устройство для определения оптимального периода технического обслуживания изделия

Формула изобретения

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 ^*, 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 , 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 *_обс, вторым выходом устройства, на который поступает значение, соответствующее среднему времени работоспособного состояния изделия *_ф, является выход четвертого ключа, разрешающий вход которого соединен со вторым выходом компаратора, а информационный вход через третий элемент задержки подключен к выходу интегратора.

Описание изобретения к патенту

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

- период обслуживания изделия;

- среднее время контроля работоспособности;

- среднее время проведения плановой предупредительной профилактики;

- среднее время аварийно-восстановительных работ;

Р( ) - вероятность безотказной работы изделия за время .

Величина

составляет длительность процесса обслуживания на интервале одного цикла.

Контроль работоспособности изделия осуществляется в плановые сеансы с периодом . 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 изделия. Как показывают исследования, функция К_Г ( ) при некотором (оптимальном) значении периода ^* 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( ) - вероятность безотказной работы изделия в момент времени . При этом

где

- длительность цикла обслуживания, определяемая соотношением (1), но при оптимальном значении периода ^* 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( )=ехр{- }, где - 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: , , T_f подается соответственно на 1, 2, 3 и 4 его входы.

Устройство работает следующим образом

Датчик времени 13 с шагом задает в порядке нарастания последовательность возможных значений _i, периода технического обслуживания изделия, _i= _i-1+ , где i=1, 2, . В исходном состоянии ключи 3 и 14 открыты, а ключи 15, 17, 19, 20, 21, 22 и 24 закрыты.

Сигнал _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 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, _i]. При этом верхний предел интегрирования определяется значением сигнала _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 _i с выхода датчика 13 времени подается также на второй вход второго 5 сумматора.

В первом умножителе 2 реализуется перемножение величины Р( _i) и разности ( _пп- _ав), поступающей в него со второго входа устройства. Результирующий сигнал, соответствующий величине ( _пп- _ав)P( _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 _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 ^* _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( ) 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 _i-1= ^* 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 ^* _ф, через четвертый ключ 17 поступает на второй выход устройства. Выходной сигнал четвертого элемента 12 задержки, соответствующий экстремальному значению K_г( _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( ) 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.