Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания системы

 

Союз Советскнк

Социалистнчвскик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬВРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (tij 976461 (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 18. 05. 81 (21) 3287989/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)M. Кл.

G 07 С 3/02

1всудврстюннй квинтет

СССР ив двлаи нзобретеккй н открытий

Опубликовано 23. 11.82. Бюллетень М 43

Дата опубликования описания 23. 11.82 (53) УДК 621.178 (088.8) В.Д. Гришин, Г.Н. Воробьев и В.П. Лабас (72) Авторы изобретения

1 с

:-4 ) I

II!

\ (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО

ПЕРИОДА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

СИСТЕМЫ

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется определять период контроля и технического обслуживания слои- ной системы.

Известно устройство для определения периода технического обслуживания изделия, содержащее датчик времени, блок нелинейности, интегратор, блоки te деления, умножения, сумматор, регистры и элемент И (1 3.

Ъ

Недостатком устройства являвтся узкая область применения.

Наиболее близким по технической сущности к, предлагаемому является устройство для учета и контроля времени оптимального периода технического обслуживания иэделия, которое содержит 2о первый блок умножения, подключенный к входу сумматора, выход которого соединен с входом блока деления, подключенного к первому входу второго блока ум-. ножения, второй вход которого соеди" нен с выходом интегратора, который соединен с выходом блока нелинейности, входы первого блока умножения и блока нелинейности подключены к датчику времени, выход первого регистра через второй регистр подключен к первому входу элемента сравнения, выход которого непосредственно и через датчик времени соединен с элементом И, выход блока умножения непосредственно и через регистры подключен к элементу сравнения (2).

Недостатком. этого устройства явля- ется то, что оно предназначено для определения периода контроля и технического обслуживания только для простого иэделия или подсистемы сложной системы и не позволяет определить период технического обслуживания сложной системы, состоящей из нескольких подсистем, каждая из которых в процессе Функционирования потребляет свой запас ресурса.

3 9764

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем повышения времени полезного функционирования сложной сис твмы. 5

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик времени, вход которого подключен к первому выходу элемента сравнения, второй вхор1р которого соединен с первым входом элемейта И, выход первого регистра сдви- . га через второй регистр сдвига подключен к первому входу элемента сравнения, первый и второй выходы датчика времени соединены соответственно с вторым входом элемента И и с объединенными входами функционального преоб, разователя и первого блока умножения согласующего узла, который содержит сумматор, первый блок деления, интегратор и второй блок умножения, выход первого блока умножения соединен с входом сумматора, выход которого соединен с первым входом второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, вторые входы первого блока умножения, сумматора и блока деления являются информационными входами устройства, введения дополнительных согласующих узлов по числу контролируемых элементов системы, регистратор и анализатор, который содержит m-E информационных каналов, 35 каждый из которых выполнен на элементах И, ИЛИ и элементе сравнения, первый и второй входы которого в первом информационном канале анализатора под. ю ключены соответственно к выходу второго блока умножения первого и второго согласующих узлов, выходы элемента сравнения в каждом информационном канале анализатора соединены с входами элементов.И, выходы которых в каж45 дом информационном канале анализатора. кроме последнего, через элемент ИЛИ подключены к первому входу элемЕнта сравнения и к первому входу первого элемента И последующего информационно го канала анализатора, второй вход элемента сравнения и первый вход второго элемента И остальных информационных каналов анализатора соединены с выходом второго блока умножения соот- 55 ветствующего согласующего узла, выходы элементов И последнего информационного канала подключены к первому

61 ф входу первого регистра сдвига и к второму входу элемента сравнения.

Все технические системы имеют ресурс (ограниченный ресурс "жизнедеятельности"), который ими расходуется в процессе функционирования. В качестве таких ресурсов могут быть энергоресурсы, надежностные ресурсы, время активного существования, физические возможности людей и т. д. Сложная система, как правило, состоит из нескольких подсистем, для функционирования каждой из которых необходим свой ресурс. Она прекращает целевое функционирование, если наступает отказ или израсходуется ресурс хотя бы одной из ее подсистем. Увеличить время полезного функционирования сложной системы можно путем увеличения запасов ограниченных ресурсов, повышения надежности подсистем и введением их технического обслуживания, в результате которого устраняются отказы и восстанавливается работоспособность, Таким образом, время полезного функционирования сложной системы определяется наименьшим временем полезного функционирования одной из всех ее подсистем.

Если не проводить технического обслуживания системы, то время, в течение которого она может полезно функционировать, соответствует времени полезного функционирования системы до первого отказа в любой ее подсистеме.

Повышение числа сеансов контроля и обслуживания сложной системы увеличивает время ее полезного функционирования за счет устранения отказов, но, с другой стороны, повышается расход ресурсов на техническое обслуживание, что сокращает ресурсы на целевое функционирование. Поэтому существует некоторый целесообразный период между техническими обслуживаниями, доставляющий наибольшее время полезного функционирования сложной системы.

В реальной сложной системе желательно проводить контроль и техническое обслуживание одновременно всех подсистем. Контроль одной любой подсистемы или отказ ее часто приводит к останову всей системы, что соответственно уменьшает время полезного функционирования всей системы в целом на заданном ресурсе (например, на заданном времени активного существования системы).

976

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 времени, задающий возможные периоды

Поэтому, несмотря на то, что надежностные характеристики подсистем различны, чтобы увеличить время полеэного функционирования системы в целом, необходимо находить общий для всех подсистем период контроля и технического обслуживания.

Период контроля и технического обслуживания в общем случае не будет соответствовать оптимальному для от- !О дельных подсистем, однако, будет оптимальным для сложной системы в целом

Естественным стремлением является нахождение этого оптимального периода технического обслуживания сложной сис-)S темы, который доставит максимум времени ее полезного функционирования.

Пусть в составе сложной системы находится и1 подсистем (1=1, 2, ..., m) каждая из которых обладает своим за- 20 пасом ограниченного ресурса. В частном случае система может обладать одним ресурсом. В режиме нормального функционирования и состоянии отказа каждая подсистема в среднем расходует 23 в единицу времени с; единиц ресурса.

Если в результате каждого сеанса обслуживания расходуется g - единиц ре1 сурса i-ой подсистемы, то уравнение баланса по ресурсу К„ для i-ой подсис-30 темы можно записать

N (c„. + 9„-) =в „., . где - период между сеансами технического обслуживания сложной системы; 3S

N — - число сеансов обслуживания

i-ой подсистемы, которое легко выразить из уравнения баланса

N— 40

1 С1C+ Я"„.

Так как момент йаступления отказа каждой подсистемы случаен, то среднее время полезного функционирования i-ой подсистемы можно выразить через плотность распределения времени f ° (t) ее

1 безотказной работы

T0„. (С) = N„.graf. (e)dt+. P,-(t)) =

= ы () 1

С учатом того, что время полезного

50 функционирования сложной системы определяется наименьшим временем полезного функционирования одной из ее подсистем, задача обоснования периода между сеансами технического обслуживания сложной системы по критерию мак

SS симума математического ожидания времени ее полезного функционирования формулируется следующим образом:

461 Ь

Найти такой период ф, при котором

7y(t+) = max min Т, ° (б), (i =1,З).

В качестве примера такой сложной системы можно рассматривать вычислительную машину, подсистемами которой в этом случае будут: оперативное запоминающее устройство, арифметическое устройство, устройство управления, устройство ввода-вывода, и т. д. Каждое из устройств имеет свою интенсивность отказов ° Вычислительная машина работает так, что при отказе любого из устройств или при контрольно-профилактических мероприятиях любого из устройств вычислительная машина про,стаивает и не может выполнять целевого назначения. Поэтому целесообразно проводить контроль и техническое обслуживание всех устройств вычислительной машины одновременно.

Отказы устройств устраняются в результате их контроля и технического обслуживания. Если в качестве ресурса вычислительной машины выступает задан" ное время активного существования, то требуется найти такой общий для всех устройств вычислительной машины период контроля и технического обслуживания, который бы обеспечил максимум времени ее полезного функционирования (т. е. времени, когда машина используется по целевому назначению) или мини.мума простоя вычислительной машины.

Другим примером сложной системы может служить автоматическая линия по обработке какой-либо сложной детали, оснащенная множеством металлорежущих станков, приспосоЬлений, средств транспортировки обратабатываемой детали и т. и.

Выход из строя одного иэ элементов подсистемы влечет остановку автоматической линии и, следовательно, прекращение выпуска готовой продукции.

Эпределение оптимального периода контроля и технического обслуживания такой системы повышает эффективность ее использования, Предложенная математическая модель позволяет найти оптимальный период технического обслуживания сложной сис-. темы и может быть легко реализована аппаратурно.

7 9764 технического обслуживания сложной системы, причем каждый последующий интервал увеличивается относительно пре.дыдущего на величину, функциональный преобразователь 2, реализующий функцию P„(t) " вероятность работы

l-ой подсистемы на интервале (О,tj, интегратор 3, интегрирующий функцию

Р.((t), первый блок 4 умножения, сумматор 5, первый блок 6 деления, вто- М рой блок 7 умножения, анализатор 8, состоящий из m-1 последовательно соединенных групп логических схем, каждая из которых объединяет элемент ". сравнения, два элемента И 10 и 11„ и элемент ИЛИ 12„, первый и второй регистры 13 и 14 сдвига, первый weмент l5 сравнения, первый элемент И

16, регистратор l7. В согласующие узлы 18 ... 18 входят интегратор, сум- 20 матор, блок умножения и функциональный преобразователь. Число таких согласующих узлов, как и число групп анализатора (m-1), определяется числом подсистем в сложной системе. 2S

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 времени с шагом 6 Г задает в порядке нарастания последовательность возможных значений т периода 36 контроля и технического обслуж(вания сложной системы = (; +bQ j=l, 1 -1

При каждом очередном значении, из функционального преобразователя 2 выбирается на интервале(0, 6- Тфункция Р„ () и засылается в интегратор 3, .где она интегрируется. Верхний предел интегрирования определяется текущим значением датчика 1 времени, С интегРатора 3 сигнал, соответствующий gp

1 Р (t)dt, поступает на первый вход второго блока 7 умножения. На второй вход этого блока умножения поступает сигнал с блока 6 деления, соответствующий выражению В, (c g; y g ).

4S

На первый вход блока 6 деления поступает сигнал с первого блока умножения через сумматор 5. $ первом бло-< ке 4 умножения параметр с входа устройства перемножается с текущим значением датчика времениЧ:„, а в сум маторе 5 входной сигнал первого блока умножения суммируется с другим входным параметром д„, На второй вход блока 6 деления с входа устройства пода- ется параметр В„, определяющий запас ограниченного ресурса, С выхода второго блока 7 умножения выхода первого

61 8 со гласующе го блока сигнал, соответствующий среднему времени полезного функционирования Тф первой подсисте1 мы (если ее обслужить с периодом C> ), поступает на второй вход элемента 9 сравнения первого информационного канала анализатора, на первый вход которой поступает аналогичная информация

Тф с выхода второго согласующего узла.

Если в результате сравнения окажется, что Тф„.Тф„, то решающий сигнал с второго выхода элемента 9 сравнения подается на второй вход элемента

И 10,, и значение Тф . от первого входа элемента И 10 (первый вход анализатора 8) проходит на первый вход элемента ИЛИ 12 . В противном случае, при Тф„- Тф- разрешающий сигнал вырабатывается на первом входе элемента

9 сравнения, подается на второй вход элемента И, и значение Тф от первого входа элемента И 11„ (второй вход анализатора) проходит на второй вход элемента ИЛИ 12, на выходе которого появляется сигнал при наличии такого хотя бы на одном ее входе. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ 12 действует сигнал, соответствующий минимальной из величин Ту, Тф .(Т @1 „.„ ), который подается на вход второго ийформационного канала анализатора 8, т. е. на первый вход которой поступает величина Т@ с выхода третьего согласующего узла, соответствующая среднему времени полезного функционирования третьего элемента подсистемы. Процесс сравнения величин Т®„„-„- и Тф

C ) во втором информациончом кайале анализатора 8 аналогичен сравнению в первом информационном канале анализатора. B результате сравнения Т „„„и Ту >, меньшая из этих величи появляется на

% выходе элемента ИЛИ 12 (Т „„) и передается на вход третьего ййформацион.ного канала анализатора 8, на другой вход которого подается Тф 4, соответствующая четвертому согласующему узлу и т. д.

С выхода элемента ИЛИ 12 (m-1)поЯ следнего (m-1) информационного канала анализатора 8, являющегося его выходом, наименьшее значение среднего времени полезного функционирования (min Тфij, i=1 m) поступает на вход первого регистра 13 и на вход первого элемента

15 сравнения. При этом ранее занесенное в первый регистр значение Тф .j

976461

9

min Тф1)-1 (1=1, 6) пересылается во второй 1 егистр 14 и затем поступает на второй вход элемента 15 сравнения.

В исходном состоянии перед началом работы устройства оба его регистра пе- 5 реводятся в нулевое состояние. В последующем при передаче информации с первого регистра на второй ранее занесенная на второй регистр информация уничтожается. В элементе 15 сравнения 1 после выдачи датчиком 1 времени оче: редного значения сравниваются межj ду собой две величины Т .1 и Т -, одна из которых соответствует текущему значению Г, а другая - предшествующему . . Если в результате сравнения окажется, что Тф „ Т@., то с первого выхода элемента 15 сравнения выдается управляющий сигнал датчику 1 времени на выдачу очередного значения Г ..1. В противном случае, т. е. при

Т@ „> T@< такой сигнал с второго выхода элемента сравнения поступает на разрешающий вход элемента И 16 совпадения, и значение,, соответствую- щее оптимальному периоду контроля системы с второго вы хода датчика 1 времени поступает на вход регистратора 17. Работа устройства на этом заканчи- Зв вается. формула изобретения

Предлагаемое изобретение позволяет найти оптимальный период контроля и технического обслуживания сложной сисЗЗ темы, который доставляет максимум вре мени ее полезного функционирования.

Любое отклонение от оптимального периода влечет за собой уменьшение времени полезного функционирования сложной системы. Так, если период .г. обслуживания сложной системы выбрать меньше оптимального (определенного устройством), то большее .количество ресурса-будет израсходовано на техническое обслуживание и меньшее коли" чество ресурса останется на полезное функционирование, с другой стороны, если период между сеансами технического обслуживания увеличить, то систе. ма может находиться бесконтрольно в состоянии отказа длительное время, не- произвольно расходуя при этом овой Я ресурс, что также приводит к уменьшению времени полезного функционирования системы.

Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания системы, содержащее датчик времени, вход которого подключен к первому выходу элемента сравнения, второй выход которого соединен с первым входом элемента И, выход первого регистра сдвига через второй регистр сдвига подключен к первому входу эле" мента сравнения, первый и второй выходы датчика времени соединены, соответственно с вторым входом элемента И и с объединенными входами функционального преобразователя и первого блока умножения согласующего узла, который содержит сумматор, первый блок деления, интегратор и второй блок умножения, выход -первого блока умножения соединен с входом сумматора, выход которого соединен с первым входом второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу интегратора вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, вторые входы первого блока умножения, сумматора и блока деления являются информационным входами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены m дополнительных согласующих узлов по числу контролируемых элементов системы, регистратор и анализатор, который содержит m-1 информационных каналов, каждый из которых выполнен на элементах И, ИЛИ и элементе сравнения, первый и второй входы которого в первом информационном канале анализатора подключены соответственно к выходу второго блока умножения первого и второго согласующих узлов, выходы: элемента сравнения в каждом информационном канале анализатора соединены с входами элементов И, выходы которых в каждом информационном канале анализатора, кроме последнего, через элемент ИЛИ подключены к первому входу элемента сравнения и к первому входу первого элемента И последующего информационного канала анализатора, второй вход элемента сравнения и первый вход второго элемента И остальных информационных каналов анализатора соединены с выходом второго блока умножения соответствующего согласующего . узла, выходы элементов И последнего информационного канала подключены к ЕФ е бетам) Составитель Н. Баганова

Техред Т,Маточка Корректор Е. Рошко

Редактор Т. Кугрышева

Тираж 592 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 9006/76 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

11 976461 12 первому вхоДУ пеРвого Регистра сдвига 1. Авторское свидетельство СССР по и к второму входу элемента срав- заявке Ф 2990241/18-24, кл. G 07 С 3/08, нвния, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Источники инфоРмации, у 11 758210, кл. G 07 С 3/08, Ю78 (пропринятые во внимание при экспертизе тотип).