УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПЕРИОДА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ
DEVICE FOR DETERMINING OPTIMUM MAINTENANCE PERIOD OF ARTICLES

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
τ - период обслуживания изделия;
- среднее время контроля работоспособности;
- среднее время проведения плановой предупредительной профилактики;
- среднее время аварийно-восстановительных работ;
Р(τ) - вероятность безотказной работы изделия за время τ.
Величина
составляет длительность процесса обслуживания на интервале одного цикла.
Контроль работоспособности изделия осуществляется в плановые сеансы с периодом τ. 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:
Г
*
Из (5) видно, что коэффициент готовности существенно зависит от периода обслуживания τ изделия. Как показывают исследования, функция К(τ) при некотором (оптимальном) значении периода τ 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(ξ) - вероятность безотказной работы изделия в момент времени ξ. При этом
где
*
- длительность цикла обслуживания, определяемая соотношением (1), но при оптимальном значении периода τ обслуживания изделия;
f
f
- целое число циклов обслуживания, которое может быть проведено на интервале T=[0,t].
ог
С учетом (5) K(t) будет выражен следующим соотношением:
Здесь Р(ξ)=ехр{-λξ}, где λ - 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.
f
Перед началом работы устройства исходная информация: λ, , T подается соответственно на 1, 2, 3 и 4 его входы.
Устройство работает следующим образом
i
i
i-1
Датчик времени 13 с шагом Δτ задает в порядке нарастания последовательность возможных значений τ, периода технического обслуживания изделия, τ=τ+Δτ, где i=1, 2,…. В исходном состоянии ключи 3 и 14 открыты, а ключи 15, 17, 19, 20, 21, 22 и 24 закрыты.
i
i
i
i
Сигнал τ 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 λ 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, τ]. При этом верхний предел интегрирования определяется значением сигнала τ, 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 τ с выхода датчика 13 времени подается также на второй вход второго 5 сумматора.
i
пп
ав
пп
ав
i
гi
В первом умножителе 2 реализуется перемножение величины Р(τ) и разности (τ-τ), поступающей в него со второго входа устройства. Результирующий сигнал, соответствующий величине (τ-τ)P(τ), 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, с выхода первого блока деления 10 подается непосредственно на первый вход и через четвертый элемент 12 задержки на второй вход компаратора 16.
гi
гi-1
гi
гi-1
i+1
г
гi
гi-1
f
обс
f
i-1
*
*
В компараторе 16 сравниваются между собой текущее К, и предшествующее К вычисленные значения коэффициента готовности. Если окажется что К≥K, то управляющий сигнал появится на первом выходе компаратора 16, в результате чего датчик 13 времени выдаст новое τ значение периода технического обслуживания и весь цикл вычислений К повторится, но уже при новом значении периода. Если же окажется, что К<K, 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, 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 τ , 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, 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(ξ) 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 τ=τ периода технического обслуживания изделия, через восьмой ключ 22 поступает на третий выход устройства.
*
*
ф
г
i-1
г
Выходной сигнал третьего элемента 11 задержки, соответствующий среднему времени работоспособного состояния изделия τ , через четвертый ключ 17 поступает на второй выход устройства. Выходной сигнал четвертого элемента 12 задержки, соответствующий экстремальному значению K(τ)=K  коэффициента готовности, через пятый ключ 19 поступает на четвертый выход устройства и на первый вход второго умножителя 23.
ог
г
*
Во втором умножителе 23 вычисляется коэффициент оперативной готовности в соответствии с (8). Выходной сигнал умножителя 23 К(t)=К ·P(ξ) 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
5
1. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Тимофеев А.Н. А.с. СССР № 1617453, М. Кл. G07C 3/08, 1990 г.
5
2. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Доможиров В.Т., Тимофеев А.Н. А.с. СССР № 1773199, М. Кл. G07C 3/08, 1992 г.
4
3. Воробьев Г.Н., Гришин В.Д., Москвин Б.В. А.с. СССР № 1425745, М. Кл. 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.