Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия

 

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к контрольным устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальное время начала проведения технического обслуживания и оптимальное начальное значение элементов изделия с учетом вероятностного характера изменения параметров элемента в процессе эксплуатации. Целью изобретения является расширение области применения. Устройство содержит блоки 1, 2, 3, 4, 5 умножения, сумматоры 6, 7, 8, 9, генератор 14 ступенчатого напряжения, вычитатель 15, компараторы 10,16, формирователь 17 импульса, элемент 18 запрета, датчик 4 времени, ключи 12, 13, элемент 11 памяти. Преимуществом устройства является то, что оно позволяет определить оптимальное начальное значение элемента, при котором обеспечивается максимальное значение наработки изделия до отказа, и время начала проведения технического обслуживания изделия, что приводит к повышению эффективности эксплуатации изделия. 1 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к контрольным устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где нужно определять время начала проведения технического обслуживания в зависимости от технического состояния изделия, осуществлять гибкую стратегию технического обслуживания изделия.

Целью настоящего изобретения является расширение области применения устройства за счет определения оптимального времени начала проведения технического обслуживания и оптимального начального значения элемента изделия с учетом вероятностного характера изменения параметров элемента изделия в процессе эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик времени, первый, второй и третий блоки умножения, первые входы которых являются, соответственно, первым, вторым и третьим входами устройства, выход второго блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого блока умножения, выход третьего блока умножения подключен к первому входу второго сумматора, выход первого компаратора соединен с управляющими входами первого и второго ключей, выходы которых являются, соответственно, первым и вторым выходами устройства, и вычитатель, введены третий и четвертый сумматоры, второй компаратор, формирователь импульсов, генератор ступенчатого напряжения, элемент памяти и элемент запрета, выход которого соединен с вторыми входами первого, второго и третьего блоков умножения, с первым входом четвертого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока умножения и с информационным входом элемента памяти, выход котоpого подключен к информационному входу первого ключа, выход первого сумматора соединен с первыми входами вычитателя и четвертого сумматора, выход которого подключен к первому компаратору, выход которого соединен с управляющим входом элемента памяти, выход генератора ступенчатого напряжения подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого является четвертым входом устройства, выход третьего сумматора соединен с информационным входом второго ключа и с вторым входом четвертого сумматора и вычитателя, выход которого соединен с входом второго компаратора, выход которого подключен к входу формирователя импульсов, выход которого соединен с информационным входом элемента запрета, управляющий вход которого подключен к выходу первого компаратора.

Техническое обслуживание (ТО) является одной из форм управления техническим состоянием технических объектов. Для определения момента начала очередного технического обслуживания объекта используются как априорное назначение сроков начала обслуживания вне зависимости от технического состояния системы при жесткой стратегии обслуживания, так и определение начала очередного ТО по техническому состоянию при гибкой стратегии обслуживания. При гибкой стратегии технического обслуживания учитываются реальное состояние объекта, апостериорная информация о значениях определяющего параметра до и после обслуживания, возможность учитывать сроки и влияние ТО при планировании целевого применения объекта. При определении момента начала обслуживания по состоянию необходимо найти момент выхода определяющего параметра Y_оп за границу области допустимого значения, Y_g, являющуюся ее верхним Y_в или нижним Y_н значениями, т.е. осуществить прогнозирование определяющего параметра во времени. Определяющий параметр может быть представлен суммой детерминированной и случайной составляющих Y_оп(t) Y_д(t) + Y_c(t) Детерминированная составляющая может быть линейно аппроксимирована прогнозирующим полиномом первой степени Y_д(t) Y_O + a t, где Y_O номинальное значение параметра; a постоянный коэффициент, равный скорости изменения детерминированной составляющей определяющего параметра во времени.

Случайная составляющая большинства определяющих параметров распределена по нормальному закону и может быть определена по экспериментальным данным путем вычисления математического ожидания и дисперсии D определяющего параметра. Однако при известной детерминированной составляющей для повышения точности пpогнозирования определяющего параметра достаточно найти значение Величина среднеквадратического отклонения σ(t), как правило, определяется по априорной информации и может быть представлена полиномом с известными коэффициентами 3σ(t)=B₁(t)+B₂t², где B₁, B₂ постоянные коэффициенты, отражающие характер изменения во времени среднеквадратического отклонения определяющего параметра, причем знаки этих коэффициентов таковы, что 3σ(t)> -3σ(t) для всех t.

В этом случае при односторонней границе на определяющий параметр его наихудшее прогнозируемое значение в момент времени t_п будет равно
y_оп(t)_п=y_д(t_п)+3σ(t_п),
или
y_оп(t)_п=y_д(t_п)-3σ(t_п).
Задача определения момента начала технического обслуживания сводится к сравнению прогнозируемых значений изменяющегося во времени параметра Y_оп(t) с его граничным значением Y_g и выборе в качестве начала обслуживания момента времени t, в который прогнозируемое значение Y_оп(t_п) пересечет границу Y_g:

где t_то время начала технического обслуживания.

Очевидно также, что величина t зависит от номинального значения определяющего параметра Y^т₀^о. Выбор Y_O осуществляется перебором возможных реализуемых значений определяющего параметра в пределах от Y_н до Y_в. В исходном состоянии в качестве Y_O выбирается величина Y_н и для такого номинального значения определяющего параметра вычисляется t_то(Y_н. Если t_то(Y_н) определяется пересечением параметром нижней границы Y_н, то выполняется следующий шаг итерации и в качестве Y_O выбирается величина Y_н + ду, где ду определяется следующим образом:
ду (Y_в Y_н)/K,
где К целое число.

Если же t_то(Y_н) определится как пересечение параметра с верхней границей или при первом получении t_то(Y_Oi+1) как пересечения параметра с верхней границей на (i+1)-м шаге, в качестве номинального значения необходимо выбрать величину

Таким образом, номинальное значение определяющего параметра необходимо выбирать так, чтобы обеспечить

где t^*_то оптимальное по критерию долговечности время начала технического обслуживания;
Y^*₀ оптимальное номинальное значение определяющего параметра.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Она содержит первый 1, второй 2 и третий 3 блоки умножения, датчик времени 4, четвертый блок 5 умножения, первый 6, второй 7, третий 8 и четвертый 9 сумматоры, первый компаратор 10, элемент 11 памяти, первый 12 и второй 13 ключи, генератор ступенчатого напряжения 14, вычитатель 15, второй компаратор 16, формирователь 17 импульса и элемент 18 запрета.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства одновременно начинают работать датчик времени 4 и генератор ступенчатого напряжения 14. Датчик времени представляет собой генератор линейно-изменяющегося напряжения и на его выходе формируется сигнал U_вых4 t. Генератор ступенчатого напряжения 14 формирует последовательность выходных значений напряжения U_вых14 Y_i с шагом ду_i:
Y_i+1 Y_i + ду_i, i 0,1,2, Y_O 0
На выходе компаратора 10 в исходном состоянии находится нулевой управляющий сигнал. С первого входа устройства на первый вход первого блока умножения поступает значение параметра B₂, с второго входа устройства на первый вход второго блока умножения 2 поступает значение параметра В₁. С третьего входа устройства на первый вход третьего блока умножения 3 поступает значение параметра a. С четвертого входа устройства на первый вход третьего сумматора 8 поступает значение параметра Y_н. Сигнал t с выхода датчика времени 4 поступает на вторые входы первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 5 блоков умножения. Сигнал B₂t с выхода первого блока умножения 1 поступает на первый вход четвертого блока умножения 5. Сигнал B₁t с выхода второго блока умножения 2 поступает на первый вход первого сумматора 6. Сигнал at с выхода третьего блока умножения 3 поступает на первый вход второго сумматора 7. Сигнал Y_н + Y_i Y_Oi с выхода третьего сумматора 8 поступает на второй вход второго сумматора 7 и на информационный вход второго ключа 13. Сигнал B₂t² с выхода четвертого блока умножения 5 поступает на второй вход первого сумматора 6. Сигнал 3σ(t)=Bt+B₂t² с выхода первого сумматора 6 поступает на первые входы четвертого сумматора 9 и вычитателя 15. Сигнал Y_Oi + at с выхода второго сумматора 7 поступает на вторые входы четвертого сумматора 9 и вычитателя 15. Сигнал Y_Oi + at 3б(t) с выхода вычитателя 15 поступает на вход второго компаратора 16. В первом компараторе 10 входной сигнал сравнивается с уставкой Y_в, а во втором компараторе 16 входной сигнал сравнивается с уставкой Y_н. Если сигнал Y_oi+at+3σ(t) быстрее достигает величины Y_н, чем сигнал Y_oi+at+3σ(t) достигает величины Y_в, то, как только значение сигнала Y_oi+at+3σ(t) станет меньше либо равно Y_н, на выходе второго компаратора 16 появится единичный управляющий сигнал, который запустит формирователь импульса 17. В результате на выходе формирователя импульса 17 появится одиночный импульс, который через открытый элемент запрета 18 поступает на входы датчика времени 4 и генератора ступенчатого напряжения 14. По фронту этого импульса датчик времени 4 приводится в исходное состояние, а генератор ступенчатого напряжения 14 формирует очередное значение Y_i+1. По срезу импульса датчик времени 4 начинает генерировать сигнал U_вых4 t и весь цикл вычисления повторяется, но уже с новым начальным значением элемента Y_Oi+1 Y_н + Y_i+1. Циклы вычисления будут повторяться до тех пор, пока в j-м цикле вычислений единичный управляющий сигнал на выходе первого компаратора 10 не появится раньше единичного управляющего сигнала на выходе второго компаратора 16. Появление единичного управляющего сигнала на выходе первого компаратора 10 свидетельствует о том, что найдены оптимальное время начала проведения технического обслуживания изделия t^*_то Как только в момент времени t_Oj в j-м цикле вычисления значение Y_Oj + at +Y_oj+at+3σ(t) станет больше либо равно Y_в, на выходе первого компаратора 10 появится единичный управляющий сигнал, который поступает на управляющие входы элемента памяти 11, первого 12 и второго 13 ключей и элемента 18 запрета. Элемент 18 запрета закрывается и не пропускает сигналы, которые поступают на его информационный вход. В элементе памяти 11 запоминается значение сигнала, которое было на его входе в момент появления единичного управляющего сигнала на выходе первого компаратора 10, т.е. t_Oj. В результате на первом выходе устройства будет оптимальное значение времени t^*_то=t_oj начала проведения технического обслуживания изделия, а на втором выходе устройства будет оптимальное начальное значение Y_O Y_Oj элемента, при котором обеспечивается максимальное значение времени безотказной работы изделия.

Положительный эффект, который дает предлагаемое изобретение, состоит в том, что оно позволяет определить оптимальные начальные значения элемента, при котором обеспечивается максимальное значение наработки изделия до отказа и время начала проведения технического обслуживания изделия, что приводит к повышению эффективности эксплуатации изделия.

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия, содержащее датчик времени, первый, второй и третий блоки умножения, первые входы которых являются соответственно первым, вторым и третьим входами устройства, выход второго блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого блока умножения, выход третьего блока умножения подключен к первому входу второго сумматора, выход первого компаратора соединен с управляющими входами первого и второго ключей, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства, и вычитатель, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет определения оптимального времени начала проведения технического обслуживания изделия, в него введены третий и четвертый сумматоры, второй компаратор, формирователь импульсов, генератор ступенчатого напряжения, элемент памяти и элемент запрета, выход которого подключен к входам генератора напряжения и датчика времени, выход которого соединен с вторыми входами первого, второго и третьего блоков умножения, с первым входом четвертого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока умножения и с информационным входом элемента памяти, выход которого подключен к информационному входу первого ключа, выход первого сумматора соединен с первыми входами вычитателя и четвертого сумматора, выход которого подключен к первому компаратору, выход которого соединен с управляющим входом элемента памяти, выход генератора ступенчатого напряжения подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого является четвертым входом устройства, выход третьего сумматора соединен с информационным входом второго ключа и с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к вторым входам четвертого сумматора и вычитателя, выход которого соединен с входом второго компаратора, выход которого подключен к входу формирователя импульсов, выход которого соединен с информационным входом элемента запрета, управляющий вход которого подключен к выходу первого компаратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1