Устройство для прогнозирования надежности Советский патент 1980 года по МПК G01R31/30 

(54} УСТГЮЙСТВО ДЛЯ ПРОГНазИРОВАНИЯ НАДЕХВДОСТИ

Изобретение относится к области вычислительной и автоматики и может быть испоП1 зовано для прогнозирования надежности технических объектов по текущим значениям непрерывных спучайньтх процессов внешнего воздействия, и по све дениям о предельнь х возможностях технических объектов, т. е, сопротивляемостях,

Известно устройство для прогнозирования надежности (1), содержащее коррелятор, выход которого соединен с первым входом анализатора случайного процесса, а выход - С вторым входом анализатора случайного процесса, выход которого через вычислительный соединен с .первым входом блока возведения в степень,, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход -. с первым входом блока произведения, второй вход которого соединен с блоком дифференцирования, а выход с вторым входом сумматора, первый вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а выход с регистрирующим блоком.

Недостатком устройства является невозможность учета при прогнозировании

Гнадежкссти технических объектов стати:стичес11сго подобия между нпми. Это1 недостаток вызван отсутствием возможности опред- ления стопешг подобия технических :объектов и оцегки утонченной функции распределения сопротивляемости (по обобщешю11 выборке),

I-IejTT:iio изобретения является повыщение ,точнос;т11 прогноза и расщирение функцноjiam iibjx возможностей устройства за счет учета статистического подобия аехничес|ких объектов.

I Поставленная цель достигается тем, что устройство для прогнозирования на;дежности по авторско -гу свидетельству I № 559198 содержит блок памяти, второй ;блок произведения, блок деления, блок i сравнения, блок оценки фу1жции распредеi ления, которого подключен к выходу : блока дифференцирования, вход - к выходу I блока памяти, первый вход которого явля; ет.ся вторым входом устройства и последовательно соединенные второй блок произведения, блок деления и блок сравнения, ; выход которого соединен со вторым входом блока памяти, а вход второго блокя

I .-. ...

произведения является третьим входом устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для прогнозирования надежности, ; На фиг. 2 и 3 приведены реализации :случайного процесса внешнего воздействи и характеристики сопротивляемости объек

Устройство для прогнозирования нафиг. 1 содержит коррелятор 1, выход которого соединен с первым входом анализатора 2 случайного процесса, а вход Является первым входом 1 устройства, вычислительный блок 3, вход которого соединен с выходом анализатора2, а выход - с первым входом первого блока 4 произведения, второй вход которого подключен к выходу блока 5 управления, второй выход которого соединен с пер; вым входом сумматора 6, выход которого Является выходом устройства, а второй вход подключен к выходу первого ; блока 4 произведения, третий взсод блока 4 соединен с выходом блока 7 дифI ференцирования, вход которого подключен I через блок 8 оценки функции распределения к выходу блока 9 памяти, первый вход которого Является вторым входом устройства, а второй вход подключен че : рез последовательно .срединенн,к1в второй I блок 10 произведения, бл.ок;..11 деления и блок 12 сравнения к третьему входу.

На фиг. 2 и 3 приняты следующие ;рб означения;

I (2 (t) - реализация случайного процес са внешнего воздействия;

(х) плотность распределения сопро;тивляемости, определяемая

по выборке объемом , о значениях сопротивляемости одного

технического объекта

f К /Д) f плотность распределения сопротивляемости, оцениваемая по выборке объемом 1 (суммарной вы;борке по одному и другому техническим объектам)

Rn(n)r- кривая прогнозируемых значений надежности при учете информации о сопротивляемости в виде 8п(п)Е- кривая прогнозируемых ; значений надежности при учете информации о сопротивляемости в виде .

Принцип работы устройства состоит в учете статистического подобия между техническими объектами.

Классическая теория подобия для определения подобия технических обьектов , сводит задачу к оценке Т - отношения

характеристик первого и второго техниче ских объектов. Если это отношение равно 1, то сравниваемые объекты подобны. Однако поскольку Т, как правило, является непрерывной случайной величиной, то Р()0,

Целесообразно рассмотреть интерпретацию подобия в статистическом смысле. Величину статистического подобия Т можно оценить с помощью следующего

пг

ыражения:

пу/

„сР--

(1)

Т

И . rtz/

/

-тый параметр, характеризуюдещий первый технический объект

1

-тый параметр, характеризующий второй технический объект;;

Условие выполнения статистического подобия может быть сформулировано следующим образом: если величина попадает в интервал Т+ О Вт I то два технических объекта можно считать п одобными и объединять ин юрмацкю для оценки функции распределения сопротивляемости. Здесь:

- математическое ожидание критерия подобия;

QjX - его среднее квадратическое отклонение;

- величина, зависящая от доверительного интервала и равная 2 при доверительной вероятности 0,95(предполагается, что критерий подобия распределен по нор;мальному закону);

Если величина Т в этот интервал не по- падает, то гипотезу о подобии технических объектов принять нельзя и оценку сопротивляемости следует проводить по ограниченной выборке.

Прогноз надежности технического объекта осуществляется аппаратурно путем реализации выражения:

R AM .(x)

где fn(rt)- функция надежности или ве роятность того, что за время

trtV ПДини разу внешнее,

по отношению к эксплуатируемому устройству воздействие .не превысит допустимого;

() функция распределения сопротив ляемости, основная и исчерпыва- ющая характеристика допустимого предела величины внешнего

воздействия, приводящее устройство отказу;

л U

наибольшее случайное воздействие на интервале времени, рав ному периоду корреляции;

;pu(u)- функция распределения наибольших значений СП внешнего воздействия (ij ;

- глубина прогноза, выраженная через число периодов корреляI ции СП внешнего воздействия

С

At :

п

А (J; - период корреляции исследуемого СП;

Г iL (N - условная функция распределения внешнего воздействия относительно гипотезы о том, что предельное (допустимое) значение воздействия принадлежит элементарному отрез (х-Ищ cLPx М вероятность элементарной гипртезы ) ;

Функциональное назначение блоков в уст роистве следующее.

Блок оценки функции распределения служит для вычисления функции распределения сопротивляемости по выборочным значениям СС. Г

Блок памяти предназначен для хранения

значений)(« , и выдачи их на блок оценки

функции распределения по сигналу с блока

сравнения. Блок сравнения определяет попадание критерия подобия в интервал

;Второй блок произведения осущестн ляет оценку числителя и знаменателя формуд ы (1). Блок деления служит для вычисления критерия подобия в соответствии с ; выражением (1).

Устройство для прогнозирования надежности работает следующим образом: информация о случайном воздействии на исследуемый технический объект, предоставленная в виде непрерывного электрического сигнала, поступает на вход -коррелятора 1 и на вход анализатора 2 случайного процесса. В корреляторе определяется автокорреляционная функция исследуемого случайного сигнала и по ней определяется его период корреляцииЛ . Период корреляции задается анализатору 2 случайного процесса, в котором исследуемый сигнал разбивается на промежутки Л U и затем в каждом из полученных промежутков определяется наибольшее значение. По выбранным значениям максимумов из интервалов разбиения исследуемого сигнала блоком вычисления v3 определяется условная вероятность р4Д (х,) , которая поступает н

первый блок 4 произведения, где перемис: жается сама на себя YL раз (f аадаетс:я блоком 5 управлении). С второго входи устройства на первый вход блока 9 памят ,подаются статистические значения Х . сопротивляемости двух технических объек тов, а с третьего входа устройства на вх второго блока Ю произведения поступают значения 1/ 2./ параметров, характеризующих технические объекты. В блоке J( осуществляется вычисление числителя и знаменателя выражения (1). Эти значение подаются на блок 11 давления, где определяется величина критерия подобия Т, которая поступает на блок 12 сравнения. Здесь сравнивается с границами интервалаТ O-feT . Если Т окажется в пределах этого интервала, то блок 12 выдает сигнал на блок 9 памяти, который засылает выборку статистических значений сопротивляемости двух технических объектов в блок 8 оценки фушсцнн распределения. При выходе Т за пределы этого интервала блок 12 сравнения подает на блок 9 памяти сигнал для засылки на блок 8 выборку о значениях сопротивляемости только одного исследуемого технического объекта. Функция расп1эеделения сопротивляемости с блока 8 через блок 7 дифференцирования поступает на третий вход первого блока 4 произведения, в китором определяется величина (()j dF) ix) величина суммируется }ч раз в сумматоре 6 (К зависит от требуемой точности и задается блоком управления), с входа которого снимаются прогно зируемые значения функции надежности

Яй(«

Технико-экономический эффект от применения данного изобретения зшслючается в том, что повышается точность niJorHcoii надежности: если умеьгьшена ошибка в стьрону завышения функции надежности, то положительный эффект будет прояЕ1ЛЯться возможности устранения последствий не. предвиденных отказов технического объ(л; та, если и уменьшена ошибка в сторону занижения функции надежности, то положи iтельный эффект будет проявляться в yc-j-pn нении последствий перестраховки, т. е. проведения избыточных мероприятий по не вышению надежности.

Из фиг. 26 видно, что учет статистического подобия (увеличение .объема lu.i.борки при оценке сопротивляемости) сушственно повышает точность прогнсх и надежности, т. е. уменьшается ошибка в in о рону занижения показателей иадежно.::ти. На фиг. -3 иллюстрируется случай, когда

учет СТатИСТИЧОПКОГО подобия ШХПЯ.УПМ; l

сннз1пъ ошибку в сторону .зв-р -чиения надежностн.

Формула Изобретения

Устройство для прогнозирования надежности по авторскому свидетельстну NO 559198,о тличающееся тем,что, с целью повышения точноетипрогноза и расшрения функциональных возможностей устройства оно содержит блок памяти, блок оценки функции распределения, в,ыход которого подключен к выходу блока диdpфeренцирования, вход - к выходу блока пнмяти, первый вход которого нвляетси вторым входом устройства, я 1Оследоваге;1Ы1о соединенные второй блок произведения, блок деления и блок сравнения, выход которого соединен со вторым входом блока памяти, а вход второго блока произзедеииы Является третьим входом устройства . Источники информации, принятые гю внимание при экспертизе: 1. Авторское Свидед-ельство СССР N 559198, М.Кл.О IP 31/28,

1975 (прототип).

ifeC- AL

У

НАМ

/ifl(n.)

4/WV

S 10 iS 20 X5

S}

г.;г . я(/ /е/гЯ MMf/ 1 S a ff ЛО 2ff J/