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

4 to СП

о

4

СП

Изобретение относится к устройст-- вам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и технике где требуется находить (или модели- ,ровать) оптимальные периоды контроля и технического обслуживания изделий, |их готовность к целевому функциони- |рованик, а также время полезного ;функционирования на заданном ресурсе ; Цель изобретения - расширение об- jnacTH применения устройства за счет определения коэффициента оперативной готовности для любого момента функ- дионирования изделия.

Любые материальные объекты (изде- .шя) можно рассматривать как объек- гЫа имеющие ограниченный ресурс жиз- |1едеятельности, который они расходу- |эт в процессе функционирования, В ка естве таких ресурсов могут быть: за- йасы топлива, электроэнергетики, фи- : ические возможности людей и т.д.; Надежностные ресурсы: ограничения по |)бъему времени наработки, по непрерыв ному времени работы, по цикличности включения, по гарантированному сроку годности и т.д. Считаем, что изделие грекращает полезное функционирование, когда -у него израсходуется ограниченный ресурс или наступает отказ, Ес- т|ественным стремлением является уве- л|ичение времени полезного функциони- ррвания изделия на ограниченном ресурсе,

i Одной из основных эксплуатационно- т|ехнических характеристик изделия яв- л гется коэффициент оперативной готов- нЬсти, позволяющий оценить вероятность нахождения изделия в работоспоС0бном состоянии в заданный момент в земени.

Вводим определения.

Время активного существования (TC) изделия - это время, в течение которого изделие не только полезно функционирует, но и находится в состоянии отказа и технического обслуттаг- вания (контроля исправления),

Время полезного функционирования (Тср) изделия - это время Тс, умень- шейное на величину времени, в течение которого изделие не может вьтолнять . целевое назначение из-за отказа или технического обслуживания. Ограниченный ресурс расходуется в этом случае ня целевое функш онирование изделия, на функционирование п состоянии отка- за и на техническое обслуживание.

0 5

0 5 о

д

5

Так как момент наступления отказа в изделии случаен, то время полезного функционирования в общем случае является случайной величиной.

Увеличить время полезного функционирования изделия можно путем увеличения запаса ресурса, повьшения надежности изделия, а также введением технического обслуживания, в результате которого восстанавливается его работоспособность (т,е, происходит регенерация процесса функционирования изделия), Повьшение числа сеансов контроля и технического обслуживания увеличивает среднее время полезного функционирования () изделия

за счет устранения отказов, но повышает расход ресурса на техническое обслуживание, что в итоге сокращает ту часть ресурса, которая может быть израсходована на целевое функционирование. Следовательно, существует не- который оптимальный период между техническими обслуживаниями, составляю щий максимум Tqp,

Пусть изделие обладает ограниченным ресурсом R, В режиме нормального функционирования и в состоянии отказа .в среднем расходует в единицу времени с единиц ресурса. Если в результате каждого сеанса контроля и технического обслуживания изделия расходуется g единиц ресурса, то уравнение баланса по ресурсу может быть представлено в виде

N(cr+g) R,

где Т - период между сеансами контроля и технического обслуживания изделия; N - число сеансов контроля и технического обслуживания, Из уравнения баланса следует

N

R cf+g

Время активного существования представляется в виде Т Nf.

N

Так как момент наступления отказа в изделии случаен, то, используя вероятность безотказной работы P(t), среднее время полезного функционирования изделия на периоде t опредв ляется соотношением

Т

Ц) S P(t}dt.

Тогда среднее время полезного функционирования изделия на заданном ресурсе будет Т,р Nfcp.

Задача оптимизации периода контроля и технического обслуживания изделия сформируется следующим образом: найти такой период Т , при котором

) njaxTcyCL)

По найденному значению t необходимо определить KorCt), где t текущий момент времени функционирования изделия. Если все время функционирования изделия обозначить через Т, - то

Tj

o,t4T.

Так как процесс функционирования зделия является регенерирующим, то праведливо выражение

Tf. N15 «4,

де 5 - еа1учайный инте1Г&ал - времени функционирования изделия на периоде ( .

Математически К,. (tf) для текущего момента времени t представляется в виде

K(t.) К,Р(,

гдек; % фициент готовности изделия; Р() - вероятность безотказной ра- боты изделия на интервале

времени f .

С учетом приведенных ранее выражений для TC и Крг (ti) П1Яедстав- ляется в виде

г f - srp(.t)dt Р()

с

где Р(-) е

Л - интенсивность отказов изделия.

Разработанная математическая модель может быть реализована аппара- турно.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 времени (генератор ступенчатого напряжения), первый 2j второй 3, третий 4, четвертый 5, пятый 6 и щестой 7 ключи, интегратор 8, первьй 9, второй 10 и третий 11 блоки деления, первый 12 и второй 13 элементы за- держки, компаратор 14, первый 15,второй 16j третий 17 и четвертый 18 умножители, вычитатель 19, сумматор 20, блок 21 нелинейности, элемент ИЛИ 22

и регистратор 23,

Исходная информация об изделии (с, g, R, Т,X ) вводится соответственно через T,II,IIT,IV и V входы устройства,

Работу устройства можно разделить на два этапа: определение t по критерию максимума Тер и вычисление 1 ; вычисление Кос для любого времени функционирования Т|.

5 . Устройство работает следующим образом.

Датчик I времени с шагом лТ задает в порядке нарастания последовательность возможных значений Tj. пе0 риода контроля и технического обслуживания изделия, Ti + дТГ ,где i 1,2,3,,,, В исходном состоянии ключи 2,3,5 и 7 закрыты, а ключи 4 и 6 открыты,

5 Сигнал с первого выхода датчика 1 времени через соединенные последовательно первый ключ 6 и элемент ИЛИ 22 поступает на первый вход блока 21 нелинейности, на второй вход кото0 рого поступает параметр X изделия, В блоке 21 нелинейности реализуется функция P(Tl ) expf-XT i на интервале передается через ключ 4 в интегратор 8, где она интегg рируется. Верхний предел интегрирования определяется текущим значением t- , подаваемым с выхода датчика 1 времени на второй вход интегратора 8, С выхода интегратора сигнал, соответствующий f cp. 1 P(t)dt, подается на второй вход первого блока 9 деления и на второй вход второго умножителя 16,

Сигнал Ti с выхода датчика 1 вре5м

мени подается также на первый вход

первого умножителя 15, на второй вход которого с первого входа устройства подается зтсачение параметра d, Q Результат перемножения с выхода первого умножителя 15 поступает в сумматор 20, где складывается с величиной параметра g, поступающей с второго входа устройства. Сигнал, соответствующий cti+g, с выхода сумматора 20 подается на первый вход второго делителя 10, на второй вход которого с третьего входа устройства поступает значение параметра R, Резуль0

55

тат деления N{

с выхода

5

R

второго делителя 10 подается на первый вход второго умножителя 16, на второй вход которого подается сигнал с выхода интегратора 8, I С выхода второго умножителя 16 I сигнал, соответствующий среднему вре- :мени полезного функционирования изде- д |лия на заданном ресурсе Тср N,p; ; (при данном значении периода коктро- ля и технического обслуживания изде- |лия f-i}f подается на второй вход регистратора 23, на первый вход компаратора 14 и, на вход первого элемента 52 задержки, В то же время на «второй вход кoмпapa ;opa 14 с выхода рервого элемента 12 задержки поступа- т задержанный на один такт работы |цатчика 1 времени сигнал, соответст- РУГОЩИЙ Тср К4.1.Тф, . I Сигнал Т{ с выхода датчика I вре- Йени подается также на первый вход jiepBoro блока 9 делания. На выходе рлока 9 деления действует сигнал, соответствующий коэффициенту готовнос- ги изделия ри данном периоде Ti , г-.е. К С;ф4. /t , и подается на

14257456

связана с вычислением коэффициента оперативной готовности изделия.

С четвертого входа устройства

значение параметра 1 через второй ключ 3 подается на первые входы третьего блока 11 деления и вычита- теля 9. В блоке 11 деления вычисляется Ы - число сеансов контроля и технического обслуживания, которое можно провести с периодом на интервале o,tf (целое число от-деления Т ). Сигнал, соответст- вуклций N, с выхода блока 11 подает- 15. ся в третий умножитель 7, где реализуется произведение Ift}

Из третьего умножителя 17 сигнал Nf подается в вычитатель 19, где реализуется разность Tf - 20 и передается через элемент ИЛИ 22 на первый вход блока 21 нелинейности.

В блоке 21 нелинейности формируется функция PC) ехр ( 1 и через четвертый ключ 5 передается на пер- 25 вый вход четвертого умножителя 18, на второй вход которого через шестой ключ 7

с выхода второго элемента 13 задержки подается сигнал К Кг{ л , соответствующий периоду

ретий вход регистратора 23 и на вход до . В четвертом умножителе 18

вычисляется величина коэффициента оперативной готовности изделия Квг КрР() и передается на пятый вход регистратора 23. На этом работа .

iTOporo элемента 3 задержки.

В компараторе 14 сравнивается меж- Ау собой два сигнала и « един из которых соответствует текуще- gg устройства заканчивается.

му значению пе:риода f , а другой предыдущему -Т . Если в резуль- сравнения окажется, что Ttp 4 Тср, то с первого выхода компарато- pja 14 на вход датчика 1 времени пос- т|упает управлякпций сигнал на вьщачу нового TI значения периода и про- ц1есс вычисления ТЯР и Kj. повторится, но уже при новом 4+ значении периода. Если же Тф Т, то управляющий сигнал; появляется на втором выходе компаратора I4 и открывает ключи 2,3, 5 и 7, а ршючи 4 и б закрывает. В результате этого сигнал

ПoлoжитeJJЬный эффект предлагаемого устройства заключается в том,что оно позволяет определить не только период контроля и технического обслу40 живания изделия, оптимальный по критерию максимума времени полезного функционирования изделия, и коэффициент .готовности, который обеспечивается выработанной стратегией обслу45 живания, но я определяет вероятность выполнения изделием целевой задачи в текущий момент времени, т.е. коэффициент оперативной готовности (Kof ).

Экономический эффект от внедрения

датчика 1 времени i , равный опти- до предлагаемого изобретения определяет-- мальному периоду контроля и техничес- ся величиной предотвращенного ущер- кого обслуживания , так как он

ба от срыва вьтолнения целевых задач и определяется следующим образом.

обеспечивает максимум среднего времени полезного функционирования изделия, проходит через первый ключ 2 на четвертый вход регистратора 23, а также на вторые входы третьего блока 1I деления и третьего умножи- тетя 17.Дальнейшая, работа устройства

- - д -4257456

связана с вычислением коэффициента оперативной готовности изделия.

С четвертого входа устройства

значение параметра 1 через второй ключ 3 подается на первые входы третьего блока 11 деления и вычита- теля 9. В блоке 11 деления вычисляется Ы - число сеансов контроля и технического обслуживания, которое можно провести с периодом на интервале o,tf (целое число от-деления Т ). Сигнал, соответст- вуклций N, с выхода блока 11 подает- 15. ся в третий умножитель 7, где реализуется произведение Ift}

Из третьего умножителя 17 сигнал Nf подается в вычитатель 19, где реализуется разность Tf - 20 и передается через элемент ИЛИ 22 на первый вход блока 21 нелинейности.

В блоке 21 нелинейности формируется функция PC) ехр ( 1 и через четвертый ключ 5 передается на пер- вый вход четвертого умножителя 18, на второй вход которого через шестой ключ 7

с выхода второго элемента 13 задержки подается сигнал К Кг{ л , соответствующий периоду

gg устройства заканчивается.

ПoлoжитeJJЬный эффект предлагаемого устройства заключается в том,что оно позволяет определить не только период контроля и технического обслу40 живания изделия, оптимальный по критерию максимума времени полезного функционирования изделия, и коэффициент .готовности, который обеспечивается выработанной стратегией обслу45 живания, но я определяет вероятность выполнения изделием целевой задачи в текущий момент времени, т.е. коэффициент оперативной готовности (Kof ).

до предлагаемого изобретения определяет-- ся величиной предотвращенного ущер-

55

ба от срыва вьтолнения целевых задач и определяется следующим образом.

Пусть S(t) - потери от невыполнения задачи на момент времени t из-за незнания коэффициента оперативной готовности и неправильного выбора интервала выполнения целевой задачи на периоде. Тогда общие стоимост U25745

ые потери за время активного сущестмор за тр ты вх ты кл

вования изделия-можно определить соотношением Q(TC) S/ S(t)dt.

Формула изоб

р е т е н и я

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия,содержащее датчик времени, первый выход которого соединен с первыми входами регистратора, первого блока деления и первого блока умножения, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом второго блока деления, выход которого подключен к первому входу второго блока умножения, выход которого соединен с первым входом компаратора, с вторым входом регистратора и через первый злемент задержки подключен к второму входу компаратора, первый выход которого соединен с входом датчика времени, второй выход которого подключен к информационному входу первого ключа, управляющий вход которого соединен с вторым выходом компаратора, вторые входы первого блока умножения , сумматора и второго блока деления Являются соответственно первым, вторым и третьим входами устрой

8

мости изделия, в него введены второй - шестой ключи, второй злемент задержки, злемент ИЛИ, вычитатель, третий блок деления, третий и четвертый блоки умножения, информационный вход второго ключа является четвертым входом устройства, выход второго ключа соединен с .первыми входами вычитателя и третьего блока деления, выход которого подключен к первому входу третьего блока умножения, выход которого соединен с вторым входом вычитателя, выход которого подключен

5 к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом блока нелинейностиJ выход которого подключен к информационным входам третьего и четвертого ключей, выход

0 последнего из которых соединен с первым входом четвертого блока умножения, вьпсод которого подключен к четвертому входу регистратора, выход третьего ключа соединен с ,первым вхо5 дом интегратора, второй вход которого подключен к первому выходу датчика времени, который соединен с информационным входом пятого ключа, выход которого подключен к второму входу

0 элемента ИЛИ, второй выход компаратора подключен к управляющим входам второго - шестого ключей, выход пос- . леднего из которых соединен с вторым входом четвертого блока умножения.

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить (или мо далировать) оптимальные периоды контроля и технического обслуживания изделий, их готовность к целевому Т, функционированию, а также время полезного функционирования на заданном ресурсе. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет определения.коэффициента оперативной готовности для любого момента функционирования изделия. Устройство содержит датчик 1 времени, ключи 2-7, интегратор 8, блоки 9-11 деления,элементы 12 и 13 задержки, компаратор 14, умножители 15 - 18, вычитатель 19, сумматор 20, блок 21 нелинейности, элемент ИЛИ 22 и регистратор 23, Устройство позволяет определить не только период технического обслуживания изделия и коэффициент готовности, но и определяет вероятность выполнения изделием целевой задали в текущий момент . 1 ил. S (Л

ства, блок нелинейности и интегратор, 35 выход первого блока деления через

выход которого соединен с вторыми входами второго блока умножения и первого блока деления, выход которого подключен к третьему входу регистратора,, о тличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет определения коэффициента оперативной готов

второй злемент задержки подключен к информационному входу шестого ключа, выход первого ключа соединен с вторыми входами третьего блока умножения, третьего блока деления и пятым входом регистратора, второй вход блока нелинейности является пятым входом устройства.