Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия

 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к контрольным устройствам , и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где нужно определять оптимальный период контроля работоспособности и технического обслуживания изделия и вероятность безотказной работы изделия за время активного функционирования изделия Целью изобретения является расширение области применения устройства. Устройство содержит датчик 1 времени, блок 2 нелинейности, сумматоры 3, 7, усилители 4, 6, блоки 8, 14, элемент 9 задержки, компараторы 10, 24, элементы 11, 13, 18, 25,26, ключи 12, 15, 19, блок 17 умножения, триггер 20, мультивибраторы 21, генератор 22 линейно-изменяющегося напряжения, элемент И 23, дифференцирующий элемент 27 и инвертор 28. Преимуществом изобретения является то, что оно позволяет определять оптимальный период контроля и технического обслуживания по критерию максимума среднего значения времени полезного функционирования изделия с учетом изменения надежностных характеристик этого изделия в процессе эксплуатации, а также вычислять вероятность безотказной работы изделия при обслуживании его с оптимальным периодом 1 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 07 С 3/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888982/24 (22) 07.12;90 (46) 07,10.92. Бюл. N. 37 (72) Г.Н. Воробьев, В.Д. Гришин, В.Т. Доможиров и А.Н. Тимофеев (56) 1.Авторское свидетельство СССР

N -968835, кл. 6 07 С 3/08, 1982, 2.Авторское свидетельство СССР

% 1688266, кл. G 07 С 3/08, 1989, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОПТИМАЛЬНОГО ПЕРИОДА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к контрольным устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где нужно onределять оптимальный период контроля работоспособности и технического обслуживания изделия и вероятность безотказной работы изделия за время активного функционирования изделия, Целью изобре„„ДЦ„„1767509 А1 тения является расширение области применения устройства, Устройство содержит датчик 1 времени, блок 2 нелинейности, сумматоры 3, 7, усилители 4, 6, блоки 8, 14, элемент 9 задержки, компараторы 10, 24, элементы 11, 13, 18, 25, 26, ключи 12, 15, 19, блок 17 умножения, триггер 20, мультивибраторы 21, генератор 22 линейно-изменяющегося напряжения, элемент И 23, дифференцирующий элемент 27 и инвертор

28, Преимуществом изобретения является то, что оно позволяет определять оптимальный период контроля и технического обслуживания по критерию максимума среднего значения времени полезного функционирования изделия с учетом изменения надежностных характеристик этого изделия в процессе эксплуатации, а также вычислять вероятность безотказной работы изделия при обслуживании его с оптимальным периодом, 1 ил.

1767509

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 контроля работоспособности и технического обслуживания изделия и вероятность безотказной работы изделия за время эксплуатации, определяемое запасом ограниченного ресурса.

Известно устройство, содержащее датчик времени, блок сравнения, блок нелинейности, интегратор, регистратор, элемент задержки (соединенные последовательно два регистра), два ключа, четыре сумматора, три блока умножейия и блок деления (1).

Оно определяет оптимальный период технического обслуживания изделия по критерию максимума среднего значения времени полезного функционирования. Однако оно не позволяет определять вероятность безотказной работы изделия за время эксплуатации и обладает низким быстродействием, так как вычисление искомых величин осуществляется за несколько циклов работы устройства, Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее таймер, блок нелинейности, интегратор, три элемента задержки, компаратор, три элемента памяти, одновибратор, три ключа, два блока деления, четыре блока перемножения и три сумматора. Оно определяет оптимальный период технического обслуживания по критерию минимума непроизводительного расхода ресурса, приходящегося на единицу времени полезного функционирования изделия, Недостатком его является то, что оно не учитывает изменения надежностных характеристик изделия за время эксплуатации, не .позволяет определять оптимальный период контроля и технического обслуживания по критерию максимума среднего значения времени полезного функционирования и не позволяет определять вероятность безотказной работы изделия за время эксплуатации, Целью изобретения является расширение области применения устройства с учетом определения критерия максимума среднего значения времени полезного функционирования с учетом изменения надежностных характеристик изделия за время эксплуатации, а также определения вероятности безотказной работы изделия за это время.

Для решения этой задачи введем определения.

Время активного существования изделия Тс — время, в течение которого изделие не только полезно функционирует, но и находится в состоянии отказа и ТО. Ограни5 ченный ресурс при этом расходуется на целевое функционирование, на функционирование иэделия в состоянии отказа и на

ТО, Время "жизни" или время полезного

10 функционирования изделия ТФ вЂ” это время активного существования изделия, уменьшенное на величину времени, в течение которого изделие не может полезно функционировать по причине отказа или ТО.

15 Так как момент отказа аппаратуры изделия случаен, то время "жизни" изделия является случайной величиной.

Пусть изделие обладает ограниченным ресурсом, запас которого R, и возрастаю20 щей функцией интенсивности отказов Л(т). В режиме полезного функционирования изделие в среднем расходует в единицу времени

Сф единиц ресурса, в режиме отказа — С единиц ресурса, в режиме контроля и TQ—

25 Сп единиц ресурса. Считаем, также, что отказы обнаруживаются только в результате плановых сеансов контроля и что в результате проведения контроля и ТО изделие полностью восстанавливает csoe работоспо30 собность. С учетом вышеизложенного, отношение баланса, связывающее запас ресурса и его расходы, можно представить в следующем виде:

35 й(Сф гф+ Со zo+ Сп гп) = R, (1) где гф — среднее время полезного функционирования изделия на периоде; т — промежуток времени между сосед40 ними моментами проведения сеансов контроля и TO изделия; т — среднее время нахождения изделия в состоянии отказа на периоде; г — среднее время, расходуемое на

45 контроль и ТО изделия;

N — число сеансов контроля и ТО, которое можно выполнить на изделии.

Если вероятность безотказной работы

50 изделия за время (О, t) есть

P(t) = ехр(-,/ Л(x)dx), (2) о

55 то среднее хф — время полезного функционирования изделия на периоде z будет с гф= f ту(т)бс+z P(z)= (P(t)dt (3) о о

1767509

Бремя "жи.-.ни" изделия или среднее время полезного функционирования изделия на ресурсе R, когда изделие обслуживается периодом т будет т,р = N Ъ,, (4) где N — определяется из формулы (1) N . (5)

Сф Тф + Со Го + сп in

Задача определения оптимального периода r" контроля и ТО изделия, доставляющего максимум времени полезного функционирования изделия, сформулируется следующим образом.

Найти такой период,т, при котором тф(т ) =вахтф(т) =

l т

Rf р() с о

= max г г

Сф f Г(..)a +C,(т-f r(t)C +C тп (6) или т = аг9п ахТф(г). (7)

Так как рассматриваемый процесс является регенерирующим, то найденное г" является оптимальным на всем времени Тс*=

N(г+ + тп) активного существования изделия. Подставляя значение т" в выражение (2), (5), найдем P(t ) и М*, тогда выражение для вероятности безотказной работы изделия за время То* активного существования получим в следующем виде:

Р* = Р-«(Tc*) = (P(t+)), (8)

На чертеже приведена схема устройства. Оно содержит датчик 1 времени, блок 2 нелинейности, первый сумматор 3, первый усилитель 4, интегратор 5, второй усилитель

6, второй сумматор 7, первый блок 8 деления, элемент 9 задержки, первый компаратор 10, первый элемент 11 памяти, первый ключ 12, второй элемент 13 памяти, второй блок 14 деления, второй ключ 15, третий сумматор 16, блок 17 умножения, третий элемент 18 памяти, третий ключ 19, триггер

20, мультивибратор 21, генератор 22 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), элемент И 23, второй компаратор 24, четвертый 25 и пятый 26 элементы памяти, дифференцирующий элемент 27 и инвертор 28.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении сигнала "Пуск" с четвертого входа устройства триггер 20 перево5 дится в единичное состояние, открывает второй ключ 15 и одновременно запускает в работу блок 2 нелинейности и датчик 1. С первого входа устройства на вход второго сумматора 7 поступает значение параметра

10 Сп гп, с второго входа устройства на вход второго блока деления 14 поступает значение параметра R, с третьего входа устройства на информационный вход блока 2 нелинейности поступает значение парамет15 ра ф), с пятого входа устройства на вход второго ключа 19 поступает значение сигнала, равное единице. На выходе блока 2 нелинейности формируется сигнал Р(т) =

20 =ехрЯ il(x)dx), который поступает на вход о третьего элемента 18 памяти и на вход т интегратора 5. Сигнал сф = f P(x)dx с о

25 выхода интегратора 5 поступает на вход первого блока 8 деления, на вход первого сумматора 3 и через второй усилитель 6, коэффициент усиления которого равен Сф, поступает на вход второго сумматора 7, Да г30 чик 1 представляет собой генератор линейно изменяющегося напряжения, на выходе которого генерируется сигнал t. Этот сигнал поступает на вход первого элемента 11 памяти и на вход первого сумматора 3, Сигнал

35 io = t- сф с выхода первого сумматора 3 через первый усилитель, коэффициент усиления которого равен Со, поступает на третий вход второго сумматора 7. Значение сигнала

Сфтф + Coto+ Сп Тп с выхода второго сумма40 тора 7 поступает на вход первого блока 8 деления и на вход второго элемента 13 памяти, Значение сигнала S(t) = ty/Сфтф+ Coto

+ C> гп) с выхода первого блока 8 деления поступает на вход первого компаратора 10

45 и через элемент 9 задержки на вход первого компаратора 10. В первом компараторе 10 сравниваются между собой два значения

Ут) и S(t - At) (At — время задержки элеменТоМ задержки 9), Вначале S(t) будет больше, 50 чем S(t — й), Как только, в момент времени

t, S(t) станет меньше, чем S(t- At), на выходе первого компаратора 10 появится единичный управляющий сигнал, который поступит на входы мультивибратора 21, ГГИН 22. элементов 11, 13. 18 памяти и первого ключа

12. По этому сигналу в элементах памяти 11, 12 и 18 запоминается значение сигнала, которое было на их входах в момент времени

t . В результате значение сигнала т -= т = г", соответствующее оптимальному значению

1767509 периода контроля и ТО изделия, доставляющее максимум среднему значению времени полезного функционирования изделия в процессе эксплуатации, с выхода первого элемента 11 памяти через открытый первый 5 ключ 12 поступает на первый выход устройства. На выходе второго элемента 13 памяти будет значение сигнала Сф1ф+ Coto+ Cä тд, Это значение поступает на вход второго блока 14 деления. Значение сигнала N* = 10

=N(t) = R/(Catty+ Cotoо+ Сп zn), соответствующее числу сеансов контроля и ТО, которые будут проведены на изделии, обладающем ограниченным ресурсом R, с выхода второго блока 14 деления поступает на вход вто- 15 рого компаратора 24. Значение сигнала Р()=

= P(r ) с выхода третьего элемента 18 памяти поступает на второй вход блока 17 умножения. По сигналу с выхода первого компаратора 10 одновременно включаются 20

ГЛИН 22 и мультивибратор 21, На выходе

ГЛИН 22 будет генерироваться сигнал U ûx

= kt (k — постоянный коэффициент), который поступает на вход второго компаратора 24.

Во втором компараторе 24 сравниваются 25 между собой два значения N* и kt. Пока N* И, на выходе второго компаратора 24 будет единичный сигнал, который поступает на вход элемента И 23 и через первый инвертор 28 — на вход второго ключа 15. Муль- 30 тивибратор 21 генерирует импульсы с периодом, равным 1/К, или К импульсов в единицу времени. Как только, в момент времени t", N** станет < kt", на выходе второго компаратора 24 появится нулевой сигнал, 35

За время " с выхода элемента И 23 на вход четвертого элемента 25 памяти и на вход дифференцирующего элемента 27 поступит

N* импульсов. Вычисление величины Р* осуществляется следующим образом, В чет- 40 вертом элементе 25 памяти используется нормально замкнутый ключ (не показан), а в пятом элементе 26 памяти (не показан) используется нормально разомкнутый ключ. В исходном состоянии (до поступления перво- 45 го импульса с выхода элемента И 23) на выходе третьего сумматора 16 будет сигнал, равный единице, на выходе блока умножения 17 будет сигнал Р(г ), на выходе пятого элемента 26 памяти будет сигнал, равный 50 нулю. Четвертый элемент 25 памяти находится в открытом состоянии, а пятый элемент 26 памяти находится в закрытом состоянии. При поступлении первого импульса с выхода элемента И 23 происходит 55 следующее, По фронту этого импульса закрывается четвертый элемент 25 памяти, затем на некоторое время (определяется параметрами) дифференцирующего элемента 27 открывается пятый элемент ".6 памяти и значение P(r") с выхода четвертого элемента 25 памяти переписывается на выход пятого элемента 26 памяти. По сигналу с выхода дифференцирующего элемента 27 триггер 20 переводится в нулевое состояние и закрывает второй ключ 15. Теперь на выходе третьего сумматора 16 будет сигнал

Р (), а на выходе блока 17 умножения будет сигнал (Р(г )) . По спаду импульса с выхода элемента И 23 открывается четвертый элемент 25 памяти и на его выходе будет сигнал (Р(г )) схема готова к принятию очередного импульса с выхода элемента И 23. После поступления N-го импульса с выхода элемента И 23 на выходе пятого элемента 26 памяти будет значение и откроется второй ключ 15, В результате значение Р* = (P(r )) вероятности безотказной работы изделия, обладающего запасом ограниченного ресурса Р*, за время активного функционирования поступит на второй выход устройства.

На этом работа устройства заканчивается.

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия, содержащее блок нелинейности, выход которого подключен к входу интегратора, выход которого соединен с первыми входами первого сумматора и первого блока деления, выход которого подключен непосредственно и через элемент задержки к входам первого компаратора, выход которого соединен с входом мультивибратора, входы первого, второго и третьего элемента памяти и первого ключа объединены, выходы первого и второго ключей являются первым и вторым выходами устройства, выход первого элемента памяти подключен к второму входу первого ключа, выход датчика времени и первый вход блока нелинейности объединены, второй вход которого является третьим входом устройства, блок умножения, второй сумматор, первый вход которого является первым входом устройства, а выход соединен с вторым входом второго сумматора, третий сумматор, второй блок деления и третий ключ, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет определения критерия максимума среднего значения времени полезного функционирования, в него введены четвертый и пятый элементы памяти, дифференцирующий элемент, мультивибратор, генератор линейно изменяющегося напряжения, второй компаратор, элемент И, инвертор, первый и второй усилители и триггер, выход которого соединен с входом датчика времени и первым входом

1767509

30

40

50

Составитель Н,Баганов

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор Л.Волкова

Заказ 3549 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 третьего ключа, выход которого подключен к первому входу - ретьего сумматора, выход которого соединен с первым входом блока умножения, выход которого подключен к первому входу четвертого блока памяти, вы- 5 ход которого соединен с первым входом пятого элемента памяти, выход которого подключен к второму входу третьего сумматора и первому входу второго ключа, выход первого компаратора соединен с первым 10 входом третьего элемента памяти, второй вход которого подключен к выходу блока нелинейности, и с входом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому входу второ- 15 го компаратора, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу мультивибратора, и через инвертор с вторым входом второго ключа, выход элемента И подклю- 20 чен к второму входу четвертого элемента памяти и входу дифференцирующего элемента, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента памяти и первым входом триггера, выход интегратора через второй усилитель подключен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента памяти, выход которого подключен к первому входу второго блока деления, второй вход которого является вторым входом блока деления, выход второго блока деления соединен с вторым входом второго компаратора, выход первого сумматора через первый усилитель подключен к третьему входу второго сумматора, выход датчика времени соединен с вторым входом первого элемента памяти, выход третьего элемента памяти подключен к второму входу блока умножения, вторые входы триггера и третьего ключа являются соответственно четвертым и пятыми входами устройства.