Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия Советский патент 1992 года по МПК G06F15/46 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определять минимально необходимое число резервных элементов для обеспечения беспрерывной работы изделия в течение заданного времени и с заданным коэффициентом обеспеченности.

Известно устройство, содержащее датчик времени, блок непинейности, интегратор, блок сравнения, четыре регистра, регистратор, два блока деления, четыре блока умножения, три ключа и два сумматора. Оно позволяет определять минимально необходимый запас ресурса для работы изделия в течение заданного времени. Однако оно не позволяет определять минимально необходимое число резервных элементов для обеспечения беспрерывной работы изделия в течение заданного времени и с заданным коэффициентом обеспеченности.

Известно также устройство, содержащее датчик времени, блок нелинейности, три элемента задержки, блок сравнения, два ключа, интегратор, три сумматора, два блока деления и блок умножения Оно позволяет определять среднее значение числа резервных элементов, необходимых для эксплуатации изделия в течение заданного времени. Однако оно не позволяет определять минимально необходимое число резер- вных элементов для обеспечения беспрерывной работы изделия в течение заданного времени и с заданным коэффициентом обеспеченности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее датчик времени, блок нелинейности, интегратор, три блока умножения, че-ч ы Ч

тыре сумматора, блок деления, три элемента задержки, компаратор, три ключа и регистратор. Оно позволяет определять среднее значение числа резервных элементов, необходимых для эксплуатации изделия в течение заданного времени.

Недостатком устройства является невозможность определения минимально необходимого числа резервных элементов для обеспечения беспрерывной работы изделия в течение заданного времени и с заданным коэффициентом обеспеченности в условиях непрерывного контроля работоспособности изделия.

Целью изобретения является расширение области применения за счет реализации вычисления количества минимально необходимого числа резервных элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее два комбинационных сумматора, блок вычисления экспоненты, блок деления, три коммутатора, блок умножения и блок сравнения, причем информационный вход устройства соединен с информационным входом первого коммутатора, выход второго коммутатора соединен с первым входом первого комбинационного сумматора, выход которого соединен с входом делителя блока деления, выход второго комбинационного сумматора соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления экспоненты, а выход подключен к первому информационному входу блока сравнения, второй информационный вход которого подключен к входу задания коэффициента обеспеченности устройства, а выход подключен к входу управления третьего коммутатора, выход которого соединен с выходом устройства, введены два накопительных сумматора, два блока суммирования - умножения, преобразователь амплитуды в длительность, два триггера, формирователь одиночного импульса, блок синхронизации и элемент ИЛИ, причем вход запуска устройства соединен со счетным входом первого триггера, с входом установки в единицу второго триггера и входами сброса первого и второго блоков суммирования - умножения, вход задания единичного уровня сигнала устройства соединен с первыми информационными входами первого и второго блоков суммирования - умножения, первым входом второго комбинационного сумматора, информационным входом второго коммутатора и информационным входом первого накопительного сумматора, первый выход которого соединен с информационным входом третьего коммутатора, и второй - с вторым информационным входом второго блока суммирования - умножения, выход которого соединен с вторым входом первого комбинационного сумматора, управляющий вход второго коммутатора соединен с выходом второго

триггера, информационный вход устройства соединен с вторым информационным входом первого блока суммирования - умножения, выход которого соединен с входом делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом второго накопительного сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго комбинационного сумматора, выход первого триггера соединен с управляющим входом

первого коммутатора, выход которого соединен с информационным входом преобразователя амплитуды в длительность, управляющий вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход подключен

к информационному входу блока вычисления экспоненты и входу формирователя одиночного импульса, выход которого соединен с первым входом блока синхронизации и первым входом элемента ИЛИ, выход

которого соединен с входом запуска блока сравнения, выход которого подключен к второму входу блока синхронизации, первый выход которого соединен с входами синхронизации первого накопительного сумматора и первого блока суммирования - умножения, второй выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации второго блока суммирования - умножения и входом установки в ноль второго триггера,

третий и четвертый выходы блока синхронизации соединены с входом синхронизации второго накопительного сумматора и вторым входом элемента ИЛИ соответственно. Пусть изделие должно непрерывно функционировать в течение заданного времени т . Считаем, что контроль работоспособности изделия проводится непрерывно и отказ обнаруживается мгновенно. После обнаружения отказа изделие ремонтируется за

пренебрежимо короткое время и сразу же возвращается в рабочее состояние. При этом под ремонтом понимается полное восстановление всех исходных свойств изделия. Пусть необходимо обеспечить

беспрерывную работу изделия в течение времени т с заданной вероятностью (или коэффициентом обеспеченности) 1 д , Восстановление работоспособности изделия осуществляется за счет резервных элементов. Пусть функция распределения вероятности появления отказа изделия F(t) за время t имеет экспоненциальное распределение с интенсивностью отказов Я. Тогда

функция распределения вероятности появления К-го отказа изделия Рк(т.) за время t будет равна К-й свертке функций распределения F(t):

FK(T) (F F (K 1)(t),

(D

где F (t) - (К-1)-я свертка функций распределения F(t).

Для экспоненциального закона распределения вероятность появления отказа изделия FK(T.) будет иметь распределение Эрланга порядка К:

к - 1

FK(t)1-exp(-At) 2 i 0

(2)

Задача обоснования минимально необходимого количества резервных элементов для обеспечения беспрерывной работы изделия в течение заданного времени т с заданным коэффициентом обеспеченности (1 - д) формулируется следующим образом: найти минимальное значение К, при котором выполняется неравенство:

ехр (-At)

1-с5.(3)

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый накопительный сумматор 1, первый блок 2 суммирования - умножения, первый коммутатор 3, преобразователь 4 амплитуды в длительность, первый триггер 5, второй блок 6 суммирования - умножения, блок 7 деления, формирователь 8 одиночного импульса, блок 9 вычисления экспоненты, первый комбинационный сумматор 10, второй накопительный сумматор 11, второй комбинационный сумматор 12, блок 13 умножения, второй коммутатор 14, блок 15 синхронизации, элемент ИЛИ 16, второй триггер 17, блок 18 сравнения и третий коммутатор 19.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу Пуск с входа запуска устройства первый 5 и второй 17 триггеры переводятся в единичное состояние, первый 2 и второй 6 блоки суммирования - умножения переводятся в состояние готовности к работе. С информационного входа устройства на второй информационный вход первого блока 2 суммирования -- умножения и на информационный вход первого коммутатора 3 поступает аналоговый сигнал Аг. По

сигналу с выхода первого триггера 5 запускается преобразователь 4 амплитуды в длительность, который преобразует аналоговый сигнал А г, поступающий с выхода

первого коммутатора 3 на информационный вход преобразователя 4 амплитуды в длительность, в импульс длительностью А г. Импульс длительностьюАг с выхода преобразователя 4 амплитуды в длительность поступает на информационный вход блока 9 вычисления экспоненты и на вход формирователя одиночного импульса 8. По переднему фронту импульса запускается блок 9 вычисления экспоненты, а по заднему фронту импульса запускается формирователь 8 одиночного импульса, а блок 9 вычисления экспоненты запоминает значение выходного сигнала в момент А г, т.е. ехр (-Аг ), Сигнал ехр (-Аг ) поступает на второй вход

блока 13 умножения. С входа задания единичного уровня сигнала устройства сигнал единичного уровня поступает на информационный вход второго коммутатора 14, на информационный вход первого накопительного сумматора 1, на первые информационные входы блоков 2 и 6 суммирования - умножения и на первый вход второго комбинационного сумматора 12. Так как в начале работы устройства на втором входе второго

комбинационного сумматора 12 будет нулевой сигнал, то сигнал единичного уровня с выхода второго комбинационного сумматора 12 поступает на первый вход блока 13 умножения. Импульс с выхода формирователя одиночного импульса 8 поступает на первый вход блока 15 синхронизации и через элемент ИЛИ 16 на вход запуска блока 18 сравнения. Сигнал ехр (- Аг) с выхода блока 13 умножения поступает на первый

вход блока 18 сравнения, на втором входе которого будет значение (1 -д ), поступающее с входа задания коэффициента обеспеченности устройства. Если ехр (-Аг) (1 - д). то на выходе блока 18 сравнения будет нулевой сигнал. По заднему фронту импульса с выхода формирователя одиночного импульса 8 запускается блок 15 синхронизации. Блок 15 синхронизации генерирует на своих выходах последовательности импульсов со скважностью,равной четырем,и сдвинутыми на каждом последующем выходе относительно предыдущего на четверть периода. Импульс с первого выхода блока 15 синхронизации поступает на входы синхронизации первого накопительного сумматора 1 и первого блока 2 суммирования - умножения. По заднему фронту импульса на первом и втором выходах первого накопительного сумматора 1 будут соответственно

сигналы 2 и 1, а на выходе первого блока 2 суммирования - умножения будет сигнал Кг , который поступает на вход делимого блока 7 деления. Чтобы на выходе блока 7 деления не был сигнал, равный ос , на его вход делителя поступает сигнал единичного уровня с выхода второго коммутатора 14 через первый комбинационный сумматор 10, так как на второй вход первого комбинационного сумматора 10 в это время поступает нулевой сигнал. После окончания импульса на первом выходе блока 15 синхронизации очередной импульс появляется на его втором выходе. Этот импульс поступает на вход синхронизации второго блока 6 суммирования - умножения и на вход установки в ноль второго триггера 17. По заднему фронту импульса на выходе второго блока 6 суммирования - умножения будет сигнал единичного уровня, а второй триггер 17 переведется в нулевое состояние. Таким образом, по окончании импульса с второго выхода блока 15 синхронизации на втором входе первого комбинационного сумматора 10 будет сигнал единичного уровня, и на первом - нулевого уровня, на информационном входе второго накопительного сумматора 11 будет сигнал Ят. После окончания импульса на втором выходе блока 15 синхронизации очередной импульс появляется на его третьем выходе, который поступает на вход синхронизации второго накопительного сумматора 11. По окончании импульса на выходе второго накопительного сумматора 11 будет сигнал Ят, а на первом входе блока 13 умножения будет сигнал (1 + Ят). На выходе блока 13 умножения будет сигнал ехр (-Яг ) (1 + Ят), который поступает на первый вход блока 18 сравнения. После окончания импульса на третьем выходе блока 15 синхронизации очередной импульс появится на его четвертом выходе, который через элемент ИЛИ 16 поступит на вход запуска блока 18 сравнения. По этому импульсу происходит сравнение сигналов на входах блока 18 сравнения. Если ехр (-Ят) (1 + Яг) (1 -д ), то на выходе блока 18 сравнения будет нулевой сигнал, который не препятствует окончанию вычислительного процесса. Тогда по окончании импульса на четвертом выходе блока 15 синхронизации очередной импульс появится на его первом выходе и весь цикл вычислений повторится. По окончании импульса на первом выходе блока 15 синхронизации на выходе первого блока 2 суммирования - умножения будет значение (Ят ) , на первом и втором выходах первого накопительного сумматора 1 будут соответственно значения 3 и 2. По окончании импульса на втором выходе блока 15 синхронизации на выходе второго блока 6 суммирования - умножения будет значение сигнала 21. По окончании

импульса на третьем выходе блока 15 синхронизации на выходе второго накопительного сумматора 11 будет значение Ят + (Ят )2/2, а на выходе второго комбинационного сумматора 12 будет значение сигнала 1 + Ят + ( Ят )2/2. Если ехр(-Ят)1 +Ят + (Ят)2/2(1 -д), то весь процесс вычислений повторится. Таким образом, в каждом цикле вычислений в накопительных сумматорах значение

сигнала на информационном входе суммируется со значением сигнала, который был на их выходах в предыдущем цикле вычислений, а в блоках суммирования - умножения значение сигнала на втором

информационном входе перемножается со значением сигнала, который был на их выходах в предыдущем цикле вычислении. Весь процесс вычислений будет повторяться до тех пор, пока не будет

выполняться следующее неравенство:

(Ят)

к - 1

)

-М1).

0

5

5

0

Как только это выполнится, на выходе блока 18 сравнения появится единичный управляющий сигнал. По этому сигналу с первого выхода первого накопительного сумматора 1 через третий коммутатор 19 на выход устройства поступит значение К - минимально необходимое число резервных элементов для обеспечения беспрерывной работы изделия в течение заданного времени т с заданным коэффициентом обеспеченности (1 -д ). Управляющий сигнал с выхода блока 18 сравнения поступит на второй вход (установ нуля) блока 15 синхронизации. На этом работа устройства заканчивается.

Устройство позволяет определить минимально необходимое число резервных элементов для обеспечения беспрерывной работы изделия в течение заданного времени и с заданным коэффициентом обеспеченности, что повышает эффективность эксплуатации изделий.

Формула изобретения

Устройство для определения оптималь- ного периода технического обслуживания изделия, содержащее два комбинационных сумматора, блок вычисления экспоненты, блок деления, три коммутатора, блок умножения и блок сравнения, причем информационный вход устройства соединен с

информационным входом первого коммутатора, выход второго коммутатора соединен с первым входом первого комбинационного сумматора, выход которого соединен с входом делителя блока деления, выход второго комбинационного сумматора - с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления экспоненты, а выход подключен к первому информационному входу блока сравнения, второй информационный вход которого подключен к входу задания коэффициента обеспеченности устройства, а выход- к входу управления третьего коммутатора, выход которого соединен с выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет реализации вычисления количества минимально необходимого числа резервных элементов, в него введены два накопительных сумматора, два блока суммирования-умножения, преобразователь амплитуды в длительность, два триггера, формирователь одиночного импульса, блок синхронизации и элемент ИЛИ, причем вход запуска устройства соединен со счетным входом первого триггера, с входом установки в 1 второго триггера и входами сброса первого и второго блоков суммирования -умножения, вход задания единичного уровня сигнала устройства соединен с первыми информационными входами первого и второго блоков суммирования-умножения, первым входом второго комбинационного сумматора, информационными входами второго коммутатора и первого накопительного сумматора, первый выход которого соединен с информационным входом третьего коммутатора, а второй - с вторым информационным входом второго блока суммирования-умножения, выход которого соединен с вторым входом первого комбинационного сумматора, управляющий вход второго ком- мутатора соединен с выходом второго триггера, информационный вход устройства - с вторым информационным входом первого блока суммирования-умножения, выход которого соединен с входом делимого блока 0 деления, выход которого соединен с информационным входом второго накопительного сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго комбинационного сумматора, выход первого триггера соединен с 5 управляющим входом первого коммутатора, выход которого соединен с информационным входом преобразователя амплитуды в длительность, управляющий вход которого соединен с выходом первого триггера, а вы- 0 ход подключен к информационному входу блока вычисления экспоненты и входу формирователя одиночного импульса, выход которого соединен с первыми входами блока синхронизации и элемента ИЛИ, выход ко- 5 торого соединен с входом запуска блока сравнения, выход которого подключен к второму входу блока синхронизации, первый выход которого соединен с входами синхронизации первого накопительного 0 сумматора и первого блока суммирования- умножения, второй выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации второго блока суммирования-умножения и входом установки в О второго триггера, 5 третий и четвертый выходы блока синхронизации соединены с входом синхронизации второго накопительного сумматора и вторым входом элемента ИЛИ соответственно

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определять минимально необходимое число резервных элементов для обеспечения беспрерывной работы изделия в течение заданного времени и с заданным коэффициентом обеспеченности. С целью расширения области применения за счет реализации вычисления количества минимально необходимого числа резервных элементов устройство содержит два комбинационных сумматора, блок вычисления экспоненты, блок деления, три коммутатора, блок умножения, блок сравнения, два накопительных сумматора, два блока суммирования - умножения, преобразователь амплитуды в длительность, два триггера, формирователь одиночного импульса, блок синхронизации и элемент ИЛИ 1 ил