Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания объекта

 

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и при Л эксплуатации объектов техники, когда требуется находить оптимальные периоды их технического обслуживания. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит датчик 1 времени, блоки 2, 5, 14-19-и 28 умножения, сумматоры 3 и 20, блоки 4, 24 и 25 деления, элементы памяти 6 и 7, элемент сравнения 8, элемент И 9, блоки 10 и 11 возведения в степень, инверторы 12 и 13, вычитатели 21-23, генератор 26 тактовых импульсов и ключ 27. Устройство позволяет более точно определить оптимальный период технического обслуживания объекта за счет учета самостоятельного проявления отказа . 1 РШ. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„, 1 11791 (51) 4 G 07 С 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4188940/24-24 (22) 30.01.87 (46) 23.07.88. Бюл. Ф 27 (72) А.А.Бурба, А.Н.Захаров, Л.А.Тиньков, П.M.Êàçáåðoâ и В.С.Шаламов (53) 6219374.32(088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 758210, кл. G 07 С .3/08, 1978.

Авторское свидетельство СССР

И- 955 139, кл. G 07 С 3/08, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПЕРИОДА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и при эксплуатации объектов техники, когда требуется находить оптимальные периоды их технического обслуживания. Цель изобретения — повышение точности.

Устройство содержит датчик 1 времени, блоки 2, 5, 14-19-и 28 умножения, сумматоры 3 и 20, блоки 4, 24 и 25 деления, элементы памяти 6 и 7, элемент сравнения 8, элемент И 9, блоки

10 и 11 возведения в степень, инверторы 12 и 13, вычитатели 21-23, генератор 26 тактовых импульсов и ключ

27. Устройство позволяет более точно определить оптимальный период технического обслуживания объекта за счет учета самостоятельного проявления отказа. 1 ип.

141 1 791

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и при эксплуатации объектов техники, когда требуется находить оптимальные периоды их технического обслуживания.

Целью изобретения является повышение точности за счет учета самостоятельного проявления отказа. 10

Все материальные объекты — это объекты, имеющие ограниченный ресурс.

Считаем, что объект прекращает целевое функционирование, когда у него израсходуется ресурс или наступит от- 15 каз. Ограниченный ресурс расходуется в процессе эксплуатации на целевое функционирование объекта в работоспособном состоянии и в состоянии скрытого отказа, а так же на техническое 20 обслуживание. Эффективность использования объекта зависит от продолжительности соответствующих периодов его эксплуатации.

Если не проводить техническое об- 25 служивание объекта, то время, в течение которого он работает, соответствует времени функционирования объекта до момента проявления отказа, Увеличение числа сеансов контроля и техни- 30 ческого обслуживания с одной стороны повышает эффективность использования объекта за счет выявления скрытых отказов и их устранения, но с другой стороны, повышает расход ресурсов на техническое обслуживание, что приводит к снижению эффективности использования объекта. Отсюда следует, что существует некоторый оптимальный период между техническими обслуживания-40 ми, доставляющий максимум эффективности использования объекта.

Пусть объект обладает запасом ограниченного ресурса R. В режиме нормального функционирования и в состоя-45 нии скрытого отказа объект в среднем расходует в единицу времени с единиц ресурса, а в режиме технического обслуживания — g единиц ресурса за каждый сеанс.

Уравнение. баланса по ресурсу R можно записать

N(o-.+ g) = К, где а — период между техническими

55 обслуживаниями, N — число сеансов технического обслуживания.

Из уравнения баланса находим

N с +

Находим выражение для математического ожидания потерь эффективности объекта. Так как моменты возникновения неисправности и проявления отКаза случайны, то для описания процесса изменения технического состояния объекта используем плотность распределения времени наработки объекта до момента возникновения в нем скрытого отказа f(t) и условную функцию распределения времени развития скрытого отказа Р(V).

Рассмотрим полную группу событий, которые могут иметь место на межпрофилактическом интервале.

А. Объект в течение интервала

О,Т) функционирует в состоянии работоспособности. После окончания этого периода проводится техническое обслуживание в течение времени С

064Л

В этом случае потери эффективности.обьекта связаны с прекращением его функционирования на время c pgcp

8 (1, (I) = d Wgeg F() где ь11 „ — снижение эффективности функционирования объекта вследствие потери времени на техническое обслуживание, Г(Г) = 1 — Р(Г) — вероятность безотказной работы объекта на (О, ).

В, Объект функционирует безотказно до момента t, в момент t возникает скрытый отказ, который не проявлялся до конца интервала (0,7j . В этом случае потери эффективности можно определить следующим выражением

4 ь))), Р) = ) (x X„(< — x) + x W„.„j x а х Р (à — х) f (х)dx, где Ь Мco (t — х) — функция снижения эффективности функционирования объекта от времени его пребывания в состоянии скрытого отказа.

9(V) = 1 — (V).

С. Объект, функционировал безотказно до момента t> в момент t возникает скрытый отказ, который проявляется до конца интервала (0,7J. В этом случае потери эффективности объекта составляют

xx Р) = j(c,x „(— x) +ь)), +

О

d Wggp, ) (x) f (x) dx

1411791

Пусть плотность вероятности момен-, та возникновения скрытого отказа имеет вид )(t

f(t) = Я„е а условная функция распределения момен та пр оя вле ния отказ а л,» (г g ) 1 е ll

Ь функционирования объекта вследствие прекращения его, функционирования для восстановления работоспособности, Таким образом, потери эффективности объекта на интервале (О,() Составляют 10 ьль(х) = ь ль, л () + )(ь wos ë " о х (Х вЂ” х) + Ь Оллл„ Ф (- х);

f(x)dx+ (ьW <(W х) +ЬW> + )5

О

+ Ь Ио„л)9(с — Х) а(Е)аХ °

За время эксплуатации объекта до полного расходования ресурса потери эффектив нос ти с о ст авля ют го л Ол ьх, (х) = Х Ьлльллл л (") + Ь(ь хсо

x (— x) + ь () с, ) Р((, — x) f(x)dx + ( (хллс(— х) +ьхЬ + Ьхьллл) х 25

О хХ(л — x)f(x)dxj.

Задача обоснования периода технического обслуживания объекта по критерию минимума потерь эффективности функционирования формируется следующим образом.

Находим период (, при котором Wc("«) — mindWc(Y) °

Предлагаемая математическая модель может быть легко реализована ап- 35 паратурно. Для этих целей упрощаем выражение ЬР (), учитывая, что Р (с - х) = 1 - Р((— х) и Р()

= 1- F(-)

40 ьы (r) = N(gw z „+)(ь аль(л- х)х

О

x f (x)dx-+ d W() )7((л — х) f (x)dx ь

О

В теории надежности во многих случаях используют допущение о постоянстве во времени интенсивности отказа объекта. Такое допущение, обычно от, вечающее действительности, позволяет значительно облегчить задачу опредеI ления оптимального периода технического обслуживания.

Предположим также, что функция снижения эффективности функционирования объекта в состоянии скрытого отказа линейна и имеет вид ) )л(сО ((X) = K (X)f где К вЂ” постоянный коэффициент.

Тогда выражение для 6W ((") можно с записать в виде

Ь)((i) = И(Ь)) + ЬЫ + — — — --x

О 1(в с ОБсл ) у

Чф х (Я е — Я е ) +K w+--х

Е х (е — 1) . 1)

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 времени,,первый блок 2 умножения, первый сумматор 3, первый блок 4 деления, второй блок 5 умножения, элементы 6 и 7 памяти, элемент 8 сравнения, элемент И 9, блоки 10 и 11 возведения в степень, инвенторы 12 и 13, с третьего по восьмой блоки 14-19 умножения, второй сумматор 20, вычитатели 2123,.второй 24 .и третий 25 блоки деления, генератор 26 тактовых импульсов, ключ 27 и девятый блок 28 умножения.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 времени с шаром ЬГ задает в порядке нарастания последовательность возможных значений времени

; контроля и технического обслуживания объекта О; = 1 + b f

1, 2... 7. Датчик 1 времени представляет собой генератор ступенчато изменяющегося напряжения. Длительность ступеньки выходного напряжения датчика 1 времени не постоянна, а определяется моментом прихода на его вход сигнала с выхода блока 8 сравнения, После подачи питающего напряжения и всех входных сигналов на вход устройства датчик времени выдает на выходе напряжения соответствующее первому значению периодичности обслуживания 2; = зО, При каждом очередном значении (., в пятом 16 и шестом 17 блоках умножения образуются произведения 9+ (; и a,(>, которые через первый 12 и второй 13 инверторы поступают на первый 10 и второй 11 блоки возведения в степень. С выходов этих блоков сигналы, соответствующие е " и е ", поступают на входы седьмого 18 и восьмого 19 блоков ум1411791 ножения,. на вторые входы этих блоков подаются значения Я и 3q,. Произведения Яр е + и A е подаются на первый вычитатсль 21. Разность этих функций подается на третий блок 14 ( умножения, на другой вход которого поступает сигнал с второго блока 24 ( деления. На первый вход блока 24 по—

ДаетсЯ сигнал ЬЫр, а на втоРой — Раз- 10 ( ность я, — 3„, образующаяся в третьем вычитателе 23. Сигнал, соответствуюр Вр дается на второй вход второго сумматора 20. На третий вход сумматора 20 подается сигнал с выхода второго вычитателя 22, соответствующий слагаеК 7р „ мому — (e " — 1), который образу- 20

Я р ется путем деления К и Я„ в третьем блоке 25 деления, умножения в блоке

28 на значение функции е р" и вычитания сигнала К/ 3р в блоке 22. Тре- 25 тье слагаемое К, образуется в четвертом блоке 15 умножения и подается на первый вход сумматора 20, на четвертый и,пятый вход которого поступают aW и b W, С выхода сумматора

20 сигнал поступает на второй вход ( второго блока 5 умножения, на первый вход которого поступает сигнал с первого блока 4 деления, соответствующий выражению Rj(c ; + g). В блоке 21 па35 раметр с с входа устройства перемножается с текущим значением датчика времени;, а в сумматоре 3 выходной сигнал блока умножения суммируется с другим входным параметром уст- 40 ройства g. На второй вход первого блока 4 деления с входа устройства подается параметр R, определяющий за- пас ограниченного ресурса. С выхода второго блока 5 умножения сигнал, соот-„ ветствующий среднему значению потерь эффективности функционирования.,объекта при заданном датчиком 1 времени зна-. чении ;, посылается на информационные входы первого элемента 6 памяти и ключа 27. При этом ранее записанное 50 в элементе 6 значение ьМ (; — 1) по сигналу генератора 26 тактовых импульсов пересылается на информационный вход второго элемента 7 памяти, с выходом которого по сигналу блока

26 напряжение, равное значению аМ (;,), подается на первый вход блока 8 сравнения. Одновременно по сигналу генератора 26 с выхода ключа

27 напряжение, соответствующее величине Ь И (;), подается на второй вход блока 8 сравнения (в исходном состоянии перед началом работы во второй элемент 7 памяти засылается максимально возможное значение DW, а первый элемент 6 памяти устанавливается в нулевое состояние). В блоке 8 сравнения сравниваются между собой две вели"ины Ь1 с(- ) H pWc () одна из которых соответствует текущему значению ;, а другая — предшествующему ;, . Если в результате сравнения окажется, что Ь|1 (;) < Ь 1 (;-1) то с первого выхода блока 8 сравнения выдается управляющий сигнал датчику 1 времени на выдачу очередного значения 1 1. В противном случае, т.е. при Ь.Р (;) ) p W (;,), такой сигнал выдается с второго выхода блока 8 сравнения на разрешающий вход элемента И 9 и значение „., соответствующее оптимальному периоду обслуживанию объекта +, с второго выхода датчика 1 времени поступает на выход устройства. Работа устройства на этом заканчивается.

Предлагаемое устройство позволяет более точно найти оптимальный период технического обслуживания объектов, имеющих ограниченный запас ресурса. Любое отклонение от оптимального периода обслуживания влечет за собой снижение эффективности функционирования объекта. Например, если период между сеансами обслуживания уменьшить, то будет больше израсходовано ресурсов на контроль и обслуживание-объекта и, как следствие этого, меньше останется ресурса на полезное функционирование. С другой стороны, если период между сеансами обслуживания увеличить, то объект может достаточно длительное время функционировать в состоянии скрытого отказа с меньшей эффективностью, а в момент проявления отказа возникнут потери в эффективности из-за необходимости аварийного восстановления работоспособности объекта.

Если обозначить: W () — средняя эффективность функционирования объекта без оптимизации периода техничес" кого оболуживания; W (") — средняя эффективность функционирования объекта при оптимальном периоде обслуживания, причем всегда Й (") ) Wc (), 1411791

ВНИИПИ Заказ 3657/47 Тираж 497 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 так как д Ы (c ) (Ь М (с,); где с — полезный эффект, приносимый в единицу времени, то удельный экономический эффект С+ предлагаемым устройством можно определить соотношением

С" = С .(") — 1,()).

Моделирование процесса эксплуатации некоторых классов технических объектов показывает, что использование изобретения обеспечивает повышение точности определения оптимального периода и технического обслуживания на 20...307..

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания объекта, содержащее датчик времени, первый выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого является первым входом устройства, выход первого блока умножения соединен 25 с первым входом первого сумматора, второй вход которого является вторым входом устройства, выход первого сумматора подключен к первому входу первого блока деления, второй вход кото- 3р рого является третьим входом устройства, выход первого блока деления соединен с первым входом второго блока умножения, выход которого подключен к информационному входу первого элемента памяти, выход которого соединен с информационным входом второго элемента памяти, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, первый выход которого соеди- 40 нен с входом датчика времени, второй выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом элемента сравнения, выход элемента И является выходом устройства, первый вход второго блока деления является четвертым входом устройства, выход второго блока деления подключен к первому входу третьего блока умножения, выход четвертого блока умножения5О соединен с первым входом второго сумматора, первый блок возведения в степень, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены генератор тактовых импульсов, ключ, пятый, шестой, седь-: мой, .BochMQA H девятый блоки умиот — ния, второй блок возведения в степень, вычитатели, инверторы, третий блок деления, первый вход которого соединен с первым входом четвертого блока умножения и является пятым входом устройства, первый выход датчика времени подключен к второму входу четвертого блока умножения и соединен с первыми входами пятого и шестого блоков умножения, выход пятого блока умножения через последовательно соединенные первый инвертор и первый блок возведения в степень подключен к первому входу седьмого блока умножения, выход которого соединен с первым входом первого вычитателя, выход которого подключен к второму входу третьего блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения, выход которого соединен с информационным входом ключа, выход которо—

ro подключен к второму входу элемента сравнения, выход шестого блока умножения через последовательно соединенные второй инвертор и второй блок возведения в степень подключен к первым входам восьмого и девятого блоков умножения, выходы которых соединены соответственно с вторым входом первого вычитателя и первым входом второго вычитателя, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, выход третьего блока деления соединен с вторыми входами девятого блока умножения и второго вычитателя, первый вход третьего вычитателя подключен к второму входу пятого блока умножения и является шестым входом устройства, вторые входы третьих блока деления и вычитания, шестого, седьмого и восьмого блоков умножения объединены и являются седьмым входом устройства, четвертый вход второго сумматора является восьмым входом устройства, выход третьего вычитателя соединен с вторым входом второго блока деления, первый вход которого подключен к пятому входу второго сумматора, первый, второй и третий выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с управляющими входами ключа, первого и второго элементов памяти.