Устройство для определения периода контроля технических систем Советский патент 1990 года по МПК G06F11/30 G06F17/00 G06F17/18 

Q1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для исследования случайных процессов в сложных технических системах. Цель изобретения - повышение точности определения оптимального периода контроля. Устройство содержит задатчики 1 вероятностей отказов, генераторы 2 случайных сигналов, блоки 3, 8 умножения, пороговые элементы 4, элементы И 5, сумматоры 6, ключи 7, блоки 9 задания степени снижения эффективности системы при отказе, блок 10 управления параметрами моделирования, блок 11 определения эффективности работы технической системы, блок 12 отображения и источник 13 постоянного напряжения. Устройство обеспечивает учет различной степени снижения эффективности сложной технической системы при отказе различных групп ее элементов. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

00

8

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов, например для определения периодичности контроля сложных технических устройств.

Цель изобретения - повьппение точности определения оптимального периода контроля для сложных технических устройств путем учета различной степени снижения эффективности их использования при отказе различных элементов.

Сущность изобретения заключается в моделировании процесса эксплуатации сложного технического устройства В процессе эксплуатации техническое состояние определяется с помощь контроля п параметров, на значения которых влияют определенные элементы, входящие в состав технического устройства. Элементы обладают определенной интенсивностью отказов -, отказы их подчинены экспоненциальному закону, т.е. exp.it. Если I, j, k и т.д. элементы влияют на величину i-ro параметра контроля, то вероятность-отказа по i-му параметру контроля определяется вероятностью

определяется

РО,; (t) 1 - , где (А , + + } :+7iy,+ ...). Наличие отказа определяется по результатам контроля,Редкий контроль приводит к тому, что техническое устройство может находиться длительное время в состоянии

к п скрытого отказа

где Т J,; случайное время нахождения устройства в состоянии скрытого отказа по i-му параметру контроля; К - количество циклов контроля на интервале времени эксплуатации Т..

Л tri

«i О,

J

Частый контроль ведет к значительному усложнению простого устройства, связанному с временем контроля пара- к- и

метров

: z:, i

л

с

t

где . - длительность контроля 1-го параметра.

Для простых систем, где любой отказ ведет к отказу всего устройства, оптимальный период контроля такой, когда выполняется условие Тр- +i мин. в сложных технических устройствах отказы отдельных элементов не всегда приводят к отказу всего устройства, а могут в той или иной сте

пени снижать эффективность его ис- i пользования по прямому значению (Эц). Кроме того, в процессе контро- ля устройство тоже может быть использовано с определенной эффективностью (Эц). Поэтому для сложных объектов оптимальным периодом контроля является такой, который обеспечивает минимальное значение суммы

.1 - Эй;) TO; е. . (1-Э„,;).

Q

5

5

0

5

0

5

0

5

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг,2 - схема блока управления параметрами моделирования; на фиг,3 - схема блока определения эффективности работы технической системы; на фиг,4 - схема за- датчика вероятностей отказа;на фиг.5- временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит задатчики 1, - 1д вероятностей отказов, генераторы 2,-2„ случайных сигналов, первые блоки 3i-3 группы умножения, пороговые элементы 4,-4„ группы, элементы И 5(-5 группы, сумматоры 6„ i группы задания, ключи группы,

.вторые блоки 8,-8„ умножения группы, блоки задания степени снижения ; эффективности системы при отказе группы, блок 10 управления параметрами моделирования, блок 11 определения эффективности работы технической - системы, блок 12 отображения, источник 13 постоянного напряжения. Блок 10 содержит генератор 14 тактовых импульсов, ключ 15, делитель 16 частоты, одновибратор 17, счетчик 18, дешифратор 19, группу делителей 201 частоты, группу одновибраторов 21,-21, группу счетчиков , группу ключей 23,-23, группу узлов 2Ач-24(, умножения, группу узлов 25,-25 ft задания степени снижения эффективности системы при контроле, элемент 26 задежки, узел 27 задания законов изменения вероятностей отказов. Блок 11 содержит генератор 28 импульсов, счетчик 29, дешифратор 30, коммутатор 31, сумматор 32,.

Узлы 33,-33„ задания дхительности контроля параметров системы, узлы

, умножения , Задатчик 1 содержит ключ 35, конденсатор 36,резне- : тор 37.i

За счет заряда емкости 36 формируется экспоненциальный закон распределения PQ, (t) 1-е . Вероятность отказа каждой части устройства изменяется со своей скоростью в соответствии с А;. Технически реализуется за счет изменения вааичины емкости конденсатора 36 с блока 10 управления, т.е. меняется постоянная времени заряда ЕС цепочки. Разряд емкости 36 осуществляется путем подачи напряжения на ключ 35 с блока 10 управления по достижении t через параллельно подключенные контакты ключа 35 емкости 36.

В блоки , и в коде заносятся значения снижения эффективности использования технического устройства при отказе его i-ой .j-ой, и т.д. части {(1-3(ij), снижения эффективности использования технического устройства при контроле его i-ro, j-ro и т.д. параметра {(1 Эцк|) и значения длительности контроля определенного параметра Д соответственно.

В блоке 10 осуществляется с помощью узла 27 установка величин емкостей 36 обратно пропорционально ин тенсивностям. отказов прекращение моделирования процесса эксплуатации технического устройства на интервале времени Т при выполнении требований по достоверности моделирования (задается числом реализацией процесса экспяуатаци М путем подключения т-го выхода дешифратора 19 к запрещающему управлякндему входу ключа 15); подсчет количества периодов контроля по катщой части устройства за весь ЦИ1СЛ моделирования (коэффициенты пересчета делителей 20,-20„ пропорциональны Т Ткп.1 сброс напряжения на выходе задатчиков 1 в начале очередного контроля подачей сигнала с выхода одновибраторов длительности импульсов одновибраторов 21 - 21ц пропорциональны соответственно к к чтобы в процессе контроля предотвратить заполнение счетчиков 20,-20jj, так как следующий период контроля сдвинут на интервал C KJ - (} (на фиг.За, б заштрихованные области), а также, чтобы на этом же интервале времени исключить ложный процесс формирования отказа, т.е. заряд емкости 36; задержка сброса информации со счетчиков и ,

пока не осушествится процесс сложения в сумматоре 32 (элемент 26 задержки

5

5

0

5

0

5

0

5

имеет 1, 2п.

tzB

14

ч-О, ); коэффициент пересчета делителя 16 частоты пропорционален Т. Счетчик 18 очищается перед началом работы устройства по шине. Сброс.

Блок 11 осуществляет последовательное сложение значений с выходов блоков 8,-8), и узлов 24,-24„ путем последовательного подключения их выходов к входу сумматора 32. Коммутатор 31 - стандартный элемент, i-й информационный вход которого коммутируется на его выход при наличии сигнала на i-м управляющем входе. Управляющие сигналы переадресуются с помощью дешифратора 30, который дешифрирует состояние счетчика 29.

Устройство работает следующим образом.

Изменение во времени вероятности отказов по закону Рру; (t) 1 - каждой из частей технического устройства, определяющих значение контролируемых параметров, моделируется задатчиками 1 (Л-;- интенсивлость отказов элементов, влияющих на значение i-ro параметра). На задатчи- ки 1 (фиг.4) подается постоянное напряжение с источника 13. Происходит заряд конденсаторов 36, причем постоянная времени заряда каждого задат- чика 1 отлична от других и соответствует интенсивности отказов моделируемой части технического устройства. Емкости конденсаторов 36, а следовательно, и постоянные времени заряда задатчиков 1 задаются блоком 10 с помощью узла 27. Таким образом, вероятность отказа элементов технического устройства, контролируемых i-M параметром, меняется от времени со своей скоростью в соответствии с Л;, что отображено на диаграммах (фиг.5а,б).

Случайный характер изменения вероятности отказов моделируется путем перемножения напряжения эадатчика 1 со случайно изменяющимся напряжени- ем генератора 2. Умножение происходит в блоках 3.

При достижении напряжения на выходах блоков 3 величины порога V fjon 0,95 и цсг (г Д и „с т напряжение источника 13) срабатьтают пороговые элементы 4. Величина порога в каждом случае в каждом из п каналов устрой;

10

ства достигается в общем случае в разное время (фиг.5а,б), которое определяется постоянной времени заряда накопительного конденсатора 36 задатчика 1 данного канала. Срабатывание данного порогового элемента 4 соответствует возникновению отказа в части устройства, моделируемой данным каналом и контролируемой данным параметром контроля.

Период эксгшуатации Т,, на котором моделируется процесс использования технического устройства, периоды контроля по каждому параметру (Т,- Тц ) и длительности контроля каждого параметра (к К(. устанавливаются в блоке 10. При выбранных значениях этих величин в одних частях системы за TK отказ не происходит (фиг.За), в 2о других может произойти (фиг.56,д), причем в разное время. Время с момента возникновения отказа до момента начала контроля представляет собой время, в течение которого имеет ме- 25

сто скрытый отказ с.- В течение

го времени техническое устройятво функционирует с заниженной или равной нулю эффективностью использова- л.

. 15998708

ты 20) с этого блока подается импульс (с выхода одновибратора 21) длительностью , включающий схемы разряда задатчиков 1 и предотвращающий заряд емкости 36 на время контния , Время о (« также различно для различных частей системы. В процессе контроля i-ro параметра техническое устройство также может применяться с меньшей эффективностью (Эщ(.) , это время , также в общем случае различно.

В блоке 10 и в блоках 9, -9 в исходном состоянии заносятся также значения разности между единицей и эффективностью использования устройства при отказе по определенному параметру (Эц - Эц ) и эффективности использования устройства при проведении контроля по данным параметрам (Эцк, - Эц ) соответственно.

При включении устройства в определенные моменты времени (фиг.За,б) происходят отказы, срабатывают соответствующие пороговые элементы 4 и открываются соответствующие им элементы И 5. Импульсы с блока 10 поступают на соответствующие сумматоры 6, т.е. в них накапливается время скрытого отказа для каждой ветви устройства за весь цикл моделирования. По истечении установленного на блоке 10 периода -контроля Т данной части технического устройства (задается коэффициентом пересчета делителя часто30

роля соответствующего параметра. По окончании времени j. цикл заряда повторяется, т.е. идет моделирование следующего участка времени использования технического устройства. Кроме того, в соответствующий счетчик 22 заносится единица, свидетельствующая о проведении одного цикла контроля. Аналогичным образом устройство работает до момента времени Т, когда завершен период эксплуатации технического устройства. В момент времени t Т в блоке 10 на выходе делителя частоты 16 появляется сигнал, срабатывает одновибратор 17, заносится единица в счетчик 18 и на . первом из М вькодов дешифратора 19 появляется единица (к управляющему входу ключа 15 подключен тп-й выход дешифратора 19). Таким образом, в счетчиках , в зависимости от выбранного для ка-лдого канала периода контроля и его длительности записываются различные числа (т.е. количество проведенных контрольных операций за время Т), а в сумматорах 6, -6 J, также заносится различное количество импульсов в соответствии с интенсивностью отказов каналов и выбранным периодом контроля.

Эта информация о значениях oi;

i j J

и n цикл OB контроля по кавдой i-й части технического устройства накапливается J3 блоках , и счетчиках момента времени, когда, в счетчик 18 записывается М-я единиД5 ца (требования по достоверности моделирования вьшолнены), В момент времени t М-Т 5 на та-м выходе дешифратора 19 появляется потенциал- логической единицы, который закрывает ключ 15, запрещая процесс моделирования. Кроме того, этим напряжением открываются ключи ,, 23,-23,и ,, разрешая проведение операции

W умножения в блоках (Т-Эо;)21

п

21соЛ в узлах 24,(1-Эцк;)

IS

и В узлах 34, nj(1-3uK; ) , с

35

40

50

роля соответствующего параметра. По окончании времени j. цикл заряда повторяется, т.е. идет моделирование следующего участка времени использования технического устройства. Кроме того, в соответствующий счетчик 22 заносится единица, свидетельствующая о проведении одного цикла контроля. Аналогичным образом устройство работает до момента времени Т, когда завершен период эксплуатации технического устройства. В момент времени t Т в блоке 10 на выходе делителя частоты 16 появляется сигнал, срабатывает одновибратор 17, заносится единица в счетчик 18 и на . первом из М вькодов дешифратора 19 появляется единица (к управляющему входу ключа 15 подключен тп-й выход дешифратора 19). Таким образом, в счетчиках , в зависимости от выбранного для ка-лдого канала периода контроля и его длительности записываются различные числа (т.е. количество проведенных контрольных операций за время Т), а в сумматорах 6, -6 J, также заносится различное количество импульсов в соответствии с интенсивностью отказов каналов и выбранным периодом контроля.

Эта информация о значениях oi;

i j J

и n цикл OB контроля по кавдой i-й части технического устройства накапливается J3 блоках , и счетчиках момента времени, когда, в счетчик 18 записывается М-я единица (требования по достоверности моделирования вьшолнены), В момент времени t М-Т 5 на та-м выходе дешифратора 19 появляется потенциал- логической единицы, который закрывает ключ 15, запрещая процесс моделирования. Кроме того, этим напряжением открываются ключи ,, 23,-23,и ,, разрешая проведение операции

W умножения в блоках (Т-Эо;)21

п

21соЛ в узлах 24,(1-Эцк;) i

IS

и В узлах 34, nj(1-3uK; ) , с

выходов которых данные поступают на соответствующие информационные входы коммутатора 31. С выхода дешифратора 19 запускается также генератор 28, который через счетчик 29 и дешифратор 30 управляет коммутацией информационных входов на его выход, т.е. на вход сумматора 32. По первому импульсу 28 с первого выхода дешифратора 30 коммутируется первый информационный вход на вход сумматора 32

Г 1 -,

((1-Эц) ° второму ( . I {е I п -3ui)Z.c л, по п-И-му -ГСкГ n,

J4 ;«:| J

X (ЬЭик,), а 2п-му Эик«)3 Таким образом, в сумматоре 32 происходит сложение всех времен скрытых отказов, умноженных на неэффективность их использования в состоянии отказа по всем параметрам, и всех длительностей контроля, умноженных на неэффективность использования в процессе контроля. Эта сумма поступает на блок 12, где отображается в цифровой форме.

Делители 16 и 20 , « частоты очищаются после окончания Т и ,, соответственно (подготавливаются к новому этапу моделирования), счетчик ,и 6,-6 , очищаются после окончания МТ с задержкой о «,(элемент 26) для того,чтобы закончились переходные процессы в блоках умножения и сумматоре 32.. .

На первом этапе определения оптимального периода контроля для всех параметров устанавливается период Т к - Tj, Затем уменьшается значение Т, и, если значение на выходе сумматора 32 уменьшается, то изменение Т к, осуществляется до момента Tj,, с которого значение на выходе блока 32 начинает увеличиваться. Аналогичные операции осуществляются по остальным п-1 каналам и определяется

{ к;ор+1 ° ««« п

Ф о р м у л а изобретения

0 соответствующих пороговых элементов группы, выходы которых подключены к первым входам соответствующих элементов И группы, вторые входы которых соединены с информационным выхо5 дом блока управления параметрами моделирования, а выходы - с информационными входами соответствующих сумматоров группы, отличающееся тем, что, с целью повьппе0 ния точности определения оптимального периода контроля, в устройство введены группа ключей, вторая группа блоков умножения, группа бло ков задания степени снижения эффеке тивности системы при отказе и блок определения эффективности работы технической системы, выход которого со.ёдинен с входом блока отображения, первая группа информационных входов

0 связана с выходами блоков умножения второй группы, вторая, группа информационных входов -. с гр5Т1ПОй информационных выходов блока управления параметрами моделирования, а уп5 равляющий вход и управляющие входы ключей группы подключены к управляющему выходу блока управления параметрами моделирования, группа выходов сброса которого соединена с вхо0 дами сброса сумматоров группы, выхо7 ды которых связаны с информационными входами соответствующих ключей группы, выходы которых подключены к входам первых сомножителей соответствую5 щих блоков умножения второй группы, Bxoffa вторых сомножителей которых соединены с выходами соответствующих блоков задания степени снижения эффективности .системы при отказе, вход

сброса блока управления параметрами моделирования является входом сброса устройства,

5

0

5

0

5

0

торого связан с выходом генератора тактовых импульсов, выходы делителей частоты группы подключены к входам соответствующих одновибраторов группы, входы сброса счетчиков группы и выход сброса блока соединены с выходом элемента задержки, выходы узла задания законов изменения вероятностей отказов являются группой установочных выходов блока, вход сброса счетчика является входом сброса блока,

3, Устройство по п,1, о т л и - чающееся тем, что блок определения эффективности работы технической системы содержит генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор, коммутатор, сумматор и группы узлов умножения и узлов задания длительности контроля параметров системы, выходы которых соединены с входами первых сомножителей узлов умножения группы, входы вторых сомножителей которых являются второй группой информационных входов блока, а выходы связаны с первой группой информационных входов коммутатора, вторая группа информационных входов которого является первой группрй информационных входов блока, группа управляющих входов коммутатора подключена к группе выходов дешифратора а выход коммутатора соединен с информационным входом сумматора, выход которого соединен с выходом блока, один из разрядов дешифратора связан с входом сброса счетчика и с входом остановки генератора тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с управлякщим входом блока, а выход - со счетным входом счетчика, выход которого связан с входом дешифратора.

Г

Фиг. 2

7L

«

К

6i 6fj

Фиг.З

Pnr-l-e

OTt

Porn-l-e 1..

Упор

Фиг.

Фиг.5