Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам контроля, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определять оптимальные сроки технического обслуживания и значения характеристик готовности изделий к применению. Техническим результатом является повышение точности определения периода обслуживания, коэффициента готовности и коэффициента оперативной готовности изделия. Устройство содержит два сумматора, три умножителя, семь ключей, три элемента задержки, интегратор, элемент ИЛИ, два блока деления, блок нелинейности, датчик времени, компаратор и вычитатель. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить (или моделировать) оптимальные периоды технического обслуживания изделий и оценивать их готовность к применению по целевому назначению.

Известны устройства [1, 2], позволяющие определять периоды обслуживания, обеспечивающие максимум коэффициента готовности изделий. Известно также устройство [3], предназначенное для нахождения оптимальных по критерию максимума коэффициента простоя периодов технического обслуживания изделий. Общим недостатком указанных устройств являются низкие функциональные возможности. Они не позволяют определять коэффициент оперативной готовности, показывающий вероятность нахождения изделия в работоспособном состоянии в заданный момент времени.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство [4], содержащее датчик времени, шесть ключей, интегратор, три блока деления, два элемента задержки, компаратор, четыре умножителя, вычитатель, сумматор, блок нелинейности и элемент ИЛИ. Оно позволяет определять оптимальный период технического обслуживания, обеспечивающий максимум времени полезного функционирования изделия на заданном ресурсе, коэффициент готовности и коэффициент оперативной готовности изделия. Недостатком устройства является низкая точность определения искомых величин, т.к. реализуемая устройством математическая модель имеет упрощенный вид и неадекватно отражает цикл обслуживания изделия.

Целью предлагаемого технического решения является повышение точности определения оптимальных значений периода технического обслуживания и соответствующих ему значений характеристик готовности изделия. Цель достигается за счет реализации более точной математической модели, позволяющей дифференцированно учитывать время, расходуемое на различные операции обслуживания изделия: контроль работоспособности, проведение профилактических и аварийно-восстановительных работ. Критерием оптимизации периодов обслуживания в предлагаемом устройстве является максимум коэффициента готовности.

Процесс обслуживания изделий имеет циклический характер. Средняя продолжительность цикла обслуживания определяется следующим соотношением:

или

где τ - период обслуживания изделия;

- среднее время контроля работоспособности;

- среднее время проведения плановой предупредительной профилактики;

- среднее время аварийно-восстановительных работ;

Р(τ) - вероятность безотказной работы изделия за время τ.

Контроль работоспособности изделия осуществляется в плановые сеансы с периодом τ. В связи с этим, на интервале времени между сеансами контроля изделие может находиться не только в работоспособном состоянии, но и в отказе.

Поэтому имеет место соотношение:

где - среднее время работоспособного состояния изделия;

- среднее время пребывания изделия в отказе.

Значение определяется по формуле:

Если результаты контроля покажут, что изделие работоспособно, то проводится плановая предупредительная профилактика. Если же оно окажется неработоспособным, то будут проведены аварийно-восстановительные работы, в результате которых работоспособность будет восстановлена. Таким образом, процесс функционирования изделия является регенерирующим.

При проведении операций контроля работоспособности, планово-предупредительной профилактики и аварийно-восстановительных работ, а также при нахождении изделия в состоянии отказа, оно не может функционировать по назначению. Коэффициент готовности обслуживаемого изделия определяется с помощью следующего соотношения:

Из (4) видно, что коэффициент готовности существенно зависит от периода обслуживания τ изделия. Как показывают исследования, функция К_Г(τ) при некотором (оптимальном) значении периода τ^* имеет глобальный экстремум. Отклонения периода обслуживания от оптимального в сторону меньших или больших значений приводит к уменьшению коэффициента готовности.

В связи с изложенным, задачу определения оптимального периода технического обслуживания изделия запишем в следующем виде:

В практике эксплуатации широкого класса изделий (особенно изделий, работающих в дежурном режиме) важной характеристикой является коэффициент оперативной готовности. Его значение для текущего момента времени определяется следующим образом:

где Р(ξ) - вероятность безотказной работы изделия в момент времени ξ. При этом:

где:

- длительность цикла обслуживания, определяемая соотношением (1), но при оптимальном τ^* значении периода обслуживания изделия;

целое число циклов обслуживания, которое может быть проведено на интервале Т_f=[0, t_f]:

С учетом (4) K_ОГ(t) будет выражен следующим соотношением:

Здесь Р(ζ)=ехр{-λξ}, где λ - интенсивность отказов изделия.

Предложенная математическая модель может быть реализована аппаратно с помощью заявляемого устройства.

Устройство содержит: сумматоры 1, 5; умножители 2, 20, 23; ключи 3, 10, 13, 16, 17, 18, 22; элементы задержки 6, 11, 15; интегратор 7; элемент ИЛИ 8; блоки деления 9, 19; блок нелинейности 4; датчик времени 12; компаратор 14; вычитатель 21.

Перед началом работы устройства исходная информация: λ, , , T_f, подается соответственно на 1, 2, 3 и 4 его входы.

Устройство работает следующим образом.

Датчик времени 12 с шагом Δτ задает в порядке нарастания последовательность возможных значений τ_i периода технического обслуживания изделия τ_i=τ_i-1+Δτ, где i=1, 2,.... В исходном состоянии ключи 3 и 10 открыты, а ключи 13, 16, 17, 18 и 22 закрыты.

Сигнал τ_i с выхода датчика 12 времени через соединенные последовательно второй ключ 10 и элемент ИЛИ 8 поступает на первый вход блока 4 нелинейности, на второй вход которого поступает параметр λ изделия. В блоке 4 нелинейности реализуется функция P(i)=exp{-λτ_i} и передается через первый ключ 3 на первые входы первого умножителя 2 и интегратора 7. В интеграторе 7 эта функция интегрируется на интервале [0, τ_i]. При этом верхний предел интегрирования определяется значением сигнала τ_i, поступающего на второй вход интегратора 7 с выхода датчика 12 времени. Выходной сигнал интегратора 7, соответствующий согласно (3) величине

поступает на второй вход первого блока 9 деления. Сигнал τ_i с выхода датчика 12 времени подается также на второй вход второго 5 сумматора.

В первом умножителе 2 реализуется перемножение величины Р(τ_i) и разности (τ_ПП-τ_ав), поступающей в него со второго входа устройства. Результирующий сигнал, соответствующий величине (τ_ПП-τ_ав)Р(τ_i), с выхода первого умножителя 2 передается в первый сумматор 1, где реализуется операция суммирования с сигналом , поступающим на второй вход сумматора 1 с третьего входа устройства. Выходной сигнал первого сумматора 1 передается на первый вход второго сумматора 5, где формируется в соответствии с (1) значение длительности цикла обслуживания изделия Сигнал, соответствующий величине с выхода второго сумматора 5 передается непосредственно на первый вход первого блока 9 деления и через третий элемент 6 задержки на информационный вход четвертого ключа 17. В первом блоке деления 9 реализуется вычисление значения коэффициента готовности согласно (4), т.е.

Полученный результат К_Гi с выхода первого блока деления 9 подается непосредственно на первый вход и через первый элемент 11 задержки на второй вход компаратора 14.

В компараторе 14 сравниваются между собой текущее К_Гi и предшествующее К_Гi-1 вычисленные значения коэффициента готовности. Если окажется что К_Гi≥К_Гi-1, то управляющий сигнал появится на первом выходе компаратора 14, в результате чего датчик 12 времени выдаст новое τ_i+1 значение периода технического обслуживания и весь цикл вычислений К_г повторится, но уже при новом значении периода. Если же окажется, что К_Гi<К_гi-1, то управляющий сигнал появится на втором выходе компаратора 14 и поступит на разрешающие входы первого 3, второго 10, третьего 13, четвертого 17, пятого 18, шестого 22 и седьмого 16 ключей. Заметим, что по управляющему сигналу компаратора 14 ключи 3 и 10 закрываются, а все другие ключи - открываются. В результате этого сигнал, соответствующий заданному значению времени Т_f, с четвертого входа устройства через пятый ключ 18 поступит на первые входы второго блока 19 деления и вычитателя 21. Сигнал с выхода четвертого ключа 17 поступит на вторые входы второго блока 19 деления и второго умножителя 20. В блоке 19 деления вычисляется целое число циклов обслуживания, которое может быть проведено на интервале времени T_f, т.е.

Полученный результат передается во второй умножитель 20, где формируется сигнал, соответствующий произведению и передается на второй вход вычитателя 21. В вычитателе 21 реализуется разность и через схему ИЛИ 8 подается на первый вход блока 4 нелинейности. В блоке 4 нелинейности формируется сигнал P(ξ) и через третий ключ 13 подается на первый вход третьего умножителя 23. Выходной сигнал датчика 12 времени, задержанный вторым элементом 15 задержки и соответствующий оптимальному значению τ_i-1=τ^* периода технического обслуживания изделия, через шестой ключ 22 поступает на первый выход устройства. Выходной сигнал второго элемента 11 задержки, соответствующий экстремальному значению К_Г(τ_i-1)=К_Г ^* коэффициента готовности, через седьмой ключ 16 поступает на второй выход устройства и на второй вход третьего умножителя 23.

В третьем умножителе 23 вычисляется коэффициент оперативной готовности в соответствии с (8). Выходной сигнал умножителя 23 K_ОГ(t)=K_Г ^*·Р(ξ) передается на третий выход устройства.

На этом работа устройства заканчивается.

Положительный эффект, который дает предлагаемое техническое решение, состоит в том, что устройство позволяет повысить точность определения оптимального периода технического обслуживания изделия и его характеристик готовности к применению.

При составлении описания и формулировании изобретения были использованы следующие источники информации:

1. Г.Н.Воробьев, В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев. А.С. СССР №1617453, М. Кл.⁵ G 07 C 3/08, 1990 г.

2. Г.Н.Воробьев, В.Д.Гришин, В.Т.Доможиров, А.Н.Тимофеев. А.С. СССР №1773199, М. Кл.⁵ G 07 C 3/08, 1992 г.

3. В.Д.Гришин, Ю.С.Мануйлов, А.Н.Щенев Патент РФ №2206123 от 10.06.2003 г., МПК 7 G 07 C 3/08, 2003 г.

4. Г.Н.Воробьев, В.Д.Гришин, Б.В.Москвин. А.С. СССР №1425745, М. Кл.⁴ G 07 C 3/08, 1998 г.

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

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия, содержащее первый сумматор, второй вход которого подключен к третьему входу устройства, на который поступает значение характеризующее сумму среднего времени контроля работоспособности и среднего времени аварийно-восстановительных работ, а первый вход соединен с выходом первого умножителя, второй вход которого подключен ко второму входу устройства, на который подается значение характеризующее разницу между средним временем проведения плановой предупредительной профилактики и средним временем аварийно-восстановительных работ, а первый вход соединен с выходом первого ключа и с первым входом интегратора, выход которого подключен ко второму входу первого блока деления, а второй вход соединен через второй элемент задержки с информационным входом шестого ключа, а непосредственно - с информационным входом второго ключа и с выходом датчика времени, вход которого подключен к первому выходу компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, а второй выход подключен к разрешающим входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, выход шестого ключа является первым выходом устройства, на который поступает значение оптимального периода технического обслуживания изделия, четвертый вход устройства, на который поступает заданное значение времени обслуживания изделия T_f, соединен с информационным входом пятого ключа, выход которого связан с первыми входами вычитателя и второго блока деления, второй вход которого соединен с выходом четвертого ключа и со вторым входом второго умножителя, а выход подключен к первому входу второго умножителя, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход связан с первым входом блока нелинейности, выход которого соединен с информационными входами первого и третьего ключей, второй вход блока нелинейности является первым входом устройства, на которое подается значение λ, характеризующее интенсивность отказов изделия, третий выход устройства, на которое поступает значение К_ог, характеризующее коэффициент оперативной готовности обслуживаемого изделия к применению, соединен с выходом третьего умножителя, первый вход которого соединен с выходом третьего ключа, отличающееся тем, что в него введены седьмой ключ, третий элемент задержки и второй сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого сумматора, второй вход - к выходу датчика времени, а выход соединен через третий элемент задержки с информационным входом четвертого ключа и непосредственно с первым входом первого блока деления, выход которого соединен непосредственно с первым входом компаратора и через первый элемент задержки с информационным входом седьмого ключа, управляющий вход которого подключен ко второму выходу компаратора, выход седьмого ключа соединен со вторым входом третьего умножителя и со вторым выходом устройства, на который поступает значение К_г ^*, характеризующее экстремальное значение коэффициента готовности изделия к применению.