Устройство для определения показателя готовности сложных технических объектов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании стационарных случайных процессов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит группу каналов 1 моделирования отказов, генератор 2 импульсов , элементы И 3, 6, накапливающие сумматоры 4, 17, 24, ключи 5, 9, 14, 16, 19, 21, 23, блок 7 вычитания, блок 8 задания суммарного времени эксплуатации объекта, элементы 10,27 задержки, блок 11 деления, блок 12 индикации, блоки 13 задания эффективности объекта, блоки 15 умножения, элементы ЗАПРЕТ 18, .генераторы 20, 22 случайных сигналов, блоки 25 задания периода эксплуатации объектов, пороговые элементы 26 и счетчики 28. Устройство обеспечивает определение коэффициента готовности сложных технических объектов для стационарного случайного процесса отказов элементов объектов. 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 06 F 15/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 Э

Ql Ю (Фиг. 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4836665/24 (22) 23.04.90 (46) 07.04.92. Бюл, М 13 (71) Производственное объединение "Монолит" (72) E.È.Áoðîäåíêo, В.А.Казарцев, В,Ф,Кравцов, B.Ñ.Ëóíèí и Л.В.Королько (53) 681.396 (088.8) (56) 1; Авторское свидетельство СССР

N. 1354991, кл. G 06 F 15/46, 1987, 2. Авторское свидетельство СССР

N 1203539, кл. G 06 F 15/46, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОКАЗАТЕЛЯ ГОТОВНОСТИ СЛОЖНЫХ

ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании стационарных случайных!

Ж 1725232 А1 процессов. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, Устройство содержит группу каналов 1 моделирования отказов, генератор 2 импульсов, элементы И 3, 6, накапливающие сумматоры 4, 17, 24, ключи 5, 9, 14, 16, 19, 21, 23, блок 7 вычитания, блок 8 задания суммарного времени эксплуатации объекта, элементы 10, 27 задержки, блок 11 деления, блок 12 индикации, блоки 13 задания эффективности объекта, блоки 15 умножения, элементы ЗАПРЕТ 18, .генераторы 20, 22 случайных сигналов, блоки 25 задания периода эксплуатации объектов, пороговые элементы 26 и счетчики 28, Устройство обеспечивает определение коэффициента готовности сложных технических объектов для стационарного случайного процесса отказов элементов объектов, 2 ил.

1725232

55 мы

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании стационарных случайных процессов.

Известно устройство, содержащее генераторы случайных сигналов, элемент И, счетчик, блок деления и блок индикации (1).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство. содержащее делитель частоты, генератор тактовых импульсов и в каждом канале формирователь экспоненциальных импульсов, индикатор, первый элемент запрета, узел выбора ресурса и последовательно соединенные генератор случайных напряжений, блок умножения и пороговый блок (2).

Недостаток этих устройств — низкие функциональные возможности, что не позволяет определить вероятность нахождения сложных технических объектов в состоянии работоспособности для стационарного случайного процесса, т.е, не позволяет определить коэффициент готовности сложных технических объектов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет определения коэффициента готовности сложных технических объектов для стационарного случайного процесса отказов элементов объектов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор импульсов и в каждом канале моделирования отказов блок умножения, пороговый элемент и элемент ЗАПРЕТ, введены первый и второй элементы И, первый накапливающий сумматор, первый и второй ключи, первый элемент задержки, блок вычитания, блок деления, блок индикации и блок задания суммарного времени эксплуатации объекта, а каждый канал моделирования отказов содержит дополнительно третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, блоки задания эффективности объекта и периода эксплуатации объекта, второй и третий накапливающие сумматоры, первый и второй генераторы случайных сигналов, счетчик и второй элемент задержки, выход блока умножения подключен к информационному выходу канала моделирования отказов, входы первого и второго сомножителей — к выходу cooTBGTGYBBHHo третьего и четвертого ключей, информационные входы которых соединены соответственно с выходом блока задания эффективности объекта и второго накапливающего сумматора, а управляющие входы — с управляющим выходом канала моделирования отказов, выходом счетчика и инверсным входом

50 элемента ЗАПРЕТ, прямой вход которого подключен к входу запуска канала моделирования отказов, а выход — к информационному входу пятого ключа, выход которого соединен с управляющими входами шестого и седьмого ключей и с входами запуска первого и второго генераторов случайных сигналов, выходы которых подключены к информационным входам соответственно шестого и седьмого ключей, выход седьмого ключа соединен с входом второго накапливающего сумматора и с первым информационным входом третьего накапливающего сумматора, второй информационный вход которого подключен к выходу шестого ключа, вход сброса — к выходу второго элемента задержки, а выход — к информационному входу порогового элемента, вход которого подключен к выходу блока задания периода эксплуатации объекта, а выход — к управляющему входу пятого ключа, к входу второго элемента задержки и к счетному входу счетчика, вход сброса которого соединен с входом сброса канала моделирования отказов, информационный выход каждого канала моделирования отказов соединен с соответствующим информационным входом первого накапливающего сумматора, выход которого связан с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого и вход первого элемента задержки подключены к выходу второго элемента И, выход первого ключа подсоединен ко входу вычитаемого блока вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с выходом блока задания суммарного времени эксплуатации объекта и с входом делителя блока деления, выход которого связан с входом блока индикации, а вход делимого — с выходом второго ключа, информационный вход которого подключен к выходу блока вычитания, а управляющий вход — к выходу первого элемента задержки и к входам сброса каналов моделирования отказов, управляющие выходы которых соединены со входами первого и второго элементов И, а входы запуска каналов моделирования отказов подключены к выходу генератора импульсов, вход остановки которого связан с выходом первого элемента И, а вход пуска является соответствующим входом устройства.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграмСущность изобретения состоит в том, что по каждому i-му блоку сложного технического объекта моделируются с заданным законом случайные времена работоспособного состояния tpt, и случайные времена

1725232.

То

То +Тв

Kr—

МТ восстановления этих блоков тв;,, где i— номер блока; j — номер события на интервале времени эксплуатации сложного технического объекта (фиг.2а,б,в).

В отличие от простых технических объектов сложные технические объекты при отказе некоторых блоков могут продолжать функционирование, но с заниженной эффективностью использования (Эи). Поэтому использование классической формулы где Кг — коэффициент готовности;

То — среднее время безотказной работы;

Т вЂ” среднее время восстановления, дает нижнюю оценку готовности сложных технических объектов, так как в этом выражении отказ любого блока приводит к отказу всего технического объекта в целом (фиг.2г). Если эффективность использования при отказе i-го блока равна единице, т.е. отказ не влияет на качество функционирования технического объекта, вполне очевидно, что время восстановления i-ro блока ta; не должно влиять на коэффициент готовности.

Если Эи„= О, то св„в полной мере необходимо учитывать при определении коэффициента готовности. Во всех остальных случаях, когда 1> Эи> О, при определении коэффициента готовности необходимо учитывать произведение (1 — Эи) св (фиг,2д,е,ж,з).

Математически задача описывается следующим соотношением: м мтэ (1 — эи ) Х ; g 1В f g»

I где T> — период эксплуатации технического объекта, на котором определяется коэффициент готовности;

М вЂ” количество циклов моделирования, необходимых для достижения заданной доверительной вероятности;

N — количество блоков, входящих в состав технического объекта;

К вЂ” количество случайных событий отказов, возникших в реализации по -му блоку за время > Тэ.

Введение в каждый канал моделирования отказов блоков задания эффективности объекта и периода эксплуатации объекта, второго и третьего накапливающих сумматоров, первого и второго генераторов случайных сигналов, ключей и счетчика позволяет определить случайное значение суммарного времени восстановления тех15

55 нического объекта за М циклов моделирования, т,е. с заданной достоверностью с учетом значения эффективности использования в i-ом состоянии, а введение первого накапливающего сумматора, первого и второго элементов И, блока вычитания, блока задания суммарного времени эксплуатации объекта и блока деления позволяет определить коэффициент готовности сложного технического объекта.

Устройство содержит и каналов 1> — 1о моделирования отказов, генератор 2 импульсов, первый элемент И.З; первый накапливающий сумматор 4, первый ключ 5, второй элемент И 6, блок 7 вычитания, блок

8 задания суммарного времени эксплуатации объекта, второй ключ 9, первый элемент задержки 10, блок 11 деления, блок 12 индикации, а каждый i-й канал моделирования отказов включает блок 13 задания эффективности объекта, третий ключ 14;, блок 15j умножения, четвертый ключ 16i, второй накапливающий сумматор 17ь элемент ЗАПРЕТ 18ь пятый ключ 19ь первый генератор

20 случайных сигналов, шестой ключ 21, второй генератор 22 случайных сигналов, седьмой ключ 23ь третий накапливающий сумматор 24;, блок 25; задания периода эксплуатации объекта, пороговый элемент 26ь второй элемент задержки 27 и счетчик 28;, информационный выход 29; канала 1 моделирования отказов, управляющий выход 30 канала 1> моделирования отказов, вход 31. запуска канала 1i моделирования отказов, вход 32j сброса канала 1 моделирования отказов, вход 33 устройства.

В каждом канале 1 моделирования отказов выход блока 15 умножения подключен к информационному выходу 29 канала

1i моделирования отказов, вход первого сомножителя блока 15 умножения подключен к выходу третьего ключа 14ь вход второго сомножителя — к выходу четвертого ключа

16ь информационный вход третьего ключа

14; соединен с выходом блока 13 задания эффективности объекта, информационный вход четвертого ключа 16 — с выходом второго накапливающего сумматора 17.. Управляющие входы третьего ключа 14 и четвертого ключа 16 соединены с управляющим выходом 30 канала 1 моделирования отказов, выходом счетчика 28; и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 18ь Прямой вход элемента ЗАПРЕТ 18 подключен к входу 31 запуска канала 1; моделирования отказов, выход — к информационному входу пятого ключа 19., выход которого соединен с управляющими входами шестого 21 и седьмого

23 ключей и с входами запуска первого 20 и второго 22 генераторов случайных сигна1725232 лов. Выход первого генератора 20 случайных сигналов подключен к информационному входу шестого ключа 21ь выход второго генератора 22 случайных сигналов — к информационному входу седьмого ключа 23ь выход которого соединен с входом второго накапливающего сумматора 17 и с первым информационным входом третьего накапливающего сумматора 24ь Второй информационный вход третьего накапливающего сумматора 24 соединен с выходом шестого ключа 21ь вход сброса — с выходом второго элемента 27 задержки, выход — с информационным входом порогового элемента 26j.

Вход порогового элемента 26 подключен к выходу блока 25 задания периода эксплуатации объекта, выход — к управляющему входу пятого ключа.19ь к входу второго элемента 27 задержки и к счетному входу счетчика 28;, Вход сброса счетчика 28 соединен с входом 32 сброса канала 1i моделирования отказов.

Информационный выход 29; каждого канала моделирования отказов соединен с соответствующим информационным входом первого накапливающего сумматора 4, выход которого связан с информационным входом первого ключа 5. Управляющий вход первого ключа 5 и вход первого элемента 10 задержки подключены к выходу второго элемента И 6. Выход первого ключа 5 подсоединен к входу вычитаемого блока 7 вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с выходом блока 8 задания суммарного времени эксплуатации объекта и с входом делителя блока 11 деления, К выходу блока 11 деления подключен блок 12 индикации. Вход делимого блока 11 деления соединен с выходом второго ключа 9, информационный вход которого подключен к выходу блока 7 вычитания, а управляющий вход — к выходу первого элемента 10 задержки и к входам 32> — 32П сброса каналов 11—

1п моделирования отказов. Управляющие выходы 30 -30 каналов 1 -1 моделирования отказов соединены с входами первого

3 и второго 6 элементов И, входы 31 — 31п запуска каналов 1> — 1л моделирования отказов — с выходом генератора 2 импульсов, вход остановки которого связан с выходом первого элемента И 3, а вход пуска является соответствующим входом 33 устройства.

Блоки задания суммарного времени эксплуатации объекта, эффективности объекта и периода эксплуатации объекта 8, 13, 25 — стандартные элементы, например регистры, в которых в исходном состоянии записана кодовая комбинация, значение которой пропорционально МТэ, (1-Эи и Тэ соответствен но.

Пятый ключ 19 имеет инверсный управляющий вход. Первый и второй генераторы случайных сигналов 20 и 22 при поступлении сигнала на управляющий вход вырабатывают случайные кодовые комбинации с заданными математическим ожиданием и дисперсией, пропорциональные случайным временам безотказной работы tp,,ди восстановления tb, соответственно. Счетчик 28 предназначен для подсчета количества отказов |-го, j-го и т.д. блоков, при которых выполняются требования по достоверности.

Устройство работает следующим образом.

По входу 33 устройства запускается генератор 2 импульсов. B исходном состоянии счетчики 281 28П обнулены, поэтому на управляющих входах элементов ЗАПРЕТ 18>18п нулевые потенциалы и первый импульс с генератора 2 импульсов через открытые пятые ключи 191 — 19n (так как на выходе пороговых элементов 261 — 26 логический "0") запускает первые 201 — 20П и вторые 221-22п генераторы случайных сигналов. С выхода генераторов 201 — 20n случайных сигналов случайные числа, пропорциональные tp,,1—

tp„f, чеРез откРытые шестые ключи 21 — 21n поступают на первые информационные входы третьих накапливающих сумматоров

24> — 24, на вторые информационные входы которых поступают случайные числа, пропорциональные l9g — тц„ f, с выходов генераторов 221 — 22n случайных сигналов через открытые седьмые ключи 231 — 23л. С выхода третьих накапливающих сумматоров

24> — 24n кодовые комбинации, пропорциональные суммам tp;<+ tg„<, поступают на информационные входы пороговых элементов 261 — 26n. С выходов блоков 251 — 25n задания периода эксплуатации объекта на входы пороговых элементов 26)-26п поступают кодовые комбинации, пропорциональные Тэ.

Для модели 1ь где выполняется неравенство tp, + tB Тэ, на выходе порогового элемента 26 появляется сигнал логической "1", который записывается в счетчик 28ь закрывает пятый ключ 19 для исключения ложной записи в„„во второй ! накапливающий сумматор 17 и через второй элемент 27 задержки сбрасывает содержимое третьего накапливающего сумматора 24ь подготавливая его к новому циклу моделирования.

Для модели 11, где не выполняется неравенство тр + tB> f Т, на выходе порогового элемейта 261 сигнал логического "0", следовательно пятый ключ 19 открыт и вто10

1725232

tp> + tpj z+ tB> <+ tBj z.

3 з

tP)(+ g tl3)) °

4=1 3=1

35 рой импульс с выхода генератора 2 импульсов через элемент ЗАПРЕТ 181 и пятый ключ

19 запускает генераторы 20> и 22 случайных сигналов. На выходе третьего накапливающего сумматора 24 появляется значение, пропорциональное

Если эта сумма меньше Тэ, третьим импульсом с генератора 2 импульсов снова запускаются генераторы 201 и 221 случайных сигналов, в третьем накапливающем сумматоре 241 появляется значение

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока значение на информационном входе порогового элемента 26 не станет больше значения на его входе, связанном с выходом блока 25 задания периода эксплуатации объекта, т.е. осуществлено моделирование на промежутке времени больше периода эксплуатации Т>.

После этого начинается подготовка этих каналов моделирования отказов к новому циклу моделирования на интервале времени Т, и затем выполнение следующего цикла по описанному алгоритму. Процесс моделирования будет продолжаться до тех пор, пока на выходе счетчика 28 не появится сигнал, свидетельствующий о выполнении требований по достоверности моделирования (М реализаций случайного процесса). Этим сигналом в каналах 1i моделирования отказов, где требования по достоверности выполнены, открываются третий и четвертый ключи 14 и 16, разрешая умножение м к (1 — Эи ) g g св gP)

I=1)=1 закрывается элемент ЗАПРЕТ 18ь предотвращая дальнейшую работу по данному каналу моделирования, подготавливаются первый и второй элементы И 3 и 6 соответственно для запрета работы генератора 2 импульсов и открытия первого и второго ключей 5 и 9. После появления сигнала логической "1" на выходах счетчиков 281-28П всех каналов 11 — 1 моделирования отказов с выхода первого элемента И 3 запрещается работа генератора 2 импульсов. В блоке 7 вычитания определяется разность между значением МТЭ, поступающим на вход уменьшаемого с выхода блока 8 задания суммарного времени эксплуатации объекта, и значением с выхода первого накапливающего сумматора 4, пропорциональным

5 (1 — Эи ) х м к и х ХХ Х tBI>У, 10 поступающим через открытый первый ключ 5 на вход вычитаемого блока 7 вычитания.

С некоторой задержкой Ьтз, необходимой для завершения операций в блоке 7 вычитания, открывается второй ключ 9, а в блоке 11 деления происходит определение коэффициента готовности сложного техни20 ческого объекта путем деления значения с выхода блока 7 вычитания, пропорционального

М Тэ — (1 — Эи ) х

М К N

x g . its;,,, у I на значение МТЭ с выхода блока 8 задания

30 суммарного времени эксплуатации объекта, т.е.

М К

МТЭ вЂ” (1 — Эиi) g g tB (Ji

МТ которое отображается в цифровом виде блоком 12 индикации.

Таким образом, с заданной доверительной вероятностью определяется истинное

40 значение показателя готовности сложных технических объектов, а не его нижняя граница.

Применение предлагаемого устройства позволяет уменьшить нерациональные

45 экономические затраты, связанные с мероприятиями, направленными на повышение надежности технических объектов как прямыми методами (резервирование, упрощение структуры, снижение нагрузки элементов и т.д), так и косвенными методами (контроль технического состояния, оптимизация ЗИП) для достижения повышенного значения показателя готовности.

Формула изобретения

Устройство для определения показателя готовности сложных технических объектов, содержащее генератор импульсов и в каждом канале моделирования отказов блок

1725232

50

55 умножения, пороговый элемент и элемент

ЗАПРЕТ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения коэффициента готовности сложных технических 5 объектов для стационарного случайного процесса отказов элементов объектов, в устройство введены первый и второй элементы И, первый накапливающий сумматор, первый и второй ключи, первый элемент за- 10 держки, блок вычитания, блок деления, блок индикации и блок задания суммарного времени эксплуатации объекта, а каждый канал моделирования отказов содержит дополнительно третий, четвертый, пятый, шестой и 15 седьмой ключи, блоки задания эффективности объекта и периода эксплуатации объекта, второй и третий накапливающие сумматоры, первый и второй генераторы случайных сигналов, счетчик и второй эле- 20 мент задержки, выход блока умножения подключен к информационному выходу канала моделирования отказов, входы первого и второго сомножителей — к выходу соответственно третьего и четвертого клю- 25 чей, информационные входы которых соединены соответственно с выходом блока задания эффективности объекта и второго накапливающего сумматора, а управляющие входы — с управляющим выходом кана- 30 па моделирования отказов, выходом счетчика и инверсным входом элемента 3АПРЕТ, прямой вход которого подключен к входу запуска канала моделирования отказов, а выход — к информационному входу 35 пятого ключа, выход которого соединен с управляющими входами шестого и седьмоl o ключей и с входами запуска первого и второго генераторов случайных сигналов, выходы которых подключены к информаци- 40 онным входам соответственно шестого и седьмого ключей, выход седьмого ключа соединен с входом второго накапливающего сумматора и с первым информационным входом третьего накапливающего сумматора, второй информационный вход которого подключен к выходу шестого ключа, вход сброса — к выходу второго элемента задержки, а выход — к информационному входу порогового элемента, опорный вход которого подключен к выходу блока задания периода эксплуатации объекта, а выход — к управляющему входу пятого ключа, к входу второго элемента задержки и к счетному входу счетчика, вход сброса которого соединен с входом сброса канала моделирования отказов, информационный выход каждого канала моделирования отказов соединен с соответствующим информационным входом первого накапливающего сумматора, выход которого связан с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого и вход первого элемента задержки подключены к выходу второго элемента И, выход первого ключа подсоединен к входу вычитаемого блока вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с выходом блока задания суммарного времени эксплуатации объекта и с входом делителя блока деления, выход которого связан с входом блока индикации, а вход делимого — с выходом второго ключа, информационный вход которого подключен к выходу блока вычитания, а управляющий вход — к выходу первого элемента задержки и к входам сброса каналов моделирования отказов, управляющие выходы которых соединены с входами первого и второго элементов И, а входы запуска каналов моделирования отказов подключены к выходу генератора импульсов, вход остановки которого связан с выходом первого элемента И, а вход пуска является соответствующим входом устройства.

1725232

3„, 05

d) г) 9„= 0,95

t в; д)

1 е)

I з)

Тэ

Фиг. 2

50

Составитель Е. Бондаренко

Редактор А.Мотыль Техред М,Моргентал Корректор Э.Лончакова

Заказ 1177 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101