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

(Л

С

Сущность изобретения: устройство содержит датчик 1 времени, три блока 3-5 умножения, два ключа 2,11, сумматор 6, два компаратора 7, 15, блок 8 нелинейности, элемент 9 памяти, два одновибратора 10.19, элемент ИЛИ 12, два инвертора 13, 16, генератор 14 линейно изменяющегося напряжения, два элемента И 17, 18, интегратор 10. 1-11-3-7-8-9-6-15-17-2-2, 11- 2, 3-4-6, 5-6, 12-14-7, 10-18-11. 10-17, 15-16-18-2, 7-9. 1 ил.

xi

4Ьь 00

сл

00

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к контрольным устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальные периоды контроля работоспособности изделия.

Известно устройство для определения оптимального периода контроля технического обслуживания изделия, содержащее датчик времени, блок нелинейности, интегратор, блок сравнения, элемент задержки, ключ, два блока перемножения, сумматор и блок деления. Оно позволяет определять оптимальный период технического обслуживания изделия по критерию максимума среднего значения времени полезного функционирования. Однако оно рассчитано только на экспоненциальный закон распределения с постоянной интенсивностью отказов, т.е. для изделий, у которых интенсивность отказов с течением времени не меняется.

Наиболее близко к предлагаемому устройство, содержащее датчик времени, блок нелинейности, интегратор, три элемента задержки, три элемента памяти, три ключа, компаратор, четыре блока перемножения, два сумматора и два блока деления. Оно позволяет определять оптимальный период технического обслуживания изделия по критерию максимума коэффициента готовности.

Устройство-прототип рассчитано на изделия, у которых интенсивность отказов с течением времени не меняется.

Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет определения периода контроля изделий, у которых плотность вероятности появления отказов подчинена закону распределения Рэлея.

Любое изделие может находиться в одном из двух состояний: в рабочем - изделие исправно и в нерабочем - изделие в отказо- вом состоянии. В межконтрольный период нельзя судить о состоянии изделия. Контроль обычно связан с некоторыми затратами. С другой стороны, работа изделия в неисправном состоянии приводит к ущербу. Отсюда возникает задача выбора такого межконтрольного периода, при котором суммарные средние затраты минимальны.

Введем следующие допущения. Время контроля равно нулю, т.е. контроль осуществляется мгновенно. Затраты на проведение контроля равны Ск. За единицу времени работы изделию в неисправном состоянии наносится ущерб на величину Со. Вероятность появления отказа в изделии на интервале времени между проверками равна q.

0

5

0

5

0

5

0

Тогда функция суммарных затрат принимает следующий вид:

С Ск п+Со( Гп-t), где п - число проверок;

тп - момент времени проведения п-й проверки;

t - момент появления отказа в изделии,

Если в результате контроля окажется, что изделие находится в исправном состоянии, продолжается эксплуатация изделия по назначению. Если в результате контроля обнаружится отказ, проверяют состояние изделия.

Полагаем, что правило проверок изделия является вероятностным, т.е. вероятность появления отказа в изделии на интервале времени между (МН и j-й проверками P(tj-nj) равна q. Пусть, F(t)- функция распределения времени появления отказа.

Тогда FVLV(V-7)1)J-1-2 3

F(0)0.

Для времени первой проверки ti: Р(чЫ:

. F(tnH-Pn. где .

Математическое ожидание числа проверок N, за которое будет обнаружен отказ, в изделии,

-.

Если переход из исправного состояния в неисправное произошел в момент t, а проверкой был обнаружен во время т.п. то в интервале времени tn-t изделие находилось и неисправном состоянии. Среднее время, в течение которого изделие находилось в отказном состоянии,

«п - 1

/(tn-t)J(t

dt.

45 После несложных математических преобразований получим:

50

00

Т0 2 tnPn VM T,

00

где / tr(t)dt - математическое ожидао

ние времени перехода в отказовое состоя- ние.

Общие средние затраты на проведение проверок и затраты из-за потери полезной информации при работе неисправного изделия:

--+{2 C2 Q

Отсюда можно выбрать такое q. при котором средние потери минимальны. Значение q. минимизирующее значение функции , можно определить из соотношения .

Для многих изделий по мере их эксплуатации со временем интенсивность изделия растет, и плотность распределения вероятности появления отказов имеет вид распределения Рэлея:

f(t)

2 Л/Г

ма

,.

0-q)

|Л

Подставив это значение в формулу для определения q, получим: 2Ci д qC2 М 2

+ q-2(1-q)ln .

Решим уравнение.

После некоторых преобразований получим:

exp()-ti2 |M2-Citi I

Определив т - оптимальное время проведения первой проверки, очередные сроки проверок получим из соотношения I-

Th УП Г1 .

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 времени, первый ключ 2. первый блок 3 умножения, второй блок 4 умножения, третий блок 5 умножения, сумматор 6, первый компаратор 7. блок 8 нелинейности, элемент9 памяти, первый одновибратор 10, второй ключ 11, элемент ИЛИ 12, первый инвертор 13, генератор 14 линейно изменяющегося напряжения, второй компаратор 15, второй инвертор 16, первый и второй элементы И 17 и 18. Датчик 1 времени содержит одно- вибратор 19 и интегратор 20.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении сигнала Пуск с третьего входа устройства через элемент ИЛИ 12 запускаются в работу датчик 1 времени и генератор 14 линейно изменяющегося напряжения. Датчик 1 времени задает в порядке нарастания с шагом Д г последовательность возможных значений времени контроля изделия rj т) - 1 + Д TJ 1.2, з. . Величина Дг определяется длительностью импульса, генерируемого одновибратором 19. Длительность импульса на выходе одно0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вибратора 10 больше длительности импульса на выходе одновибратора 19. Значение т с выхода датчика времени через открытый второй ключ 11 поступает на второй вход третьего блока 5 умножения, на информационный вход первого ключа 2 и на оба входа первого блока 3 умножения. Значение rj с выхода первого блока 3 умножения поступа- ег на второй вход второго блока 4 умножения и на второй вход первого компаратора 7. С первого входа устройства на первый вход третьего блока 5 умножения поступает

Ci

значение параметра

С2М2

, с второго входа устройства на первый вход второго блока 4 умножения поступает значение параметра -1/м . Значение т I M с выхода второго блока 4 умножения поступает на второй вход сумматора 6. Значение Ci rj/C2M с выхода третьего блока 5 умножения поступает на первый вход сумматора 6.

С выхода генератора 14 линейно изменяющегося напряжения на первый вход первого компаратора 7 поступает значение сигнала t. В первом компараторе 7 сравниваются между собой два значения ц и t.

Пока if больше t, на выходе перпого компаратора 7 - управляющий сигнал. Как только

у

значение ту становится меньше либо равно t. на выходе первого компаратора 7 появляется нулевой сигнал (отсутствие управляющего сигнала). Блок 9 нелинейности запускается по фронту управляющего сигнала с выхода первого компаратора 7, т.е. в момент запуска генератора 14 линейно изменяющегося напряжения (генератор 14 запускается по спаду управляющего сигнала с элемента ИЛИ 12, а второй одновибратор 19 по фронту управляющего сигнала с элемента ИЛИ 12). Блок 8 нелинейности формирует на выходе функцию ехр(т /2т)2 . По спаду управляющего сигнала с выхода первого

компаратора 7 в момент времени t if в элементе 9 памяти запоминается значение, которое оказывается на его входе в этот

момент времени, т.е. ехр( т2 /2M2). Блок С нелинейности по спаду управляющего сигнала с выхода первого компаратора 7 приводится в исходное нулевое состояние и ждет появления следующего управляющего

сигнала. Значение ехр( if /2M2) с выхода элемента 9 памяти поступает на третий вход сумматора 6. Значениеехр(г2 /2М2) /М2-Ci rf /C2M2 с выхода сумматора 6 поступает на вход второго кэмпаратора 15, в котором это значение сравнивается, с единицей (уставка компаратора). По спаду импульса с выхода первого компаратора 7 запускается одновибратор 10, сигнал с которого поступает на вторые входы элементов И 17 и 18. Если значение на входе второго компаратора 15 меньше единицы, на его выходе появляется управляющий сигнал, который с выхода первого элемента И 17 поступает через элемент ИЛИ 12 на управляющий вход генератора 14 линейно изменяющегося напряжения, на вход датчика 1 времени и через первый инвертор - на управляющий вход второго ключа 11, По фронту этого сигнала запускается одновибратор 19, и на выходе датчика 1 времени формируется значение tj+i, которое поступает на информационный вход второго ключа 11. По спаду управляющего сигнала с выхода элемента ИЛИ 12 открывается второй ключ 11 и запускается генератор 14 линейно изменяющегося напряжения, и весь процесс вычислений искомой величины повторяется, но уже с новым значением периода контроля изделия. Если значение на входе второго компаратора 15 больше либо равно единице, на выходе второго компаратора - нулевой сигнал, который через второй инвертор 16 и второй элемент И 18 поступает на управляющий вход первого ключа 2, В результате на выходе устройства оказывается значение оптимального времени П первого контроля изделия. На этом работа устройства заканчивается.

Положительный эффект, который дает предлагаемое изобретение, состоит в том, что оно позволяет определить оптимальный срок проведения контроля изделия, у которого плотность вероятности появления отказов подчинена закону распределения Рэлея.

Формула изобретения Устройство для определения оптимального периода контроля технического обслуживания изделия, содержащее датчик времени, первый, второй и третий блоки умножения, первые входы третьего и второго

из которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, я выходы третьего и второго блоков умножения соединены с сходами сумматора, первый компаратор, блок нелинейности, первый и второй ключи, выход первого из которых является выходом устройства, и элемент памяти, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства, s котором вероятность появления отказов подчинена закону распределения Рэлея, в него введены первый и второй инверторы, генератор линейно изменяющегося напряжения, первый и второй элементы

И, элемент ИЛИ, второй компаратор и одно- вибратор, выход датчика времени соединен с первым входом второго ключа, выход которого подключен к первым входам первого ключа и первого блока умножения и вторым

входам первого и третьего блоков умножения, выход первого из которых соединен с вторым входом второго блока умножения и первым входом первого компаратора, выход которого подключен к входу одновибратора, к первому сходу элемента памяти и к входу блока нелинейности, выход которого соединен с вторым входом элемента памяти, выход которого подключен к третьим входам сумматора, выход которого подключен к входу первого компаратора, выход которого соединен с пероым входом первого элемента И п с входом второго инвертора, выход которого подключен к первому входу второго И, выход которого соединен с вторым сходом первого ключа, выход одноаибратора подключен к вторым входам оломенгоп И, выход первого из которых соедш он с первым входом элемента ИЛИ, второ 1 вход которого является третьим пходом устройство, выход элемента ИЛИ подключен к «ходу датчика времени, через инвертор к второму входу второго ключа и входу генератора линейно изменяющегося напряжения, т.ыход которого

соединен с вторым входом первого компаратора.