Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания системы

О П И С А Н И Е (п 197646ИЗЬВРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сеоз СоветскикСфцидлистнчвскикРеспублик(51)М. Кл. С 07 С 3/02 3 Ьсударстеапай квинтет СССР ав юаи изобретееЯ н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПЕРИОДА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ СИСТЕМЫ1Изобретение относится к устройст-вам контроля и может быть использовано в научных исследованиях и технике,где требуется определять период контроля и технического обслуживания слои-ной системы.Известно устройство для определения периода технического обслуживанияизделия, содержащее датчик времени,блок нелинейности, интегратор, блоки тоделения, умножения, сумматор, регистры и элемент И11Недостатком устройства являвтся узкая область применения,Наиболее близким по техническойсущности к, предлагаемому является устройство для учета и контроля времениоптимального периода технического обслуживания иэделия, которое содержит 20первый блок умножения, подключенный квходу сумматора, выход которого соединен с входом блока деления, подключенного к первому входу второго блока ум-. ножения, второй вход которого соеди" нен с выходом интегратора, который соединен с выходом блока нелинейности, входы первого блока умножения и бло" ка нелинейности подключены к датчику времени, выход первого регистра через второй регистр подключен к первому входу элемента сравнения, выход которого непосредственно и через датчик времени соединен с элементом И, выход блока умножения непосредственно и че" рез регистры подключен к элементу сравнения2.Недостатком. этого устройства явля-ется то, что оно предназначено для определения периода контроля и техни" ческого обслуживания только для простого иэделия или подсистемы сложной системы и не позволяет определить период технического обслуживания сложной системы, состоящей из нескольких. подсистем, каждая из которых в процессе функционирования потребляет свой запас ресурса.3 9761Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем повышения времени полезного функционирования сложной систвмы. 5 Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик времени, вход которого подключен к первомувыходу элемента сравнения, второй вход 10 которого соединен с первым входом элемейта И, выход первого регистра сдвига через второй регистр сдвига подключен к первому входу элемента сравнения, первый и второй выходы датчика времени соединены соответственно с вторым входом элемента И и с объединенными входами функционального преоб, разователя и первого блока умножения согласующего узла, который содержит сумматор, первый блок деления, интег. ратор и второй блок умножения, выход первого блока умножения соединен с входом сумматора, выход которого соединен с первым входом второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с выходом Функционального преобразователя, вторые входы первого блока умножения, сумматора и блока деления являются информационными входами устройства, введеньдв дополнительных согласующих узлов по числу контролируемых элементов системы, регистратор и анализатор, который содержит винформационных каналов,35 каждый из которых выполнен на элементах И, ИЛИ и элементе сравнения, первый и второй входы которого в первом информационном канале анализатора подао ключены соответственно к выходу второго блока умножения первого и второго согласующих узлов, выходы элемента сравнения в каждом информационном канале анализатора соединены с входами элементов.И, выходы которых в каж 45 дом информационном канале анализатора, кроме последнего, через элемент ИЛИподключены к первому входу элемента сравнения и к первому входу первого элемента И последующего информационно. го канала анализатора, второй вход элемента сравнения и первый вход второго элемента И остальных информационных каналов анализатора соединены с выходом второго блока умножения соот ветствующего согласующего узла, выходы элементов И последнего информационного канала подключены к первому 61 фвходу первого регистра сдвига и к второму входу элемента сравнения.Все технические системы имеют ресурс (ограниченный ресурс "жизнедеятельности"), который ими расходуется в процессе функционирования. В качестве таких ресурсов могут быть энергоресурсы, надежностные ресурсы, время активного существования, физические возможности людей и т. д, Сложная система, как правило, состоит из нескольких подсистем, для функционирования каждой из которых необходим свой ресурс. Она прекращает целевое функционирование, если наступает отказ или израсходуется ресурс хотя бы одной из ее подсистем. Увеличить время полезного функционирования сложной системы можно путем увеличения запасов ограниченных ресурсов, повышения надежности подсистем и введением их технического обслуживания, в результате которого устраняются отказы и восстанавливается работоспособность, Таким образом, время полезного Функционирования сложной системы определяется наименьшим временем полезного функционирования одной из всех ее подсистем. Если не проводить технического обслуживания системы, то время, в течение которого она может полезно функционировать, соответствует времени полезного функционирования системы до первого отказа в любой ее подсистеме. Повышение числа сеансов контроля и обслуживания сложной системы увеличивает время ее полезного функционирования за счет устранения отказов, но, с другой стороны, повышается расход ресурсов на техническое обслуживание, цто сокращает ресурсы на целевое функционирование. Поэтому существует некоторый целесообразный период между техницескими обслуживаниями, доставляющий наибольшее время полезного функционирования сложной системы. В реальной сложной системе желательно проводить контроль и техническое обслуживание одновременно всехподсистем, Контроль одной любой подсистемы или отказ ее часто приводит к останову всей системы, цто соответственно уменьшает время полезного Функционирования всей системы в целом на заданном ресурсе (например, на заданном времени активного существования системы) .976 На чертеже представлена блок-схема устройства,Устройство содержит датчик 1 времени, эадаоций возможные периоды ; Поэтому, несмотря на то, что надеж.ностные характеристики подсистем различны, чтобы увеличить время полезного функционирования системы в целом,необходимо находить общий для всехподсистем период контроля и технического обслуживания.Период контроля и технического обслуживания в общем случае не будетсоответствовать оптимальному для от- Одельных подсистем, однако, будет оптимальным для сложной системы в целомЕстественным стремлением является нахождение этого оптимального периодатехнического обслуживания сложной сис темы, который доставит максимум времени ее полезного функционирования.Пусть в составе сложной системы находится рп подсистем (1=1, 2, , щ),каждая из которых обладает своим запасом ограниченного ресурса. В частном случае система может обладать одним ресурсом, В режиме нормальногофункционирования и состоянии отказакаждая подсистема в среднем расходует 25в единицу времени с; единиц ресурса.Если в результате каждого сеанса обслуживания расходуется д единиц ресурса 1-ой подсистемы, то уравнениебаланса по ресурсу К для 1-ой подсис темы можно записатьй (с + д) =В ,.где . - период между сеансами технического обслуживания сложнойсистемы; Э 5М - число сеансов обслуживания1-ой подсистемы, которое легко выразить из уравнения балансаМ - 40СЧ;ДТак как момент йаступления отказакаждой подсистемы случаен, то среднеевремя полезного функционирования -ойподсистемы можно выразить через плотность распределения времени 1 (й) еебезотказной работыТф, (Г) = М.уй 1, (с)с 31+с Рщ= в йС учЪтом того, что время полезного50функционирования сложной системы определяется наименьшим временем полезного функционирования одной из ее подсистем, задача обоснования периодамежду сеансами технического обслуживания сложной системы по критерию мак55симума математического ожидания времени ее полезного функционированияформулируется следующим образом: ч 61 ЬНайти такой период ф, при которомТ(ф) = щах щп Т,(Ф),(1 = 1, п).В качестве примера такой сложнойсистемы можно рассматривать вычислительную машину, подсистемами которойв этом случае будут: оперативное запоминающее устройство, арифметическоеустройство, устройство управления,устройство ввода-вывода, и т. д, Каждое из устройств имеет свою интенсивность отказовВычислительная машинаработает так, что при отказе любогоиз устройств или при контрольно-профилактических мероприятиях любого изустройств вычислительная машина про,стаивает и не может выполнять целевого назначения. Поэтому целесообразнопроводить контроль и техническое обслуживание всех устройств вычислительной машины одновременно.Отказы устройств устраняются в результате их контроля и техническогообслуживания. Если в качестве ресурсавычислительной машины выступает задан"ное время активного существования, тотребуется найти такой общий для всехустройств вычислительной машины период контроля и технического обслуживания, который бы обеспечил максимумвремени ее полезного функционирования(т. е. времени, когда машина используется по целевому назначению) или мини.мума простоя вычислительной машины.Другим примером сложной системы может служить автоматическая линия пообработке какой-либо сложной деталиоснащенная множеством металлорежущихстанков, приспосоЬлений, средствтранспортировки обратабатываемой детали и т, и.Выход из строя одного иэ элементовподсистемы влечет остановку автоматической линии и, следовательно, прекращение выпуска готовой продукции.Определение оптимального периода контроля и технического обслуживания такой системы повышает эффективность ееиспользования,Предложенная математическая модельпозволяет найти оптимальный периодтехнического обслуживания сложной сис-.темы и может быть легко реализованааппаратурно.7 9764 технического обслуживания сложной системы, причем каждый последующий интервал увеличивается относительно предыдущего на величинуС, функциональный преобразователь 2, реализующий функцию Р " вероятность работы 1-ой подсистемы на интервале О,й, интегратор 3, интегрирующий функцию Рй), первый блок 4 умножения, сумматор 5, первый блок 6 деления, вто- Я рой блок 7 умножения, анализатор 8 состоящий из впоследовательно соединенных групп логических схем, каждая из которых объединяет элемент " сравнения, два элемента И 101 и 11 1 и элемент ИЛИ 12, первый и второй регистры 13 и 11 сдвига, первый элемент 15 сравнения, первый элемент И 16, регистратор 17.В согласующие узлы 1818 входят интегратор, сум матор, блок умножения и функциональный преобразователь. Число таких согласующих узлов, как и число групп анализатора (в), определяется числом подсистем в сложной системе. 23Устройство работает следующим образом.Датчик 1 времени с шагом ЬГ задает в порядке нарастания последовательность возможных значений т периода ЗО контроля и технического обслуж(вания сложной системы = 7; +ЬХ; 3=1При каждом очередном значении, из функционального преобразователя 2выбирается на интервале О,Сфунк ЗЗ ция Р (С) и засылается в интегратор 3, .где она интегрируется. Верхний предел интегрирования определяется текущим значением датчика 1 времени, С интегратора 3 сигнал, соответствующий е 1 Р (й)дй, поступает на первый вход второго блока 7 умножения, На второй вход этого блока умножения поступает сигнал с блока 6 деления, соответствующий выражению В, сд;+94На первый вход блока 6 деления поступает сигнал с первого блока умножения через сумматор 5. Р первом блоке 1 умножения параметр с входа устройства перемножается с текущимзначением датчика времениЧ, а в сум маторе 5 входной сигнал первого блока умножения суммируется с другим входным параметром д, На второй входбло. ка 6 деления с входа устройства пода- З ется параметр В, определяющий запас ограниченного ресурса, С выхода второго блока 7 умножения выхода первого 61 8согласующего блока сигнал, соответствующий среднему времени полезного функционирования Тф первой подсисте 3мы (если ее обслужить с периодомС ), поступает на второй вход элемента 9 сравнения первого информационного канала анализатора, на первый вход которой поступает аналогичная информация Тф с выхода второго согласующего узла.Если в результате сравнения окажется, что ТфсТф , то решающий сигнал с второго выхода элемента 9 сравнения подается на второй вход элемента И 10 и значение Тф от первого входа элемента И 10 (первый вход анализатора 8) проходит на первый вход элемента ИЛИ 12. В противном случае, при Тф 7 Тф разрешающий сигнал вырабатывается на первом входе элемента 9 сравнения, подается на второй вход элемента И, и значение Тф от первого входа элемента И 11 (второй вход анализатора) проходит на второй вход элемента ИЛИ 12, на выходе которого появляется сигнал при наличии такого хотя бы на одном ее входе. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ 12 действует сигнал, соответствующий минимальной из величин Ти, Тф(Т(е л) который подается на вход второго ийформационного канала анализатора 8, т, е. на первый вход которой поступает величина ТфЗ с выхода третьего согласующего узла, соответствующая среднему времени полезного функционирования третьего элемента подсистемы. Процесс сравнения величин Т. и ТфР 1 во втором информациончом кайале анализатора 8 аналогичен сравнению в первом информационном канале анализатора. В результате сравнения Тфи ТуЗ меньшая из этих величиф появляется на выходе элемента ИЛИ 12 (Т) и передается на вход третьего ййформацион.ного канала анализатора 8, на другой вход которого подается Тф, соответствующая четвертому согласующему узлу и т. д. С выхода элемента ИЛИ 12 (а)поЯследнего (е) информационного канала анализатора 8, являющегося его выходом, наименьшее значение среднего времени полезного функционирования (а 1 п Тф, 1=1, в) поступает на вход первого регистра 13 и на вход первого элемента 15 сравнения. При этом ранее занесенное в первый регистр значение Т.976461 10 9у: в 1 п ТФ 11-1(1=1, 6) пересылаетд во второй 1 егистр 14 и затем поступает на второй вход элемента 15 сравнения. В исходном состоянии перед началом работы устройства оба его регистра пе реводятся в нулевое состояние. В последующем при передаче информации с первого регистра на второй ранее занесенная на второй регистр информация уничтожается. В элементе 15 сравненияпосле выдачи датчиком 1 времени очеф; редного значениясравниваются меж 3ду собой две величины Т .1 и Тф, одна из которых соответствует текущему значениюГ, а другая - предшествующему Т-;. Если в результате сравнения окажется, что ТфТ , то с первого выхода элемента 15 сравнения выдается управляющий сигнал датчику 1 времени на выдачу очередного значения З Г.,1. В противном случае, т. е. приТФ р Т такой сигнал с второго выхода элемента сравнения поступает на разрешающий вход элемента И 16 совпадения, и значение т , соответствую- ф щее оптимальному периоду контроля системы с второго выхода датчика 1 времени поступает на вход регистратора 17. Работа устройства на этом . заканчи- Зв вается. формула изобретения Предлагаемое изобретение позволяет найти оптимальный период контроля и технического обслуживания сложной сис 33 темы, который доставляет максимум вре мени ее полезного функционирования. Любое отклонение от оптимального периода влечет за собой уменьшение времени полезного функционирования сложной системы. Так, если период г. обслуживания сложной системы выбрать меньше оптимального (определенного ф устройством), то большее .количество ресурса будет израсходовано на техническое обслуживание и меньшее коли" чество ресурса останется на полезное функционирование, с другой стороны, ф если период между сеансами технического обслуживания увеличить, то систе ма может находиться бесконтрольно в состоянии отказа длительное время, не- произвольно расходуя при этом овой Я ресурс, что также приводит к уменьшению времени полезного функционирования системы. Устройство для определения оптимального периода технического обслуживания системы, содержащее датчик времени, вход которого подключен к первому выходу элемента сравнения, второй выход которого соединен с первым входом элемента И, выход первого регистра сдвига через второй регистр сдвига подключен к первому входу эле" мента сравнения, первый и второй выходы датчика времени соединены, соответственно с вторым входом элемента И и с объединенными входами Функционального преобразователя и первого блока умножения согласующего узла, который содержит сумматор, первый блок деления, интегратор и второй блок умноже" ния, выход первого блока умножения соединен с входом сумматора, выход которого соединен с первым входом второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, вторые входы первого блока умножения, сумматора и блока деления являются информационным входами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены а дополнительных согласующих узлов по числу контролируемых элементов системы, регистратор и анализатор, который содержит винформационных каналов, каждый из которых выполнен на элементах И, ИЛИ и элементе сравнения, первый и второй входы которого в первом информационном канале анализатора подключены соответст" венно к выходу второго блока умножения первого и второго согласующих узлов, выходы: элемента сравнения в каждом информационном канале анализатора соединены с входами элементов И, выходы которых в каждом информационном канале анализатора, кроме последнего, через элемент ИЛИ подключены к первому входу элемента сравнения и к первому входу первого элемента И последующего информационного канала анализатора, второй вход элемента сравнения и первый вход второго элемента И остальных информационных каналов анализатора соединены с выходом второго блока умножения соответствующего согласующего узла, выходы элементов И последнего информационного канала подключены к11 976461 12первому. входу первого регистра сдвига 1. Авторское свидетельство СССР по и к второму входу элемента срав-заявке я" 2990241/18-24, кл. С 07 С 3/08, нвния. 1980.2. Авторское свидетельство СССРИсточники информации, " з 11 758210, кл. С 07 С 3/08, 1978 (пропринятые во внимание при экспертизе тотип). оставитель Н. Багановаехред Т.Маточка Коррек Рошк дактор Т. Кугрышев Заказ 9006/764/5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 592 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 113035, Москва, -35, Раущская