Устройство для моделирования процесса поддержания сложного технического объекта в готовности к применению по назначению Российский патент 2020 года по МПК G06F17/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных устройствах вычислительной техники для моделирования процесса поддержания сложных технических объектов (СТО) в готовности к применению по назначению.

Известны своим практическим использованием устройства, моделирующие процесс перемещения подвижного объекта в условиях функционирования космической разведки с учетом возможных неисправностей содержащие: два генератора пуассоновских импульсов, генератор таковых импульсов, два элемента ИЛИ, три счетных триггера, три элемента И, два элемента НЕ, генератор импульсов со случайной длительностью.

Недостатками данного типа устройств являются:

высокая вероятность (возможность) возникновения ошибок, на начальных этапах работы устройства;

возможности данного типа устройств не позволяют производить расчет значений показателей, характеризующих (описывающих) процесс поддержания вооружения в готовности к применению по назначению.

Наиболее близким по технической сущности является (RU №2353970 2007 г.) принцип работы которого основан на использовании кругового и ступенчатого закона, а также равномерного закона распределения и содержащее: регистр, датчик случайных чисел и генератор тактовых импульсов.

Применение подобных устройств ограничивается функциональными возможностями устройства, не позволяющими производить вычисление значений следующих показателей:

С - затраты на реализацию системы планового технического обслуживания;

К_БД - надежности боевого дежурства СТО который является вероятностью, того что СТО не будет находиться в момент прихода команды в состоянии пониженной боевой готовности;

Р_СР - вероятности безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты;

R - эффективности системы планового технического обслуживания.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего на основе исходных данных производить расчет значений показателя затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (С); показателя надежности боевого дежурства СТО (К_БД); показателя вероятности безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты (Р_СР); показателя системы планового технического обслуживания СТО (R), характеризующих (описывающих) процесс поддержания вооружения в готовности к применению по назначению.

Требуемый технический результат достигается тем, что в устройство содержащее: регистр, датчик случайных чисел и генератор тактовых импульсов, введены блок ввода исходных данных; блок моделирования технического обслуживания; блок определения числа отказов; блок расчета надежности; блок учета наработки элементов; блок учета ресурса элементов СТО; блок учета замен элементов; блок расчета плановых потерь готовности СТО; блок расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания; блок расчета неплановых потерь готовности; блок расчета показателя надежности R, при этом выход блока ввода исходных данных (1) соединен со входом блока моделирования технического обслуживания (2) и входом блока определения числа отказов (3) выход блока моделирования технического обслуживания (2) соединен с входом блока расчета надежности (4), входом блока учета наработки элементов (5), входом блока учета ресурса элементов СТО (6), и первым входом блока учета замен элементов (7), выход блока расчета надежности (4) соединен с первым входом блока расчета показателя надежности R (11), первый выход блока учета наработки элементов (5) соединен с входом блока расчета плановых потерь готовности СТО (8), а второй выход соединен с первым входом блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9), выход блока учета ресурса элементов СТО (6) соединен с вторым входом блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9), а выход блока определения числа отказов (3) соединен с вторым входом блока учета замен элементов (7), первый выход которого соединен с третьим входом блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9), а второй выход соединен с входом блок расчета неплановых потерь готовности (10), выход блока расчета плановых потерь готовности СТО (8) соединен со вторым входом блока расчета показателя надежности R (11), выход которого соединен с первым входом блока вывода результатов моделирования (12), выход блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) соединен с вторым входом блока вывода результатов моделирования (12), выход блока расчета неплановых потерь готовности (10) соединен с третьим входом блока расчета показателя надежности R (11).

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен возможный вариант построения устройства для моделирования процесса поддержания сложного технического объекта в готовности к применению по назначению, который содержит:

1. блок ввода исходных данных;

2. блок моделирования технического обслуживания;

3. блок определения числа отказов;

4. блок расчета надежности;

5. блок учета наработки элементов;

6. блок учета ресурса элементов СТО;

7. блок учета замен элементов;

8. блок расчета плановых потерь готовности СТО;

9. блок расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания;

10. блок расчета неплановых потерь готовности;

11. блок расчета показателя надежности R;

12. блок вывода результатов моделирования.

Работает устройство для моделирования процесса поддержания сложного технического объекта в готовности к применению по назначению следующим образом: в блок ввода исходных данных, вводят следующие параметры: τ_i - периодичность низшего вида технического обслуживания; K_i - коэффициенты кратности видов технического обслуживания; М - количество элементов структурной схемы надежности объекта; C_j - массив стоимостей приборов, входящих в структурную схему надежности объекта; С_ОБj - массив средних затрат на обслуживание приборов; N_i - массив номеров приборов по видам технического обслуживания; τ_Bj - массив средних времен устранения отказов приборов; λ_j - массив интенсивности потока отказов элементов структурной схемы надежности; τ_Пj - массив средних времен понижения готовности объекта при проверке каждого прибора; Т_РЕСj - массив ресурсов приборов; τ_Pj - массив средней наработки приборов при их проверке; Т_M - время моделирования; β - ошибка второго рода; К_C - коэффициент совмещения проверок. После, в блоке моделирования технического обслуживания происходит определение вида технического обслуживания проводимого в заданный момент времени, и его объема, путем сравнения значений периодичности технического обслуживания со счетчиками времен их проведения, начиная со старшего вида технического обслуживания. В блоке определения числа отказов рассчитывается среднее количество обнаруженных и устраненных отказов элементов структурной схемы надежности, обслуживание которых производится с периодичностью τ_i(Q_i), в соответствии с выражением

где, К - количество элементов СТО, обслуживаемых с периодичностью τ_i.

N_i - массив номеров приборов по видам технического обслуживания;

λ_i - массив интенсивности потока отказов элементов структурной схемы надежности;

τ_i - периодичность проведения низшего вида технического обслуживания.

и элементов структурной схемы надежности, контролируемых непрерывно (Q_ν) в соответствии с выражением

где, - количество элементов СТО, контролируемых непрерывно;

Т_M - время моделирования.

После, в блоке расчета надежности рассчитывается вероятность безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты (Р_CP) в соответствии с выражением

В блоке учета наработки элементов определяется суммарная наработка каждого элемента за время моделирования с учетом всех видов технического обслуживания которым они подвергались. Наработка i-о элемента определяется как

T_HAPi=N_iτ_Pi

где, T_HAPi - наработка i-о элемента;

τ_Pi - среднее время работы i-о элемента при его проверке.

После, в блоке учета ресурса элементов СТО происходит определение элементов, выработавших ресурс за время моделирования, а также затрат на их замену, в соответствии с правилом

где, T_HAPi - наработка i - о элемента;

T_PECi - назначенный гарантийный ресурс i-о элемента СТО;

m - количество видов технического обслуживания.

определяются номера элементов с истекшим гарантийным ресурсом и производится имитация их замены, на данном шаге моделирования вероятность безотказной работы заменяемого элемента принимается равной P_i=1-β.

При этом в счетчики замененных элементов заносится их количество по соответствующим типам, а счетчики учета ресурса замененных элементов обнуляются. В блоке учета замен элементов рассчитываются затраты на замену отказавших элементов (С_OT), в соответствии с выражением

где, Q_j - Среднее количество отказов элементов, обслуживание которых производится с периодичностью τ_J,

C_j - значение целевой функции при реализации j-o варианта системы планового технического обслуживания;

М - количество элементов структурной схемы надежности объекта.

и затраты, связанные с заменой приборов, выработавших свой ресурс в процессе эксплуатации СТО (С_PEC), в соответствии с выражением

где, τ_ППij - продолжительность работы i-о элемента при проведении j-о вида ТО;

T_PECi - назначенный гарантийный ресурс i-о элемента СТО;

N_j - количество технического обслуживания j-o вида;

М - количество элементов структурной схемы надежности объекта;

m - количество видов технического обслуживания.

В блоке расчета плановых потерь готовности СТО рассчитывается суммарное время снижения готовности СТО при проведении планового технического обслуживания за время моделирования (Т_П) в соответствии с выражением

где, τ_Пi - время понижения готовности СТО, необходимое для проверки i-о элемента;

N_j - количество технического обслуживания j-о вида;

М - количество элементов структурной схемы надежности объекта;

К_C - коэффициент совмещения проверок элементов.

В блоке расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания определяются суммарные затраты на проведение всех видов технического обслуживания и замену элементов СТО за время моделирования. При этом затраты на техническое обслуживание, замену отказавших и выработавших ресурсов элементов определяются в соответствии с выражением:

где, N_j - количество технического обслуживания j-o вида.

m - количество видов технического обслуживания;

К_i - количество элементов СТО, контролируемых при i-м виде технического обслуживания;

С_OT - затраты на замену отказавших элементов;

С_PEC - затраты, связанные с заменой приборов, выработавших свой ресурс в процессе эксплуатации СТО;

C_ОБi - средние затраты на обслуживание i-o элемента.

В блоке расчета неплановых потерь готовности осуществляется отсчет суммарного времени снижения готовности (Т_H), связанного с восстановлением работоспособности объекта, в соответствии с выражением:

где, М - общее количество элементов СТО;

τ_Bj - время, необходимое для устранения отказа j-o элемента СТО.

Q_j - Среднее количество отказов элементов, обслуживание которых производится с периодичностью τ_J.

В блоке расчета показателя надежности рассчитывается значение показателя надежности в соответствии с выражением:

где, Т_H - суммарное время снижения готовности, связанное с восстановлением работоспособности объекта;

Т_П - суммарное время снижения готовности СТО при проведении планового технического обслуживания;

Т_М - время моделирования.

R=K_БДР_CP

где K_БД - вероятность нахождения СТО в установленной готовности в техническом состоянии, не создающим ограничений на пуск ракеты к моменту поступления команды на применение;

Р_CP - вероятность безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты.

После чего, с помощью блока вывода результатов моделирования, выводятся рассчитанные значения показателей С, Р_CP, K_БД, R.

При моделировании процесса поддержания СТО в готовности к применению по назначению, введены следующие допущения:

- комплекс «конструктивно устоялся», реализовано большинство заложенных при разработке параметров, характеризующих готовность его к боевому применению, то есть находится на завершающем этапе эксплуатации;

- вероятность безотказной работы каждого i-o элемента непрерывно контролируемой части поддерживается на одном и том же уровне P0i;

- система контроля может неверно определять состояние элемента, то есть ошибка первого рода отлична от нуля;

- накладные ресурсы распределены между затратами на проведение технического обслуживания и затратами на замену отказавших и выработавших ресурс приборов.

Указанная последовательность моделирования процесса поддержания сложного технического объекта в готовности к применению по назначению реализуется следующим образом. При запуске устройства от внешнего источника, не показанного на чертеже, в блок ввода исходных данных (1), вводят следующие параметры: τ_i - периодичность низшего вида технического обслуживания; K_i - коэффициенты кратности видов технического обслуживания; М - количество элементов структурной схемы надежности объекта; C_j - массив стоимостей приборов, входящих в структурную схему надежности объекта; С_ОБj - массив средних затрат на обслуживание приборов; N_i - массив номеров приборов по видам технического обслуживания; τ_Bj - массив средних времен устранения отказов приборов; λ_j - массив интенсивности потока отказов элементов структурной схемы надежности; τ_Пj - массив средних времен понижения готовности объекта при проверке каждого прибора; Т_РЕСj - массив ресурсов приборов; τ_Pj - массив средней наработки приборов при их проверке; Т_M - время моделирования; β - ошибка второго рода; К_С - коэффициент совмещения проверок, q-общее число проверок (контролей) и технического обслуживания элементов вооружения за период Т_M. Из блока ввода исходных данных (1) на вход блока моделирования технического обслуживания (2) подаются 16 параметров: τ_Bj; T_HAPi; Т_PECi; m; K_c; τ_Пj N_i С_ОБjτ_ППij N_j; Q_j; С_j; М; К_i; С_ОБi; q; Т_M, а на вход блока определения числа отказов (3) подаются 13 параметров: С_j; М; τ_ППij; Т_PECi; N_j; m; К; N_i; λ_i; τ_i; ; Т_M; τ_Bj. Из блока моделирования ТО (2) на вход блока расчета надежности (4) подаются 2 параметра: q; Т_M, а на вход блока учета наработки элементов (5) подаются 12 параметров: М; K_c; τ_Пj; N_i; С_OБj; τ_ППij; N_j; Q_j; С_j; М; К_i; С_ОБi, на вход блока учета ресурса элементов СТО (6) подаются 3 параметра: T_HAPi; Т_PECi, m, а на первый вход блока учета замен элементов (7) подаются 2 параметра: τ_Bj; m, из блока определения числа отказов (3) на второй вход блока учета замен элементов (7) подаются 6 параметров: Q_j; С_j; τ_ППij; T_PECi; N_j; М. Из блока расчета надежности (4) на первый вход блока расчета показателя надежности R (11) подаются 2 параметра: Р_CP; Т_M. Из блока учета наработки элементов (5) на вход блока расчета плановых потерь готовности СТО (8) подаются 4 параметра: М; K_c; τ_Пj; N_i, а на первый вход блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) подаются 8 параметров: С_ОБj; τ_ППij; N_j; Q_j; C_j; М; К_i; С_ОБi. Из блока учета ресурса элементов СТО (6) на второй вход блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) подаются 2 параметра: Т_РЕСj; m. Из блока учета замен элементов (7), на третий вход блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) подаются 2 параметра: С_PEC; С_OT, а на вход блока расчета неплановых потерь готовности (10) подаются 3 параметра: Q_j; М; τ_Bj. Из блока расчета плановых потерь готовности СТО (8) на второй вход блока расчета показателя надежности R (11) подается 1 параметр: Т_П. Из блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) на второй вход блока вывода результатов моделирования (12) падется 1 параметр: С. Из блока расчета неплановых потерь готовности (10) на третий вход блока расчета показателя надежности R (11) подается 1 параметр: Т_H. Из блока расчета показателя надежности R (11) на первый вход подаются 2 параметра: Р_CP; R, после чего результатом работы является расчет 4 параметров: Р_CP; R; С; К_БД, которые подаются на вход блока вывода результатов моделирования (12).

Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей достигается требуемый технический результат - расширение функциональных возможностей за счет расчета значений показателя затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (С); показателя надежности боевого дежурства СТО (К_БД); показателя вероятности безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты (Р_СР); показателя системы планового технического обслуживания СТО (R), характеризующих (описывающих) процесс поддержания вооружения в готовности к применению по назначению.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU №1829109 1993 г.

2. RU №2298825 2007 г.

Изобретение относится к средствам моделирования процесса поддержания работы сложного технического объекта. Технический результат заключается в расширении арсенала средств моделирования. Устройство содержит: блок ввода исходных данных; блок моделирования технического обслуживания; блок определения числа отказов; блок расчета надежности; блок учета наработки элементов; блок учета ресурса элементов СТО; блок учета замен элементов; блок расчета плановых потерь готовности СТО; блок расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания; блок расчета неплановых потерь готовности; блок расчета показателя надежности R. 1 ил.

Устройство для моделирования процесса поддержания сложного технического объекта в готовности к применению по назначению, содержащее: регистр, датчик случайных чисел и генератор тактовых импульсов, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок ввода исходных данных; блок моделирования технического обслуживания; блок определения числа отказов; блок расчета надежности; блок учета наработки элементов; блок учета ресурса элементов сложных технических объектов (СТО); блок учета замен элементов; блок расчета плановых потерь готовности СТО; блок расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания; блок расчета неплановых потерь готовности; блок расчета показателя надежности R, при этом выход блока ввода исходных данных (1) соединен со входом блока моделирования технического обслуживания (2) и входом блока определения числа отказов (3), выход блока моделирования технического обслуживания (2) соединен с входом блока расчета надежности (4), входом блока учета наработки элементов (5), входом блока учета ресурса элементов СТО (6) и первым входом блока учета замен элементов (7), выход блока расчета надежности (4) соединен с первым входом блока расчета показателя надежности, эффективности системы планового технического обслуживания ® (11), первый выход блока учета наработки элементов (5) соединен с входом блока расчета плановых потерь готовности СТО (8), а второй выход соединен с первым входом блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9), выход блока учета ресурса элементов СТО (6) соединен с вторым входом блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9), а выход блока определения числа отказов (3) соединен с вторым входом блока учета замен элементов (7), первый выход которого соединен с третьим входом блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9), а второй выход соединен с входом блока расчета неплановых потерь готовности (10), выход блока расчета плановых потерь готовности СТО (8) соединен со вторым входом блока расчета показателя надежности R (11), выход которого соединен с первым входом блока вывода результатов моделирования (12), выход блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) соединен с вторым входом блока вывода результатов моделирования (12), выход блока расчета неплановых потерь готовности (10) соединен с третьим входом блока расчета показателя надежности R (11).