Устройство для моделирования процесса поддержания сложного технического объекта в готовности к применению по назначению
DEVICE FOR SIMULATING THE PROCESS OF MAINTAINING A COMPLEX TECHNICAL OBJECT IN READINESS FOR USE AS INTENDED

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных устройствах вычислительной техники для моделирования процесса поддержания сложных технических объектов (СТО) в готовности к применению по назначению.
Известны своим практическим использованием устройства, моделирующие процесс перемещения подвижного объекта в условиях функционирования космической разведки с учетом возможных неисправностей содержащие: два генератора пуассоновских импульсов, генератор таковых импульсов, два элемента ИЛИ, три счетных триггера, три элемента И, два элемента НЕ, генератор импульсов со случайной длительностью.
Недостатками данного типа устройств являются:
высокая вероятность (возможность) возникновения ошибок, на начальных этапах работы устройства;
возможности данного типа устройств не позволяют производить расчет значений показателей, характеризующих (описывающих) процесс поддержания вооружения в готовности к применению по назначению.
Наиболее близким по технической сущности является (RU №2353970 2007 г.) принцип работы которого основан на использовании кругового и ступенчатого закона, а также равномерного закона распределения и содержащее: регистр, датчик случайных чисел и генератор тактовых импульсов.
Применение подобных устройств ограничивается функциональными возможностями устройства, не позволяющими производить вычисление значений следующих показателей:
С - затраты на реализацию системы планового технического обслуживания;
БД
К - надежности боевого дежурства СТО который является вероятностью, того что СТО не будет находиться в момент прихода команды в состоянии пониженной боевой готовности;
СР
Р - вероятности безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты;
R - эффективности системы планового технического обслуживания.
БД
СР
Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего на основе исходных данных производить расчет значений показателя затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (С); показателя надежности боевого дежурства СТО (К); показателя вероятности безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты (Р); показателя системы планового технического обслуживания СТО (R), характеризующих (описывающих) процесс поддержания вооружения в готовности к применению по назначению.
Требуемый технический результат достигается тем, что в устройство содержащее: регистр, датчик случайных чисел и генератор тактовых импульсов, введены блок ввода исходных данных; блок моделирования технического обслуживания; блок определения числа отказов; блок расчета надежности; блок учета наработки элементов; блок учета ресурса элементов СТО; блок учета замен элементов; блок расчета плановых потерь готовности СТО; блок расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания; блок расчета неплановых потерь готовности; блок расчета показателя надежности R, при этом выход блока ввода исходных данных (1) соединен со входом блока моделирования технического обслуживания (2) и входом блока определения числа отказов (3) выход блока моделирования технического обслуживания (2) соединен с входом блока расчета надежности (4), входом блока учета наработки элементов (5), входом блока учета ресурса элементов СТО (6), и первым входом блока учета замен элементов (7), выход блока расчета надежности (4) соединен с первым входом блока расчета показателя надежности R (11), первый выход блока учета наработки элементов (5) соединен с входом блока расчета плановых потерь готовности СТО (8), а второй выход соединен с первым входом блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9), выход блока учета ресурса элементов СТО (6) соединен с вторым входом блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9), а выход блока определения числа отказов (3) соединен с вторым входом блока учета замен элементов (7), первый выход которого соединен с третьим входом блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9), а второй выход соединен с входом блок расчета неплановых потерь готовности (10), выход блока расчета плановых потерь готовности СТО (8) соединен со вторым входом блока расчета показателя надежности R (11), выход которого соединен с первым входом блока вывода результатов моделирования (12), выход блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) соединен с вторым входом блока вывода результатов моделирования (12), выход блока расчета неплановых потерь готовности (10) соединен с третьим входом блока расчета показателя надежности R (11).
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен возможный вариант построения устройства для моделирования процесса поддержания сложного технического объекта в готовности к применению по назначению, который содержит:
1. блок ввода исходных данных;
2. блок моделирования технического обслуживания;
3. блок определения числа отказов;
4. блок расчета надежности;
5. блок учета наработки элементов;
6. блок учета ресурса элементов СТО;
7. блок учета замен элементов;
8. блок расчета плановых потерь готовности СТО;
9. блок расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания;
10. блок расчета неплановых потерь готовности;
11. блок расчета показателя надежности R;
12. блок вывода результатов моделирования.
i
i
j
ОБj
i
Bj
j
Пj
РЕСj
Pj
M
C
i
i
Работает устройство для моделирования процесса поддержания сложного технического объекта в готовности к применению по назначению следующим образом: в блок ввода исходных данных, вводят следующие параметры: τ - периодичность низшего вида технического обслуживания; K - коэффициенты кратности видов технического обслуживания; М - количество элементов структурной схемы надежности объекта; C - массив стоимостей приборов, входящих в структурную схему надежности объекта; С - массив средних затрат на обслуживание приборов; N - массив номеров приборов по видам технического обслуживания; τ - массив средних времен устранения отказов приборов; λ - массив интенсивности потока отказов элементов структурной схемы надежности; τ - массив средних времен понижения готовности объекта при проверке каждого прибора; Т - массив ресурсов приборов; τ - массив средней наработки приборов при их проверке; Т - время моделирования; β - ошибка второго рода; К - коэффициент совмещения проверок. После, в блоке моделирования технического обслуживания происходит определение вида технического обслуживания проводимого в заданный момент времени, и его объема, путем сравнения значений периодичности технического обслуживания со счетчиками времен их проведения, начиная со старшего вида технического обслуживания. В блоке определения числа отказов рассчитывается среднее количество обнаруженных и устраненных отказов элементов структурной схемы надежности, обслуживание которых производится с периодичностью τ(Q), в соответствии с выражением
i
где, К - количество элементов СТО, обслуживаемых с периодичностью τ.
i
N - массив номеров приборов по видам технического обслуживания;
i
λ - массив интенсивности потока отказов элементов структурной схемы надежности;
i
τ - периодичность проведения низшего вида технического обслуживания.
ν
и элементов структурной схемы надежности, контролируемых непрерывно (Q) в соответствии с выражением
где,  - количество элементов СТО, контролируемых непрерывно;
M
Т - время моделирования.
CP
После, в блоке расчета надежности рассчитывается вероятность безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты (Р) в соответствии с выражением
В блоке учета наработки элементов определяется суммарная наработка каждого элемента за время моделирования с учетом всех видов технического обслуживания которым они подвергались. Наработка i-о элемента определяется как
HAPi
i
Pi
T=Nτ
HAPi
где, T - наработка i-о элемента;
Pi
τ - среднее время работы i-о элемента при его проверке.
После, в блоке учета ресурса элементов СТО происходит определение элементов, выработавших ресурс за время моделирования, а также затрат на их замену, в соответствии с правилом
HAPi
где, T - наработка i - о элемента;
PECi
T - назначенный гарантийный ресурс i-о элемента СТО;
m - количество видов технического обслуживания.
i
определяются номера элементов с истекшим гарантийным ресурсом и производится имитация их замены, на данном шаге моделирования вероятность безотказной работы заменяемого элемента принимается равной P=1-β.
OT
При этом в счетчики замененных элементов заносится их количество по соответствующим типам, а счетчики учета ресурса замененных элементов обнуляются. В блоке учета замен элементов рассчитываются затраты на замену отказавших элементов (С), в соответствии с выражением
j
J
где, Q - Среднее количество отказов элементов, обслуживание которых производится с периодичностью τ,
j
C - значение целевой функции при реализации j-o варианта системы планового технического обслуживания;
М - количество элементов структурной схемы надежности объекта.
PEC
и затраты, связанные с заменой приборов, выработавших свой ресурс в процессе эксплуатации СТО (С), в соответствии с выражением
ППij
где, τ - продолжительность работы i-о элемента при проведении j-о вида ТО;
PECi
T - назначенный гарантийный ресурс i-о элемента СТО;
j
N - количество технического обслуживания j-o вида;
М - количество элементов структурной схемы надежности объекта;
m - количество видов технического обслуживания.
П
В блоке расчета плановых потерь готовности СТО рассчитывается суммарное время снижения готовности СТО при проведении планового технического обслуживания за время моделирования (Т) в соответствии с выражением
Пi
где, τ - время понижения готовности СТО, необходимое для проверки i-о элемента;
j
N - количество технического обслуживания j-о вида;
М - количество элементов структурной схемы надежности объекта;
C
К - коэффициент совмещения проверок элементов.
В блоке расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания определяются суммарные затраты на проведение всех видов технического обслуживания и замену элементов СТО за время моделирования. При этом затраты на техническое обслуживание, замену отказавших и выработавших ресурсов элементов определяются в соответствии с выражением:
j
где, N - количество технического обслуживания j-o вида.
m - количество видов технического обслуживания;
i
К - количество элементов СТО, контролируемых при i-м виде технического обслуживания;
OT
С - затраты на замену отказавших элементов;
PEC
С - затраты, связанные с заменой приборов, выработавших свой ресурс в процессе эксплуатации СТО;
ОБi
C - средние затраты на обслуживание i-o элемента.
H
В блоке расчета неплановых потерь готовности осуществляется отсчет суммарного времени снижения готовности (Т), связанного с восстановлением работоспособности объекта, в соответствии с выражением:
где, М - общее количество элементов СТО;
Bj
τ - время, необходимое для устранения отказа j-o элемента СТО.
j
J
Q - Среднее количество отказов элементов, обслуживание которых производится с периодичностью τ.
В блоке расчета показателя надежности рассчитывается значение показателя надежности в соответствии с выражением:
H
где, Т - суммарное время снижения готовности, связанное с восстановлением работоспособности объекта;
П
Т - суммарное время снижения готовности СТО при проведении планового технического обслуживания;
М
Т - время моделирования.
БД
CP
R=KР
БД
где K - вероятность нахождения СТО в установленной готовности в техническом состоянии, не создающим ограничений на пуск ракеты к моменту поступления команды на применение;
CP
Р - вероятность безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты.
CP
БД
После чего, с помощью блока вывода результатов моделирования, выводятся рассчитанные значения показателей С, Р, K, R.
При моделировании процесса поддержания СТО в готовности к применению по назначению, введены следующие допущения:
- комплекс «конструктивно устоялся», реализовано большинство заложенных при разработке параметров, характеризующих готовность его к боевому применению, то есть находится на завершающем этапе эксплуатации;
- вероятность безотказной работы каждого i-o элемента непрерывно контролируемой части поддерживается на одном и том же уровне P0i;
- система контроля может неверно определять состояние элемента, то есть ошибка первого рода отлична от нуля;
- накладные ресурсы распределены между затратами на проведение технического обслуживания и затратами на замену отказавших и выработавших ресурс приборов.
i
i
j
ОБj
i
Bj
j
Пj
РЕСj
Pj
M
С
M
Bj
HAPi
PECi
c
Пj
i
ОБj
ППij
j
j
j
i
ОБi
M
j
ППij
PECi
j
i
i
i
M
Bj
M
c
Пj
i
OБj
ППij
j
j
j
i
ОБi
HAPi
PECi
Bj
j
j
ППij
PECi
j
CP
M
c
Пj
i
ОБj
ППij
j
j
j
i
ОБi
РЕСj
PEC
OT
j
Bj
П
H
CP
CP
БД
Указанная последовательность моделирования процесса поддержания сложного технического объекта в готовности к применению по назначению реализуется следующим образом. При запуске устройства от внешнего источника, не показанного на чертеже, в блок ввода исходных данных (1), вводят следующие параметры: τ - периодичность низшего вида технического обслуживания; K - коэффициенты кратности видов технического обслуживания; М - количество элементов структурной схемы надежности объекта; C - массив стоимостей приборов, входящих в структурную схему надежности объекта; С - массив средних затрат на обслуживание приборов; N - массив номеров приборов по видам технического обслуживания; τ - массив средних времен устранения отказов приборов; λ - массив интенсивности потока отказов элементов структурной схемы надежности; τ - массив средних времен понижения готовности объекта при проверке каждого прибора; Т - массив ресурсов приборов; τ - массив средней наработки приборов при их проверке; Т - время моделирования; β - ошибка второго рода; К - коэффициент совмещения проверок, q-общее число проверок (контролей) и технического обслуживания элементов вооружения за период Т. Из блока ввода исходных данных (1) на вход блока моделирования технического обслуживания (2) подаются 16 параметров: τ; T; Т; m; K; τ N Сτ N; Q; С; М; К; С; q; Т, а на вход блока определения числа отказов (3) подаются 13 параметров: С; М; τ; Т; N; m; К; N; λ; τ; ; Т; τ. Из блока моделирования ТО (2) на вход блока расчета надежности (4) подаются 2 параметра: q; Т, а на вход блока учета наработки элементов (5) подаются 12 параметров: М; K; τ; N; С; τ; N; Q; С; М; К; С, на вход блока учета ресурса элементов СТО (6) подаются 3 параметра: T; Т, m, а на первый вход блока учета замен элементов (7) подаются 2 параметра: τ; m, из блока определения числа отказов (3) на второй вход блока учета замен элементов (7) подаются 6 параметров: Q; С; τ; T; N; М. Из блока расчета надежности (4) на первый вход блока расчета показателя надежности R (11) подаются 2 параметра: Р; Т. Из блока учета наработки элементов (5) на вход блока расчета плановых потерь готовности СТО (8) подаются 4 параметра: М; K; τ; N, а на первый вход блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) подаются 8 параметров: С; τ; N; Q; C; М; К; С. Из блока учета ресурса элементов СТО (6) на второй вход блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) подаются 2 параметра: Т; m. Из блока учета замен элементов (7), на третий вход блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) подаются 2 параметра: С; С, а на вход блока расчета неплановых потерь готовности (10) подаются 3 параметра: Q; М; τ. Из блока расчета плановых потерь готовности СТО (8) на второй вход блока расчета показателя надежности R (11) подается 1 параметр: Т. Из блока расчета затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (9) на второй вход блока вывода результатов моделирования (12) падется 1 параметр: С. Из блока расчета неплановых потерь готовности (10) на третий вход блока расчета показателя надежности R (11) подается 1 параметр: Т. Из блока расчета показателя надежности R (11) на первый вход подаются 2 параметра: Р; R, после чего результатом работы является расчет 4 параметров: Р; R; С; К, которые подаются на вход блока вывода результатов моделирования (12).
БД
СР
Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей достигается требуемый технический результат - расширение функциональных возможностей за счет расчета значений показателя затрат на реализацию системы планового технического обслуживания (С); показателя надежности боевого дежурства СТО (К); показателя вероятности безотказной работы СТО в процессе подготовки к пуску и пуска ракеты (Р); показателя системы планового технического обслуживания СТО (R), характеризующих (описывающих) процесс поддержания вооружения в готовности к применению по назначению.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. RU №1829109 1993 г.
2. RU №2298825 2007 г.