Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в научных исследованиях и практике эксплуатации изделий, подверженных старению для определения оптимальных сроков их технического обслуживания. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и области применения устройства. Он достигается тем, что в него введены две схемы ИЛИ, ждущий мультивибратор, компаратор и элемент задержки. Преимуществом предлагаемого устройства является определение значения периода обслуживания, обеспечивающего максимально возможную готовность изделия к применению, с учетом допустимой продолжительности технического обслуживания и возрастания интенсивности отказов в процессе эксплуатации. 1 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам контроля. Оно может быть использовано в научных исследованиях и практике эксплуатации для определения оптимальных сроков технического обслуживания изделий многократного применения.

Известны устройства [1, 2], позволяющие определять оптимальные по критерию максимума коэффициента готовности периоды технического обслуживания изделий. Их недостатком является ограниченная область применения, поскольку они ориентированы на изделия, интенсивность отказов которых не зависит от времени, т.е. является постоянной. Устройства [3, 4] позволяют вычислять значения периодов обслуживания, обеспечивающие максимально возможную готовность изделий к применению с учетом изменений интенсивности их отказов в процессе эксплуатации. При этом используется кусочно-постоянная аппроксимация непрерывно возрастающей функции интенсивности отказов изделия, что снижает точность определения оптимального значения периода обслуживания. Кроме того, устройства [3, 4] не позволяют учитывать возможное ограничение на время обслуживания изделия, что ограничивает их функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство [5], содержащее датчик времени, блок нелинейности, два блока деления, шесть блоков умножения, интегратор, два сумматора, компаратор, ждущий мультивибратор, три элемента задержки, три элемента памяти и три ключа. Оно обладает тем же недостатком, что и устройства [1, 2], и, кроме того, оно, как и устройства [3, 4], не позволяет учитывать возможное ограничение на время обслуживания изделия. Таким образом, оно имеет ограниченные функциональные возможности и область применения.

Целью заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей и области применения устройства. Цель достигается путем реализации математической модели, позволяющей учитывать изменения во времени функции отказов изделия и ограничение на время его технического обслуживания. Критерием оптимизации периодов обслуживания является максимум коэффициента готовности при заданном допустимом значении времени технического облуживания изделия.

Процесс обслуживания изделий имеет циклический характер. Продолжительность цикла обслуживания определяется следующим соотношением:

где τ - период технического обслуживания изделия; - среднее время контроля работоспособности; - среднее время проведения предупредительной профилактики; - среднее время аварийно-восстановительных работ; Р(τ) - вероятность безотказной работы изделия за время τ.

Контроль и оценка технического состояния изделия осуществляется в плановые сеансы с периодом τ. В связи с этим на интервале времени между сеансами контроля изделие может быть не только работоспособным, но и находиться в состоянии скрытого отказа. Поэтому имеет место соотношение

где - среднее время работоспособного состояния изделия, - среднее время пребывания его в отказе не периоде τ. Значение определяется по формуле

Если результаты контроля покажут, что изделие работоспособно, то проводится предупредительная профилактика. Если же оно будет неработоспособным, то будут проведены ремонтно-восстановительные работы. При проведении операций контроля, профилактики и ремонтно-восстановительных работ, а также при нахождении в состоянии отказа изделие не может функционировать по назначению.

Комплексным показателем качества функционирования изделия является коэффициент готовности, выражаемый следующим соотношением:

Из (4) видно, что коэффициент готовности существенно зависит от периода обслуживания τ и от безотказности P(τ) изделия. Известно, что важнейшим параметром безотказности является интенсивность отказов. Теория и практика эксплуатации широкого класса обслуживаемых изделий показывают, что старение изделий сопровождается увеличением этой интенсивности. Функция К_Г(τ) при некотором оптимальном значении периода τ^* имеет глобальный экстремум. Отклонение значения периода обслуживания от оптимального приводит к уменьшению коэффициента готовности. Кроме того, возрастание интенсивности отказов влечет за собой смещение оптимального периода обслуживания в сторону меньших значений. Поэтому каждое очередное оптимальное значение периода необходимо находить с учетом изменения этой интенсивности.

Известно, что время между соседними отказами является непрерывной случайной величиной. Это время для изделий с выраженным фактором старения может описываться законом распределения Рэлея. При этом интенсивность отказов λ(τ) и вероятность безотказной работы изделия определяется так [6]

где σ - параметр распределения Рэлея.

Введем следующее обозначение: к=2σ², тогда

В практике эксплуатации изделий возможны обстоятельства, заставляющие ограничивать время технического обслуживания изделия, т.е. накладывается ограничение вида

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

Предложенная математическая модель может быть реализована аппаратно с помощью предлагаемого устройства.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит: первый 1 и второй 7 блоки деления; блок нелинейности 2; первый 3 и второй 11 блоки умножения; интегратор 4; датчик 5 времени; первый 6 и второй 12 сумматоры; первый 8, второй 9, третий 13 и четвертый 21 элементы задержки; первый 14 и второй 22 мультивибраторы, первый 10 и второй 24 компараторы; первый 15, второй 16 и третий 17 элементы памяти; первый 18, второй 19 и третий 20 ключи; первую 23 и вторую 25 схемы ИЛИ.

Элементы памяти могут быть построены по схеме 4-5-1, а блок нелинейности - по схеме 3-4-2 [7].

Перед началом работы устройства исходные данные: подаются соответственно на 1, 3, 4, 5 его входы.

Работа начинается с приходом на второй вход устройства сигнала «Пуск». Этот сигнал, пройдя через первую схему ИЛИ 23, инициирует генерацию вторым ждущим мультивибратором 22 управляющего воздействия, по которому за время Δt блок нелинейности 2 и интегратор 4 приводятся в исходное состояние (обнуляются). Кроме того, сигнал «Пуск», задержанный четвертым элементом задержки 21 на время Δt, запускает датчик времени 5 (генератор ступенчатого напряжения). Этот датчик с шагом Δτ задает в порядке нарастания последовательность возможных значений τ_i периода технического обслуживания изделия τ_i=τ_i-1+Δτ, где i=1, 2, 3... Начальный сигнал τ₁=Δτ с выхода датчика времени 5 поступает на третий вход интегратора 4, задавая верхний предел интегрирования, на первый вход первого сумматора 6, на оба входа первого блока умножения 3 непосредственно, а через первый элемент задержки 8 - в первый элемент памяти 15. Результат перемножения с выхода первого блока умножения 3 передается на второй вход первого блока деления 1, на первый вход которого с первого входа устройства поступает значение параметра «к». Сигнал, соответствующий величине , из первого блока деления 1 передается в блок нелинейности 2, где в соответствии с (6) формируется значение Р(τ_i) и передается на первый вход интегратора 4 и на второй вход второго блока умножения 11. В интеграторе 4 вычисляется значение времени в соответствии с (3) и передается на второй вход второго блока деления 7 и в третий элемент задержки 13. Во втором блоке умножения 11 реализуется перемножение значения Р_i(τ) и величины , поступающей с третьего входа устройства. Сигнал, соответствующий произведению , с выхода второго блока умножения 11 передается на второй вход второго сумматора 12, на первый вход которого с четвертого входа устройства поступает заданная величина . Результат суммирования, соответствующий вычисленному значению времени технического обслуживания изделия, с выхода второго сумматора 12 передается на вторые входы первого сумматора 6 и второго компаратора 24. В первом сумматоре 6 формируется сигнал, соответствующий согласно (1) длительности цикла обслуживания изделия, и передается на первый вход второго блока деления 7, где реализуется соотношение (4). Вычисленное значение коэффициента готовности К_Г из второго блока деления 7 передается непосредственно на один вход, а через второй элемент задержки 9 на второй вход первого компаратора 10 и во второй элемент памяти 16. В компараторе 10 осуществляется сравнение текущего К_Гi(τ) и предшествующего ему К_Гi-1(τ) значений коэффициента готовности. Время задержки элементов 8, 9, 13 одинаковое и соответствует длительности вычисления одного значения коэффициента готовности. В начале работы устройства всегда выполняется неравенство К_Гi(τ)>К_Гi-1(τ). Поэтому управляющий сигнал появляется на первом выходе первого компаратора 1 и через первую схему ИЛИ 23 поступает на входы второго мультивибратора 22 и четвертого элемента задержки 21. В результате этого выходной сигнал датчика времени 5 увеличится на величину Δτ и процесс вычисления значения коэффициента готовности повторится, но уже при новом значении периода обслуживания τ_i+1=τ_i+Δτ. Параллельно вычислению значения К_Гi(τ) во втором компараторе 24 осуществляется сравнение вычисленного значения и допустимого значения , поступающего на его первый вход с пятого входа устройства. Процесс поиска оптимального значения τ^* периода обслуживания происходит итерационно с последовательным увеличением текущего значения периода τ_i и прекращается, как только выполнится одно из условий (21), т.е. либо будет определено максимальное значение коэффициента готовности К^* _Г(τ)=К_Гi-1(τ)>К_Гi(τ), либо вычисленное значение требуемого времени обслуживания изделия превзойдет допустимое. В первом случае управляющий сигнал появится на втором выходе первого компаратора 10 и поступит на второй вход второй схемы ИЛИ 25, а во втором случае управляющий сигнал с выхода второго компаратора 24 поступит на первый вход второй схемы ИЛИ 25. По выходному сигналу второй схемы ИЛИ 25 первый ждущий мультивибратор 14 генерирует управляющий сигнал, который поступает на управляющие входы первого 15, второго 16 и третьего 17 элементов памяти, первого 18, второго 19 и третьего 20 ключей, а также на третий вход датчика времени 4. По сигналу первого мультивибратора 14 датчик времени 5 выключается, открываются ключи 18, 19, 20 и обеспечивается считывание данных, поступивших к этому времени в элементы памяти 15, 16, 17. В результате на первый выход устройства поступает оптимальное значение τ^* периода обслуживания изделия, на второй выход - вычисленное значение коэффициента готовности К^* _Г(τ) и на третий выход - вычисленное значение работоспособного состояния изделия на периоде τ^*. На этом работа устройства заканчивается.

Положительный эффект, который дает предлагаемое техническое решение, состоит в том, что устройство позволяет определять значения периодов обслуживания, обеспечивающие максимально возможную готовность изделия к применению, с учетом допустимой продолжительности технического обслуживания и увеличения интенсивности отказов этого изделия в процессе эксплуатации.

Источники информации

1. В.Д.Гришин, Г.Н.Воробьев, Д.А.Мышинский. Патент РФ №2279712, МПК G07 3/08, G06F 17/00, 2006.

2. Г.Н.Воробьев, В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев. А.С. СССР №1617453, М. Кл⁵ G07C 3/08, 1990.

3. Г.Н.Воробьев, В.Д.Гришин, В.Т.Доможиров, А.Н.Тимофеев. А.С. СССР №1773199, М. Кл⁵ G07C 3/08, 1990.

4. В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев, М.Ю.Туркин. А.С. СССР №1711208, М. Кл⁵ G07C 3/08, 1992.

5. В.Д.Гришин, Ю.С.Мануйлов, А.Н.Щенев. Патент РФ №2228541, МПК⁷ G07 3/08, 2004.

6. A.M.Половко. Основы теории надежности. М: Наука, 1964.

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

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия, содержащее первый блок деления, блок нелинейности, выход которого соединен с первым входом интегратора и со вторым входом второго блока умножения, первый вход которого является третьим входом устройства, а выход подключен ко второму входу второго сумматора, первый вход которого является четвертым входом устройства, первый выход которого через соединенные последовательно первый ключ, первый элемент памяти и первый элемент задержки связан с первым входом первого блока умножения, с выходом датчика времени и с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго блока деления, второй вход которого связан с выходом интегратора, а выход подключен к первому входу первого компаратора и к входу второго элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом первого компаратора и информационным входом второго элемента памяти, выход которого подключен к информационному входу второго ключа, а управляющий вход - к выходу первого мультивибратора и управляющим входам первого и третьего элементов памяти, первого, второго и третьего ключей, выход второго ключа является вторым выходом устройства, третьим выходом которого является выход третьего ключа, информационный вход которого соединен через третий элемент памяти с выходом третьего элемента задержки, отличающееся тем, что в него введены первая и вторая схемы ИЛИ, четвертый элемент задержки, второй мультивибратор и второй компаратор, при этом первый вход устройства соединен с первым входом первого блока деления, второй вход которого связан с выходом первого блока умножения, а выход подключен к первому входу блока нелинейности, второй вход которого соединен с выходом второго мультивибратора и со вторым входом интегратора, выход которого подключен к входу третьего элемента задержки, а третий вход - ко второму входу первого блока умножения и к выходу датчика времени, второй вход которого соединен с выходом первого мультивибратора, а первый вход через четвертый элемент задержки связан с входом второго мультивибратора и с выходом первой схемы ИЛИ, один вход которой подключен к первому выходу первого компаратора, а другой вход является вторым входом устройства, пятый вход которого соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого подключен ко второму входу первого сумматора и к выходу второго сумматора, а выход - к первому входу второй схемы ИЛИ, второй вход которой соединен со вторым выходом первого компаратора, а выход - с входом первого мультивибратора.