устройство для определения оптимального периода обслуживания изделия

Формула изобретения

Устройство для определения оптимального периода обслуживания изделия, содержащее датчик времени, выход которого подключен к первому входу блока нелинейности, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого подключен к первому входу первого блока деления, первый сумматор, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, выход которого непосредственно и через элемент задержки соединен с входами компаратора, первые входы первого, второго и третьего ключей объединены между собой, выходы первого, второго третьего и четвертого ключей являются выходами устройства, первые входы первого и второго блоков умножения являются первым и вторым входами устройства, выход первого блока умножения соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого является третьим входом устройства, а третий вход первого сумматора подключен к выходу второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока нелинейности, первые входы третьего блока умножения и второго блока деления являются соответственно четвертым и пятым входами устройства, четвертый и пятый блоки умножения, первый вход последнего из которых является шестым входом устройства, выход пятого блока умножения соединен с первым входом первого вычитателя, шестой блок умножения и второй сумматор, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет определения критерия минимума среднего значения удельного непроизводительного расхода ресурса, в него введены второй и третий вычитатели, выход датчика времени подключен к второму входу первого ключа и первому входу второго вычитателя, второй вход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения и соединен с выходом интегратора, выход второго вычитателя подключен к второму входу первого блока умножения, выход первого вычитателя соединен с четвертым входом первого сумматора, выход которого подключен к первому входу четвертого блока умножения и второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, а выход сумматора с вторым входом второго блока деления, выход которого подключен к второму входу четвертого блока умножения, к первому входу третьего вычитателя и к первому входу шестого блока умножения, выход которого соединен с вторым входом третьего вычитателя, выход которого подключен к первому входу четвертого ключа, выход компаратора соединен с вторым входом четвертого ключа и с первым входом третьего ключа, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, выход элемента задержки соединен с вторым входом второго ключа, второй вход блока нелинейности является седьмым входом устройства, выход блока нелинейности подключен к второму входу шестого блока умножения, второй вход первого вычитателя и первый вход пятого блока умножения объединены.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к контрольным устройствам, и может быть использовано в научных исследованиях и технике, где требуется находить оптимальный период контроля и технического обслуживания изделия по критерию минимума удельного непроизводительного расхода ресурса, приходящегося на единицу времени полезного функционирования изделия, в условиях изменения надежностных характеристик изделия в процессе его эксплуатации.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет определения критерия минимума среднего значения удельного непроизводительного расхода ресурса, приходящегося на единицу времени полезного функционирования, при возрастающей интенсивности отказов для изделий, наработка на отказ которых может быть описана запасом распределения Релея.

Изделие в процессе эксплуатации может находиться в различных состояниях: работоспособном состоянии, в состоянии скрытого отказа, контроля и восстановления работоспособности. Возникающие отказы обнаруживаются только во время плановых сеансов контроля, которые проводятся с периодом . Если в результате контроля обнаруживается отказ, то проводятся мероприятия по восстановлению работоспособности изделия, в противном случае проводится плановая профилактика. В результате проведения плановой профилактики и восстановления работоспособности надежностные характеристики изделия восстанавливаются.

Все изделия обладают ограниченными ресурсами (ресурсами жизнедеятельности), которые они расходуют в процессе функционирования. При этом, скорость расходования ресурсов может быть различной в зависимости от технического состояния изделия. Пусть /R_x/ множество ресурсов, соответствующее множеству рассматриваемых состояний изделия, причем

R_к ресурс, расходуемый в результате проведения одного сеанса контроля работоспособности изделия;

R_в ресурс, расходуемый на восстановление работоспособности изделия в случае обнаружения отказа;

R_п ресурс, расходуемый на проведение плановой профилактики.

Тогда по общему ограниченному ресурсу изделия R можно записать балансное соотношение следующего вида:



где C_ф средний расход ресурса в единицу времени в работоспособном состоянии;

С_о средний расход ресурса в единицу времени в состоянии скрытого отказа;

N число циклов обслуживания, которое может быть выполнено при полном израсходовании ресурса;

1-P() вероятность отказа изделия на периоде обслуживания.

Часть ресурса, которую изделие расходует, находясь в состоянии скрытого отказа, во время контроля, плановой профилактики и восстановления по работоспособности называется непроизводительно расходуемым ресурсом.

Значение этого ресурса, расходуемого за время одного цикла обслуживания изделия, будет:



Важнейшей характеристикой изделия и системы его эксплуатации является средний удельный непроизводительный расход ресурса, приходящийся на единицу времени безотказной работы изделия. Значение этого ресурса, используя (2), можно определить по формуле:



Так как момент наступления отказов случаен, то среднее время безотказной работы изделия на периоде обслуживания можно определить по формуле



где Р(t) вероятность безотказной работы изделия.

Среднее время нахождения изделия в состоянии скрытого отказа будет



Как известно, для обслуживаемых изделий разрабатываются стратегии их обслуживания. Важным параметром такой стратегии является период обслуживания, который может быть постоянным ("жесткие" по периодичности стратегии) или переменным ("гибкие" стратегии).

Если обслуживание проводить редко, с большим периодом, то изделие длительное время может находиться в состоянии скрытого отказа, расходуя при этом ресурс непроизводительно. Если же обслуживание проводить часто, с малым периодом, то время пребывания изделия в состоянии скрытого отказа уменьшается, но возрастает доля времени, затрачиваемая на контроль и плановую профилактику изделия. При этом изделие не способно функционировать по назначению, а потребляемый им ресурс расходуется непроизводительно. В этом и другом случае средний удельный непроизводительный расход ресурса оказывается завышенным. Существует некоторый оптимальный ^* период обслуживания изделия, при котором принимает минимальное значение. Поэтому задача определения оптимального периода обслуживания изделия может быть записана в следующем виде:



Для многих изделий, работающих длительное время, интенсивность отказов с течением времени возрастает и вероятность безотказной работы Р(t) таких изделий можно описать законом распределения Рэлея,



где К параметр закона распределения Рэлея. Тогда:



При этом среднее значение непроизводительно расходуемого ресурса Rф за время эксплуатации изделия на заданном ограниченном ресурсе R будет следующим:

R^*_ср=R_ср(^*)=N(^*)R_н(⁸)

или



Важно также знать среднее значение числа резервных элементов необходимых для эксплуатации изделия на заданном ограниченном ресурсе R, которое определяется следующим образом:



Cущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 времени, первый вычитатель 2, интегратор 3, первый 4 и второй 5 блоки умножения, первый 6 блок деления, третий 7 блок умножения, первый 8 и второй 9 сумматоры, второй блок деления 10, четвертый блок умножения 11, элемент 12 задержки, компаратор 13, первый 14, второй 15 и третий 16 ключи, блок нелинейности 17, пятый блок умножения 18, второй вычитатель 19, шестой блок умножения 20, третий вычитатель 21 и четвертый ключ 22. Датчик 1 времени представляет собой генератор линейно изменяющегося напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства одновременно запускаются в работу датчик 1 и ключ 17. С первого входа устройства на вход блока умножения 4 поступает значение параметра С_о. С четвертого входа устройства на вход блока умножения 7 поступает значение параметра С_ф. С входа устройства на вход сумматора 8 поступает значение параметра R_к. С второго входа устройства на вход блока умножения 5 поступает значение параметра R_п. С седьмого входа устpойства на первый вход блока нелинейности 17 поступает значение параметра к. С шестого входа устройства на входы блока умножения 18 и второго вычитателя 19 поступает значение параметра R_в. С пятого входа устройства на вход второго блока деления 10 поступает значение R. Значение t с выхода таймера 1 поступает на вход вычитателя 19, на информационный вход первого ключа 14 и на второй вход блока 17. Значение сигнала P(t)=exp(-t²/2k) с выхода блока 17 поступает на первый вход блока умножения 20, на вторые входы блока умножения 5 и блока умножения 18 и через интегратор 3 поступает на первый вход первого вычитателя 2, на вход блока 7 и на вход первого блока деления 6. Значение сигнала c выхода первого вычитателя 2 поступает на вход блока 4, с выхода которого значение C_оt_о поступает на вход сумматора 8. Значение R_нP(t) c выхода блока 5 поступает на вход сумматора 8. Значение R_вP(t) c выхода блока 18 поступает на вход вычитателя 2, с выхода которого значение R_в[1-P(t)] поступает на четвертый вход первого сумматора 8. Значение с выхода первого сумматора 8 поступает на вход второго сумматора 9, на вход блока умножения 11 и на вход блока деления 6. Значение c выхода блока умножения 7 поступает на вход второго сумматора 9, с выхода которого значение поступает на вход блока деления 10. Значение



с выхода блока деления 10 поступает на входы блока перемножения 20 и вычитателя 21 и на первый вход блока умножения 11. Значение R_cр(t) N(t)R_н(t) c выхода блока умножения 11 поступает на информационный вход ключа 16. Значение N(t)P(t) с выхода блока умножения 20 поступает на вход вычитателя 21, с выхода которого значение поступает на вход ключа 22. Значение С_уд(t) R_н(t)/t_ф с выхода блока 6 поступает на один вход компаратора 13 и через элемент задержки 12 поступает на другой вход компаратора 13 и на вход второго ключа 15. Элемент 12 имеет время задержки t (величина t влияет на точность определения оптимального периода контроля работоспособности изделия). В компараторе 13 сравниваются между собой два значения С_уд(t) и C_уд(t-t) . Как только в момент времени t^*, С_уд(t^*) cтанет больше либо равно C_уд(t^*-t) на выходе компаратора 13 появится единичный управляющий сигнал, который поступает на входы первого 14, второго 15, третьего 16 и четвертого 22 ключей. В результате на первом выходе устройства будет значение оптимального периода ^*=t^* обслуживания изделия, обеспечивающее минимум среднего значения удельного непроизводительного расхода ресурса C^*_уд во время эксплуатации. На втором выходе устройства будет значение C^*_уд. На третьем выходе устройства будет среднее значение непроизводительного расхода ресурса R^*_ср за время эксплуатации изделия на заданном ограниченном ресурсе R и обслуживании изделия оптимальным периодом R, среднее значение числа резервных элементов необходимых для нормального функционирования изделия при названных выше условиях, будет на четвертом выходе устройства. На этом работа устройства заканчивается.