Устройство для прогнозирования надежности восстанавливаемых систем Советский патент 1985 года по МПК G05B23/02 

но изменяющегося нацряжения, первый управляющий вход которого подключен к входу управления записью элемента запоминания и выходу второго элемента ИЛИ, выход первого генератора линейно изменяющегося напряжения подсоединен к входам первого и второго пороговых элементов, выходы которых соединены соответственно с входом первого одновибратора и первым входом четвертого элемента И, выход которого через третий одновибратор подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, первый вход.которого соединен с.выходом первого одновибратора, выход первого делителя частоты через второй одновибратор связан с вторым входом четвертого элемента И, в каждом вторсм имитаторе выход третьего.элемента ИЛИ соединен е первым управлякнцим входом второго генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого через последовательно соединенные третий пороговый элемент и четвертый одновибратор связан с первым входом третьего элемента ШШ, второй вход которого через пятый одиовибратор подключен к выходу второго делителя 4acfoты.

98464

2. Устройство по п. 1, о Т л ичающееся тем, что каждый генератор линейно изменяющегося напряжения содержит элемент ИЛИ-НЕ, гри резистора, два ключа, конденсатор и операционный усилитель, причем первьй и второй информационные и первьш управляющий входы генератора линейно изменяющегося напряжения соединены соответственно с входами первого и третьего резисторов и с объединенными между собой управляю, щим входом первого ключа и первым входом элемента ИПИ-НЕ, выход которого связан с управляющим входом второго ключа, информационный вход и выход которого подключены соответственно к выходу третьего резистора и входу операционного усилителя, связанному также с выходом первого ключа и входом конденсатора, выход которого объединен с выходами второго резистора и операционного усилителя и подключен к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, информационный вход первого ключа соединен с выходом первого и входом второго резистора, второй вход элемента ИЛИ-НЕ подключен к второму управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ СИСТЕМ, содержащее блок генераторов случайных напряжений и блок регистрации, содержащий первый элемент НЕ, входом и выходом связанньгй с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И первые входы которых объединены, а выходы подключены к входам первого и второго суммирующих счетчиков, отличающее ся тем, что, с целью повышения точности прогнозирования, оно содержит генератор тактовых импульсов, блок источников постоянных напряжений, второй элемент НЕ, третий элемент И, первый элемент ИЛИ, первые имитаторы, каждый из которых состоит из элемента запоминания, первого .делителя частоты, двух пороговых элементов, четвертого элемента И, второго элемента ИЛИ, первого, второго и третьего одновибраторов и первого генератора линейно изменяющегося напряжения,вторые имитаторы, каждьй из которых состоит из второ- го генератора линейно изменяющегося напряжения, третьего порогового элемента, четвертого и пятого одновибраторов, второго делителя частоты и третьего элемента ИЛИ, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами первого I и третьего элементов И, второй вход ,третьего элемента И через второй элемент НЕ связан с вторыми управляющими входами первого и второго генераторов линейно изменяющегося напряжения всех первых и вторых имиа S таторов и входом первого элемента ЙЕ, первые информационные входы пер-; (Л вых генераторов линейно изменяющегося напряжения подключены к нечетным первым выходам блока генераторой случайных напряжений, четные первые и вторые входы которого подключены соответственно к входам записи элементов запоминания первых ;о имитаторов и первым информационным 00 входам вторых генераторов линейно 4 а изменяющегося напряжения вторых имитаторов, выходы блока источников постоянных напряжений связаны с вторьми информационными входами вторых генераторов линейно изменяющегося напряжения, выход третьего элемента И соединен с входами первых и вторых делителей частоты, выходы вторых и третьих элементов ИЛИ связаны с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого элемента НЕ, в каждом первом имитаторе выход элемента запоминания подсоединен к второму информационному входу первого генератора линей

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании надежности восстанавливаемых систем с учетом технического обслуживания, в результате которого наименее надежные элементы заменяются новыми. Цель изобретения - повыщение точности прогнозирования надежности систем.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройстваi на фиг. 2 имитатор постепенных отказов; на фиг. 3- имитатор внезапных отказов; на фиг. 4- генератор линейно изменяющегося напряжения; на фиг. 5 блок регистрации.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 генераторов случайных напряжения, блок

-3 источников постоянных напряжений, второй элемент НЕ 4, элемент 5 И, блок 6 имитаторов постепенных отказов, блок 7 имитаторов внезапных

5 отказов, первьй элемент ШШ 8 и блок 9 регистрации.

Блок 6 имитаторов постепенных отказов состоит из тождественных по структуре первых имитаторов,

0 каждый из которых содержит элЪмёнт 10 запоминания, первьй генератор 11 линейно изменяющегося напряжения, первый делитель 12 частоты, первый ,13 и второй 14 пороговые элементы,

15 четвертьй элемент И 15., второй элемент 16 ИЛИ, первьй 17, второй 18 и третий 19 одновибраторы.

Блок 7 имитаторов внезапных отказов состоит из тождественных по

20 структуре вторых имитаторов, каждый

3

из которых содержит второй генератор 20 линейно изменяющегося напряжения, третий пороговый элемент 21, четвертый 22 и пятый 23 одновибраторы, второй делитель 24 частоты и третий элемент ИЛИ 25.

Генераторы 11 и 20 линейно изменяющегося напряжения тождественны по структуре и содержат каждьш элемент ИЛИ-НЕ 26, первый 27, второй 28 и третий 29 резисторы, первый 30 и второй 31 ключи, конденсатор 32 и операционный усилитель 33.

Блок 9 регистрации содержит первый элемент НЕ 34, первьй 35 и второй 36 элементы И, первый 37 и второй 38 суммирующие счетчики.

Имитаторы постепенных и внезапных отказов предназначены для имитации отказов элементов системы, их восстановления и проведения технического обслуживания, т.е. проведения плановых профилактических осмотров элементов системы, для которых . характерны постепенные отказы, с последующей заменой элементов, близких к состоянию отказа, и проведения профилактической замены элементов с вн-езапными отказами через определенную их наработку.

I

Устройство предназначено для оценки показателей надежности нерезервированньпс систем. В каждой из исследуемых систем выделяются п + m элементов, для и из которых характерны постепенные, а для Vn - внезапные отказы. Отказ любого элемента приводит к отказу системы.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы- устройства счетчики 37 и 38 устанавливаются в нулевое состояние, на каждый из элементов 10 и конденсаторов 32 записываются мгновенные значения случайного напряжения при подаче на входы управления записью элементов 10 и на третьи входы генераторов 11 кратковременного импульса, что приводит к кратковременному подключению конденсаторов 32 к соответствующим выходам блока 2.

Генератор 1 вырабатывает последовательность импульсов, поступающих .через элемент 5 на четвертые входы блоков 6 -г6 f, и 7 7. На вторые входы генераторов 11 поступают из элементов 10 мгновенные значения

98464

случайных напряжений, пропорциональных скорости изменения значений, определяющих параметров элементов системы. На третьи входы имитаторов

с 6. -6 (, поступают сигнал1з1 с выхода элемента 8. Этот сигнал равен нулю при работоспособном состоянии системы и единице - при отказе системы. При работоспособном состоянии

}0 системы на четвертом входе генератора 11, который соединен с третьим входом блока имитатора 6 , присутствует сигнал нулевого уровня. На третий вход генератора 11 поступает

J5 нулевой сигнал с выхода элемента 16. При этом ключ 30 закрыт, а ключ 31 открыт.

В момент времени начала имитации изменения определяющего параметра

2Q элемента исследуемой системы на конденсаторе 32 записано мгновенное значение случайного напряжения с первого выхода блока 2. Значение записанного на конденсаторе 32 напряжения соответствует начальному значению этого параметра элемента. Закон распределения мгновенных значений напряжения соответствует закону распределения начальных значений параметров элементов системы.

Операционный усилитель 33 интегрирует напряжение, поступающее с выхода элемента 10, причем изменение напряжения на выходе операционного усилителя начинается со значения

напряжения, записанного на конденсаторе 20. Изменение напряжения на выходе операционного усилителя имитирует изменение определяющего параметра элемента системы при его износе и старении в ходе эксплуатации.

Элемент считается работоспособным, если напряжение на выходе операционного усилителя лежит в пределах, определяемых порогами срабатывания элемента 13, которые соответствуют предельно допустимым значениям определяющего параметра. Если это напряжение становится меньше нижнего или больше верхнего порога срабатывания, то на выходе элемента 13 формируется единичный сигнал. Этот сигнал поступает на вход одновибратора 17, который выдает импульс фиксированной длительности, проходящий через элемент 16 на вход элемента 8. Появление единичного импульса на выходе элемен5

та 8 соответствует отказу всей системы. При отказе системы проводится

замена отказавшего элемента. Бремя, необходимое для замены отказавшего элемента, т.е. для восстановления работоспособности системы, имитируется длительностью импульса на выходе одновибратора 17.

Учет замены элементов, близких к состоянию отказов, производится следующим образом.

Замене элемента предшествуют профилактические осмотры с целью выявления состояния элемента. Для имитации моментов времени проведения профилактических осмотров используется делитель 12. На его вход поступает с выхода генератора 1 через элемент 5 последовательность импульсов, задающая масштаб времени моделирования. На выходе делителя 12 формируется последовательность импульсов, частота которых в К раз меньше частоты входящей последовательности (К - коэффициент пересчета делителя частоты). Выходящая последовательность импульсов поступает на вход одновибратора 18, который по переднему фронту импульсов формирует короткие импульсы, длительность которых пропорциональна длительности проведения профилактических осмотров, а момент появления коротких импульсов - момент начала осмотров. I

Необходимость замены элемента,

близкого к состоянию отказа, определяется путем сравнения фактического значения определяющего параметра элемента с некоторыми критическими значениями. Сравнение осуществляется с помощью элемента 14. При выходе определяющего параметра элемента за поле допуска, устанавливаемого порогом элемента 14, на его выходе появляется единичный уровень напряжения, поступающий на вход элемента 15. В этом случае, соответствующем проведению профилактического осмотра данного элемента, на выходе элемента 15 появляется импульс, поступающий на вход одновибртора 19. По переднему фронту этого импульса одновибратор 19 фо1 1ирует импульс фиксированной длительности, которая пропорциональна времени замены элемента системы. С выхода одновибратора 19 импульс проходит

984646

на выход элемента 16 и служит сигналом, соответствующим профилактической замене элемента системы.

На выходе элемента 8 в этот момент также появляется 1, соответствующая отказу всей системы. После окончания импульсов на выходе одновибратора 17 или 19 система восстанавливает работоспособность.

10 При имитации отказа исследуемой системы, т.е. при профилактической, или аварийной замене хотя бы одного ее элемента, на выходе элемента 8 появляется 1, поступающая на

15 третьи входы блоков имитаторов

6,-6, и 7,-7. На второй вход элемента 10, третий и четвертый входы генератора 11 поступает 1. Ключ элемента 10 и ключ 30 открываются,

20 а ключ 31 закрывается. При восстановлении элемента системы на конденсаторах элемента 10 и генератора 11 оказываются записанными новые значения случайного напряжения с первого

5 и второго выходов блока 2 (новая скорость изменения определяющего параметра и начальное значение параметра у элемента, установленного на место изъятого).

0 При имитации отказа система из-за отказа элемента, моделируемого другим имитатором на четвертом входе генератора 11 появляется 1, а на третьем его входе - О. Ключ 31

5 закрывается (первый вход 30 остается закрытым), что приводит к остановке изменения напряжения на выходе операционного усилителя 33. После восстановления системы начальное

0 значение напряжения на конденсаторе 32 соответствует напряжению на нем в момент отказа системы, что имитирует отсутствие изменения параметра данного элемента за счет износа при

5 неработоспособном состоянии системы.

Для имитации моментов времени внезапных отказов элементов системы используется принцип преобразования мгновенных значений случайного напряжения, распределенного по заданному закону распределения, в соответстбующий интервал времени, длительность которого пропорциональна времени безотказной работы элемента. Для

имитации внезапньк отказов элементов на первый вход генератора 20 поступает постоянное напряжение с первого выхода блока 3. На выходе

7

генератора 20 формируется линейно изменяющееся напряжение, начальное значение которого записано на конденсаторе 32. При выходе напряжения на выходе генератора 20 за границы, определяемые порогами срабатывания элемента 21, на его выходе появляется 1, которая поступает на вход одновибратора 22. Длительность импульса на выходе одновибратора пропорциональна времени восстановления работоспособности при аварийной замене элемента.

Профилактическая замена элемента имеющего внезапньй характер отказа, имитируется следующим образом.

На выходе делителя 24 с некоторым периодом, определяемым коэффициентом деления делителя, появляются импульсы, поступающие на вход одновибратора 23. Длительности импульсов, формируемых одновибратором моделируют время восстановления системы при профилактической замене элементов. Длительность времени восстановления системы при профилактической замене элемента гораздо меньше длительности восстановления системы при отказе одного из элементов (так же, как и при имитации постепенных отказов).

После срабатывания одновибратора 22 (или 23) на выходе элемента 25 появляется 1, которая поступает на третий вход генератора 20. Это приводит к открыванию ключа 30 и закрыванию ключа 31. На конденсаторе 32 появляется новое значение случайного напряжения, пропорциональное значению определяющего параметра элемента, который установлен На место отказавшего между профилактиками или замененного во время профилактики элемента.

При отказе любого другого элемента системы напряжения на выходе операционного усилителя 33 генератора 20 не изменяются, так как на четвертый вход генератора 20 поступает 1, закрывающая ключ 31. При отказе системы единичный сигнал с выхода элемента 8 поступает через элемент 4 на второй вход элемента 5. Элемент 5 при этом перестает пропускать импульсы с выхода генератора 1 на четвертые входы всех имитаторов отказов. Тем самым имитируется простой системы из-за замен элементов

984648

с постепенными или внезапными характерами отказов. Неотказавшие элементы при этом отключаются, а зйа- чения их определяющих параметров

5 фиксируются до возобновления работы системы.

В предлагаемом устройстве реализуется стратегия проведения техни- ческого обслуживания на наработке

to элементов, т.е. при задании очередного срока проведения технического обслуживания учитывается длительность простоев системы из-за отказов элементов, имеющих место между об15 служиваниями. Это модулируется с . помощью элементов 4 и 5. При поступлении на вход элемента НЕ 4 единичного сигнала об отказе системы на второй вход элемента 5

20 поступает нулевой сигнал, не разрешающий прохождение на выход этого элемента последовательности импульсов с выхода генератора 1. Таким образом, прерывается последовательность импульсов, поступающая на четвертые входы имитаторов постепенных и внезапных отказов. Это имитирует

увеличение интервала .проведения технического обслуживания на время простоя системы.

Единичный сигнал об отказе системы поступает на второй вход блока 9 регистрации, на первый вход которого подается последовательность импульсов с выхода генератора 1. Импульсы

5 проходят на суммирующий вход счетчика 37 до тех пор, система находится в неработоспособном состоянии. Содержимое счетчика 27 пропорционально суммарному временипростоя системы.

. Сигнал Об отказе системы также

I поступает на вход элемента 34, на .

выходе которого формируется сигнал единичного уровня, когда нерезервированная система работоспособна, и сигнал нулевого уровня при отказе системы. Сигнал с выхода инвертора 34 поступает на второй вход элемента 36, на первый вход которого поступает последовательность импульсов

50 с выхода генератора 1.

Таким образом, в счетчике 38 накапливается количество импульсов, пропорциональное суммарному времени безотказной работы системы. По

55 накопленным в счетчиках 37 и 38 числам вычисляются значения коэффициента готовности и коэффициента простоя системы.

9

Таким образом, введение в устройство для прогнозирования надежности восстанавливаемых систем новых блоков позволяет осуществлять прогнозирование надежности систем с учетом их техн1гческого обслуживания. Это приводит к увеличению точности прогнозируемых численных значений показателей надежности.

98464 О

В результате расширения функцио.нальных возможностей по сравнению с известным устройством улучшаются технико-экономические показатели J устройства и повышается его точность путем более полного учета факторов, влияющих на надежность системы, т.е. особенностей технического об- служивания системы.

н

21

22

25

-о

L 2

X