СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ГОТОВНОСТИ ОБЪЕКТА ТЕХНИКИ Российский патент 2024 года по МПК G07C3/00 G06Q10/20 

Группа изобретений относится к способам и устройствам мониторинга и контроля, и может найти применение в научных исследованиях, опытно-конструкторских работах и практике эксплуатации объектов техники, в частности, при эксплуатации и обслуживании изделий авиационной техники (АТ), для которых требуется определять обеспечивающие требуемую надежность периоды контроля и технического обслуживания изделий, и значения характеристик готовности изделий к применению.

Показатели надёжности – характеристики объекта техники, которые количественно характеризуют надёжность, т.е. свойство объекта техники сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Для количественной оценки характеристик надёжности объектов техники используют измеряемые (временные, частотные) единичные показатели надёжности, которые характеризуют только одно свойство надёжности и комплексные показатели надёжности, которые характеризуют несколько свойств надёжности.

Существует широкий класс изделий непрерывного применения.

Особенностью функционирования таких изделий, является пребывание их в любой момент времени в одном из следующих возможных состояний:

- работоспособное, когда изделие применяется либо может быть применено по назначению;

- неработоспособное.

Комплексным показателем качества функционирования таких изделий является коэффициент готовности - комплексная характеристика надежности объекта техники, которая представляет собой отношение времени исправной работы к сумме времен исправной работы и вынужденных простоев объекта, взятых за один и тот же календарный срок.

Для перехода к вероятностной трактовке значения комплексной характеристики надежности объекта, т.е. определения вероятности нахождения объекта техники в работоспособном состоянии в заданный момент времени («коэффициента эксплуатационной готовности») соответствующие временне затраты заменяются на интенсивности переходов объекта между состояниями.

Известно (RU 2720382) устройство для определения значений характеристик готовности изделия к применению, содержащее блок памяти, таймер, четыре вычитателя, восемь блоков деления, два блока определения абсолютного значения, четыре сумматора, два компаратора, два ключа, три элемента памяти, четыре блока умножения, блок извлечения квадратного корня, блок выделения целой части, вычитающий счетчик, суммирующе-вычитающий блок, причем выход восьмого блока деления соединен с входом суммирующе-вычитающего блока, вход которого связан с выходом третьего элемента памяти, входы которого соединены с выходом шестого блока деления и с выходом второго компаратора соответственно. Устройство позволяет определять время наступления постепенного отказа, определять оптимальный период технического обслуживания и очередной период регламентированного технического обслуживания изделия и полный коэффициент готовности изделия с учетом постепенных и внезапных отказов. Однако в устройстве не учитывается специфика эксплуатации и обслуживания изделий АТ.

Известно (RU 2580099) устройство для определения значения характеристик готовности изделия к применению, содержащее блок памяти, двенадцать вентилей, мультивибратор, пять сумматоров, схему ИЛИ, три триггера, четыре блока нелинейностей, два накапливающих сумматора, пять блоков умножения, два компаратора, два вычитателя, два интегратора, пять элементов задержки, элемент памяти, блок деления и поляризованное реле. Устройство позволяет повысить точность определения значений выходных величин путем учета различия значения интенсивности отказов изделия соответственно изменению режима его функционирования. Устройство относится к устройствам контроля изделий периодического применения и не учитывает специфику эксплуатации и обслуживания изделий АТ.

Известно (RU 2275685) устройство, позволяющее определить значение интенсивности отказов, обеспечивающее коэффициент готовности изделия к применению не ниже заданного и устройство для определения характеристик надежности изделия, содержащее блок сравнения, делитель, сумматор, генератор ступенчатого напряжения, ключи, элементы задержки. В качестве недостатка данного устройства следует указать, что в нем не учитываются различные способы восстановления работоспособности изделий.

Известен (SU 704332) способ определения межремонтного ресурса газотурбинной установки при котором в процессе экспериментов находят критические элементы установки, определяющие срок межремонтного периода, фиксируют момент появления пороговых значений дефектов этих элементов и измеряют скорость развития дефектов во времени до их критических значений для определения эквивалентной скорости развития дефектов установки в целом и по ней - времени межремонтного ресурса. В данном способе числовые значения ресурсов и коэффициентов готовности определяются экспериментальным путем и носят в значительной степени интуитивный характер. В связи с этим точность определения оптимальных значений периода обслуживания и других выходных величин также может быть недостаточной.

Известен (RU 2 336 570) способ определения оптимального периода технического обслуживания изделия, при котором задают закон изменения во времени интенсивности отказов изделия, а после формирования интервалов времени между предполагаемыми техническими обслуживаниями изделия вычисляют значение интенсивности отказов изделия для каждого из заданных интервалов времени и используют его при вычислении значений вероятности безотказной работы, среднего времени работоспособного состояния и среднего времени скрытого отказа изделия на заданном интервале времени, после чего находят значение относительного непроизводительно расходуемого ресурса изделия, сравнивают его значение со значением, полученным в предыдущем заданном интервале времени, повторяют процесс до получения нового значения относительного непроизводительно расходуемого ресурса изделия или фиксируют предыдущее значение заданного интервала времени в качестве оптимального периода между техническими обслуживаниями.

Недостатком способа является учет только технических обслуживаний изделия.

Известна (RU 475854) система определения времени проведения очередного профилактического обслуживания объекта, содержащая датчик отказов объекта, счетчик числа отказов, блок измерения времени между отказами, центральный процессор АРМ оператора, блок ввода информации, блок отображения, блок выбора закона распределения случайного времени между отказами, блок выбора доверительной вероятности, блок определения доверительного интервала отказов, блок вычисления решающей функции, блок принятия решения и задатчик стоимости штрафов, а также способ определения времени проведения очередного профилактического обслуживания объекта, при котором на интервале времени от 0 до i-го управления профилактическим обслуживанием объекта подсчитывают количество ni отказов и измеряют время tj между соседними отказами, осуществляют статистическую обработку отказов объекта, на основании которой строят гистограмму отказов объекта и с помощью формулы распределения Эрланга к-го порядка подбирают значение целочисленного параметра к, соответствующее закону распределения времени между отказами объекта, а также оценивают интенсивность отказов объекта λi в каждый i-й момент времени при заданной доверительной вероятности β и вычисляют коэффициенты r_Н, r_В, определяющие соответственно нижнюю и верхнюю границы доверительного интервала интенсивности отказов, определение оптимального интервала времени между соседними профилактическими работами технического обслуживания объекта определяют по текущему состоянию его надежности с использованием решающей функции, учитывающей временные и стоимостные затраты.

Указанная система направлена на определение оптимального интервала времени между соседними профилактическими работами обслуживания объекта по текущему состоянию его надежности за счет учета временных и стоимостных затрат на проведение профилактических и ремонтно-восстановительных работ. При этом стоимостные затраты, характеризующиеся высокой степенью неопределенности, являются фактором, практически не поддающимся формализации. Кроме того, система осуществляет учет только технических обслуживаний.

Задачей и техническим результатом заявляемой группы изобретений является повышение точности определения значения комплексной характеристики надежности объекта техники («коэффициента эксплуатационной готовности») за счет создания способа и устройства, учитывающих временные затраты на восстановление работоспособности объекта техники:

- в условиях эксплуатации (ОУЭ);

- в условиях досрочного отстранения от эксплуатации (ДСА);

- в условиях проведения планового капитального ремонта (КР).

Повышение точности определения готовности объекта к эксплуатации влияет на оценку качества работы объекта техники и на изменение режима его использования.

Заявленный технический результат достигается тем, что предлагается способ включающий определение состояний объекта техники - работоспособного состояния, состояния восстановления в условиях эксплуатации, когда на основании проведенной диагностики и выявления отклонений отдельных характеристик и параметров объекта техники от требуемых значений осуществляют работы по техническому обслуживанию, состояния досрочного отстранения от эксплуатации, когда из-за возникшей неисправности осуществляют работы по замене отдельных узлов и элементов объекта техники и состояния проведения капитального ремонта в результате критического износа объекта техники, определение интенсивности неисправностей устраняемых в процессе эксплуатации, интенсивности неисправностей, приведших к досрочному отстранению от эксплуатации, интенсивности капитальных ремонтов, интенсивности восстановления работоспособного состояния в условиях эксплуатации, интенсивности восстановления работоспособного состояния после досрочного отстранения от эксплуатации и интенсивности восстановления работоспособного состояния в результате капитального ремонта, при этом значение характеристики эксплуатационной готовности объекта техники определяют по формуле , где А - характеристика, учитывающая простои объекта техники, находящегося в состояниях капитального ремонта, досрочного отстранения от эксплуатации или восстановления в эксплуатации, В - характеристика, учитывающая соотношение значений межремонтного ресурса и продолжительности капитального ремонта объекта техники, а также устройство для определения эксплуатационной готовности объекта техники, содержащее делитель и сумматор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены три делителя, три сумматора и умножитель, причем первый вход устройства соединен с первым входом (делимое) первого делителя, второй вход устройства соединен с первым входом (делимое) второго делителя, третий вход устройства соединен с первыми входами первого и третьего сумматоров, а также с первым входом (делимое) третьего делителя, четвертый вход устройства соединен со вторым входом первого сумматора, выход которого соединен со вторым входом (делитель) первого делителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, пятый вход устройства соединен со вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен со вторым входом (делитель) второго делителя, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, на третьем входе которого присутствует значение единицы и выход которого соединен с первым входом умножителя, шестой вход устройства соединен со вторым входом (делитель) третьего делителя, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, на втором входе которого присутствует значение единицы и выход которого соединен со вторым входом умножителя, выход которого соединен со вторым входом (делитель) четвертого делителя, на первом входе (делимое) которого присутствует значение единицы и выход которого является выходом устройства.

В отличие от изобретений-аналогов, в заявленном способе при определении коэффициента эксплуатационной готовности наряду с характеристиками явлений/событий, связанных с нахождением объекта техники в состоянии «эксплуатируется (работоспособное)» и «на капитальном ремонте (неработоспособное)» дополнительно учитываются явления/события, связанные с нахождением объекта техники в состоянии «отстранен от эксплуатации» и соответствующие ему измеряемые (частотные и временные) количественные характеристики, которые влияют на получение достоверных сведений о состоянии объекта техники и находятся в прямой причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом – повышением точности определения значения комплексной характеристики надежности объекта техники - готовности объекта техники к эксплуатации.

Сущность заявленных способа и устройства поясняется чертежами:

Фиг.1 – граф состояний объекта техники,

где:

1 - Р (работоспособное состояние);

2 - ОУЭ (состояние устранения неисправности в условиях эксплуатации);

3 - ДСА (состояние досрочного отстранения от эксплуатации из-за возникшей неисправности);

4 - КР (состояние ремонта из-за выработки ресурса до капитального ремонта (межремонтного));

Фиг.2 – функциональная схема устройства для определения коэффициента эксплуатационной готовности объекта техники,

– интенсивность неисправностей (поступления заявок), устраняемых в условиях эксплуатации;

– интенсивность неисправностей (поступления заявок), приведших к досрочному отстранению от эксплуатации;

– интенсивность (поступления заявок) плановых капитальных ремонтов;

− интенсивность восстановления (обслуживания заявок) работоспособного состояния в условиях эксплуатации;

– интенсивность восстановления (обслуживания заявок) работоспособного состояния после досрочного отстранения от эксплуатации;

− интенсивность восстановления (обслуживания заявок) работоспособного состояния в результате капитального ремонта.

Заявки на КР имеют приоритет, состоящий в следующем: если заявка на КР приходит в момент, когда объект техники находится в состоянии ДСА или ОУЭ, то объект техники отправляется в КР т.к. выработан ресурс до первого КР (межремонтный), при нахождении объекта техники в состоянии КР, любые заявки получают отказ.

Система дифференциальных уравнений Колмогорова для вероятностей состояний объекта техники (Фиг.1):

(1)

Стационарное значение получается путем решения относительно системы уравнений:

(2)

Решением системы (2) является выражение:

(3)

Выражение (3) можно представить в виде ,

где:

- характеристика (величина), учитывающий вклад капитальных ремонтов, ДСА и ОУЭ в простои, обусловленные необходимостью восстановления работоспособного состояния объекта техники;

- характеристика (величина), учитывающий соотношение ресурса до первого капитального ремонта (межремонтного) и продолжительности этого ремонта.

Входными сигналами устройства ( Фиг.2) служат интенсивности:

- поступления заявок , , ;

- обслуживания заявок , , .

На вход первого сумматора поступают значения интенсивностей и .

С его выхода сумма поступает на вход первого делителя, на второй его вход (делимое) поступает интенсивность .

Результат деления поступает на первый вход второго сумматора.

На вход третьего сумматора поступают значения интенсивностей и .

С его выхода сумма поступает на вход второго делителя, на второй его вход (делимое) поступает интенсивность .

Результат деления поступает на второй вход второго сумматора, на третьем входе которого присутствует значение 1.

С выхода второго сумматора величина А поступает на вход умножителя.

Интенсивность также поступает на вход делимого третьего делителя.

На его второй вход (делитель) поступает интенсивность .

С его выхода частное поступает на вход четвертого сумматора с 1.

С его выхода величина В поступает на второй вход умножителя.

С выхода умножителя произведение А·В поступает на вход четвертого делителя, с выхода которого величина поступает на выход устройства.

Корректность способа и устройства проверены с помощью имитационной модели с экспоненциальным законом распределений всех случайных величин времени поступления заявок и их обслуживания при числе реализаций N=10^5.

Относительное отклонение значения, полученного с использованием заявленных способа и устройства от решения, полученного с помощью имитационной модели, составило 8%, что свидетельствует об его адекватности.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство повышают точность определения комплексной характеристики надежности объекта техники - вероятности нахождения в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации («коэффициента эксплуатационной готовности»).

Группа изобретений относится к способам и устройствам мониторинга и контроля при эксплуатации и обслуживании изделий авиационной техники (АТ), для которых требуется определять оптимальные периоды контроля и технического обслуживания изделий, обеспечивающие требуемую надежность и готовность изделий к применению. Задачей и техническим результатом заявляемой группы изобретений является повышение точности определения значения комплексной характеристики надежности («коэффициента эксплуатационной готовности») объекта техники за счет создания способа и устройства, учитывающих временные затраты на восстановление работоспособности объекта техники: в условиях эксплуатации (ОУЭ); в условиях досрочного отстранения от эксплуатации (ДСА); в условиях проведения планового капитального ремонта (КР). Заявленный технический результат достигается тем, что предлагается способ, включающий определение состояний объекта техники - работоспособного состояния, состояния восстановления в условиях эксплуатации, когда на основании проведенной диагностики и выявления отклонений отдельных характеристик и параметров объекта техники от требуемых значений осуществляют работы по техническому обслуживанию, состояния досрочного отстранения от эксплуатации, когда из-за возникшей неисправности осуществляют работы по замене отдельных узлов и элементов объекта техники, и состояния проведения капитального ремонта в результате критического износа объекта техники, определение интенсивности неисправностей, устраняемых в процессе эксплуатации, интенсивности неисправностей, приведших к досрочному отстранению от эксплуатации, интенсивности капитальных ремонтов, интенсивности восстановления работоспособного состояния в условиях эксплуатации, интенсивности восстановления работоспособного состояния после досрочного отстранения от эксплуатации и интенсивности восстановления работоспособного состояния в результате капитального ремонта, при этом значение характеристики эксплуатационной готовности объекта техники определяют по формуле , где А - характеристика, учитывающая простои объекта техники, находящегося в состояниях капитального ремонта, досрочного отстранения от эксплуатации или восстановления в эксплуатации, В - характеристика, учитывающая соотношение значений межремонтного ресурса и продолжительности капитального ремонта объекта техники. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения эксплуатационной готовности объекта техники, включающий определение состояний объекта техники - работоспособного состояния, состояния восстановления в условиях эксплуатации, когда на основании проведенной диагностики и выявления отклонений отдельных характеристик и параметров объекта техники от требуемых значений осуществляют работы по техническому обслуживанию, состояния досрочного отстранения от эксплуатации, когда из-за возникшей неисправности осуществляют работы по замене отдельных узлов и элементов объекта техники, и состояния проведения капитального ремонта в результате критического износа объекта техники, определение интенсивности неисправностей, устраняемых в процессе эксплуатации, интенсивности неисправностей, приведших к досрочному отстранению от эксплуатации, интенсивности капитальных ремонтов, интенсивности восстановления работоспособного состояния в условиях эксплуатации, интенсивности восстановления работоспособного состояния после досрочного отстранения от эксплуатации и интенсивности восстановления работоспособного состояния в результате капитального ремонта, при этом значение характеристики эксплуатационной готовности объекта техники определяют по формуле , где А - характеристика, учитывающая простои объекта техники, находящегося в состоянии капитального ремонта, досрочного отстранения от эксплуатации или восстановления в эксплуатации, В - характеристика, учитывающая соотношение значений межремонтного ресурса и продолжительности капитального ремонта объекта техники.

2. Устройство определения значения характеристики эксплуатационной готовности объекта техники для реализации способа по п.1, содержащее делитель и сумматор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены три делителя, три сумматора и умножитель, причем первый вход устройства соединен с первым входом первого делителя, второй вход устройства соединен с первым входом второго делителя, третий вход устройства соединен с первыми входами первого и третьего сумматоров, а также с первым входом третьего делителя, четвертый вход устройства соединен со вторым входом первого сумматора, выход которого соединен со вторым входом первого делителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, пятый вход устройства соединен со вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен со вторым входом второго делителя, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, на третьем входе которого присутствует значение единицы и выход которого соединен с первым входом умножителя, шестой вход устройства соединен со вторым входом третьего делителя, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, на втором входе которого присутствует значение единицы и выход которого соединен со вторым входом умножителя, выход которого соединен со вторым входом четвертого делителя, на первом входе которого присутствует значение единицы и выход которого является выходом устройства.