УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ Российский патент 2006 года по МПК G06F17/18 G06N7/08 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для оценке надежности и качества функционирования сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем произвольной структуры, в которых используется циклический характер производства, предоставления телекоммуникационных услуг и временное резервирование.

Известно устройство для прогнозирования случайных событий по ав. св. СССР №№ 1167619, G 06 F 15/46, 1985, бюл. № 14, содержащее блок управления, блок модели системы и блок регистрации.

Недостатком данного устройства является относительно большое время определения численных значений оценок показателей качества функционирования производственных систем с циклическим характером работы.

Известно устройство для прогнозирования случайных событий, содержащее блок модели системы, блок формирования сигналов отказов и блок регистрации (см. ав. св. СССР № 1198484, G 05 В 23/02, 1985, бюл. № 26).

Однако данное устройство имеет относительно большое время процесса оценивания показателей надежности сложных производственных систем с временным резервированием.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству (прототипом) является устройство для прогнозирования случайных событий (см. ав. св. СССР № 1441421, G 06 F 15/46, 1988, бюл. № 44), содержащее блок управления, блок модели системы, блок имитаторов состояний участков системы, блок формирования сигналов отказов и блок регистрации. При этом информационный вход блока регистрации подключен к информационному выходу блока формирования сигналов отказов, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу блока модели системы. Сбросовый выход блока управления соединен с сбросовыми входами блока имитаторов состояний участков системы, блока модели системы, блока формирования сигналов отказов и блока регистрации, М≥2 контрольных выходов блока управления подключены к соответствующим М контрольным входам блока модели системы. Синхронизирующий выход блока управления подключен к синхронизирующим входам блока имитаторов состояний участков системы, блока модели системы, блока формирования сигналов отказов и блока регистрации. Управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом блока имитаторов состояний участков системы, N≥2 групповых входов которого подключены к соответствующим N групповым выходам блока модели системы, N групповых входов которого соединены с соответствующими N групповыми выходами блока имитаторов состояний участков системы. Вход блока управления подключен к выходу блока регистрации, сигнальный вход которого соединен с сигнальным выходом блока формирования сигналов отказов.

В прототипе реализуется возможность повышения скорости оценивания показателей надежности сложных производственных и телекоммуникационных систем с циклическим характером работы и временным резервированием.

Однако прототип имеет недостаток - относительно низкую достоверность идентификации состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) и противоположного состояния - отказа системы в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров модели процесса функционирования исследуемой системы. Данное устройство позволяет с высокой достоверностью оценивать численные значения показателей надежности и качества функционирования сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем произвольной структуры, параметры моделей процессов функционирования которых заданы количественно и параметры состояния которых принимают однозначные, четко идентифицируемые значения, в то время как подавляющее большинство параметров состояния, задаваемых в интересах моделирования и, как следствие, подавляющее большинство результатов прогнозирования случайных событий в рамках реально функционирующей сложной системы с непополняемым временным резервом, объективно могут быть идентифицированы лишь на качественном уровне (неоднозначно, нечетко), с привлечением лингвистической переменной.

Под "наличием у производственной или телекоммуникационной системы и ее отдельных участков непополняемого временного резерва" понимается тот факт, что в процессе функционирования системы может быть израсходовано некоторое время для восстановления ее технических характеристик (восстановления отказавших в процессе функционирования системы агрегатов).

Под "оперативным временем" понимается время, выделяемое для выполнения системой задания. Временной резерв системы и ее участков образуется за счет увеличения времени, выделяемого для выполнения задания.

Под "отказом системы с непополняемым временным резервом" понимается несвоевременное выполнение сменного задания, т.е. отказ системы фиксируется тогда, когда оперативное время истекло, а сменное задание еще не выполнено.

Под "параметрами модели процесса функционирования исследуемой системы" понимаются исходные данные для моделирования - множество числовых значений характеристик свойств конкретного процесса в данный момент времени.

Под "результатами прогнозирования случайных событий" понимаются итоговые результаты моделирования - соотношение времени выполнения сменного задания и количества изделий, изготовленных производственной системой (или количества доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг).

Целью заявленного технического решения является создание устройства для прогнозирования случайных событий, обеспечивающего повышение достоверности идентификации состояния производственной или телекоммуникационной системы в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров моделируемых сигналов, характеризующих принадлежность конкретного сигнала состояния к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов, устройства, способного с высокой достоверностью идентифицировать соотношение ключевых параметров моделируемого процесса функционирования системы - времени выполнения сменного задания и количества изделий, изготовленных производственной системой (или количества доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг) в условиях, присущих реальному процессу функционирования производственной или телекоммуникационной системы с непополняемым временным резервом, когда исходные данные для моделирования и, как следствие, результаты прогнозирования случайных событий, обуславливающие численные значения показателей надежности и качества функционирования таких сложных систем, могут иметь как количественно, так и качественно (неоднозначно, нечетко, с привлечением лингвистической переменной) выраженный физический смысл.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство для прогнозирования случайных событий, содержащее блок управления, блок модели системы, блок имитаторов состояний участков системы, блок формирования сигналов отказов и блок регистрации, выход которого подключен к входу блока управления, управляющий вход блока формирования сигналов отказов подключен к управляющему выходу блока модели системы, сбросовый выход блока управления соединен с сбросовыми входами блока имитаторов состояний участков системы, блока модели системы, блока формирования сигналов отказов и блока регистрации, М≥2 контрольных выходов блока управления подключены к соответствующим М контрольным входам блока модели системы, синхронизирующий выход блока управления подключен к синхронизирующим входам блока имитаторов состояний участков системы, блока модели системы, блока формирования сигналов отказов и блока регистрации, управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом блока имитаторов состояний участков системы, N≥2 групповых входов которого подключены к соответствующим N групповым выходам блока модели системы, N групповых входов которого соединены с соответствующими N групповыми выходами блока имитаторов состояний участков системы, дополнительно включены блок контроля сигналов отказов, блок преобразования сигналов отказов, блок опознавания сигналов отказов и блок сравнения сигналов отказов. При этом сбросовые и синхронизирующие входы блока контроля сигналов отказов, блока преобразования сигналов отказов, блока опознавания сигналов отказов и блока сравнения сигналов отказов подключены соответственно к сбросовому и синхронизирующему выходам блока управления. Информационный и сигнальный выходы блока сравнения сигналов отказов соединены соответственно с информационным и сигнальным входами блока регистрации. Информационный и сигнальный выходы блока формирования сигналов отказов соединены соответственно с информационным и сигнальным входами блока сравнения сигналов отказов, запирающий вход которого подключен к запирающему выходу блока контроля сигналов отказов, первичный и вторичный выходы которого соединены соответственно с первичным и вторичным входами блока преобразования сигналов отказов. Первичный и вторичный выходы блока преобразования сигналов отказов подключены соответственно к первичному и вторичному входам блока опознавания сигналов отказов, опознавательный выход которого соединен с опознавательным входом блока сравнения сигналов отказов. Вспомогательный выход блока опознавания сигналов отказов подключен к вспомогательному входу блока преобразования сигналов отказов. Контрольно-информационный и контрольно-сигнальный входы блока контроля сигналов отказов соединены соответственно с дополнительным контрольно-информационным и дополнительным контрольно-сигнальным выходами блока формирования сигналов отказов.

Блок контроля сигналов отказов состоит из контрольно-информационного и контрольно-сигнального дешифраторов, контрольного счетчика и контрольного анализатора. При этом входы контрольно-информационного и контрольно-сигнального дешифраторов являются соответственно контрольно-информационным и контрольно-сигнальным входами блока, выходы контрольно-информационного и контрольно-сигнального дешифраторов подключены соответственно к информационному и сигнальному входам контрольного счетчика, сбросовый и синхронизирующий входы которого являются соответственно сбросовым и синхронизирующим входами блока. Информационный и сигнальный выходы контрольного счетчика подключены соответственно к информационному и сигнальному входам контрольного анализатора, запирающий выход которого является запирающим выходом блока. Первичный и вторичный выходы контрольного анализатора являются соответственно первичным и вторичным выходами блока контроля сигналов отказов.

Блок преобразования сигналов отказов состоит из преобразующего счетчика-вычислителя, первичного и вторичного элементов хранения, первичного и вторичного элементов преобразования. Причем первичный и вторичный входы преобразующего счетчика вычислителя соединены соответственно с входом первичного и основным входом вторичного элементов хранения и являются соответственно первичным и вторичным входами блока. Выходы первичного и вторичного элементов хранения подключены соответственно к основным входам первичного и вторичного элементов преобразования, выходы которых являются соответственно первичным и вторичным выходами блока. Вспомогательный вход вторичного элемента хранения соединен с вспомогательным входом преобразующего счетчика-вычислителя и является вспомогательным входом блока. Вспомогательные входы первичного и вторичного элементов преобразования подключены соответственно к первичному и вторичному выходам преобразующего счетчика-вычислителя, сбросовый и синхронизирующий входы которого являются соответственно сбросовым и синхронизирующим входами блока преобразования сигналов отказов.

Блок опознавания сигналов отказов состоит из опознавательного счетчика-вычислителя и опознавателя уровня сигналов отказов. При этом выход опознавателя уровня сигналов отказов является опознавательным выходом блока, выход опознавательного счетчика-вычислителя подключен к входу опознавателя уровня сигналов отказов и является вспомогательным выходом блока, первичный и вторичный входы опознавательного счетчика-вычислителя являются соответственно первичным и вторичным входами блока, сбросовый и синхронизирующий входы опознавательного счетчика-вычислителя являются соответственно сбросовым и синхронизирующим входами блока опознавания сигналов отказов.

Блок сравнения сигналов отказов состоит из сравнивающего счетчика, отказного и исполнительного элементов И. Причем опознавательный вход исполнительного элемента И соединен с опознавательным входом отказного элемента И и является опознавательным входом блока, информационный и сигнальный выходы сравнивающего счетчика подключены соответственно к основным входам отказного и исполнительного элементов И, выходы которых являются соответственно информационным и сигнальным выходами блока. Запирающий вход сравнивающего счетчика является запирающим входом блока, информационный и сигнальный входы сравнивающего счетчика являются соответственно информационным и сигнальным входами блока. Сбросовый и синхронизирующий входы сравнивающего счетчика являются соответственно сбросовым и синхронизирующим входами блока сравнения сигналов отказов.

Блок формирования сигналов отказов состоит из элемента ИЛИ, основного и дополнительного счетчиков, основного и дополнительного дешифраторов. При этом сбросовый вход элемента ИЛИ является сбросовым входом блока, счетные входы основного и дополнительного счетчиков являются соответственно синхронизирующим и управляющим входами блока. Выход дополнительного дешифратора подключен к сигнальному входу элемента ИЛИ и является сигнальным выходом блока, выход элемента ИЛИ соединен с сбросовыми входами основного и дополнительного счетчиков, выходы которых подключены соответственно к входам основного и дополнительного дешифраторов и являются соответственно дополнительным контрольно-информационным и дополнительным контрольно-сигнальным выходами блока. Выход основного дешифратора является информационным выходом блока формирования сигналов отказов.

Благодаря новой совокупности существенных признаков, за счет введения блоков контроля сигналов отказов, преобразования сигналов отказов, опознавания сигналов отказов и сравнения сигналов отказов, обеспечивающих обработку и трансформирование нечетких параметров модели процесса функционирования исследуемой системы и, как следствие, нечетких результатов прогнозирования случайных событий к виду, пригодному для достоверной идентификации времени выполнения сменного задания и количества изделий, изготовленных производственной системой (или количества доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг), в заявленном устройстве достигается возможность предварительного анализа и верификации сигналов о выполнении сменного задания и сигналов отказов, обуславливающая повышение достоверности идентификации состояния производственной или телекоммуникационной системы в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров модели процесса функционирования исследуемой системы.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых представлены:

на фиг.1 - структурная схема устройства для прогнозирования случайных событий;

на фиг.2 - структурная схема блока контроля сигналов отказов;

на фиг.3 - структурная схема блока преобразования сигналов отказов;

на фиг.4 - структурная схема блока опознавания сигналов отказов;

на фиг.5 - структурная схема блока сравнения сигналов отказов;

на фиг.6 - структурная схема блока формирования сигналов отказов;

на фиг.7 - структурная схема блока управления;

на фиг.8 - пример структуры конкретной системы (из шести участков, N=6);

на фиг.9 - структурная схема блока модели системы;

на фиг.10 - структурная схема n-го () модельного элемента участка системы;

на фиг.11 - структурная схема блока имитаторов состояний участков системы;

на фиг.12 - структурная схема блока регистрации.

Устройство для прогнозирования случайных событий, изображенное на фиг.1, состоит из блока управления 1, блока модели системы 2, блока имитаторов состояний участков системы 3, блока формирования сигналов отказов 4, блока регистрации 5, блока контроля сигналов отказов 6, блока преобразования сигналов отказов 7, блока опознавания сигналов отказов 8 и блока сравнения сигналов отказов 9. При этом выход 51 блока регистрации 5 подключен к входу 11 блока управления 1, управляющий вход 41 блока формирования сигналов отказов 4 подключен к управляющему выходу 26 блока модели системы 2, сбросовый выход 12 блока управления 1 соединен с сбросовым входом 32 блока имитаторов состояний участков системы 3, сбросовым входом 22 блока модели системы 2, сбросовым входом 42 блока формирования сигналов отказов 4, сбросовым входом 52 блока регистрации 5, сбросовым входом 62 блока контроля сигналов отказов 6, сбросовым входом 72 блока преобразования сигналов отказов 7, сбросовым входом 82 блока опознавания сигналов отказов 8 и сбросовым входом 92 блока сравнения сигналов отказов 9. Причем М≥2 контрольных выходов 14₁-14_М блока управления 1 подключены к соответствующим М контрольным входам 24₁-24_М блока модели системы 2. Синхронизирующий выход 13 блока управления 1 подключен к синхронизирующему входу 33 блока имитаторов состояний участков системы 3, синхронизирующему входу 23 блока модели системы 2, синхронизирующему входу 43 блока формирования сигналов отказов 4, синхронизирующему входу 53 блока регистрации 5, синхронизирующему входу 63 блока контроля сигналов отказов 6, синхронизирующему входу 73 блока преобразования сигналов отказов 7, синхронизирующему входу 83 блока опознавания сигналов отказов 8 и синхронизирующему входу 93 блока сравнения сигналов отказов 9. Управляющий выход 15 блока управления 1 соединен с управляющим входом 34 блока имитаторов состояний участков системы 3, N≥2 групповых входов 31₁-31_N которого подключены к соответствующим N групповым выходам 21₁-21_N блока модели системы 2, N групповых входов 25₁-25_N которого соединены с соответствующими N групповыми выходами 35₁-35_N блока имитаторов состояний участков системы 3. Информационный 94 и сигнальный 95 выходы блока сравнения сигналов отказов 9 соединены соответственно с информационным 54 и сигнальным 55 входами блока регистрации 5. Информационный 44 и сигнальный 45 выходы блока формирования сигналов отказов 4 соединены соответственно с информационным 91 и сигнальным 96 входами блока сравнения сигналов отказов 9, запирающий вход 97 которого подключен к запирающему выходу 61 блока контроля сигналов отказов 6, первичный 66 и вторичный 67 выходы которого соединены соответственно с первичным 74 и вторичным 75 входами блока преобразования сигналов отказов 7. Первичный 76 и вторичный 77 выходы блока преобразования сигналов отказов 7 подключены соответственно к первичному 84 и вторичному 85 входам блока опознавания сигналов отказов 8, опознавательный выход 81 которого соединен с опознавательным входом 98 блока сравнения сигналов отказов 9. Вспомогательный выход 86 блока опознавания сигналов отказов 8 подключен к вспомогательному входу 71 блока преобразования сигналов отказов 7. Контрольно-информационный 64 и контрольно-сигнальный 65 входы блока контроля сигналов отказов 6 соединены соответственно с дополнительным контрольно-информационным 46 и дополнительным контрольно-сигнальным 47 выходами блока формирования сигналов отказов 4.

Число "N, (N≥2)" (элементов, входов, выходов и т.п.) определяется в соответствии с возможным количеством участков исследуемой производственной или телекоммуникационной системы и, как правило, составляет от 2 (двух) до 50 (пятидесяти).

Число "М, (М≥2)" характеризует возможное количество агрегатов участка исследуемой производственной или телекоммуникационной системы и, как правило, составляет от 2 (двух) до 20 (двадцати).

Блок контроля сигналов отказов 6 (фиг.2) предназначен для контрольного распознавания и регистрации сигналов состояния, характеризующих параметры, полученные в результате моделирования производственного или телекоммуникационного процесса - время выполнения сменного задания и количество изделий, изготовленных производственной (количество услуг, предоставленных телекоммуникационной) системой. Помимо этого, в блоке контроля сигналов отказов 6 осуществляется как процедура принятия решения о логико-математической природе этих параметров, обуславливающих результаты прогнозирования случайных событий (параметры, полученные в результате моделирования, идентифицируются однозначно либо неоднозначно, нечетко, могут быть описаны с привлечением лингвистической переменной и требуют дополнительной верификации), так и процедура формулировки (присвоения значения функциям принадлежности) двух начальных решений - по начальному количеству мнений экспертов (количество экспертов равно двум) о степени принадлежности конкретного сигнала состояния, характеризующего конкретный параметр, к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов.

Блок контроля сигналов отказов 6 состоит из контрольно-информационного 6.1 и контрольно-сигнального 6.2 дешифраторов, контрольного счетчика 6.3 и контрольного анализатора 6.4. При этом входы 6.1-1 и 6.2-1 контрольно-информационного 6.1 и контрольно-сигнального 6.2 дешифраторов являются соответственно контрольно-информационным 64 и контрольно-сигнальным 65 входами блока 6, выходы 6.1-2 и 6.2-2 контрольно-информационного 6.1 и контрольно-сигнального 6.2 дешифраторов подключены соответственно к информационному 6.3-1 и сигнальному 6.3-4 входам контрольного счетчика 6.3, сбросовый 6.3-2 и синхронизирующий 6.3-3 входы которого являются соответственно сбросовым 62 и синхронизирующим 63 входами блока 6. Информационный 6.3-5 и сигнальный 6.3-6 выходы контрольного счетчика 6.3 подключены соответственно к информационному 6.4-1 и сигнальному 6.4-2 входам контрольного анализатора 6.4, запирающий выход 6.4-5 которого является запирающим выходом 61 блока 6. Первичный 6.4-3 и вторичный 6.4-4 выходы контрольного анализатора 6.4 являются соответственно первичным 66 и вторичным 67 выходами блока контроля сигналов отказов 6.

Контрольно-информационный дешифратор 6.1 блока контроля сигналов отказов 6 предназначен для контрольного распознавания сигнала состояния, характеризующего время выполнения сменного задания. Контрольно-информационный дешифратор 6.1 может быть технически реализован в виде серийно выпускаемого дешифратора, описанного в книге [Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А. и др. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. - Минск: Беларусь, 1991. С.432-436, рис.4.46].

Контрольно-сигнальный дешифратор 6.2 блока контроля сигналов отказов 6 предназначен для контрольного распознавания сигнала состояния, характеризующего количество изделий, изготовленных производственной системой, или количество доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг за текущую смену. Контрольно-сигнальный дешифратор 6.2 может быть технически реализован по аналогии с контрольно-информационным дешифратором 6.2 - на базе серийно выпускаемого дешифратора, описанного в работе [Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А. и др. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. - Минск: Беларусь, 1991. С.432-436, рис.4.46].

Контрольный счетчик 6.3 блока контроля сигналов отказов 6 предназначен для контрольной регистрации сигналов состояния, характеризующих параметры, полученные в результате моделирования производственного или телекоммуникационного процесса - время выполнения сменного задания и количество изделий, изготовленных производственной (количество услуг, предоставленных телекоммуникационной) системой. Контрольный счетчик 6.3 может быть технически реализован на базе цифрового счетчика, как описано в [Соботка З., Стары Я. Микропроцессорные системы. - М.: Энергоиздат, 1981. С.96-100].

Контрольный анализатор 6.4 блока контроля сигналов отказов 6 предназначен для сравнения вида сигнала состояния с эталонным, однозначно идентифицируемым видом сигнала состояния, осуществления процедуры принятия решения о логико-математической природе моделируемых параметров, описывающих эти состояния - параметры, полученные в результате моделирования, идентифицируются однозначно либо неоднозначно, нечетко, могут быть описаны с привлечением лингвистической переменной и требуют дополнительной верификации, а также осуществления процедуры формулировки (присвоения значения функциям принадлежности) двух начальных решений - по начальному количеству мнений экспертов (количество экспертов равно двум) о степени принадлежности конкретного сигнала состояния, характеризующего конкретный параметр, к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов. Контрольный анализатор 6.4 представляет собой серийно выпускаемый программируемый ТТЛ-компаратор типа 74LS85, описанный в [Янсен Й. Курс цифровой электроники: Сложные ИС для устройств передачи данных. Т.3. - М.: Мир, 1987. С.38-40, рис.1.21].

Блок преобразования сигналов отказов 7 (фиг.3) предназначен для математически корректного преобразования сигналов состояния, характеризующих параметры, полученные в результате моделирования производственного или телекоммуникационного процесса, и идентифицируемых в нечеткой форме (неоднозначно) к виду, пригодному для получения достоверных (однозначно трактуемых) результатов прогнозирования случайных событий.

Блок преобразования сигналов отказов 7 состоит из преобразующего счетчика-вычислителя 7.1, первичного 7.2 и вторичного 7.3 элементов хранения, первичного 7.4 и вторичного 7.5 элементов преобразования. Причем первичный 7.1-4 и вторичный 7.1-5 входы преобразующего счетчика вычислителя 7.1 соединены соответственно с входом 7.2-1 первичного 7.2 и основным входом 7.3-1 вторичного 7.3 элементов хранения и являются соответственно первичным 74 и вторичным 75 входами блока 7. Выходы 7.2-2 и 7.3-2 первичного 7.2 и вторичного 7.3 элементов хранения подключены соответственно к основным входам 7.4-1 и 7.5-1 первичного 7.4 и вторичного 7.5 элементов преобразования, выходы 7.4-3 и 7.5-3 которых являются соответственно первичным 76 и вторичным 77 выходами блока 7. Вспомогательный вход 7.3-3 вторичного элемента хранения 7.3 соединен с вспомогательным входом 7.1-1 преобразующего счетчика-вычислителя 7.1 и является вспомогательным входом 71 блока 7. Вспомогательные входы 7.4-2 и 7.5-2 первичного 7.4 и вторичного 7.5 элементов преобразования подключены соответственно к первичному 7.1-6 и вторичному 7.1-7 выходам преобразующего счетчика-вычислителя 7.1, сбросовый 7.1-2 и синхронизирующий 7.1-3 входы которого являются соответственно сбросовым 72 и синхронизирующим 73 входами блока преобразования сигналов отказов 7.

Преобразующий счетчик-вычислитель 7.1 блока преобразования сигналов отказов 7 предназначен для осуществления операции арифметического вычитания из единицы значений функций принадлежности нечетких множеств, поступающих из блока 6 и характеризующих мнения двух экспертов о степени принадлежности конкретного сигнала состояния, характеризующего конкретный параметр, к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов. Преобразующий счетчик-вычислитель 7.1 представляет собой типовое арифметико-логическое устройство и технически реализуется в виде серийно выпускаемого арифметико-логического устройства (АЛУ), описанного в [Дроздов Е.А., Комарницкий В.А., Пятибратов А.П. Электронно-вычислительные машины Единой системы. - М.: Машиностроение, 1981. С.158-170].

Первичный элемент хранения 7.2 блока преобразования сигналов отказов 7 предназначен для хранения нечеткой информации от первого эксперта и передачи в двоичном коде значений функций принадлежности нечетких множеств на основной вход 7.4-1 первичного элемента преобразования 7.4. Первичный элемент хранения 7.2 технически реализуется в виде типового программируемого запоминающего устройства в соответствии с описанием, представленным в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1996. С.197-199, рис.6.10].

Вторичный элемент хранения 7.3 блока преобразования сигналов отказов 7 предназначен для хранения нечеткой информации от второго эксперта и передачи в двоичном коде значений функций принадлежности нечетких множеств на основной вход 7.5-1 вторичного элемента преобразования 7.5. Вторичный элемент хранения 7.3 отличается от первичного элемента хранения 7.2 лишь наличием вспомогательного входа 7.3-3, который технически может быть легко объединен с основным входом 7.3-1, что позволяет осуществить реализацию вторичного элемента хранения 7.3 аналогично первичному элементу хранения 7.2, в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, как описано в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1996. С.197-199, рис.6.10].

Первичный элемент преобразования 7.4 блока преобразования сигналов отказов 7 предназначен для выполнения в двоичном коде математической операции пересечения нечеткого множества, формулируемого первым экспертом с дополнением нечеткого множества, формулируемого вторым экспертом. Первичный элемент преобразования 7.4 представляет собой цифровой узел сравнения, описанный в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1996. С.149-152, рис.5.19].

Вторичный элемент преобразования 7.5 блока преобразования сигналов отказов 7 предназначен для выполнения в двоичном коде математической операции пересечения нечеткого множества, формулируемого вторым экспертом с дополнением нечеткого множества, формулируемого первым экспертом. Вторичный элемент преобразования 7.5 идентичен первичному элементу преобразования 7.4 и также может быть технически реализован на базе цифрового узла сравнения, описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1996. С.149-152, рис.5.19].

Блок опознавания сигналов отказов 8 (фиг.4) предназначен для реализации завершающих вычислений в рамках теории нечетких множеств, направленных на окончательное и однозначное принятие решения (опознавание) о принадлежности конкретного сигнала состояния, характеризующего конкретный параметр моделируемой системы, к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов.

Блок опознавания сигналов отказов 8 состоит из опознавательного счетчика-вычислителя 8.1 и опознавателя уровня сигналов отказов 8.2. При этом выход 8.2-2 опознавателя уровня сигналов отказов 8.2 является опознавательным выходом 81 блока 8, выход 8.1-1 опознавательного счетчика-вычислителя 8.1 подключен к входу 8.2-1 опознавателя уровня сигналов отказов 8.2 и является вспомогательным выходом 86 блока 8, первичный 8.1-4 и вторичный 8.1-5 входы опознавательного счетчика-вычислителя 8.1 являются соответственно первичным 84 и вторичным 85 входами блока 8, сбросовый 8.1-2 и синхронизирующий 8.1-3 входы опознавательного счетчика-вычислителя 8.1 являются соответственно сбросовым 82 и синхронизирующим 83 входами блока опознавания сигналов отказов 8.

Опознавательный счетчик-вычислитель 8.1 блока опознавания сигналов отказов 8 предназначен для реализации завершающего цикла дизъюнктивного суммирования нечетких множеств - выполнения математической операции объединения нечетких множеств, являющихся результатом соответственно пересечения нечеткого множества, формулируемого первым экспертом с дополнением нечеткого множества, формулируемого вторым экспертом, и пересечения нечеткого множества, формулируемого вторым экспертом с дополнением нечеткого множества, формулируемого первым экспертом. Опознавательный счетчик-вычислитель 8.1 может быть технически реализован на базе цифрового узла сравнения, описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1996. С.149-152, рис.5.19].

Опознаватель уровня сигналов отказов 8.2 блока опознавания сигналов отказов 8 предназначен для реализации процедуры однозначного выбора (опознавания и присвоения) количественных значений соотношения анализируемых нечетких параметров моделируемого производственного или телекоммуникационного процесса - времени выполнения сменного задания и количества изделий, изготовленных производственной (количества услуг, предоставленных телекоммуникационной) системой. Опознаватель уровня сигналов отказов 8.2 представляет собой цифровую программируемую пороговую схему сравнения, описанную в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1996. С.152-156, рис.5.22].

Блок сравнения сигналов отказов 9 (фиг.5) предназначен для реализации ряда задач, завершающих цикл преобразований в интересах получения достоверных (однозначно трактуемых) результатов прогнозирования случайных событий - регистрации сигналов состояния, поступающих из блока 4 и характеризующих параметры моделируемой системы, а также для передачи в блок регистрации 5 либо изначально однозначно (четко) идентифицируемых сигналов состояния из блока 4, либо математически корректно преобразованных в блоках 6, 7 и 8 сигналов состояния, изначально идентифицируемых в нечеткой форме (неоднозначно).

Блок сравнения сигналов отказов 9 состоит из сравнивающего счетчика 9.1, отказного 9.2 и исполнительного 9.3 элементов И. Причем опознавательный вход 9.3-2 исполнительного элемента И 9.3 соединен с опознавательным входом 9.2-2 отказного элемента И 9.2 и является опознавательным входом 98 блока 9, информационный 9.1-6 и сигнальный 9.1-7 выходы сравнивающего счетчика 9.1 подключены соответственно к основным входам 9.2-1 и 9.3-1 отказного 9.2 и исполнительного 9.3 элементов И, выходы 9.2-3 и 9.3-3 которых являются соответственно информационным 94 и сигнальным 95 выходами блока 9. Запирающий вход 9.1-1 сравнивающего счетчика 9.1 является запирающим входом 97 блока 9, информационный 9.1-4 и сигнальный 9.1-5 входы сравнивающего счетчика 9.1 являются соответственно информационным 91 и сигнальным 96 входами блока 9. Сбросовый 9.1-2 и синхронизирующий 9.1-3 входы сравнивающего счетчика 9.1 являются соответственно сбросовым 92 и синхронизирующим 93 входами блока сравнения сигналов отказов 9.

Сравнивающий счетчик 9.1 блока сравнения сигналов отказов 9 предназначен для регистрации сигналов состояния, поступающих из блока 4, и реализации запрета на их передачу в блок 5 (запирания) при получении из блока 6 запирающего сигнала, подтверждающего, что параметры моделируемой системы, обуславливающие вид сигналов состояния, идентифицированы нечетко (неоднозначно). Сравнивающий счетчик 9.1 может быть технически реализован на базе цифрового счетчика с одиночным запрещающим входом, описанного в работе [Соботка З., Стары Я. Микропроцессорные системы. - М.: Энергоиздат, 1981. С.101-102].

Отказной элемент И 9.2 блока сравнения сигналов отказов 9 предназначен для конъюнкции и передачи в блок регистрации 5 достоверного значения параметра моделируемой системы - времени выполнения сменного задания, свидетельствующего об отказе производственной или телекоммуникационной системы (невыполнении в срок сменного задания). Отказной элемент И 9.2 может быть технически реализован на базе серийно выпускаемого элемента И, подробно описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.13-15, рис.1.2].

Исполнительный элемент И 9.3 блока сравнения сигналов отказов 9 предназначен для конъюнкции и передачи в блок регистрации 5 достоверного значения параметра моделируемой системы - количества изделий, изготовленных производственной (количества услуг, предоставленных телекоммуникационной) системой, свидетельствующего о выполнении в срок сменного задания. Исполнительный элемент И 9.3 аналогичен отказному элементу И 9.2 и может быть также технически реализован на базе серийно выпускаемого элемента И, как показано в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.13-15, рис.1.2].

Блок формирования сигналов отказов 4 (фиг.6) предназначен для регистрации и дешифровки результатов моделирования системы, осуществляемого в блоке 2 - учета и формирования численных значений количества изделий, изготовленных производственной системой, или количества доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг в текущую смену. Структурная схема блока формирования сигналов отказов 4 известна, подробно описана в прототипе (см. ав. св. СССР № 1441421, G 06 F 15/46, 1988, бюл. № 44, фиг.5), а также приведена на фиг.6 данного описания. Блок формирования сигналов отказов 4 (см. фиг.6) содержит элемент ИЛИ 4.1, основной 4.2 и дополнительный 4.3 счетчики, основной 4.4 и дополнительный 4.5 дешифраторы. Отличие схемы, предложенной на фиг.6 данного описания от известной и представленной в прототипе, заключается в том, что блок формирования сигналов отказов 4 снабжен дополнительным контрольно-информационным 46 и дополнительным контрольно-сигнальным 47 выходами (см. фиг.6), которые подключены соответственно к выходам 4.2-3 и 4.3-3 основного 4.2 и дополнительного 4.3 счетчиков.

Блок управления 1, входящий в общую структурную схему, предназначен для генерации сигналов управления - уровня "0" (режим, когда блоки устройства переводятся в исходное состояние) либо уровня "1" (соответствующего режиму "Работа"), генерации тактовых импульсов, обеспечивающих работу всего устройства по определенным циклам и генерации единичных импульсов, синхронизирующих работу всех блоков устройства. Структура блока управления 1 известна, описана в прототипе (см. ав. св. СССР № 1441421, G 06 F 15/46, 1988, бюл. № 44, фиг.2) и проиллюстрирована на фиг.7 данного описания. Блок управления 1 (см. фиг.7) содержит формирователь импульсов 1.1, генератор тактовых импульсов 1.2, переключатель 1.3, элемент И 1.4, синхронный счетчик 1.5 и дешифратор 1.6.

Блок модели системы 2, входящий в общую структурную схему, предназначен для моделирования процесса функционирования взаимосвязанных участков конкретной производственной или телекоммуникационной системы, пример структуры которой приведен на фиг.8. Структурная схема блока модели системы 2 известна, включает N≥2 модельных элементов участка системы, соединенных между собой в соответствии со структурой производственной или телекоммуникационной системы, детально описана в прототипе (см. ав. св. СССР №1441421, G 06 F 15/46, 1988, бюл. №44, фиг.8) и приведена на фиг.9, где, в качестве примера, количество участков N=6 и участки обозначены латинскими цифрами I, II, III, IV, V и VI.

Каждый из модельных элементов участка системы 2.1-2.N блока модели системы 2 предназначен для моделирования циклического процесса функционирования одного из участков производственной или телекоммуникационной системы с учетом отказов и восстановлении агрегатов участка, происходящих в случайные моменты времени. Структура каждого из модельных элементов участка системы 2.1-2.N известна, идентична для любого n-го () из участков системы, описана в прототипе (см. ав. св. СССР № 1441421, G 06 F 15/46, 1988, бюл. № 44, фиг.3) и проиллюстрирована в качестве примера для некоторого n-го модельного элемента участка системы 2.n () на фиг.10 данного описания. При этом n-й модельный элемент участка системы 2.n (см. фиг.10) содержит с первого по четвертый элементы ИЛИ 2.n.1-2.n.4, L (где L≥2) элементов И 2.n.5₁-2.n.5_L, первичный элемент И 2.n.6, вторичный элемент И 2.n.7, первичный триггер 2.n.8, вторичный триггер 2.n.9, первичный счетчик 2.n.10, вторичный счетчик 2.n.11, первичный дешифратор 2.n.12 и вторичный дешифратор 2.n.13. Причем число "L, (L≥2)" характеризует возможное количество параллельно работающих участков исследуемой производственной или телекоммуникационной системы и, как правило, составляет от 2 (двух) до 20 (двадцати).

Блок имитаторов состояний участков системы 3, входящий в общую структурную схему, предназначен для имитации циклического процесса функционирования производственной или телекоммуникационной системы с учетом отказов и восстановлений агрегатов участка, происходящих в случайные моменты времени. Структура блока имитаторов состояний участков системы 3 известна, описана в прототипе (см. ав. св. СССР №1441421, G 06 F 15/46, 1988, бюл. №44, фиг.4) и представлена на фиг.11. Блок имитаторов состояний участков системы 3 (см. фиг.11) состоит из N≥2 имитаторов состояний участков системы 3.1-3.N, каждый из которых содержит, например, для имитатора состояний участков системы 3.1: элемент И 3.1.1, одновибратор 3.1.2, счетчик 3.1.3, дешифратор 3.1.4, элемент НЕ 3.1.5, М≥2 генераторов случайных импульсов 3.1.6₁-3.1.6_M, элемент И-ИЛИ-НЕ 3.1.7 и элемент ИЛИ 3.1.8.

Блок регистрации 5, входящий в общую структурную схему, предназначен для регистрации, учета и накопления статистических данных в интересах получения численных значений показателей надежности и качества функционирования производственной или телекоммуникационной системы. Структура блока регистрации 5 известна, описана в прототипе (см. ав. св. СССР №1441421, G 06 F 15/46, 1988, бюл. №44, фиг.6) и представлена на фиг.12 данного описания. Блок регистрации 5 (см. фиг.12) состоит из основного элемента И 5.1, К (где К≥2) элементов И 5.2₁-5.2_К, делителя частоты 5.3, элемента ИЛИ 5.4, первичного 5.5, вторичного 5.6 и третичного 5.7 счетчиков, К≥2 счетчиков 5.8₁-5.8_К, четверичного счетчика 5.9, первичного 5.10, вторичного 5.11, третичного 5.12 и четверичного 5.13 дешифраторов, одновибратора 5.14, переключателя 5.15 и элемента НЕ 5.16. Причем число "К, (К≥2)" характеризует возможное количество отказов системы за цикл работы, как правило, составляет от 2 (двух) до 50 (пятидесяти) и используется в интересах получения параметров эмпирического распределения наработки производственной или телекоммуникационной системы на отказ.

Устройство для прогнозирования случайных событий работает следующим образом.

Известно, что с точки зрения моделирования параметров, соотношение которых характеризует состояние безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) и противоположное состояние - отказ системы, возможно представление этих параметров в виде набора (транспонированного вектора) [1, 2] вида:

где - транспонированный вектор, однозначно (четко) или неоднозначно (нечетко) характеризующий пространство параметров состояния системы. Элементами данного вектора являются: t_всз - время выполнения сменного задания; χ_и(у) - количество изделий, изготовленных производственной системой (или количество доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг). В рамках "идеальной" модели (отсутствие шумов, ошибок и т.д.) эти параметры моделей процессов функционирования заданы количественно и параметры состояния системы принимают однозначные, четко идентифицируемые значения. Проблема состоит в том, что при моделировании реальных процессов функционирования производственной или телекоммуникационной системы с непополняемым временным резервом, для того, чтобы получить адекватную модель, необходимо учитывать нестационарность работы системы, динамичный характер изменения как времени выполнения сменного задания, так и количество изделий, необходимо учитывать ошибки (шумы) моделирования основных и сопутствующих процессов. Для этого существует возможность идентификации состояния производственной или телекоммуникационной системы в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров моделируемых сигналов, характеризующих принадлежность конкретного сигнала состояния к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов. В этом случае выражение (1), характеризующее нечеткую информацию моделирования (нечеткие знания), обуславливающую степень принадлежности анализируемого состояния системы к пространству состояния безотказной работы или пространству отказов, имеет вид

где - транспонированный вектор пространства неоднозначно (нечетко) идентифицируемых параметров модели системы, элементы которого получены с помощью экспертов в рамках простейших, аппаратно реализуемых экспертных систем. Данная трактовка модели идентификации параметров модели системы позволяет ввести алгоритм последовательного сведения нечетко идентифицируемых параметров к виду, обуславливающему возможность параметрической и однозначной идентификации параметров модели системы, повысить достоверность результатов прогнозирования случайных событий.

В рамках традиционной экспертной системы для решения задачи объединения мнений экспертов, знания которых используются в виде заранее сформированных данных о возможных значениях параметров модели системы, а значит, и о возможных значениях степени принадлежности конкретного состояния системы к пространству состояния безотказной работы или пространству отказов, используется одна из типовых операций над нечеткими множествами - операция дизъюнктивного суммирования [1-6]. В этом случае дизъюнктивная сумма, например, двух нечетких множеств (по количеству экспертов) определяется в терминах объединений и пересечений нечетких множеств следующим образом:

где () - нечеткое множество, характеризующее мнение первого А (второго В) эксперта о степени принадлежности сигнала состояния системы, характеризуемого соотношением моделируемых параметров системы - t_всз (время выполнения сменного задания) и χ_и(у) (количество изделий, изготовленных производственной системой или количество доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг), к пространству состояния безотказной работы (ПСБР); () - дополнения этих нечетких множеств; () - нечеткое множество, характеризующее мнение первого А (второго В) эксперта о степени принадлежности сигнала состояния системы, характеризуемого соотношением моделируемых параметров системы, к пространству состояния отказов (ПСО); () - дополнения этих нечетких множеств. Полученные дизъюнктивные суммы и характеризуют соответственно объединенное мнение (в нашем случае двух, А и В) экспертов о значениях соотношения нечетких моделируемых параметров, обуславливающего принадлежность конкретного состояния производственной или телекоммуникационной системы к ПСБР либо ПСО. Для однозначной верификации принадлежности (либо не принадлежности) конкретного состояния системы к ПСБР либо ПСО объединенное мнение экспертов анализируется на основе специальной функции (функции α-уровня), являющейся критерием однозначного выбора (присвоения) количественных значений для моделируемых и анализируемых нечетких параметров системы и определения их соотношения [2-4]. Эта функция (α-уровень) задается заранее как порог, определяющий однозначность принадлежности конкретного состояния к ПСБР или ПСО, а множеством α-уровня нечеткого множества, характеризующего объединенное мнение экспертов, называется обычное множество

Выражение (5), например, характеризует тот факт, что если значение функции принадлежности (степень уверенности) интегрированного мнения экспертов для конкретного состояния моделируемой системы превышает α-уровень или равен ему, это состояние однозначно идентифицировано (четко определено) и принадлежит к пространству состояний безотказной работы системы.

Рассмотренный и детально описанный в [1-5] алгоритм дизъюнктивного суммирования нечетких множеств позволяет математически корректно, в рамках моделирования реального процесса функционирования сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем произвольной структуры, устранить неопределенность (неоднозначность, нечеткость) при идентификации численных значений и соотношения ключевых параметров моделируемого процесса (времени выполнения сменного задания и количества изделий, изготовленных производственной системой, или количества доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг), тем самым повысить достоверность идентификации состояния производственной или телекоммуникационной системы, а в конечном итоге повысить достоверность оценивания численных значений показателей надежности и качества функционирования таких систем.

С учетом этого осуществляется прогнозирование случайных событий в заявленном устройстве. Перед началом работы устройства с помощью переключателя 1.3 блока управления 1 на второй вход 1.4-2 элемента И 1.4 блока управления 1 и на стробирующий вход 3.1.4-2 дешифратора 3.1.4 блока имитаторов состояний участков системы 3 подается "0". Затем с выхода 1.1-1 формирователя импульсов 1.1 через сбросовый выход 12 блока управления 1 подается короткий импульс для установки блоков устройства в исходное состояние. По этому импульсу сбрасываются в ноль синхронный счетчик 1.5 блока управления 1, первичный 2.n.10 и вторичный 2.n.11 счетчики каждого из модельных элементов участка системы (в нашем примере - элемента 2.n, где ) блока модели системы 2, счетчик 3.1.3 блока имитаторов состояний участков системы 3, основной 4.2 и дополнительный 4.3 счетчики блока формирования сигналов отказов 4, первичный 5.5, вторичный 5.6, третичный 5.7, четверичный 5.9 счетчики, К счетчиков 5.8₁-5.8_К блока регистрации 5, контрольный счетчик 6.3 блока контроля сигналов отказов 6, преобразующий счетчик-вычислитель 7.1 блока преобразования сигналов отказов 7, опознавательный счетчик-вычислитель 8.1 блока опознавания сигналов отказов 8 и сравнивающий счетчик 9.1 блока сравнения сигналов отказов 9.

Кроме того, при получении данного импульса первичный 2.n.8 и вторичный 2.n.9 триггеры каждого из модельных элементов участка системы (в нашем случае - на примере некоторого элемента 2.n - фиг.10) блока модели системы 2 и делитель частоты 5.3 блока регистрации 5 устанавливаются в единичное состояние, М генераторов случайных импульсов 3.1.6₁-3.1.6_M каждого из имитаторов 3.1-3.N блока имитаторов состояний участков системы 3 приводятся в исходное состояние, соответствующее работоспособному состоянию всех агрегатов производственной или телекоммуникационной системы. После этого устройство готово к работе.

С помощью переключателя 1.3 блока управления 1 подается уровень "1", соответствующий режиму "Работа", на второй вход 1.4-2 элемента И 1.4 блока управления 1 (на первом входе 1.4-1 которого в этот момент присутствует "1") и на стробирующий вход 3.1.4-2 дешифратора 3.1.4 блока имитаторов состояний участков системы 3, тем самым разрешая его работу. На выходе 1.4-4 элемента И 1.4 блока управления 1 появляются импульсы генератора тактовых импульсов 1.2, распределитель импульсов на синхронном счетчике 1.5 и дешифраторе 1.6 начинает работать. На М контрольных выходах 14₁-14_M блока управления 1 поочередно появляются единичные импульсы, синхронизирующие работу всего устройства. Контрольные выходы 14₁-14_M блока управления 1 подключены к контрольным входам 24₁-24_M блока модели системы 2, соединенным с контрольными входами 2.n-2₁-2.n-2_M каждого из модельных элементов участка системы (в нашем случае - на примере элемента 2.n, см. фиг.10) блока модели системы 2.

Каждый из N модельных элементов участка системы (например, элемент 2.n () блока модели системы 2 совместно с соответствующим имитатором 3.n () состояния участков системы блока имитаторов состояний участков системы 3) предназначен для моделирования циклического процесса функционирования одного из участков производственной или телекоммуникационной системы с учетом отказов и восстановлений агрегатов участка, происходящих в случайные моменты времени.

Работу каждого из N имитаторов состояний участков системы блока имитаторов состояний участков системы 3 поясним на примере имитатора состояний участков системы 3.1 (т.е. n=1). Имитатор состояний участков системы 3.1. работает следующим образом (фиг.11).

На второй вход 3.1-3 имитатора 3.1 через синхронизирующий вход 33 блока имитаторов состояний участков системы 3 при работе устройства поступает тактовая последовательность импульсов с синхронизирующего выхода 13 (с выхода 1.6-3 дешифратора 1.6) блока управления 1. Помимо этого, тактовая последовательность импульсов с синхронизирующего выхода 13 блока управления 1 поступает на синхронизирующий вход 23 блока модели системы 2, синхронизирующий вход 43 блока формирования сигналов отказов 4, синхронизирующий вход 53 блока регистрации 5, синхронизирующий вход 63 блока контроля сигналов отказов 6, синхронизирующий вход 73 блока преобразования сигналов отказов 7, синхронизирующий вход 83 блока опознавания сигналов отказов 8 и синхронизирующий вход 93 блока сравнения сигналов отказов 9. Частота импульсов последовательности задает масштаб моделирования процесса функционирования производственной или телекоммуникационной системы, т.е. интервалу времени между двумя соседними импульсами последовательности соответствует определенный интервал реального времени функционирования производственной или телекоммуникационной системы.

На третьем входе 3.1-4 имитатора 3.1 во время работы устройства присутствует единичный сигнал, поступающий через управляющий вход 34 блока имитаторов состояний участков системы 3 с управляющего выхода 15 блока управления 1. На четвертом входе 3.1-1 имитатора 3.1, соединенном с первым групповым выходом 21₁ блока модели системы 2 (выходом 2.1-6 первого (из N возможных) модельного элемента участка системы 2.1), единичный сигнал появляется в момент поступления требующего обработки изделия на участок системы. По переднему фронту этого сигнала одновибратор 3.1.2 формирует короткий импульс, сбрасывающий в ноль счетчик 3.1.3 имитатора состояний участков системы 3.1 блока имитаторов состояний участков системы 3.

Счетчик 3.1.3 и дешифратор 3.1.4 (фиг.11) используются для распределения импульсов - задания циклограммы работы агрегатов участка производственной или телекоммуникационной системы. После сброса счетчика 3.1.3 в ноль на его счетный вход 3.1.3-1 начинают поступать тактовые импульсы. Моменты включения и выключения отдельных агрегатов участка моделируются появлением и исчезновением единичных импульсов на соответствующих агрегатам выходах 3.1.4-3₁-3.1.4-3_M дешифратора 3.1.4. Единичный сигнал с m-го (m=1, ..., М) выхода 3.1.4-3_m дешифратора 3.1.4 поступает на управляющий вход 3.1.6-2_m m-го генератора случайных импульсов 3.1.6_m и обеспечивает в нем процессы, имитирующие возможный отказ m-го () агрегата во включенном состоянии (принимается допущение, что в выключенном состоянии износа агрегата не происходит и он отказать не может).

В случае, если m-й () агрегат находится в работоспособном состоянии, чему соответствует нулевой сигнал на выходе 3.1.6-3_m m-го генератора случайных импульсов 3.1.6_m, на выходе 3.1.7-3 элемента И-ИЛИ-НЕ 3.1.7 присутствует единичный сигнал, поступающий через соответствующий (в нашем случае первый) групповой выход 35₁ блока имитаторов состояний участков системы 3 на соответствующий (в нашем случае первый) групповой вход 25₁ блока модели системы 2. Это свидетельствует о нормальном ходе технологического или телекоммуникационного процесса на n-м (в нашем случае первом, n=1, где n может принимать значения ) участке производственной или телекоммуникационной системы.

Если m-й агрегат отказывает в момент времени, когда он должен согласно циклограмме участвовать в обработке изделия (в передаче информации), то на выходе 3.1.6-3_m m-го генератора случайных импульсов 3.1.6_m появляется единичный сигнал, на выходе 3.1.7-3 элемента И-ИЛИ-НЕ 3.1.7 - нулевой сигнал, который воспринимается блоком модели системы 2 как сигнал о нарушении хода технологического или телекоммуникационного процесса на n-м (в нашем случае - первом, где n=1, ..., N) участке производственной или телекоммуникационной системы. В этом случае счетчик 3.1.3 и дешифратор 3.1.4 (фиг.11) останавливаются до момента восстановления отказавшего агрегата производственной или телекоммуникационной системы (принимается допущение, что отказы агрегатов носят необесценивающий характер).

Таким образом, время, затрачиваемое участком производственной или телекоммуникационной системы на обработку одного изделия (или предоставление одной телекоммуникационной услуги), при имитации отказов агрегатов увеличивается на время восстановления их работоспособного состояния.

Законы распределения (и их параметры) длительности импульсов на выходе генератора случайных импульсов 3.1.6_m (время восстановления m-го агрегата) и длительности пауз между ними (работоспособное состояние агрегата) выбираются на основании статистических данных о наработке на отказ и времени восстановления агрегатов, работающих в аналогичных производственных или телекоммуникационных системах.

После того как на n-м (в нашем случае - первом, где n=1, ..., N) участке закончена обработка изделия, единичный сигнал появляется на (М+1)-м выходе 3.1.4-3_M+1 дешифратора 3.1.4 и через инвертор - элемент НЕ 3.1.5 запрещает прохождение тактовых импульсов на вход 3.1.3-1 счетчика 3.1.3. Счетчик 3.1.3 и дешифратор 3.1.4 останавливаются вплоть до момента поступления на четвертый вход 3.1.1 имитатора состояний участков системы 3.n (в нашем примере - 3.1) переднего фронта очередного импульса, соответствующего поступлению на участок очередного изделия.

Информация о ходе технологического или телекоммуникационного процесса на участках поступает с N групповых выходов 35₁-35_N блока имитаторов состояний участков системы 3 через N групповых входов 25₁-25_N блока модели системы 2 (фиг.9) на третьи входы 2.n-3 каждого n-го из N модельных элементов участка системы (в нашем примере - на входы элемента 2.n, см. фиг.10).

Работу каждого из N модельных элементов участка системы (фиг.9) рассмотрим на примере функционирования некоторого абстрактного n-го модельного элемента участка системы 2.n. Модельный элемент участка системы 2.n работает следующим образом (фиг.10). После подачи на первый вход 2.n-1 модельного элемента участка системы 2.n импульса установки исходного состояния устройства первичный триггер 2.n.8 находится в единичном состоянии, вторичный триггер 2.n.9, первичный 2.n.10 и вторичный 2.n.11 счетчики - в нулевом. Первичный триггер 2.n.8 предназначен для фиксации наличия на участке изделия, вторичный триггер 2.n.9 - для фиксации факта окончания обработки изделия агрегатами участка (завершение очередной фазы технологического или телекоммуникационного процесса).

Моделирование процесса функционирования участков производственной или телекоммуникационной системы осуществляется непосредственно после установки режима "Работа" с помощью переключателя 1.3 блока управления 1. Единичный сигнал, обуславливающий наличие на участке требующего обработки изделия, с прямого выхода 2.n.8-3 первичного триггера 2.n.8 поступает на вход соответствующего n-го имитатора состояния участка системы 3.n и запускает счетчик 3.n.3 и дешифратор 3.n.4, работающие в соответствии с циклограммой функционирования агрегатов участка производственной или телекоммуникационной системы. Сигнал с выхода 3.n-5 соответствующего n-го имитатора состояния участка системы 3.n поступает на третий вход 2.n-3 n-го модельного элемента участка системы 2.n. Если агрегат участка, производящий в данный момент времени обработку изделия, находится в работоспособном состоянии (единичный сигнал на третьем входе 2.n-3 n-го модельного элемента участка системы 2.n), то тактовые импульсы с первого 2.n-1 и с вторых 2.n-2₁-2.n-2_M входов n-го модельного элемента участка системы 2.n поступают через первичный 2.n.6 и вторичный 2.n.7 элементы И на счетные входы 2.n.10-1 и 2.n.11-2 первичного 2.n.10 и вторичного 2.n.11 счетчиков соответственно (см. фиг.10). Если же агрегат участка, производящий в данный момент времени обработку изделия, отказывает, то на третьем входе 2.n-3 модельного элемента участка системы 2.n появляется сигнал нулевого уровня и содержимое вторичного счетчика 2.n.11 перестает увеличиваться.

Вторичный счетчик 2.n.11 (см. фиг.10) фиксирует чистое (без учета остановок технологического или телекоммуникационного процесса за счет отказов агрегатов) время обработки изделия (оказания телекоммуникационной услуги) на участке, первичный счетчик 2.n.10 - время его нахождения там до момента завершения обработки (момента окончания предоставления телекоммуникационной услуги).

Первичный дешифратор 2.n.12 (см. фиг.10) настроен на двоичный код оперативного времени, т.е. времени, выделяемого для реализации определенной фазы технологического или телекоммуникационного процесса, вторичный дешифратор 2.n.13 - на код времени, необходимого для обработки изделия (оказания телекоммуникационной услуги) безотказно работающими агрегатами участка. Момент окончания обработки изделия (момент окончания предоставления телекоммуникационной услуги) моделируется появлением единичного сигнала на выходе 2.n.13-2 вторичного дешифратора 2.n.13 и установкой вторичного триггера 2.n.9 в единичное состояние. Вторичный счетчик 2.n.11 при этом обнуляется. На втором выходе 2.n-8 n-го модельного элемента участка системы 2.n (см. фиг.10) появляется единичный сигнал, означающий завершение участком соответствующей фазы технологического или телекоммуникационного процесса и готовность изделия для передачи следующему (n+1)-му участку. На инверсном выходе 2.n.9-4 вторичного триггера 2.n.9 появляется нулевой сигнал, который запрещает дальнейшее увеличение содержимого первичного счетчика 2.n.10.

Единичный сигнал с второго выхода 2.n-8 n-го модельного элемента участка системы 2.n (см. фиг.10), свидетельствующий о завершении обработки изделия участком производственной или телекоммуникационной системы, поступает на пятый вход 2.(n+1)-5 следующего (n+1)-го модельного элемента участка системы 2.(n+1), выполняющего следующую фазу технологического или телекоммуникационного процесса. Если этот участок готов к приему изделия (единичный сигнал на инверсном выходе первичного триггера 2.(n+1).8), то срабатывает соответствующий элемент И 2.(n+1).5_l (где l=1, ..., L) и первичный триггер 2.(n+1).8 переходит в единичное состояние. Этим имитируется принятие изделия последующим участком.

Одновременно единичный сигнал с прямого выхода 2.n.9-3 вторичного триггера 2.n.9 (см. фиг.10) поступает на третий выход 2.n-9 принимающего изделие модельного элемента участка системы 2.n. Этот выход соединен с четвертым входом 2.(n-1)-4 предыдущего (n-1)-го передающего модельного элемента участка системы 2.(n-1), и единичный сигнал устанавливает первичный 2.(n-1).8, вторичный 2.(n-1).9 триггеры и первичный счетчик 2.(n-1).10 (n-1)-го передающего модельного элемента участка системы 2.(n-1) в нулевое состояние. Таким образом моделируется освобождение участка производственной или телекоммуникационной системы и его готовность к приему на обработку очередного изделия.

Если последующий, в нашем примере некоторый (n+1)-й участок из N не готов к приему изделия (т.е. в этот момент на нем уже обрабатывается изделие), то изделие остается на предыдущем n-м участке до момента освобождения последующего.

Наличие L элементов И (2.n.5₁-2.n.5_L) в модельных элементах участка системы необходимо для синхронизации приема на участок изделий от нескольких параллельно работающих участков, выполняющих предшествующую фазу технологического или телекоммуникационного процесса. С помощью синхронизации исключается возможность моделирования одновременного приема на участок нескольких изделий, что в реальных производственных или телекоммуникационных системах рассматриваемого класса невозможно.

Если обработка изделия n-м участком завершена по истечении оперативного времени, то в момент его окончания на выходе 2.n.12-2 первичного дешифратора 2.n.12 появляется единичный сигнал, который поступает на второй выход 2.n-8 n-го модельного элемента участка системы 2.n. Этот сигнал свидетельствует об отказе участка производственной системы. За отказ участка системы, обладающего непополняемым временным резервом, принимается несвоевременное выполнение им соответствующей фазы технологического или телекоммуникационного процесса обработки изделия (предоставления телекоммуникационной услуги), т.е. отказ возникает тогда, когда фаза технологического или телекоммуникационного процесса еще не завершена, а оперативное время уже истекло (время восстановления агрегатов участка превышает непополняемый временной резерв).

Для фиксации количества отказов участков производственной или телекоммуникационного системы, что иногда бывает необходимо для выявления наиболее узких мест системы, может быть использована любая типовая регистрирующая аппаратура (не показана), позволяющая производить подсчет единичных импульсов. Для этого ее входы должны быть подключены к вторым выходам (входам 2.n-8 для элемента 2.n) каждого из N модельных элементов участка системы.

Рассмотрим работу блока модели системы 2 (фиг.9), используя выбранную в качестве примера структуру производственной (телекоммуникационной) системы, схема которой представлена на фиг.8.

Производственная (телекоммуникационная) система состоит из N=6 участков, часть из которых (III, IV, V) имеют невысокую производительность и поэтому работают параллельно, реализуя одну из фаз технологического или телекоммуникационного процесса. При построении блока модели производственной (телекоммуникационной) системы (фиг.9) принимается допущение, что на входе производственной или телекоммуникационной системы имеется неограниченный запас сырья (ресурса) для производства изделий или предоставления телекоммуникационных услуг. Это имитируется подачей с синхронизирующего входа 23 на пятый вход 2.1-5 первого модельного элемента участка системы 2.1 уровня "1". Принимается также допущение, что прием готовых изделий на склад или доведение телекоммуникационных услуг до абонентов телекоммуникационной системы с участка VI производится без задержки. Поэтому четвертый вход 2.6-4 VI-го модельного элемента участка системы 2.6 подключен к его второму выходу 2.6-8.

При моделировании процесса изготовления изделия (предоставления телекоммуникационных услуг) имитируется его передача от участка, завершившего очередную фазу технологического или телекоммуникационного процесса, к участку, реализующему следующую фазу. При параллельной работе нескольких участков (III, IV, V) изделие передается тому из них, который в момент передачи свободен. Если же свободно несколько участков, то передача изделия может осуществляться одному из них произвольным образом. Количество параллельно работающих участков при составлении модели системы и построении блока модели системы 2 ограничено количеством L элементов И (2.n.5₁-2.n.5_L) в модельных элементах участка системы. Количество последовательно работающих участков при построении блока модели системы 2 ограничивается лишь количеством участков, имеющихся в реальной производственной или телекоммуникационной системе.

При работе устройства каждый импульс на управляющем выходе 26 блока модели системы 2 соответствует изготовленному производственной системой изделию или доведенной до абонента телекоммуникационной системы услуге. Эти импульсы поступают на управляющий вход 41 блока формирования сигналов отказов 4 (фиг.6). Дополнительный счетчик 4.3 блока формирования сигналов отказов 4 фиксирует поступающие из блока 2 однозначные (четкие) и неоднозначные (нечеткие) значения количества изделий, изготовленных производственной системой, или количество доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг в текущую смену и передает эту информацию в двоичном коде на вход 4.5-1 дополнительного дешифратора 4.5 и через дополнительный контрольно-сигнальный выход 47 блока формирования сигналов отказов 4 на контрольно-сигнальный вход 65 блока контроля сигналов отказов 6 для реализации процедуры устранения неопределенности (неоднозначности, нечеткости) при идентификации численных значений и соотношения параметров моделируемого процесса. Когда это количество (χ_и(у)) достигает запланированного на смену (сменное задание выполнено), то на выходе дополнительного дешифратора 4.5 блока формирования сигналов отказов 4 появляется кратковременный единичный сигнал, который через элемент ИЛИ 4.1 осуществляет сброс основного 4.2 и дополнительного 4.3 счетчиков.

Основной счетчик 4.2 фиксирует поступающие из блока 2 однозначные (четкие) и неоднозначные (нечеткие) значения времени выполнения сменного задания и передает эту информацию в двоичном коде на вход 4.4-1 основного дешифратора 4.4 и через дополнительный контрольно-информационный выход 46 блока формирования сигналов отказов 4 на контрольно-информационный 64 блока контроля сигналов отказов 6 для реализации процедуры устранения неопределенности (неоднозначности, нечеткости) при идентификации численных значений и соотношения параметров моделируемого процесса. Если время выполнения сменного задания (t_всз) выполняется с опозданием, то на выходе 4.4-2 основного дешифратора 4.4 блока формирования сигналов отказов 4 появляется единичный сигнал, свидетельствующий об отказе производственной или телекоммуникационной системы (невыполнение в срок сменного задания).

Предварительно сформированные однозначные (четкие) и неоднозначные (нечеткие) сигналы о выполнении сменных заданий с выхода 4.5-2 дополнительного дешифратора 4.5 через сигнальный выход 45 блока формирования сигналов отказов 4 поступают на сигнальный вход 96 блока сравнения сигналов отказов 9 (фиг.5) и фиксируются сравнивающим счетчиком 9.1, хранящим эту информацию и ведущим предварительный учет объема (в сменных заданиях) выпущенной продукции или оказанных телекоммуникационных услуг. Предварительно сформированные однозначные (четкие) и неоднозначные (нечеткие) сигналы отказов поступают с выхода 4.4-2 основного дешифратора 4.4 через информационный выход 44 блока формирования сигналов отказов 4 на информационный вход 91 блока сравнения сигналов отказов 9 и также фиксируются сравнивающим счетчиком 9.1.

Контрольное распознавание, регистрации сигналов состояния, характеризуемых однозначными (четкими) и неоднозначными (нечеткими) параметрами, полученными в результате моделирования производственного или телекоммуникационного процесса, а также процедура принятия решения о логико-математической природе этих параметров и процедура формулировки решений о степени принадлежности конкретного сигнала состояния, характеризующего конкретный параметр, к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов, осуществляется в блоке контроля сигналов отказов 6 (фиг.2) следующим образом. Численное значение количества изделий, изготовленных производственной системой, или значение количества доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг в текущую смену из блока 4 в двоичном коде через контрольно-сигнальный вход 65 блока контроля сигналов отказов 6 поступает на вход 6.2-1 контрольно-сигнального дешифратора 6.2. Численное значение времени выполнения сменного задания из блока 4 в двоичном коде через контрольно-информационный вход 64 блока контроля сигналов отказов 6 поступает на вход 6.1-1 контрольно-информационного дешифратора 6.1 (см. фиг.2).

Контрольно-информационный дешифратор 6.1 блока контроля сигналов отказов 6 осуществляет контрольное распознавание сигнала состояния, характеризующего время выполнения сменного задания. Если сменное задание выполняется с опозданием, то с выхода 6.1-2 контрольно-информационного дешифратора 6.1 на информационный вход 6.3-1 контрольного счетчика подается контрольный единичный сигнал, свидетельствующий об отказе производственной или телекоммуникационной системы (невыполнение в срок сменного задания).

Контрольно-сигнальный дешифратор 6.2 блока контроля сигналов отказов 6 реализует контрольное распознавание сигнала состояния, характеризующего количество изделий, изготовленных производственной системой, или количество доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг за текущую смену - когда это количество достигает запланированного на смену, с выхода 6.2-2 контрольно-сигнального дешифратора 6.2 на сигнальный вход 6.3-4 контрольного счетчика 6.3 подается кратковременный контрольный единичный сигнал, свидетельствующий о том, что сменное задание выполнено (система сработала безотказно и в срок).

В контрольном счетчике 6.3 блока контроля сигналов отказов 6 осуществляется контрольная регистрация сигналов состояния, характеризуемых однозначными (четкими) и неоднозначными (нечеткими) параметрами, полученными в результате моделирования производственного или телекоммуникационного процесса - время выполнения сменного задания и количество изделий, изготовленных производственной (количество услуг, предоставленных телекоммуникационной) системой. Эти сигналы состояния в двоичном коде с информационного 6.3-5 и сигнального 6.3-6 выходов контрольного счетчика 6.3 соответственно поступают на информационный 6.4-1 и сигнальный 6.4-2 входы контрольного анализатора 6.4 блока контроля сигналов отказов 6, который сравнивает вид конкретного сигнала состояния с эталонным, на основе сравнения принимает решения о логико-математической природе моделируемых параметров и формирует значения функций принадлежности нечетких множеств, характеризующие степень принадлежности анализируемого состояния, обуславливаемого соотношением моделируемых параметров, к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов.

Контрольный анализатор 6.4 на базе программируемого ТТЛ-компаратора типа 74LS85 сравнивает вид конкретного сигнала состояния с эталонным, опираясь на хранимый в памяти компаратора "образ" эталонного сигнала состояния, характеризуемого соотношением однозначно (четко) идентифицируемых параметров модели системы. Если анализируемый сигнал состояния совпадает с эталонным, принимается решение о том, что предварительно сформированный анализируемый сигнал состояния идентифицирован однозначно (четко), на первичном 6.4-3 и вторичном 6.4-4 выходах контрольного анализатора 6.4 и на соответствующих первичном 66 и вторичном 67 выходах блока контроля сигналов отказов 6 нет сигналов. При этом запирающий сигнал с запирающего выхода 6.4-5 контрольного анализатора 6.4 через запирающий выход 61 блока контроля сигналов отказов 6 не поступает на запирающий вход 97 блока сравнения сигналов отказов 9, позволяя сравнивающему счетчику 9.1 регистрировать и импортировать однозначно (четко) идентифицируемые параметры, полученные в результате моделирования производственного или телекоммуникационного процесса - время выполнения сменного задания и количество изделий, изготовленных производственной (количество услуг, предоставленных телекоммуникационной) системой со своих информационного 9.1-4 и сигнального 9.1-5 входов на свои соответственно информационный 9.1-6 и сигнальный 9.1-7 выходы

Если анализируемый сигнал состояния не совпадает с эталонным, в контрольном анализаторе 6.4 принимается решение о том, что предварительно сформированный анализируемый сигнал состояния идентифицирован неоднозначно (недостоверно, нечетко) и требует дополнительной верификации в интересах математически корректного преобразования нечетко идентифицируемых параметров анализируемого сигнала к виду, обуславливающему возможность параметрической и однозначной идентификации параметров модели системы, а значит, и возможность повышения достоверности результатов прогнозирования случайных событий. В этом случае на основе анализа соотношения неоднозначно (нечетко) идентифицируемых параметров модели системы контрольный анализатор 6.4 формирует бинарную кодовую последовательность, содержащую информацию, разделенную на две составляющие - в соответствии с количеством мнений экспертов (количеством экспертов) о степени принадлежности конкретного анализируемого сигнала состояния к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов. Сигналы на первичном 6.4-3 и вторичном 6.4-4 выходах контрольного анализатора 6.4, а также соответственно на первичном 66 и вторичном 67 выходах блока контроля сигналов отказов 6 соответствуют данным от первого и второго экспертов. С этих выходов информация (нечеткая кодовая последовательность) в двоичном коде поступает через первичный 74 и вторичный 75 входы блока преобразования сигналов отказов 7 соответственно на первичный 7.1-4 и вторичный 7.1-5 входы преобразующего счетчика-вычислителя 7.1 и соответственно на вход 7.2-1 первичного элемента хранения 7.2 и основной вход 7.3-1 вторичного элемента хранения 7.3. При этом запирающий сигнал с запирающего выхода 6.4-5 контрольного анализатора 6.4 через запирающий выход 61 блока контроля сигналов отказов 6 поступает на запирающий вход 97 блока сравнения сигналов отказов 9, блокируя сравнивающий счетчик 9.1.

В блоке преобразования сигналов отказов 7 (фиг.3) осуществляется трансформирование (преобразование) информации об анализируемом сигнале, характеризуемом соотношением моделируемых параметров заданных в нечеткой форме (нечеткой кодовой последовательности) к виду, пригодному для параметрической и однозначной идентификации параметров модели системы, и, в конечном итоге, для достоверного прогнозирования случайных событий, а, с точки зрения математики - корректное вычисление интегрированного мнения экспертов о принадлежности либо не принадлежности конкретного анализируемого сигнала состояния к пространству отказов, осуществляется в соответствии с выражением (4) следующим образом.

Преобразующий счетчик-вычислитель 7.1 реализует функцию арифметического вычитания из единицы значений функций принадлежности нечетких множеств, в соответствии с алгоритмом, описанным в [1, 2], например, если

то

где и - дополнения нечеткие множеств и , сформулированных экспертами А и В по поводу степени принадлежности (значения функции принадлежности) конкретного анализируемого сигнала состояния к пространству сигналов отказов. Первичный 7.2 и вторичный 7.3 элементы хранения хранят нечеткую информацию от эксперта А и В и через свои выходы 7.2-2 и 7.3-2 в двоичном коде выдают значения функций принадлежности нечетких множеств на основной вход 7.4-1 первичного элемента преобразования 7.4 и на основной вход 7.5-1 вторичного элемента преобразования 7.5 соответственно. Каждый из первичного 7.4 и вторичного 7.5 элементов преобразования, получая в двоичном коде на свои вспомогательные входы 7.4-2 и 7.5-2 соответственно значения элементов дополнения нечетких множеств с первичного 7.1-6 и вторичного 7.1-7 выходов преобразующего счетчика-вычислителя 7.1, выполняет функцию пересечения, как описано в [1, 2]: первичный элемент преобразования 7.4 выполняет операцию , а вторичный элемент преобразования 7.5 выполняет операцию . С выхода 7.4-3 первичного элемента преобразования 7.4 через первичный выход 76 блока преобразования сигналов отказов 7 и с выхода 7.5-3 вторичного элемента преобразования 7.5 через вторичный выход 77 блока преобразования сигналов отказов 7 полученные значения в двоичном коде поступают соответственно через первичный вход 84 и вторичный вход 85 блока опознавания сигналов отказов 8 (фиг.4) на первичный 8.1-4 и вторичный 8.1-5 входы опознавательного счетчика-вычислителя 8.1, выполняющего завершающий цикл дизъюнктивного суммирования (объединение нечетких множеств) в соответствии с выражением (4).

С выхода 8.1-1 опознавательного счетчика-вычислителя 8.1 (см. фиг.4) полученные итоговые значения (обобщенное мнение экспертов о значении) функции принадлежности конкретного анализируемого сигнала состояния к пространству сигналов отказов в двоичном коде поступают на вход 8.2-1 опознавателя уровня сигналов отказов 8.2 и через вспомогательный выход 86 блока опознавания сигналов отказов 8, вспомогательный вход 71 блока преобразования сигналов отказов 7 - на вспомогательный вход 7.1-1 преобразующего счетчика-вычислителя 7.1 и вспомогательный вход 7.3-3 вторичного элемента хранения 7.3 (см. фиг.3). Опознаватель уровня сигналов отказов 8.2 осуществляет однозначный выбор (присвоение) количественных значений анализируемых нечетких параметров модели в соответствии с выражением (6). Являясь, по сути, программируемой схемой сравнения, в которой в двоичном коде сравниваются значения заранее введенного (запрограммированного) α-уровня нечетких множеств и полученные из опознавательного счетчика-вычислителя 8.1 верифицированные значения функции принадлежности конкретного анализируемого сигнала состояния к пространству сигналов отказов, опознаватель уровня сигналов отказов 8.2 путем сравнения порога (α-уровня) однозначно и окончательно определяет, принадлежит ли анализируемый сигнал состояния к пространству сигналов отказов. Если значение функции принадлежности (степень уверенности) интегрированного мнения экспертов полученное с выхода опознавательного счетчика-вычислителя 8.1 для конкретного анализируемого сигнала состояния превышает α-уровень или равен ему, этот конкретный моделируемый сигнал является истинно отказом, т.е., однозначно указывает на принадлежность анализируемого сигнала состояния к пространству сигналов отказов и опознаватель уровня сигналов отказов 8.2 выдает на выходе 8.2-2 в двоичном коде значение 1 - "единица". Если α-уровень превышает значение функции принадлежности (степень уверенности) интегрированного мнения экспертов, опознаватель уровня сигналов отказов 8.2 выдает на выходе 8.2-2 в двоичном коде значение 0 - "нуль".

Передача информации на вспомогательный вход 7.1-1 преобразующего счетчика-вычислителя 7.1 и вспомогательный вход 7.3-3 вторичного элемента хранения 7.3 блока преобразования сигналов отказов 7 предназначена для случая, когда количество экспертов больше двух. В этом случае определяется дополнение полученного с выхода 8.1-1 опознавательного счетчика-вычислителя 8.1 нечеткого множества в преобразующем счетчике-вычислителе 7.1 и полученные с выхода 8.1-1 опознавательного счетчика-вычислителя 8.1 значения перезаписываются во вторичный элемент хранения 7.3, играя роль информации от первого эксперта. Информация от нового (например, третьего) эксперта записывается через вход 7.2-1 в первичный элемент хранения 7.2, и цикл вычислений повторяется снова.

С выхода 8.2-2 опознавателя уровня сигналов отказов 8.2 (фиг.4) полученные количественные значения (сигналы "нуль" или "единица") в двоичном коде через опознавательный выход 81 блока опознавания сигналов отказов 8 поступают через опознавательный вход 98 блока сравнения сигналов отказов 9 на опознавательные входы 9.2-2 и 9.3-2 отказного 9.2 и 9.3 исполнительного элементов И соответственно (см. фиг.5). В сочетании с предварительно сформированным анализируемым сигналом состояния, значения параметров которого (t_всз, χ_и(у)) с информационного 9.1-6 и сигнального 9.1-7 выходов сравнивающего счетчика 9.1 поступают соответственно на основные входы 9.2-1 и 9.3-1 отказного 9.2 и исполнительного 9.3 элементов И, опознавательный сигнал (сигнал "нуль" или "единица") от блока опознавания сигналов отказов 8 является для отказного 9.2 и исполнительного 9.3 элементов И, по сути, командой, указывающей на то, что либо конкретный моделируемый сигнал является истинно отказом (сигнал 1 - "единица"), однозначно верифицирован как отказ системы и может быть направлен именно в этом качестве в блок регистрации 5, либо моделируемый сигнал не признан отказом (сигнал 0 - "нуль"), система однозначно идентифицирована на данном этапе как работающая безотказно.

Таким образом, на выходах 9.2-3 и 9.3-3 отказного 9.2 и исполнительного 9.3 элементов И и на соответствующих информационном 94 и сигнальном 95 выходах блока сравнения сигналов отказов 9 имеем соответственно сигналы отказов (t_всз) и сигналы о выполнении сменных заданий (χ_и(у)), получаемые либо как изначально однозначно (четко) идентифицируемые сигналы (на запирающем входе 97 блока сравнения сигналов отказов 9 нет запирающего сигнала), либо как изначально неоднозначно (нечетко) идентифицируемые сигналы но математически корректно трансформированные (преобразованные) к виду, пригодному для параметрической, однозначной и достоверной идентификации параметров модели системы.

Достоверные сигналы о выполнении сменных заданий с выхода 9.3-3 исполнительного элемента И 9.3 через сигнальный выход 95 блока сравнения сигналов отказов 9 поступают на сигнальный вход 55 блока регистрации 5 (фиг.12) и фиксируются вторичным счетчиком 5.6, ведущим учет объема (в сменных заданиях) выпущенной продукции или оказанных телекоммуникационных услуг. Достоверные сигналы отказов поступают с выхода 9.2-3 отказного элемента И через информационный выход 94 блока сравнения сигналов отказов 9 на информационный вход 54 блока регистрации 5. По переднему фронту каждого такого сигнала одновибратор 5.14 формирует короткий импульс, который фиксируется четверичным счетчиком 5.9, ведущим учет количества отказов. Кроме того, этот импульс фиксируется одним из счетчиков 5.8₁-5.8_К, предназначенных для получения гистограммы наработки на отказ системы. Сигнал отказа с информационного входа 54 блока регистрации 5 поступает через элемент ИЛИ 5.4 на сбросовый вход 5.5-2 первичного счетчика 5.5, вход 5.3-2 делителя частоты 5.3 и сбрасывает их в ноль. После окончания сигнала отказа первичный счетчик 5.5 начинает считать импульсы, поступающие с выхода 5.3-3 делителя частоты 5.3. Коэффициент деления делителя частоты 5.3 задает величину интервалов гистограммы. Третичный счетчик 5.7, на вход 5.7-2 которого поступают тактовые импульсы, фиксирует время функционирования производственной или телекоммуникационной системы.

Статистические данные для получения достоверных численных значений показателей надежности и качества функционирования производственной или телекоммуникационной системы накапливаются в счетчиках блока регистрации 5 после проведения одной реализации процесса функционирования системы. Проведение такой реализации может быть закончено автоматически либо по достижении заданного объема выпущенной продукции (заданного объема предоставленных абонентам телекоммуникационных услуг) - 10²-10³ сменных заданий (выход 51 блока регистрации 5 при этом подключен с помощью переключателя 5.15 к выходу 5.11-2 вторичного дешифратора 5.11), либо по истечении заданного времени моделирования (выход 51 блока регистрации 5 при этом подключен с помощью переключателя 5.15 к выходу 5.12-2 третичного дешифратора 5.12), либо при достижении заданного количества отказов производственной или телекоммуникационной системы (выход 51 блока регистрации 5 подключен с помощью переключателя 5.15 к выходу 5.13-2 четверичного дешифратора 5.13). Проведение реализации может быть закончено и с помощью снятия сигнала "Работа" переключателем 1.3 блока управления 1. Автоматическое прекращение моделирования происходит при появлении нулевого сигнала на выходе 51 блока регистрации 5. Этот сигнал поступает на вход 11 блока управления 1 и запрещает выдачу тактовых импульсов, обеспечивающих работу всего устройства.

Накапливаемые в счетчиках блока регистрации 5 статистические данные позволяют осуществлять прогнозирование случайных событий, позволяют определять относительно достоверные численные значения оценок качества функционирования производственной или телекоммуникационной системы, в том числе вероятность невыполнения сменных заданий на выпуск продукции или оказание телекоммуникационных услуг (отношение содержимого четверичного счетчика 5.9 к содержимому вторичного счетчика 5.6), производительность производственной или телекоммуникационной системы (показания вторичного счетчика 5.6 делятся на показания третичного счетчика 5.7 с учетом масштаба моделирования), эмпирическое распределение наработки производственной или телекоммуникационной системы на отказ (по показаниям счетчиков 5.8₁-5.8_К) и другие показатели.

Таким образом, очевидно, что заявленное устройство, за счет предварительного выявления в блоке 6 неоднозначно (нечетко) идентифицируемых параметров моделируемых сигналов и вычислительного преобразования в блоках 7-9 этих параметров с использованием математических методов теории нечетких множеств к виду, позволяющему однозначно (четко) идентифицировать и трактовать их численные значения, позволяет обеспечивать повышение достоверности данных, необходимых для однозначной оценки численных значений показателей надежности и качества функционирования системы уже на стадии разработки и проектирования производственных или телекоммуникационных систем, обладающих непополняемым временным резервом и цикличностью процесса функционирования, при которой каждая фаза многофазного технологического или телекоммуникационного процесса реализуется отдельным участком системы при помощи совокупности отдельных элементов (агрегатов связи, различных станций, передатчиков, станков, средств транспортировки и т.п.), работающих в циклическом режиме.

Анализ принципа работы заявленного устройства для прогнозирования случайных событий показывает очевидность того факта, что, наряду с сохраненными и описанными в прототипе возможностями по повышению быстродействия при оценивании показателей надежности сложных производственных и телекоммуникационных систем с циклическим характером работы и временным резервированием, устройство способно с высокой достоверностью идентифицировать соотношение ключевых параметров моделируемого процесса функционирования системы - времени выполнения сменного задания и количества изделий, изготовленных производственной системой (или количества доведенных до абонента телекоммуникационной системы услуг) в условиях, присущих реальному процессу функционирования производственной или телекоммуникационной системы с непополняемым временным резервом - когда исходные данные для моделирования и, как следствие, результаты прогнозирования случайных событий, обуславливающие численные значения показателей надежности и качества функционирования таких сложных систем, могут иметь как количественно, так и качественно (неоднозначно, нечетко, с привлечением лингвистической переменной) выраженный физический смысл.

Данное устройство обеспечивает повышение достоверности идентификации состояния производственной или телекоммуникационной системы в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров моделируемых сигналов, характеризующих принадлежность конкретного сигнала состояния к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов, что существенно расширяет область применения устройства, расширяет функциональные возможности систем оценивания надежности и качества функционирования сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем произвольной структуры, где заявленное устройство для прогнозирования случайных событий будет использовано.

Источники информации

1. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения: Пер. с англ. / Под ред. Ягера P.P. - М.: Радио и связь, 1986, - 408 с.;

2. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств: Пер. с франц. - М.: Радио и связь, 1982, - 432 с.;

3. Воронов М.В. Нечеткие множества в моделях систем организационного управления. - Л.: ВМА, 1988, - 54 с.;

4. Паращук И.Б., Бобрик И.П. Нечеткие множества в задачах анализа сетей связи. - СПб.: ВУС, 2001. - 80 с.

5. Мартынов В.И. Математические основы управления первичными сетями связи с использованием нечетко заданных параметров. - М.: "Эльф-М", 1997, - 48 с.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для оценки надежности и качества функционирования сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем произвольной структуры, в которых используется циклический характер производства, предоставления телекоммуникационных услуг и временное резервирование. Техническим результатом является повышение достоверности идентификации состояния производственной или телекоммуникационной системы в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров моделируемых сигналов, характеризующих принадлежность конкретного сигнала состояния к пространству состояния безотказной работы системы либо к пространству отказов. Устройство содержит блок управления, блок модели системы, блок имитаторов состояний участков системы, блок формирования сигналов отказов, блок регистрации, блок контроля сигналов отказов, блок преобразования сигналов отказов, блок опознавания сигналов отказов, блок сравнения сигналов отказов. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для прогнозирования случайных событий, содержащее блок управления, блок модели системы, блок имитаторов состояний участков системы, блок формирования сигналов отказов и блок регистрации, выход которого подключен к входу блока управления, управляющий вход блока формирования сигналов отказов подключен к управляющему выходу блока модели системы, сбросовый выход блока управления соединен с сбросовыми входами блока имитаторов состояний участков системы, блока модели системы, блока формирования сигналов отказов и блока регистрации, М≥2 контрольных выходов блока управления подключены к соответствующим М контрольным входам блока модели системы, синхронизирующий выход блока управления подключен к синхронизирующим входам блока имитаторов состояний участков системы, блока модели системы, блока формирования сигналов отказов и блока регистрации, управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом блока имитаторов состояний участков системы, N≥2 групповых входов которого подключены к соответствующим N групповым выходам блока модели системы, N групповых входов которого соединены с соответствующими N групповыми выходами блока имитаторов состояний участков системы, отличающееся тем, что дополнительно введены блок контроля сигналов отказов, блок преобразования сигналов отказов, блок опознавания сигналов отказов и блок сравнения сигналов отказов, причем сбросовые и синхронизирующие входы блока контроля сигналов отказов, блока преобразования сигналов отказов, блока опознавания сигналов отказов и блока сравнения сигналов отказов подключены соответственно к сбросовому и синхронизирующему выходам блока управления, информационный и сигнальный выходы блока сравнения сигналов отказов соединены соответственно с информационным и сигнальным входами блока регистрации, информационный и сигнальный выходы блока формирования сигналов отказов соединены соответственно с информационным и сигнальным входами блока сравнения сигналов отказов, запирающий вход которого подключен к запирающему выходу блока контроля сигналов отказов, первичный и вторичный выходы которого соединены соответственно с первичным и вторичным входами блока преобразования сигналов отказов, первичный и вторичный выходы блока преобразования сигналов отказов подключены соответственно к первичному и вторичному входам блока опознавания сигналов отказов, опознавательный выход которого соединен с опознавательным входом блока сравнения сигналов отказов, вспомогательный выход блока опознавания сигналов отказов подключен к вспомогательному входу блока преобразования сигналов отказов, контрольно-информационный и контрольно-сигнальный входы блока контроля сигналов отказов соединены соответственно с дополнительным контрольно-информационным и дополнительным контрольно-сигнальным выходами блока формирования сигналов отказов.2. Устройство для прогнозирования случайных событий по п.1, отличающееся тем, что блок контроля сигналов отказов состоит из контрольно-информационного и контрольно-сигнального дешифраторов, контрольного счетчика и контрольного анализатора, причем входы контрольно-информационного и контрольно-сигнального дешифраторов являются соответственно контрольно-информационным и контрольно-сигнальным входами блока, выходы контрольно-информационного и контрольно-сигнального дешифраторов подключены соответственно к информационному и сигнальному входам контрольного счетчика, сбросовый и синхронизирующий входы которого являются соответственно сбросовым и синхронизирующим входами блока, информационный и сигнальный выходы контрольного счетчика подключены соответственно к информационному и сигнальному входам контрольного анализатора, запирающий выход которого является запирающим выходом блока, первичный и вторичный выходы контрольного анализатора являются соответственно первичным и вторичным выходами блока контроля сигналов отказов.3. Устройство для прогнозирования случайных событий по п.1, отличающееся тем, что блок преобразования сигналов отказов состоит из преобразующего счетчика-вычислителя, первичного и вторичного элементов хранения, первичного и вторичного элементов преобразования, причем первичный и вторичный входы преобразующего счетчика вычислителя соединены соответственно с входом первичного и основным входом вторичного элементов хранения и являются соответственно первичным и вторичным входами блока, выходы первичного и вторичного элементов хранения подключены соответственно к основным входам первичного и вторичного элементов преобразования, выходы которых являются соответственно первичным и вторичным выходами блока, вспомогательный вход вторичного элемента хранения соединен с вспомогательным входом преобразующего счетчика-вычислителя и является вспомогательным входом блока, вспомогательные входы первичного и вторичного элементов преобразования подключены соответственно к первичному и вторичному выходам преобразующего счетчика-вычислителя, сбросовый и синхронизирующий входы которого являются соответственно сбросовым и синхронизирующим входами блока преобразования сигналов отказов.4. Устройство для прогнозирования случайных событий по п.1, отличающееся тем, что блок опознавания сигналов отказов состоит из опознавательного счетчика-вычислителя и опознавателя уровня сигналов отказов, причем выход опознавателя уровня сигналов отказов является опознавательным выходом блока, выход опознавательного счетчика-вычислителя подключен к входу опознавателя уровня сигналов отказов и является вспомогательным выходом блока, первичный и вторичный входы опознавательного счетчика-вычислителя являются соответственно первичным и вторичным входами блока, сбросовый и синхронизирующий входы опознавательного счетчика-вычислителя являются соответственно сбросовым и синхронизирующим входами блока опознавания сигналов отказов.5. Устройство для прогнозирования случайных событий по п.1, отличающееся тем, что блок сравнения сигналов отказов состоит из сравнивающего счетчика, отказного и исполнительного элементов И, причем опознавательный вход исполнительного элемента И соединен с опознавательным входом отказного элемента И и является опознавательным входом блока, информационный и сигнальный выходы сравнивающего счетчика подключены соответственно к основным входам отказного и исполнительного элементов И, выходы которых являются соответственно информационным и сигнальным выходами блока, запирающий вход сравнивающего счетчика является запирающим входом блока, информационный и сигнальный входы сравнивающего счетчика являются соответственно информационным и сигнальным входами блока, сбросовый и синхронизирующий входы сравнивающего счетчика являются соответственно сбросовым и синхронизирующим входами блока сравнения сигналов отказов.6. Устройство для прогнозирования случайных событий по п.1, отличающееся тем, что блок формирования сигналов отказов состоит из элемента ИЛИ, основного и дополнительного счетчиков, основного и дополнительного дешифраторов, причем сбросовый вход элемента ИЛИ является сбросовым входом блока, счетные входы основного и дополнительного счетчиков являются соответственно синхронизирующим и управляющим входами блока, выход дополнительного дешифратора подключен к сигнальному входу элемента ИЛИ и является сигнальным выходом блока, выход элемента ИЛИ соединен с сбросовыми входами основного и дополнительного счетчиков, выходы которых подключены соответственно к входам основного и дополнительного дешифраторов и являются соответственно дополнительным контрольно-информационным и дополнительным контрольно-сигнальным выходами блока, выход основного дешифратора является информационным выходом блока формирования сигналов отказов.