Устройство для определения ресурса изделия Советский патент 1983 года по МПК G07C3/10 

Изобретение относится к устройствам контролй и ааожет быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определить минимально необ- ХОДИШ.1Й ограниченный ресурс различных изделий. Известно устройство Дая определения используемого ресурса изделия, которое содержит датчики различных климатических условий, корректирующие звенья, Датчик времени, интегратор и регистрирующее устройство Cia. Наиболее близким к iipezmaraeMOMy яв ляется устройство для определения ресур са изделия, срдержащее датчик времени, выход которого подключен к входу блока нели1дайности, выход которого соедине с входом интегратора, первый н второй сумматоры и первый блок умножения5 первый блок деления, причем выхрд интегра. тора подключен к первому входу второго ока умножения, первый и второй элементы И, последовательно соединенные первый и второй регистры, выход второ го регистра подключен к первым входам третьего элемента И и сравнения, выходы которого соединены с первым вхо дом датчика времени, с первътм входом второго элемента И и с вторым входом третьего элемента И, последовательно соединенные третий и четвертый регистры, выход четвертого, выходы первого и третьего элементов И подключены к первому и второму вхбДам соответствевно регистратора, третий блок умножения и второй сумматор l Иепостатками устройства являются низ кая точность, так как оптимальный пери- ,од технического обслуживания изделия определяется опя случая, когда расход ограниченного .ресурса одинаков как в состоянии полезного функциониррвания из делия, так и в состоянии отказа, а также низкие информативные возможности. Цель изобретения - повышение точное ги устройства за счет учета различия ин тенснвностей расхода ресурса в различных режимах работы.изделия, а также расширение информативных возможностей за счет определения величины запаса oi раниченного ресурса, минимально необходимого аля полезного функционирования изделия в течение заданного врамени, времени активного существования изделия я числа возможных сеансов контроля и технического обслуживания, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения ресурса изделия введены второй сумматор, второй блок Деления, третий и- четвертый блоки умножения, причем выход датчика времени подключен к первому входу первого сумматора, выход интегратора подключен к первому входу первого блока умножения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго блока умножения, выход второго сумматора соединен с первым входом третьего регистра и с первым входом первого блока Деления, второй вход которого и второй вход первого сумматора объединены и подключены к выходу интегратора, выход первого блока деления соединен с nepBbnvi входом третьего умножения, выход которого подключен к входу первого регистра и к второму входу.блока сравнения, выход второго зпемекта И соединен с первым входом Второго блока деления, второй вход которого подкл1очен к выходу третьего элемента И, выход первого элемента И соединен с первым входом четвертого блока умножения, вь1Ход второго блока деления подключен к второму входу четвертого блока умножения к к третьему входу регистра-тора, четвертый вход которого соединен с выходом четвертого блока ум ножения, вторые входы первого и второго блоков умножения и третий вход второго сумматора подключены к входам устройства. Все материальные объекты (изделия) это объекты, имеющие ресурс (ограниченный ресурс жизнедеятельности). Для целевого функционирования изделие имеет различные ограниченные ресурсы, кото рые им расходуются в процессе взаимодействия с оки жающей средой. Запасы ресурсов оказывают существенное влияние на динамику поведения изделия. В качестве таких ресурсов могут быть запасы топлива, проекта пневмогидравлических систем, электроэнергетики, надежностные ресурсы отдельных устройств и приборов, физические возможности людей и т. д. Увеличить время полезного функционирования изделйя можно путем увеличения запаса сяг-раниченного ресурса, уменьшения расходования ресурса, повьпиения надежности изделия и введения технического обслуживания, в результате которого устраняются отказы и восстанавливается работоспособность изделия. С точки зрения расхода ресурса и времени полезного функционирования изделия весьма важным является вопросj как часто необходимо производить техническое обсяуживание этого изделия. Например, если техническое обслуживание не про водить или проводить эго редко,то может оказаться, что значительная часть ресур- са расходуется непроизводительно из-эа дпатепьного пребываний изделия в состоянии отказа. Если техническое обслуживание проводить часто, то время нахождения изделия в «ютоянии отказа уменьшится, но возра стет производительный расход ресурса на техническое обслуживание изде)1ия, и, чтобы изделие полезно работало в течение времени, не менее заданного, необходим большой запас ресурса Отсюда следует, что существует некоторый оптимальный период между ническиШ обсдуживаниями, который обеспечивает заданное время полезного функ- аионировдций при минимально необходимрм запасе pecyjpca, Ддя определения ресурса изделия вводим следующие обозначения: Ту„- время жизни (время, fe течение которого изделие выпoлняet цейевое назначение npi ус ловии его абсолютной надежности, njM этом ресурс расхбдуется тояько на целе;вое функционир«даан е):{ Т. - время активного су шествования (врется, в течение которого иадеяие не только полезно фуык ционирует но и находится в состоянии отказа и в состоянии технического обслуживания (контроля и уиравпения). Ограниченные ресурсы при этом расходуются на целевое функшонирсжавие, на функционирование изделия в состоянии отказа и на техническое Обслуживание)} Тф - время полезного функционирования .{время активного существования изделия, уменьшенное на величину времени, в течение которого изделие не может полезно функционировать по причине отказа или технического обслуживания. Так как момент отказа аппаратуры изделия случаен, то время полезного 4 нкдион.ирования является случайной величиной). . -Принимаем следующие ограничения: исправное изделие выполняет или готово вьшолнить целевое назначение; продолжительность процесса контроля и управления мала по сравнению с периодом контроля; после управления состояние аппаратуры изделия обновляется. Допустим, изделие в режиме целевого или нормального (функционирования расходует в единицу времени С,в состоянии отказа - Сд, а в результате каждого сеанса контроля и управления - ( единиц ресурса. С учетом введенных обозначений, ре,мя жизни изделия Т на дани см ограниченном запасе ресурса 1 равно Iв Т - , Ж Су . Если обозначить через t период яям время соседними сеансами контроля и управления, а через N- число сеансов контроля и управления аппаратуры изделия на ресурсе ff, то уравнение бала са можно записать в следующем виде; I NUнtф+Co1Co -)-Я, (О где 1Гф - среднее время полезного функционирования изделия на периоде;д С-Тф - среднее время нахождения Издеяия в состоянии отказа йа периоде. Из (1) находим М- число всс ожных сеансов контроля к управления Ы - Так как наступление отказа в аппарату1« ре изделия случайно, то,используя плотность распределения безотказной работы l.(-t), среднее время ТГф полезного фуившкжирования объекта на периоде t находим по формуле Тт- f а,-- li-«ct)di -Tpc-fc) --rp(t)at, лл Откуда )at. Необходимо определить минимально нес ходимый запас ресурса R Для работы изделия в течение заданного Т времени полезного функционирования. Соотно щение,которое связывает среднее время полезного функционирования изделия Тф и требуемый запас ресурса R, имеет вид Ipct)at, -с5i c rpwdtvc (c-ipa)di)9 откуда p, a lCH|pc-fc)ati-Co -c-lpa)di)4.3 fW lpC.t)dt Используя соотношение (4), сформудвруем задачу определения оптимального f составлякядего минимум R для за§1данного Тф времени полезного функционирования изделия «11иТф JcH Ipa)a-ttCo (ГV 1 -Jо Ы -Jpct)ai))dt Подставив Т в (4), определим на« именьший запас ресурта f ,), который необходим для работы изделия в течение Тф,,., Подставив R в (2), найдем Н ,а следовательно, и время активного существования изделия, которое определя ется по формуле . Предложенная модель определения минимально необходимого запаса ресурса может быть реализована аппаратурно, На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит датчик 1 време- HHj дающий интервалы между очередными техническими обслуживаниями изделия, причем каждый последующий интервал ув лич -1вается относительно предыдущего на величину Д С , блок 2 нелинейности, реализующий функцию P(-t)-вероятность безотказной работы изделия на интервале | 0,.3, интегратор 3, интегрирующий функцию PCi;); первый сумматор 4, пер- вый блок 5 умножения, второй блок 6 умножения, второй сумматор 7, первый блок 8 деления, третий блок 9 умножения, первый регистр 10, второй регистр 11. первый элемент И 12, третий ре гистр 13, четвертый регистр 14, бло1с 15 сравнения, второй элемент И 16, вто рой блок 17 Деления, четвертый блок 18 умножения, третий элемент И 19, регист ратор 2Оо Устройство работает следующим образом. Датчик 1 времени с шагом ЛТ задае в порядке нарастания последовательность возможных значений, Г:(т,--г-,.,4дг,.1---1Гк), При каждом очередном значеник из блока 2 нелинейности выбирается на. интервале { 0,Т ) функция р (-Ь) и засылается в интегратор 3, где интегрируется. Шрхний предел интегрирования определяется текущим значением датчика 1 времени. 97б С интегратора 3 сигнал, сортветствующий 0,--JpCb)3i (среднему времени о полезного функционирования изделия на периоде t ) поступает на второй вход первого сумматора 4, на первый вход которого поступает сигнал с первого выхода датчика 1 времени. С выхода первого сумматора 4 сигнал, соответстI ...t:,вуюший -JpCtWi (среднему времени . нахождения изделия в состоянии отказа на периоде ТГ/), поступает на второй вход первого блока 5 умножения, на пер-; вый вход которого с первого входа устройств 1 поступает величина (расход ресурса изделием в единицу времени в состоянии отказа), С выхода первого блока 5 умножения , сигнал, соответствующий произведению СрТр поступает на второй вход второго сумматора 7, Сигнал с интегратора 3 поступает также на второй вход третьего блока 6 умножения, на первый вход которого со второго входа устройства поступает значение Сц- расход ресурса изделием в единицу времени в режиме целевого функционирования,Значение среднего расхода ресурса за период TTi в режиме нормального (целевого) функционирования СнГр(-Ь выхода третьего блока 6 умножения поступает на третий вход второго сумматора 7, на первый вход которого поступает значение ( (расход ресурса на каждый сеанс контроля и управления), С выхода сумматора 7 сигнал, соответствующий (CnlpWdi o tTr rpa)dt)-9), заносится в первый регистр 10, при этом ранее занесенное в регистр 10 значение суммы на периоде 17() пересьшается во , второй регистр 11. Выход второго сумматора 7 соединен также с первым входом первого блока 8 деления, на второй вход которого с выхода интегратора 8 поступает среднее время полезного функционирования на периоде С i--jp(t)ai. Сигнал, соответствующий величине )atvCo((t)t rV(t)dt с выхода первого блока 8 деления поступает на первый вход третьего блока 9 умножения, на второй вход которого с четвертого входа устройства поступает значение заданного времени полезного функционирования Тф. С первого выхода третьего блока 9 умножения произведение, соответствуюшее требуемому запасу ресурса изделия, если обслуживать изделие с периодом t ft l K;pCt)c|i+CoCCi-|p()d-t)-% Tp(t)at о . поступает на первый вход блока 15 сравнения и на вход третьего регистра 13. При этом занесенное ранее в регистр 13 значение пересьшается в четвертый регистр 14 и затем поступает на вторые входы блока 15 сравнения и третьего элемента И 19. В исходном состоянии перед началом работы четвертый регистр 14 обнуляется, а в регистр 13 заносится максимально возможная величина -R, оп ределяемая его конструктивными характеристиками. В .последующем при передаче информации с регистра 13 йа регистр 14 ранее записанная на регистр 14 информация уничтожается. В блоке 15 сравнения после выдачи датчикомбремени очередного значения сравниваются между собой величины R:J и --l оаи& на кото рых соответствует текущему значению другая величина - предшествующему Если в результате такого сравнения окажется, что , то с перво го выхода блока 15 сравнения выпается ytiравляюший сигнал аатчйку 1 времени на вы аачу очередного значения i-n в резуль тате чего происходит определение и последующее с завнение ,с , т.е. цикл работы устройства повторяется, но уже для нового значения И так будет до тех пор, пока последующее значение R не станет больше предыдущего. В противном случае, т.е. при R- R- , выдается разрешающий сигнал с второго выхода блока 15 сравнения на первый вход первого элемента И 12 и значение ,соответствуюшее оптимальному периоду технического обслуживания 1 с вто рого выхода датчика 1 времени поступает на первые вкопы регистратора 20и блока 18 умножения. При выполнении условия разрешающий сигнал с второго выхода блока 15 сравнения поступает также на первые входы первого и третьего элементов 12 и 16. При этом с выхода четвертого регистра 11 сигнал, соответствующийСц rAt) at Со сг,-,- Г )at xj., через элементы И 16 и: 12выдается на i первый вход второго блока 17 деления а значение минимально необходимого запаса ресурса R R.{ с выхода четвертого регистра 14 через элемент И 19 поступает на вторые входы регистратора 20 и второго блока 17 деления. С выхода второго блока 17 деления сигнап, соответствующий числу сеансов контроля и управления йа ресурсе R, подается на третий вкод регистратора 2Ои второй вход четвертого блока 18 умножения, в котором вычисляется время активного существования и подается на четвертый вход регистратора. На этом работа устройства заканчивается. Таким рбразом, в результате работы устр Лства ос:уществлявтся (Я1редёлевие и регистрация минимально нес ходимого запаса ресурса R, оптимального периода технического о6спуживв1Я1Я и управления - время активного сушествования 1{аделия Tf и чисао сеавсов контроля и управления Ц Положительный эффект от К1едренвя предлагаемого устрсЛства состоит в повышении его точности за счет учета различия интецривностей расхода ресурса изделием в состоянии полезного функционирования и в состоянии отказа, а также в расширении инфо атиш1ых возможностей за счет определения и регистрации величи1ны запаса ограниченного ресурса, минимально необходимого для полезного функционирования изделия в течение заданного времени, величины времени активного существования изделия и числа возможных сеансов контроля и технического обслуживания. Экономический эффект от внедрения устройства оценивается величиной предотвращенного ущерба, определяемого по формуле S-S.S-.S, 1-1- ущерб из-за потерь ыеиспопьэованвого ресурса; 5- - ущерб от срыва i -Ы1 работы, из-за неоправданного занижения запаса ресурса цзаепия, и может составить до 10% от общей стоимости ограниченного ресурса.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СП ЕДЕЛЕНИН РЕСУРСА ИЗДЕЛИЯ, содержащее датчик времеии, выход которого подкшочен к входу блока нелинейности, выход которого соеданен с входом интегратора, первый сумматор, первый блок умножения, первый блок деления, причем выход интегратора подключен к первому входу второго бпснка умножения, первый и втсфой элементы И, последовательно соединенные первый и второй регистры, выход второго регистра подключен к первым входам третьего элемента И и блока сравнения, выходы которого соединены с первым входом датчика врэмени, с перъым входом второго элемента И и с вторым входом третьего элемента И, последовательно соединенные третий и четвертый регистры, выход четвертого регистра соединен с вторым входом второго ал мента И, выходы первого и третьего элементов И подключены к первому и второму входам регистра, отлича ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения информативности устройства, в него введены второй сумматор, второй блок деления, третий и четвертый блоки умножения, п зичем выход датчика времени подключен к первок входу первого сумматора, выход интегратора подключен к первому входу первого блока умножения, выход которого соединен с первым входом второго, сумматора, второй вход которого подключен к выхо-/ ду второго блока умножения, выход Второго сумматсфа соединен с первым входом третьего регистра и с первым входом первого блока деления, второй вход которого и второй вход первого сумматора объединень и подключены к выходу ин(О тегратора, выход первого блока деления соединен с первым входом третьего блока умножения, выход которого подключен к входу первого регистра и к второму входу Q блока сравнения, выход второго элемента е И соединен с первым входом второго блока деления, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, выход первого элемента И соединён с первым входом четвертого блока ножения, ю ю выход второго блока деления подключен к второму входу четвертого блока умножения и к третьему входу регистратора, QD четвертый вход которого соедннен с шлходом четвертого блока умножения, вто рые вхош первого и второго блоков умножения и третий вход второго сумматора подключены к входам устройства.