Устройство для определения оптимального периода технического состояния изделия

 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам контроля, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальные моменты времени начала проведения технического обслуживания изделий, обеспечивающих максимум вероятности того, что изделие к началу применения по назначению будет работоспособно. Цель: расширение области применения устройства за счет определения оптимального времени начала технического обслуживания изделия. Устройство содержит датчик 1 времени, вычитатели 2 и 4, элементы 3 и 12 памяти, блоки 5, 16, 17 и 18 экспоненциального преобразования, блоки 6, 7, 8 и 9 умножения, сумматор 10, компараторы 11 и 15, ключ 13, триггер 14. Преимуществом изобретения является то, что оно позволяет повысить готовность изделия к применению по назначению и, следовательно, повысить вероятность выполнения поставленной задачи за счет выбора оптимального времени обслуживания изделия и подготовки его к использованию. 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам контроля, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальные моменты времени начала проведения технического обслуживания изделий, обеспечивающие максимум вероятности того, что изделие к началу применения по назначению будет работоспособно.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет определения оптимального времени начала технического обслуживания изделия, обеспечивающего максимум готовности его к применению по назначению в заданное время.

Изделия в процессе эксплуатации могут находиться в различных состояниях: работоспособном, когда изделие используется или может быть использовано по целевому назначению, в состоянии отказа, а также в состоянии технического обслуживания, когда изделие не может выполнять целевого назначения. Естественным стремлением системы обслуживания является стремление привести изделие в работоспособное состояние к началу его целевого применения. Для выполнения этого важным является выбор момента подготовки технического обслуживания изделия при запланированном моменте начала применения. Слишком раннее начало подготовки (технического обслуживания изделия) приводит к тому, что обслуживаемое изделие долго ожидает начала применения, следовательно, может на этом временном интервале отказать и к моменту применения окажется неработоспособным. Слишком позднее начало подготовки сопряжено с опасностью не успеть ее завершить и тогда изделие к началу применения окажется неработоспособным. Возможны отказы, устранение которых требует времени больше, чем его осталось до начала работы изделия. Таким образом, существует некоторый оптимальный момент начала обслуживания изделия, обеспечивающий максимум вероятности того, что изделие к заданному времени будет готово к работе. Предлагаемое устройство обеспечивает нахождение такого момента начала обслуживания изделия.

Известно, что в момент времени t_н запланировано использование изделия по целевому назначению. Известно также, что в процессе эксплуатации изделия оно периодически подвергается техническому обслуживанию, которое включает в себя контроль и управление состоянием изделия. Интервал времени τ_н между моментом t_к окончания последнего технического обслуживания (периодического) и началом t_н функционирования изделия по целевому назначению определяют соотношением τ_н. На этом интервале τ_н необходимо определить оптимальный по выбранному критерию момент t_o начала обслуживания изделия, τ_o. Тогда планируемый интервал времени между предшествующим периодическим обслуживанием и моментом начала подготовки изделия к работе (фиг. 1) τ или t_н-τ_o=τ..

Существует большой класс изделий, для которых время безотказной работы и восстановления с достаточной для практики степенью точности можно описать экспоненциальным распределением. Считают, что отказ обнаруживается только при обслуживании изделия в результате контроля его работоспособности. В случае обнаружения отказа проводятся мероприятия по восстановлению работоспособности изделия. Время восстановления работоспособности изделия описывается функцией распределения G(t). Тогда вероятность того, что в момент времени τ_н начала функционирования изделие работоспособно P(τ_o), определяют как сумму двух вероятностей: P₁=P(τ_н) вероятности того, что изделие за время τ_н не откажет, и вероятности того, что при обслуживании изделия будет обнаружен и устранен отказ и до запланированного начала работы изделия не откажет, т.е.

.

В связи с изложенным задачу поиска оптимального времени начала проведения технического обслуживания изделия записывают в следующем виде: , где τ_н задано.

Для большинства изделий время наработки на отказ и время восстановления работоспособности изделия подчинены экспоненциальному закону. Пусть λ - интенсивность отказов изделия, m интенсивность восстановления работоспособности изделия. Тогда P(t) e^-λ^t, а G(t) 1 e^-μ^t. Для этого случая вероятность того, что в момент времени τ_н начала функционирования изделия по назначению оно исправно, записывают в следующем виде: Для определения оптимального времени начала проведения технического обслуживания изделия необходимо взять производную и приравнять ее нулю. В результате несложных математических преобразований оптимальное время τ^* выражается следующей формулой: .

На фиг. 2 приведена схема предложенного устройства. Устройство содержит датчик 1 времени (таймер), первый вычитатель 2, первый элемент 3 памяти, второй вычитатель 4, первый блок 5 экспоненциального преобразования, первый 6, второй 7, третий 8 и четвертый 9 блоки умножения, сумматор 10, первый компаратор 11, второй элемент 12 памяти, ключ 13, триггер 14, второй компаратор 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 блоки экспоненциального преобразования.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении сигнала пуска на вход запуска устройства триггер 14 переходит в единичное состояние и запускает в работу таймер 1 и второй блок 16 экспоненциального преобразования. На выходе таймера 1 генерируется сигнал U_вых(t) t, который поступает на вход второго компаратора 15 и на вход первого вычитателя 2. С первого вход устройства на входы блока 6 умножения и четвертого блока 18 экспоненциального преобразования поступает значение параметра интенсивности восстановления μ, это же значение m поступает и на вход второго вычитателя 4. С второго входа устройства значение параметра интенсивности отказов l поступает на входы первого 5 и второго 16 блоков экспоненциального преобразования, блок 7 умножения и на вход вычитаемого второго вычитателя 4. Значение параметра t_н с третьего входа устройства поступает на первый вход второго компаратора 15 и на вход вычитаемого первого вычитателя 2.

Значение t τ_н с выхода первого вычитателя 2 поступает на информационный вход второго элемента 12 памяти. На выходе второго блока экспоненциального преобразования формируется функциональная зависимость U_вых(t) exp(-λt). Значение λ-μ с выхода второго вычитателя 4 поступает на первые входы третьего блока 17 экспоненциального преобразования и второй блок 7 умножения. Значение exp(-λt) с выхода второго блока экспоненциального преобразования поступает на информационный вход первого элемента 3 памяти. Во втором компараторе 15 сравниваются между собой два значения τ_н и t. Как только t станет больше либо равно τ_н, на выходе второго компаратора 15 появляется единичный управляющий сигнал, который поступает на управляющий вход первого элемента 3 памяти и на вторые входы первого 5, третьего 17 и четвертого 18 блоков экспоненциального преобразования. В первом элементе 3 памяти запоминается значение exp(-λτ_н), которое было на его входе в момент поступления управляющего сигнала с выхода второго компаратора 15. На выходе первого блока 5 экспоненциального преобразования формируется сигнал exp(-λx), на выходе третьего блока 17 экспоненциального преобразования exp[-(λ-μ)x], на выходе четвертого блока 18 экспоненциального преобразования exp(-μx), которые поступают на вторые входы соответственно первого 6, второго 7 и третьего 8 блоков умножения. Значение λ·e^-λ^x с выхода блока 7 умножения поступает на второй вход сумматора 10. Значение μe^-μ^x с выхода блока 6 умножения поступает на вход сумматора 10. Значение (λ-μ)e^-(λ^-μ^)x с выхода блока 8 умножения поступает на вход четвертого блока 9 умножения. Значение с выхода четвертого блока 9 умножения поступает на вход сумматора 10. Значение сигнала S(x) с выхода сумматора 10 поступает на вход первого компаратора 11, в котором оно сравнивается с нулевым значением. В начале S(x) больше нуля. Как только, в момент времени t' x_o + τ_н, S(x_o) станет меньше либо равно нулю, на выходе первого компаратора 11 появляется единичный управляющий сигнал, который поступает на управляющие входы второго элемент 12 памяти и ключа 13. В элементе 12 памяти запоминается значение сигнала, которое было на его входе в момент времени t', т.е. t' τ_н. Так как первый 5, третий 17 и четвертый 18 блоки экспоненциального преобразования включаются в работу через время τ_н после начала работы таймера 1, то x_o t' τ_н. Значение t' τ_н через открытый ключ 13 поступает на выход устройства. Таким образом, на выходе устройства будет значение оптимального времени τ^*_o=tʹ-τ_н начала проведения технического обслуживания изделия, обеспечивающее максимум вероятности работоспособности изделия в запланированный момент времени τ_н. На этом работа устройства заканчивается.

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода технического состояния изделия, содержащее датчик времени, первый элемент памяти, первый и второй блоки умножения, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, а выходы подключены к первому и второму входам сумматора, первый компаратор, выход которого соединен с первыми входами второго элемента памяти и ключа, выход которого является выходом устройства, выход второго элемента памяти подключен к второму входу ключа, третий и четвертый блоки умножения, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет определения оптимального времени начала технического обслуживания изделия, в него введены первый, второй, третий и четвертый блоки экспоненциального преобразования, триггер, первый и второй вычитатели и второй компаратор, выход которого соединен с первым входом первого элемента памяти и с первыми входами первого, третьего и четвертого блоков экспоненциального преобразования, выход второго из которых подключен к первому входу третьего блока умножения, выход которого соединен с первым входом четвертого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу сумматора, вход триггера является входом "Пуск" устройства, выход триггера соединен с первым входом второго блока экспоненциального преобразования и с входом датчика времени, выход которого подключен к первому входу второго компаратора и к первому входу первого вычитателя, выход которого соединен с вторым входом второго элемента памяти, вторые входы второго компаратора и первого вычитателя объединены и являются третьим входом устройства, выход четвертого блока экспоненциального преобразования подключен к второму входу первого блока умножения, первый вход которого объединен с вторым входом четвертого блока экспоненциального преобразования и первым входом второго вычитателя, выход первого блока экспоненциального преобразования подключен к второму входу второго блока умножения, первый вход которого объединен с вторыми входами первого и второго блоков экспоненциального преобразования и с вторым входом второго вычитателя, выход второго блока экспоненциального преобразования подключен к второму входу первого элемента памяти, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока умножения, выход сумматора подключен к входу первого компаратора, выход второго вычитателя соединен с вторыми входами третьего блока умножения и третьего блока экспоненциального преобразования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2