Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия

 

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и технике. Техническим результатом предлагаемого устройства является нахождение оптимальных значений периода технического обслуживания изделия и соответствующих им значений коэффициента простоя с учетом изменений интенсивности отказов изделия в процессе эксплуатации, а также дифференцированный учет времени, расходуемого на контроль работоспособности изделия, на планово-предупредительную профилактику и на аварийно-восстановительные работы. Технический результат достигается за счет введения в него пяти сумматоров, блока перемножения, блока нелинейности, четырех элементов памяти, интегратора, двух таймеров, блока деления, трех элементов задержки, двух триггеров, элемента ИЛИ, двух компараторов, трех ключей. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам контроля и может использоваться в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальные по критерию минимума простоя периоды технического обслуживания изделий с учетом изменений интенсивности отказов этих изделий в процессе эксплуатации.

Известны устройства [1, 2], позволяющие определять оптимальные периоды обслуживания изделий, интенсивность отказов которых меняется во времени. Но эти устройства ориентированы на изделия, применение которых существенно зависит от наличия расходуемых ресурсов (например, носителей информации, топлива двигательных установок и др.), причем их запасы в процессе функционирования изделий могут не пополнятся. Критерием оптимизации периодов обслуживания является минимум непроизводительного расходования этих ресурсов. Указанные устройства имеют ограниченную область применения.

Известно также устройство [3], предназначенное для нахождения периодов обслуживания изделий, обеспечивающих минимум коэффициента простоя этих изделий за счет своевременного обнаружения или предупреждения возникновения отказов. Однако данное устройство ориентировано на изделия, в которых отказы проявляются мгновенно (время скрытого отказа полагается равным нулю), а их интенсивность остается постоянной на всем протяжении эксплуатации изделия. В связи с этим область применения данного устройства также ограничена. Кроме того, оно не отличается высоким быстродействием, поскольку определение оптимальных значений периода обслуживания изделий осуществляется за несколько циклов его работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство [4] , содержащее два датчика времени, блок нелинейности, два сумматора, интегратор, два блока деления, элемент задержки, два компаратора, шесть элементов памяти, пять ключей, блок умножения, триггер, мультивибратор, дифференцирующий элемент и инвертор. Оно позволяет определять оптимальный по критерию максимума коэффициента готовности период технического обслуживания изделия. Недостатком устройства является низкая точность определения искомой величины. Это связано с тем, что реализуемая устройством математическая модель имеет упрощенный вид и не адекватно отражает цикл обслуживания изделия.

Целью предлагаемого технического решения является повышение точности определения оптимальных значений периода технического обслуживания изделий в условиях изменения их характеристик надежности в процессе эксплуатации. Цель достигается за счет реализации более точной математической модели, позволяющей дифференцированно учитывать время, расходуемое на контроль работоспособности изделия, на проведение планово-предупредительной профилактики и аварийно-восстановительных работ. Критерием оптимизации периодов обслуживания в предлагаемом устройстве является минимум коэффициента простоя изделия. Чем меньше коэффициент простоя, тем больше время, в течение которого изделие может функционировать по назначению.

Процесс обслуживания изделий носит циклический характер. Средняя продолжительность цикла обслуживания определяется следующим соотношением: где τ - период обслуживания изделия (интервал времени между двумя соседними сеансами обслуживания); - среднее время контроля работоспособности; - среднее время проведения планово-предупредительной профилактики; - среднее время аварийно-профилактического ремонта; Р(τ) - вероятность безотказной работы изделия за время τ.

Контроль работоспособности изделия осуществляется в плановые сеансы с периодом τ. В связи с этим, на интервале времени между сеансами контроля изделие может находиться не только в работоспособном состоянии, но и в отказе. Поэтому имеет место соотношение где - среднее время работоспособного состояния изделия, а - среднее время пребывания его в отказе на периоде τ.

Значение определяется по формуле
Если результаты контроля покажут, что изделие работоспособно, то проводится плановая предупредительная профилактика. Если же оно окажется неработоспособным, то будет проведен аварийно-профилактический ремонт, в результате которого работоспособность будет восстановлена. При проведении операций контроля, планово-предупредительной профилактики и аварийно-профилактического ремонта, а также при нахождении в состоянии отказа изделие не может функционировать по назначению, т.е. изделие простаивает.

Под коэффициентом простоя принято понимать отношение времени простоя изделия на интервале цикла обслуживания к длительности этого цикла, то есть

В результате преобразований с учетом соотношений (2) и (3) получим

Из (5) видно, что коэффициент простоя является функцией не только периода обслуживания τ, но и безотказности изделия Р(τ). Известно, что важнейшим параметром безотказности является интенсивность отказов. Теория и практика эксплуатации обслуживаемых изделий показывает, что старение изделий сопровождается увеличением этой интенсивности. Как показывают исследования, функция К_П(τ) при некотором (оптимальном) значении периода τ^* имеет глобальный экстремум. Отклонения периода обслуживания от оптимального в сторону меньших или больших значений приводит к увеличению коэффициента простоя. Кроме того, возрастание интенсивности отказов влечет за собой смещение оптимального периода обслуживания в сторону меньших значений. Поэтому каждое очередное оптимальное значение необходимо находить с учетом возможного изменения этой интенсивности. На интервале одного цикла обслуживания (1) с достаточной степенью точности интенсивность отказов изделия можно считать постоянной.

В связи с изложенным, задачу определения оптимального периода технического обслуживания изделия запишем в следующем виде:

Предложенная модель может быть реализована аппаратурно с помощью предлагаемого устройства.

На чертеж показана схема устройства.

Устройство содержит: сумматоры 1, 5, 6, 8, 26; блок перемножения 2; блок нелинейности 3; элементы памяти 4, 17, 18, 20; интегратор 7; таймеры 9, 19; блок деления 10; элементы задержки 11, 13, 23; триггеры 12, 14; элемент ИЛИ 15; компараторы 16, 22; ключи 21, 24, 25.

Устройство работает следующим образом. По сигналу "ПУСК", поступающему с четвертого входа устройства через элемент ИЛИ 15, первый триггер 14 устанавливается в единичное состояние. По фронту единичного сигнала с выхода первого триггера 14 второй триггер 12 устанавливается в нулевое состояние, на выходе первого элемента памяти 4 запоминается значение интенсивности отказов изделия λ_i(i = 0), поступающее с третьего входа устройства, и одновременно начинают работать блок нелинейности 3, интегратор 7 и первый таймер 9 (генератор линейно-изменяющегося напряжения). В блоке нелинейности 3 (например, схема 3-4-2 [5]) значение постоянной времени λ_i экспоненты задается величиной сигнала, поступающего с выхода первого элемента памяти 4. В результате на выходе блока нелинейности 3 формируется функция вероятности безотказной работы изделия

за время τ, которая поступает на второй вход блока перемножения 2 и на информационный вход интегратора 7. Значение параметра со второго входа устройства поступает на первый вход блока перемножения 2, а значение параметра с первого входа устройства поступает на первый вход первого сумматора 1. Значение

с выхода блока перемножения 2 поступает на второй вход первого сумматора 1. Значение времени τ с выхода первого таймера 9 поступает на первые входы сумматоров 6 и 8 непосредственно, а через третий элемент задержки 13 - на информационный вход третьего элемента памяти 18. Значение среднего времени работоспособного состояния изделия

если изделие обслуживать с периодом τ, с выхода интегратора 7 поступает на второй вход сумматора 6, на выходе которого формируется значение

и передается на первый вход третьего сумматора 5. Сигнал, соответствующий сумме

с выхода первого сумматора 1 подается на вторые входы третьего 5 и четвертого 8 сумматоров. На выходе третьего сумматора 5 формируется сигнал, соответствующий сумме

и подается на вход делимого блока деления 10. Сигнал, соответствующий сумме

с выхода четвертого сумматора 8 поступает на вход делителя блока деления 10 и через второй элемент задержки 11 на информационный вход второго элемента памяти 17. Значение

соответствующее среднему значению коэффициента простоя изделия, если его обслуживать с периодом τ, с выхода блока деления 10 поступает на первый вход первого компаратора 16 непосредственно, а через первый элемент задержки 23 на второй вход первого компаратора 16 и на информационный вход четвертого элемента памяти 20. Значение времени задержки Δτ первого 23, второго 11 и третьего 13 элементов задержки одинаковое и определяет точность вычисления оптимального периода технического обслуживания изделия. В первом компараторе 16 сравниваются между собой два значения К_пi(τ) и Вначале

Как только К_пi(τ) станет меньше на выходе первого компаратора 16 появится управляющий сигнал, который переведет второй триггер 12 в единичное состояние. Это означает, что найден i-й оптимальный период технического обслуживания τ^*_i = τ-Δτ. Единичный сигнал с выхода второго триггера 12 поступает на управляющие входы трех элементов памяти 20, 18 и 17, трех ключей 24, 25 и 21, на вход второго таймера 19 и на вход установки нуля первого триггера 14. По спаду единичного сигнала с выхода первого триггера 14 (в момент установки его в нулевое состояние) приводятся в исходное нулевое состояние блок нелинейности 3, интегратор 7, первый таймер 9 и открывается первый элемент памяти 4. По единичному управляющему сигналу с выхода второго триггера 12 на выходах элементов памяти 20, 18 и 17 будут запомнены значения, действующие на их входах, в момент времени
τ^*_i = τ-Δτ,
которые далее поступят на информационные входы ключей 24, 25 и 21 соответственно. В результате на втором выходе устройства будет значение оптимального периода технического обслуживания изделия τ^*_i, а на первом выходе устройства будет среднее значение коэффициента простоя изделия К_пi, соответствующее оптимальному времени τ^*_i и интенсивности отказов λ_i. Значение

с выхода первого ключа 21 поступает на второй вход второго компаратора 22. По фронту единичного управляющего сигнала с выхода второго триггера 12 запускается второй таймер 19. Значение времени с выхода второго таймера 19 поступает на первый вход пятого сумматора 26, на второй вход которого поступает значение τ^*_i. Значение t+τ^*_i с выхода пятого сумматора 26 поступает на первый вход второго компаратора 22. Как только значение сигналов на входах второго компаратора 22 станут равными, т.е. в момент времени

после начала вычисления i-го оптимального периода технического обслуживания изделия, на выходе второго компаратора 22 появится управляющий сигнал, который через элемент ИЛИ 15 переведет первый триггер 14 в единичное состояние. По фронту единичного сигнала с выхода первого триггера 14 второй триггер 12 приводится в исходное нулевое состояние, одновременно начинают работать блок нелинейности 3, интегратор 7 и первый таймер 9, а на выходе первого элемента памяти 4 будет значение интенсивности отказов λ_i+1, которым будет обладать изделие по истечении времени

с начала эксплуатации. По спаду единичного управляющего сигнала с выхода второго триггера 12 второй таймер 19 приводится в исходное нулевое состояние. Затем устройство определяет оптимальный период технического обслуживания изделия τ^*_i+1 аналогично тому, как оно определяло τ^*_i, затем определяет τ^*_i+2 и т.д. до выключения устройства.

Положительный эффект, который дает предлагаемое техническое решение, состоит в том, что устройство позволяет определить оптимальный период технического обслуживания изделия по критерию минимума коэффициента простоя в условиях изменения интенсивности отказов изделия в процессе его эксплуатации.

Источники информации:
1. Гришин В.Д., Тимофеев А.Н., Артеменко Н.Д. Патент РФ 2071115, М. Кл⁶ G 07 C 3/08, 1996.

2. Гришин В.Д., Тимофеев А.Н., Жиряков А.А. Патент РФ 2071118, М. Кл⁶ G 07 С 3/08, 1996.

3. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Денченков В.А. Авт.св. СССР 1320825, М. Кл⁴ G 07 C 3/08, 1997.

4. Воробьев Г. Н. , Гришин В.Д., Доможиров В.Т., Тимофеев А.Н. Авт.св. СССР 1773199, М. Кл⁵ G 07 C 3/08, 1992.

5. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. 400 схем для АВМ. - М.: Энергия, 1978.

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия, содержащее блок умножения, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, первый таймер, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, а вход подключен к выходу первого триггера и к первому входу блока нелинейности, выход которого соединен со вторым входом интегратора, первый элемент памяти, второй таймер, блок деления, выход которого соединен непосредственно с первым входом и через первый элемент задержки со вторым входом первого компаратора, второй элемент памяти, первый вход которого соединен с первыми входами четвертого элемента памяти, первого ключа и второго ключа, второй вход которого подключен к выходу четвертого элемента памяти, а выход является первым выходом устройства, выход второго элемента памяти соединен со вторым входом первого ключа, третий элемент памяти, второй компаратор и третий ключ, выход которого является вторым выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены третий, четвертый и пятый сумматоры, второй триггер, второй и третий элементы задержки и элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с четвертым входом устройства, выход подключен ко второму входу первого триггера, а второй вход соединен с выходом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, а первый вход подключен к выходу пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа, а первый вход через второй таймер соединен с выходом второго триггера и с первыми входами первого триггера, третьего элемента памяти, третьего ключа и четвертого элемента памяти, второй вход которого подключен ко второму входу первого компаратора, выход которого соединен со вторым входом второго триггера, первый вход которого подключен к выходу первого триггера, к первому входу интегратора и ко второму входу первого элемента памяти, первый вход которого является третьим входом устройства, а выход соединен со вторым входом блока нелинейности, выход которого подключен ко второму входу блока умножения, первый вход которого является вторым входом устройства, первый вход которого является первым входом первого сумматора, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора и с первым входом четвертого сумматора, выход которого через второй элемент задержки соединен со вторым входом второго элемента памяти и непосредственно подключен ко второму входу блока деления, первый вход которого соединен с выходом третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а первый вход подключен непосредственно ко второму входу четвертого сумматора и через третий элемент задержки соединен со вторым входом третьего элемента памяти, выход которого подключен ко второму входу третьего ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1