Устройство для определения периода технического обслуживания изделия

 

Изобретение касается контроля работы изделий и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить время полезного функционирования сложной системы. Целью изобретения является расширение области применения на изделия, состоящие из отдельных подсистем. Устройство содержит датчик 1 времени, блок 2 нелинейного преобразования, интегратор 3, блоки 4,24 деления, компараторы 5, 13, 14, коммутаторы 6-12, элементы задержки 15, 16, 17, счетчик 18, элементы памяти 19, 20, 21, блок 22 памяти, регистратор 23, блоки 25, 26, 27 умножения, сумматоры 28, 29 и 30. Работа устройства основана на вычислении израсходованного ресурса по каждой подсистеме изделия, сравнении их с заданным уровнем, определении подсистемы с минимально оставшимся ресурсом, определении времени технического обслуживания при окончании ресурса критической подсистемы. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 С 07 С 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BT0PCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 4403674/24-24 (22) 04. 04.88 (46) 15.01.90. Бюл. № 2 (72) Г.Н. Воробьев, В,Д. Гришин, Б,В.Москвин, А.Д. Морик, Л.Н.Немудрук и А.Н.Тимофеев (53) 681.178(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 922828, кл. G 07 С 3/10„ 1980.

Авторское свидетельство СССР № .864315, кл. G 07 С 3/10, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ

„„SU„1536415 А 1

2 (57) Изобретение касается контроля работы изделий н может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить время полезного функционирования сложной системы. Целью изобретения является расширение области применения на изделия, состоящие иэ отдельных подсистем. Устройство содержит датчик ! времени, блок 2 нелинейного преобразования, интегратор 3, блоки 4, 24 деления, компараторы 5, 13, 14, коммутаторы 6-12, элементы задержки

15-17, счетчик 18, элементы памяти19-21, блок 22 памяти, регистратор

15364.15 ределении подсистемы с минимально оставшимся ресурсом, определении времени технического обслуживания

5 при окончании ресурс а критиче ской подсистемы. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам контроля и может- быть использовано в научных исследованиях и техйике, где требуется находить время !

5 полезного функционирования сложной системы, период технического обслуживания и ресурс, необходимый для активного существования системы в те- чение заданного времени с заданным

20 коэффициентом готовности.

Целью изобретения является расШирение области применения устройства путем определения времени полезного функционирования, периода контроля состояния иэделия, состоящего из ряда подсистем, и ресурса, необходимого для активного существования этого изделия в течение заданного времени с коэффициентом готовности не менее заданного.

Для изделий или систем, находя1цихся в дежурном режиме, важной осо- бенностью является работоспособность в случайный момент времени, то есть при поступлении заявки на выполнение ка 35 кой-либо операции система должна быть готова выполнить ее. Важной характеристикой таких систем является коэффициент готовности, который может быть определен в виде отношения време-40 ни полезного функционирования системы к времени ее активного существочания: (л) * — Я

T (1) г т 45

25 где (3) ° el

23, блоки 25-27 умножения, сумматоры

28-30. Работа устройства основана на вычислении израсходованного ресурса по каждой подсистеме изделия, сравнении их с заданным уровнем, опгде Т вЂ” время полезного функционирования системы на ограниченном ресурсе, то есть время, в течение которого система выполняет или может (готова) выполнить целевое назначе" ние;

Т вЂ” время активного существовал ния системы на ограниченном ресурсе, то есть время, в течение которого система не только готова или выполняет целевое назначение, но и находится в состоянии отказа, а также на техническом обслуживании.

Считаем, что сложная система состоит из i (i I,n) подсистем и для своего функционирования требует реcypc R искомой величины.

При отказе любой подсистемы или ее техническом обслуживании система в целом не может выполнять целевого назначения, поэтому целесообразно искать общий для всех подсистем период контроля и технического обслуживания системы, обеспечивающий заданный коэффициент ее готовности, заданное время активного существования и, исхоця из этого, требуемый для ее функционирования необходимой величины ресурс R.

Пусть задан коэффициент готовности сложной системы, состоящей иэ и подсистем — К, задано время активного зоА существования всей системы — Т, в режиме нормального функционирования и в состоянии, отказа каждая подсистема расходует в среднем в единицу времени С; единиц ресурса, а в результате каждого сеанса контроля и технического обслуживания каждая подсистема расходует g, единицресурса. Тогда для сложной системы можно записать уравнение баланса на ресуре R в следующем виде ь, — период (интервал времени) между соседними сеансами контроля и технического обслуживания системы, N - число сеансов контроля и технического обслуживания, R — запас (объем) ресурса.

Из уравнения баланса найдем п J P; (t)dt д

J cr;(c)dt дЛ

P;(t)dt.

+ i Р;(i) 10 а среднее время полезного функционирования системы на ресурсе будет. (4) Х =N(min J P; (t)dt— о

tml

T = „ . (6): 25 . а коэффициент готовности будет равен

N(min 1 Р, (t)dt

1 с

N— (9) С,, + Pg,.

1=

Т,„ (min J P (t>dt)

1 д (. С; +, 5 8;

;" J P,(t)dt

1 О (7) . (.I0) 35 Из выражения (1) для коэффициента готовности можно получить

Т = К (2Ф) Т с с (11) Используя соотношения (10) и (11) 40 получим (ппп J P; (t)dt) о (12) Так как момент наступления отказа в 1-й подсистеме случаен, то,используя плотность распределения времени безотказной работы f, (t), можно найти среднее время полезного функционирования подсистемы на периоде (, Считаем, что время, отводимое на каждый сеанс контроля и технического обслуживания, значительно меньше тогда время активного существования системы с учетом изложенного можно определить соотношением

Иэ данного выражения видно, что коэффициент готовности существенно зависит от периода (. Задача обоснования периода технического обслуживания системы, доставляющего зацанный коэффициент готовности всей

К ((. )Т т,- +

lml э1 откуда

К,(%)Т, (лФ, ЕС; +,70;)

min J Р; (t)dt д

Используя выражения (7), (8), (» ), (13); можно определить период 3 ", который обеспечивает готовность контролируемЬй системы к работе, время полезного функционирования системы

Т на заданном времени активного существования Тс, минимально необходимый запас ресурса для функциони15 6

Тогда среднее время полезного функционирования системы в целом на периоде (, можно представить выражением

В. (mi и Р, (е) д е (5)

+ 8; i o

m 1 системы в целом. формулируется следующим образом.

Найти период, при котором к, (() к"," (8)

В дальнейшем, используя <., запишем выражение (3) и (5) в следующем виде рования системы в течение заданного времени Тс с заданным коэффициентом готовности.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 времени, блок 2 нелинейного преобразования, интегратор 3, первый блок 4 деления, первый компаратор 5, с первого по седьмой коммутаторы 6-12, второй и третий компараторы 13, 14, первый второй и третий элементы 15-17 sa1536415 держки, счетчик 18, первый, второй и третий элементы 19-21 памяти, блок

22 памяти, регистратора 23, второй блок 24 деления, первый, второй и

5 третий блоки 25-27 умножения, первый, второй и третий сумматоры 28-30.

В обобщенном виде устройство работает следующим образом.

Для каждой i-й подсистемы вырабатынается последовательно возрастающее значение периода контроля состояния этой. подсистемы ь ; . Для каждого г вычисляется время полезного функл циониРованиЯ подсистемы т. и величи- 15 (О на коэффициента готовностй этой подвыч системы К,, которые запоминаются. вь<ч 1J

К„1 сравнивается с коэффициентом ro<< тонности, заданным для сложной система в. выч мы К(-. (при малых значениях 11 К „," 2ð

\ j Ъ1 Г1 будет велик, а с увеличением ь, он будет уменьшаться) .

Необходимо нь<брать такой период л, выч чтобы К„,, был близок по абсолют < в«в ной величине К, и был не меньше 25 последнего. л,;

При некотором значени <;1 окажется, что K<., ". с К „.. . Тогда значение <;><

<< 1 лч принимается как оптимальное ; для данной подсистемы и вместе с соответ- 30 ствующим ему К,. = К,< К вь<«выч гl jзапоминается. Цоследонательно контролируя состояние нсех подсистем, последовательно сравнивают вычисленные периоды контроля и техничек <ского обслуживания этих подсистем <., л % между собой, меньший из них min <.;

1 принимают за 2 «контролируемой сложной системы и запоминают. Параллель40 но ныделяют и запоминают соответст.выч вующие минимальному <.. значению

< 1 л и <, ..

В результате контроля состояния

45 всех подсистем оказываются запомненными < и соответствующие ему л %выч

К и ь которые в дальнейшем ис<" к l

I пользу<отся для определения времени полезного функционирования Т сложной системы и ресурса, необходимого для активного существования системы с заданным коэффйциентом готовности.

Далее рассмотрим работу устройства,подробно.

В исходнбм состоянии с третьего, четвертого и пятого входов устройства в блок 21 памяти через его второй, третий и четвертый входы соответственно записываются значения интенсивности отказов подсистем A; расходы ресурса в единицу времени при функционировании подсистем в нормальном состоянии и в состоянии отказа С; и расходы ресурса на каждый сеанс контроля подсистем g,.

Блок 22 памяти содержит 3„ элементов 31 памяти, 3 q ключей 32, три элемента ИЛИ 33 (п — число контролируемых подсистем), дешифратор 34.

Работа блока 22 памяти осуществляется следующим образом.

Исходная информация о сложной системе («,, С;, g,, где i

4 / — 1, n) через входы устройства вводится в блок 22 памяти на элементы 31 памяти, где и хранится (перед вводом исходной информации все элементы памяти обнуляются). На первый вход блока 22 памяти (вход дешифратора 34) поступает управляющий сигнал с выхода счетчика 18, при этом на одном из выходов дешифратора 34 появляется управляющий сигнал U; (где i = l,n) который открывает соответствующие ключи 32, и содержимое элементов 31 памяти через элементы ИЛИ 33 поступает на входы блока 22 памяти, при этом с первого выхода снимается величина Ъ;, с второго выхода — C,, с третьего выхода — g . Например, при поступлении на вход дешифратора управляющего сигнала U (n = 2) от счетчика 18 дешифратор вырабатывает управляющий сигнал 1, по которому открываются соответствующие ключи

32 и на выходы блока 22 памяти выдаются величины С, ф, Датчик ) времени вырабатывает с шагом < в порядке возрастания nîл, следовательность значений <- (б

Ф, л

+ 6< ) - периода контроля состояния i-й подсистемы, подает эти значения на вторые нходы блока 2, интегратора 3, первого блока 4 деления и на вход элемента 17 задержки.

В блоке 2, на вход которого из блока

i22 памяти поступает значение h; при л„ каждом значении с",вырабатывается функция P " (t) — вероятность безотказной работы i-й подсистемы -и засылается в интегратор 3, где интегрируется. При этом нижний и верхний л, пределы интегрирования равны О и << соответственно. В это же время с второго и третьего выходов блока 22 па1536415

10 выч

Кг

25 мяти величины С и g соответственно поступают в сумматоры 28, 29. С выхода интегратора 3 величина среднего времени полезного функционироваГс . 5

4 ния 1-й подсистемы ., =1Р ()йе на

«Р ) J

Во втором блоке 4 деления произво- 15 дится вычисление коэффициента готовности, и значение, соответствующее с1

j Р;, ()dl:

О

Л... 20

11 с его выхода поступает на первый вход первого компаратора 5 и на вход второго элемента 16 задержки. Длительность задержки элемента 16 подбирается аналогично элементу 15, то есть.„если на входе действует величина К " то на выходе должна быть вевы г 11 выем личина К ", . В первом компараторе ч -! за А

5 происходит сравнение К, который 30

I поступает на второй его вход с первого входа устройства, и вычисленвы ного К„.

1 °

Если К < К,, то с первого вы 35 ьаА выч

r хода первого компаратора 5 поступает сигнал на первый вход датчика 1 времени на выдачу очередного значения с :, и работа схемы повторяется, >ay выл

Как только К,. окажется больше К, To c второго выхода первого компара- . тора 5 поступает управляющий сигнал на разрешающий вход первого коммутатора 6, на второй вход датчика 1

1 45 времени и на . ход счетчика ) 8.

По этому сигналу:.

1) с выхода третьего элемента 17 задержки сигнал, соответствующий г . л%

611 =, выдается на коммутатор

12 и второй компаратор 14;

2) датчик 1 времени сбрасывается в нулевое положение и начинает зап., давать последовательность ;„ в порядке возрастания уже для i+1-й

1 подсистемы;

3) значение счетчика 18 увеличивается еще на одну опрошенную (проконтволированную) подсистему, 4) по разрешающему сигналу со счетчика 18 блок 22 памяти выдает на первый вход блока 2 новое значение A для контроля очередной

i+1-й подсистемы, с второго и третьего выходов блока 22 памяти для i+1-й подсистемы значения С;+, и g,+, поступают на сумматоры 28 и 29 соответственно, где они суммируются с и ступившими туда ранее С,,..., С;

g i ° ° ° ° g i °

5) в третьем компараторе 14 осуществляется сравнения ;,, поступивг» щего с выхода элемента 2) памяти и л-» (в исходном состоянии, перед началом работы устройства, в элемент

21 памяти записывается число, завел» домо большее любого ;, например Т 1.

Если окажется, что С",, < », то

1 есть период контроля и технического обслуживания i-1-й подсистемы меньше, чем для 1-й подсистемы, то с компараТора 14 не выдается никакого сигнала:. Если же »,., Г », то с выхода компаратора 14 выдается разрешающий сигнал на коммутаторы 8, 10, l2 . При этом:

1) через коммутатор 12 с выхода третьего элемента 17 задержки в элемент 21 памяти записывается значение

Таким образом,в элементе 21 памяти постоянно хранится минимальный с 1 из всех опрошенных подсистем, 2) через коммутатор 8 производится запись сигнала ь Р = ь к

Ь вЂ” (Р;, L)dt с выхода первого элео мента 15 задержки в первый элемент

19 памяти. Здесь постоянно хранится с,, соответствующее минимальному ь °, !

3) через коммутатор 10 с выхода второго элемента ..16 задержки в элемент 20 памяти записывается значение вычисленного коэффициента готовности выл выл

К „,. = К „,, соответствующее миниг1,1,1 г, л» мальному из вычисленных с, Подобным образом цикл повторяется для всех и подсистем. В результате опроса всех подсистем в элементе 21 памяти оказывается записанным минил лТ, мальный пп.п с, = ь, я в первом и втором элементах 19,20 памяти,соответ- . ВЫ4 ственно tip и К „, соответствующие этому минимальному периоду контроля и технического обслуживания. Счетчик 18 подсчитывает число опрошен1536415

12 ных подсистем. В компараторе 13 сравнивается и (число, соответствующее числу подсистем, поступающее с пятого входа устройства с числом опроЭ

5 шенных подсистем, поступающим со счетчика 18) . Как только число опрошенных подсистем становится равным числу подсистем контролируемой слож-, ной системы, то компаратор 13 выдает управляющий сигнал иа разрешающие входы коммутаторов 8, 9, ll. При этом:

1) коммутатор 7 разрешает выдачу оптимального периода контроля и техНического обслуживания !, который л+ обеспечивает заданную готовность всей системы в целом, с элемента 21 паМяти в регистратор 23 и первый блок

25 умножения. В блоке 25 умножения происходит умножение значения оптимального периода контроля и технического обслуживания и суммарного

/ . ф расхода ресурса всей сложной системы в состоянии нормального функционирои вания и в состоянии отказа С;, no° ступающее с первого сумматора 28. п

n+

Произведение, с;из перного бло-! 1 ка, 25 умножения поступает в сумматор

30, где суммируется со значением сум- 30 марного расхода ресурса всей системы в состоянии контроля и техниче" ского обслуживания g, которое по-! т ступает с второго сумматора 29, то 35 есть и

° с;+ с-1 в!

2) через коммутатор 11 с выхода элемента 20 памяти минимальный из сыч всех опрошенных подсистем К „ подается н блок 2б умножения, на другой вход которого поступает с второго 45 входа устройства значение времени активного существования всей системы

Т . С выхода блока 2б умножения произведение, соответствующее т 7 вь ч

К „ тс — нремени полезного функ- 50 ционирования системы, выдается в регистратор 23 и в блок 27 умножения, с выхода moroporo произведение и и т (2 w с + Xк) 55 -\ =! поступает во второй блок 24 деления, 3) через коммутатор 9 с выхода первого элемента .1 9 памяти значение

$ Р (e)dt о среднего времени полезного функционирования контролируемой системы лФ на периоде ь подается на второи блок 29 деления, где определяется значение минимально необходимого ресурса для функционирования сложной системы н течение времени Тс с заданным коэффициентом готовности и tl т„(", с; + + g,)

f P;(t)dt о и выдается на регистратор 23. На этом .работа устройства заканчивается.

Положительный эффект, который дает изобретение, состоит в том, что оно позволяет определить период технического обслуживания, минимально необходимый запас (или объем) ресурса для сложной технической системы, которая должна активно существовать в течение заданного времени с заданным коэффициентом готовности.

Формула из обретения

Устройство для определения периода технического обслуживания изделия, содержащее датчик времени, выход которого соединен с первыми входами первого блока деления и блока нелинейного преобразования, выход которого подключен к первому входу интегратора, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, выход которого подключен к первому входу первого компаратора, первый выход которого соединен с первым входом датчика времени, второй вход первого компаратора является первым входом устройства, втсрой ныход первого компаратора соединен с первым входом первого коммутатора, второй коммутатор, выход котсрого подключен к первым входам регистратора и первого блока умножения, первый сумматор, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, первый вход второго блока умножения является вторым входом устройства, выход второго блоха деления подключен к второму входу регистратора и третий блок умножения, отлич ающее ся тем, что, 14

1536415

Составитель Г.Усачев

Редактор А.Маковская

ТехредМ.Дидык

Корректор Э.Лончакова

Заказ 111 Тираж 373 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 с целью расширения области применения устройства на изделия, состоящие из отдельных функционально независимых узлов, введены блок памяти, элементы задержки, коммутаторы, компараторы., элементы памяти, счетчик и сумматоры, второй, выход первого компаратора соединен с вторым входом датчика времени и через счетчик — с первыми входами второго компаратора и блока памяти, второй, третий и четвертый входы которого являются соответственно третьим, четвертым и пятым входами устройства, первый выход блока памяти подключен к второму входу блока нелинейного преобразования, выход интегратора через первый элемент задержки соединен с первым входом третьего коммутатора, выход которого через первый элемент памяти подключен к первому входу четвертого коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго блока деления, выход первого блока 25 деления через второй элемент задержки подключен к первому входу пятого коммутатора, выход которого через второй элемент памяти соединен с первым входом шестого коммутатора, выход ко- 30 торого подключен к второму входу второго,лока умножения, выход которого соединен с третьим входом регистратора и с первым входом третьего блока умножения, выход которого подключен к второму входу второго блока деления, выход датчика времени соединен с вторым входом интегратора и через третий элемент задержки — с вторым входом первого коммутатора, выход которого подключен к первым входам третьего компаратора и седьмого коммутатора, выход которого через третий элемент памяти соединен с первым входом второго коммутатора и с вторым входом третьего компаратора, выход которого подключен к вторым входам третьего, пятого и седьмого коммутаторов, второй вход второго компаратора является шестым входом устройства, выход второго компаратора соединен с вторыми входами второго, четвертого и шестого коммутаторов, второй выход блока памяти подключен к входу первого сумматора, третий выход блока памяти через второй сумматор соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к второму входу блока умножения, выход первого блока умножения соединен с вторым входом третьего сумматора.