Устройство для определения характеристик надежности изделия

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для определения надежности элементов сложных систем, где требуется находить значение интенсивности отказов, обеспечивающее возможный простой изделия не более допустимого. Устройство содержит блок сравнения (1), делитель (2), сумматор (3), генератор ступенчатого напряжения (4), первый ключ (5), первый элемент задержки (6), второй элемент задержки (7) и второй ключ (8). Техническим результатом изобретения является расширение области применения устройства отказов, удовлетворяющей требованию по качеству функционирования изделия. Выходными величинами устройства являются интенсивность отказов и коэффициент простоя изделия. 1 ил.

 

Предложение относится к вычислительной технике и может быть использовано в конструкторских разработках, где требуется находить значение интенсивности отказов, обеспечивающее возможный простой изделия не более допустимого.

Известны работы [1, 2], посвященные обоснованию требований к надежности элементов сложных систем. В них предлагаются подходы к установлению рациональных границ надежности элементов. Показана неоправданность стремления к абсолютной надежности элементов систем из-за экономической и технической нецелесообразности.

Известны устройства [3, 4], позволяющие определять значения периодов технического обслуживания, обеспечивающие минимум коэффициента простоя изделий. Их недостатком являются низкие функциональные возможности. Они ориентированы на уже существующие изделия с известными характеристиками безотказности. Эти устройства не позволяют находить рациональные значения интенсивности отказов разрабатываемых изделий. Известно также устройство [5], предназначенное для определения значения интенсивности отказов, обеспечивающего максимум времени полезного функционирования изделия при заданном периоде его технического обслуживания. Недостатком устройства является узкая область применения, так как оно ориентировано на изделия, контроль технического состояния которых возможен только в плановые сеансы. Кроме того, эти изделия обладают ограниченным ресурсом "жизнедеятельности", что отражается на значении искомой величины интенсивности отказов. Отметим также, что в схеме и формуле изобретения устройства [5] имеется ряд ошибок, не позволяющих рассматривать его в качестве прототипа (ошибочно включен один из блоков 23, не отражены несколько межблочных связей).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство [6], содержащее генератор ступенчатого напряжения, два сумматора, два блока умножения, два интегратора, два усилителя, два делителя, блок сравнения и ключ. Оно позволяет определять значение интенсивности отказов изделия, которое при заданном периоде технического обслуживания изделия обеспечивает максимум времени полезного функционирования изделия. Недостатком этого устройства является узкая область применения. Оно ориентировано на изделия, обладающие ограниченным запасом расходуемого ресурса. Контроль состояния изделий проводится только в плановые сеансы. В то же время существует широкий класс изделий, контроль работоспособности которых осуществляется непрерывно, а отказ проявляется практически мгновенно. Фактор расходования этими изделиями какого-либо ресурса жизнедеятельности (например, электроэнергии) не является определяющим с точки зрения их готовности к применению, так как запас этого ресурса достаточен для нормального функционирования изделия. В противном случае произойдет отказ по ресурсу. В таких условиях наиболее важным является необходимый уровень безотказности изделий, при котором вынужденный простой изделия не превышает допустимого значения.

Целью предлагаемого технического решения является расширение области применения устройства за счет определения интенсивности отказов, удовлетворяющей требованию по качеству функционирования изделия.

Существует широкий класс изделий непрерывного применения. Особенностью функционирования таких изделий, согласно [7], является пребывание их в любой момент времени в одном из следующих возможных состояний:

- работоспособное, когда изделие применяется либо может быть применено по назначению;

- неработоспособное, если в изделии произошел отказ.

Важным показателем качества функционирования таких изделий является коэффициент простоя, который выражается следующим соотношением:

где - среднее время безотказной работы,

- среднее время восстановления работоспособности изделия в случае возникновения отказа.

При экспоненциальном законе распределения наработки на один отказ интенсивность отказов λ и среднее время безотказной работы связаны соотношением:

Интенсивность восстановления μ и среднее время восстановления работоспособности изделия в случае возникновения отказа представляется так:

Тогда соотношение (1) приобретает следующий вид:

С учетом изложенного, задача определения требуемого значения интенсивности отказов формулируется так: определить значение интенсивности отказов, при которой коэффициент простоя изделия будет не более заданного, то есть:

Предложенная математическая модель может быть реализована аппаратно.

На чертеже показана схема заявляемого устройства.

Оно содержит блок сравнения 1, делитель 2, сумматор 3, генератор ступенчатого напряжения 4, первый ключ 5, первый элемент задержки 6, второй элемент задержки 7 и второй ключ 8.

Устройство работает следующим образом.

С первого входа устройства в блок сравнения 1 подается сигнал, соответствующий допустимому (заданному) значению коэффициента простоя . Со второго входа устройства в сумматор 3 поступает сигнал, соответствующий значению интенсивности восстановления работоспособности изделия μ. Генератор ступенчатого напряжения 4 выполняет роль датчика интенсивности отказов. Он задает в порядке нарастания с шагом Δλ последовательность возможных значений интенсивности отказов λ_i=λ_i-1+Δλ; i=1, 2, 3,...; λ₀=0. С выхода генератора ступенчатого напряжения 4 сигнал λ_i поступает на вторые входы делителя 2 и сумматора 3 непосредственно, а через второй элемент задержки 7 - на информационный вход второго ключа 8. В сумматоре 3 формируется сигнал λ_i+μ и передается на первый вход делителя 2. В делителе 2 вычисляется значение коэффициента простоя в соответствии с соотношением (2), то есть K_пi=λ/λ_i+μ. Далее сигнал К_пi передается через первый элемент задержки 6 на информационный вход первого ключа 5. Одновременно сигнал K_пi поступает в блок сравнения 1, где сравнивается с заданным значением Если в результате сравнения окажется, что то управляющий сигнал с первого выхода блока сравнения 1 поступит на вход генератора ступенчатого напряжения 4. По этому сигналу в генераторе 4 сформируется новое значение интенсивности отказов λ_i+1=λ_i+Δλ и процесс вычисления коэффициента простоя повторится. Так будет происходить до тех пор, пока будет выполняться неравенство Как только в блоке сравнения 1 окажется, что управляющий сигнал появится на втором его выходе. К этому моменту на информационном входе первого ключа 5 действует задержанный первым элементом задержки 6 сигнал а на информационном входе второго ключа 8 - задержанный вторым элементом задержки 7 сигнал λ^выч=λ_i-1. Это связано с тем, что время первого 6 и второго 7 элементов одинаковое и соответствует длительности одного цикла вычисления значения коэффициента простоя и сравнения его с допустимым (заданным) значением. По управляющему сигналу блока сравнения 1 ключи 5 и 8 открываются, в результате чего на первом выходе устройства будет вычисленное значение коэффициента простоя , а на втором выходе - вычисленное значение интенсивности отказов λ^выч. На этом работа устройства заканчивается.

Положительный эффект, который дает предлагаемое техническое решение, состоит в том, что устройство позволяет определить требуемое значение интенсивности отказов изделия, обеспечивающее функционирование изделия с коэффициентом простоя не более допустимого.

При составлении описания и формулировании изобретения использованы следующие источники информации.

1. Л.Н.Чупров. Распределение требований к надежности системы между ее элементами. В сб. "Основные вопросы теории и практики надежности" - М.: Сов. радио, 1975, с.98-106.

2. Ю.С.Коваленко, В.Ю.Муратов. Метод распределения требований к надежности элементов сложных систем. В сб. "Надежность, контроль качества", 1975, N9.

3. Г.Н.Воробьев, В.Д.Гришин, В.А.Денченков, А.Н.Тимофеев. А.С. CCCP N 1326825 G 07 С 3/08, 1987.

4. В.Д.Гришин, Ю.С.Мануйлов, А.Н.Щенев. Патент РФ N 2206123, G 07 С 3/08, 2003.

5. В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев, В.В.Лысак. А.С. СССР N 1732364, G 07 С 3/08, 1992.

6. Г.К.Воробьев, В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев. А.С. СССР N 1580414, G 07 С 3/08, 1990.

7. А.Я.Маслов. "Эксплуатация и ремонт средств связи". ВИККА им. А.Ф.Можайского, 1995 г., 533 с.

Устройство для определения характеристик надежности изделия, содержащее блок сравнения, первый выход которого подключен к входу генератора ступенчатого напряжения, а второй выход соединен с разрешающим входом первого ключа, выход которого является первым выходом устройства, второй вход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом делителя, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, отличающееся тем, что в него введены второй ключ и два элемента задержки, причем первый вход устройства подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого через первый элемент задержки соединен с информационным входом первого ключа, разрешающий вход которого связан с разрешающим входом второго ключа, информационный вход которого через второй элемент задержки связан с выходом генератора ступенчатого напряжения и со вторыми входами сумматора и делителя, а выход является вторым выходом устройства.