УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМОГО ВРЕМЕНИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМЫ Российский патент 2010 года по МПК G07C3/08 

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в опытно-конструкторских работах и в практике организации технического обслуживания сложных систем для определения максимально допустимых значений времени ремонтно-восстановительных работ, обеспечивающих требуемую готовность системы к применению.

Известны устройства [1, 2], предназначенные для определения сроков технического обслуживания, обеспечивающих готовность изделия к применению, не ниже заданной. Общим недостатком перечисленных устройств является узкая область применения, ограниченная обособленными изделиями, не входящими непосредственно в состав какой-либо технической системы.

Известны также устройства [3, 4, 5], обеспечивающие определение оптимальной периодичности технического обслуживания сложных систем. Их недостатком является узкая область применения, ограниченная системами, для которых временные параметры операций технического обслуживания каждой подсистемы являются заданными.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство [6], содержащее m вычислителей коэффициентов готовности функциональных подсистем, по числу подсистем, рассматриваемой системы; анализатор, реализующий выбор минимального из значений коэффициентов готовности подсистем; датчик времени; блок сравнения; блок задержки, включающий в себя m-2 элемента задержки; ключ; элемент задержки и блок из m выходных цепей, каждая из которых включает в себя соединенные последовательно элемент задержки и ключ. В каждый вычислитель коэффициента готовности подсистемы входят сумматоры, вычитатель, умножители, делитель, интегратор и блок нелинейности. Это устройство позволяет применять минимаксный критерий для определения оптимальной периодичности технического обслуживания сложных систем. Недостатком данного устройства является ограниченная область применения, поскольку оно может использоваться в случаях, когда известны такие характеристики подсистем, как интенсивность отказов и время, необходимое на выполнение технического обслуживания, включая ремонтно-восстановительные работы, каждой подсистемы.

Целью заявляемого технического решения является расширение области применения и информативных возможностей устройства. Цель достигается путем определения и представления пользователю максимально допустимых значений времени восстановления работоспособности подсистем, обеспечивающих требуемую готовность системы к применению, а также вычисленного значения коэффициента готовности системы.

Техническая система включает в себя некоторое множество функциональных подсистем, различающихся по назначению, сложности и ремонтопригодности. Например, автомобиль как система включает в себя ряд подсистем, таких как двигатель, система питания, система зажигания, трансмиссия и т.д. Аналогично, в качестве системы можно рассматривать самолет, корабль и многое другое.

Система, в процессе ее эксплуатации, должна удовлетворять определенным требованиям к готовности функционировать по назначению. Часто эти требования выражаются значением коэффициента готовности указанным в техническом задании на систему. В технических документах на подсистемы, включаемые в состав сложной системы, указываются значения времени наработки на отказ i=1, m, где i - число подсистем в системе, а также оценочные значения времени ремонтно-восстановительных работ Т_вi, проводимых при возникновении отказов в подсистемах. Эти значения являются ориентировочными, поскольку получены в производственных условиях предприятий изготовителей подсистем, при отсутствии конкретных данных об их месте в конструкции системы. По завершении монтажно-сборочных работ, связанных с введением подсистем в состав системы, как правило, сужается доступ к их конструктивным элементам, что приводит к увеличению значений времени Т_вi в сравнении с оценочными. Этот фактор можно учитывать путем введения коэффициента ремонтопригодности α. Если доступность к элементам подсистем равнозначна заводским, то α равна единице, в противном случае, значения α должны быть больше единицы. Эти значения назначаются экспертным способом индивидуально для каждой подсистемы на основе оценки результата компановки всех подсистем в системе. Для обоснования необходимой продолжительности ремонтно-восстановительных работ нужно знать максимально допустимое значение времени восстановления каждой подсистемы исходя из требования к готовности системы в целом.

Готовность к функционированию каждой подсистемы выражается следующим соотношением:

Считаем, что система готова к функционированию, если готова каждая входящая в нее подсистема, а отказы одних подсистем не приводят к отказам других. В таком случае коэффициент готовности системы будет:

Вычисленное согласно (2) должно быть не менее заданного в техническом задании на систему. В связи с этим, задача определения требуемых значений времени восстановления работоспособности подсистемы имеет следующий вид:

Эта задача может быть решена аппаратурно.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит m вычислителей коэффициентов готовности К_ri подсистем, по числу m подсистем. Каждый вычислитель включает в себя усилитель 1, первый 2 и второй 3 сумматоры, делитель 4 и элемент задержки 5. Первые входы усилителя, первого сумматора, делителя и второй вход усилителя являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами вычислителя коэффициента готовности, а первым и вторым его выходами являются соответственно выход делителя 4 и выход элемента задержки 5. Первые, вторые и третьи выходы вычислителей коэффициента готовности подсистем образуют соответственно группу первых, группу вторых и группу третьих входов устройства. В устройство входят также блок задержки 6, включающий в себя m-2 элемента задержки 6_с, с=1, m-2; второй ключ 7; ждущий мультивибратор 8; датчик времени 9 (генератор ступенчатого напряжения), задающий в порядке нарастания с шагом Δt возможные значения приращения времени, используемые для определения искомых вычисленных значений времени ; первый элемент задержки 10; вычислитель коэффициента готовности системы 11, включающий в себя m-1 соединенных последовательно умножителей 11к, к=1, m-1, при этом первый и второй входы первого умножителя 11₁ соединены непосредственно с первыми выходами соответственно первого и второго вычислителей коэффициентов готовности подсистем, а второй вход каждого из остальных умножителей от 11₂ до 11_m-1 соединен через соответствующий ему элемент задержки 6_с блока 6 задержки с первым выходом соответствующего ему вычислителя коэффициента готовности подсистемы; блок сравнения 12 (компаратор); второй элемент задержки 13; первый элемент памяти 14; первый ключ 15; блок из m выходных цепей 16, каждая из которых образована последовательным соединением элемента памяти 17_i и ключа 18_i.

Считаем, что элементы памяти 17_i, i=1,m как функциональные элементы эквивалентны элементам задержки 16_i прототипа и это будет отражено в формуле изобретения.

К началу работы устройства через первые входы усилителей 1 вычислителей коэффициентов готовности подсистем устанавливаются заданные значения коэффициентов ремонтопригодности α_i (коэффициентов усиления). На вторые и третьи входы вычислителей поступают соответственно заданные значения величин и а с пятого входа устройства на первый вход компаратора 12 подается заданное значение коэффициента готовности системы.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу Пуск, поступающему с четвертого входа устройства, датчик времени 9 вырабатывает сигнал Δt, соответствующий общему для всех подсистем приращению заданных значений . Этот сигнал поступает на информационный вход второго ключа 7 и здесь задерживается, поскольку к этому времени ключ закрыт из-за отсутствия сигнала на его разрешающем входе. В связи с этим на первом шаге работы устройства от усилителя 1 на второй вход первого сумматора 2 сигнал не поступает, что соответствует нулевому значению приращения Δt времени . В вычислителях коэффициента готовности подсистем вычисляются значения соответствующие входным значениям и . Процесс вычисления рассмотрим на примере одного (первого) вычислителя.

Заданное значение со второго входа вычислителя коэффициента готовности подсистемы поступает на первый вход первого сумматора 2. Поскольку на выходе усилителя 1 в данном случае сигнал отсутствует, то сигнал без изменения заданного значения с выхода первого сумматора 2 поступит на первый вход второго сумматора 3 и на вход элемента задержки 5. Время задержки составит , после чего значение поступит в элемент памяти 17_i блока выходных цепей 16. Во втором сумматоре 3 реализуется сложение значения со значением поступающим с третьего входа вычислителя коэффициента готовности. Результат сложения из второго сумматора 3 передается на второй вход делителя 4, а на первый его вход с третьего входа вычислителя K_г1 поступает заданное значение времени T₀₁. В делителе 4 формируется сигнал, соответствующий вычисленному значению коэффициента готовности подсистемы согласно (1). Аналогично происходит вычислительный процесс во всех остальных вычислителях коэффициента готовности устройства. Полученные значения с первых выходов первого и второго вычислителей непосредственно, а с первых выходов остальных m-2 вычислителей через соответствующий каждому из них элемент задержки 6_с, с=1, m-2 блока задержки 6 передаются на соответствующие входы вычислителя коэффициента готовности 11 системы. При этом временная задержка, которую должны обеспечить элементы задержки 6_с блока 6, определяется временем распространения сигнала в цепях вычислителя 11 коэффициента готовности системы . В вычислителе 11 осуществляется определение значения коэффициента готовности системы в соответствии с (2). Полученный результат с выхода вычислителя 11 подается на второй вход компаратора 12 непосредственно, а через второй элемент задержки 13 - в первый элемент памяти 14. Время задержки сигнала в элементе 13 составляет В компараторе 12 реализуется сравнение значений вычисленного и заданного коэффициента готовности системы. Если окажется, что то на втором выходе компаратора 12 появится управляющий сигнал, который является сигналом считывания для элементов памяти 14 и 17_i, а также разрешающим для ключей 15 и 18_i. В результате этого на первый выход устройства поступит вычисленное значение а на выходы 2_i - значения На этом работа устройства заканчивается. По выходным значениям можно судить о работоспособности устройства, они должны совпадать с заданными значениями Тот факт, что вычисленное значение оказалось меньше свидетельствует о необходимости принятия конструктивных решений, обеспечивающих снижение исходных значений параметров

Если же при сравнении в компараторе 12 окажется, что то управляющий сигнал с первого его выхода поступит на входы ждущего мультивибратора 8 и элемента задержки 10. По одиночному сигналу мультивибратора 8 второй ключ 7 откроется и сигнал Δt, выработанный датчиком времени 9 на предыдущем цикле работы устройства, через четвертые входы вычислителей коэффициентов готовности подсистем поступит на вторые входы усилителей 1_i. После этого второй ключ 7 закрывается, а управляющий сигнал с выхода элемента задержки 10 передается на второй вход датчика времени 9, в результате чего на его выходе будет действовать новое значение приращения времени, равное 2Δt. В усилителях 1_i вычислителей коэффициента готовности подсистем сигнал Δt усиливается и результат α_iΔt передается в первые сумматоры 2_i. Далее процесс вычисления коэффициента готовности подсистем и системы в целом повторится, но уже с новыми значениями

Так, последовательно в каждом j-м цикле, j≥1, работы устройства приращение времени восстановления будет увеличиваться на величину α_i(j-1)Δt, вычисляться значения величин и обновляться содержание элементов памяти 17i и 14 соответственно. Как только в компараторе 12 окажется, что управляющий сигнал появится на втором его выходе, поэтому откроются все ключи 15 и 18i и произойдет считывание данных, хранящихся в элементах памяти 14 и 17i. В результате этого на первый выход устройства поступит вычисленное значение коэффициента готовности системы, а на выходы 2i - вычисленные значения

Через время задержки на первый выход устройства поступит значение

, а на выходы 2i - соответствующие этому значения

Таким образом пользователь получит две совокупности значений выходных величин. Первая из них будет предельно допустимая a вторая отразит переход порога допустимости увеличения значения На этом работа устройства заканчивается.

Необходимая точность определения значений выходных величин обеспечивается настройкой приращений Δt выходного сигнала датчика времени 8 до начала применения устройства.

Положительный эффект, который дает предлагаемое техническое решение, состоит в том, что оно позволяет определять максимально допустимые значения времени восстановления работоспособности подсистем, исходя из требования к готовности функционирования по назначению системы в целом. Выходными данными устройства являются вычисленные значения времени восстановления работоспособного состояния подсистем и соответствующие им значения коэффициента готовности системы. Эти данные могут использоваться на этапе проектирования топологии систем для оценки вариантов компановки подсистем.

Источники информации

1. AC SU 1711208, М. Кл⁵ G07C 3/08, 1990 г. Гришин В.Д., Тимофеев А.Н., Туркин М.Ю.

2. АС SU 1767510, М. Кл⁵ G07C 5/08, 1990 г. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Доможиров В.Т., Тимофеев А.Н.

3. AC SU 1437888, М. Кл⁵ G07C 3/02, 1988 г. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Марков Д.И.

4. АС SU 1679512, М. Кл⁵ G07C 3/02, 1991 г. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Тимофеев А.Н.

5. Патент RU 2308765, G07C 3/00, МПК 2007 г. Гришин В.Д., Петрошенко А.В., Красноруцкий С.Н.

6. Патент RU 2310913, МПК G07C 3/08, 2007 г. Гришин В.Д., Павлов А.Н., Саранчуков А.Ю.

7. Тетельбаум И.М., Шрейдер Ю.Р. 400 схем для АВМ. - М., 1978 г.

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано для определения максимально допустимых значений времени ремонтно-восстановительных работ, обеспечивающих требуемую готовность системы к применению. Техническим результатом изобретения является расширение области применения и информативных возможностей устройства за счет определения и представления пользователю вычисленных значений времени восстановления работоспособности подсистем и коэффициента готовности системы. Устройство содержит m вычислителей коэффициента готовности подсистем. Каждый из них включает в себя усилитель (1), два сумматора (2-3), делитель (4) и элемент задержки (5). Устройство также содержит вычислитель коэффициента готовности системы (11), состоящий из m-1 умножителей, блок (6) из m-2 элементов задержки; датчик времени (9), ждущий мультивибратор (8), компаратор (12), ключи (7, 15), два элемента задержки (10, 13), элемент памяти (14) и блок выходных цепей (16), каждая из которых представляет собой соединенные последовательно элемент памяти (17) и ключ (18). 1 ил.

Устройство для определения допустимого времени восстановления работоспособности системы, содержащее m вычислителей коэффициентов готовности подсистем по числу подсистем, входящих в состав системы, при этом каждый вычислитель включает в себя первый сумматор, первый вход которого является вторым входом вычислителя коэффициента готовности подсистемы, а выход через второй сумматор соединен со вторым входом делителя, выход которого является первым выходом вычислителя К_г подсистемы, блок задержки, включающий в себя m-2 не связанных между собой элементов задержки, причем вход каждого элемента задержки соединен индивидуально с первым выходом соответствующего ему из числа m-2 вычислителя коэффициента готовности подсистемы, вычислитель коэффициента готовности системы, датчик времени (генератор ступенчатого напряжения), первый элемент задержки, компаратор (блок сравнения), второй выход которого через первый ключ соединен с первым выходом устройства, блок выходных цепей, включающий в себя m цепей, каждая из которых состоит из соединенных последовательно элемента памяти и ключа, при этом разрешающие входы всех ключей блока выходных цепей подключены ко второму выходу компаратора, а выходы этих ключей составляют группу из m вторых выходов устройства, отличающееся тем, что в него введены второй ключ, ждущий мультивибратор, первый элемент памяти, второй элемент задержки, в каждый вычислитель коэффициента готовности подсистемы включены усилитель и элемент задержки, а вычислитель коэффициента готовности системы представляет собой m-1 соединенных последовательно умножителей, причем в каждом вычислителе коэффициента готовности подсистемы первый вход является первым входом, а четвертый вход вторым входом усилителя, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, выход которого соединен с входом элемента задержки, выход которого является вторым выходом вычислителя коэффициента готовности подсистемы, третий вход которого соединен со вторым входом второго сумматора и с первым входом делителя, четвертые входы всех m вычислителей коэффициентов готовности подсистем соединены с выходом второго ключа, разрешающий вход которого через ждущий мультивибратор связан с первым выходом компаратора и с входом первого элемента задержки, а информационный вход подключен к выходу датчика времени, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, а первый вход является четвертым входом устройства, пятый вход которого является первым входом компаратора, второй выход которого соединен с управляющими входами всех элементов памяти блока выходных цепей и первого элемента памяти, выход которого связан с информационным входом первого ключа, а информационный вход через второй элемент задержки соединен со вторым входом компаратора и с выходом вычислителя коэффициента готовности системы, которым является выход его m-1 умножителя, первый и второй входы первого умножителя вычислителя коэффициента готовности системы соединены непосредственно с первыми выходами соответственно первого и второго вычислителей коэффициентов готовности подсистем, а второй вход каждого умножителя от второго до m-1 индивидуально соединен с выходом соответствующего ему элемента задержки блока задержки, второй выход каждого из вычислителей коэффициента готовности подсистемы подключен индивидуально к информационному входу соответствующего ему элемента памяти блока выходных цепей.