Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам контроля и может использоваться в научных исследованиях и практике эксплуатации для определения оптимальных сроков технического обслуживания изделий и временных затрат, необходимых на выполнение комплекса операций обслуживания. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет формирования в качестве выходных параметров времени работоспособного состояния и времени технического обслуживания на интервале одного цикла обслуживания изделия. Устройство содержит два сумматора, три умножителя, девять ключей, пять элементов задержки, интегратор, элемент ИЛИ, два блока деления, блок нелинейности, датчик времени, компаратор и вычитатель. 1 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам контроля. Оно может использоваться 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 максимум коэффициента готовности изделия.

Известны устройства [1, 2, 3], позволяющие определять периоды технического обслуживания, обеспечивающие максимально-возможную готовность изделий к применению по их целевому назначению. Общим недостатком этих устройств является ограниченные информативные возможности, так как они не позволяют получать в качестве выходной величины время, требуемое на обслуживание изделия, соответствующее оптимальному периоду обслуживания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство [4], содержащее два сумматора, три умножителя, семь ключей, три элемента задержки, интегратор, элемент ИЛИ, два блока деления, блок нелинейности, датчик времени, компаратор и вычитатель. Его недостатком являются ограниченные информативные возможности.

Целью предлагаемого технического решения является расширение информативных возможностей устройства. Цель достигается путем выдачи в качестве выходных данных значений времени работоспособного состояния и времени, необходимого на техническое обслуживание изделия, при оптимальной периодичности его обслуживания.

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

или

где

τ - период обслуживания изделия;

- среднее время контроля работоспособности;

- среднее время проведения плановой предупредительной профилактики;

- среднее время аварийно-восстановительных работ;

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

Величина

составляет длительность процесса обслуживания на интервале одного цикла.

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;

- среднее время пребывания изделия в отказе.

Значение определяется по формуле:

Если результаты контроля покажут, что изделие работоспособно, то проводится плановая предупредительная профилактика. Если же оно окажется неработоспособным, то будут проведены аварийно-восстановительные работы, в результате которых работоспособность будет восстановлена. Таким образом, процесс функционирования изделия является регенерирующим.

При проведении операций контроля работоспособности, планово-предупредительной профилактики и аварийно-восстановительных работ, а также при нахождении изделия в состоянии отказа, оно не может функционировать по назначению. Коэффициент готовности обслуживаемого изделия определяется с помощью следующего соотношения:

Из (5) видно, что коэффициент готовности существенно зависит от периода обслуживания τ изделия. Как показывают исследования, функция К_Г(τ) при некотором (оптимальном) значении периода τ^* имеет глобальный экстремум. Отклонения периода обслуживания от оптимального в сторону меньших или больших значений приводит к уменьшению коэффициента готовности.

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

В практике эксплуатации широкого класса изделий (особенно изделий, работающих в дежурном режиме) важной характеристикой является коэффициент оперативной готовности. Его значение для текущего момента времени определяется следующим образом:

где Р(ξ) - вероятность безотказной работы изделия в момент времени ξ. При этом

где

- длительность цикла обслуживания, определяемая соотношением (1), но при оптимальном значении периода τ^* обслуживания изделия;

- целое число циклов обслуживания, которое может быть проведено на интервале T_f=[0,t_f].

С учетом (5) K_ог(t) будет выражен следующим соотношением:

Здесь Р(ξ)=ехр{-λξ}, где λ - интенсивность отказов изделия.

Для планирования применения изделия по назначению, а также работ по техническому обслуживанию изделия необходимо знать расчетные значения величин и . Заявляемое устройство позволяет определять их, реализуя соотношения (2) и (4), и представлять в качестве выходных параметров.

Предложенная математическая модель может быть реализована аппаратно с помощью заявляемого устройства (см. чертеж).

Устройство содержит: сумматоры 1, 5; умножители 2, 23, 26; ключи 3, 14, 15, 17, 19, 20, 21, 22, 24; элементы задержки 6, 7, 11, 12, 18; интегратор 8; элемент ИЛИ 9; блоки деления 10, 25; блок нелинейности 4; датчик времени 13; компаратор 16; вычитатель 27.

Перед началом работы устройства исходная информация: λ, , T_f подается соответственно на 1, 2, 3 и 4 его входы.

Устройство работает следующим образом

Датчик времени 13 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,…. В исходном состоянии ключи 3 и 14 открыты, а ключи 15, 17, 19, 20, 21, 22 и 24 закрыты.

Сигнал τ_i с выхода датчика 13 времени через соединенные последовательно второй ключ 14 и элемент ИЛИ 9 поступает на второй вход блока 4 нелинейности, на первый вход которого поступает параметр λ изделия. В блоке 4 нелинейности реализуется функция и передается через первый ключ 3 на первые входы первого умножителя 2 и интегратора 8. В интеграторе 8 эта функция интегрируется на интервале [0, τ_i]. При этом верхний предел интегрирования определяется значением сигнала τ_i, поступающего на второй вход интегратора 8 с выхода датчика 13 времени. Выходной сигнал интегратора 8, соответствующий, согласно (4), величине , поступает на второй вход первого блока 10 деления и через третий элемент 11 задержки на информационный вход четвертого ключа 17. Сигнал τ_i с выхода датчика 13 времени подается также на второй вход второго 5 сумматора.

В первом умножителе 2 реализуется перемножение величины Р(τ_i) и разности (τ_пп-τ_ав), поступающей в него со второго входа устройства. Результирующий сигнал, соответствующий величине (τ_пп-τ_ав)P(τ_i), с выхода первого умножителя 2 передается в первый сумматор 1, где реализуется операция суммирования с сигналом , поступающим на второй вход сумматора 1 с третьего входа устройства. Выходной сигнал первого сумматора 1 непосредственно поступает во второй сумматор 5, где формируется, в соответствии с (1), значение длительности цикла обслуживания изделия , а через первый элемент 6 задержки передается на информационный вход шестого ключа 20. Сигнал, соответствующий величине , с выхода второго сумматора 5 передается непосредственно на первый вход первого блока 10 деления и через второй элемент 7 задержки на информационный вход седьмого ключа 21. В первом блоке деления 10 реализуется вычисление значения коэффициента готовности согласно (5), т.е. . Полученный результат К_гi, с выхода первого блока деления 10 подается непосредственно на первый вход и через четвертый элемент 12 задержки на второй вход компаратора 16.

В компараторе 16 сравниваются между собой текущее К_гi, и предшествующее К_гi-1 вычисленные значения коэффициента готовности. Если окажется что К_гi≥K_гi-1, то управляющий сигнал появится на первом выходе компаратора 16, в результате чего датчик 13 времени выдаст новое τ_i+1 значение периода технического обслуживания и весь цикл вычислений К_г повторится, но уже при новом значении периода. Если же окажется, что К_гi<K_гi-1, то управляющий сигнал появится на втором выходе компаратора 16 и поступит на разрешающие входы первого 3, второго 14, третьего 15, четвертого 17, пятого 19, шестого 20, седьмого 21, восьмого 22 и девятого 24 ключей. Заметим, что по управляющему сигналу компаратора 16 ключи 3 и 14 закрываются, а все другие ключи - открываются. В результате этого сигнал, соответствующий заданному значению времени T_f, с четвертого входа устройства через девятый ключ 24 поступит на первые входы второго блока деления 25 и вычитателя 27. Сигнал с выхода седьмого ключа 21 поступит на второй вход второго блока 25 деления и первый вход третьего умножителя 26, а выходной сигнал первого элемента задержки 6, соответствующий времени технического обслуживания τ^* _обс, через шестой ключ 20 поступает на первый выход устройства. В блоке 25 деления вычисляется целое число циклов обслуживания, которое может быть проведено на интервале времени T_f, т.е. . Полученный результат передается в третий умножитель 26, где формируется сигнал, соответствующий произведению и передается на второй вход вычитателя 27. В вычитателе 27 реализуется разность и через схему ИЛИ 9 подается на второй вход блока 4 нелинейности. В блоке 4 нелинейности формируется сигнал Р(ξ) и через третий ключ 15 подается на второй вход второго умножителя 23. Выходной сигнал датчика 13 времени, задержанный пятым элементом 18 задержки и соответствующий оптимальному значению τ_i-1=τ^* периода технического обслуживания изделия, через восьмой ключ 22 поступает на третий выход устройства.

Выходной сигнал третьего элемента 11 задержки, соответствующий среднему времени работоспособного состояния изделия τ^* _ф, через четвертый ключ 17 поступает на второй выход устройства. Выходной сигнал четвертого элемента 12 задержки, соответствующий экстремальному значению K_г(τ_i-1)=K^* _г коэффициента готовности, через пятый ключ 19 поступает на четвертый выход устройства и на первый вход второго умножителя 23.

Во втором умножителе 23 вычисляется коэффициент оперативной готовности в соответствии с (8). Выходной сигнал умножителя 23 К_ог(t)=К^* _г·P(ξ) передается на пятый выход устройства.

На этом работа устройства заканчивается.

Положительный эффект, который может быть получен от применения предлагаемого технического решения, состоит в получении расчетных значений времени безотказной работы и требуемого времени технического обслуживания изделия при оптимальной периодичности обслуживания, обеспечивающих максимально возможную готовность изделия к применению по назначению. Вычисленные значения выходных величин позволяют обосновать план применения и технической эксплуатации изделия.

При разработке схемы устройства использованы функциональные элементы, описанные в [5].

Источники информации

1. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Тимофеев А.Н. А.с. СССР № 1617453, М. Кл.⁵ G07C 3/08, 1990 г.

2. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Доможиров В.Т., Тимофеев А.Н. А.с. СССР № 1773199, М. Кл.⁵ G07C 3/08, 1992 г.

3. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Москвин Б.В. А.с. СССР № 1425745, М. Кл.⁴ G07C 3/08, 1989 г.

4. Гришин В.Д., Воробьев Г.Н., Мышинский Д.А. Патент РФ № 2279712, МПК 7 G07C 3/08, G06F 17/00, 2006 г.

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

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия, содержащее первый сумматор, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход первого сумматора является третьим входом устройства, на который поступает значение параметра а первый вход первого сумматора соединен с выходом первого умножителя, второй вход которого является вторым входом устройства, на который поступает значение где - среднее время проведения планово-предупредительной профилактики, - среднее время аварийно-восстановительных работ, - среднее время контроля работоспособности, первый вход первого умножителя подключен к выходу первого ключа и к первому входу интегратора, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора, с информационным входом второго ключа и с выходом датчика времени непосредственно, а через соединенные последовательно пятый элемент задержки и восьмой ключ - с третьим выходом устройства, на который поступает значение оптимального периода технического обслуживания изделия τ^*, четвертый выход устройства, на котором формируется сигнал, соответствующий экстремальному значению коэффициента готовности К*_г, связан с первым входом второго умножителя и с выходом пятого ключа, информационный вход которого соединен с выходом четвертого элемента задержки, а разрешающий вход которого вместе с разрешающими входами первого, второго, третьего, седьмого, восьмого и девятого ключей подключен ко второму выходу компаратора, на котором формируется сигнал в случае К_гi<К_гi-1, где К_гi и К_гi-1 - текущее и предшествующее значения коэффициента готовности обслуживаемого изделия, первый выход компаратора, на котором формируется сигнал в случае К_гi≥K_гi-1, соединен с входом датчика времени, первый вход непосредственно, а второй вход через четвертый элемент задержки связан с выходом первого блока деления, второй вход которого подключен к выходу интегратора, а первый вход соединен с выходом второго сумматора непосредственно, а через второй элемент задержки - с информационным входом седьмого ключа, выход которого подключен к первому входу третьего умножителя и ко второму входу второго блока деления, первый вход которого через девятый ключ соединен с четвертым входом устройства, на который поступает значение T_f, характеризующее интервал, на котором производят обслуживание, и непосредственно - с первым входом вычитателя, а выход подключен ко второму входу третьего умножителя, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, выход которого связан с первым входом схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом второго ключа, а выход связан со вторым входом блока нелинейности, первый вход которого является первым входом устройства, на который поступает значение λ, характеризующее значение интенсивности отказов изделия, а выход соединен с информационными входами первого ключа и третьего ключа, выход которого связан со вторым входом второго умножителя, выход которого является пятым выходом устройства, на который поступает сигнал, соответствующий значению коэффициента оперативной готовности К_ог, отличающееся тем, что в него введены первый и третий элементы задержки, четвертый и шестой ключи, причем выход первого сумматора через первый элемент задержки подключен к информационному входу шестого ключа, разрешающий вход которого соединен со вторым выходом компаратора, а выход является первым выходом устройства, на который поступает сигнал, соответствующий значению времени технического обслуживания изделия τ*_обс, вторым выходом устройства, на который поступает значение, соответствующее среднему времени работоспособного состояния изделия τ*_ф, является выход четвертого ключа, разрешающий вход которого соединен со вторым выходом компаратора, а информационный вход через третий элемент задержки подключен к выходу интегратора.