Устройство для определения размера ресурсов восстановления технического объекта

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) Ыш

О. А1 (511 4 G 06 F 15/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АЮТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 14,, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по.делАм изОБРетений и ОтнРытий (21 ) 391 7740/24-24 (22) 26.06.85 (46) 30. 10,88. Вюл. У 40 (72) Е.И. Бороденко, А.Р, Жорник, В.А. Каэарцев, А.Г. Ларионов и С.Г. Семеиенко (53) 681.333(088.8) (5б) Вентцель Е.С. Теория вероятностей. N. Физматиздат, 1958, с.556557, табл. 4.

Авторское свидетельство СССР

У 1 1 20368, кл. G 06 G 7/52, 1 984 .

Авторское свидетельство СССР

В 1203539, кл. G 06 F 15/20, 1984. (54 )(54 ) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РА3МЕРА РЕСУРСОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА, содержащее источник опорного напряжения и цепи моделирования отказов блоков технического объекта, каждая из которых состоит из формирователя экспоненциальных импульсов, генератора случайных напряжений, элемента запрета, блока умножения, порогового блока, блока выбора уровня ресурса и индикатора, выход генератора случайных напряжений подключен к-,первому входу блока умножения, выход формирователя экспоненциальных импульсов подключен к второму входу блока умножения, выход которого через пороговый блок подключен к управляющему входу блока выбора уровня ресурса, группа информационных выводов которого подключена к группе информационных входов индикатора, выход окончания выбора блока выбора уровня ресурса подключен к информационному входу первого элемента запрета, выход которого подключен к входу сброса формиро.вателя экспоненциальных импульсов, вход сброса блока выбора уровня ре сурса является входом сброса устройства, входы задания опорного напряжения формирователей экспоненциальных импульсов всех цепей моделирования отказов блоков технического объекта подключены к выходу источника опорного напряжения, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, в устройство введен выходной элемент И, а в каждую цепь моделирования отказов блоков технического объекта введены генератор импульсов, делитель частоты, первый и второй счетчики, схемы сравнения, блок задания доверительного интервала, первый и второй элементы

И, линия задержки и элемент НЕ, причем информационный вход первого счетчика подключен к выходу окончания выбора блока выбора уровня ресурса, а выход первого счетчика подключен к первому входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу блока задания доверительного ййтервала, выход схемы сравнения подключен к первому входу первого элемента И, второй вход первого элемента И объединен с первым входом второго элемента И, с информационным входом второго счетчика, с входом останова генератора импульсов и подключен к выходу делителя частоты, выход генератора импульсов подключен к информационному входу делителя частоты, выход первого элемента И подключен к входу элемента

НЕ и к управляющему входу элемента запрета, выход элемента HE подклю1434450 чен к второму входу второго элемента

И, выход которого через линию задержки подключен к входу сброса делителя частоты, выход второго счетчика подключен к информационному входу блока выбора уровня ресурса, входы сброса первого и второго счетчиков всех цепей моделирования отказов блоков технического объекта объединены и являются входом сброса устройства, выход первого элемента И каждой i-й цепи моделирования отказов блоков технического объекта подключен к i-му входу- выходного элемента И (i 1,2,, °, п, где n - количество цепей модели" рования отказов блоков технического объекта), выход которого подключен к входам разрешения считывания всех индикаторов.

2. Устройство по п. !, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок выбора уровня ресурса каждой цепи моделирования отказов блоков технического объекта содержит задатчик постоянного коэффициента, элемент запрета, элемент НЕ, элемент ИЛИ, а также m ветвей расчета числа запасных элементов одного уровня ресурса, каждая из которых содержит первый элемент запрета, задатчик постоянного коэффициента, схему сравнения, узел выделения целочисленного значения, одновибратор, счетчик, узел деления и дешифратор, каждая ветвь расчета числа запасных элементов одного уровня ресурса, кроме первой, содержит второй элемент запрета, причем в каждой ветви расчета числа запасных элементов одного уровня ресурса выход схемы сравнения подключен к входу одновибратора, выход которого подключен к информационному входу счетчика, выход которого подключен к первому входу узла деления, выход которого подключен к входу узла выделения целочисленного значения, выход которого подключен к входу дешифратора, вы ход задатчика постоянного коэффици-. ента подключен к информационному входу первого элемента запрета, во всех ветвях расчета числа запасных элементов одного уровня ресурса, кроме первой, выход первого элемента запрета подключен к информационному входу второго элемента запрета, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения в первой ветви расчета числа запасных элементов одного уровня ресурса выход первого элемента запрета подключен к первому входу схемы сравнения, выход схемы сравнения каждой g-й ветви расчета числа запасных элементов одного уровня ресурса (где

l,2,...,(m-l)) подключен к уп-равляющим входам вторых элементов запрета всех ветвей от (1+1) до ш-й включительно, входы сброса всех счетчиков объединены и являются входом сброса блока, вторые входы всех узлов деления объединены и являются информационным входом блока, выходы демпферов являются группой информационных выходов блока, кроме этого в блоке выбора уровня ресурса выход задатчнка постоянного коэффициента подключен к информационному входу элемента запрета, управляющий вход которого объединен с управляющими входами первых элементов запрета всех ветвей расчета числа запасных элементов одного уровня ресурса и подключен к выходу элемента НЕ,вход которого является управляющим входом блока, выход элемента запрета подключен к вторым входам схем сравнения всех ветвей расчета числа запасных элементов одного уровня ресурса, вьмод одновибратора каждой k-й ветви расчета числа запасных элементов одного уровня ресура (где k -1,2,..., m) подключен к k-му входу элемента ИЛИ, вьмод которого является выходом окончания выбора узла.

1434450

N. м

35 где Б — достаточное число элементов j-го типа для обеспечения работы технического объ,екта на время Т, 40

M — количество отказов, обеспечивающих требуемую точность, m — количество циклов моделирования продолжительностью Т.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для определения размера ресурсов восстановления технического объекта;на фиг. 2 — структурная, схема блока выбора уровня ресурса.

Устройство содержит формирователи 50

1 -1„ экспоненциальных импульсов, re< нераторы 2,-2 случайных напряжений, « блоки 3,-3 « умножения, пороговые блоки 4, -4 „, блоки 5, -5„ выбора уровня ресурса, индикаторы 6 -6„, генераторы 55

7„ -7„ импульсов, делители частоты 8,—

8 элементы запрета 9„-9„ первые

« счетчики 10<-10„, схемы 11„-11„сравЙзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов, например, для определения ресурсов восстановления технического объекта за допустимое время.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что подсчитывается число отказов различных блоков, обладающих различной надежностью за время эксплуатации Т (первые счетчики, генераторы импульсов, делители частоты, формирователи экспоненциальных импульсов, генераторы случайных напряжений, блоки умножения, пороговые блоки, узлы выбора уровня ресурса).

При заданной доверительной вероятности и доверительном интервале это число отказов сравнивается с числом необходимых .опытов для получения заданной точности --(первые элементы сравнения, блоки задания доверитель- 25 ного интервала)., По результатам сравнения принимается решение о повторении цикла моделирования или их достаточности (первые и вторые элементы

И, первые элементы НЕ, линии задерж- 30 ки). Определение достаточного размера ресурсов восстановления по каждому типу осуществляется по выражению иения, блоки 12< -12„ задания доверительного интервала, первые элементы

И 13„-13„, вторые элементы И 14,-14

«<: линии задержки 15< -15n вторые счетчики 16, — 16„, элементы НЕ 17< -17„, совокупность одноименных блоков 1;—

17; образует i-тую цепь моделирования отказов блоков технического объекта

181, rpe i-1,2,...,n, кроме этого устройство содержит источник 19 опорного напряжения и элемент И 20.

Каждый блок 5; выбора уровня ресурса содержит задатчик 21 постоянно" го коэффициента, элемент 22 запрета, элемент НЕ 23, элемент ИЛИ 24 и

m ветвей расчета числа запасных элементов 25<-25„, одного уровня ресурса, которые содержат задатчики 26<-26„„постоянного коэффициента, первые элементы 27,<-27< запрета, схемы 28,-28«<. сравнения, одновибраторы 29„-29, счетчики 30„-30, узлы 31„-31„„деления, узел 32„-32,„ выделения целочисленного значения, дешифраторы 33,-33„„ все ветви расчета числа запасных элементов одного уровня ресурса 25<-25„, (т,е. кроме первой ветви 25„ ) содержат вторые элементы запрета 34 -34

Формирователи 1, -1„ экспоненциальных импульсов представляют собой

BC-цепочку с электронным ключом, подключенным параллельно конденсатору.

Он реализует вероятность отказа i-го элемента технического устройства по закону Р„; (t) = 1-е, где <<; интенсивность отказов. Закон реализуется за счет процесса заряда накопительного конденсатора. Электронный ключ закорачивает конденсатор, разряжая его при поступлении управляющего импульса с управляющего выхода узла выбора уровня ресурса через пепвый элемент запрета °

Ген ер аторы 2 „-2 „случ айных нап ряжений выполнены по известным схемам„ содержащим в качестве первичного источника шума полупроводниковый элемент и усилитель. Генераторы совместно с блоками умножения 3, -3„ обеспечивают моделирование случайного процесса изменения Р,(t).

Блоки 5„-5„выбора уровня обеспечивают выбор элемента для восстановления технического объекта такого уровня,который позволяет устранить отказ за время, меньшее заданного допустимого, Анализ уровня начинается с элемента напряжение с выхода источника ) 9 опорного напряжения. Происходит заряд конденсаторов, причем постоянная времени заряда каждого формирователя

1„ — 1„ отлична от других и соответствует интенсивности отказов i-го элемента технического объекта, Таким образом, вероятность отказа каждого элемента изменяется со своей скоростью в соответствии с интенсивностью отказов ф; .

Случайный характер изменения вероятности отказов моделируется путем перемножения напряжения на накопительном конденсаторе блока l,-l,„со случайно изменяющимся напряжением блока 2, -2„. Умножение производится в блоках 3, -3„

При достижении на выходе блока

3„ напряжения логической единицы на выходе блока 4; также появляется напряжение логической единицы, зто означает, что произошел отказ i-ro элемента. Это напряжение поступает на вход i-го блока 5; выбора ресурсов. В соответствии с логикой работы узла 5, íà его выходе окончания выбора появляется импульс, который записывается в счетчик 10; и одновременно поступает на информационный вход блока 9„ . Если на управляющем входе блока 9 напряжение отсутствует, то импульс поступает на вход сброса блока 1:, где происходит разряд накопительного конденсатора и начинается новый цикл моделирования

Р (t) . С выхода счетчика I O информация поступает на схемы сравнения Il на второй вход которого по1 ступает информация с блока 12, . Если число, записанное в счетчике IO; меньше числа, записанного в блоке

12;, то на выходе схемы сравнения будет потенциал логического нуля, который поступает на первый вход элемента И 13 (это свидетельствует о том, что требования по достоверности не выполнены), На входе элемента И 13 может быть четыре комбинации входных сигналов: случае, когда требования по достоверности не выполнены и период эксплуатации Т не завершен. При выполнении требований по достоверности и

3 )434450 самого низкого уровня, у которого время восстановления наибольшее, Если оно больше допустимого, то выбирается элемент более высокого уровня, у которого время восстановления меньше, 5 чем у предыдущего. Если и это . время

l больше допустимого, то анализируется элемент следующего уровня и т.д. до тех пор, пока время восстановления (ь,g не станет меньше допустимого (т )

Генератор 7 импульсов — типовой ГИ с управляющим входом. При поступлении сигнала на управляющий вход импульс1 ная последовательность на выходе генератора отсутствует.

Делитель частоты 8 предназначен для задания. периода эксплуатации. Его коэффициент деления соответствует пе- 2р риоду эксплуатации.

Первый счетчик 10 предназначен для подсчета количества отказов i-ro, j-го и т.д. элементов, при которых выполняются требования по достоверно- 25 сти (М

Элемент сравнения Il сравнивает числа в двоичном коде. Если число

1 на первом входе больше числа на вто-! ром входе на выходе элемента ll по- щ

У ! тенциал логической единицы. При обратном соотношении на выходе элемен.та 11 потенциал логического нуля. Блок 12 задания доверительного интервала состоит из последовательно соединенных регулируемого источника

Ю постоянного напряжения и аналогоцифрового преобразователя. На нем устанавливается значение числа реализаций, которые необходимы для по- 4р лучения необходимого доверительного интервала при заданной доверительной вероятности. Все эти значения берутся из таблиц.

Второй счетчик 16 предназначен для определения количества циклов моделирования продолжительностью Т.

Блок 32 выделения целочисленного значения выделяет целое число, которое по своему значению больше на единицу целой части дробного числа, поступившего на его вход.

Все остальные элементы известны.

Устройство для определения размеров ресурсов восстановления технического объекта работает следующим образом.

Запускают генераторы 7 импульсов, и на блоки l, -I подается постоянное

1 вход О 1 1 О

2 вход О 1 0

На обоих входах будут нули в том

5 14344 завершении периода эксплуатации на обоих входах единицы. Если требования по достоверности выполнены, а период эксплуатации не завершен, то на входах элемента И 13„ будет третья

5 комбинация. Четвертая комбинация соответствует завершенному периоду эксплуатации и невыполнению требований по достоверности. 10

При первой комбинации входных сигналов на выходе элемента И 13; будет потенциал логического нуля, который поступает на управляющий вход элемента 9,, разрешая новый . цикл моделирования Р . (t), а также отl потенциал логического нуля с выхода элемента И 13, поступает íà i-й вход элемента И 20, запрещая отображение на блоке 6. Потенциал логического нуля,ин- 2р вертированный в логическую единицу элементом НЕ 17;, поступает на один вход элемента И 14;, на другом входе которого потенциал логического нуля с выхода делителя 8;. На выходе элемента И 25

14„ потенциал логического нуля и на сбросовом входе делителя 8 также по1 тенциал логического нуля.

В дальнейшем возможны третья либо четвертая комбинация. При на- 30 личии четвертой комбинации на входе элемента И 13;, т,е. когда

% период эксплуатации завершен (на выходе делителя частоты 8; потенциал логической единицы), а заданная достоверность не выполнена, необходимо произвести сброс информации в дели— теле 8 и начать новый этап моделирования. По сравнению с первой комбинацией отличие заключается в том,что на втором входе элемента И 14 поI тенциал логической единицы, который с некоторой задержкой через элемент

151 подается на сбросовый вход делителя 8„, подготовив его тем самым 46 к новому этапу моделирования Т. Задержка необходима для срабатывания. схемы сравнения II, элемента И 13 и элемента НЕ 18.

При третьей комбинации, когда требования по достоверности выполнены, а этап моделирования Т не завершен, устройство работает до момента появления потенциала логической единицы на выходе делителя частоты:8. При этом запрещается работа ГИ 7;, записывается очередная единица в счетчик 16 !количество реализованных периодов эксплуатации Т), на выходе

50 6 элемента И 13 потенциал логической единицы, который поступает на управляющий вход элемента запрета 9 „, прекращая реализацию новых экспоненциальных сигналов, а потенциал логической единицы, инвертированный в логический ноль элементом НЕ 18, поступает на вход сброса делителя частоты 8, предотвращая новый этап моделирования Т. Потенциал логической единицы подается также на i.-й вход. элемента И 20, подготавливая устройство к отображению информации на блоке 6, о необходимой размере ресурсов и его уровне по i-му элементу технического объекта.

Аналогичным образом устройство

Ь работает по J n цепям моделирования отказов. Когда на всех входах эле. мента И 20 потенциалы логических единиц, на индикаторы 6„-б„с выхода элемента И 20 подается сигнал, разрешающий отображение размера ресурсов по всем элементам технического объекта.

Блок 5 выбора уровня ресурса работает следующим образом.

В исходном состоянии вводятся значения допустимого времени восстановления (Т ) в задатчик . 21 постоянноФ го коэффициента, значения времени восстановления элементами различного уровня в задатчики 26<-26 постоянных коэффициентов, причем

z ьв, т.е. в задатчик 26 введено вре,мя восстановления для элемента самоro высокого уровня. Блоки 21 и 26 представляют собой регулируемые источники постоянного напряжения, напряжение на выходе которых устанавливается пропорциональным соответственно Т и (в; j.

В случае возникновения отказа потенциал логической единицы с блока

4 поступает на вход элемента НЕ 23, инвертируется потенциал логического нуля, который поступает на управляющие входы элементов запрета 22, 27>—

;27, разрешая тем самым сравнение 1

Г

Т и ьв . Если с в Т, то на выходе в, I схемы сравнения 28 появляется потен-. циал логической единицы, который подается на управляющие входы элементов запрета 34, -34„ запрещая тем самым выбор элементов со второго по

m-й уровень. С выхода 28 потенциал логической единицы поступает на вход .одновибратора 29, который генери7 14344 рует одиночный импульс. После записи импульса в счетчик 30, информация о количестве импульсов поступает на первый вход узла деления 31,, на вто5 рой вход которого подается значение периодов эксплуатации Т (со счетчика !6 ), которые были необходимы для выполнения требований по достоверности. С выхода блока 32 информация о достаточном числе элементов i-го типа для обеспечения работы технического объекта на время Т поступает на дешифратор 33,, с определенного выхода которого поступает на индикатор 6;.

Если Ть, то на выходе блока

28, напряжение логического нуля. Следовательно, на управляющем входе 34 напряжение логического нуля и происходит сравнение и Т . Если 2О

+Т то аналогичйым образом счиВ » тывается информация с соответствую"

50 8 щего выхода дешифратора на индикатор

6. В случае > Т начинает работать третий уровень сравнения и т.д. Сигналом с выхода элемента ИЛИ 32 происходит управление разрядом накопительного конденсатора в блоке 1.

После окончания работы счетчики 30 —

30 очищаются сигналом по входу сброса.

Применение устройства позволяет определить необходимое количество запасных элементов определенного уровня для восстановления блоков техниче. ского объекта после их отказов в течие заданного периода эксплуатации с заданной точностью.

При этом время устранения отказа не превышает заданного, а суммарные затраты на ЗИП вЂ” минимально возмож1ные.

1434450

Составитель Т. Сапунова

Техред М,Дидык

Корректор Л. Пилипенко

Редактор М. Циткина

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5557/52

Производственно-,полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Пр е

П оектная 4