Устройство для определения оптимального периода контроля технического состояния изделия

Устройство для определения оптимального периода контроля технического состояния изделия

Реферат

 

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к контролирующим устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальное время начала контроля и управления техническим состоянием изделия, функционирующего с коэффициентом готовности, не менее заданного, при минимально возможном среднем значении непроизводительного расхода ресурса. Цель изобретения - расширение области применения за счет управления техническим состоянием изделия. Устройство содержит датчик 2 времени, блок 1 нелинейности, сумматоры 8, 10, 19, блоки 5, 6, 7, 9, 20, 21 умножения, вычитатели 4 и 18, блоки 11, 12 деления, элемент 13 задержки, интегратор 3, элемент ИЛИ 23, компараторы 14, 22, ключи 15, 16, 17. Преимуществом предлагаемого устройства является то, что оно позволяет определять оптимальный период контроля и управления техническим состоянием изделия, функционирующего с коэффициентом готовности, не менее заданного, и имеющего при этом минимально возможное среднее значение непроизводительного расхода ресурса в процессе эксплуатации, а также позволяет определять среднее значение числа резервных элементов, необходимых для функционирования изделия в течение заданного времени. 1 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к контролирующим устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальное время начала контроля и управления техническим состоянием изделия, функционирующего с коэффициентом готовности не менее заданного при минимально возможном среднем значении непроизводительного расхода ресурса.

Целью предложенного изобретения является расширение области применения устройства за счет управления техническим состоянием изделия, функционирующего с коэффициентом готовности не менее заданного и имеющего при этом минимально возможное среднее значение непроизводительного расхода ресурса, и определяет среднее число резервных элементов, необходимых для нормальной эксплуатации изделия.

Опыт эксплуатации изделий различного целевого назначения показывает на необходимость проведения контроля и управления техническим состоянием (технического обслуживания) этих изделий на всех этапах эксплуатации. Одним из основных параметров стратегии обслуживания является период контроля, значение которого целесообразно находить из соображений требуемой готовности изделия к применению по назначению.

Важной характеристикой готовности изделия является коэффициент готовности, который в общем случае может быть определен по формуле где среднее время цикла обслуживания; среднее время работоспособного состояния изделия между сеансами обслуживания.

Значение коэффициента готовности в любой момент времени функционирования изделий существенно зависит от периода обслуживания и от интенсивности отказов. На интервале T_с заданного времени функционирования изделие может находиться в работоспособном состоянии скрытого отказа, контроля и восстановления работоспособности. Существует много изделий, контроль работоспособности которых является неменяющимся. Он проводится в процессе работы изделия, не мешая ему функционировать по назначению. Для таких изделий средняя длительность цикла обслуживания будет где P()=exp[-t] вероятность безотказной работы на интервале времени между сеансами контроля; интенсивность отказов; _o среднее время нахождения изделия в состоянии скрытого отказа; среднее время восстановления работоспособности изделия. считаем, что обслуживание изделия осуществляется только в плановые сеансы. Интервал времени между этими сеансами период обслуживания и его значение составляет Среднее время работоспособного состояния на периоде обслуживания определим по формуле Подставив (2), (3), (4) в (1), получим Из (5) видно, что коэффициент готовности функция от периода обслуживания. Чем раньше будет обнаружен и устроен отказ, тем больше будет доля времени, в течение которого изделие работоспособно и, следовательно, больше будет коэффициент готовности. Исходя из этого, можно говорить о зависимости коэффициента готовности от периода контроля работоспособности изделия K_г(). Эту функция, как показывают исследования, является монотонно убывающей и достигает своего максимума при = 0, т. е. при постоянном контроле. Однако для большинства изделий по экономическим или техническим причинам такое обслуживание нецелесообразно. Поэтому в большинстве случаев используют дискретный контроль. Для обеспечения требуемой готовности назначения имеется некоторое заданное значение K³_г коэффициента готовности. Интервалы между моментами времени, существенными с точки зрения оценки технического состояния изделия, определяются интенсивностью отказов и заданным значением коэффициента готовности. Поэтому на различных этапах функционирования изделий период контроля работоспособности может быть различным. В связи с этим задачу поиска периода, обеспечивающего функционирование изделия с коэффициентом готовности не менее заданного, можно записать, используя (5), следующим образом Существует широкий класс изделий, которые в процессе функционирования расходуют некоторые материальные ресурсы (ресурсы "жизнедеятельности"), причем запас таких ресурсов ограничен.

Введем следующие обозначения: R значение ограниченного ресурса; C_ф средний расход ресурса в единицу времени при нахождении изделия в работоспособном состоянии; C_о средний расход ресурса в единицу времени при нахождении изделия в состоянии отказа; R_к ресурс, расходуемый в результате проведения одного сеанса контроля работоспособности изделия; R_в ресурс, расходуемый на восстановление работоспособности изделия в случае обнаружения отказа.

Имеет место следующее балансовое соотношение где N число сеансов обслуживания можно записать выражение для величины среднего непроизводительного расхода ресурса в виде с учетом (8), (9) В связи с изложенным, актуальной задачей является определение оптимального периода обслуживания изделий, обеспечивающего минимум непроизводительного расхода ресурса "жизнедеятельности" и функционирование изделия с коэффициентом готовности не менее заданного. Эта задача может быть записана в следующем виде: С учетом (6) и (10) задача (11) приобретает вид Наряду с этим, важной задачей является обеспечение требуемой надежности изделия при известной стратегии его обслуживания. Одним из путей обеспечения надежности изделия является резервирование. В связи с этим требуется знать число резервных элементов, необходимых для безотказного функционирования изделия в процессе эксплуатации (кратность резервирования).

Число резервных элементов находят из соотношения с учетом (8) При данной математической модели нахождения оптимального периода контроля и управления состоянием изделия, среднего значения непроизводительного расхода ресурса и числа резервных элемент может быть реализован аппаратурно с помощью предлагаемого устройства.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит блок нелинейности 1, датчик 2 времени, интегратор 3, первый вычитатель 4, первый блок 5 умножения, второй блок 6 умножения, третий блок 7 умножения, первый сумматор 8, четвертый блок 9 умножения, второй сумматор 10, первый блок 11 деления, второй блок 12 деления, элемент 13 задержки, первый компаратор 14, первый 15, второй 16, третий 17 ключи, второй вычитатель 18, третий сумматор 19, пятый блок 20 умножения, шестой блок 21 умножения, второй компаратор 22, элемент 23 ИЛИ.

Устройство работает следующим образом.

В блоке 1 нелинейности значение коэффициента в показателе степени экспоненты exp(-t) задается величиной сигнала, поступающего с пятого входа устройства.

Значение сигнала P(t) вероятности безотказной работы с выхода блока 1 нелинейности подается на вход интегратора 3 и вход вычитаемого второго вычитателя 18, на вход уменьшаемого которого подается единичный сигнал. Значение текущего времени с выхода датчика 2 (генератора линейно изменяющегося напряжения) подается на вход уменьшаемого первого вычитателя 4, на вход первого сумматора 8 и на информационный вход третьего блока 17 выдачи результата. Значение сигнала 1 P(t) с выхода второго вычитателя 18 поступает на вход третьего блока 7 умножения, на второй вход пятого блока умножения 20 и на второй вход четвертого блока 9 умножения, на первый вход которого поступает с входа устройства значение сигнала среднего времени восстановления работоспособности изделия. Сигнал с выхода третьего блока 3 умножения поступает на первый вход сумматора 8. Значение сигнала поступает на вход делителя первого блока деления 11. Значение сигнала с выхода интегратора 3 поступает на вход вычитаемого первого вычитателя 4, на второй вход первого блока 5 перемножения и на вход делимого первого блока 11 деления. Значение сигнала поступает на вход второго компаратора 22. Значение сигнала - среднее время нахождения изделия в состоянии скрытого отказа с выхода первого вычитателя 4 поступает на один вход второго блока 6 умножения, на другой вход которого с входа устройства поступает значение C_о средний расход ресурса в единицу времени при нахождении изделия в состоянии отказа. На первый вход первого блока 5 перемножения с входа устройства поступает значение сигнала C_ф среднего расхода ресурса в единицу времени при нахождении изделия в работоспособном состоянии. На первый вход третьего блока 7 умножения поступает значение сигнала R_в ресурс, расходуемый на восстановление работоспособного состояния изделия в случае обнаружения отказа. Сигнал R_в[1-P(t)] с выхода третьего блока 7 умножения поступает на один вход сумматора 10, на другой вход которого с входа устройства поступает значение сигнала R_к ресурса расходуемого в результате проведения одного сеанса контроля работоспособности изделия, на третий вход которого поступает с выхода второго блока 6 умножения значение сигнала . Значение сигнала R_к + R_в[1-P(t)] + C_ot_o с выхода сумматора 10 поступает на первый вход шестого блока 21 умножения, и на один вход третьего сумматора 19 на другой вход которого с выхода первого блока умножения 5 поступает значение сигнала . Значение сигнала с выхода третьего сумматора 19 поступает на вход делителя второго блока деления 12, на вход делимого которого с входа устройства поступает значение сигнала R ограниченного ресурса. Значение сигнала с выхода второго блока деления 12 поступает на вход шестого блока умножения 21 и на вход пятого блока перемножения 20. Значение сигнала среднего числа резервных элементов поступает на информационный вход первого ключа 15. Значение сигнала: с выхода шестого блока 21 умножения поступает на информационный вход второго ключа 16, на первый вход первого компаратора 14 и через элемент задержки 13 на второй вход первого компаратора 14. В первом компараторе 14 происходит сравнение двух сигналов C_ф(t) и C_ф(t-t). Как только в момент времени t^*₁ значение сигнала C_ср(t^*₁) превысит значение C_ср(t^*₁-t), на выходе первого компаратора 14 вырабатывается сигнал, который поступает на вход элемента ИЛИ 23. Во втором компараторе 22 происходит сравнение значений K_г(t) и K³_г, как только в момент времени станет меньше или равно K³_г, с выхода второго компаратора 22 выдается управляющий сигнал на первый вход элемента ИЛИ 23. При поступлении сигнала от одного из компараторов на выходе элемента ИЛИ формируется управляющий сигнал. Управляющий сигнал на выходе элемента ИЛИ 23 появится в момент времени t^*₁, если t^*₁<t^{₂, либо в момент времени t*₂, если t*₂<t₁. Этот управляющий сигнал поступает на управляющие входы первого 15, второго 16 и третьего 17 ключей. В результате чего на третьем выходе устройства будет значение *=t*₁t*₂ оптимального периода контроля и управления техническим состоянием изделия, функционирующего с коэффициентом готовности не менее заданного при минимально возможном среднем значении непроизводительного расхода ресурса. На втором выходе устройства будет минимальное среднее значение C*_ср=C_ср(*) непроизводительного расхода ресурса изделия при обслуживании его периодом *. На первом выходе устройства будет среднее значение числа резервных элементов, необходимых для нормальной эксплуатации изделия при обслуживании его периодом *.}

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода контроля технического состояния изделия, содержащее датчик времени, элемент задержки, вход которого объединен с первым входом первого компаратора, а выход подключен к второму входу первого компаратора, выход блока нелинейности соединен с входом интегратора, выход которого подключен к первому входу первого блока деления, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу датчика времени, первый, второй, третий и четвертый блоки умножения, выход последнего из которых соединен с вторым входом первого сумматора, последовательно соединенные второй и третий сумматоры, первый и вторые входы второго сумматора подключены соответственно к выходам третьего и второго блоков умножения, второй вход третьего сумматора соединен с выходом первого блока умножения, первые входы первого, второго, третьего и четвертого блоков умножения и второго блока деления являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами устройства, выход второго блока деления подключен к первому входу пятого блока умножения, выходы первого, второго и третьего ключей являются соответственно первым, вторым и третьим выходами устройства, а первые входы ключей объединены между собой, первый вычитатель, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет управления техническим состоянием изделия, в него введены второй вычитатель и элемент ИЛИ, выход которого подключен к первому входу первого ключа, выход первого блока деления соединен с входом второго компаратора, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, вход блока нелинейности является шестым входом устройства, а выход подключен к входу второго вычитателя, выход которого соединен с вторыми входами четвертого, третьего и пятого блоков умножения, выход последнего из которых подключен к второму входу первого ключа, выход интегратора соединен с первым входом первого вычитателя и вторым входом первого блока умножения, выход датчика времени подключен к вторым входам третьего ключа и первого вычитателя, выход которого соединен с вторым входом второго блока умножения, выходы второго сумматора и второго блока деления соединены с входами шестого блока умножения, выход которого подключен к второму входу второго ключа, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго блока деления, третий вход второго сумматора является седьмым входом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1