Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия Советский патент 1992 года по МПК G07C3/08 

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к контрольным устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где нужно определить оптимальный период проведения обслуживания изделия и вероятность безотказной работы за время активного функционирования, определяемое запасом ограниченного ресурса.

Извест .о устройство, содержащее датчик времеьи, блок нелинейности, интегратор, два блока сравнения, четыре ключа, элемент ИЛИ, элемент И-НЕ, выключатель, три элемента задержки, блок деления, три блока умножения и пять сумматоров 1. Оно позволяет определять зптимальный период технического обслуживания изделия по критерию минимума среднего непроизводительного расхода ресурса. Однако оно не позволяет определять вероятность безотказной работы изделия за время активного функционирования и обладает низким быстродействием,

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство, содержащее таймер, блок нелинейности, интегратор, три элемента задержки, компаратор, три элемента памяти, одновибратор, три ключа, два блока деления, четыре блока перемножения и три сумматора 2. Оно определяет оптимальный период технического обслуживания по критерию минимума непроизводительного расхода ресурса, приходящегося на единицу времени полезного функционирования изделия.

Недостатком его является то, что оно не учитывает изменения надежностных характеристик изделия за время эксплуатации и не позволяет определять вероятность безотказной работы изделия за время активного функционирования.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет определения оптимального периода контроля и технического обслуживания изделия по критерию минимума удельного непроизводительного расхода ресурса, приходящегося на единицу времени полезного функционирования, с учетом изменения надежностных характеристик изделия в процессе эксплуатации и вероятности безотказной работы изделия за время активного функционирования, определяемое запасом ограниченного ресурса.

Время активного существования изделия Тс - это время, в течение которого изделие не только полезно функционирует, но и находится в состоянии отказа и ТО. Ограниченный ресурс при этом расходуется на целевое функционирование, на функционирование изделия в состоянии отказа, а также на контроль и ТО.

Время жизни или время полезного

функционирования изделия Тф - это время активного существования изделия, уменьшенное на величину времени, в течение ко- торого изделие не может полезно функционировать по причине отказа или ТО.

Так как момент отказа аппаратуры изделия случаен, то время жизни изделия является случайной величиной.

Пусть изделие обладает ограниченным ресурсом, запас которого R, и возрастающей функцией интенсивности отказов A(t). В результате полезного функционирования изделие в среднем расходуется в единицу времени Сф единиц ресурса, в режиме отказа - Со единиц ресурса, в режиме контроля

и ТО - Сп единиц ресурса. Считаем также, что отказы обнаруживаются только в результате плановых сеансов контроля и что в результате проведения контроля и ТО изделие полностью восстанавливает свою работоспособность. С учетом этого соотношение баланса, связывающее запас ресурса и всевозможные его расходы, можно записать в следующем виде:

30

М(СфТф + Со То + Сп ТП) R, (1)

где Тф - среднее время полезного функционирования изделия на периоде т;

т - промежуток времени между сосед- ними моментами проведения сеансов контроля и ТО изделия, т Тф +

fb-среднее время нахождения изделия в состоянии отказа на периоде г;

in - среднее время, расходуемое на контроль и ТО изделия;

N - число сеансов контроля и ТО, которое можно выполнить на изделии.

45

Из выражения (1) найдем

N

R

Сф Тф 4 Со То 4- Сп Тр

(2)

Если вероятность безотказной работы 50 изделия за время (0, т) есть

P(t) A(x)dx, (3) о

то среднее Тф - время полезного функционирования изделия на периоде г будет

Тф

/P(t)dt,

(4)

тогда

r0 r- / P(t)dt

Выражение для среднего удельного непроизводительного расхода ресурса, приходящегося на единицу времени полезного функционирования, с учетом обновления изделия после проведения ТО, можно записать в следующем виде:

л / Со ГЬ Ь Cn Гп

cwur;ц

P(t)dt + Cnfn (6)

е

/P(t)dt

Задача определения оптимального периода г контроля и технического обслуживания изделия, доставляющего минимуму среднему удельному непроизводительному расходу ресурса за единицу времени полезного функционирования изделия сформулируем следующим образом.

Найти такой период т, при котором

Суд(г) (г) (7) или

r argminCyA(r)(8)

Подставляя значение т в выражения (2) и (3), найдем N и Р(т), тогда вероятность Р (Тс) безотказной работы изделия за время Тс N( т + гп) активного существования, если изделие обслуживать периодом т, будет

P Bc(Tc) P(r)N (9)

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 времени, блок 2 нелинейности, первый сумматор 3, первый усилитель 4, второй сумматор 5, интегратор 6, первый блок 7 деления, второй усилитель 8, третий сумматор 9, второй блок 10 деления, элемент 11 задержки, первый компаратор 12, первый элемент 13 памяти; первый ключ 14, второй элемент 15 памяти, второй ключ 16, третий элемент 17 памяти, блок 18 перемножения, третий ключ 19, четвертый элемент 20 памяти, мультивибратор 21, генератор 22 линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН), элемент И 23, второй компаратор 24, триггер 25, четвертый ключ

26, четвертый сумматор 27, пятый 28 и шестой 29 элементы памяти, дифференцирующий элемент 30 и инвертор 31.

Устройство работает следующим обра5 зом.

При поступлении сигнала Пуск триггер 25 переводится в единичное состояние. Управляющий единичный сигнал с выхода триггера 25 поступает на входы четвертого

10 ключа 26, блока 2 нелинейности и датчика 1, запуская в работу одновременно два последних. С первого входа устройства на первый вход второго сумматора 5 поступает значение параметра Cn гп, c второго входа

15 устройства на вход второго блока 10 деления поступает значение параметра R, с третьего входа устройства на вход блока 2 нелинейности поступает значение параметра A(t), с пятого входа устройства на вход

20 четвертого ключа 26 поступает значение сигнала, равное единице. На выходе блока 2 нелинейности формируется сигнал P(t)

A(x)dx, который поступает на вход

25°

третьего элемента 17 памяти и на вход интегратора 6. Сигнал / p(x)dx с выхода

о

интегратора 6 поступает на вход первого

30 сумматора 3, на вход делителя первого блока деления 7 и через второй усилитель 8, коэффициент усиления которого равен Сф, поступает на первый вход третьего сумматора 9. Датчик 1 представляет собой генера35 тор линейно-изменяющегося напряжения, на выходе которого генерируется сигнал UBbix(t) t. Этот сигнал поступает на вход ,второго элемента 15 памяти и на вход первого сумматора 3. Значение сигнала to t 40 -1ф с выхода первого сумматора 3 через первый усилитель 4, коэффициент усиления которого равен Сс, поступает на вход второго сумматора 5. Значение сигнала Сп п + +C0t0 с выхода второго сумматора 5 посту45 пает на вход первого блока 7 деления и на вход третьего сумматора 9. Значение сигнала Сфц + Cot0 + Cn rh с выхода третьего сумматора 9 поступает на вход второго блока 10 деления, Значение сигнала N(t)

50 + Cot0 + Cn rn, соответствующее числу сеансов контроля и ТО, которое можно выполнить на изделии с заданным ограниченным ресурсом R, если обслуживание проводить с периодом t, с выхода второго

55 блока 10 деления поступает на вход четвертого элемента 20 памяти. Значение сигнала Суд(1) Goto + Cn с выхода первого блока 7 деления поступает на вход первого элемента 13 памяти, на вход первого компаратора 12 и через элемент 11 задержки на

вход первого компаратора 12, в котором сравниваются между собой два значения Суд(1) и Cyfl(t - At) - время задержки элементом 11 задержки. Вначале Cyfl(t) будет меньше, чем Cyfl(t - At). Как только, в момент времени t , CyA(t ) станет больше, чем СУд(г - -Ас) на выходе первого компаратора 12 появится сигнал, который поступит на входы мультивибратора 21, ГЛИН 22, элементов 13, 15, 17 и 20 памяти, ключей 14 и 16. По фронту сигнала с выхода первого компаратора 12 в элементах памяти 13, 15, 17 и 20 запоминается значение сигнала, которое было у них на входах в этот момент времени, т. е. в момент времени t . В результате значение сигнала т t , соответствующее оптимальному периоду контроля и ТО изделия, доставляющего минимум среднему удельному непроизводительному расходу ресурса за единицу времени полезного функционирования изделия, через открытый второй ключ 16 поступает на второй вход устройства, а значение сигнала Суд(т) Суд(1), соответствующее среднему удельному непроизводительному расходу ресурса за единицу времени полезного функционирования изделия, если обслуживание изделия проводить с оптимальным периодом, с выхода первого элемента 13 памяти через открьтый первый ключ 14 поступает на первый выход устройства. Значение сигнала N(r) N N(t ) с выхода четвертого элемента 20 памяти поступает на второй вход второго компаратора 24. Значение сигнала Р(т) P/t1 с выхода третьего элемента 17 памяти поступает на второй вход блока 18 перемножения. По управляющему сигналу с выхода первого компаратора 12 одновременно включаются мультивибратор 21 и ГЛИН 22, на выходе которого генерируется сигнал UBbix(t) Kt, К -постоянный коэффициент. Этот сигнал поступает на вход второго компаратора 24. Во втором компараторе 24 сравниваются между собой два сигнала N и Kt. Пока N Kt, на выходе второго компаратора 24 будет единичный сигнал, который поступает на второй вход элемента И 23 и через первый инвертор 31 на вход третьего ключа 19. Мультивибратор 21 генерирует импульсы с периодом, равным 1/К или К импульсов в единицу времени. Как только в момент времени t, N станет Kt, на выходе второго компаратора 24 появится нулевой сигнал. За время t с выхода элемента И 23 на вход пятого элемента 28 памяти и на вход дифференцирующего элемента 30 поступит N им- пульсов. Вычисление величины Р осуществляется следующим образом В пятом элементе 28 памяти используйся нормально замкнутый ключ, а в шестом элементе 29 памяти используется нормально разомкнутый ключ (не показаны). В исходном состоянии (до поступления первого импульса с выхода элемента И 23) на выходе шестого элемента 29 памяти будет нулевой сигнал, на выходе четвертого ключа 26 и на выходе четвертого сумматора 27 будет сигнал равный единице, на выходе блока 18 перемножения и на выходе пятого элемента 28 памяти будет сигнал Р(т). Пятый элемент

28памяти находится в открытом состоянии, а шестой элемент 29 памяти находится в

закрытом состоянии, При поступлении первого импульса с выхода элемента И 23 происходит следующее. По фронту этого импульса закрывается пятый элемент 28 памяти, затем на некоторое время (определяется параметрами дифференцирующего элемента 30) открывается шестой элемент

29памяти и значение Р(т) с выхода пятого элемента 28 памяти переписывается на выход шестого элемента 29 памяти. По сигналу

с выхода дифференцирующего элемента 30 триггер 25 переводится в нулевое состояние и закрывает четвертый ключ 26. В результате на выходе четвертого сумматора 27 будет сигнал Р(т), а на выходе блока 18 перемножения будет сигнал Р( т)2. По спаду импульс с выхода элемента И 23 открывается пятый элемент 28 памяти и на его выходе будет сигнал Р(т)2. Схема готова к принятию очередного импульса с выхода элемента И 23. Дифференцирующий блок 30 служит для того, чтобы шестой элемент 29 памяти открылся чуть позже, чем закроется пятый элемент 28 памяти, и закрылся раньше, чем откроется пятый элемент 28 памяти. После

поступления импульса с выхода элемента И 23 на выходе шестого элемента 29 памяти будет значение P P(r)N и откроется третий ключ 19 сигнала с первого инвертора 31 В результате значение Р

вероятности безотказной работы изделия, обладающего запасом ограниченного ресурса R, за время активного функционирования поступит на третий выход устройства. На этом работа устройства заканчивается.

Формула изобретения Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия, содержащее блок нелинейности,

выход которого подключен к входу интегратора, выход которого соединен с первыми входами первого блока деления и первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу датчика времени, первый вход

второго сумматора является первым входом устройства, а соединен с вторым входом первого блока деления, выход которого непосредственно и через элемент задержки подключен к входам первого компаратора, выход которого соединен с входом мультивибратора, с первыми входами первого, второго и третьего элементов памяти и первыми входами первого и второго ключей, выходы последних являются соответст- венно первым и вторым выходами устройства, выход третьего ключа является третьим выходом устройства, третий сумматор, выход которого подключен к первому входу второго блока деления, первые входы датчика времени и блока нелинейности объединены, второй вход последнего является третьим входом устройства, первый вход второго сумматора является первым входом устройства, и блок умножения, отличаю- щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет определения минимума удельного непроизводительного расхода ресурса, в него введены четвертый, пятый и шестой элементы памя- ти, генератор линейно изменяющегося напряжения, элемент И, второй компаратор, первый инвертор, дифференцирующий элемент, четвертый сумматор, четвертый ключ и триггер, выход которого соединен с вхо- дом датчика времени и первым входом четвертого ключа, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента памяти, а выход - с первым входом пятого элемента памяти, выход которого подключен к первому входу шестого элемента памяти, выход которого соединен с вторым входом четверто-

го сумматора, а первым входом - третьего ключа, выход первого блока депения подключен к второму входу первого элемента памяти,- выход которого соединен с вторым входом первого ключа, выход первого компаратора подключен к первому входу третьего элемента памяти, второй вход которого соединен с выходом блока нелинейности, и к входу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом мультивибратора, выход элемента И подключен к второму входу пятого элемента памяти и входу дифференцирующего элемента, выход которого соединен с вторым входом шестого элемента памяти и первым входом триггера, второй вход которого является четвертым входом устройства, выход второго компаратора соединен с входом инвертора, выход которого подключен к второму входу третьего ключа, выход датчика времени соединен с вторым входом второго элемента памяти, выход которого подключен к второму входу второго ключа, выход первого сумматора через первый усилитель соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, выход интегратора через второй усилитель соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход второго блока деления является вторым входом устройства, а выход подключен к первому входу четвертого элемента памяти, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход - с вторым входом второго компаратора, второй вход четвертого ключа является пятым входом устройства.f

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к контрольным устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определить оптимальный период обслуживания и вероятность безотказной работы изделия за время z активного функционирования, определяемое запасом ограниченного ресурса изделия. Устройство содержит датчик 1 времени, блок 2 нелинейности, сумматоры 3, 5, 9, усилители 4, 8, блоки 7, 10 деления, элемент 11 задержки, компараторы 12, 24, ключи 14,16, 19,26, блок 18 перемножения, мультивибратор 21 генератор 22 линейно-изменяющегося напряжения, элемент И 23, триггер 25, дифференцирующий элемент 30 и инвертор 31. Преимуществом предлагаемого устройства является то, что оно позволяет определять оптимальный период технического обслуживания изделия, обеспечивающий минимум удельного непроизводительного расхода ресурса с учетом изменения характеристик надежности изделия в процессе эксплуатации, и вероятность безотказной работы изделия за время его активного функционирования. 1 ил. сл с 2 v| СЛ о CD