Устройство для прогнозирования надежности восстанавливаемых систем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) 011 1511 С 05 В 23/ ТЕНИ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К тельство ССС 23/02, 1978 льство СССР 23/02, 1980 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпо делАм изоБРетений и ОтнРЫтий САНИЕ ИЗОБР(71) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта(56) Авторское свиде РВ 615454, кл. 6 05 ВАвторское свидетеУ 773629, кл. С 05 В(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ СИСТЕМ, содержащее блок генераторов случайных напряжений и блок регистрации, содержащий первый элемент НЕ, входом и выходом связанный с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, первые входы которых объединены, а выходы подключены к входам первого и второго суммирующих счетчиков, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности прогнозирования, оно содержит генератор тактовых импульсов, блок источников постоянных напряжений, второй элемент НЕ, третий элемент И, первый элемент ИЛИ, первые имитаторы, каждый из которых состоит из элемента запоминания, первого делителя частоты, двух пороговых элементов, четвертого элемента И, второго элемента ИЛИ, первого, второго и третьего одновибраторов и первого генератора линейно изменяющегося напряжения, вторые имитаторы,каждый из которых состоит из второго генератора линейно изменяющегосянапряжения, третьего порогового эле-.мента, четвертого и пятого одновибраторов, второго делителя частотыи третьего элемента ИЛИ, причемвыход генератора тактовых импульсовсоединен с первыми входами первого.третьего элемента И через второйэлемент НЕ связан с вторыми управляющими входами первого и второгогенераторов линейно изменяющегосянапряжения всех первых и вторых имитаторов и входом первого элементаНЕ, первые информационные входы пер-вых генераторов линейно изменяющегося напряжения подключены к нечетным первым выходам блока генераторов случайных напряжений, четные,первые и вторые входы которого подключены соответственно к входамзаписи элементов запоминания первыхимитаторов и первым информационнымвходам вторых генераторов линейноизменяющегося напряжения вторыхимитаторов, выходы блока источниковпостоянных напряжений связаны с вторыми информационными входами вторыхгенераторов линейно изменяющегосянапряжения, выход третьего элемента И соединен с входами первых ивторых делителей частоты, выходывторых и третьих элементов ИЛИ связаны с входами первого элемента ИЛИ,выход которого подключен к входу первого элемента НЕ, в каждом первомимитаторе выход элемента запоминания подсоединен к второму информационному входу первого генератора линей1 но изменяющегося напряжения, первый управляющий вход которого гэдключен к входу управления записью элемента запоминания и выходу второго элемента ИЛИ, выход первого генератора линейно изменяющегося напряжения подсоединен к входам первого и второго пороговых элементов, выходы которых соединены соответственно с входом первого эдновибратора и первым входом четвертого элемента И, выход которого через третий одновибратор подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора, выход первого делителя частоты через второй одновибратор связан с вторым входом четвертого элемента И, в каждом втором имитаторе выход третьего элемента ИЛИ соединен е первым управляющим входом второго генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого через последовательно соединенные третий пороговый элемент и четвертый одновибратор связан с первым входом третьегоэлемента ИЛИ, второй вход которого через пятый одиовибратор подключен к выходу . второго делителя часто 1984642. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждыйгенератор линейно изменяющегося напряжения содержит элемент ИЛИ-НЕ, угри резистора, два ключа, конденсатор и операционный усилитель, причем первый и второй информационные и первый управляющий входы генератора линейно изменяющегося напряжения сое динены соответственно с входами первого и третьего резисторов и с объединенными между собой управляющим входом первого ключа и первым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого связан с управляющим входом .второго ключа, информационный вход и выход которого подключены соответственно к выходу третьего резистора и входу операционного усилителя, связанному также с выходом первого ключа и входом конденсатора, выход которого объединен с выходами второго резистора и операционного усилителя и подключен к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, информационный вход первого ключа соединен с выходом первого и входом второго резистора, второй вход элемента ИЛИ-НЕ подключен к второму управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряженияИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании надеж" ности восстанавливаемых систем с учетом технического обслуживания, в результате которого .наименее надеж ные элементы заменяются новыми.Цель изобретения - повышение точности прогнозирования надежности систем.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства на фиг. 2 имитатор постепенных отказов; нафиг. 3- имитатор внезапных отказов;на Фиг. 4- генератор линейно изменяющегося напряжения; на фиг. 5 - блок регистрации.Устройство содержит генератор тактовых импульсов, блок 2 генераторов случайных напряжения, блок10 3 источников постоянных напряжений,второй элемент НЕ 4, элемент 5 И,блок 6 имитаторов постепенных отказов, блок 7 имитаторов внезапных отказов, первый элемент ИЛИ 8 и блок 9 регистрации.Блок 6 имитаторов постепенных отказов состоит из тождественных по структуре первых имитаторов,каждый из которых содержит элемент10 запоминания, первый генератор 11линейно изменяющегося напряжения,первый делитель 12 частоты, первый ,13 и второй 14 пороговые элементы,15 четвертый элемент И 15., второй элемент 16 ИЛИ, первый 17, второй 18и третий 19 одновибраторы.Блок 7 имитаторов внезапных отказов состоит из тождественных по20 структуре вторых имитаторов, каждыйиз которых содержит второй генератор 20 линейно изменяющегося напряжения, третий пороговый элемент 21, четвертый 22 и пятый 23 одновибраторы, второй делитель 24 частоты и третий элемент ИЛИ 25.Генераторы 11 и 20 линейно изменяющегося напряжения тождественны по структуре и содержат каждый элемент ИЛИ-НЕ 26, первый 27, второй 28 и третий 29 резисторы, первый 30 и второй 31 ключи, конденсатор 32 и операционный усилитель 33.Блок 9 регистрации содержит первый элемент НЕ 34, первый 35 и второй 36 элементы И, первый 37 и второй 38 суммирующие счетчики.Имитаторы постепенных и внезапных отказов предназначены для имитации отказов элементов системы, их восстановления и проведения технического обслуживания, т.епроведения плановых профилактических осмотров элементов системы, для которых характерны постепенные отказы, с последующей заменой элементов, близких к состоянию отказа, и проведения профилактической замены элементов с внезапными отказами через определенную их наработку. Устройство предназначено для оценки показателей надежности нерезервированных систем, В каждой из исследуемых систем выделяются и + щ элементов, для и из которых характерны постепенные, а для И - внезапные отказы, Отказ любого элемента приводит к отказу системы.Устройство работает следующим образом.Перед началом работы устройства счетчики 37 и 38 устанавливаются в нулевое состояние, на каждый изэлементов 10 и конденсаторов 32 записываются мгновенные значения случайного напряжения при подаче на входы управления записью элементов 10 и на третьи входы генераторов 11 кратковременного импульса, что приводит к кратковременному подключению конденсаторов 32 к соответствующим выходам блока 2.Генератор 1 вырабатывает последовательность импульсов, поступающих ,через элемент 5 на четвертые входы блоков 6, - :61, и 7, -7, На вторые входы генераторов 11 поступают из элементов 10 мгновенные значенияслучайных напряжений, пропорционапьных скорости изменения значений, определяющих параметров элементов системы. На третьи входы имитаторов 6, -6поступают сигналы с выхода э.пемента 8. Этот сигнал равен нулю при работоспособном состоянии системы и единице - при отказе системы.При работоспособном состоянии системы на четвертом входе генератора 11, который соединен с третьим входом блока имитатора 6присутствует сигнал нулевого уровня, На третий вход генератора 11 поступает нулевой сигнал с выхода элемента 16. При этом ключ 30 закрыт, а ключ 31 открыт.В момент времени начала имитации изменения определяющего параметра элемента исследуемой системы на кон 5 10 15 20 на вход элемента 8. Появление единичного импульса на выходе элеменденсаторе 32 записано мгновенноезначение случайного напряжения с первого выхода блока 2. Значение записанного на конденсаторе 32 напряжения соответствует начальному значению этого параметра элемента, Законраспределения мгновенных значенийнапряжения соответствует закону распределения начальных значений параметров элементов системы.Операционный усилитель 33 интегрирует напряжение, поступающее с выхода элемента 10, причем изменениенапряжения на выходе операционногоусилителя начинается со значениянапряжения, записанного на конденсаторе 20. Изменение напряженияна выходе операционного усилителяимитирует изменение опредепяющегопараметра элемента системы при его 40износе и старении в ходе эксплуатации,. Элемент считается работоспособным, если напряжение на выходе операционного усилителя лежит в пределах, определяемых порогами срабатывания элемента 13, которые соответствуют предельно допустимым значениям определяющего параметра.Если это напряжение становится мень ше нижнего или больше верхнего порога срабатывания, то на выходе элемента 13 формируется единичныйсигнал. Этот сигнал поступает навход одновибратора 17, который вы дает импульс фиксированной длительности, проходящий через элемент 165 1 та 8 соответствует отказу всей системы. При отказе системы проводится замена отказавшего элемента. Время, необходимое для замены отказавшего элемента, т.е. для восстановления работоспособности системы, имитируется длительностью импульса на выходе одновибратора 17.Учет замены элементов, близких к состоянию отказов, производится следующим образом.Замене элемента предшествуют профилактические осмотры с целью выявления состояния элемента. Для имитации моментов времени проведения профилактических осмотров используется делитель 12. На его вход поступает с выхода генератора 1 через элемент 5 последовательность импульсов, задающая масштаб времени моделирования, На выходе делителя 12 формируется последовательность импульсов, частота которых в К раз меньше частоты входящей последовательности (К - коэффициент пересчета делителя частоты). Выходящая последовательность импульсов поступает на вход одновибратора 18, который по переднему фронту импульсов формирует короткие импульсы, длительность которых пропорциональна длительности проведения профилактических осмотров, а момент появления коротких импульсов - момент начала осмотров. Необходимость замены элемента, близкого к состоянию отказа, определяется путем сравнения фактического значения определяющего параметра элемента с некоторыми критическими значениями. Сравнение осуществляется с помощью элемента 14. При выходе определяющего параметра элемента за поле допуска, устанавливаемого порогом элемента 14, на его выходе появляется единичный уровень напряжения, поступающий на вход элемента 15. В этом случае, соответствующем проведению профилактического осмотра данного элемента, на выходе элемента 15 появляется импульс, поступающий на вход одновибратора 19. По переднему фронту этого импульса одновибратор 19 формирует импульс фиксированной длительности, которая пропорциональна времени замены элемента системы. С выхода одновибратора 19 импульс проходит198464 6на выход элемента 16 и служит сигналом, соответствующим профилактической замене элемента системы,На выходе элемента 8 в этот момент также появляется "1", соответствующая отказу всей системы. После окончания импульсов на выходе одновибратора 17 или 19 система восстанавливает работоспособность. 1 О15 20 25 30 35 40 4550 55 При имитации отказа исследуемойсистемы, т.е. при профилактической, или аварийной замене хотя бы одного ее элемента, на выходе элемента 8 появляется " 1", поступающая на третьи входы блоков имитаторов 61-6и 71-7,. На второй вход элемента 10, третий и четвертый входы генератора 1 1 поступает " 1". Ключ элемента 10 и ключ 30 открываются, а ключ 31 закрывается. При восстановлении элемента системы на конденсаторах элемента 10 и генератора 11 оказываются записанными новые значения случайного напряжения с первого и второго выходов блока 2 (новая скорость изменения определяющего параметра и начальное значение параметра у элемента, установленного на место изъятого).При имитации отказа система из-за отказа элемента, моделируемого другим имитатором на четвертом входе генератора 11 появляется " 1", а на третьем его входе - "0". Ключ 31 закрывается первый вход 30 остается закрытым), что приводит к остановке изменения напряжения на выходе операционного усилителя 33, Послевосстановления системы начальное значение напряжения на конденсаторе 32 соответствует напряжению на нем в момент отказа системы, что имитирует отсутствие изменения параметра данного элемента за счет износа при неработоспособном состоянии системы.Для имитации моментов времени внезапных отказов элементов системы используется принцип преобразования мгновенных значений случайного напряжения, распределенного по заданному закону распределения, в соответствующий интервал времени, длительность которого пропорциональна времени безотказной работы элемента. Для имитации внезапных отказов элементов на первый вход генератора 20 поступает постоянное напряжение с первого выхода блока 3. На выходе7 11 генератора 20 формируется линейно изменяющееся напряжение, начальное значение которого записано на конденсаторе 32. При выходе напряжения на выходе генератора 20 за границы, определяемые порогами срабатывания элемента 21, на его выходе появляется " 1", которая поступает на вход одновибратора 22. Длительность импульса на выходе одновибратора пропорциональна времени восстановления работоспособности при аварийной замене элемента.Профилактическая замена элемента, имеющего внезапный характер отказа, имитируется следующим образом.На выходе делителя 24 с некоторым периодом, определяемым коэффициентом деления делителя, появляются импульсы, поступающие на вход одновибратора 23, Длительности им. - пульсов, формируемых одновибратором, моделируют время восстановления системы при профилактической замене элементов. Длительность времени восстановления системы при профилактической замене элемента гораздо меньше длительности восстановления системы при отказе одного из элементов (так же, как и при имитации постепенных отказов). После срабатывания одновибратора 22 (или 23) на выходе элемента 25 появляется " 1", которая поступает на третий вход генератора 20. Это приводит к открыванию ключа 30 и закрыванию ключа 31. На конденсаторе 32 появляется новое значение случайного напряжения, пропорциональное значению определяющего параметра элемента, который установлен на место отказавшего между профилактиками или замененного во время профилактики элемента.При отказе любого другого элемента системы напряжения на выходе операционного усилителя 33 генератора 20 не изменяются, так как на четвертый вход генератора 20 поступает " 1", закрывающая ключ 31. При отказе системы единичный сигнал с выхода элемента 8 поступает через элемент 4 на второй вход элемента 5. Элемент 5 при этом перестает пропускать импульсы с выхода генератора 1 на четвертые входы всех имитаторов отказов, Тем самым имитируется простой системы из-за замен элементов98464 с постепенными или внезапными характерами отказов. Неотказавшие элементы при этом отключаются, а значения их определяющих параметров фиксируются до возобновления работы системы.В предлагаемом устройстве реализуется стратегия проведения технического обслуживания на наработке элементов, т,е. при задании очередного срока проведения технического обслуживания учитывается длительность простоев системы из-за отказов элементов, имеющих место между обслуживаниями. Это модулируется с помощью элементов 4 и 5, При поступлении на вход элемента НЕ 4 единичного сигнала об отказе системы на второй вход элемента 5 поступает нулевой сигнал, не разре 5 10 15 20 накапливается количество импульсов,пропорциональное суммарному времени безотказной работы системы. По 55 накопленным в счетчиках 37 и 38числам вычисляются значения коэффициента готовности и коэффициентапростоя системы. шающий прохождение на выход этогоэлемента последовательности импульсов с выхода генератора 1. Такимобразом, прерывается последовательность импульсов, поступающая иа четвертые входы имитаторов постепенныхи внезапных отказов. Это имитируетувеличение интервала .проведениятехнического обслуживания на времяпростоя системы,Единичный сигнал об отказе системы поступает на второй вход блока 9 регистрации, на первый вход которого подается последовательность импульсовс выхода генератора 1. Импульсыпроходят на суммирующий вход счетчика 37 до тех пор, пока система находится в неработоспособном состоянии.Содержимое счетчика 27 пропорциональносуммарному временипростоя системы.40Сигнал об отказе системы также.:поступает на вход элемента 34 навыходе которого формируется сигналединичного уровня, когда нерезервированная система работоспособна 45Эи сигнал нулевого уровня при отказесистемы. Сигнал с выхода инвертора34 поступает на второй вход элемента Зб, на первый вход которого поступает последовательность импульсовс выхода генератора 1.Таким образом, в счетчике 38Таким образом, введение в устройство для прогнозирования надежности восстанавливаемых систем новых блоков позволяет осуществлять прогнозирование надежности систем с учетом их технического обслуживания. Это приводит к увеличению точности прогнозируемых численных значений показателей надежности. 98464 оВ результате расширения функцио.нальных возможностей по сравнениюс известным устройством улучшаютсятехнико-экономические показателиустройства и повышается его точностьпутем более полного учета факторов,влияющих на надежность системы,т,е. особенностей технического обслуживания системы.1198464г ВНИИПИ Заказ 7717/45 Тира одписноФ Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4