Устройство для определения времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе Советский патент 1982 года по МПК G07C3/10 

(54) УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ПОЛЕЗНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ НА ЗАДАННОМ РЕСУРСЕ

Изобретение относится к автоматиэации контроля и управления производ ственными процессами и может быть ис пользовано в автоматизированных сист мах контроля и управления технологическими процессами и производством, а также в научных исследованиях и те нике, где требуется находить значени величины времени полезного функционирования. Известно устройство для определения используемого ресурса различных изделий, содержащее датчик времени, датчик расхода ресурса, интегратор, сумматор, блок сравнения, блок деления, блок произведения и индикаторное устройство Недостатком указанного устройства является то, что оно служит только для определения используемого ресурса изделия и не связывает запас ресурса с его расходом, на нейтрализацию (устранение) возмущающих воздей ствий,. не учитывает характер и величину возмущающих воздействий и Не позволяет определить время полезного функционирования системы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для оптимального времени периода технического обслуживания ресурса изделия, содержащее датчик расхода ресурса, элемент сравнения,элемент и, блоки деления, два сумматора, три блока умножения и первый блок нелинейности С 2. Недостатком этого устройства является узкая информативность. Цель изобретения - повышение информативности система; Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе, содержащее датчик расхода ресурса, элемент сравнения, элемент И, блоки деления, два сумматора, три блока умножения и первый блок нелинейности, введены второй блок нелинейности, блок возведения в степень, Сдатчик планового значения времени, счетчик числа нарушений, датчик возмущающих воздействий и индикатор, выход датчика расхода ресурса подключен к первому входу элемента сравнения, выходы которого соединены с первым входом первого блока умножения и с первыми входами элементов И, второй выход первого элемента И подключен к выходу счетчика числа нарушения. который соединен с вторым входом элемента сравнения, выход первого элемента И подключен, к первым входам первого блока умножения и блока возведения в степень, второй вход которого соединен с датчиком возмущающих воздействий и с первым входом первого сумматора, выход блока возведения в степень подключен к первому входу первого делителя, второй вход которого соединен с выходом пер вого блока умножения, а выход - с входом второго, сумматора, выход которого подключен к второму входу вто рого элемента И, выход которого чере первый блок нелинейности соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго делителя И к первому входу второго блока умножения,второй вход которого соединен с датчиком планового задания времени,- а выход через второй блок нелинейности с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, а выход - с входом индикатора, вторые входы третьего сумматора и второго блока деления со динены с входом устройства, счетчик числа нарушений подключен к второму входу первого элемента И и к второму входу элемента сравнения. Любые материальные объекты(системы можно рассматривать как объекты,имею щие ограниченный ресурс жизнедеятельности, который расходуется или в процессе функционирования, а также на нейтрализацию возмущающих воздейс вий, которым подвергается система. Система прекращает свое целевое функ ционированй в момент, когда ее ресуре полностью израсходуется. При это окажется, что время полезного функци нирования системы меньше того запланированного времени t, которое должна была функционировать система в от сутствие возмущений, так как часть ресурса расходуется на нейтрализацию (устранение) этих возмущений. В даль нейшем система простаивает до тех пор, пока не получит новую порцию этого ресурса. Очень важным при эксп луатации систем является определение среднего времени полезного функциони рования системы на заданном ресурсе в условиях возмущающих воздействий. Это позволяет определить тот момент, когда необходимо пополнить ресурс, чтобы система могла проработать требуемое программное время t без простоя. Пусть г г„ф Гц - количество ресурса, выделенного в .системе на интервале t ее программного времени функционирования, причем г - величина ресурса, выделенного на полезное функционирование системы, Тщ величина ресурса, предназначенного для нейтрализации возмущающих воздействий. Считаем, что каждое возмущение требует для своей нейтрализации единицу ресурса, при этом возмущения приводят к нарушениям в системе, вызывающим ее простой. Полагаем, также что поток возмущений подчинен пуассоHOB cKorty закону и при этом известна Х-Tx(C)dtr- интегральная интенсивность , возпущений на интервале времени (0,1) требующая для нейтрализации соответствующее количество ресурса г. Система прекратит свое полезное функционирование в тот момент времени, когда возмущения не удается устранить за счет имеющегося в системе резерва ресурса г« ,предназначенного для нейтрализации возмущений и входящего в общее количество ресурса г в системе. В этом случае вероятность того, что в момент времени t не потребуется пополнение ресурса в системе, равна вероятности Р.Ь(-у г (-t) 1 того, что случайное число L(t) нарушений в .системе в момент времени t не более имеющегося резерва ресурса Гц , т.е. Ptьct)r„(t) Полагая, что нарушения устраняются в момент их появления и события, связанные с устранением нарушений в каждый момент времени, независимы,получаем следующее вырэ.жение для вероятности P(t)P(-g-7 t) того, что в случайный момент времени Т возникнет необходимость пополнения ресурса из-, за его нехватки, причем г 7 t, где t6tp,Cj- текущий момент времени. Имеем. P(t) П Р(К), (2) где Р(К) определяется в соответствии с выражением (1). Прологарифмировав выращение (2), полагая единицу измерения времени достаточно малой и переходя от дискретного времени к непрерывному, получим в пределе следующее удобное 1для расчета выражение P(t) еЯр( |еи P(K)dK) (3) вероятности того, что на интервале времени от О до t не потребуется пополнение ресурса, т.е. система продолжает полезно функционировать. С учетом изложенного, т.е. положив „(t) Гц Д.(1) Л-для P(tT из выра кения (3), имеем P(:).)t. (4) Среднее время Т полезного функционирования систегФл определяется из следующих соображений.. Поскольку случайная величина С момента времени, когда наступит нео ходимость пополнения ресурса г, изза его нехватки (случайного момента времени, до которого может система полезно функционировать), имеет усе ченное распределение на интервале (0,t), то ее математическое ожидани зависит от границы интервала t и ра считывается по известной (4,5) формулеTp-MCtJ P(t)dt(5) Таким образом, для f- из выражен (5) с учетом (4) имеем vjl-p№ M-0 i-(«,.t(e.p|(-..«.i )-,, Информация о среднем времени полезного функционирования системы, т.е. о времени, с которого необходимо осуществлять пополнение ресурса, позволяет более целенаправленно проводить процесс эксплуатации системы и получить путем проведения своевременного пополнения ресурса требуемое время t полезного функционирования система.- Предложенная математическа:я модель /южeт быть легко реализована : апп ар атур но. На чертеже приведена блок-схема пpeдлaгae эгo устройства. Устройство содержит датчик 1 возмущающих воздействий, блок 2 возведения в степень, первый сумматор 3, счетчик 4 числа нарушений, осуществляющий подсчет числа нарушений в системе, датчик 5 расхода ресурса, элемент б сравнения, первый элемент 7 И, первый блок 8 умножения, вычисляющий значение факториала, первый блок 9. деления, второй сумматор 10, второй элемент 11 И, первый блок 12 нелинейностей, реализующий функцию X. второй блок 13 умножения, второй бло 14 деления, датчик 15 планового знач ния времени, второй блок 16 нелинейности, реализующий функцию pK iS-0 V третий сумматор 17, третий блок 18 умножения и индикатор 19. Устройство работает следующим образом. В процессе функционирования систе г/ы на нее .воздействуют различного ро возмущения, значение интенсивности которых выдается датчиком 1 возмущаю щих .воздействий, при величина /L поступает на второй вход блока 2 воз ведения в степень, -на первый вход пе вого сумматора 3. Одновременно в сче чике 4 вследствие действия возмущени подсчитывается число нарушений,тре- бующее для своей нейтрализации соответствующее количество единиц ресурса г, поступающего из датчика 5 расхода ресурса на первый вход элемента 6 сравнения. Подсчитанное в счетчике 4 нарушений число нарушений поступает на второй вход элемента 6 сравнения и на вторйй вход первого элемента 7 И. В элементе 6 сравнения сравнивается величина г ресурса на нейтрализацию возмущений в системе с числом нарушений i в системе. В случае, когда ресурса на нейтралиазацию возмущений окажется не менее числа i нарушений, T.e., управляющий сигнал с первого выхода элемента 6 сравнения поступает на первый вход первого элемента 7 -И, с выхода которого значение i числа нарушений в системе поступает на второй вход первого блока 8 умножения, в котором подсчитывается., значение факториала величины i, т.е. вычисляется il, также значение i с выхода первого элемента 7 И поступает на первый вход блока 2 возведения в степень, в котором вычисляется значение величины Д / которое с выхода блока 2 возведения в степень поступает на второй вход первого блока 9 деления, на первый вход которого поступает с выхода первого блока И умножения значения i. В первом блоке 9 деления вычисляется значение величины уЦ-/i , которое с его выхода поступает на вход второго сумматора 10, в Котором по мере расходования ресурса г ц на нейтрализацию возмущений накапливается значение величины 2. , которое с вы- 1-0 хода второго cytwaTopa 10 подается на второй вход второго элемента падения 11 И. Когда в элементе сравнения окажется, что весь запас ресурса г на нейтрализацию вoз yщeний израсходован, т.е. выполняется неравенство г i, то со второго выхода элемента 6 сравнения управляющий сигнал поступает на пернлй вход первого блока В умножения, устанавливая его в исходное (единичное) состояние, а также на первый вход второго элемента 11 с выхода которого вычисленное во , сумматоре 10 значение величины-:| CV/i.) поступает на вход первого блока 12 нелинейностей,реали3 ующе го фу нкцию Си ,} ) Вычи слен ное в первом блоке 12 нелинейностей значение подается на второй вход первого сумматора 3, в KOTOPOJH дроисходит вычисление выражения(Еи - А ) ,которое обозначим через Полученное значение с выхода первого сумматора 3 поступает на первый вход второго блока 13 умножения и на первый вход второго блока 14 деления. На второй вход второго блока 13 умножения с выхода датчика 15 планового значения

Времени поступает значение t заданного планового времени полезного функционирования системы. Во.втором блоке -3-3 умножения вычисляется значение величины А « Т, которое подается на вход второго -блока 16 нелинейностей, реализующего функцию бХр(). С выхода второго блока 16 нелинейностей знач& вне еХр(А-Т) поступает на первый вход третьего сумматора 17, на второй вход которого, а также на второй вход второго блока 14 деления поступает константа 1 В третьем сумматоре 17 происходит вычисление величины бУр(А-Т)-1,которое поступает на второй вход третьего блока 18 умножения,на первый вход которого подается вычисленное во втором блоке 14 деления зна чение величины-У/Л .В третьем блоке 18 умножения осуществляется вычисле ние среднего времени , полезного функционирования системы, равного

(иу хГ1СехрЦ.)-.,

которое с выхода третьего блока умножения 18 поступает на вход индикатора.

Работа устройства на этом заканчивается.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить функционирование системой заданного времени Т, ее полезного функционирования путем определения своевременного мэмента пополнения ресурса в системе.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства можно оценить величиной предотвращенного ущерба, вызванного срывом запланированных работ из-за простоя систег/ы в связи с отсутствием ресур са. Величину ущерба можно определить по формуле

set) д s. (t),

где Si(t)- ущерб от невыполнения i-й (,n) работы за время простоя системы; S(t). - суммарный ущерб от невыполнения п работ за время простоя система.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства может составить до 10% от общей стоимости работ, шаполняемых системой, на периоде пополнения ресурса.

Формула изобретения

Устройство для определения времени полезного функционирования системы

на заданном ресурсе, содержащее датчик расхода ресурса, элемент сравнения, элемент И, блоки деления, два сумматора, три блока умножения и первый блок нелинейности, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения информативности системы, в него введены второй блок нелинейности,блок возведения в степень, датчик планового значения времени, счетчик числа

0 Нарушений, датчик возмущающих воздействий и индикатор, выход датчика расхода ресурса подключен к первому входу элемента сравнении, выходы которого соединены с первым входом первого блока умножения и с первыми входами элементов -И, второй выход первого элемента И подключен к выходу счетчика числа нарушенияi который соединен с вторым входом элемента сравнения,

0 выход первого элемента И подключен к первым входам первого блока умножения и блока возведения в степень,второй вход которого соединен с датчиком возмущающих воздействий и с первым входом первого сумматора,выход блока возведения в степень подключен к первому входу первого делителя,второй вход которого соединен с выходом первого блока умножения,а выход - с

д входом второго сумматора, выход кото-г рого подключен к второму входу второго элемента И, выход которого через первый блок нелинейности соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго делителя и к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с датчиком планового задания времени, а выход - через второй блок нелинейности с первым

0 входом третьего сумматора, выход которого подключен к nepBoiviy входу третьего блока умножения, второй в«од которого соединен с выходом второго блока умножения, а выход - с входом индикатора, вторые входы третьего сумматора и второго блока деления соединены с входом устройства, счетчик числа, нарушений подключен к второму входу первого элемента И и к второму входу

0 элементра сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

по заявке № 2990241/18-24, . кл. G 07 С 3/08, 1980 (прототип).