Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам контроля, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определить оптимальные сроки и продолжительность технического обслуживания изделий. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет вычисления значений времени вынужденного простоя изделия и времени, необходимого на выполнение операций его технического обслуживания при оптимальной периодичности обслуживания. Устройство содержит пять сумматоров, блок перемножения, блок нелинейности, шесть элементов памяти, интегратор, два таймера, блок деления, пять элементов задержки, два триггера, элемент ИЛИ, два компаратора, пять ключей. 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 и временных затрат, необходимых на выполнение комплекса операций обслуживания. Критерием оптимизации является минимум коэффициента простоя изделия.

Известны устройства [1, 2], предназначенные для определения оптимальных сроков технического обслуживания изделия. Область применения этих устройств ограничена изделиями с ограниченным ресурсом жизнедеятельности, например энергоресурса, расходуемого в процессе функционирования изделия. Известны также устройства [3, 4], обеспечивающие вычисление оптимальной периодичности технического обслуживания изделий. Общим недостатком этих устройств является ограниченные информационные возможности, поскольку единственным выходным временным параметром является искомое значение периода технического обслуживания. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство [5], содержащее пять сумматоров, блок перемножения, блок нелинейности, четыре элемента памяти, интегратор, два таймера, блок деления, три элемента задержки, два триггера, элемент ИЛИ, два компаратора и три ключа. Оно позволяет определять оптимальный по критерию минимума коэффициента простоя периоды технического обслуживания с учетом изменения интенсивности отказов изделия в процессе его эксплуатации. Недостатком устройства является ограниченные информационные возможности.

Целью предлагаемого технического решения является расширение информационных возможностей устройства. Цель достигается путем выдачи в качестве выходных данных, вычисленных значений времени, необходимого на проведение технического обслуживания, времени вынужденного простоя изделия при оптимальной периодичности обслуживания, вычисленной с учетом изменения интенсивности отказов изделия в процессе эксплуатации. Критерием оптимизации периодов обслуживания является минимум коэффициента простоя изделия.

Процесс обслуживания технических средств имеет циклический характер. Средняя продолжительность цикла обслуживания каждого средства системы выражается следующим соотношением:

где τ - период обслуживания изделия (интервал времени между двумя соседними сеансами обслуживания);

- среднее время контроля работоспособности;

- среднее время аварийно-профилактического ремонта;

- среднее время проведения планово-предупредительной профилактики;

Р(τ)- вероятность безотказной работы изделия за время τ.

Продолжительность технического обслуживания изделия на интервале составляет

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 и определяется по формуле

Значение определяется по формуле

Если результаты контроля покажут, что изделие работоспособно, то проводится плановая предупредительная профилактика. Если же оно окажется не работоспособным, 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. Среднее значение времени простоя определяется так

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 (4) и (5) получим

Из (8) видно, что коэффициент простоя является функцией не только периода обслуживания τ, но и безотказности изделия Р(τ). Известно, что важнейшим параметром безотказности 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 чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит: сумматоры 1, 5, 6, 8, 26; блок перемножения 2; блок нелинейности 3; элементы памяти 4, 17, 18, 20, 28, 31; интегратор 7; таймеры 9, 19; блок деления 10; элементы задержки 11, 13, 23, 27, 30; триггеры 12, 14; элемент ИЛИ 15; компараторы 16, 22; ключи 21, 24, 25, 29, 32.

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 [6]) значение постоянной времени λ_i, экспоненты задаются величиной сигнала, поступающего с выхода первого элемента памяти 4. В результате на выходе блока нелинейности 3 формируется функция вероятности безотказной работы изделия

P_i(τ)=e^-λ _i ^τ

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 входа 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 соотношению (2) с выхода первого сумматора 1, подается на вторые входы третьего 5, четвертого 8 сумматоров и на пятый элемент задержки 30. На выходе третьего сумматора 5 формируется согласно (6) сигнал, соответствующий величине , и подается на вход делимого блока деления 10 и на четвертый элемент задержки 27. 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, третьего 13, четвертого 27 и пятого 30 элементов задержки одинаковое и определяет точность вычисления оптимального периода технического обслуживания изделия. В первом компараторе 16 сравниваются между собой два значения K_пi(τ) и K_пi(τ+Δτ). Вначале K_пi(τ)ϕK_пi(τ+Δτ). Как только K_пi(τ) станет меньше K_пi(τ+Δτ), на выходе первого компаратора 16 появится управляющий сигнал, который переведет второй триггер 12 в единичное состояние. Это означает, что найден 1-й оптимальный период технического обслуживания τ_i ^*=τ-Δτ. Единичный сигнал выхода второго триггера 12 поступает на управляющие входы пяти элементов памяти 20, 18, 17, 28, 31, пяти ключей 24, 25, 21, 29, 32 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 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 выходы элементов памяти 20, 18, 17, 28, 31 поступят значения, действующие на их входах, в момент времени

,

которые далее поступят на информационные входы ключей 24, 25, 21, 29, 32 соответственно. В результате на четвертом выходе устройства будет значение оптимального периода технического обслуживания изделия , на втором выходе устройства будет среднее значение коэффициента простоя изделия K_пi, соответствующее оптимальному времени и интенсивности отказов λ_i, на первом выходе будет действовать сигнал, соответствующий вычисленному значению времени простоя изделия, а на третьем выходе - значение времени технического обслуживания изделия. 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 . Значение t+τ_i ^*i c 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, триггер 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

, (i=0)

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 λ^* _i+1 аналогично тому, как оно определяло τ_i ^*i затем определяет λ^* _i+2 и т.д. до выключения устройства. На этом работа устройства заканчивается.

Положительный эффект, который может быть получен от использования предлагаемого технического решения, состоит в получении расчетных значений времени вынужденного простоя и продолжительности технического обслуживания при оптимальном периоде обслуживания, обеспечивающим минимум коэффициента простоя изделия. Вычисленные значения выходных величин позволяют обоснованно планировать применение и техническую эксплуатацию изделия.

При разработке схемы устройства использованы функциональные элементы, описанные в [6].

Источники информации

1. Гришин В.Д., Тимофеев А.Н., Артеменко В.Д. Патент RU № 2071115, M. кл⁶. G07C 3/08, 1996.

2. Гришин В.Д., Тимофеев А.Н., Жиряков А.А. Патент RU №2071118, M. кл⁶. G07C 3/08, 1996.

3. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Денченков В.А., Гришин В.Д., А.С. SU № 1320825, M. кл⁴. G07C 3/08, 1987.

4. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Доможиров В.Т., Тимофеев А.Н., А.С. SU № 1773199, М. кл⁵ G07C 3/08, 1992.

5. Гришин В.Д., Мануйлов Ю.С., Щенев А.Н. Патент RU №2206123, M. кл⁷. G07C 3/08, 2003.

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

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия, содержащее первый сумматор, первый вход которого является первым входом устройства, на который поступает значение где - среднее время контроля работоспособности изделия, - среднее время аварийно-профилактического ремонта, второй вход первого сумматора соединен с выходом блока перемножения, первый вход которого является вторым входом устройства, на который поступает значение , где - среднее время проведения планово-предупредительной профилактики, а второй вход подключен к первому входу интегратора и к выходу блока нелинейности, первый вход которого соединен с выходом первого элемента памяти, первый вход которого является третьим входом устройства, на который поступает значение λ_i, характеризующее значение интенсивности отказов изделия, четвертым входом устройства, на который поступает сигнал «Пуск», является первый вход схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом второго компаратора, а выход подключен к входу установки единицы первого триггера, выход которого связан с входом первого таймера, с выходом установки нуля второго триггера, со вторыми входами первого элемента памяти, блока нелинейности и интегратора, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, первый вход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, к входу третьего элемента задержки и к выходу первого таймера, а выход соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого связан с выходом первого сумматора и со вторым входом четвертого сумматора, выход которого через второй элемент задержки соединен с информационным входом второго элемента памяти и непосредственно подключен к входу делителя блока деления, вход делимого которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход подключен непосредственно к первому входу и через первый элемент задержки ко второму входу первого компаратора, выход которого соединен с входом установки единицы второго триггера, выход которого связан с управляющими входами второго, третьего и четвертого элементов памяти, первого, второго и четвертого ключей, с входом установки нуля первого триггера и с входом второго таймера, выход которого подключен к первому входу пятого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого связан с выходом первого ключа, информационный вход которого соединен с выходом второго элемента памяти, третий элемент памяти информационным входом связан с выходом третьего элемента задержки, а выходом - с информационным входом второго ключа, выход которого связан со вторым входом пятого сумматора и является четвертым выходом устройства, на который поступает значение оптимального периода технического обслуживания изделия τ_i ^*, вторым выходом устройства, на который поступает сигнал К_пi, соответствующий среднему значению коэффициента простоя изделия, является выход четвертого ключа, информационный вход которого подключен к выходу четвертого элемента памяти, информационный вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, отличающееся тем, что в него введены четвертый и пятый элементы задержки, пятый и шестой элементы памяти, третий и пятый ключи, причем выход первого сумматора через пятый элемент задержки соединен с информационным входом шестого элемента памяти, управляющий вход которого вместе с управляющими входами пятого элемента памяти, третьего и пятого ключей подключен к выходу второго триггера, а выход соединен с информационным входом пятого ключа, выход которого является третьим выходом устройства, на который поступает значение характеризующее время технического обслуживания изделия, первым выходом устройства, на который поступает сигнал , соответствующий вычисленному времени простоя изделия, является выход третьего ключа, информационный вход которого соединен с выходом пятого элемента памяти, информационный вход которого через четвертый элемент задержки связан с выходом третьего сумматора.