Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания объекта Советский патент 1988 года по МПК G07C3/08 

tr

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и при эксплуатации объектов техники, когда требуется находить оптимальные периоды их технического обслуживании.

Целью изобретения является повышение точности за счет учета самостоятельного проявления отказа. ,

Все материальные объекты - это объекты, имеющие ограниченный ресурс. Считаем, что объект прекращает целевое функционирование, когда у него израсходуется ресурс или наступит от. каз. Ограниченный ресурс расходуется в процессе эксплуатации на целевое функционирование объекта в работоспособном состоянии и в состоянии скрытого отказа, а так же на техническое обслуживание. Эффективность использования объекта зависит от продолжительности соответствующих периодов его эксплуатации.

Если не проводить техническое об- служивание объекта, то время, в течение которого он работает, соответствует времени функционирования объекта до момента проявления отказа. Увеличение числа сеансов контроля и технического обслуживания с одной стороны повышает эффективность использования объекта за счет выявления скрытых отказов и их устранения, но с другой стороны, повышает расход ресурсов на техническое обслуживание, что приводит к снижению эффективности использования объекта. Отсюда следует, что существует некоторый оптимальный период между техническими обслуживаниями, доставляющий максимум эффектив но- сти использования объекта.

Пусть объект, обладает запасом ограниченного ресурса R. В режиме нормального функционирования и в состояНИИ скрытого отказа объект в среднем расходует в единицу времени с .единиц ресурса, а в режиме технического обслуживания - g единиц ресурса за каждьй сеанс.

Уравнение, баланса по ресурсу R можно записать

N(C. g) R, где - период между техническими

обслуживаниями, N - число сеансов технического

обслуживания. Из уравнения баланса находим

5 0

5 О с о

с

N

R

0

5

с.е- + g

Находим вьфажение для математического ожидания потерь эффективности объекта. Так как моменты возникновения неисправности и проявления oTka3a случайны, то для описания процесса изменения технического состояния объекта используем плотность распределения времени наработки объекта до момента возникновения в нем скрытого отказа f(t) и условную функцию распределения времени развития скрытого отказа Ф(V).

Рассмотрим полную группу событий, которые могут иметь место на межпрофилактическом интервале,

А. Объект в течение интервала 0,J функционирует в состоянии работоспособности. После окончания этого периода проводится техническое обслуживание в течение времени .,,. . В

О р С-Л

этом случае потери эффективности.объекта связаны с прекращением его функционирования на время Уoъc

Л W, (г) uWoBc ,

где uWpgj - снижение эффективности

функционирования объекта вследствие потери времени на техническое обслуживание,

F(f) 1 - FC c) - вероятность безотказной работы объекта на 0,r.

B.Объект функционирует безотказно до момента t, в момент t возникает скрытый отказ, который не проявлялся до конца интервала 0,. В случае потери эффективности можно определить следующим вьфажением

С

ЛИ, (Т) Jbw,(r - х) -AW,x

о

х9 (- - x)f(x)dx,

где - х) - функция снижения эффективности функционирования объекта от времени его пребывания в состоянии скрытого отказа.

Ф (V) 1 -Ф(У).

C.ОбъекТ , функционировал безотказно до момента t, в момент t возникает скрытый отказ, который проявляется до конца интервала 0,Т. -В этом случае потери эффективности объекта составляют

д ) б х) +4Wg +

о + йМобсл ( г - x)f(x)dx.

где AW - снижение эффективности

функционирования объекта вследствие прекращения его , функционирования для вос- , становления работоспособности.

Таким образом, потери эффективности объекта на интервале О, составляют

/sW(r) AW,g,;, F() WOSCA X

X ( - х) + д Wpgcrt

f(x)dx + J

jTCr- x);

AW,,(t - x)

+ Д Wj

+ uWpgcAl PC - x)f(f)dx.

За время эксплуатации объекта до полного расходования ресурса потери эффективности составляют

-с

дУ,(г) N/йWo6,д -FC) X X (- х) + ДМобсд Я(Г- x)f(x)dx + У

+ uWcTjC - х) + Wg + iWpg X

x)f(x)dx}.

Задача обоснования периода технического обслуживания объекта по критерию минимума потерь эффективности функционирования формируется следую- щим образом.

Находим период У, при котором

iWc( minflWcCP).

Предлагаемая математическая модель может быть легко реализована ап паратурно. Для этих целей упрощаем выражение AWj; С ) , учитывая, что ( Г - х) 1 - (t - х) и F(Г) 1 - F().

uW(r) N uWogc +j и х)

X f(x)dx.+ uWB x) f(x)dx .

В теории надежности во многих случаях используют допущение о постоянстве во времени интенсивности отказа объекта. Такое допущение, обычно от- , вечающее действительности, позволяет значительно облегчить задачу определения оптимального периода технического обслуживания.

Пусть плотность вероятности момента возникновения скрытого отказа имеет вид

f(t) р е а условная функция распределения момента проявления отказа «PCs- t) 1 -

Предположим также, что функция снижения эффективности функционирования объекта в состоянии скрытого отказа линейна и имеет вид

и Wco ( Г- х) К х), где К - постоянный коэффициент.

Тогда вьфажение для flW, () можно

Сзаписать в виде

AW(I) N AWogcA + uW X ( ) + K-1: +

+ - К

AWjb

if

- X

(

1 F

- 1)

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 времени, .первый блок 2 умножения, первый сумматор 3, первьц блок 4 деления, второй блок 5 умножения, элементы 6 и 7 памяти, элемент 8 сравнения, элемент И 9, блоки 10 и 11 возведения в степень, инвенторы 12 и 13, с третьего по восьмой блоки 14-19 умножения, второй сумматор 20, вычитатели 21- 23,, второй 24-.и третий 25 блоки де0

5

0

5

0

5

ления, генератор 26 тактовых импульсов, ключ 27 и девятый блок 28 умножения.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 времени с шаром лТ задает в порядке нарастания последовательность возможных значений времени , контроля и технического обслуживания объекта , Т,- 1 + , i 1, 2,.,7, Датчик 1 времени представляет собой генератор ступенчато изменяющегося напряжения. Длительность ступеньки выходного напряжения датчика 1 времени не постоянна, а определяется моментом прихода на его вход сигнала с выхода блока В сравнения.

После подачи питающего напряжения и всех входных сигналов на вход устройства датчик времени вьщает на выходе напряжения соответствующее первому значению периодичности обслуживания , 47: , При каждом очередном значении t , в пятом 16 и шестом 17- блоках умножения образуются произведения , и i которые через первый 12 и второй 13 инверторы поступают на первый 10 и второй 11 блоки возведения в степень. С выходов этих сигналы, соответствующие ё и поступают на входы седьмого 18 и восьмого 19 блоков ум514

ножения,.на вторые входы этих блоков подаются значения д и Яф. Произведения Яр е и подаются на первый вычитатель 21. Разность этих функций подается на третий блок 14 умножения, на другой вход кото:рого поступает сигнал с второго блока 2А деления. На первый вход блока 24 по--

дается сигнал aW., а на вторрй -

в

ность cf-- 5lp , образующаяся в третьем вычитателе 23. Сигнал, соответствую„Л

щий

dW.

Icpl., ), посигналу генератора 26 с выхода ключа 27 напряжение, соответствующее величине ), подается на второй вход блока 8 сравнения (в исходном состоянии перед началом работы во второй элемент 7 памяти засылается макси- мально возможное значение uW(, а первый элемент 6 памяти уст анавливается в нулевое состояние). В блоке 8 сравнения сравниваются между собой две величины iWg( b,-) и iW,., , одна из которых соответствует текущему

, а другая - предшествуюдается на второй вход второго сумматора 20, На третий вход сумматора 20 подается сигнал с выхода второго вы- читателя 22, соответствующий слагаемому

К ,.РГ,- Яр .

1),

значению г, щему , 1 . Если в результате сравнения окажется, что д W. ( t,-) - 4 W ( ,--,), то с первого выхода блока 8 сравнения выдается управляющий сигнал датчику 1 времени на вьщачу очередного которьй образу-20 значения ,, . В противном случае.

30

ется путем деления К и Я в третьем блоке 25 деления, умножения в блоке 28 на значение функции и вычитания сигнала К/ Ир в блоке 22, Тре 25 тье слагаемое К , образуется в четвертом блоке 15 умножения и подается на первый вход сумматора 20, на четвертый и, пятый вход которог поступают iWpgcA и & Wj. С выхода сумматора 20 сигнал поступает на второй вход второго блока 5 умножения, на первый вход которого поступает сигнал с первого блока 4 деления, соответствующий выражению R/Cc t , + g). В блоке 21 параметр с с входа устройства перемножается с текущим значением датчика времени ь,, а в сумматоре 3 выходной сигнал блока умножения суммируется с другим входным параметром уст- ,Q ройства g. На второй вход первого блока 4 деления с входа устройства подается параметр R, определяющий за- пас ограниченного ресурса. С выхода

35

т.е. при Д Wj. ( ,0 А , ) , такой сигнал вьщается с второго выхода блока 8 сравнения на разрешающий вход элемента И 9 и значение , соот- ветствуюп;ее оптимальному периоду обслуживанию объекта , с второго выхода датчика 1 времени поступает на выход устройства. Работа устройства на этом заканчивается.

Предлагаемое устройство позволяет более точно найти оптимальньй период технического обслуживания объектов, имеющих ограниченный запас ресурса. Любое отклонение от оптимального периода обслуживания влечет за собой снижение эффективности функционирования объекта. Например, если период между сеансами обслуживания уменьшить, то будет больше израсходовано ресурсов на контроль и обслуживание-объекта и, как следствие этого, меньше останется ресурса на полезное функционирование. С другой стороны, если период между сеансами обслужисигналу генератора 26 с выхода ключа 27 напряжение, соответствующее величине ), подается на второй вход блока 8 сравнения (в исходном состоянии перед началом работы во второй элемент 7 памяти засылается макси- мально возможное значение uW(, а первый элемент 6 памяти уст анавливается в нулевое состояние). В блоке 8 сравнения сравниваются между собой две величины iWg( b,-) и iW,., , одна из которых соответствует текущему

, а другая - предшествуюзначению г,щему , 1 . Если в результате сравнения окажется, что д W. ( t,-) - 4 W ( ,--,), то с первого выхода блока 8 сравнения выдается управляющий сигнал датчику 1 времени на вьщачу очередного 0 значения ,, . В противном случае.

0

5 Q

5

т.е. при Д Wj. ( ,0 А , ) , такой сигнал вьщается с второго выхода блока 8 сравнения на разрешающий вход элемента И 9 и значение , соот- ветствуюп;ее оптимальному периоду обслуживанию объекта , с второго выхода датчика 1 времени поступает на выход устройства. Работа устройства на этом заканчивается.

Предлагаемое устройство позволяет более точно найти оптимальньй период технического обслуживания объектов, имеющих ограниченный запас ресурса. Любое отклонение от оптимального периода обслуживания влечет за собой снижение эффективности функционирования объекта. Например, если период между сеансами обслуживания уменьшить, то будет больше израсходовано ресурсов на контроль и обслуживание-объекта и, как следствие этого, меньше останется ресурса на полезное функционирование. С другой стороны, если период между сеансами обслужи

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и при Л эксплуатации объектов техники, когда требуется находить оптимальные периоды их технического обслуживания. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит датчик 1 времени, блоки 2, 5, 14-19-и 28 умножения, сумматоры 3 и 20, блоки 4, 24 и 25 деления, элементы памяти 6 и 7, элемент сравнения 8, элемент И 9, блоки 10 и 11 возведения в степень, инверторы 12 и 13, вычитатели 21-23, генератор 26 тактовых импульсов и ключ 27. Устройство позволяет более точно определить оптимальный период технического обслуживания объекта за счет учета самостоятельного проявления отказа. 1 РШ. с (Л

50

второго блока 5 умножения сигнал, соот-,с вания увеличить, то объект может дос- ветствующий среднему значению потерь эффективности функционирования.объек- та при заданном датчиком 1 времени зна-. чении ,- , посыпается на информационные входы первого элемента б памяти и ключа 27. При этом ранее записанное в элементе 6 значение AW ( ,- 1) по сигналу генератора 26 тактовых импульсов пересылается на информационный вход второго элемента 7 памяти, с выходом которого по сигналу блока 26 напряжение, равное значению AWj, ( i,-,, ) , подается на первый вход блока 8 сравнения. Одновременно по

55

таточно длительное время функционировать в состоянии скрытого отказа с меньшей эффективностью, а в момент проявления отказа возникнут потери в эффективности из-за необходимости аварийного восстановления работоспособности объекта.

Если обозначить: ) - средняя эффективность функционирования объекта без оптимизации периода техничес кого обслуживания; ) - средняя эффективность функционирования объекта при оптимальном периоде обслуживания, причем всегда i7j.( ir ) w,-CiT) ,

вания увеличить, то объект может дос-

таточно длительное время функционировать в состоянии скрытого отказа с меньшей эффективностью, а в момент проявления отказа возникнут потери в эффективности из-за необходимости аварийного восстановления работоспособности объекта.

Если обозначить: ) - средняя эффективность функционирования объекта без оптимизации периода техничес кого обслуживания; ) - средняя эффективность функционирования объекта при оптимальном периоде обслуживания, причем всегда i7j.( ir ) w,-CiT) ,

так как и W. ( бГ) :АУ(.(Г); где с - полезный , приносимый в единицу времени, то удельный экономический эффект С предлагаемым устройством можно определить соотношением

С ,(7) - Wjf).

Моделирование процесса эксплуатации некоторых классов технических объектов показывает, что использование изобретения обеспечивает повышений точности определения оптимальног периода и технического обслуживания на 20...30%.

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания объекта, содержащее датчик 20 времени, первый выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого является первым входом устройства, выход первого блока умножения соединен 25 с первым входом первого сумматора, второй вход которого является вторым входом устройства, выход первого сум- подключен к первому входу первого блока деления, второй вход кото-30 рого является третьим входом устройства, выход первого блока деления соединен с первым входом второго блока умножения, выход которого подключен к информационному входу первого элемента памяти, выход которого соединен с информационным входом второго элемента памяти, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, первьй выход которого соединен с входом датчика времени, второй выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом элемента сравнения, выход элемента И является выходом устройства, первый вход второго блока деления является четвертым входом устройства, выход второго блока деления подключен к первому входу третьего блока умноже35

40

45

пень, вычитатели, инверторы, третий блок деления, первый вход которого соединен с первым входом четвертого блока умножения и является пятым вхо дом устройства, первый выход датчика времени подключен к второму входу четвертого блока умножения и соединен с первыми входами пятого и шесто го блоков умножения, выход пятого блока умножения через последовательн соединенные первый инвертор и первый блок возведения в степень подключен к первому входу седьмого блока умножения, выход которого соединен с пер вым входом первого вычитателя, выход которого подключен к второму входу третьего блока умножения, выход кото рого соединен с вторым входом второг сумматора, выход которого подключен к второму входу второго блока умноже ния, выход которого соединен с инфор мационным входом ключа, выход которо го подключен к второму входу элемента сравнения, выход шестого блока ум ножения через последовательно соединенные второй инвертор и второй блок возведения в степень подключен к пер вым входам восьмого и девятого блоко умножения, выходы которых соединены соответственно с вторым входом перво го вычитателя и первым входом второг вычитателя, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, выход третьего блока деления соедине с вторыми входами девятого блока умножения и второго вычитателя, первый вход третьего вычитателя подключен к второму входу пятого блока умножения и является шестым входом устройства, вторые входы третьих блока деления и вычитания, шестого, седьмого и восьмого блоков умножения объединенъ и являются седьмым входом устройства, четвертый вход второго сумматора является восьмым входом устройства, вы ход третьего вычитателя соединен с вторьм входом второго блока деления.

,..ел - - , , -.

кия, выход четвертого блока умножения- первый вход которого подключен к пямои.

НИЛ,

восьмой и девятый блоки умнож - второй блок возведения в сте0

5

0 5 0

5

0

5

пень, вычитатели, инверторы, третий блок деления, первый вход которого соединен с первым входом четвертого блока умножения и является пятым входом устройства, первый выход датчика времени подключен к второму входу четвертого блока умножения и соединен с первыми входами пятого и шестого блоков умножения, выход пятого блока умножения через последовательно соединенные первый инвертор и первый блок возведения в степень подключен к первому входу седьмого блока умножения, выход которого соединен с первым входом первого вычитателя, выход которого подключен к второму входу третьего блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения, выход которого соединен с информационным входом ключа, выход которого подключен к второму входу элемента сравнения, выход шестого блока умножения через последовательно соединенные второй инвертор и второй блок возведения в степень подключен к первым входам восьмого и девятого блоков умножения, выходы которых соединены соответственно с вторым входом первого вычитателя и первым входом второго вычитателя, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, выход третьего блока деления соединен с вторыми входами девятого блока умножения и второго вычитателя, первый вход третьего вычитателя подключен к второму входу пятого блока умножения и является шестым входом устройства, вторые входы третьих блока деления и вычитания, шестого, седьмого и восьмого блоков умножения объединенъ и являются седьмым входом устройства, четвертый вход второго сумматора является восьмым входом устройства, выход третьего вычитателя соединен с вторьм входом второго блока деления.

л - - , , -.

первый вход которого подключен к пя