Устройство для определения ресурса изделия
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СП ЕДЕЛЕНИН РЕСУРСА ИЗДЕЛИЯ, содержащее датчик времеии, выход которого подкшочен к входу блока нелинейности, выход которого соеданен с входом интегратора , первый сумматор, первый блок умножения , первый блок деления, причем выход интегратора подключен к первому входу второго бпснка умножения, первый и втсфой элементы И, последовательно соединенные первый и второй регистры, выход второго регистра подключен к первым входам третьего элемента И и блока сравнения, выходы которого соединены с первым входом датчика врэмени, с перъым входом второго элемента И и с вторым входом третьего элемента И, последовательно соединенные третий и четвертый регистры, выход четвертого регистра соединен с вторым входом второго ал мента И, выходы первого и третьего элементов И подключены к первому и второму входам регистра, отлича ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения информативности устройства, в него введены второй сумматор , второй блок деления, третий и четвертый блоки умножения, п зичем выход датчика времени подключен к первок входу первого сумматора, выход интегратора подключен к первому входу первого блока умножения, выход которого соединен с первым входом второго, сумматора, второй вход которого подключен к выхо-/ ду второго блока умножения, выход Второго сумматсфа соединен с первым входом третьего регистра и с первым входом первого блока деления, второй вход которого и второй вход первого сумматора объединень и подключены к выходу ин (О тегратора, выход первого блока деления соединен с первым входом третьего блока умножения, выход которого подключен к входу первого регистра и к второму входу Q блока сравнения, выход второго элемента е И соединен с первым входом второго блока деления, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, выход первого элемента И соединён с первым входом четвертого блока ножения, ю ю выход второго блока деления подключен к второму входу четвертого блока умножения и к третьему входу регистратора, QD четвертый вход которого соедннен с шлходом четвертого блока умножения, вто рые вхош первого и второго блоков умножения и третий вход второго сумматора подключены к входам устройства.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
Зц11 (07 С 3/10
; °
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ " -:-: .,-..;. ц
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3412379/18-24 (22) 17;03.82 (46) 07,06,83. Бки. % 21 (72) Г. H. обьев, В. Д. Гришин
;и А, Н. Шарапов (53) 621.178(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
И 332480, кл. Ci 07 С 3/00, 1969.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ж 2892053, кл. G 07 С 3/10, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОП. ЕДЕЛЕНИИ РЕСУРСА ИЗДЕЛИЯ, содержаmee датчик времени, выход которого подключен к входу блока нелинейности, выход которого соединен с входом интегратора, первый сумматор, первый блок умножения, первый блок деления, причем выход интегратора подключен к первому входу второго блока умножения, первый и второй элементы И, последовательно соединенные первый: и второй регистры, выход второго регистра подключен к первым входам третьего элемента И и блока сравнения, выходы которого соединены с первым входом датчика времени, с первым входом второго элемента И и с втоpbIM входом третьего элемента И, последовательно соединенные третий и четвертый регистры, выход четвертого регистра соединен с вторым входом второго элемента И, выходы первого н третьего элементов И подключены к первому и второму входам регистра, о т л и ч а ю„„SU„„1022197 A щ е е с я тем, что, с целью повышейия точности и расширения информативности устройства, в него введены второй сумматор, второй блок деления, третий и четвертый блоки умножения, причем выход датчика времени подключен к первому входу первого сумматора, выход интегратора подключен к первому входу первого блока умножения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выхо-. ду второго блока умножения, выход второго сумматора соединен с первым sxoдом третьего регистра и с первым входом первого блока деления, второй вход которого и второй вход первого сумматора объединены и подключены к выходу интегратора, выход первого блока деления. соединен с первым входом третьего блока умножения, выход которого подключен к входу первого регистре и к второму входу блока сравнения, выход второго элемента
И соединен с первым входом второго блока деления, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, -выход первого элемента И соединен с первым входом четвертого блока умножения, выход второго блока деления подключен к второму входу четвертого блока умножения и к третьему входу регистратора, четвертый вход которого соединен с выходом четвертого блока умножения, вворые входы первого и второго блоков умножения и третий вход второго сумматора подключены к входам устройства. оаыо
Изобретение относится к устройствам контроля и внюкет быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определить минимально необходимый ограниченный ресурс различных .изделий, Известно устройство дпя определения используемого ресурса изделия, которое содержит датчики различных кпиматичесl)0 ких условий, корректирующие звенья, датчик времени, интегратор и регистрирующее устройство (1, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения ресурса иэделия, содержащее датчик времени, выход которого подключен к: входу блока нелинейности, выход которого соединен с входом интегратора, первый и второй сумматоры и первый блок умножения, пер- ° вый блок деления, причем выход интегра- О тора подключен к первому входу второго блока умножения, первый и второй weменты И, последовательно соединенные первый и второй регистры, выход второре; го регистра подключен к первым входам третьего элемента И и бл,ока сравнения, выходы которого соединены с первыМ входом датчика времени, с первым входом второго элемента И и с вторым входом третьего элемента И, последовательно ЗС соединенные третий и четвертый регистры, выход четвертого, выходы первого и третьего элементов И подключены к первому и второму вхбдам соответственно регистратора, третий блок умножения и второй сумматор (2).
Непостатками устройства являются низкая точность, так как оптимальный период технического обслуживания изделия определяется дпя случая, когда расход щ ограниченного,ресурса одинаков как в состоянии полезного функционирования изделия, так и в состоянии оФказа, а также низкие информативные возможности.
Бель изобретения — повышение точнос- 5 ти устройства эа счет учета различия интенсивностей расхода ресурса в различных режимах работы иэделия, а также расширение информативных воэможнос тей эа счет определения величины запаса ог->О раниченного ресурса, минимально необходимого для полезного функционирования иэделия в течение заданного вр мени, времени активного существования изделия и числа возможных сеансов контроля и технического обслуживания.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство дла определения ресурса изделия введены второй сумматор, второй блок деления, третий и четвертый блоки умножения, причем выход датчика времени подключен к первому входу первого сумматора, выход интегратора подключен к первому входу первого блока умножения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй ахоп которого подключен к выходу второго блока умножения, выход второго сумматора соединен с первым входом третьего регистра и с первым входом первого блока деления, второй вход которого и второй вход первого сумматора объединены и подключены к выходу интегратора, выход первого блока деления соединен с первым входом третьего блоКа умножения, выход которого подключен к входу первого регистра и к второму входу блока сравнения, выход второго элемента И соединен с первым входом второго блока деления, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, выход первого элемента И соединен с первым входом четвертого блока умножения, выход второго блока деления подключен к второму входу четвертого блока умножения и к третьему входу регистратора, четвертый вход которого соединен с выходом четвертого блока умножения, вторые входы первого и второго блоков умножения. и третий вход второго сумматора подключены к входам устройства.
Все материальные объекты (изделия) это объекты, имеющие ресурс (ограничен«ный ресурс жизнедеятельности ). l1na
:целевого функционирования изделие имеет разпичные ограниченные ресурсы, кото рые им расходуются в процессе взаимодействия с окружающей средой. Запасы ресурсов оказывают существенное влияние на динамику поведения изделия. В качестве таких ресурсов могут быть запасы топлива, продукта пневмогидравли ческих систем, электроэнергетики, надежностные ресурсы отдельных устройств и приборов, физические возможности людей и т A
Увеличить время полезного функционирования изделия можно путем увеличения запаса ограниченного ресурса, уменьшения расходования ресурса, повышения надежности изделия и введения технического обслуживания, в результате которого устраняются отказы и восстанавливается работоспособность изделия.
С точки зрения расхода ресурса и времени полезного функционирования издепия весьма важным является вопрос, как час3 1022 то необходимо производить техническое обслуживание этого иэделия. Например, если техническое обслуживание не про- водить ипи проводить его редко,то может
Оказатьсяр чтО эначитепьная часть ресур са расходуется непроизводительно из-аа дцительного пребывания иэделия в состоянии отказа. Если техническое обслуживание проводить часто, то время нахож- дения изделия в .состоянии отказа умень- 10 шится, но возрастет производительный расход ресурса на техническое обслуживание изделия, и, чтобы иэделие noaesao работало в течение времени,не менее задннго, необходим- ба ьшой пас рсура15
Отсюда следует, что существует некоторый онтимапьный период между тех
: ническими обслуживаниями, который обеспечивает заданное время - полезного функционирования при минимально необходимом запасе. ресурса, Лпя определения ресурса иэделия вводим следующие обозначения: Т,- время жизни (время,: в течение которого изделие выпанняет целевое назначение при ус-»5 повии его абсолютной надеЖности, при этом ресурс расходуется тацько на целевое функционирование), Т - время активного существования (время, и течение орого нэпепне He ToRbKo >Gaeaao функ 30 ционирует но и находится в состоянии
У. отказа и:в состоянии технического обслуживания (контроля и управления). Ограниченные ресурсы при этом расходуются на целевое функционирование, на функционирование изделия в состоянии отказа и на техническое Обслуживание); Т » - время полезного функционирования (время актив ного существования иэделия, уменьшенное на величину времени, в течение которого изделие не может поаезно функционнро- 40 вать по причине отказа ипи технического обсйуживания. Так как момент отказа аппаратуры иэделия случаен, то время полезного функционирования является случайной величиной). .Принимаем следующие ограничения: исправное иэделие выполняет ипи готово выполнить целевое назначение; продолжительность процесса контроля и управления мала по сравнению с периодом контроля; 50 после управления состояние аппаратуры изделия обновляется.
Допустим, иэделие в режиме целевого или нормального функционирования расходует в единицу времени С,в состоянии 55 отказа - (:,, а в результате каждого сеанса контроля и управления — единиц ресурса.
197 4
С учетом введенных обозначений, вре.мя жизни изделия Т щ на данном ограни
:ченном запасе ресурса Р равно
Т
К ж с
Если обозначить через " . период acr время между соседними сеансами контроля и управпення, а через Й- число се-, ансов контроля и управления аппаратуры . изделия на ресурсе 5i,, то уравнение бадан са можно записать в следующем виде; й(Сн СФ+Со 00+9) =Я» (4) где Гф — среднее время попезного функционирования иэделия на периоде;
g = ф — среднее время нахождения иэ о депия в состоянии отказа иа периоде.
Иэ выражения (1) находим Й- число возможных сеансов контроля и управления
A.
С (Ю)
СИСФФ ОСОФФ а
Так как наступление отказа в аппарату"- ре изделия случайно, то,исцопьэуя пиал ность распределения безотказной работы
4.(t), среднее время Гф поденного фуая ционнрования объекта на периоде Ф asходим по формуле . = + ®М+тР(ч=)Р()М, Л)
| о . О ьткуда Г с,= с-Ъф-..с-f p(+)6t
Необходимо определить минимально необходимый запас ресурса К slaa работы изделия в течение заданного Т4» времени полезного функционирования. Соотно шенне,которое связывает среднее время полезного функционирования изделия Т и требуемый запас ресурса К, имеет вид
Й . С т =н - Jp®ж, с 1р )м.с,(с-7рЮац н0 0 0 откуда н т gc„pH)N c,(- p()dt)+q3 (4)
f рь)а
Используя соотношение (4), сформуаи руем задачу определения оптимального составляюше-.О минимум Й, дпя за5 1022 данного Тф времени полезного функционирования изделия =@юг (ynjg1 СН РЯ.}%+ о(.
Ф
- Jp(<) Щ+С р И.}dt о
Подставив " в (4), определим на
Jf именьший запас ресурса К =R(t ), который необходим для работы изделия в течение Тф ..
Подставив 7;+и Я в (2), найдем
Я а следовательно, и время активного существования изделия, которое определяется по формуле
Т = -и c+.
С
Предложенная модель определения минимально необходимого запаса ресурса может быть реализована аппаратурно.
На чертеже представлена блок-схема устройства.
Устройство содержит датчик 1 време- р ни, дающий интервалы между очередными техническими обслуживаниями издепия, причем каждый последующий интервал увеличивается относительно предыдущего на величину Ь, блок 2 нелинейности, реализующий функцию Р (<)- вероятность безотказной работы изделия на интервале 0,+g интегратор 3, интегрирующий функцию Р(+) первый сумматор 4, первый блок 5 умножения второй блок 6
35 умножения, второй сумматор 7, первый блок 8 деления, третий блок 9 умножения, первый регистр 10 второй регистр
11, первый элемент И 12, третий ре гистр 13, четвертый регистр 14, блок
1 5 сравнения, второй элемент И 6, вто46 рой блок 17 деления, четвертый блок 18 умножения, третий элемент И 19, регистратор 20.
Устройство работает следующим обg$ разом.
Датчик 1 времени с шагом Ь Г задает в порядке нарастания последовательность возможных значений .
Т (C;=Y; „+ьТ, i = 1,K), При каждом очередном значении из блока 2 нелинейности вь б .:рвется на. интервале (O,Г ) функция p(4) и засыЯ лается в интегратор 3, где интегрируется. Верхний предел интегрирования определяется текущим значением Г датчика 1 времени.
197
С интегратора 3 сигнал, соответст Ci вуюший g . =yp(t)dt (среднему времени о полезного функционирования изделия на периоде 3; ) поступает на второй вход первого сумматора 4, на первый вход ко. торого поступаЕт сигнал Г„с первого выхода датчика 1 времени. С выхода первого сумматора 4 сигнал, соответстl вуюший „-,} p(tgt (среднему времени
1 о нахождения изделия в состоянии отказа на периоде ; ), поступает на второй вход первого блока 5 умножения, на пер-, вый вход которого с первого входа устройства поступает величина С (расход ресурса изделием в единицу времени в состоянии отказа), С выхода первого блока 5 умножения, сигнал, соответствующий произведению Сс,бр поступает на второй вход второго сумматора 7, Сигнал с интегратора 3 поступает также на второй вход третьего бпока 6 умножения, на первый вход которого со второго входа устройства поступает значение СИ- расход ресурса изделием в единицу времени в режиме целевого функционирования, Значение среднего расхода ресурса за период Т в режиме нормапьного (целевого)
Т функционирования C„Jp(+)<3< с выхода о третьего блока 6 умножения поступает на третий вход второго сумма тора 7, на первый вход которого поступает значение ф (расход ресурса на каждый сеанс контроля и управления). С выхода сумматора
7 сигнал, соответствующий заносится в первый регистр 10, при этом ранее занесенное в регистр 10 значение суммы на периоде 7(j ) пересылается Bo, второй регистр 11. Выход второго сумматора 7 соединен также с первым входом первого блока 8 деления, H& второй
:BxoA которого с выхода интегратора 8 поступает среднее время полезного функционирования на периоде Г; С 1 ф;= Tp®at о
Сигнал, соответствующий величине
1022197 с выхода первого блока 8 деления поступает на первый вход третьего блока
9 умножения, на второй вход которого с четвертого входа устройства поступает значение заданного времени полезного функционирования Т@ С первого выхода третьего блока 9 умножения произведение, соответствующее требуемому запасу ресурса изделия, еспи обслуживать изделие с периодом К
J p (+)д+ о. 15 поступает на первый вход блока 15 cpas= нения и на вход третьего регистра 13.
При этом занесенное ранее в регистр 13 значение R „„пересылается в четвертый регистр 14 и затем поступает на вторые входы блока 15 сравнения и третьего элемента И 19. В исходном состоянии перед началом работы четвертый регистр
14 обнуляется, а в регистр 13 заносится максимально возможная величина R, определяемая его конструктивными характеристиками. В .последующем при передаче информации с регистра 13 на регистр 14 ранее записанная иа регистр 14 информация уничтожается. В блоке 15 сравнения 30 после выдачи датчиком: времени очередного значения 1 сравниваются между собой величийы и „ и R 4, одна на которых соответствует текущему значению
К1, а другая величина — предшествую щему C „.Если в результате такого сравнения окажется, что Я „ъ@, то с первого выхода блока 15 сравнения выдается yttравляюший сигнал датчику 1 времени на выаачу очереаного значения +1 . в резуль- )
1 тате чего происходит определение R „,, и последующее сравнение.с. R„, т.е. цийл работы устройства повторяется, но уже для нового значения И так будет до тех пор, пока последующее значение R 45 не станет больше предыдущего. B противном случае, т.е. при R- с К., выдается
1- n разрешающий сигнал с второго выхода блока 15 сравнения на первый вход первого элемента И 12 и значение ф1 „,соответствукхаее оптимальному периоду технического обслуживания ", с второго выхода датчика 1 времени поступает на первые вхоаы регистратора 20и блока
18 умножения. Прн выполнении условия
R„. „<К„разрешающий сигнал с второго выхода блока 15 сравнения поступает также на первые входы первого и треть-. его элементов 12 н 16. При этом с вы- хода четвертого регистра 11 сигнал, соответствующийи и
ti-1 e1-1
С„Г9(t) Bt+Cp(Q „J p (<)3t} о через элементы И 16 и 12выдается на; первый вход второго блока 17 деления а
I значение минимально необходимого. запаса ресурса R =К . 4 с выхода четвертого регистра 14 через элемент И 19 поступает на вторые входы регистратора 20 и второго блока 17 деиения. С выхода второго блока 17 деления сигнал, соответствующий числу сеансов контроля и управления на ресурсе R ", подается на третий вход регистратора 20и второй вкоа четвертого блока 18 умножения, в котором вычисляется время активного сушествования 1 gag+ и подается на
С четвертый вход регистратора. На этом работа устройства заканчивается.
Таким абразом, в результате работы устройства осуществляется определение и регистрация минимально необходимого запаса ресурса М, оптимального периода технического обслуживания и управления время активного существования изделия Т и числО сеансов контроля и управления H+
Положительный эффект от виедрения предлагаемого устройства состоит в повышении его точности эа счет учета различия интенсивностей .pacxona pecypca изделием в состоянии полезного функционирования и в состоянии отказа, а также в расширении информативных воэможностей за счет определения и регистрации величины запаса ограниченного ресурса, минимально необходимого для полезного функционирования иэделия втечение заданного времени, величины времени активного существования изделия и числа возможных сеансов контроля и технического обслуживания ..Экономический эффект от внедрения устройства оценивается величиной предотвращенного ущерба, определяемого по формуле н
5= >++Х 5„, 1 где S — ущерб из-3а потерь неиспользованного ресурса; ц- — ущерб от срыва 1 -ой работы, из-еа неоправданного занижения запаса ресурса изделия, и может составить до 10% от общей стоимости ограниченного ресурса.
Редактор . ос; ани-ед;, !!, аганова
1:.„Лушни.":.. л Гехред М, Тепер Корректор В, Бутп а
В
Закаа 40-; 9/- !3 Тира>;(573 Подписное
БН(!!!!!И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-,35, Раушская наб., д. 4/5
ИЕ
Финивл !1!!П .атенп ...-, Ур; вод, уд. Дроектцаи, .я .
