Устройство для определения времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 1982 О 44(22) Заявлено22. 05. 81 (21) 3287345/18-24 РЦМ.кп. с присоединением заявки МС 07 С 3/10(23) ПриоритетГосударственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 1512,82, Бюллетень Й 9 46 Дата опубликования описания 15. 12. 82 В,П,Сугак, Г. Н. ВоробьевД, В. курадзе,. В,С.СтейЪнов,К.А.Солнцев и В.ИЕринг(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ 011 РЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ПОЛЕЗНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ НА ЗАДАННОМ РЕСУРСЕ Изобретение относится к автомати-зации контроля и управления производ. ственными процессами и может быть ис-, пользовано в автоматизиРованных систе мах контроля и управления технологическими процессами и производством, а также в научных исследованиях и технике, где требуется находить значение величины времени полезного функционирования.Известно устройство для определения используемого ресурса различных изделий, содержащее датчик времени, датчик расхода. ресурса, интегратор, сумматор, блок сравнения, блок деления, блок произведения и индикаторное устройство1.Недостатком укаэанного устройства является тО чтО ОнО служит тОлькО для определения используемого ресурса изделия и не связывает запас ресурса с его расходом на нейтрализацию (устранение) возмущающих воздействий, не учитывает характер и величину возмущающих воздействий и не позволяет определить время полезного функционирования системы.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для оптимального времени периода технического обслуживания ресурса изделия, содержащее датчик расхода ресурса, элемент сравнення,элемент И, блоки деления, два сумматора,три блока умножения и первый блокнелинейности 2 Д,Недостатком этого устройства является узкая информативность.Цель изобретения - повышение йнформативности системю.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для определения времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе,содержащее датчик расхода ресурса,элемент сравнения, элемент И, блокиделения, два сумматора, три блокаумножения и первый блок нелинейности, введены второй блок нЕлинейности,блок возведения в степень, датчикпланового значения времени, счетчикчисла нарушений, датчик возмущающихвоздействий и индикатор, выход датчика расхода ресурса подключен кпервому входу элемента сравнения,выходы которого соединены с первымвходом первого блока умножения и спервыми входами элементов И, второйвыход первого элемента И подключенк выходу счетчика числа нарушения, 982044 4который соединен с вторым входом элемента сравнения, выход первого элемента И подключен, к первым входам первого блока умножения и блока возведения в степень, второй нход которого соединен с датчиком возмущающих воздействий и с первым входом первого сумматора, выход блока возведения в степень подключен к первому входу перного делителя, второй вход которого соединен с выходом пер ного блока умножения, а выход - с входом второго. сумматора, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, выход которого через первый блок нелинейности соединен с вторым входом первого сумматора, . 15 выход которого подключен к первому входу второго делителя и к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с датчиком планового задания времени, а выход - 20 через второй блок нелинейности с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего блока умножения, второй вход которого соединен е выходом второго 5 блока умножения, а выход - с входом индикатора, вторые входы третьего сумматора и второго блока деления соединены с входом устройства, счетчик числа нарушений подключен к второму входу первого элемента И и к второму входу элемента сравнения.Любые материальные объекты(системы) можно рассматривать как объекты, имеющие ограниченный ресурс "жизнедеятельности", который расходуется или в процессе функционирования, а также на нейтрализацию возмущающих воздействий, которым подвергается система. Система прекращает свое целевое функ. ционирование в момент, когда ее ресурс полностью израсходуется. При этом окажется, что время полезного функционирования системы меньше того запланированного времени 1, которое должна была функционировать система в от сутствие возмущений, так как часть ресурса расходуется на нейтрализацию (устранение) этих возмущений. В дальнейшем система простаивает до тех пор, пока не получит новую порцию 50 этого ресурса. Очень важным при эксплуатации систем является определение среднего времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе в условиях возмущающих воздействий. 55 Это позволяет определить тот момент, когда необходимо пополнить ресурс, чтобы система могла проработать требуемое программное время й без простоя, 60Пусть г = гн + г - количество ресурса, выделенного в,системе на интервале С ее программного времени функционирования, причем г - вели-. чина ресурса, выделенного на полез- . ное функционирование системы, г величина ресурса, предназначенного для нейтрализации возмущающих воздействий, Считаем, что каждое возмущение требует для своей нейтрализации единицу ресурса, при этом возмущения приводят к нарушениям в системе, вызывающим ее простой. Полагаем, также что поток возмущений подчинен пуассоновскоиу закону и при этом известнат: Г 1(цдг- интегральная интенсивность воУущений на интервале времени (0,1), требующая для нейтрализации соответствующее количество ресурса гн. Система прекратит свое полезное функционирование в тот момент времени, когда возмущения не удается устранить за счет имеющегося В системе резерва ресурса г,предназначенного для нейтрализации возмущений и входящего в общее количество ресурса г н системе, В этом случае вероятность того, что в момент времени 1 не потребуется пополнение ресурса н системе, равна вероятности Р ЬЬ Г (Ц 1 того, что случайное число Ь(г.) нарушений н ,системе в момент времени С не более имеющегося резерва ресурса г т.е.РЬц)г(ц=г. - е, (1)1) рПолагая, что нарушения устраняются в момент их поянления и события, связанные с устранением нарушений в каждый момент времени, независимы,получаем следующее выражение для вероятности Р(Г)=Р(; ) того, что в случайный момент времени Г возникнет необходимость пополнения ресурса изза его нехватки, причем г 7 г., где бГО;Г 1- текущий момент времени.ИмеемР = И Р(К), (2)К=1где Р(К) определяется в соответствии с выражением (1). Прологарифмировав выращение (2), полагая единицу изме- рения времени достаточно малой и переходя от дискретного времени к непрерывному, получим в пределе следующее удобное для расчета выражениеР =ЕХР(Еи Р(к)аК)вероятности того, что на интервале времени от 0 до 1 не потребуется пополнение ресурса, т.е. система продолжает полезно функционировать.С учетом изложенного, т.е. положив г,(г.) =" гн .(1) =для Р(й) из выражения (3, имеемР(+):ЕХРЕИИ ХЦ 5, (4)Среднее время Г полезного функциоонирования системы определяется из следующих соображенийподсчитывается число нарушений,требующее для своей нейтрализации соответствующее количество единиц ресурса г, поступающего из датчика 5 расхода ресурса на первый вход элемента б сравнения. Подсчитанное в счетчике 4 нарушений число нарушений поступает на второй вход элемента б сравнения и на втордй вход первого элемента 7 И. В элементе б сравнения сравнивается величина г ресурса на нейтрализацию возмущений в системе с числом нарушенийв системе. В случае, когда ресурса на нейтралиазацию возмущений окажется не менее числа 1 нарушений, т.е,г1, управляющий сигнал с первого выхода элемента б сравнения поступает на первый вход первого элемента 7 И, с выхода которого значение 1 числа нарушений в системе поступает на второй вход первого блока 8 умдожения, в котором подсчитывается. значение факто- риала величины 1, т.е. вычисляется 1, также значение 1 с выхода первого элемента 7 И поступает на первый вход блока 2 возведения в степень, в котором вычисляется значение величины", которое с выхода блока 2 возведения в степень поступает на второй вход первого блока 9 деления, на первый вход которого поступает с выхода первого блока 8 умножения значения 1. В первом блоке 9 деления вычис.ляется значение величины 3.;/;, которое с его выхода поступает на вход второго сумматора 10, в котором по мере расходования ресурса гн на.нейтрализацию возмущений накапливаетсяГзначение величины, )с 1, которое с вы 1"-Охода второго сум 1 атора 10 подается на второй вход второго элемента падения 11 И. Когда в элементе сравнения окажется, что весь запас ресурса гна нейтрализацию возмущений израсходован, т.евыполняется неравенство г ( 1, то со второго выхода элемента б сравнения управляющий сигнал поступает на первый вход первого блока 8 умножения, устанавливая его в исходное (единичное) состояние, а также на первый вход второго элемента 11 с выхода которого вычисленное во втором сумматоре 10 значениегвеличины;й"/1) поступает на вход первого блока 12 нелинейностей, реализующего Функцию 6,с фЬ.).Вычисленное в первом блоке 12 йелинейностей значение подается на второй вход первого сумматора 3, в котором происходит вычисление выражения(Ри - Л ),которое обозначим через А. Полученное значение с выхода первого сумматора 3 поступает на первый вход второго блока 13 умножения и на первый вход второго блока 14 деления. На второй вход второго блока 13 умножения с выхода датчика 15 планового значения 45 Поскольку случайная величинамомента времени, когда наступит необходимость пополнения ресурса гн изза его нехватки (случайного моментавремени, до которого может системаполезно функционировать), имеет усеченное распределение на интервале(О,г), то ее математическое ожиданиезависит от границы интервала 1 и рассчитывается по известной (4,5) формуле 07":5ьМ-Ий;.")Цехр(-к+1 е ,)т)-Информация о среднем времени полезного функционирования системы, 20т,е. о времени, с которого необходимо осуществлять пополнение ресурса,позволяет более целенаправленно проводить процесс эксплуатации системыи получить путем проведения своевременного пополнения ресурса требуемоевремя й полезного функционированиясистемы.Предложенная математическая модель манжет быть легко реализованааппаратурно.На чертеже приведена блок-схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит датчик 1 возмущающих воздействий, блок 2 возведения в степень, первйй сумматор 3, 335счетчик 4 числа нарушений, осуществляющий подсчет числа нарушений всистеме, датчик 5 расхода ресурса,элемент б сравнения, первый элемент7 И, первый блок 8 умножения, вычисляющий значение Факториала, первыйблок 9. деления, второй сумматор 10,второй элемент 11 И, первый блок 12нелинейностей, реализующий функцию)11Еи- .о 1:Овторой блок 13 умножения, второй блок14 деления, датчик 15 планового значения времени, второй блок 1 б нелинейности, реализующий функциюехр Еи,7.-".,-к т,третий сумматор 17, третий блок 18умножения и индикатор 19,55Устройство работает следующим образом.В процессе функционирования системы на нее .воздействуют различного родавозмущения, значение интенсивностикоторых выдается датчиком 1 возмущающих,воздействий, при эТом величина )поступает на второй вход блока 2 возведения в степень, на первый вход первого сумматора 3. Одновременно в счетчике 4 вследствие действия возмущений 65времени поступает эначение й заданного планового времени полезного функционирования системы. Во,втором блоке.13 умножения вычисляется значение величины А Т, которое подается на входвторого, блок а 16 нели нейностей, реализующего функцию ДфА. Т). С выходавторого блока 16 нелинейностей знажние ВХ(А Т) поступает на первый входтретьего сумматора 17, на второйвход которого, а также на второй входвторого блока 14 деления поступаетконстанта "1". В третьем сумматоре 17происходит вычисление величины ВХ(А-Т)-1,которое поступает на второйвход третьего блока 18 умножения,напервый вход которого подается вычисленное во втором блоке 14 деления значение величины/А .В третьем блоке 18умножения осуществляется вычислениесреднего времени,о полезного функционирования системы, равногоо:(ъ е -з.) Яехр-жих " - ,)т)-11которое с выхода третьего блока умножения 18 поступает на вход индикатора.Работа устройства на этом заканчивается.Предлагаемое устройство позволяетобеспечить функционирование системойзаданного времени Т, ее полезногофункционирования путем определениясвоевременного момента пополненияресурса в системе,Экономический эффект от внедренияпредлагаемого устройства можно оценить величиной предотвращенного ущерба, вызванного срывом запланированныхработ иэ-за простоя системы в связис отсутствием ресурса, Величину ущерба можно определить по формуле5 = ;Е Я ,1где Я (1) - ущерб от невыполнения1-й (1=1. и) работы за время простоясистемы; Я(Ц. - суммарный ущерб отневыполнения п работ за время простоясистемы.Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства можетсоставить до 10 от общей стоимостиработ, выполняемых системой, на периоде пополнения ресурса.Формула изобретенияУстройство для определения времени полезного функционирования системы на заданном ресурсе, содержащее датчик расхода ресурса, элемент сравнения, элемент И, блоки деления, двасумматора, три блока умножения и первый блок нелинейности, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения информативности системы, в неговведены второй блок нелинейности, блоквозведения в степень, датчик планового значения времени, счетчик числа 10 нарушений, датчик возмущающих воздействий и индикатор, выход датчика расхода ресурса подключен к первомувходу элемента сравнения, выходы которого соединены с первым входом перво го блока умножения и с первыми входами элементов И, второй выход первогоэлемента И подключен к выходу счетчика числа нарушения, который соединенс вторым входом элемента сравнения,выход первого элемента И подключен кпервым входам первого блока умножения и блока возведения в степень,второй вход которого соединен с датчиком .возмущающих воздействий и с первым входом первого сумматора, выходблока возведения в степень подключенк первому входу первого делителя,второй вход которого соединен с выходомпервого блока умножения,а выход - свходом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, выход которого черезпервый блок нелинейности соединен свторым входом первого сумматора, выход которого подключен к первому вхоЗ 5 ду второго делителя и к первому входувторого блока умножения, второй входкоторого соединен с датчиком планово- .го задания времени, а выход - черезвторой блок нелинейности с первым 4 О входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего блока умножения, второй ввод кото"рого соединен с выходом второго блока умножения, а выход - с входом инди катора, вторые входы третьего сумматора и второго блока деления соединены с входом устройства, счетчик числа,нарушений подключен к второму входупервого элемента И и к второму входу5 О элементра сравнения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 783815, кл. С 07 С 3/10, 1979.55 2, Авторское свидетельство ССРпо заявке Р 2990241/18-24,982044 М. Петров з 9716/ атент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиал ПП Составитель Н. БагаТехред И.Гергель 1 . Тираж 592ВНИИПИ Государственного комитпо делам иэобретений и откры 13035, Москва, Ж, Раушская аорректор И. Ватрушкина ПодписноеСССРЙд. 4/5