RU 2 524 849 C2

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
(13)
2 524 849
C2
(51) МПК
G07C
3/08 (2006.01)
G01R 31/00 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
(12) ОПИСАНИЕ
(21)(22) Заявка:
ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
2011142590/08, 26.08.2011
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
26.08.2011
(43) Дата публикации заявки: 10.03.2013 Бюл. № 7
(45) Опубликовано: 10.08.2014 Бюл. № 22
C1, 10.04.2006. SU 1732364 A1, 07.05.1992. SU
1580414 A1, 23.07.1990. US 2011/0018575 A1,
27.01.2011
2 5 2 4 8 4 9
R U
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТНЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗДЕЛИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к устройствам
и две совокупности функциональных блоков,
контроля и может использоваться для
обеспечивающих решение задачи. Первая
определения оптимальных значений параметров
совокупность блоков включает первый блок
надежности
изделий
и
вычисления
нелинейности 2, первый интегратор 3, первый
соответствующих значений времени безотказной
делитель 4, первый усилитель 5, первый 6 и второй
работы
и
продолжительности
процесса
7 сумматоры и первый блок умножения 8. Вторая
обслуживания изделия. Техническим результатом
совокупность блоков включает второй усилитель
является расширение функциональных и
9, третий 10 и четвертый 11 сумматоры, второй
информативных возможностей устройства за счет
блок умножения 12, второй блок нелинейности
вычисления и предоставления в качестве
13, второй интегратор 14 и второй делитель 15.
выходных
данных
значений
времени
Устройство также содержит пятый 23 и шестой
работоспособного
состояния
и
времени
24 сумматоры, блок сравнения 16, семь элементов
технического обслуживания на интервале одного
задержки (17, 18, 19, 25, 26, 27, 28) и семь ключей
цикла обслуживания изделия. Устройство
(20, 21, 22, 29, 30, 31, 32). 1 ил.
содержит генератор ступенчатого напряжения 1
Стр.: 1
C 2
C 2
Адрес для переписки:
199178, Санкт-Петербург, 14 линия, 39,
СПИИРАН, Заместителю директора института
по научной работе Б.В. Соколову
2 5 2 4 8 4 9
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2273882 C1, 10.04.2006. RU 2273881
(73) Патентообладатель(и):
Федеральное государственное бюджетное
учреждение науки Санкт-Петербургский
институт информатики и автоматизации
Российской академии наук (СПИИРАН)
(RU)
R U
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 26.08.2011
(72) Автор(ы):
Соколов Борис Владимирович (RU),
Стародубов Вадим Алексеевич (RU),
Гришин Владимир Дмитриевич (RU),
Зеленцов Вячеслав Алексеевич (RU)
C 2
C 2
2 5 2 4 8 4 9
2 5 2 4 8 4 9
R U
R U
Стр.: 2
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
(13)
2 524 849
C2
(51) Int. Cl.
G07C
3/08 (2006.01)
G01R 31/00 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY
(12) ABSTRACT
(21)(22) Application:
OF INVENTION
2011142590/08, 26.08.2011
(24) Effective date for property rights:
26.08.2011
(43) Application published: 10.03.2013 Bull. № 7
(45) Date of publication: 10.08.2014 Bull. № 22
Стр.: 3
C 2
2 5 2 4 8 4 9
R U
C 2
(54) APPARATUS FOR DETERMINING RELIABILITY AND PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF
ARTICLE
(57) Abstract:
FIELD: physics; control.
sion as output data of values of time of an operational
SUBSTANCE: invention relates to control devices
state and time of maintenance over one maintenance
and can be used to determine optimum values of reliacycle of the article.
bility parameters of articles and calculate corresponding
1 dwg
values of time of faultless operation and duration of the
process of maintenance of an article. The apparatus
comprises a step voltage generator 1 and two sets of
functional units which facilitate problem solving. The
first set of units includes a first nonlinearity unit 2, a
first integrator 3, a first divider 4, a first amplifier 5, a
first 6 and a second 7 adder and a first multiplier unit
8. The second set of units includes a second amplifier
9, a third 10 and a fourth 11 adder, a second multiplier
unit 12, a second nonlinearity unit 13, a second integrator 14 and a second divider 15. The apparatus also includes a fifth 23 and a sixth adder 24, a comparator unit
16, seven delay elements (17, 18, 19, 25, 26, 27, 28)
and seven switches (20, 21, 22, 29, 30, 31, 32).
EFFECT: broader functional and information capabilities of the apparatus owing to calculation and provi-
2 5 2 4 8 4 9
Mail address:
199178, Sankt-Peterburg, 14 linija, 39, SPIIRAN,
Zamestitelju direktora instituta po nauchnoj rabote
B.V. Sokolovu
(73) Proprietor(s):
Federal'noe gosudarstvennoe bjudzhetnoe
uchrezhdenie nauki Sankt-Peterburgskij institut
informatiki i avtomatizatsii Rossijskoj akademii
nauk (SPIIRAN) (RU)
R U
Priority:
(22) Date of filing: 26.08.2011
(72) Inventor(s):
Sokolov Boris Vladimirovich (RU),
Starodubov Vadim Alekseevich (RU),
Grishin Vladimir Dmitrievich (RU),
Zelentsov Vjacheslav Alekseevich (RU)
RU
5
10
15
20
25
30
35
40
45
2 524 849 C2
Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам
контроля, и может быть использовано в научных исследованиях и при формировании
конструкторских решений, когда требуется находить оптимальные значения
интенсивности отказов, обеспечивающие максимально возможную готовность изделий
к применению, вычислять время работоспособного состояния и продолжительность
процесса обслуживания при заданной стратегии их технического обслуживания.
Техническим результатом является расширение функциональных и информативных
возможностей устройства.
Известны работы [1, 2], посвященные обоснованию требований к надежности
элементов сложных систем. В них предлагаются подходы к установлению рациональных
границ надежности элементов, показана неоправданность стремления к максимальной
надежности элементов систем из-за экономической и технической нецелесообразности.
Однако в данных работах не рассматривается существующая связь надежности изделий
с параметрами стратегии их технического обслуживания.
Известны устройства [3, 4], позволяющие определять значения интенсивности отказов,
обеспечивающие получение экстремальных значений показателей качества
функционирования изделий. Их общим недостатком является низкая точность
определения искомых величин в связи с реализацией упрощенных математических
моделей функционирования изделий. Известно также устройство [5]. Его недостатком
является ограниченность функциональных и информативных возможностей.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является
устройство [6], содержащее генератор ступенчатого напряжения, два блока
нелинейностей, два интегратора, шесть сумматоров, два блока умножения, блок
сравнения, три элемента задержки, три ключа, два делителя и два усилителя. Оно
позволяет определять значение интенсивности отказов, которые при заданном периоде
технического обслуживания обеспечивает минимальное значение коэффициента простоя
- показателя качества функционирования изделия. Недостатком данного устройства
является ограниченность функциональных возможностей.
Целями предлагаемого технического решения является расширение функциональных
и информативных возможностей устройства. Цель достигается путем определения и
вывода в качестве выходных данных значений коэффициента готовности, времени
безотказной работы и продолжительности процесса обслуживания изделия,
соответствующих заданному периоду обслуживания и вычисленному значению
интенсивности отказов.
Процесс обслуживания изделия носит циклический характер. Средняя
продолжительность цикла обслуживания составляет
где τ - период обслуживания изделия;
- среднее время контроля работоспособности изделия;
- среднее время проведения планово-предупредительной профилактики;
- среднее время аварийно-восстановительных работ;
P(τ) - вероятность безотказной работы изделия за время τ.
Контроль работоспособности изделия осуществляется в плановые сеансы с периодом
τ. В связи с этим на интервале времени между сеансами контроля изделие может
находиться не только в работоспособном состоянии, но и в отказе. Поэтому имеет
место соотношение
Стр.: 4
RU
где
2 524 849 C2
- среднее время работоспособного состояния;
- среднее время пребывания изделия в отказе.
5
10
15
20
25
30
35
40
Значение
определяется по формуле
Если результаты контроля покажут, что изделие работоспособно, то проводится
плановая предупредительная профилактика. Если же оно окажется неработоспособным,
то будут выполнены аварийно-восстановительные работы, в результате которых
работоспособность будет восстановлена. Продолжительность процесса обслуживания
изделия составляет
При проведении операций контроля, планово-предупредительной профилактики и
аварийно-восстановительных работ, а также при нахождении в состоянии отказа изделие
не может использоваться по назначению как не готовое к целевому применению.
Техническое состояние изделия в произвольный момент времени носит случайный
характер. В связи с этим в теории и практике эксплуатации изделий широко используются
вероятностные характеристики состояния этих изделий, в том числе коэффициент
готовности.
Под коэффициентом готовности будем понимать отношение среднего времени,
проведенного изделием в работоспособном состоянии на интервале одного цикла
обслуживания, к средней длительности этого процесса. С учетом (1), (3) и (4) имеем
При экспоненциальном законе распределения времени безотказной работы изделия
величина P(τ) выражается так P(τ)=ехр{-λτ}, а соотношение (3) имеет вид
.
Из рассмотренного следует, что коэффициент готовности существенно зависит от
интенсивности отказов и периода технического обслуживания изделия. Проведенные
исследования показывают, что при фиксированном значении интенсивности отказов
существует единственный (оптимальный) период обслуживания τ*, когда коэффициент
готовности достигает максимального значения. Возрастание интенсивности отказов
влечет за собой уменьшение значения оптимального периода обслуживания. Из этого
следует, что для заданного периода обслуживания можно определить такое значение
интенсивности отказов, при котором коэффициент готовности будет максимальным.
В связи с изложенным задачу определения оптимального значения интенсивности
отказов запишем в следующем виде:
45
Полученному значению λ* согласно (3), (4), (5) соответствуют вычисленные значения
коэффициента готовности КГ, времени работоспособного состояния τФ и времени
Стр.: 5
RU
5
10
15
2 524 849 C2
обслуживания τОБС.
Предложенная модель может быть реализована аппаратурно с помощью
предлагаемого устройства.
На чертеже показана схема устройства. Оно содержит: генератор ступенчатого
напряжения 1, блоки нелинейности 2, 13; интеграторы 3, 14; делители 4, 15; усилители
5, 9; сумматоры 6, 7, 10, 11, 23, 24; блоки умножения 8, 12; блок сравнения 16; элементы
задержки 17, 18, 19, 25, 26, 27, 28; ключи 20, 21, 22, 29, 30, 31, 32.
Отметим, что в составе устройства имеются две совокупности функциональных
блоков, обеспечивающих решение задачи (6):
1. Первый блок нелинейности 2, первый интегратор 3, первый делитель 4, первый
усилитель 5, первый 6 и второй 7 сумматоры и первый блок умножения 8.
2. Второй усилитель 9, третий 10 и четвертый 11 сумматоры, второй блок умножения
12, второй блок нелинейности 13, второй интегратор 14 и второй делитель 15.
Эти совокупности блоков обеспечивают вычисление коэффициента готовности КГ
в окрестностях ±Δτ заданного значения τЗАД периода технического обслуживания
изделия. При этом для каждого возможного значения λj, где j=1, 2, …, интенсивности
отказов первая совокупность блоков обеспечивает вычисление
20
вторая совокупность блоков -
,а
. Процесс функционирования этих
совокупностей одинаковый и одновременный.
Вычисленные значения
25
30
35
используются в работе устройства для определения
оптимального значения λ* интенсивности отказов изделия. Вместе с этим осуществляется
формирование значений остальных выходных параметров, соответствующих значению
λ*.
Устройство работает следующим образом. Генератор ступенчатого напряжения 1
с шагом Δλ задает в порядке нарастания последовательность возможных значений
интенсивности отказов λj изделия λj=λj-1+Δλ, j=1, 2, …, λ0=0. Значение λj поступает на
первые входы блоков 2 и 13 нелинейности (например, схема 3-4-2 [7]). С третьего входа
устройства на входы усилителей 5 и 9 поступает значение периода контроля и
технического обслуживания изделия τЗ. Усилители 5 и 9 имеют разные коэффициенты
усиления, но такие, что на выходе первого 5 усилителя действует сигнал,
соответствующий значению τЗ-Δτ периода контроля и технического обслуживания
изделия, а на выходе второго 9 усилителя - τЗ+Δτ. Значение сигнала τЗ-Δτ с выхода
первого усилителя 5 поступает на вторые входы первого 6 сумматора и первого блока
нелинейности 2. При каждом значении λj в первом блоке 2 нелинейности формируется
функция
40
и
и передается на вторые входы первого интегратора
3 и первого блока умножения 8. В интеграторе 3 осуществляется интегрирование
функции
на интервале [0, τЗ-Δτ], т.е. формируется текущее значение
в
соответствии с (3). В первом блоке умножения 8 происходит перемножение функции
с величиной
45
, поступившей на первый вход блока 8 со второго входа
устройства. Результат перемножения
с выхода блока умножения 8
передается на вторые входы второго сумматора 7 и пятого сумматора 23. Сигнал,
соответствующий величине
, с первого входа устройства поступает на первые
Стр.: 6
RU
2 524 849 C2
входы первого 6, третьего 10, пятого 23 и шестого 24 сумматоров. В первом сумматоре
6 значение сигнала τЗ-Δτ складывается со значением
. Результат сложения
передается на первый вход второго сумматора 7. В сумматоре 7 реализуется
5
соотношение (1) и выходной сигнал
подается на
первый вход первого делителя 4. Сигнал
с выхода первого интегратора 3 поступает
на второй вход первого делителя 4, в котором вычисляется значение коэффициента
готовности
10
в соответствии с соотношением (5). Выходной сигнал
делителя 4 подается на второй вход блока сравнения 16.
Как отмечалось ранее, совокупность блоков 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 обеспечивает
аналогичное вычисление коэффициента готовности, но при τ=τЗ+Δτ, т.е.
15
первого
. При этом
выходной сигнал второго усилителя 9 поступает на вторые входы второго блока
нелинейности 13 и третьего сумматора 10. При каждом значении λj в блоке нелинейности
13 формируется функция
и передается на вторые входы
второго интегратора 14 и второго блока умножения 12. В интеграторе 14 функция
интегрируется на интервале [0, τЗ+Δτ], т.е. формируется текущее значение
20
соответствии с (3). Во втором блоке умножения 12 происходит перемножение функции
с величиной
, поступившей на первый вход блока умножения 12 со
второго входа устройства. Результат перемножения
25
в
с выхода блока
умножения 12 передается на вторые входы четвертого 11 и шестого 24 сумматоров. В
третьем сумматоре 10 значение τЗ+Δτ складывается со значением
. Результат
сложения с выхода сумматора 10 передается на первый вход четвертого сумматора 11.
В сумматоре 11 согласно соотношениям (1) вычисляется величина
. Результирующий сигнал с выхода сумматора
30
11 подается на первый вход второго делителя 15. Сигнал
с выхода второго
интегратора 14 поступает на второй вход делителя 15, в котором вычисляется значение
коэффициента готовности
в соответствии с (5). Выходной сигнал
второго
делителя 15 подается на первый вход блока сравнения 16. В блоке 16 сравниваются
35
между собой вычисленные значения коэффициента готовности:
окажется, что
40
≥
и
. Если
, то управляющий сигнал с первого выхода блока сравнения
16 подается на первые входы интеграторов 3 и 14, а также на вход генератора
ступенчатого напряжения 1. По этому сигналу оба интегратора 3 и 14 сбрасываются
в ноль, а генератор 1 выдает очередное значение интенсивности отказов λj+1, и весь
цикл вычислений
и
повторится, но уже при новом λj+1 значении интенсивности
отказов. При каждом значении λj в пятом сумматоре 23 формируется согласно (4)
сигнал, соответствующий вычисленному значению времени обслуживания
45
сумматоре - значению
.
Как только при сравнении в блоке 16 вычисленных значений
что
<
в шестом
и
окажется,
, управляющий сигнал со второго выхода блока 16 сравнения поступит
Стр.: 7
RU
5
10
15
20
25
30
2 524 849 C2
на разрешающие входы ключей 20, 21, 22, 29, 30, 31, 32. При этом на информационном
входе первого ключа 20 действует выходной сигнал генератора ступенчатого
напряжения 1, задержанный первым элементом задержки 17, соответствующий
оптимальному значению λ* интенсивности отказов изделия. На информационном входе
второго ключа 21 действует выходной сигнал второго делителя 15, задержанный вторым
элементом задержки 18, соответствующий значению коэффициента готовности
изделия. На информационном входе третьего ключа 22 действует
выходной сигнал первого делителя 4, задержанный третьим элементом задержки 19,
соответствующий значению коэффициента готовности
изделия. На
информационном входе четвертого ключа 29 действует выходной сигнал второго
интегратора 14, задержанный четвертым элементом задержки 25, соответствующий
вычисленному значению времени работоспособного состояния
изделия. На
информационном входе пятого ключа 30 действует выходной сигнал шестого сумматора
24, задержанный пятым элементом задержки 26, соответствующий вычисленному
значению времени технического обслуживания
изделия. На информационном
входе шестого ключа 31 действует выходной сигнал пятого сумматора 23, задержанный
шестым элементом задержки 27, соответствующий вычисленному значению времени
технического обслуживания
изделия. На информационном входе седьмого ключа
32 действует выходной сигнал первого интегратора 3, задержанный седьмым элементом
задержки 28, соответствующий вычисленному значению времени работоспособного
состояния
изделия. Время задержки элементов 17, 18, 19, 25, 26, 27, 28 одинаковое
и соответствует длительности одного цикла вычислений. С выхода первого ключа 20
значение λ* интенсивности отказов, обеспечивающее максимум коэффициента
готовности изделия при заданном τЗ периоде технического обслуживания, поступает
на первый выход устройства. На второй и седьмой выходы устройства соответственно
выдаются значения времени
и
работоспособного состояния изделия на интервале
цикла его обслуживания. На третий и шестой выходы устройства соответственно
поступают значения коэффициентов готовности
и
. На четвертый и пятый
выходы устройства соответственно выдаются вычисленные значения времени
35
40
45
и
технического обслуживания изделия. На этом работа устройства заканчивается.
Положительный эффект, который дает предлагаемое техническое решение, состоит
в том, что устройство, сохраняя возможности прототипа, позволяет обеспечить
пользователя расчетными данными о времени безотказной работы и требуемой
продолжительности процесса технического обслуживания при заданной периодичности
обслуживания. Совокупность выходных данных позволяет формулировать требования
к надежности и ремонтопригодности разрабатываемых изделий.
При составлении описания и формулировании изобретения были использованы
следующие источники информации:
1. Ю.С.Коваленко, В.Ю.Муратов. Метод распределения требований к надежности
элементов сложных систем. В сб. «Надежность, контроль качества», 1975.
2. Л.П.Чупров. Распределение требований к надежности системы между ее
элементами. В сб. «Основные вопросы теории и практики надежности». - М.: Сов.Радио,
1975, с.98-106.
3. В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев, В.В.Лысак. А.С.СССР № 1732364, М. Кл.5 G07C 3/
Стр.: 8
RU
2 524 849 C2
08,1992.
5
10
15
20
25
30
4. Г.Н.Воробьев, В.Д.Гришин, А.Н.Тимофеев. А.С.СССР № 1580414, М.Кл.5 G07C
3/08, 1990.
5. В.Д.Гришин, Б.В.Соколов, К.Л.Григорьев, А.В.Гармаш. Патент РФ № 2273881,
МПК G07C 3/08, 2006.
6. В.Д.Гришин, А.Н.Павлов, А.Е.Шульгин, А.В.Перегудов. Патент РФ № 2273882,
МПК G07C 3/08, 2006.
7. И.М.Тетельбаум, Ю.Р.Шрейдер. 400 схем для АВМ. - М.: Энергия, 1978.
Формула изобретения
Устройство для определения надежностных и эксплуатационно-технических
характеристик изделия, содержащее генератор ступенчатого напряжения, первый и
второй блоки нелинейности, первый и второй интеграторы, первый и второй делители,
первый и второй усилители, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой
сумматоры, первый и второй блоки умножения, блок сравнения, первый, второй и
третий элементы задержки, первый, второй и третий ключи, отличающееся тем, что в
него введены четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы задержки, четвертый,
пятый, шестой и седьмой ключи, причем первый вход устройства соединен с первыми
входами пятого сумматора и шестого сумматора, второй вход которого подключен
ко второму входу четвертого сумматора, а выход через пятый элемент задержки
соединен с информационным входом пятого ключа, выход которого является четвертым
выходом устройства, пятым выходом которого является выход шестого ключа,
информационный вход которого через шестой элемент задержки соединен с выходом
пятого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого блока
умножения, вторым выходом устройства является выход четвертого ключа,
информационный вход которого через четвертый элемент задержки соединен с выходом
второго интегратора и со вторым входом второго делителя, второй вход первого
делителя соединен непосредственно с выходом первого интегратора, а через седьмой
элемент задержки подключен к информационному входу седьмого ключа, управляющий
вход которого вместе с управляющими входами четвертого, пятого и шестого ключей
соединен со вторым выходом блока сравнения, а выход является седьмым выходом
устройства.
35
40
45
Стр.: 9