Устройство для прогнозирования надежности

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублин

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (»>855555 (61) Дополнительное к авт. свид-ву 9 559198 (22) Заявлено 281179 (21) 2845747/18-24 (51)М. Кл.

С 01 R 31/28 с присоединением заявки йо (23) Приоритет

Государственный комитет

С.ССР по делам изобретений н открыт» й

Опубликовано 150881, Бюллетень Н9 30 (53) УДК 881. 325..61(088.8) Дата опубликования описания 150 881 (72) Авторы изобретения

В.В. Андреев, A.A. Бурба и В.К. Д ов

I.л к. ф ,1

° 3 (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано при прогнозировании надежности технических объектов, свойства которых восстанавливаются в процессе эксплуатации.

По основному ант.св. 9 559198 известно устройство для прогнозирования надежности, содержащее коррелятор, выход которого соединен с первым входом анализатора случайного процесса, а вход — co вторым входом анализатора случайного процесса, выход которого через вычислительный блок соединен с первым входом блока возведения в степень, второй вход которого соединен с первым выходом блока уп-. равления, а выход — с первым входом блока произведения, второй вход которого соединен с блоком дифференциро- 2О вания, а выход — с вторым входом сумматора, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а выход — с регистрирукщим блоком 11.

Недостатком этого устройства является невозможность прогнозирования надежности восстанавливаемых технических объектов по причине отсутствия блоков, позволяющих оценить изме-30 нение сопротивляемости объекта вследствие проведения восстановительных мероприятий. Применение прототипа для прогнозирования надежности восстанавливаемых технических объектов приводит к существенному занижению оценок надежности (особенно при большой глубине прогноза) °

Цель изобретения — повышение точности прогноза за счет учета восстанавливаемости технических объектов и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство прогнозирования надежности снабжено делителем, блоком сравнения, блоком памяти, блоком вычитания, умножителем и вторым сумматором, причем первый sxîä делителя соединен с выходом коррелятора, второй вход — со вторым входом устройства, выход — со вторым входом блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу. блока управления, а выход — ко входу блока управления и к третьему входу второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом устройства и входом блока памяти, выход которого соединен со входом блока дифференцирования и с первым входом блока вычитания, второй

855555

20 вход которого подключен к четвертому, входу устройства и второму входу второго сумматора, а выход — к первому входу умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход — с первым входом второго сумматора.

На чертеже представлена блок-схема устройства для прогнозирования надежности.

Устройство содержит коррелятор 1, выход которого соединен с первым входом анализатора 2 случайного процесса, а вход является первым входом .устройства. Анализатор 2 своим вторым входом подключен ко входу 1 устройства, а выходом ко входу вычислительного блока 3, выход которого соединен с первым входом блока 4 возведения в степень, Второй вход блока

4 подключен к первому выходу блока

5 управления, а выход — к первому входу блока б произведения. Второй вход блока б соединен с выходом блока 7 дифференцирования. Второй выход блока 5 подключен к первому входу. первого сумматора 8, соединенного своим вторым входом с выходом блока б. Выход сумматора 8 соединен с входом регистрирующего блока 9, выход которого является выходом устройства.

Выход коррелятора 1 соединен также с первым входом делителя 10, второй вход которого является входом 11 уст.— ройства, а выход — вторым входом блока 11 сравнения. Первым входом блок

11 подключен к первому выходу блока

5, -а выходом — со входом блока 5.Третий вход ln устройства соединен со входом блока 12 памяти, выход которого подключен к входу блока 7 и первому входу блока 12 вычитания. Второй вход блока 13 является входом и устройства, а выход — первым входом умножителя 14, второй вход которого подключен к выходу первого сумматора 8, а. выход является первым входом второго сумматора 15 . Второй вход сумматора 15 подключен ко входу 1ч устройства, третий вход — к выходу блока 11, . а выход — ко входу блока 12.

Прогноз надежности технического объекта в любой промежуток времени периода нормальной эксплуатации можно осуществить аппаратурно, реализовав выражение:

IC и

p (n)=Z (F()(x)) dFx(x), (1) гз( где )ф (.n) = Вер(n > n) - функция надежности или вероятность того, что за время t = n д . ни разу внешнее по отношению к устройству случайное воздействие U(t) не превысит допустимого, n — глубина прогноза, выражаемая через число интервалов корреляции внешнего воздействия (и с/ь ); интервал корреляции случайного внешнего воздействия U(t); ор ()(аГ)) — наибольшее случайное воздействие на интервале времени, равном интервалу корреляции;

Г (0) = Bcpl U (0 - функция распределения некоррелированных максимумов внешнего воздействия на интервалах корреляции;

Fg (z) = Вер(U 4 z/ze,$z, z+dzj)) - условная функция распределения внешнего воздействия относительно гипотезы о том, что предельное (допустимое) значение воздействия принадлежит элементарному отрез15 ку сг,z+dzg;

F"(z) = Вер(г (zA — функция расг л пределения сопротйвляемости z которой устройство обладает в данный момент времени — основная и исчерпывающая характеристика допустимого предела величины внешнего воздействия, приводящего технический объект к отказу, 4Г" (z)=Ве «I ze(z,z+dzj) - вероятность элементарной гипотезы

z < k(z + dz

В общем случае восстановление технического объекта после отказа может быть произведено до отличного от исходного уровня сопротивляемости л

З0 описываемого функцией распределения

F)(z), т.е. у + х и Ц(г) P Fg(x).

После восстановления технический объект продолжает эксплуатироваться в неизменных условиях внешнего нагру35 жения, т.е.

at=const; F (r) =const.

Периодичность возможных восстановлений по ликвидации отказов определя40 ется принятым для данного технического объекта планом технического обслуживания (ТО), который характеризуется продолжительностью межрегламентного периода дt„ интервалом времени

45 между соседними ТО, проводимыми в моменты времени t „ è t„ ñîîòâåòñòâåíно, т.е. дс; = с; -с;,, „= 1(1) .

С учетом сказанного, для восстанавливаемого технического обекта

50 F (r)"-Fy(z) ирн et„=t„-о, Х1

Пусть первое ТО на техническом объекте производится в момент t Вероятность безотказной работы эа пе55 ,риод дс„равна(в соответствии с (1, „"(ï.)= (Р (r)) dZ„(i), ° где и< = И /дТ, В любой момент

60 к и

t e,(o,С, д()=Е У„ (г)) dry(r),где = ()n„

Технический объект за период д с„ ожет отказать (с вероятностью, -К4 (n„) ) 855555

Fz (z)=Sep/A)=t Ь р(н.) Ьер(ь q.) !

= Ьер(n 7 n ) Рл (i) + Ь ер А (n „) Fg (z) =

= g 8 (n ) 7" i ) - (- Р л (n )), ë (z) =

=(Yy(z) -7у(г)) R (n,) Рл(), <с ьс, Прогноз надежности технического объекта в течение второго межрегла-- 20 ментного периода ь с =с -с (до момента времени сс) может быть опять произведен по формуле (1) к П йд п)"-T- 17 (z)j д7 (ъ), n" 4(1)n<

25 где и< ь tq / ü .

К моменту t второго ТО объект опять может как не отказать (с вероятностью Rg(и )) и не восстанавливать- 30 ся, так и отказать (с вероятностью

1-R n(n ) и вновь восстановиться д уровня у. Прогнозируемое значение функции распределения сопротивляемости объекта в третьем межрегламентном 35 пер иоде g t =t - t< (до момента t> ) (z) определяется по формуле полноЪ вероятности

Т (z)= () Р) 9-IZ (n Я „"()=

=(У" (с)-F (z)) R (n ) 7 (z) с,еьс,,Цля произведения прогноза надеж-..н ости технического устройства в тече-.-.1-

Ъ. ние ьс вновь используют формулу () 45 к йд()=< (Т(z)) с)У» (z), п.<()п где и> ь с,ь/aY . 50

Используя данную схему последовательно, можно определить функцию надежности для восстанавливаемого технического объекта в течение любого требуемого времени.

Устройство для прогнозирования надежности работает следующим образом.

В исходном положении на входы устройства поступает информация: на вход 1 — о случайном внешнем воэдей- Щ л ствии ц(с) на технический объект, например, давлении, температуры, вибрации и т.п на вход II - о продолжиl тельности межрегламентных периодов

Lt на вход II1 — об исходном уров- ф5

Ь ii

Если до первого ТО объект не отказал, то в ходе Т0 не восстанавливается, если же отказал, то восстанавливается до уровня g . Тогда с. учетом случайности появления отказа эа период ьс, прогноэируемое значение 5 функции распределения сопротивляемости объекта во втором межрегламентном периоде ьс = с -с,, Ц (z) может быть определено по формуле полной вероятности 10 не х сопротивляемости объекта в ви-. д де значения функции распределения исходной сопротивляемости Fg (z); на л вход IV — об уровне у восстановления сопротивляемости после отказа в виде значения функции распределения сопротивляемости F (z) после восстановлеМ ния.

Информация о случайном воздействии на технический объект, представленная в виде непрерывного электрЪческого сигнала, поступает с входа

1 устройства на вход коррелятора 1 и на вход анализатора 2 случайного процесса. В корреляторе определяется автокорреляционная функция внешнего воздействия и по ней оценивается его интервал корреляции ЬТ. Интервал корреляции задается анализатору 2 случайного процесса, в котором непрерывный сигнал разбивается на промежутки, длительностью KY,, „и затем в, каждом из полученных промежутков определяются наибольшие эначения U. По выбранным значениям максимумов из интервалов разбиения случайного сигнала вычислительным блоком 3 определяется условная вероятность Fg (z), которая поступает в блок 4 возведения в степень, где она возводится в степень и, задаваемую блоком 5 управления от исходного значения n=1 с постоянным возрастанием на единицу, и поступает на первый вход блока б произведения.

Информация о значении функции

Fg (z), представленная в виде импульсного сигнала постоянной амплитуды, поступает на вход блока 12 памяти, где запоминается и постоянно выдается на вход блока 7 дифференцирования и первый вход блока 13 вычитания.С выхода блока 7 сведения о предельных,возможностях объекта поступают иа второй вход блока 6 произведения.

Блок 6 произведения определяет величину 6 (z)1» dF (z), которая затем .U х

K раэ суммируется в первом сумматоре

8, .с которого текущее значение функции надежности и (n) поступает через регистрирующий блок 9 на выход устройства. Текущее значение Rg(n) также поступает с выхода блока 8 на второй вход умножителя 14.

Информация о значении функции

Г (z) представленная в виде непреМ рывного электрического сигнала постоянной амплитуды, поступает на вторые входы блока 13 вычитания и второго сумматора 15, Блок 13 вычитания определяет разность функций F„" (z)Fy(z), которая в умножителе 14 умножается на текущее значение Й8(n) и, поступив во второй сумматор 15 через вход 1, складывается со значением

F> (z), подготавливая значения функции распределения сопротивляемости

F"(z) в последующем межрегламентном

Я55555 периоде. Ввод в блок 12 памяти значения F+ (z) с выхода второго сумматора

15 осуществляется по команде от блока 11 сравнения, поступающей на третий вход блока 15.

Информация о продолжительности межрегламентных периодов л с„ в виде последовательности импульсных сигналов постоянных амплитуд поступает со входа ll устройства на второй вход делителя 10, вычисляющий с помощью деления ь с на интервал корреляции а ., значение которого поступает из коррелятора 1, значения глубин прогноза и; в каждом межрегламентном периоде. С выхода делителя 10 последовательность значений и;, поступает на 15 второй вход блока 11 сравнения, осуществляющего сравнение текущего значения глубины прогноза (поступающего на первый вход блока 11 с первого выхода блока 5 управления) со значе- 2О ниями п;, начиная с первого значения и,, При достижении равенства n=n, блок

1 сравнения выдает сигнал на блок 5 управления и третий вход второго сумматора 15. По этому сигналу блок

5 управления возвращается в исходное положение, при котором п=1, а блок

15 выдает на вход блока 12 памяти значение вычисленной функции распределения сопротивляемости Г7 (z) во втором межрегламентном периоде, которая заменяет в памяти значение Fg(z) функции распределения исходной (до первого ТО) сопротивляемости технического объекта. Устройство преходит на вычисление функции надежности и (п) во втором межрегламентном периоде. При этом в блоке 11 сравнения начинается сравнение текущего значения и с величной n . Работа блоков устройст- 4О

9. ва при вычислении Rg (n) во втором межрегламентном периоде аналогично

>писанной выше с той разницей, что вместо Fq (z) на вход блока 7 и первый вход блока 13 подается значение 4 (z) . При достижении п=п устройство переходит на вычисление R <(n) в третьем межрегламентном периоде и так далее в течение требуемой глубины прогноза. S0

Положительный эффект, который дает предлагаемое изобретение, заклю чается в том, что оно позволяет учесть восстановление технического бъекта и тем самым снизить ошибку в

55 сторону занижения прогнозируемой функции надежности, в ряде случаев на 10-20%. Экономический эффект S от внедрения прецлагаемого изобретения за счет устранения избыточных мероприятий по повышению надежности может быть оценен по следующей формуле

5 5 +Ь2Фьз где 5 стоимость резервирующих узлов и элементов технического объекта, накладные расходы на внеплавное техническое обслуживание объекта; заработная плата дополнительного технического персонала, привлекаемого к эксплуатации объекта.

S тель

Формула изобретения

Устройство для прогнозирования надежности по авт. св. М 559198, о тл и чающее с я тем, что, с целью повышения точности прогноза и расширения области применения уотройства, в него введены делитель, блок сравнения, блок памяти, блок вычитания, умножитель и второй сумматор, причем первый вход делителя соединен с выходом коррелятора, второй вход со вторым входом устройства, выход со вторым входом блока сравнения,первый вход которого подключен к выходу блока управления, а выход — ко входу блока управления и к третьему входу второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом устройства и входом блока памяти, выход которого соединен со входом блока дифференцирования и с первым входом бло-, ка вычитания, второй вход которого подключен к четвертому входу устройства и второму входу второго сумматора, а выход — к первому входу умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход — с первым входом второго сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 559198, кл. G 01 R 31/28, 1975 (прототип).

Ilk j, Х

Составитель A. Бурба

Редактор )i. Повхан ТехредЖ. Кастелевич Корректор н. Стец

Заказ 6900/64 Тираж 732 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4