Устройство для контроля расхода ресурса и прогнозирования времени начала технического обслуживания изделий

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к специализированным вычислительным устройствам, и может быть использована для контроля расхода ресурса и прогнозирования времени начала технического обслуживания (ТО) изделия.
Известно устройство для определения срока технического обслуживания изделия [Авт. св. СССР №1552211], содержащее датчик сбоя изделия, датчик обращения к изделию, блок ввода информации, два счетчика, два регистра, два блока умножения, сумматор, блок сравнения, и индикатор.
Недостатком данного устройства является низкая точность учета расхода ресурса работы изделия, т.к. расчет расхода ресурса работы ведется только по количеству сбоев и обращений и не учитываются другие параметры, от которых зависит деградация изделия, например, время работы, длительность нахождения в отключенном состоянии, что снижает точность определения срока технического обслуживания изделия.
Наиболее близким к заявленному решению является устройство для контроля расхода ресурса работы изделия [Патент РФ на ПМ №164237], содержащее блок ввода информации, n датчиков учитываемых параметров расхода ресурса изделия, n счетчиков-делителей импульсов с задаваемым коэффициентом деления, элемент ИЛИ, счетчик с обратным отсчетом (от 100 до 0), индикатор, причем выходы блока ввода информации соединены с управляющими входами делителей и с управляющими входами счетчика, выходы датчиков соединены с входами соответствующих делителей, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом счетчика, параллельные выходы которого соединены с входами индикатора, а управляющий выход счетчика является выходом устройства. Недостатком данного устройства является низкая информативность, т.е. устройство не позволяет прогнозировать время начала технического обслуживания изделия исходя из средней скорости расхода ресурса.
Целью создания полезной модели является повышение информативности устройства за счет учета расхода ресурса работы изделия и определения времени начала технического обслуживания изделия исходя из средней скорости расхода ресурса, с обеспечением индикации в период эксплуатации изделия его остаточного ресурса работы и прогнозируемого времени до наступления необходимости проведения очередного ТО.
1
n
1
n
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок ввода информации 1, n датчиков учитываемых параметров расхода ресурса изделия 2-2, n счетчиков-делителей импульсов 3-3 с задаваемым коэффициентом деления, элемент ИЛИ 4, счетчик 5 с обратным отсчетом (от 100 до 0), индикатор 6, введены регистр ресурса изделия 7, блок вычисления отношения остаточного ресурса к израсходованному 8, блок умножения 9, таймер 10.
Учет остаточного ресурса работы изделия до наступления необходимости проведения очередного ТО осуществляется, как и в устройстве-прототипе, путем подсчета любых параметров работы, приводящих к деградации изделия. Прогнозное значение времени до наступления необходимости проведения очередного ТО вычисляется исходя из средней скорости расхода ресурса и полученного значения остаточного ресурса изделия.
В качестве примера учет остаточного ресурса и расчет прогнозного времени до наступления необходимости проведения очередного ТО проведем за счет учета трех параметров (количество сбоев изделия, количество обращений к изделию и время нахождения изделия во включенном состоянии) по формуле:
где  - остаточный ресурс работы изделия до наступления необходимости проведения очередного ТО;
- заданный ресурс работы изделия между ТО;
1
К - весовой коэффициент сбоя, определяемый как количество сбоев, приходящихся на единицу (в процентах) деградации изделия;
N - количество сбоев изделия;
2
К - весовой коэффициент обращения к изделию, определяемый как количество обращений, приходящихся на единицу деградации изделия;
М - количество обращений к изделию;
3
К - весовой коэффициент времени нахождения изделия во включенном состоянии, определяемый как количество единиц времени, приходящихся на единицу деградации изделия;
Т - количество единиц времени нахождения изделия во включенном состоянии.
При этом средняя скорость расхода ресурса изделия определяется следующей формулой:
R
где V - средняя скорость расхода ресурса изделия;
- израсходованный ресурс изделия;
t - время расходования ресурса изделия.
Прогноз времени до наступления необходимости проведения очередного ТО определится из соотношения:
Подставляя в выражение (3) значение средней скорости расхода ресурса изделия (выражение (2)), получим:
Таким образом, из соотношения (1) определяется остаточный ресурс работы изделия до необходимости проведения очередного технического обслуживания, а из соотношения (4) - прогнозное время до наступления необходимости проведения очередного ТО изделия.
На чертеже представлена структурная схема устройства.
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
Устройство содержит блок ввода информации 1, n датчиков учитываемых параметров расхода ресурса изделия 2-2, n счетчиков-делителей импульсов 3-3 с задаваемым коэффициентом деления, элемент ИЛИ 4, счетчик 5 с обратным отсчетом (от 100 до 0), индикатор 6, регистр ресурса изделия 7, блок вычисления отношения остаточного ресурса к израсходованному 8, блок умножения 9, таймер 10, причем выходы блока ввода информации 1 соединены с управляющими входами делителей 3-3, с управляющими входами счетчика 5, с входом запуска таймера 10 и входами регистра ресурса изделия 7, выходы которого соединены с входами блока вычисления отношения остаточного ресурса к израсходованному 8, выходы датчиков 2-2 соединены с входами соответствующих делителей 3-3, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ 4, выход которого соединен с входом счетчика 5, параллельные выходы которого соединены с входами индикатора 6 и входами блока вычисления отношения остаточного ресурса к израсходованному 8, выходы которого соединены с входами блока умножения 9, ко вторым входам которого подключены выходы таймера, а выход соединен с входами индикатора, управляющий выход счетчика 5 является выходом устройства 11.
1
2
n
1
2
n
1
1
2
2
n
n
1
1
1
Устройство работает следующим образом. С помощью блока ввода информации 1, представляющего собой наборное поле, устанавливаются коэффициенты деления К, К, …, К счетчиков-делителей 3, 3, …, 3, исходное состояние и шаг вычитания счетчика 5, а также в регистр 7 записывается суммарный ресурс изделия и запускается таймер времени 10. С датчика сбоев 2 сигналы о наличии сбоев поступают на счетчик-делитель 3, с датчика обращений 2 сигналы о наличии обращений к изделию поступают на счетчик-делитель 3, с датчика времени 2 сигналы поступают на счетчик-делитель 3. При поступлении с датчика сбоев 2 К сигналов сбоев с выхода счетчика-делителя 3 через элемент ИЛИ 4 на вычитающий вход счетчика 5 поступит сигнал, который уменьшит содержимое счетчика 5 на единицу. Уменьшенное значение остаточного ресурса работы изделия до наступления необходимости проведения очередного ТО поступит в блок вычисления отношения остаточного ресурса к израсходованному 8 и отобразится на индикаторе 6. При умножении отношения остаточного ресурса к израсходованному и текущего времени в блоке 9 получим прогнозное значение времени до наступления очередного технического обслуживания изделия, которое поступит на индикатор 6 для отображения.
2
n
2
n
n
Аналогичным образом обрабатываются сигналы с датчиков 2, …, 2. Отличия заключаются в коэффициенте деления, счетчик-делитель 32 имеет коэффициент деления К, а счетчик-делитель 3 имеет коэффициент деления К. При достижении значением остаточного ресурса в счетчике 5 нуля, счетчик 5 выдает на выход 7 устройства сигнал о полном расходе ресурса работы изделия.
Рассмотрим работу устройства на следующем примере. Пусть учет ресурса работы изделия проводится по трем параметрам: сбои в работе, обращения к изделию, время нахождения изделия во включенном состоянии. Пусть при этом расход ресурса работы изделия определяется из соотношений:
3 сбоя - 1% расхода ресурса работы изделия;
10 обращений - 1% расхода ресурса работы изделия;
50 часов нахождения изделия во включенном состоянии - 1% расхода ресурса работы изделия.
1
2
3
3
Тогда коэффициент деления счетчика 3 устанавливается равным трем, т.е. при поступлении каждого третьего импульса на вход счетчика-делителя 3] на его выходе формируется импульс, который уменьшает содержимое счетчика 5 на единицу, что соответствует расходу ресурса работы изделия на 1%. Коэффициент деления счетчика 32 устанавливается равным десяти, т.е. при поступлении десятого импульса на вход счетчика-делителя 3 на его выходе формируется импульс, который уменьшает содержимое счетчика 5 на единицу. Коэффициент деления счетчика-делителя 3 устанавливается равным пятидесяти, т.е. при поступлении пятидесятого импульса на вход счетчика 3 на его выходе формируется импульс, который уменьшает содержимое счетчика 5 на единицу. Если, например, в течение 1200 часов изделие находилось во включенном состоянии в течение 1000 часов и было зафиксировано 15 сбоев и 150 обращений к изделию, то для рассматриваемого примера расход ресурса работы изделия составит: 1000/50+15/3+150/10=40%, т.е. значение счетчика 5 равно 60, это значение отображается на индикаторе 6, что соответствует остаточному значению ресурса работы изделия в процентах.
R
(Пр)
При этом средняя скорость расхода ресурса изделия составит V=40/1200=0,03333% в час, а прогнозное значение времени до наступления очередного технического обслуживания изделия составит Т=60/0,03333=1800 часов.
Таким образом, содержимое счетчика 5 уменьшается в зависимости от трех параметров деградации изделия: сбои в работе, обращения к изделию, время нахождения изделия во включенном состоянии.
При необходимости можно аналогичным образом использовать и другие параметры работы изделия, например, время нахождения изделия в отключенном состоянии, температурно-влажностный режим работы изделия и т.п.
1
2
n
1
n
Следует отметить, что в данном устройстве можно использовать различные масштабы шкалы остаточного ресурса, например, уменьшение остаточного ресурса проводить не по одному проценту, а по пять процентов, для этого коэффициенты деления К, К, К счетчиков 3-3 увеличиваем в пять раз, а счетчик 5 настраиваем на вычитание по пять. Все это задается в начальных установках. В устройстве можно использовать, в зависимости от типа изделия, любые параметры, от которых зависит расход ресурса. Кроме того, количество учитываемых параметров можно менять путем исключения (для уменьшения учитываемых параметров) или включения (для увеличения учитываемых параметров) соответствующих датчиков. При этом в зависимости от расхода ресурса постоянно вычисляется прогнозное значение времени до наступления очередного технического обслуживания изделия, которое отображается на индикаторе 6.
Таким образом, поставленная цель - повышение информативности устройства за счет учета расхода ресурса работы изделия и определения времени начала технического обслуживания изделия исходя из средней скорости расхода ресурса, с обеспечением индикации в период эксплуатации изделия его остаточного ресурса работы и прогнозируемого времени до наступления необходимости проведения очередного ТО, - достигнута.