом диагностировании. Изложены 
элементы теории надежности и методы расчета показателей надежности в приложении 
к технической диагностике. Рассмотрены вопросы идентификации состояния 
объек та по измеренным диагностическим параметрам и оценки его ресурса.

Книга предназначена для специалистов в области диагностики технических 
устройств, экспертов в области промышленной безопасности, а также студентов, 
обучающихся по соответствующим специальностям.

УДК 681.2+621.791
ББК 30.14+30.82

Авторы:
Г.А. Бигус, Ю.Ф. Даниев, Н.А. Быстрова, Д.И. Галкин

Рецензенты:
академик РАН Н.П. Алешин; 
доктор технических наук В.С. Котельников

O-75

ISBN 978-5-7038-4804-3

© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

П р е д и с л о в и е. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7

Г л а в а 1. Основные понятия диагностики
технического состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.1. Цель и задачи технической диагностики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.2. Системы и программы технической диагностики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
1.3. Диагностические параметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23

Г л а в а 2. Методы и средства контроля состояния объектов. . . . . . . . . .
30
2.1. Неразрушающие методы и средства контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
2.2. Методы, применяемые для поиска поверхностных несплошностей . . .
31
2.2.1. Визуальный и измерительный контроль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
2.2.2. Вихретоковый контроль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
2.2.3. Ультразвуковой контроль поверхностными волнами . . . . . . . . . . . .
35
2.2.4. Магнитные методы контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
2.2.5. Контроль проникающими веществами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
2.2.6. Оптический контроль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
2.2.7. Электрический контроль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
2.3.Методы, применяемые для поиска внутренних несплошностей . . . . . . .
54
2.3.1. Ультразвуковой контроль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
2.3.2. Радиационный контроль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
2.3.3. Радиоволновой метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
2.4. Методы первичной диагностики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
2.4.1. Ультразвуковой длинноволновый метод («ведомых» волн) . . . . . .
80
2.4.2. Тепловой метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
2.4.3. Коэрцитиметрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
2.5. Методы полуразрушающего и разрушающего контроля . . . . . . . . . . . . . .
84
2.6. Дефекты и критерии оценки качества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
2.7. Аттестация специалистов неразрушающего контроля . . . . . . . . . . . . . . . .
90
2.8. Нормативные и технические документы, регламентирующие НК
технических устройств различного вида. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92

Оглавление

Г л а в а 3. Акустическая эмиссия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.1. Физические аспекты акустической эмиссии в металлах и сварных
соединениях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.2. Обобщенная модель полного сигнала акустической эмиссии . . . . . . . . . 126
3.3. Аппаратура акустико-эмиссионного контроля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
3.3.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
3.3.2. Акустико-эмиссионные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
3.3.3. Акустико-эмиссионные преобразователи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
3.3.4. Предварительные усилители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
3.4. Обработка акустико-эмиссионной информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
3.4.1. Способы отображения акустико-эмиссионной информации
акустической эмиссии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
3.4.2. Фильтрация акустико-эмиссионных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
3.4.3. Способы локации источников акустической эмиссии . . . . . . . . . . . 176
3.5. Технология акустико-эмиссионного контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
3.5.1. Предварительное изучение объекта контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
3.5.2. Проведение акустико-эмиссионного контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
3.6. Системы оценки степени опасности дефектов на основе акустико-
эмиссионных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
3.6.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
3.6.2. Амплитудный критерий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
3.6.3. Интегральный критерий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
3.6.4. Критерий Иванова – Быкова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
3.6.5. Интегрально-динамический критерий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
3.6.6. Критерий кода ASME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
3.6.7. Критерий непрерывной акустической эмиссии. . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
3.6.8. Определение возможности дальнейшей эксплуатации объекта
на основе данных акустико-эмиссионного контроля. . . . . . . . . . . . . 206
3.6.9. Методология оценки технического состояния опасных
производственных объектов акустическими методами . . . . . . . . . . 207

Г л а в а 4. Вибродиагностика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
4.1. Основные задачи вибродиагностики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
4.2. Характеристики вибрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
4.3. Единицы измерения параметров вибрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
4.4. Классификация вибросигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
4.5. Периодические вибросигналы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
4.6. Почти периодические и переходные процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

Оглавление
5

4.7. Случайные вибросигналы и анализ вибраций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
4.8. Выбор диагностических признаков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
4.9. Методы вибродиагностики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
4.10. Статистическая обработка данных вибрационных исследований . . . . 253
4.11. Шумодиагностика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
4.12. Вибродиагностика трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
4.13. Аппаратура, применяемая при вибродиагностике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
4.14. Вибродатчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
4.15. Многоканальная виброизмерительная аппаратура. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
4.16. Методы и приборы виброиспытаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

Г л а в а 5. Внутритрубная диагностика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
5.1. Состояние проблемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
5.2. Дефекты магистральных газопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
5.3. Физические основы внутритрубной диагностики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
5.4. Повышение информативности внутритрубной диагностики . . . . . . . . . . 303
5.5. Виды внутритрубных дефектоскопов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

Г л а в а 6. Элементы теории надежности в технической
диагностике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
6.1. Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
6.2. Обеспечение надежности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
6.3. Вероятностно-статистические методы в теории надежности. . . . . . . . . . 324
6.4. Показатели надежности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
6.4.1. Безотказность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
6.4.2. Долговечность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
6.4.3. Комплексные показатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
6.5. Оценка показателей надежности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
6.5.1. Байесовский подход в задачах надежности и диагностике . . . . . . . 359
6.6. Расчет надежности систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
6.7. Структурные схемы надежности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
6.8. Составление логической схемы для расчета надежности системы . . . . 373
6.9. Применение формулы полной вероятности при расчете надежности . . 375
6.10.Использование «лямбда-характеристик» при решении практических
задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
6.11.Расчет систем с неодновременно работающими элементами . . . . . . . . . 381
6.12.Логико-графические методы анализа надежности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
6.13.Методы повышения надежности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

Оглавление

Г л а в а 7. Основные положения по оценке ресурса опасных
производственных объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
7.1. Виды ресурса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
7.2. Оценка и прогнозирование ресурса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
7.3. Вероятностные модели ресурса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
7.4. Экспертные методы прогнозирования ресурса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
7.5. Остаточный ресурс трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
7.6. Методология определения остаточного ресурса потенциально
опасных объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
Л и т е р а т у р а . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современное производство, к сожалению, не может пока полностью избежать
крупных производственных аварий. Для борьбы с ними необходимо соблюдение ряда
специальных обязательных правил. В Российской федерации деятельность по защите 
жизненно важных интересов личности и общества от аварий на опасных производственных 
объектах и последствий указанных аварий называется "промышленной
безопасностью". Условия, запреты, ограничения и другие обязательные требования,
обязательные для исполнения на опасных производственных объектах, регулируются
Федеральным законом от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности
опасных производственных объектов».
К категории опасных производственных объектов относятся объекты, на которых:
1) получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транс-
портируются, уничтожаются опасные вещества следующих видов:
а) воспламеняющиеся вещества газы, которые при нормальном давлении и в
смеси с воздухом становятся воспламеняющимися и температура кипения которых
при нормальном давлении составляет 20 градусов Цельсия или ниже;
б) окисляющие вещества — вещества, поддерживающие горение, вызывающие
воспламенение и (или) способствующие воспламенению других веществ в результате
окислительно-восстановительной экзотермической реакции;
в) горючие вещества — жидкости, газы, способные самовозгораться, а также воз-
гораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления;
г) взрывчатые вещества — вещества, которые при определенных видах внешнего
воздействия способны на очень быстрое самораспространяющееся химическое пре-
вращение с выделением тепла и образованием газов;
д) токсичные вещества — вещества, способные при воздействии на живые орга-
низмы приводить к их гибели и имеющие следующие характеристики:
— средняя смертельная доза при введении в желудок от 15 миллиграммов на кило-
грамм до 200 миллиграммов на килограмм включительно;
— средняя смертельная доза при нанесении на кожу от 50 миллиграммов на кило-
грамм до 400 миллиграммов на килограмм включительно;
— средняя смертельная концентрация в воздухе от 0,5 миллиграмма на литр до 2
миллиграммов на литр включительно;
е) высокотоксичные вещества — вещества, способные при воздействии на живые
организмы приводить к их гибели и имеющие следующие характеристики:
— средняя смертельная доза при введении в желудок не более 15 миллиграммов на
килограмм;
— средняя смертельная доза при нанесении на кожу не более 50 миллиграммов на
килограмм;
— средняя смертельная концентрация в воздухе не более 0,5 миллиграмма на литр;

Предисловие

ж) вещества, представляющие опасность для окружающей среды, — вещества,
характеризующиеся в водной среде следующими показателями острой токсичности:
— средняя смертельная доза при ингаляционном воздействии на рыбу в течение
96 часов не более 10 миллиграммов на литр;
— средняя концентрация яда, вызывающая определенный эффект при воздействии
на дафнии в течение 48 часов, не более 10 миллиграммов на литр;
— средняя ингибирующая концентрация при воздействии на водоросли в течение
72 часов не более 10 миллиграммов на литр;
2) используется оборудование, работающее под избыточным давлением более
0,07 мегапаскаля:
а) пара, газа (в газообразном, сжиженном состоянии);
б) воды при температуре нагрева более 115 градусов Цельсия;
в) иных жидкостей при температуре, превышающей температуру их кипения при
избыточном давлении 0,07 мегапаскаля;
3) используются стационарно установленные грузоподъемные механизмы (за ис-
ключением лифтов, подъемных платформ для инвалидов), эскалаторы в метрополите-
нах, канатные дороги, фуникулеры;
4) получаются, транспортируются, используются расплавы черных и цветных ме-
таллов, сплавы на основе этих расплавов с применением оборудования, рассчитанного
на максимальное количество расплава 500 килограммов и более;
5) ведутся горные работы (за исключением добычи общераспространенных по-
лезных ископаемых и разработки россыпных месторождений полезных ископаемых,
осуществляемых открытым способом без применения взрывных работ), работы по
обогащению полезных ископаемых;
6) осуществляется хранение или переработка растительного сырья, в процессе ко-
торых образуются взрывоопасные пылевоздушные смеси, способные самовозгораться,
возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления, а
также осуществляется хранение зерна, продуктов его переработки и комбикормового
сырья, склонных к самосогреванию и самовозгоранию.
На территории России в настоящее время насчитывается около 100 тыс. опасных
производственных объектов. В нефтяной и газовой промышленности эксплуатируется
150 тыс. км магистральных газопроводов и 50 тыс. км магистральных нефтепроводов.
Протяженность водопроводных и канализационных сетей составляет 270 тыс. км, в
стране эксплуатируется 40 тыс. различных резервуаров, 22 тыс. городских мостов и
путепроводов. Общей тенденцией является устаревание производственных фондов. В
сложившейся ситуации объективная информация о техническом состоянии техниче-
ских устройств и сооружений на опасных производственных объектах является не-
обходимым условием для принятия решения о возможности их дальнейшей эксплу-
атации. Настоящая книга посвящена описанию различных методов и подходов при
проведении технического диагностирования и может быть полезна при разработке как
программы диагностирования, так и обоснования безопасности опасного производ-
ственного объекта.

Г л а в а 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ДИАГНОСТИКИ
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

1.1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Термин «диагностика» происходит от греческого слова «диагнозис», что
означает распознавание, определение. В процессе диагностики устанавливает-
ся диагноз, т. е. определяется состояние объекта (техническая диагностика).
ГОСТ 20911-89 предусматривает использование двух терминов: «тех-
ническое диагностирование» и «контроль технического состояния». Термин
«техническое диагностирование» применяют, когда решаемыми задачами тех-
нического диагностирования или основной задачей являются поиск места
и определение причин отказа. Термин «контроль технического состояния»
применяют, когда основной задачей технического диагностирования является
определение вида технического состояния.
Согласно ГОСТ 20911-89 техническая диагностика (ТД) — это область зна-
ний, охватывающая теорию, методы и средства, определяющие техническое со-
стояние объекта (ТС) [29, 31, 49, 58, 105, 137]. Под ТС принимается состояние,
которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных
условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической
документацией на объект. Различают следующие виды ТС, характеризуемые
значением параметров объекта в заданный момент времени:
— исправное — объект соответствует всем требованиям нормативно-техни-
ческой и (или) конструкторской документации;
— неисправное — объект не соответствует хотя бы одному из требований
нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
— работоспособное — значения всех параметров, характеризующих спо-
собность объекта выполнять заданные функции, соответствуют требованиям
нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
— неработоспособное — значение хотя бы одного параметра, характеризу-
ющего способность объекта выполнять заданные функции, не соответствует
требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
— предельное — дальнейшая эксплуатация объекта технически невозмож-
на или нецелесообразна из-за несоответствия требованиям безопасности или
неустранимого снижения эффективности работы.
Понятие «исправное состояние» шире, чем понятие «работоспособное со-
стояние». Если объект исправен, он обязательно работоспособен, но работо-
способный объект может быть неисправным, так как некоторые неисправности

Глава 1. Основные понятия диагностики технического состояния

могут быть несущественными, не нарушающими нормальное функционирова-
ние объекта.
Для сложных объектов, в частности, для магистральных трубопроводов,
допускается более глубокая классификация работоспособных состояний с вы-
делением частично работоспособного (частично неработоспособного) состо-
яния, при котором объект способен частично выполнять заданные функции.
Примером частично работоспособного состояния служит такое состояние ли-
нейной части магистральных трубопроводов, при котором участок способен
выполнять требуемые функции по перекачке технологической среды с пони-
женными показателями, в частности, с пониженной производительностью при
снижении допускаемого давления (РД 51-4.2-003-97).
Техническое состояние объекта не постоянно. Оно может меняться за вре-
мя эксплуатации под воздействием климатических условий, рабочей среды,
излучения, статических и динамических нагрузок, деградации свойств мате-
риалов со временем, в ходе операций изготовления, настройки и ремонтов
объекта ТД. Об изменении ТС объекта судят по изменению значений параме-
тров, позволяющих определить ТС объекта без остановки его эксплуатации
либо без демонтажа и разборки объекта на элементарные узлы после вывода
его из эксплуатации. Техническую диагностику иногда называют безразбор-
ной диагностикой, т. е. диагностикой, осуществляемой без разборки изделия.
Анализ состояния проводится в условиях эксплуатации, при которых получе-
ние информации крайне затруднено. Часто не представляется возможным по
имеющейся информации сделать однозначное заключение и приходится ис-
пользовать статистические методы. Основное назначение технической диагно-
стики состоит в повышении надежности объектов на этапе их производства,
эксплуатации и хранения.
Целью технической диагностики изделий является поддержание устано-
вленного уровня надежности, обеспечение требований безопасности и эффек-
тивности использования изделий.
Основной задачей технической диагностики является распознавание со-
стояния технической системы в условиях ограниченной информации. Теорети-
ческим фундаментом для решения основной задачи технической диагностики
следует считать общую теорию распознавания образов, алгоритмы распознава-
ния применительно к задачам диагностики, которые обычно рассматриваются
как задачи классификации. Алгоритмы распознавания в технической диагно-
стике частично основываются на диагностических моделях, устанавливающих
связь между состояниями технической системы и их отображениями в про-
странстве диагностических сигналов. Важной частью проблемы распознава-
ния являются правила принятия решений (решающие правила). Многие за-
дачи, решаемые технической диагностикой, являются смежными с задачами
других научных дисциплин: классификация, принятие решений (техническая
кибернетика).
Кроме основной задачи можно выделить ряд других, которые решаются
при проведении ТД:

1.1. Цель и задачи технической диагностики
11

— определение вида ТС объекта (работоспособен, требует ремонта, воз-
можна эксплуатация при пониженных рабочих условиях, эксплуатация невоз-
можна);
— обнаружение дефектов и несоответствий, установление причин их по-
явления и на этой основе определение технического состояния оборудования;
— установление рабочих параметров, при которых возможна дальнейшая
эксплуатация объекта диагностирования (ОД);
— проведение оценки остаточного ресурса до достижения ОД одного из
предельных состояний;
— установление технического состояния ОД в прошлом (в случае возник-
новения аварии, разрушения и т. п.);
— прогнозирование технического состояния и остаточного ресурса (опре-
деление с заданной вероятностью интервала времени, в течение которого со-
хранится работоспособное состояние оборудования).
Исходя из этих задач, можно сказать, что техническая диагностика —
научно-техническая дисциплина, изучающая и устанавливающая признаки де-
фектов технических объектов, а также методы и средства обнаружения и поиска
(указания местоположения) дефектов. Под дефектом понимают любое несоот-
ветствие свойств объекта заданным, требуемым или ожидаемым. Обнаружение
дефекта есть установление факта его наличия или отсутствия в объекте. Поиск
дефекта заключается в указании с определенной точностью его местоположе-
ния в объекте. Для решения этих задач требуется организация эффективной
проверки исправности, работоспособности, правильности функционирования
технических объектов (деталей, элементов, узлов, блоков, заготовок, устройств,
изделий, агрегатов, систем, а также процессов передачи, обработки и хранения
материи, энергии и информации), т. е. организация процессов диагностирова-
ния технического состояния объектов при их изготовлении и эксплуатации, в
том числе во время, до и после применения по назначению, при профилактике,
ремонте и хранении.
Процессы обнаружения и поиска дефектов являются процессами опре-
деления технического состояния объекта и объединяются общим термином
«диагностирование». Диагностирование — одна из важных мер обеспечения и
поддержания надежности технических объектов.
Разработка и создание систем диагностирования включают: изучение объ-
екта, его возможных дефектов и их признаков; составление математических мо-
делей (формализованного описания) исправного (работоспособного) объекта и
того же объекта в неисправных состояниях; построение алгоритмов диагностирования; 
отладку и опробование системы. При исследовании объектов большое 
значение имеет их классификация по различным признакам, например, по
характеру изменения значений параметров, по виду потребляемой энергии и
т. п. Изучение дефектов проводится с целью определения их природы, причин
и вероятностей возникновения, физических условий их проявления, условий
обнаружения и т. п. Математическая модель объекта диагностирования (детерминированная 
или вероятностная) — описание объекта в исправном и в неис-

Глава 1. Основные понятия диагностики технического состояния

правном его состояниях в виде формальных зависимостей между возможными
воздействиями на объект и его реакциями на эти воздействия. Модели (даже
исправных объектов), используемые при диагностировании, могут отличаться
от моделей, используемых при проектировании тех же объектов. Например,
для диагностирования технического состояния шумящих объектов моделями
могут служить кривые шума или вибрации (при так называемых акустических
методах), а в микроэлектронной технологии или в сварочном производстве —
изображения объектов в рентгеновских лучах (при неразрушающем контроле).
Диагностирование осуществляется либо человеком непосредственно (например, 
внешним осмотром, «на слух»), либо при помощи аппаратуры. Взаимодействуя 
между собой, объект и средства реализуют некоторый алгоритм
диагностирования. Результатом является заключение о техническом состоянии
объекта — технический диагноз. Алгоритм диагностирования предусматривает
выполнение некоторой условной или безусловной последовательности определенных 
экспериментов с объектом. Эксперимент характеризуется тестовым или
рабочим воздействием и составом контролируемых признаков, определяющих
реакцию объекта на воздействие. Различают алгоритмы проверки и алгоритмы 
поиска. Алгоритмы проверки позволяют обнаружить наличие дефектов,
нарушающих исправность объекта, его работоспособность или правильность
функционирования. По результатам экспериментов, проведенных в соответствии 
с алгоритмом поиска, можно указать, какой дефект или группа дефектов
(из числа рассматриваемых) имеются в объекте.
С формальной точки зрения можно выделить три типа задач диагностиро-
вания.
Первый тип — это задачи определения технического состояния, в котором
находится объект в настоящий момент времени (техническая диагностика).
Второй тип — это предсказание технического состояния, в котором объект
окажется в некоторый будущий момент времени (техническая прогностика).
К задачам технической прогностики относятся, например, задачи, связанные
с определением срока службы объекта или с назначением периодичности его
профилактических проверок и ремонтов. Эти задачи решаются путем опреде-
ления возможных или вероятных эволюций состояния объекта, начинающихся
в настоящий момент времени. Решение задач прогнозирования весьма важно,
в частности, для организации технического обслуживания объектов по состоя-
нию (вместо обслуживания по ресурсу). Непосредственное перенесение мето-
дов решения задач диагностирования на задачи прогнозирования невозможно
из-за различия моделей, с которыми приходится работать: при диагностирова-
нии моделью обычно является описание объекта, в то время как при прогно-
зировании необходима модель процесса эволюции технических характеристик
объекта во времени.
Третий тип — определение технического состояния объекта в некоторый
момент в прошлом (задачи технической генетики). Задачи технической гене-
тики возникают, например, в связи с расследованием аварий и их причин,
когда техническое состояние объекта в рассматриваемое время отличается от

1.1. Цель и задачи технической диагностики
13

состояния, в котором он был в прошлом, в результате появления первопричи-
ны, вызвавшей аварию. Эти задачи решаются путем определения вероятных
предысторий, ведущих в настоящее состояние объекта.
Широко используемыми понятиями в технической диагностике являются:
— работоспособность;
— контролеспособность.
Понятие работоспособного технического состояния объекта является важ-
ным на этапе эксплуатации. Объект работоспособен, если он может выполнять
все заданные функции с сохранением значений заданных параметров (при-
знаков) в требуемых пределах. Требования, которым должен удовлетворять
изготовленный (новый) или эксплуатируемый объект, определяются соответ-
ствующей нормативно-технической документацией. Объект, удовлетворяющий
всем требованиям нормативно-технической документации, является исправ-
ным (или говорят, что он находится в исправном техническом состоянии).
В стандартах в области технической диагностики понятие работоспособ-
ное состояниењ подразумевает состояние объекта, при котором значение всех
параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, со-
ответствует требованиям нормативно-технической и конструкторской докумен-
тации.
Работоспособность потенциально опасных объектов может определяться
совокупностью следующих основных характеристик:
— геометрическими и механическими характеристиками конструктивных
элементов;
— физико-химическими свойствами обрабатываемого продукта (рабочей
среды в объекте);
— действующими нагрузками (внутренними или внешними), т. е. напряженно-
деформированным состоянием конструктивных элементов.
Для сосудов и аппаратов в соответствии с требованиями Правил Госгор-
технадзора и ОСТ 26-291 для статических условий нагружения оборудование
считается работоспособным, если его основные несущие элементы имеют за-
пасы прочности не ниже установленных по ГОСТ 14249-89:
nт = 1,5 — запас по пределу текучести;
nп = 2,4 — запас по пределу прочности;
nд = 1,5 — запас по пределу длительной прочности;
nр = 1,0 — запас по пределу ползучести.
Исходными данными для расчета являются:
— предел текучести σ0,2;
— временное сопротивление σв металла, определяемое по результатам ис-
пытаний образцов на растяжение, вырезанных из рассматриваемого конструк-
тивного элемента обследуемого аппарата или сосуда;
— толщина стенки элемента до начала эксплуатации S0 и фактическая
толщина Sф, найденная в результате толщинометрии;
— диаметр по серединной поверхности и др.

Глава 1. Основные понятия диагностики технического состояния

В результате расчетов определяется значение действующего рабочего
окружного напряжения. Допускаемое напряжение с учетом рабочих условий
и материального исполнения обследуемого аппарата выбирается в соответ-
ствии с требованиями ГОСТ 14249-89. За предельное состояние оборудования
принимается условие, при котором окружные напряжения достигают допуска-
емых в соответствии с требованиями на расчеты сосудов и аппаратов, которые
определяются по ГОСТ 14249-89.
Для поддержания технического состояния объекта необходимо контроли-
ровать все указанные выше характеристики и параметры, периодически прово-
дить техническое освидетельствование, а для длительно проработавших изде-
лий (при истечении расчетного срока службы изделия) проводить экспертное
техническое диагностирование для установления расчетного ресурса безопас-
ной работы, ремонтно-профилактическими методами обеспечивать необходи-
мые запасы по прочности и долговечности конструктивных элементов аппара-
та. Успешное решение этой задачи в большой мере зависит от такого свойства
объекта, как контролеспособность.
Контролеспособностью называется свойство изделия обеспечивать досто-
верную оценку его технического состояния и раннее обнаружение неисправ-
ностей и отказов. Контролеспособность создается конструкцией изделия и
принятой системой технической диагностики. Важной задачей теории кон-
тролеспособности является изучение средств и методов получения диагно-
стической информации. В сложных технических системах используется авто-
матизированный контроль состояния, которым предусматривается обработка
диагностической информации и формирование управляющих сигналов. Ме-
тоды проектирования автоматизированных систем контроля составляют одно
из направлений теории контролеспособности. Наконец, очень важные задачи
теории контролеспособности связаны с разработкой алгоритмов поиска не-
исправностей, разработкой диагностических тестов, минимизацией процесса
установления диагноза.
Для осуществления ТД необходимо: установить показатели и характери-
стики диагностирования; обеспечить способность объекта к техническому диа-
гностированию (остановка, охлаждение, снятие изоляции, футеровки, прове-
дение зачистки и т. п.); разработать или иметь диагностическое обеспечение
предстоящей работы на объекте.
Диагностическое обеспечение объекта должно включать:
— номенклатуру диагностических параметров и их характеристики;
— методы, обеспечивающие измерения диагностических параметров (раз-
рушающие, полуразрушающие, неразрушающие методы контроля);
— аппаратно-программные средства ТД;
— правила диагностирования (методики, указания, рабочие документы и
т. п.);
— алгоритм диагностирования и правила принятия решений.