Устройство для определения характеристик надежности изделия

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в научных исследованиях и опытно-конструкторских работах, где требуется обосновать требования к надежности изделий. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет определения значения интенсивности отказов изделия. Устройство содержит блок сравнения, делитель, сумматор, генератор ступенчатого напряжения, ключи, элементы задержки. 1 ил.

 

Предложение относится к вычислительной технике и может быть использовано в конструкторских разработках, где требуется находить значение интенсивности отказов, обеспечивающее готовность изделия к функционированию по назначению не ниже заданного.

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

Известны устройства [3, 4], позволяющие определять значения периодов технического обслуживания, обеспечивающие требуемую готовность изделия к применению. Их недостатком являются низкие функциональные возможности. Они ориентированы на уже существующие изделия и не позволяют находить рациональные значения интенсивности отказов разрабатываемых изделий. Известно также устройство [5], предназначенное для определения значения интенсивности отказов, обеспечивающее максимум времени полезного функционирования изделия при заданном периоде его технического обслуживания. Недостатком устройства является узкая область применения, так как оно ориентировано на изделия, контроль состояния которых проводится в плановые сеансы. Кроме того, эти изделия обладают ограниченным ресурсом "жизнедеятельности". Фактор расходования этого ресурса 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, которая при заданном периоде технического обслуживания изделия обеспечивает максимум времени полезного функционирования изделия. Недостатком данного устройства является узкая область применения, так как оно ориентировано на изделия с ограниченным запасом материального ресурса, расходуемого в процессе функционирования. Скорость расходования этого ресурса отражается на значении искомой величины. В то же время существует широкий класс изделий, для которых такой ресурс не является определяющим с точки зрения обеспечения качества функционирования изделия, так как запас его достаточен для нормального функционирования (например, энергия стационарной электросети). В противном случае произойдет отказ по ресурсу. Наиболее важным является высокая степень готовности изделий к применению по назначению, определяемая их надежностными характеристиками, режимами работы и внешними факторами.

Целью предлагаемого технического решения является расширение области применения устройства за счет определения интенсивности отказов, обеспечивающей требуемую готовность изделия к применению.

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.

Комплексным показателем качества функционирования изделия является коэффициент готовности. Для указанного класса изделий он 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 задачу определения требуемого значения интенсивности отказов сформулируем так: определить значение интенсивности отказов, обеспечивающее функционирование изделия с коэффициентом готовности не менее 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 заданному значению коэффициента готовности К_г ^зад. Со второго входа устройства на первые входы сумматора 3 и делителя 2 поступает сигнал, соответствующий значению интенсивности восстановления работоспособности изделия μ. Генератор ступенчатого напряжения 4 выполняет роль датчика интенсивности отказов. Он задает в порядке нарастания 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 второй вход 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 второй вход делителя 2. В делителе 2 вычисляется значение коэффициента готовности в соответствии с соотношением (2), то есть К_гi=μ/λ_i+μ. Далее сигнал К_гi передается непосредственно на второй вход блока сравнения 1 и через первый элемент задержки 6 - на информационный вход первого ключа 5. В блоке сравнения 1 сравниваются между собой значения К_гi и К_г ^зад. Если окажется, что К_гi>К_г ^зад, то управляющий сигнал с первого выхода блока сравнения 1 поступит на вход генератора ступенчатого напряжения 4. По этому сигналу на выходе генератора 4 появится новое значение интенсивности отказов λ_i+1=λ_i+Δλ и процесс вычисления коэффициента готовности повторится. Так будет продолжаться до тех пор, пока будет выполняться неравенство К_гi≥К_г ^зад. Как только в блоке сравнения 1 окажется, что К_гi<К_г ^зад, управляющий сигнал появится на втором его выходе. В это время на информационном входе первого ключа 5 действует задержанный первым элементом задержки 6 сигнал К_г ^выч=K_гi-1, 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 задержки одинаковое и соответствует длительности одного цикла вычисления значения коэффициента готовности и сравнения его с заданным значением. По управляющему сигналу блока сравнения 1 ключи 5 и 8 открываются, в результате чего на первом выходе устройства будет вычисленное значение коэффициента готовности Кг^выч, 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 необходимую готовность к применению.

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, №9.

3. Г.Н.Воробьев, В.Д.Гришин, В.Т.Доможиров, А.Н.Тимофеев. АС СССР №1767510, G 07 c 5/08.

4. В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев, М.Ю.Туркин. Патент РФ №2071116, G 07 С 3/08, 1996.

5. В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев, В.В.Лысак. АС СССР №1732364, G 07 С 3/08, 1992.

6. Г.Н.Воробьев, В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев. АС СССР №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 соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен ко второму входу делителя, выход которого связан со вторым входом блока сравнения, отличающееся тем, что в него введены второй ключ и два элемента задержки, причем первый вход блока сравнения является первым входом устройства, а второй вход 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 соединен с выходом генератора ступенчатого напряжения и со вторым входом сумматора, а выход является вторым выходом устройства, второй вход которого соединен с первым входом делителя.