Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания системы

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам контроля, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определить оптимальные по критерию готовности сроки технического обслуживания сложных систем, а также время работоспособного состояния каждой подсистемы на интервале цикла обслуживания системы. Техническим результатом является расширение области применения и информативности. Устройство содержит датчик времени, m вычислителей коэффициентов готовности (по числу подсистем, входящих в обслуживаемую систему), причем каждый вычислитель включает в себя функциональный преобразователь, два умножителя, два сумматора, вычитатель, интегратор и делитель. В устройство также входит блок задержки, включающий в себя m-2 элемента задержки; анализатор, реализующий выбор минимальной из m переменных, элемент задержки, элемент сравнения, ключ, блок из m выходных цепей, каждая из которых представляет собой последовательно соединенные элементы задержки, и ключ. Оно отличается от прототипа наличием блока выходных цепей, а также второго умножителя в каждом вычислителе коэффициента готовности. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальные по критерию готовности периоды технического обслуживания систем и значения времени безотказной работы средств, составляющих систему. Известно устройство [1], позволяющее определять период технического обслуживания, обеспечивающий максимум коэффициента готовности изделия. Его недостатком является ограниченная область применения, т.к. оно ориентированно на отдельные изделия, не входящие непосредственно в состав системы. Известно также устройство [2], предназначенное для определения оптимального периода технического обслуживания сложной системы. Его недостатком является узкая область применения, поскольку оно не ориентировано на системы, в которой предусмотрено проведение плановой предупредительной профилактики. Кроме того, это устройство содержит ряд элементов, представляющих собой сложные конструкции. В их числе сумматор 10, в котором одновременно должны выполняться операции сложения и вычитания; функциональный преобразователь 12 реализует две функции P(t) и [1-Р(t)]. Эта часть работы устройства описана недостаточно ясно, имеется опечатка. Проблематичной является безошибочный процесс выбора анализатором 11 минимальной из m переменных, т.к. не видно задержки выходных сигналов вычислителей К_Гj от 9-3 до 9-m, необходимой для реализации алгоритма работы этого анализатора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство [3], содержащее датчик времени, анализатор, выполняющий выбор минимальной из m переменных, элементы задержки, ключи, элемент сравнения, регистратор, а также m вычислителей коэффициентов готовности подсистем, каждый из которых включает в себя функциональный преобразователь, реализующий функцию Р_j(Т), интегратор, три сумматора, делитель и умножитель. Его недостатком является ограниченная область применения, т.к. оно не позволяет учитывать временные затраты на плановую предупредительную профилактику, применяемую для широкого класса изделий и систем длительной эксплуатации.

Целью заявляемого технического решения является расширение области применения и информативности устройства. Область применения расширяется за счет реализации математической модели, позволяющей учитывать время пребывания каждого средства (подсистемы) сложной системы в различных состояниях, включая состояние плановой предупредительной профилактики. Информативные возможности расширяются путем выдачи в качестве выходных параметров времени работоспособного состояния каждой подсистемы на интервале цикла обслуживания системы.

Процесс технического обслуживания имеет циклический характер. Средняя продолжительность цикла обслуживания любой из подсистем выражается следующим соотношением:

где T - период обслуживания;

- среднее время контроля работоспособности;

- среднее время плановой предупредительной профилактики;

- среднее время аварийно-восстановительных работ.

Р(Т) - вероятность безотказной работы за время Т.

Если контроль работоспособности и техническое обслуживание средств системы осуществляются в плановые сеансы с периодичностью Т, то на интервале времени между сеансами каждая подсистема может находиться не только в работоспособном состоянии, но и в состоянии скрытого отказа. В связи с этим имеет место следующее соотношение:

где - среднее время работоспособного состояния, а - среднее время пребывания средства в отказе.

Значение определяется по формуле:

При проведении операций контроля, профилактики и аварийно-восстановительных работ, а также при нахождении любого средства системы в состоянии отказа она не может функционировать по назначению.

Техническое обслуживание целесообразно проводить в сроки, обеспечивающие требуемое качество функционирования каждого средства и системы в целом. Комплексным показателем качества является коэффициент готовности, который выражается следующим соотношением:

Используя соотношения (1), (2), (3), получим:

Проведенные исследования показывают, что функция К_Г(Т) имеет единственный экстремум. При некотором значении Т* коэффициент готовности имеет максимальное значение.

Техническая система включает в себя множество {m} различных по сложности и надежности средств. Каждое средство характеризуется индивидуальными значениями всех составляющих цикла обслуживания (1). Поэтому для каждого i-го средства системы можно определить оптимальное значение Т_i* периода технического обслуживания. Множество значений T_i*, образует такую временную программу обслуживания системы, практическая реализация которой может оказаться неприемлемой. Конструктивным решением является применение минимаксной стратегии обслуживания. При этом все подсистемы сложной системы будут обслуживаться одновременно с периодичностью, определяемой следующим образом:

или

Предложенная модель может быть реализована аппаратно с помощью предлагаемого устройства, схема которого показана на чертеже.

Устройство содержит датчик времени 1, задающий в порядке нарастания с шагом ΔT возможные значения периода контроля и технического обслуживания системы, m вычислителей коэффициентов готовности подсистем (по числу подсистем, входящих в обслуживаемую систему). Каждый вычислитель содержит функциональный преобразователь 2, реализующий функцию Р_i(Т), первый 6 и второй 3 умножители, первый 4 и второй 7 суматоры, вычитатель 5, интегратор 8 и делитель 9. В устройство также входит блок задержки 10, включающий в себя m-2 элемента задержки 10_c, (), анализатор 11, реализующий выбор минимальной из m переменных (например, блок 13 устройства [3]), элемент задержки 12, элемент сравнения 13, ключ 14, блок из m выходных цепей 15, при этом каждая цепь блока представляет собой последовательно соединенные элемент задержки 16_i и ключ 17_i ().

Каждый вычислитель коэффициента готовности имеет 5 входов. Перед началом работы устройства на них подаются исходные величины, необходимые для решения поставленной задачи. При этом на первый вход, соединенный с первыми входами вычитателя 5 и второго умножителя 6, поступает значение на второй вход, соединенный с первым входом первого сумматора 4, поступает значение на третий вход, связанный с первым входом первого умножителя 3, подается значений на четвертый вход, связанный с первым входом функционального преобразователя 2, подается значение λ; пятый вход вычислителя связан со вторыми входами функционального преобразователя 2 и второго сумматора 7, а также с выходом датчика времени 1.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 времени с шагом ΔT задает в порядке нарастания последовательность возможных значений T_j периода контроля и технического обслуживания сложной системы T_j=T_j-1+ΔT, j=1, 2, .... Сигнал, соответствующий T_j с первого выхода датчика времени 1 подается на вторые входы вторых сумматоров 7 и функциональных преобразователей 2 вычислителей коэффициентов готовности подсистем. В каждом таком вычислителе выполняется вычисление коэффициента готовности K_Гj соответствующей подсистемы при каждом очередном значении T_j.

Процесс вычисления коэффициента готовности подсистемы рассмотрим на примере одного вычислителя.

При каждом очередном значении T_j в функциональном преобразователе 2 формируется функция Р(T_j)=ехр{-λT_j} - вероятность безотказной работы подсистемы и передается в умножители 3, 6 и в интегратор 8. В последнем функция Р(T_j) интегрируется, причем верхний предел интегрирования определяется текущим значением T_j. Результат интегрирования соответствующий среднему времени полезного функционирования подсистемы на периоде T_j, с выхода интегратора 8 передается в делитель 9 и на второй выход вычислителя. Во втором умножителе 3 перемножаются значения величин Р(T_j) и результат передается в первый сумматор 4.

В то же время в первом умножителе 6 величина Р(T_j) перемножается с величиной . Результат перемножения с выхода первого умножителя 6 передается в вычитатель 5, где вычисляется разность и передается в первый сумматор 4. Сигнал, соответствующий сумме с выхода сумматора 4 поступает на первый вход второго сумматора 7. Результат сложения полученный во втором сумматоре 7, передается в делитель 9, где формируется величина коэффициента готовности подсистемы, соответствующая текущему значению периода контроля и технического обслуживания T_j, т.е.

Вычисленное значение К_Г(T_j) с выхода делителя 9 передается на 1 выход вычислителя коэффициента готовности подсистемы. Таким образом, при каждом значении T_j на 1 выходе каждого вычислителя появляется сигнал К_ГJ, а на втором выходе - сигнал, соответствующий вычисленному значению T_Фj. С первых выходов первого и второго вычислителей коэффициентов готовности подсистем непосредственно, а начиная с третьего и до последнего аналогичных вычислителей через соответствующие элементы задержки группы 10, вычисленные значения К_Fji передаются на соответствующие входы элементов сравнения анализатора 11 [3]. При этом временная задержка, которую должны обеспечивать элементы задержки группы 10, определяется временем распространения сигналов в цепях анализатора 11.

С выхода анализатора 11 наименьшее значение коэффициента готовности

поступает на вход первого элемента задержки 12 и на первый вход блока сравнения 13. При этом ранее вычисленное значение

с выхода элемента задержки 12 поступает на второй вход блока сравнения 13.

В исходном состоянии перед началом работы устройства элемент задержки 12 переводится в нулевое состояние.

В элементе сравнения 13 сравниваются между собой величины К_Гj и K_Гj-1, одна из которых соответствует текущему значению T_J, а другая предшествующему T_J-1. Если в результате сравнения окажется, что К_Гj-1≤K_Гj, то с первого выхода блока сравнения 13 выдается управляющий сигнал датчику времени 1 на выдачу очередного значения T_J+1 и процесс вычисления К_Г системы повторится, но уже при новом Т_J+1 значении периода. В противном случае, т.е. при К_Гj-1>К_Гj, управляющий сигнал со второго выхода блока сравнения 13 поступает на разрешающий вход ключа 14 и значение T_J-1, соответствующее оптимальному периоду контроля и технического обслуживания Т* сложной системы, со второго выхода датчика времени 1 через ключ 14 поступает на m+1 выход устройства. В то же время управляющий сигнал со второго выхода блока сравнения 13 поступает на разрешающие входы ключей 17_i блока выходных цепей 15. При этом сигнал со второго выхода каждого вычислителя коэффициента готовности () через соответствующую пару соединенных последовательно элемента задержки 16_i и ключа 17_i, блока выходных цепей 15 поступит на определенный (i) выход устройства.

Таким образом, на m+1 выходе устройства будет величина T*, а на выходах блока выходных цепей - величины соответствующих подсистем. На этом работа устройства заканчивается.

Положительный эффект, который дает предлагаемое техническое решение, состоит в том, что устройство позволяет определять оптимальный по критерию готовности период технического обслуживания системы с учетом временных затрат на контроль состояния, плановую профилактику и ремонтно-восстановительные работы каждой из подсистем обслуживаемой системы. Кроме того, оно обеспечивает вычисление времени безотказной работы подсистем при оптимальных сроках обслуживания системы в целом.

Источники информации.

1. В.Д.Гришин, Ю.С.Мануйлов, А.Н.Щенев. Патент №2228541, М. Кл.⁷ G07C 3/08, 2004 г.

2. Г.Н.Воробьев, Д.В.Гришин, А.Н.Тимофеев. А.С. СССР №1679512, M. Кл.⁵ G07C 3/02, 1991 г.

3. Г.Н.Воробьев, Д.В.Гришин, Д.И.Марков. А.С. СССР №1437888, М. Кл.⁴ G07C 3/02, 1988 г.

4. И.М.Тетельбаум, Ю.Р.Шрейдер. «400 схем для АВМ». - М.: Энергия, 1978 г.

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания системы, содержащее датчик времени, m вычислителей коэффициентов готовности подсистем, каждый из которых содержит вычитатель, второй вход которого соединен с выходом первого умножителя, а первый вход вместе с первым входом первого умножителя является первым входом вычислителя коэффициента готовности, второй вход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого связан со вторым входом делителя, выход которого является первым выходом вычислителя коэффициента готовности, а первый вход подключен через интегратор ко второму входу первого умножителя и к выходу функционального преобразователя, второй вход которого через пятый вход вычислителя коэффициента готовности соединен с первым выходом датчика времени, второй выход которого подключен к информационному входу ключа, выход которого является m+1 выходом устройства, а разрешающий вход подключен ко второму выходу элемента сравнения, первый выход которого соединен с входом датчика времени, первый вход непосредственно, а второй вход через элемент задержки подключены к выходу анализатора на m входов, первый вход которого соединен непосредственно с первым выходом первого вычислителя коэффициента готовности, второй вход - непосредственно с первым выходом второго вычислителя коэффициента готовности, а входы от третьего по m - через индивидуальные элементы задержки блока задержки связаны соответственно с первыми выходами остальных m-2 вычислителей коэффициентов готовности подсистем, отличающееся тем, что в него введен блок выходных цепей, а в каждый вычислитель коэффициента готовности включен второй умножитель, причем четвертый вход вычислителя коэффициента готовности является первым входом функционального преобразователя, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора, а выход подключен ко второму входу второго умножителя, первый вход которого является третьим входом вычислителя коэффициента готовности, а выход соединен со вторым входом первого сумматора, третий вход которого соединен с выходом вычитателя, выходы интеграторов являются вторыми выходами вычислителей коэффициентов готовности и соединены индивидуально с соответствующими входами блока выходных цепей, включающего в себя m цепей по числу вычислителей коэффициентов готовности, каждая из которых состоит из соединенных последовательно элемента задержки и ключа, при этом разрешающие входы ключей блока выходных цепей запараллелены и соединены со вторым выходом элемента сравнения, выходы являются соответствующими m выходами устройства, а информационные входы через элементы задержки соединены индивидуально с соответствующими m входами блока выходных цепей.