Устройство для определения времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе

Устройство для определения времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р>982О44 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22 ° 05. 81 (21) 3287345/18-24 Щ М. Кп. с присоединением заявки МС 07 С 3/10 (23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (Щ УДК621. 178 (088. 8) Опубликовано 151282. Бюллетень Й9 46

Дата опубликования описания 15. 12. 82

В.П. Сугак, Г. Н. Воробьев,, Д. В. курадзе,. В.С. Степанов, К.А.Солнцев и В.И Ерин

/ :: (72) Авторы изобретения

° . (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ПОЛЕЗНОГО

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ CHCTENbI HA ЗАДАННОМ РЕСУРСЕ

Изобретение Относится к автомати- зации контроля и управления производ. ственными процессами и может быть ис-, пользовано в автоматизированных систе- 5 мах контроля и управления технологическими процессами и производством, а также в научных исследованиях и технике, где требуется находить значение величины времени полезного функционирования.

Известно устройство для определения используемого ресурса различных изделий, содержащее датчик времени, датчик расхода ресурса, интегратор, сумматор, блок сравнения, блок деления, блок произведения и индикаторное устройство 11.

Недостатком укаэанного устройства является тОq чтО ОнО служит тОлькО 2О для определения используемого ресурса изделия и не связывает запас ресурса с его расходом на нейтрализацию (устранение) возмущающих воздействий, не учитывает характер и величину возмущающих воздействий и не позволяет определить время полезного функционирования системы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для оптимального времени периода технического обслуживания ресурса изделия, содержащее датчик расхода ресурса, элемент сравнения,элемент И, блоки деления, два сумматора, три блока умножения и первый блок нелинейности 2 3.

Недостатком этого устройства является узкая информативность.

Цель изобретения — повышение йнформативности системе.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе, содержащее датчик расхода ресурса, элемент сравнения, элемент И, блоки деления, два сумматора, три блока умножения и первый блок нелинейности, введены второй блок нЕлинейности, блок возведения в степень, датчик планового значения времени, счетчик числа нарушений, датчик возмущающих воздействий и индикатор, выход датчика расхода ресурса подключен к первому входу элемента сравнения, выходы которого соединены с первым входом первого блока умножения и с первыми входами элементов И, второй выход первого элемента И подключен к выходу счетчика числа нарушения, 982044

4 который соединен с вторым входом элемента сравнения, выход первого элемента И подключен. к первым входам первого блока умножения .и блока возведения в степень, второй нход которого соединен с датчиком возмущающих воздействий и с первым входом первого сумматора, выход блока возведения в степень подключен к первому входу перного делителя, второй вход которого соединен с выходом пер- >0 ного блока умножения, а выход — с входом второго. сумматора, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, выход которого через первый блок нелинейности соединен с вторым входом первого сумматора, . 15 выход которого подключен к первому входу второго делителя и к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с датчиком планового задания времени, а выход — 20 через второй блок нелинейности с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего блока умножения, второй вход которого соединен а выходом второго 5 блока умножения, а выход — с входом индикатора, вторые входы третьего сумматора и второго блока деления соединены с входом устройства, счетчик числа нарушений подключен к второму входу первого элемента И и к второму входу элемента сравнения.

Любые материальные объекты(системы) можно рассматривать как объекты, имеющие ограниченный ресурс "жизнедеятельности", который расходуется или в процессе функционирования, а также на нейтрализацию возмущающих воздействий, которым подвергается система.

Система прекращает свое целевое функционирование в момент, когда ее ресурс полностью израсходуется. При этом окажется, что время полезного функционирования системы меньше того запланированного времени t, которое должна была функционировать система в от- 45 сутствие возмущений, так как часть ресурса расходуется на нейтрализацию (устранение) этих возмущений. В дальнейшем система простаивает до тех пор, пока не получит новую порцию 50 этого ресурса. Очень важным при эксплуатации систем является определение среднего времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе в условиях возмущающих воздействий. 55

Это позволяет определить тот момент, когда необходимо пополнить ресурс, чтобы система могла проработать требуемое программное время t без простоя. 60

Пусть г = гн + г„ - количество ресурса, выделенного в,системе на интервале t ее программного времени функционирования, причем rp - вели-чина ресурса, выделенного на полез- . ное функционирование системы, r+ величина ресурса, предназначенного для нейтрализации возмущающих воздействий. Считаем, что каждое возмущение требует для своей нейтрализации единицу ресурса, при этом возмущения приводят к нарушениям в системе, вызывающим ее простой. Полагаем, также что поток возмущений подчинен пуассоновскоиу закону и при этом известна т = г1(цд - интегральная интенсивность воУ ущений на интервале времени (0,1), требующая для нейтрализации соответствующее количество ресурса r . Система прекратит свое полезное функционирование в тот момент времени, когда возмущения не удается устранить за счет имеющегося В системе резерва ресурса rq,предназначенного для нейтрализации возмущений и входящего в общее количество ресурса г н системе.

В этом случае вероятность того, что в момент времени t не потребуется пополнение ресурса н системе, равна вероятности Р (Ь® r (Ц 1 того, что случайное число L (t) нарушений н ,системе в момент нреглени t не более имеющегося резерва ресурса г,, т.е.

Р(ь() <. (Ö = ã —,, е, (1)

1 )

Полагая,. что нарушения устраняются в момент их поянления и события, связанные с устранением нарушений в каждый момент времени, независим,получаем следующее выражение для вероятности P(t)=P(@1 t) того, что в случайный момент времени Г возникнет необходимость пополнения ресурса из-. за его нехватки, причем r 7 t, где

tE $0;Cg- текущий момент времени.

Имеем

P (t) = ГЧ Р (К), (2)

К=1 где P(К) определяется в соответствии с выражением (1). Прологарифмировав выращение (2), полагая единицу изме- рения времени достаточно малой и переходя от дискретного времени к непрерывному, получим в пределе следующее удобное ;для расчета выражение

P (t) =eXP(g 8и P(K) dK) вероятности того, что на интервале времени от 0 до t не потребуется пополнение ресурса, т.е. система продолжает полезно функционировать.

С учетом изложенного, т.е. положив г „(t) = гн (t) =,1 для Р(г.) из выражения (3) имеем

Р®= РЕМИ Х „., — Ц+,5. (4)

Среднее время полезного функцио онирования системы определяется из следующих соображений.

982044 подсчитывается число нарушений,требующее для своей нейтрализации соответствующее количество единиц ресурса r, поступающего из датчика 5 расхода ресурса на первый вход элемента б сравнения. Подсчитанное в счетчике 4 нарушений число нарушений поступает на второй вход элемента б сравнения и на втордй вход первого элемента 7 И. В элементе б сравнения сравнивается величина r ресурса на нейтрализацию возмущений в системе с числом нарушений в системе. В случае, когда ресурса на нейтралиазацию возмущений окажется не менее числа i нарушений, т.е.r i, управляющий сигнал с первого выхода элемента б сравнения поступает на первый вход первого элемента 7 И, с выхода которого значение i числа нарушений в системе поступает на второй вход первого блока 8 умножения, в котором подсчитывается. значение факториала величины i, т.е. вычисляется

i!, также значение i с выхода первого элемента 7 И поступает на первый вход блока 2 возведения в степень, в котором вычисляется значение величины Д ", которое с выхода блока 2 возведения в степень поступает на второй вход первого блока 9 деления, на первый вход которого поступает с выхода первого блока О умножения значения

1!. В первом блоке 9 деления вычис.ляется значение величины „ 11, КОторое с его выхода поступает на вход второго сумматора 10, в кот 1ром по мере расходования ресурса r> на нейтрализацию возмущений накапливается

Г значение величины k (i, которое с вы1"-0 хода второго сум11атора 10 подается на второй вход второго элемента падения 11 И. Когда в элементе сравнения окажется, что весь запас ресурса г „ на нейтрализацию возмущений израсходован, т.е..выполняется неравенство r (i, то со второго выхода элемента 6 сравнения управляющий сигнал поступает на первый вход первого блока 8 умножения, устанавливая его в исходное (единичное) состояние, а также на первый вход второго элемента 11 с выхода которого вычисленное во втором сумматоре 10 значение г величины;й (Л"/1!) поступает на вход первого блока 12 нелинейностей, реализующего функцию Я«,, (p. Ь ). Вычисленное в первом блоке 12 йелинейностей значение подается на второй вход первого сумматора 3, в которор происходит вычисление выражения(« . . - Л ),которое обозначим через А. Полученное значение с выхода первого сумматора

3 поступает на первый вход второго блока 13 умножения и на первый вход второго блока 14 деления. На второй вхоц второго блока 13 умножения с выхода датчика 15 планового значения

Поскольку случайная величина б момента времени, когда наступит необходимость пополнения ресурса r изза его нехватки (случайного момента времени, до которого может система полезно функционировать), имеет усеченное распределение на интервале (О,t), то ее математическое ожидание зависит от границы интервала t и рассчитывается по известной (4,5) формуле 10

Z = ЩТД = Д P(t)dt (5)

Таким образом, для 2; из выражения (5) с учетом (4) имеем т;-J)exPf(1и. "-,,-Л)Е)l,=(1mú 1-X) 1 ((" i(-" " Р; -4, )òI)-")

Информация о среднем времени полез ного функционирования системы, 20 т. е. о времени, с которого необходимо осуществлять пополнение ресурса, позволяет более целенаправленно проводить процесс эксплуатации системы и получить путем проведения своевременного пополнения ресурса требуемое время t полезного функционирования системы.

Предложенная математическая модель манжет быть легко реализована аппаратурно.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 возмущающих воздействий, блок 2 возведения в степень, первйй сумматор 3, 3

ЗS счетчик 4 числа нарушений, осуществляющий подсчет числа нарушений в системе, датчик 5 расхода ресурса, элемент 6 сравнения, первый элемент

7 И, первый блок 8 умножения, вычис- 40 ляющий значение факториала, первый блок 9. деления, второй сумматор 10, второй элемент 11 И, первый блок 12 нелинейносте11, реализующий функцию у1

e! z. —. 1 о 1--0 второй блок 13 умножения, второй блок

14 деления, датчик 15 планового значе. ния времени, второй блок 16 нелинейности, реализующий функцию ехр (и Y. — ".,-k т, третий сумматор 17, третий блок 18 умножения и индикатор 19.

Устройство работает следующим образом.

В процессе функционирования системы на нее .воздействуют различного рода возмущения, значение интенсивности которых выдается датчиком 1 возмущающих .воздействий, при эТом величина поступает на второй вход блока 2 возведения в степень, .на первый вход первого сумматора 3. Одновременно в счетчике 4 вследствие действия возмущений 6

982044 времени поступает эначение t заданного планового времени полезного функционирования системы. Во,втором блоке

- 3 умножения вычисляется значение величины А Т, которое подается на вход второго . блок а 16 нели нейностей, реализующего функцию Д)(р(А. T). С выхода второго блока 16 нелинейностей знаж ние ВХ (А- T) поступает на первый вход третьего сумматора 17, на второй вход которого, а также на второй вход второго блока 14 деления поступает KoHcTBHTB "L", В третьем сумматоре 17 происходит вычисление величины ВХ

° (А-Т)-1,которое поступает на второй вход третьего блока 18 умножения,на первый вход которого подается вычисленное во втором блоке 14 деления зна чение величины /А .В третьем блоке 18 умножения осуществляется вычисление среднего времени, ) полезного функционирования системы, равного

Работа устройства на этом заканчивается.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить функционирование системой заданного времени Т, ее полезного функционирования путем определения своевременного момента пополнения ресурса в системе.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства можно оценить величиной предотвращенного ущерба, вызванного срывом запланированных работ иэ-за простоя системы в связи с отсутствием ресурса. Величину ущерба можно определить по формуле

s(t) = ; s„.(t), 1.) 1 где $ „ (t ) — ущерб от невы

i-й (i=i. n) работы за время простоя системы; S(t). - суммарный ущерб от невыполнения п работ за время простоя системы.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства может составить до 10% от общей стоимости работ, выполняемых системой, на периоде пополнения ресурса.

Формула изобретения

Устройство для определения времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе, содержащее датчик расхода ресурса, элемент сравнения, элемент И, блоки деления, два сумматора, три блока умножения и первый блок нелинейности, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения информативности системы, в него введены второй блок нелинейности, блок возведения в степень, датчик планового значения времени, счетчик числа

10 нарушений, датчик возмущающих воздействий и индикатор, выход датчика расхода ресурса подключен к первому входу элемента сравнения, выходы которого соединены с первым входом перво15 го блока умножения и с первыми входами элементов И, второй выход первого элемента И подключен к выходу счетчика числа нарушения, который соединен с вторым входом элемента сравнения, выход первого элемента И подключен к первым входам первого блока умножения и блока возведения в степень,BTQрой вход которого соединен с датчиКоМ .возмущающих воздействий и с первым входом первого сумматора, выход блока возведения в степень подключен к первому входу первого делителя,второй вход которого соединен с выходом первого блока умножения,а выход — с входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, выход которого через первый блок нелинейности соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к первому вхоЗ5 ду второго делителя и к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с датчиком планового задания времени, а выход — через второй блок нелинейности с первым

4О входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего блока умножения, второй жод которого соединен с выходом второго блока умножения, а выход — с входом инди45 катора, вторые входы третьего сумматора и второго блока деления соединены с входом устройства, счетчик числа, нарушений подключен к второму входу первого элемента И и к второму входу

5р элементра сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское, свидетельство СССР

Р 783815, кл. G 07 С 3/10, 1979.

55 2, Авторское свидетельство ССР по заявке 9 2990241/18-24, . кл. G 07 С 3/08, 1980 (прототип).

982044

Составитель H. Ваганова

Редактор М. Петрова Техред М. Гергель Корректор И. Ватрушкина

Эаказ 9716/71 . Тираж 592 Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва,. Ж-35, Раушская на@., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4