Устройство для определения оптимального периода технического состояния изделия Советский патент 1992 года по МПК G07C5/08 

w

fe

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к контрольным устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определять оптимальный период проведения технического обслуживания и вероятность безотказной работы изделия на ограниченном ресурсе (заданном времени активного функционирования изделия. Целью устройства является расширение области применения устройства. Устройство содержит датчик 1 времени, блок 2 нелинейности, усилитель 3, интегратор 4, блоки 5 и 9 деления, компараторы 6 и 19, элементы 7, 10, 11, 21 и 22 памяти, ключи 8, 12 и 15, сумматор 13, блок 14 умножения, триггер 16, генератор 17 линейно изменяющегося напряжения, мультивибратор 18, элемент И 20, дифференцирующий элемент 22 и инвертор 24. 1 ил.

VI

О vj

СП О

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к контрольным устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где нужно определять оптимальный период проведения технического обслуживания и вероятность безотказной работы изделия на ограниченном ресурсе.

Известно техническое решение, содержащее датчик времени, блок нелинейного преобразования, интегратор, два блока деления, три компаратора, семь коммутаторов, три элемента задержки, счетчик, три элемента памяти, блок памяти, регистратор, три блока умножения и три сумматора 1. Оно позволяет определять оптимальный период ТО системы, функционирующий с коэффициентом готовности не ниже заданного. Однако оно не учитывает изменение надежностных характеристик изделия в процессе эксплуатации, не позволяет определять вероятность безотказной работы изделия за заданное время и обладает низким быстродействием.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является техническое решение, 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 ТО по критерию минимума непроизводительного расхода ресурса, приходящегося на единицу времени полезного функционирования изделия.

Недостатком его является то, что оно не позволяет определять оптимальный период ТО изделия, функционирующего с коэффициентом готовности не ниже заданного с учетом изменения надежностных характеристик изделия в процессе эксплуатации, и не определяет вероятность безотказной работы изделия за заданное время.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет определения коэффициента готовности не ниже заданного с учетом изменения надежностных характеристик изделия в процессе эксплуатации и вероятности безотказной работы изделия за заданное время.

В процессе эксплуатации изделия подвергаются техническому обслуживанию (ТО) с целью поддержания их в работоспособном состоянии.

Одной из основных количественных характеристик ТО является период обслуживания, значение которого целесообразно находить из соображения требуемой готовности изделия к применению по назначению.

Важнейшей характеристикой готовности изделия является коэффициент готовно- сти, который в общем случае может определяться по формуле

к -Тф

Кг-тг

0)

где Тс - заданное время функционирования изделия;

Тф - среднее время работоспособного состояния изделия на интервале Тс.

Для многих изделий характерным является то, что возникающие в них отказы обнаруживаются и устраняются во время технического обслуживания. Состояние изделия в результате ТО обновляется.

Значение коэффициента готовности существенно зависит от периода ТО и от интенсивности отказов. Существует широкий класс изделий с возрастающей функцией Я (t) интенсивности отказов. Кроме того,

время обслуживания изделия зависит от периода ТО. Увеличение интервала времени между ТО ухудшает состояние изделия, Несвоевременное устранение одних отказов может привести к появлению новых отказов, что требует увеличения времени диагностического контроля и восстановления работоспособности изделия.

В связи с этим изменение коэффициента готовности Кг будем рассматривать в условиях изменения как интенсивности отказов А, так и периода г обслуживания изделия. Исследования показывают, что функция Кг(Ят) есть монотонно убывающая функция. Для таких изделий период ТО принято находить, исходя из требуемого значения КгзаА коэффициента готовности, т. е. т (Яг)ЈКгзад.

По заданному времени Тс функционирования (ограниченному ресурсу) изделия

можно записать баллансовое соотношение следующего вида:

N{ Гф + Г0 + Гобс} Тс, (2)

Где N - число сеансов ТО на ресурсе Тс;

Тф - среднее время работоспособного состояния изделия на период г обслуживания;

55

Ч / p(t)dt;

(3)

p(t) exp{-/A(x)dt(4)

есть вероятность безотказной работы изделия;

to - среднее время нахождения изделия в состоянии отказа на интервале

То С - Тф

(5)

Среднее время Тф работоспособного состояния изделия за время Тс будет N Гф. Время обслуживания Гобс изделия является функцией периода обслуживания и может быть представлено соотношением

Тобс КТ,

(6)

где К - коэффициент пропорциональности. В связи с этим выражение (1) приобретает вид

Кг

МТф

/ P(t)dt

N (Гф + to + ГобсТ + КГ

Задача поиска периода ТО, обеспечивающего функционирование изделия с требуемой готовности, перепишем в следующем виде

/ P(t)dt -FTKF- «

В процессе разработки и эксплуатации изделия важным является значение такой характеристики как вероятность безотказной работы изделия за заданное Тс время функционирования. Значение этой вероятности можно вычислить по формуле

P P(r)(9)

при этом число сеансов N будем вычислять, пользуясь соотношением (2) с учетом найденного т периода ТО, т. е.

Тс

+ Кт

.

(10)

Сущность изобретения поясняется чертежом.

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

Устройство работает следующим образом.

При поступлении сигнала Пуск с третьего входа устройства триггер 16 переводится в единичное состояние. Управляющий единичный сигнал с выхода триггера 16 поступает на входы второго ключа 12, блока 2 нелинейности и таймера 1, запуская в работу два последних одновременно (синхронно). С первого входа устройства на вход второго блока деления 9 поступает значение параметра Тс, с второго входа устройства на вход блока 2 нелинейности поступает значение параметра x(t), с четвертого входа

устройства на вход второго ключа 12 поступает сигнал, равный единице. На выходе блока 2 нелинейности формируется сигнал

Т P(t) exp(- /(x)dx, который поступает на вход

°

третьего элемента 11 памяти в на вход интегратора 4, с выхода которого значение

сигнала Тф J P(x)dx поступает на вход перо

вого блока 5 деления. Датчик 1 представляет собой генератор линейно изменяющегося напряжения, на выходе которого генерируется сигнал ивых(т.) t. Этот сигнал поступает на вход первого элемента

7 памяти и через усилитель 3, коэффициент усиления блоков 9 деления. Значение сигнала N(t) Тс/(г+ К т) с выхода второго блока 9 деления поступает на вход второго элемента 10 памяти. Значение сигнала Кг(т)

Тф/( г +К г) с выхода первого блока 5 деления поступает на вход первого компаратора

6,где сравнивается с установочным значением Кг . Как только, в момент времени to, Kr(t) Kr(to) станет КГ3, на выходе первого

компаратора 6 появится сигнал, свидетельствующий о том, что найден оптимальный период обслуживания изделия. Сигнал с выхода первого компаратора 6 поступает на входы ГЛИН 17, мультивибратора 18, первого ключа 8и элементов памяти, 10и 11. По фронту управляющего сигнала с выхода первого компаратора 6 в элементах памяти

7,10 и 11 запоминается значение сигнала, которое было у них на входе в момент времени to. Значение сигнала r to, соответствующее периоду ТО, обеспечивающему функционирование изделия с требуемой готовностью, с выхода первого элемента 7 памяти через открытый ключ 8 поступает на

первый выход устройства. На выходе третьего элемента 11 памяти будет значение сигнала Р(г) P(to), которое поступает на второй вход блока умножения 14. Сигнал N N(to), соответствующий числу сеансов ТО на ресурсе Тс, с выхода второго элемента 10 памяти поступает на первый вход второго компаратора 19. По сигналу с выхода первого компаратора 6 одновременно включаются мультивибратор 18 и ГЛИН 17, на выходе которого генерируется сигнал ивых(т) Lt, где L - постоянный коэффициент. Этот сигнал поступает на второй вход второго компаратора 19. Во втором компараторе 19 сравниваются между собой два сигнала N и Lt. Пока N Lt, на выходе второго компаратора 19 будет единичны и сигнал, который поступает на первый вход элемента И 20 и через инвертор 24 - на вход третьего ключа 15. Мультивибратор 18 генерирует импульсы с периодом, равным 1/L, или импульсов в единицу времени. Как только, в момент времени t, N станет Lt, на выходе второго компаратора 19 появится нулевой сигнал. За время t с выхода элемента И 20 на управляющий вход четвертого элемента 21 па- мяти и на вход дифференцирующего элемента 23 поступит N импульсов. Вычисление величины Р осуществляется следующим образом. В четвертом элементе 21 памяти используется нормально замкнутый ключ (не показан), а на пятом элементе 22 памяти используется нормально разомкнутый ключ (не показан). В исходном состоянии (до поступления первого импульса с выхода элемента И 20) на выходе пятого элемента 22 памяти будет нулевой сигнал, на выходе второго ключа 12 и на выходе сумматора 13 будет сигнал, равный единице, на выходе блока умножения 14 и на выходе четвертого элемента 21 памяти будет .сигнал Р(т). Четвертый элемент 21 памяти находится в открытом состоянии, а пятый элемент 22 памяти находится в закрытом состоянии. При поступлении первого импульса с выхода элемента И 20 происходит следующее. По фронту этого импульса закрывается четвертый элемент 21 памяти, затем на некоторое время (определяется параметрами дифференцирующего элемента 23) открывается пятый элемент 22 памяти и значение Р( т) с выхода четвертого элемента 21 памяти переписывается на выход пятого элемента 22 памяти. По сигналу с выхода дифференцирующего блока 23 триггер 16 переводится в нулевое состояние и закрывает второй ключ 12. В результате на выходе сумматора 13 будет сигнал Р(т), а на выходе блока 14 перемножения будет

сигнал Р(с). По спаду импульса с выхода элемента И 20 открывается четвертый элемент 21 памяти и на его выходе будет сигнал Pfr)2. Схема готова к принятию очередного импульса с выхода элемента И 20. Дифференцирующий блок 23 нужен для того, чтобы пятый элемент 22 памяти открылся чуть позже, чем закроется четвертый элемент 21 памяти, и закрылся раньше, чем

откроется четвертый элемент 21 памяти. После поступления импульса с выхода элемента И 20 на выходе пятого элемента 2 памяти будет значение сигнала Р P(z)N и откроется третий ключ 15 сигналом с первого

инвертора 24. В результате значение Р вероятности безотказной работы изделия за заданное время Тс с выхода третьего ключа 15 поступит на второй выход устройства. На этом работа устройства заканчивается.

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода технического состояния изделия, содержащее датчик времени, блок нелинейности, выход которого соединен с

входом интегратора, выход которого подключен к первому входу первого блока деления, выход которого соединен с входом первого компаратора, выход сумматора подключен к первому входу блока умножения, первые входы первого ключа, первого, второго и третьего элементов памяти объединены, выход первого элемента памяти соединен с вторым входом первого ключа, выход которого является первым выходом

устройства, второй ключ и выход третьего ключа являются вторым выходом устройст- ва, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства с учетом коэффициента готовности не

ниже заданного, в него введены четвертый и пятый элементы памяти, дифференцирующий элемент, первый инвертор, элемент И, второй компаратор, генератор линейно изменяющегося напряжения, мультивибратор

и триггер, первый вход которого является третьим входом устройства, а выход соединен с входом таймера и первым входом второго ключа, второй вход которого является четвертым входом устройства, а выход соединен с первым входом сумматора, выход датчика времени подключен к второму входу первого элемента памяти и через усилитель к второму входу первого блока деления и первому входу второго блока деления,

первый вход которого является первым входом устройства, а выход соединен с вторым входом второго элемента памяти, выход которого подключен к первому входу второго компаратора, выход которого соединен с

входом инвертора, выход которого подключен к первому третьего ключа, и с первым входом элемента И, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента памяти и входу дифференцирующего элемента, выход которого соединен с вторым входом триггера и первым входом пятого элемента памяти, выход которого подключен к второму входу ключа и второму входу сумматора, второй вход блока нелинейности является вторым входом устройства, а выход соединен с вторым входом

0

третьего элемента памяти, выход которого подключен к второму входу блока умножения, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента памяти, выход которого подключен к второму входу пятого элемента памяти, выход первого компаратора соединен с первым входом первого ключа и входами генератора линейно изменяющегося напряжения и мультивибратора, выходы двух последних подключены к вторым входам соответственно второю компаратора и элемента И.