Устройство для прогнозирования надежности Советский патент 1981 года по МПК G01R31/30 

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано при прогнозировании надежности технических объектов,свойства которых восстанавливаются в процессе эксплуатации. По основному авт.св. 559198 известно устройство для прогнозирования надежности, содержащее коррелятор, выход которого соединен с первым входом анализатора случайного процесса, а вход - со вторым входом анализатора случайного процесса, выход ко торого через вычислительный блок соединен с первым входом блока возведения в степень, второй вход которого соединен с первым выходом блока уп-; равления, а выход - с первым входом блока произведения, второй вход которого соединен с блоком дифференцйрования, а выход - с вторым входом сум матора, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а выход - с регистрирующим блокомНедостатком этого устройства явля ется невозможность прогнозирования надежности восстанавливаемых технических объектов по причине отсутствия блоков, позволяющих оценить изме нение сопротивляемости объекта вследствие проведения восстановительных мероприятий. Применение прототипа для прогнозирования надежности восстанавливаемых технических объектов приводит к существенному занижению оценок надежности (особенно при большой глубине прогноза) Цель изобретения - повышение точности прогноза за счет учета восстанавливаемости технических объектов и расширение области применения. Поставленная цель достигается тем, что устройство прогнозирования надежности снабжено делителем, блоком сравнения, блоком пс1мяти, блоком вычитания, умножителем и вторым сумматором, причем первый вход делителя соединен с выходом коррелятора, второй вход - со вторам входом устройства, выход - со вторым входом блока сравнения, первый вход которого подключен к выхсяублока управления, а выход - ко входу блока, управления и к третьему входу второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом устройства и входом блока памяти,, выхсд которого соединен со входом блока дифференцирования и с первым входом блока вычитания, второй

вход которого подключен к четвертому; входу устройства и второму входу второго сумматора, а выход - к первому входу умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - с первым входом второго сумматора.

На чертеже представлена блок-схема устройства для прогнозирования надежности.

Устройство содержит коррелятор 1, выход которого соединен с первым входом анализатора 2 случайного процесса, а вход является первым входом .устройства. Анализатор 2 своим вторым входом подключен ко входу 1 устройства, а выходом ко входу вычислительного блока 3, выход которого соединен с первым входом блока 4 возведения в степень. Второй вход блока

4подключен к первому выходу блока

5управления, а выход - к первому входу блока 6 произведения. Второй вход блока б соединен с выходом блока 7 дифференцирования. Второй выход блока 5 подключен к первому входу . первого сумматора 8, соединенного своим вторым входом с выходом блока б. Выход сумматора 8 соединен с входом регистрирующего блока 9, выход которого является выходом устройства. Выход коррелятора 1 соединен также

с первым входом делителя 10, второй вход которого является входом 11 устройства , а выход - вторым входом блока 11 сравнения. Первым входом блок 1.1 подключен к первому выходу блока 5, а .выходом - со входом блока 5.Третий вход ш устройства соединен со входом блока 12 памяти, выход которого подключен к входу блока 7 и первому входу блока 12 вычитания. Второй вход блока 13 является входом W устройства, а выход - первым входом умножителя 14, второй вход которого.подключен к выходу первого сумматора 8, а. выход является первым входом второго сумматора 15. Второй вход сумматора 15 подключен ко входу iv устройства, третий вход - к выходу блока 11, .а выход - ко входу блока 12.

Прогноз надежности технического объекта в любой промежуток времени периода нормальной эксплуатации можно осуществить аппаратурно, реЕшизовав выражение:

. (.z)fdFiU), (1)

2 ,

1де (п) , пу - функция надежности или вероятность того., что за время t п iktr ни разу внешнее по отношению к устройству случайное воздействие U(t) не превысит допустимого, п - глубина прогноза, выражаемая через число интервалов корреляции внешнего воздействия (п t/лГ);

tt; - интервал корреляции сдучайного внешнего воздействия U(t); О sup Ulut;) - наибольшее случайное воздействие на интервале времени, равном интервалу корреляции ;

F(j(U) и Jj - функция распределения некоррелированных максимумов внешнего воздействия на интервалах корреляции; F0(z) , - условная функция распределения внешнего воздействия относительно гипотезы о том, что предельное (допустимое) значение воздействия принадлежит элементарному отрезку Iz,2+dz3;

F(z) t zj - функция распределения сопротивляемости z,которой устройство обладает в данный момент времени - основная и исчерпывающая характеристика допустимого предела величины внешнего воздействия, приводящего технический объект к отказу, dF ( z) Ве pj , z + dz - вероятность элементарной гипотезы + dz.

В общем случае восстановление технического объекта после отказа может быть произведено до отличного от исходного уровня сопротивляемости v / описываемого Функцией распределения F (z) , т.е. у ifc X и FJ (z) Ф F{ (х) . После восстановления технический объект продолжает эксплуатироваться в неизменных условиях внешнего нагружения, т.е.

ut:::;const у F (l) COnsfc.

Периодичность возможных восстановлений по ликвидации отказов определяется принятым для данного технического объекта планом технического обслуживания (то), который характеризуетс продолжительностью межрегламентного периода - интервалом времени между соседними ТО, проводимыми в моменты времени t- | и t.; соответственно, т.е. t- t-t., ,Vi КО.

С учетом сказанного, для восстанавливаемого технического обекта РЛ (ZL)(z) при u..4

Пусть первое ТО на техническом объекте производится в момент 14 .Вероятность безотказной работы за пе,риод &t равна(в соответствии с (1)

1гдСп.)(2 %рлсг),

Где п в любой момент

к п

.t. n.o)f,.

Те :нический объект за период & ty ожет отказать (с вероятностью j-RAln, )) . Если до первого ТО объект не отказал, то в ходе ТО не восстанавлив ется, если же отказал, то восстанав ливается до уровня 5 . Тогда с-учетом случайности появленТия отказа за период лц прогнозируемое значение функции распределения сопротивляемо ти объе;кта во втором межрегламентно периоде л t Рг ( z) может быть определено по формуле полной в роятности ) .1 .} .. п ТА С) V«Jtz)r RftC J-PK2)D-AC.)-F5t)(2)-F#(2)-T2-(n,)-F(z), tei Прогноз надежности технического объекта в течение второго межреглаMeHTHOfo периода ,-t (до моме та времени t) может быть опять про изведен по формуле (1) ,t). n Н(1)П5, где По ii Ц / (it. К моменту t, второго ТО объект опять может как не отказать (с веро ятностью Rft(п)) и не восстанавливат ся, так и отказать (с вероятностью l-RK(n,)) и вновь восстановиться до уровня у. Прогнозируемое значение функции распределения сопротивляемо ти объекта в третьем межрегламентно (до момента t) периоде д t 4J Ч. X F (z) определяется по формуле ролнои вероятности i() Rf,(.n,).)) 1(г))RAtncl)f) V Для произведения прогноза надежности технического устройства в теч ние bto вновь используют формулу (1 J З , I )),n(Ony где п ь toi/uc . . . Используя данную схему последова тельно, можно определить функцию на дежнос ти для восстанавливаемого тех нического объекта в течение любого требуемого времени. Устройство для прогнозирования йадежности работает следующим образом. В исходном положении на входы ус ройства поступает информация на вход I - о случайном внешнем воэд1ей ствии U(t) на технический объект г например, давлении, температуры, ви рации и T.nj на вход II - о продолж тельности межрегламентных периодов t; на вход III - об исходном уров не X сопротивляемости объекта в виде значения функции распределения исходной сопротивляемости FS(Z); на вход IV - об уровне у восстановления сопротивляемости после отказа в виде значения функции распределения сопротивляемости F(z) после восстановления . Информация о случайном воздействии на технический объект, представленная в виде непрерывного электр 1ческого сигнала, поступает с входа I устройства на вход коррелятора 1 и на вход анализатора 2 случайного процесса. В корреляторе определяется автокорреляционная функция внешнего воздействия и по ней оценивается его интервал корреляции дТ, Интервал корреляции задается анализатору 2 случайного процесса,, в котором непрерывный сигнал разбивается на промежутки, длительностью u-t , и затем в. каждом из полученных промежутк в определяются наибольшие значения и. По выбранным значениям максимумов из интервалов разбиения случайного сигнала вычислительным блоком 3 определяется условная вероятность F{5(z), которая поступает в блок 4 возведения в степень, где она возводится в степень п, задаваемую блсзком 5 управления от исходного значения с постоянным возрастанием на единицу, и поступает на первый вход блока б произведения. Информация о значении функции F((2), представленная в виде импульсного сигнала постоянной амплитуды, поступает на вход блока 12 памяти, где запоминается и постоянно выдается на вход блока 7 дифференцирования и первый вход блока 13 вычитания.С выхода блока 7 сведения о предельных.- возможностях объекта поступают аа второй вход блока б произведения. Блок б произведения определяет величину EF (z)l dFj (z) , которая затем К раз суммируется в первом сумматоре 8, -С которого текущее значение функции надежности R(n) поступает через регистрйрукидий блок 9 на выход устройства. Текущее значение Rft(n) также поступает с выхода блока 8 на второй вход умножителя 14. Информация о значении функции f (z) , представленная в виде непрерывного электрического сигнала постоянной амплитуды, поступает на вторые входы блока 13 вычитания и второго сумматора 15, Блок 13 вычитания определяет разность функций FJ (z)FJ(z), которая в умножителе 14 умножается на текущее значение Rft(n) и, поступив во второй сумматор 15 через вход 1, складывается со значением FJlz), подготавливая значения функции распределения сопротивляемости FJ(z) в последующем межрегламентном периоде. Ввод в блок 1 памяти значе ния FJ (Z) с выхода второго сумматора 15 осуществляется по команде от блока 11 сравнения, поступающей на третий вход блока 15. Информация о продолжительности межрегламентных периодов д t в виде последовательности импульсных сигналов постоянных амплитуд поступает со входа II устройства на второй вход делителя 10, вычисляющий с помощью деления л t на интервал корреляции bt, значение которого поступает из коррелятора 1, значения глубин прогноза п, в каждом межрегламентном периоде . С выхода делителя 10 последовательность значений п;, поступает на второй вход блока 11 сравнения, осуществляющего сравнение текущего значения глубины прогноза (поступающего на первый вход блока 11 с первого выхода блока 5 управления) со значениями п-, начиная с первого значения п. При достижении равенства , бло 1 сравнения выдает сигнал на блок 5 управления и третий вход второго сумматора 15. По этому сигналу блок 5 управления возвращается в исходное положение, при котором , а блок 15 выдает на вход блока 12 памяти значение вычисленной функции распре деления сопротивляемости ) во втором межрегламентном периоде, кото рая заменяет в памяти значение Fj(z функции распределения исходной ( до первого то) сопротивляемости техни ческого объекта. Устройство преходит на вычисление функции надежности Rfj(n) BQ втором межрегламентном периоде. При этом в блоке 11 сравнени начинается сравнение текущего значени п с величной п,.Работа блоков устройс ва при вычислении Rfi(n) во втором межрегламентном периоде аналогично шисанной вьаие с той разницей, что вместо F{ (z) на вход блока 7 и первы вход блока 13 подается значение F$ (z). При достижении п п, устройс во переходит на вычисление R,}{n) в третьем межрегламентном периоде и так далее в течение требуемой глуби ны прогноза. Положительный эффект, который да ет предлагаемое изобретение, заключается в том, что оно позволяет учесть восстановление технического -объекта и тем самым снизить ошибку сторону занижения прогнозируемой функции надежности, в ряде случаев на 10-20%. Экономический эффект S от внедрения предлагаемого изобретения за счет устранения избыточных мероприятий по повышению надежности может быть оценен по следующей формулегде 5| - стоимость резервирующих узлов и элементов технического объекта; S, - накладные расходы на внеплавное техническое обслуживание объекта; S - заработная .плата дополнитель тельного технического персонала, привлекаемого к эксплуатации объекта. Формула изобретения Устройство для прогнозирования надежности по авт. св. № 559198, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности прогноза и расширения области применения устройства, в него введены делитель, блок сравнения, блок памяти, блок вычитания, умножитель и второй сумматор, причем первый вход делителя соединен с выходом коррелятора, второй вход со вторым входом устройства, выход со вторым входом блока сравнения,первый вход которого подключен к выходу блока управления, а выход - ко входу блока управления и к третьему входу второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом устройства и входом блока памяти, выход которого соединен со входом блока дифференцирования и с первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к четвертому входу устройства и второму Входу второго сумматора, а выход - к первому входу умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - с первым входом второго сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 559198, кл. bOlR 31/28, 1975 (прототип).