Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия

 

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано для нахождения оптимального периода технического обслуживания изделий, их готовности к применению по назначению, среднего времени полезного функционирования изделия, а также запаса ресурса, необходимого для функционирования изделия в течение заданного времени. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и области применения устройства за счет определения запаса ресурса, необходимого для функционирования изделия в течение заданного времени. Устройство содержит шесть блоков умножения, два сумматора, два блока деления, блок нелинейности, интегратор, датчик времени, три элемента задержки, три элемента памяти, три ключа, ждущий мультивибратор, компаратор. 1 ил.

Изобретение относится к области устройств контроля и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальные периоды технического обслуживания (ТО) изделий, их готовность к применению по назначению, среднее время полезного функционирования изделия, а также запас ресурса, необходимый для функционирования изделия в течение заданного времени.

Известно устройство [1], позволяющее находить периоды технического обслуживания, обеспечивающие максимум коэффициента готовности изделий.

Известно также устройство [2], позволяющее определять периоды технического обслуживания изделий, обеспечивающие функционирование этих изделий с коэффициентом готовности не менее заданного. Общим недостатком устройств [1, 2] является низкая точность, так как они реализуют приближенные математические модели функционирования изделий. Кроме того, эти устройства не позволяют находить требуемые запасы расходуемых изделиями ресурсов, что снижает их функциональные возможности и ограничивает область применения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство [3], содержащее датчик времени, блок нелинейности, три блока умножения, интегратор, блок деления, сумматор, два элемента памяти, два ключа, два элемента задержки, компаратор и ждущий мультивибратор. Недостатком данного устройства являются низкие функциональные возможности, так как оно не позволяет определять величину ресурса, необходимую для функционирования изделия в течение заданного времени эксплуатации.

Целью настоящего технического решения является расширение функциональных возможностей и области применения устройства за счет определения запаса ресурса, необходимого для функционирования изделия в течение заданного времени.

Известно, что многие технические системы (изделия) функционируют в так называемом дежурном режиме. Перевод этих изделий в режим целевого функционирования производится в какой-то, возможно и случайный, момент времени. Наличие отказа в изделии в этот момент приводит к срыву выполнения целевой задачи.

Для поддержания изделий в работоспособном состоянии они периодически подвергаются техническому обслуживанию, заключающемуся в контроле состояния и ремонте при обнаружении отказа.

Важнейшей характеристикой изделий, работающих в дежурном режиме, является коэффициент готовности, который для рассматриваемых изделий может быть определен соотношением

где - среднее время полезного функционирования изделия, т.е. время, в течение которого оно выполняет или может (готово) выполнить целевую задачу;

Т_с - заданное время функционирования изделия, в течение которого изделие не только способно выполнять (или выполняет) целевую задачу, но и находится в состоянии отказа и технического обслуживания.

Если техническое обслуживание проводить очень часто, т.е. с малым периодом, то значительная часть времени Т_с будет расходоваться на обслуживание и время полезного функционирования будет мало.

Следовательно, малым будет и коэффициент готовности.

Если техническое обслуживание проводить очень редко, т.е. с большим периодом, тогда изделие длительное время будет находиться в состоянии отказа и время будет опять малым, следовательно, и К_г будет мал.

Отсюда следует, что существует такой оптимальный период технического обслуживания, при котором коэффициент готовности изделия достигает максимального значения. Естественным стремлением является нахождение этого оптимального периода.

Пусть изделие должно функционировать в течение времени Т_с (время Т_с расходуется изделием на полезное (целевое) функционирование, на нахождение изделия в состоянии отказа, на контроль, на плановую предупредительную профилактику и на аварийно-профилактический ремонт). Известно, что на каждый контроль изделия в среднем расходуется время γ. Контроль осуществляется с периодичностью τ. Отказы, возникшие на периоде τ, обнаруживаются только в процессе выполнения операций контроля. Если в результате контроля изделие окажется работоспособным, то проводится плановая предупредительная профилактика (ППП). Среднее время, затрачиваемое на проведение ППП, равно α. Если в результате контроля изделие окажется неработоспособным, то проводится аварийно-профилактический ремонт (АПР), в результате которого устраняется неисправность. Среднее время, затрачиваемое на проведение АПР, равно β. Изделие, находящееся в состоянии отказа, контроля, ППП и АПР, не может выполнять целевое назначение.

Если p(t) - вероятность безотказной работы изделия за время t, то справедливо следующее соотношение:

где N - число сеансов контроля и ТО изделия на времени Т_с;

- среднее время полезного функционирования изделия на периоде τ

- среднее время нахождения изделия в состоянии отказа периоде τ

Среднее время полезного функционирования изделия за время Т_с равно

,

а коэффициент готовности К_г определяется соотношением

Задача определения оптимального периода контроля и ТО τ•, обеспечивающего максимальный коэффициент готовности К_г(τ•) изделия, сформулируется следующим образом: найти такой период контроля и ТО τ•, при котором

Среднее значение времени полезного функционирования изделия за время Т_с будет

При эксплуатации многих изделий необходимо знать количество расходуемого ресурса, необходимое для функционирования изделия в течение заданного времени эксплуатации. Пусть С - среднее значение расхода ресурса изделием в единицу времени при полезном функционировании или при нахождении в состоянии отказа, С_к - среднее значение расхода ресурса изделием в единицу времени во время контроля работоспособности, С_пп - среднее значение расхода ресурса изделием в единицу времени при проведении плановой предупредительной профилактики, С_ап - среднее значение расхода ресурса изделием в единицу времени при проведении аварийно-профилактического ремонта. Тогда уравнение баланса на ресурсе R будет

Ресурс, необходимый для функционирования изделия в течение заданного времени Т_с эксплуатации при проведении ТО с оптимальным периодом τ•, будет равен

Предложенная математическая модель может быть реализована аппаратно.

На чертеже приведена схема устройства. Оно содержит первый блок 1 умножения, второй блок 2 умножения, первый сумматор 3, блок нелинейности 4, первый блок 5 деления, интегратор 6, датчик 7 времени, первый элемент 8 задержки, компаратор 9, второй элемент 10 задержки, первый элемент 11 памяти, ждущий мультивибратор 12, второй элемент 13 памяти, третий блок 14 умножения, первый ключ 15, второй ключ 16, четвертый блок 17 умножения, второй сумматор 18, пятый блок 19 умножения, шестой блок 20 умножения, второй блок 21 деления, третий элемент 22 задержки, третий элемент 23 памяти и третий ключ 24. Элементы памяти могут быть построены по схеме 4-5-1 [4, с.124].

Устройство работает следующим образом. При включении устройства с управляющего выхода датчика времени 7 на вход блока нелинейности 4 поступает управляющий сигнал. Этот сигнал обеспечивает одновременную (синхронную) работу датчика времени 7 и блока нелинейности 4. Датчик времени 7 (генератор линейно изменяющегося напряжения) вырабатывает выходной сигнал U_вых=t.

Одновременно с датчиком времени 7 блок нелинейности 4 начинает формировать выходной сигнал, соответствующий вероятности безотказной работы изделия P(t) за время t , который поступает на первый вход первого блока 1 умножения, на второй вход второго блока 2 умножения, на вход интегратора 6 и на второй вход пятого блока 19 умножения. С первого входа устройства на первый вход второго блока 2 умножения поступает значение параметра α, со второго входа устройства на второй вход первого блока 1 умножения и на третий вход первого сумматора 3 поступает значение параметра β, с третьего входа устройства на первый вход первого сумматора 3 поступает значение параметра γ, с четвёртого входа устройства на вторые входы второго блока 21 деления и третьего блока 14 умножения поступает значение параметра Т_с, с пятого входа устройства на первый вход четвертого блока 17 умножения поступает значение параметра С, с шестого входа устройства на первый вход пятого блока 19 умножения поступает значение параметра С_пп·α-С_ап·β, с седьмого входа устройства на первый вход второго сумматора 18 поступает значение параметра С_к·γ+С_ап·β. Значение αp(t) с выхода второго блока 2 умножения поступает на второй вход первого сумматора 3. Значение βp(t) с выхода первого блока 1 умножения поступает на четвертый вход первого сумматора 3. Значение сигнала t с выхода датчика времени 7 поступает на пятый вход первого сумматора 3, на второй вход четвертого блока 17 умножения и через второй элемент 10 задержки на информационный вход второго элемента 13 памяти. Значение равное среднему значению времени полезного функционирования изделия на периоде t, если изделие обслуживать периодом контроля и ТО t, с выхода интегратора 6 поступает на первый вход первого блока 5 деления. Значение t+γ+α·Р(T)+β·[1-Р(t)] с выхода первого сумматора 3 поступает на вторые входы первого 5 и второго 21 блоков деления. Значение С t с выхода четвертого блока 17 умножения поступает на второй вход второго сумматора 18. Значение (C_пп·α-C_ап·β)P(t) с выхода пятого блока 19 умножения поступает на третий вход второго сумматора 18.

Значение C·t+C_k·γ+C_пп·α·P(t)+C_ап·β[1-Р(t)] с выхода второго сумматора 18 поступает на первый вход шестого блока 20 умножения, на второй вход которого с выхода второго блока 21 деления поступает сигнал, соответствующий соотношению

Значение сигнала

соответствующее величине ресурса, который необходим для функционирования изделия в течение времени Т_с, при обслуживании изделия периодом контроля и ТО, равным t, с выхода шестого блока 20 умножения через третий элемент 22 задержки поступает на информационный вход третьего элемента 23 памяти. Значение сигнала

соответствующее среднему значению коэффициента готовности изделия, если его обслуживать периодом контроля и ТО, равным t, с выхода первого блока 5 деления поступает непосредственно на первый вход компаратора 9 и через первый элемент 8 задержки на информационный вход первого элемента 11 памяти и на второй вход компаратора 9.

Элементы задержки 8, 10 и 22 имеют одинаковое время задержки Δt, от величины которой зависит точность определения оптимального периода контроля и ТО.

В компараторе 9 сравниваются между собой два значения K_г(t) и K_г(t-Δt). Как только в момент времени t₀ начнет выполняться условие K_г(t)≤K_г(t-Δt), на выходе компаратора 9 появится управляющий сигнал, который запустит ждущий мультивибратор 12. Управляющий импульс с выхода ждущего мультивибратора 12 поступит на управляющие входы элементов памяти 11, 13 и 23 и на управляющие входы ключей 15, 16 и 24. В результате на первом выходе устройства будет значение оптимального периода контроля и ТО изделия τ•=t_o-Δt, на втором выходе устройства будет значение коэффициента готовности K_г=(τ•)=K_г(t-Δt) изделия, если изделие обслуживать оптимальным периодом τ•. На четвертом выходе устройства будет значение ресурса R•, необходимого для функционирования изделия в течение заданного времени. Значение К_г(τ•) с выхода первого ключа 15 поступает на первый вход третьего блока 14 умножения. В результате на третьем выходе устройства будет среднее значение времени полезного функционирования изделия за время эксплуатации Т_с, если изделие обслуживать периодом контроля и ТО, равным оптимальному τ•. На этом работа устройства заканчивается.

Положительный эффект, который дает предлагаемое техническое решение, состоит в том, что устройство позволяет находить величину расходуемого ресурса, необходимую для функционирования изделия в течение заданного времени при техническом обслуживании этого изделия в оптимальные сроки.

Источники информации:

1. Воробьев Г.Н. и др. А.С. СССР №1773199, G 07 C 3/08, 1992 г.

2. Воробьев Г.Н. и др. А.С. СССР №1767510, G 07 C 5/08, 1992 г.

3. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Тимофеев А.Н. А.С. СССР №1617453, G 07 C 3/08, 1990 г.

4. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. 400 схем для АВМ. - М.: Энергия, 1978 г.

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия, содержащее блок нелинейности, вход которого соединен с управляющим выходом датчика времени, а выход соединен со вторым входом второго блока умножения, с первым входом первого блока умножения и с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, первый вход которого является первым входом устройства, третий вход которого соединен с первым входом сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом первого блока умножения, второй вход которого соединен со вторым входом устройства и с третьим входом сумматора, пятый вход которого соединен с информационным выходом датчика времени и через второй элемент задержки с информационным входом второго элемента памяти, выход которого соединен с информационным входом второго ключа, выход которого является первым выходом устройства, четвертый вход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выход которого является третьим выходом устройства, второй выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения и с выходом первого ключа, информационный вход которого соединен с выходом первого элемента памяти, информационный вход которого соединен со вторым входом компаратора и с выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с выходом блока деления и с первым входом компаратора, выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющими входами первого элемента памяти, второго элемента памяти, первого и второго ключей, отличающееся тем, что в него введены четвертый, пятый и шестой блоки умножения, второй сумматор, третий элемент задержки, третий элемент памяти, третий ключ и второй блок деления, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, первый вход соединен с четвертым входом устройства, а выход соединен со вторым входом шестого блока умножения, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход через третий элемент задержки соединен с информационным входом третьего элемента памяти, управляющий вход которого соединен с управляющим входом третьего ключа и с выходом ждущего мультивибратора, а выход соединен с информационным входом третьего ключа, выход которого является четвертым выходом устройства, пятый вход которого соединен с первым входом четвертого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика времени, а выход соединен со вторым входом второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом пятого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока нелинейности, а первый вход является шестым входом устройства, седьмой вход которого соединен с первым входом второго сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1