устройство для определения эксплуатационно-технических характеристик изделия

Формула изобретения

Устройство для определения эксплуатационно-технических характеристик изделия, содержащее датчик времени, второй вход которого соединен с первым выходом блока сравнения, элемент задержки, m вычислителей коэффициентов готовности подсистем, каждый из которых включает в себя делитель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый блок выходных цепей, включающий в себя m ключей, при этом выход каждого ключа является отдельным выходом первой группы выходов устройства, m-1 умножителей, блок задержки, включающий в себя m-2 элемента задержки и ключ, выход которого является третьим выходом устройства, отличающееся тем, что в него введен триггер и второй блок выходных цепей, включающий в себя m ключей, совокупность из m-1 соединенных последовательно умножителей образует вычислитель коэффициента готовности изделия, а в каждый вычислитель коэффициента готовности подсистемы введены два ключа, причем информационный вход первого ключа является первым входом, а информационный вход второго ключа - вторым входом вычислителя коэффициента готовности подсистемы, четвертый вход которого связан со вторым входом второго сумматора, первый вход которого подключен к выходу второго ключа, разрешающий вход которого соединен с третьим входом вычислителя коэффициента готовности подсистемы и с разрешающим входом первого ключа, выход которого связан с первыми входами первого сумматора и делителя, выход которого является первым выходом вычислителя коэффициента готовности подсистемы, второй выход которого соединен с выходом второго сумматора; третий вход устройства подключен к первому входу блока сравнения, второй выход которого связан со вторым входом триггера, первый вход которого является четвертым входом устройства, а выход соединен с разрешающим входом ключа третьего выхода устройства, с разрешающими входами всех ключей первого и второго блоков выходных цепей, а также с третьими входами вычислителей коэффициентов готовности подсистем, второй выход каждого из которых подключен к информационному входу соответствующего ему ключа второго блока выходных цепей, выходы которого составляют m вторых выходов устройства, первый выход каждого вычислителя коэффициента готовности подсистемы соединен с информационным входом соответствующего ему ключа первого блока выходных цепей; первый и второй входы первого умножителя вычислителя коэффициента готовности изделия подключены непосредственно к первым выходам соответственно первого и второго вычислителей коэффициентов готовности подсистем, а второй вход каждого следующего умножителя соединен индивидуально с первым выходом соответствующего вычислителя коэффициента готовности подсистемы через соответствующий ему элемент задержки блока задержки, выход последнего m-1 умножителя вычислителя коэффициента готовности изделия соединен с информационным входом ключа третьего выхода устройства и со вторым входом компаратора; четвертые входы вычислителей коэффициентов готовности подсистем через элемент задержки связаны с выходом датчика времени.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике. Оно может использоваться в опытно-конструкторских работах и при организации технического обслуживания сложных изделий (систем) для определения временных затрат, необходимых на выполнение комплекса операций, обеспечивающих требуемую готовность изделия к применению по назначению.

Известны устройства [1, 2], предназначенные для определения оптимальной периодичности технического обслуживания сложных систем. Эти устройства применимы только к системам, для которых временные параметры технического обслуживания каждой подсистемы являются заданными. Недостатком этих устройств является ограниченная область применения.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому является устройство [3], содержащее датчик времени, m - вычислителей коэффициентов готовности функциональных подсистем изделия (по числу подсистем), блок задержки, включающий в себя m-2 элементов задержки, анализатор, реализующий выбор минимального из m коэффициентов готовности, блок сравнения, блок выходных цепей, каждая из которых включает в себя элемент задержки и ключ. Это устройство позволяет применять минимаксный критерий для определения оптимальной периодичности технического обслуживания сложных изделий. Область его применения ограничена изделиями, для которых в числе исходных данных известны интенсивность отказов и время, необходимое на выполнение операций обслуживания и ремонтно-восстановительных работ каждой подсистемы.

Целью заявляемого технического решения является расширение области применения и информативных возможностей устройства. Область применения расширяется за счет реализации математической модели, позволяющей вычислять максимально допустимые значения времени восстановления работоспособности функциональных подсистем изделия, обеспечивающие готовность изделия к применению не ниже заданной. Информативные возможности расширяются путем выдачи в качестве выходных данных вычисленных значений коэффициентов готовности и времени восстановления работоспособности каждой подсистемы изделия, а также соответствующее им значение коэффициента готовности изделия в целом.

Существуют изделия, представляющие собой сложные системы (например, корабль, самолет и др.), комплектующиеся из множества готовых изделий-подсистем (далее подсистем) различного функционального назначения (энергетическая установка, движительная система, системы жизнеобеспечения и др.). Подсистемы различаются по сложности, безотказности и ремонтопригодности. Изделие должно удовлетворять определенным требованиям по готовности к применению. Эти требования выражаются заданным значением коэффициента готовности в техническом задании на изделие. В технической документации на подсистемы указываются средние значения времени наработки на отказ где m - число подсистем. Известны также оценочные (прогнозируемые) значения времени восстановления работоспособности подсистем в случае их отказа. Но эти значения могут рассматриваться как ориентировочные, поскольку получены в условиях предприятий изготовителей подсистем. После монтажа подсистем в изделии значения могут возрасти в связи ухудшением характеристик ремонтопригодности, в частности из-за ограниченной доступности к компонентам подсистем, т.е. фактические значения времени восстановления могут быть больше или равны заданным: При этом фактические значения наработки на отказ, как правило, соответствуют расчетным, т.е. Для обоснования плана ремонтно-восстановительных работ необходимо знать максимально допустимое значение времени восстановления каждой подсистемы исходя из требований к готовности изделия в целом.

Готовность к применению каждой подсистемы определяется следующим соотношением:

Считаем, что изделие готово к применению, если каждая из его подсистем находится в работоспособном состоянии, а отказы, возникающие в одних подсистемах, не вызывают отказов в других подсистемах. В таком случае коэффициент готовности изделия определяется следующим образом:

Значение коэффициента готовности К _Г изделия, вычисленное согласно (2), должно быть не меньше заданного в техническом задании, т.е. . В связи с этим задача определения максимально допустимых значений времени восстановления работоспособности подсистем имеет следующий вид:

Эта задача может быть решена аппаратно с помощью заявляемого устройства. Его схема показана на чертеже.

Устройство содержит m вычислителей коэффициентов готовности К_Гi, комплектующих (по числу функциональных подсистем изделия). Каждый такой вычислитель включает в себя первый 1 и второй 2 ключи, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым входами вычислителя К_Гi; делитель 3, выход которого является первым выходом вычислителя К_Гi; первый сумматор 4; второй сумматор 5, второй вход которого является четвертым входом вычислителя К_Гi; а выход - вторым выходом вычислителя К_Гi. В устройство входят также элемент задержки 6; блок задержки 7, включающий в себя m-2 элементов задержки 7с, вычислитель коэффициента готовности изделия 9; датчик времени 8 (генератор ступенчатого напряжения), задающий в порядке нарастания с шагом T возможные значения приращения времени, используемые для определения искомых значений времени восстановления работоспособности подсистем j=1, 2, ; блок сравнения 10 (компаратор); триггер 11; ключ 14, выход которого является третьим выходом устройства; первый 12 и второй 13 блоки выходных цепей, каждый из которых включает в себя m ключей, выходы которых образуют соответственно группу первых 1m и группу вторых 2m выходов устройства. Отметим, что вычислитель коэффициента готовности изделия 9 представляет собой m-1 соединенных последовательно умножителей 9к, причем первый и второй входы первого умножителя 9 ₁ соединены непосредственно с первыми выходами соответственно первого и второго вычислителей коэффициентов готовности подсистем, а второй вход каждого из остальных умножителей от 9₂ до 9_m-1 через соответствующий ему элемент задержки 7 с блока задержки 7 соединен с первым выходом соответствующего ему вычислителя коэффициента готовности подсистемы.

К началу работы устройства на первые входы вычислителей коэффициентов готовности подсистем подаются сигналы, соответствующие заданным значениям времени наработки подсистем на отказ, а на вторые входы - заданным значениям времени восстановления работоспособности подсистем. Триггер 11 находится в нулевом состоянии, поэтому входы 1, 2 каждого вычислителя коэффициента готовности подсистемы закрыты. По этой же причине закрытыми являются и все выходы устройства, что предотвращает появление на выходах устройства случайных сигналов.

Устройство работает следующим образом. По сигналу «Пуск», поступающему с четвертого входа устройства, триггер 11 переводится в единичное состояние, в результате чего открываются входы 1 и 2 каждого вычислителя коэффициента готовности К_Гi и все выходы устройства, т.к. открываются все ключи 1i, 2i, 12i, 13i, Датчик времени 8 вырабатывает сигнал Т, соответствующий приращению заданных значений Этот сигнал T передается в элемент задержки 6, где задерживается на время, равное длительности одного цикла работы устройства. Поэтому на первом шаге работы устройства в вычислителях коэффициентов готовности подсистем вычисляются значения К_Гi, соответствующие входным данным и Процесс вычисления рассмотрим на примере одного - первого вычислителя.

Заданное значение со второго входа вычислителя коэффициента готовности подсистемы через второй ключ 2 передается на первый вход второго сумматора 5, а с его выхода - непосредственно на второй вход первого сумматора 4 и через ключ 13₁ на соответствующий данной подсистеме выход 2₁ устройства. В первом сумматоре 4 реализуется сложение значения с значением поступающим с первого входа вычислителя коэффициента готовности через первый ключ 1 на первый вход сумматора 4. Результат сложения из первого сумматора 4 передается на второй вход делителя 3, на первый вход которого с выхода ключа 1 поступает значение В делителе 3 формируется значение коэффициента готовности подсистемы в соответствии с соотношением (1). Полученный результат передается непосредственно на первый вход вычислителя коэффициента готовности изделия 9, а через ключ 12₁ - на выход 1₁ устройства, соответствующий первой подсистеме изделия. Аналогично происходит вычислительный процесс в каждом i-м вычислителе коэффициента готовности подсистемы. Полученные значения К _Гi с первых выходов первого и второго вычислителей непосредственно, а с первых выходов остальных m-2 вычислителей через соответствующие каждой подсистеме элементы задержки 7с, блока задержки 7 передается на соответствующий каждому вычислителю К_Гi вход вычислителя коэффициента готовности изделия 9. При этом временная задержка, которую обеспечивают элементы задержки 7с блока 7, определяется временем распространения сигнала в цепях (в блоках перемножения) вычислителя К_Г изделия 9. В вычислителе 9 реализуется соотношение (2). Полученный результат с выхода вычислителя 9 передается через ключ 14 на третий выход устройства и непосредственно на второй вход компаратора 10, на первом входе которого действует сигнал, соответствующий заданному значению коэффициента готовности изделия , поступающий с третьего входа устройства. В компараторе 10 реализуется операция сравнения значений величин К_Г и Если окажется, что то на втором выходе компаратора 10 появляется управляющий сигнал, который переводит триггер 11 в нулевое состояние. В результате этого входы 1 и 2 всех вычислителей коэффициентов готовности подсистем, а также все выходы устройства закрываются и работа устройства прекращается. В таком случае по вычисленному значению коэффициента готовности К_Г изделия видно, что исходные значения входных величин не обеспечивают выполнения требования по готовности изделия. Для удовлетворения этого требования необходимо новое конструктивное решение, обеспечивающее уменьшение исходных значений

В современных условиях развития технологий, в частности трехмерных систем автоматизированного проектирования и виртуальной инженерии [4], имеется практическая возможность моделировать различные варианты компоновки подсистем в составе изделия. Это позволяет скорректировать исходные значения времени восстановления работоспособности подсистем.

Если же при сравнении в компараторе 10 окажется, что то управляющий сигнал с первого его выхода поступает на второй вход датчика времени 8. По этому сигналу датчик времени 8 увеличит значение своего выходного сигнала на T. Задержанное элементом задержки 6 первое значение Т поступит на второй вход сумматора 5 и работа устройства повторится, но уже с новыми значениями среднего времени восстановления работоспособности подсистем изделия. Так последовательно в каждом j-м цикле работы устройства приращение времени восстановления будет увеличиваться на T, вычисляться и передаваться на выходы устройства значения К_Гi,j-1 и К_Г,j-1. Как только при сравнении в компараторе 10 окажется, что , работа устройства прекращается.

В результате применения устройства пользователь получит вычисленные значения j=1, 2, ,

а также соответствующие значения К _Гi,j-1 подсистем и К_Г,j-1 изделия соответственно с группы вторых, группы первых и с третьего выхода устройства. Причем последнее из значений К_Г,j-1, поступившее на третий выход устройства, может оказаться меньше что следует из условия работы компаратора 10 и наличия элемента задержки 6. В таком случае последнее из полученных значений выходных величин К_Гi,j-1 и К_Г,j-1 являются избыточными, но и они могут использоваться в качестве дополнительного аргумента при согласовании сроков технического обслуживания изделия.

Положительный эффект, который дает предлагаемое техническое решение, состоит в том, что оно позволяет определять максимально допустимые значения времени восстановления работоспособности каждой подсистемы сложного изделия, обеспечивающие выполнение заданного требования к готовности изделия функционировать по назначению. На этапе проектирования изделия возможности устройства могут использоваться для оценки вариантов компоновки комплектующих подсистем в составе изделия по допустимым значениям .

Источники информации

1. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Марков Д.И. A.C. SU 1437888, М. кл. ⁴ G07C 3/02, 1988.

2. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Тимофеев А.Н. A.C. SU 1679512, М. кл.⁵ G07C 3/02, 1991.

3. Гришин В.Д., Павлов А.Н., Саранчуков А.Ю. Патент № 2310913, МПК G07С 3/08, 2007.

4. Муру Г.Н., Стародубов В.А. Применение САПР Unigraphics для анализа свойств ремонтопригодности корабельной техники // REM. СПб, 2007, № 1, с.36-39.