Устройство для контроля и анализа расхода ресурса изделия

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике, в частности, к специализированным вычислительным устройствам, и может быть использована для контроля и анализа расхода ресурса изделия.
Известно устройство для определения срока технического обслуживания (ТО) 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 и др., 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 счетчиков-делителей и с управляющими входами счетчика с обратным отсчетом, выходы датчиков соединены с входами соответствующих счетчиков-делителей, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом счетчика с обратным отсчетом, параллельные выходы которого соединены с входами индикатора, а управляющий выход счетчика является выходом устройства.
Недостатком данного устройства является отсутствие дифференцированного учета распределения расхода ресурса изделия по причинам возникновения, что ограничивает функциональные возможности устройства, т.к. оно не позволяет проводить анализ зависимости расхода ресурса изделия от каждого учитываемого фактора (параметра), от которого зависит деградация изделия, с целью выработки оптимальной стратегии его технического обслуживания.
Целью создания полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства по контролю и анализу расхода ресурса изделия за счет количественного учета расхода ресурса его работы по воздействующим факторам (учитываемым параметрам), от которых зависит деградация изделия.
1
n
1
n
1
n
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок ввода информации 1, n счетчиков-делителей импульсов 2-2 с задаваемым коэффициентом деления, элемент ИЛИ 3, счетчик 4 с обратным отсчетом (в пределах от 100 до 0), индикатор 5, введены блок вычитания 6, n счетчиков 7-7 и n блоков деления 8-8.
Учет остаточного ресурса работы изделия до наступления необходимости проведения очередного ТО осуществляется, как и в устройстве-прототипе, путем подсчета любых факторов (параметров работы), приводящих к деградации изделия. Данные для анализа зависимости расхода ресурса изделия от каждого учитываемого параметра, от которого зависит деградация изделия, получают путем деления израсходованного ресурса работы изделия от каждого параметра на суммарный израсходованный ресурс работы изделия.
В качестве примера учет остаточного ресурса проведем за счет учета трех параметров (количество сбоев изделия, количество обращений к изделию и время нахождения изделия во включенном состоянии) по формуле:
ост
где R - остаточный ресурс (в процентах от начального ресурса) работы изделия до наступления необходимости проведения очередного ТО;
u
u
R - заданный ресурс работы изделия между ТО (R≤100%);
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.
Объем израсходованного ресурса изделия от первого параметра (параметра сбоя) определяется следующей формулой:
Объем израсходованного ресурса изделия от второго параметра (количество обращений к изделию) определяется следующей формулой:
Объем израсходованного ресурса изделия от третьего параметра (время нахождения изделия во включенном состоянии) определяется следующей формулой:
Зависимость расхода ресурса изделия от каждого учитываемого параметра в процентах определяется формулой:
i
где V - объем израсходованного ресурса изделия от i-го параметра;
Σ
V - суммарный объем израсходованного ресурса изделия.
Σ
Величина V связана с величинами  следующим соотношением:
где n - число учитываемых параметров расхода ресурса изделия.
Таким образом, из соотношения (1) определяется остаточный ресурс работы изделия до необходимости проведения очередного технического обслуживания, а из соотношения (5) - влияние каждого учитываемого параметра на общий расход ресурса.
На чертеже представлена структурная схема устройства.
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
Устройство содержит блок ввода информации 1, n счетчиков-делителей импульсов 2-2 с задаваемым коэффициентом деления, элемент ИЛИ 3, счетчик 4 с обратным отсчетом (в пределах от 100 до 0), индикатор 5, блок вычитания 6, n счетчиков израсходованного ресурса изделия 7-7, n блоков деления 8-8, на чертеже показаны входы устройства 9-9, к которым подключаются датчики, от которых зависит учет расхода ресурса изделия, и выход устройства 10. Выходы блока ввода информации 1 соединены с управляющими входами счетчиков-делителей импульсов 2-2, с управляющими входами счетчика 4 с обратным отсчетом, входами уменьшаемого блока вычитания 6, и с входами счетчиков израсходованного ресурса изделия 7-7, выходы которых соединены с входами делимого соответствующих блоков деления 8-8, входы устройства 9-9соединены с входами соответствующих счетчиков-делителей импульсов 2-2, выходы которых соединены с входами соответствующих счетчиков израсходованного ресурса изделия 7-7 и с входами элемента ИЛИ 3, выход которого соединен с входом счетчика 4 с обратным отсчетом, параллельные выходы которого соединены с входами индикатора 5 и входами вычитаемого блока вычитания 6, выходы которого соединены с входами делителя блоков деления 8 - 8, к входам делимого которых подключены выходы счетчиков израсходованного ресурса изделия 7-7, а выходы блоков деления 8-8 соединены с входами индикатора 5, управляющий выход счетчика 4 является выходом устройства 10.
1
2
n
1
2
n
1
n
1
2
n
1
2
n
1
1
2
2
3
3
1
1
1
1
1
2
n
2
2
n
n
Устройство работает следующим образом. С помощью блока ввода информации 1, представляющего собой наборное поле, устанавливаются коэффициенты деления K, К, …, К счетчиков-делителей 2, 2, …, 2, исходное состояние и шаг вычитания счетчика 4 и шаг суммирования счетчиков израсходованного ресурса изделия 7-7 по причинам возникновения (сбои, обращения к изделию, время нахождения во включенном состоянии и т.п.). Сигналы с входов 9, 9, …, 9 поступают на счетчики-делители 2, 2, …,2. Например, с входа 9 от датчика сбоев сигналы о наличии сбоев поступают на счетчик-делитель 2, с входа 9 от датчика обращений сигналы о наличии обращений к изделию поступают на счетчик-делитель 2, с входа 9 от датчика времени нахождения изделия во включенном состоянии сигналы поступают на счетчик-делитель 2 и т.д. При поступлении от датчика сбоев на вход 9 К сигналов сбоев с выхода счетчика-делителя 2 через элемент ИЛИ 4 на вычитающий вход счетчика 4 и на суммирующий вход счетчика 7 поступит сигнал, который уменьшит содержимое счетчика 4 и увеличит содержимое счетчика 7 на единицу. Уменьшенное значение остаточного ресурса работы изделия до наступления необходимости проведения очередного ТО отобразится на индикаторе 5 и поступит на входы вычитаемого блока вычитания 6, на выходах которого будет суммарное значение израсходованного ресурса изделия. Аналогичным образом обрабатываются сигналы от датчиков, поступающие на входы устройства 9, …, 9. Отличия заключаются в коэффициенте деления: счетчик-делитель 2 имеет коэффициент деления К, а счетчик-делитель 2 - коэффициент деления К.
1
n
1
n
В результате работы устройства на выходе счетчика 4 будет значение остаточного ресурса изделия, на выходе блока вычитания 6 - значение израсходованного ресурса изделия, на выходах счетчиков 7-7 - значения израсходованного ресурса изделия в зависимости от контролируемого параметра, а на выходах блоков деления 8-8 - отношение израсходованного ресурса изделия в зависимости от контролируемого параметра к суммарному израсходованному ресурсу изделия.
При достижении значением остаточного ресурса в счетчике 4 нуля счетчик 4 выдает на выход 10 устройства сигнал о полном расходе заданного ресурса работы изделия до наступления необходимости проведения ТО.
и
и
Рассмотрим работу устройства на следующем примере. Пусть заданный ресурс R работы изделия до проведения ТО составляет R=100%. 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
1
2
2
3
3
Σ
ост
u
Σ
1
2
3
Тогда, коэффициент деления счетчика 2 устанавливается равным трем, т.е. при поступлении каждого третьего импульса на вход счетчика-делителя 2 на его выходе формируется импульс, который уменьшает содержимое счетчика 4 на единицу, что соответствует расходу ресурса работы изделия на 1%. Коэффициент деления счетчика 2 устанавливается равным десяти, т.е. при поступлении десятого импульса на вход счетчика-делителя 2 на его выходе формируется импульс, который уменьшает содержимое счетчика 4 на единицу. Коэффициент деления счетчика-делителя 2 устанавливается равным пятидесяти, т.е. при поступлении пятидесятого импульса на вход счетчика 2 на его выходе формируется импульс, который уменьшает содержимое счетчика 4 на единицу. Если, например, 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: V=15/3+150/10+1000/50=40, т.е. значение счетчика 4 равно R=R-V=60, это значение отображается на индикаторе 5, что соответствует остаточному значению ресурса работы изделия в процентах. На выходе блока вычитания 6 будет значение 40, на выходе первого счетчика 7 будет значение 5, на выходе второго счетчика 7 будет значение 15, на выходе третьего счетчика 7 будет значение 20. На выходах соответствующих делителей 8, 8, 8 будут значения: 5/40=0,125; 15/40=0,375; 20/40=0,5, т.е. от сбоев в работе расход ресурса составит 12,5%, от обращений к изделию - 37,5%, от времени нахождения изделия во включенном состоянии - 50%. Рассчитанные данные с выходов делителей отображаются на индикаторе 5.
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 K, К, К счетчиков 2-2 увеличиваем в пять раз, а счетчик 4 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 изменять.
Таким образом, поставленная цель - расширение функциональных возможностей устройства по контролю и анализу расхода ресурса изделия за счет количественного учета причин и анализа зависимости расхода ресурса от каждого учитываемого параметра, от которого зависит деградация изделия, - достигнута.