Устройство для прогнозирования случайных событий Российский патент 2019 года по МПК G06F17/18 G06N7/00 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для оценки надежности, безопасности 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. Изобретение может быть использовано для прогностической оценки (прогнозирования) и категоризации смыслового наполнения информационных объектов в интересах эффективного обнаружения и противодействия нежелательной, сомнительной и вредоносной информации.

Известно устройство для прогнозирования случайных событий, содержащее блок управления, блок модели системы, блок имитаторов состояний участков системы, блок формирования сигналов отказов и блок регистрации (см. ав. св. СССР № 1441421, G 06 F 15/46, 1988, бюл. № 44).

Недостатком данного устройства является относительно низкая достоверность идентификации состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) и противоположного состояния – отказа системы в условиях недостоверности (недостаточности, неполноты и противоречивости) параметров модели процесса функционирования исследуемой системы.

Известно устройство для прогнозирования случайных событий, содержащее блок управления, блок модели системы, блок имитаторов состояний участков системы, блок формирования сигналов отказов, блок регистрации, блок проверки данных модели и блок коррекции данных модели (см. патент РФ № 2368003 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК 8 G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, опубликованный 20.09.2009, Бюл. № 26).

Однако данное устройство имеет недостаток – узкую область применения, ограниченную возможностью идентификации состояний системы, характеризующихся отсутствием динамики (невозможностью) смены параметров этих состояний производственной или телекоммуникационной системы с учетом изменяющихся задач моделирования, прогнозирования случайных событий и влияющих факторов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству (прототипом) является устройство (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, опубликованный 27.05.2015, Бюл. № 15), содержащее блок управления, блок модели системы, блок имитаторов состояний участков системы, блок формирования сигналов отказов, блок регистрации, блок проверки данных модели, блок коррекции данных модели, N ≥ 2 контроллеров оперативного времени модельных элементов и главный контроллер оперативного времени. При этом выход блока регистрации подключен к входу блока управления, сбросовый выход блока управления соединен со сбросовыми входами блока имитаторов состояний участков системы, блока модели системы, блока формирования сигналов отказов, блока регистрации, блока проверки данных модели и блока коррекции данных модели, причем M ≥ 2 контрольных выходов блока управления подключены к соответствующим M 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, блока регистрации, блока проверки данных модели и блока коррекции данных модели. Управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом блока имитаторов состояний участков системы, N групповых входов которого подключены к соответствующим N групповым выходам блока коррекции данных модели и блока проверки данных модели, N-разрядный выход которого соединен с N-разрядным входом блока коррекции данных модели, а сигнальный выход блока проверки данных модели соединен с сигнальным входом блока коррекции данных модели. Причем N групповых входов блока проверки данных модели соединены с соответствующими N групповыми выходами блока модели системы, при этом информационный и сигнальный входы блока регистрации соединены соответственно с информационным и сигнальным выходами блока формирования сигналов отказов, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу блока проверки данных модели и управляющему выходу блока коррекции данных модели, причем управляющий вход блока проверки данных модели подключен к управляющему выходу блока модели системы. При этом N групповых выходов блока имитаторов состояний участков системы соединены с информационными входами соответствующих N контроллеров оперативного времени модельных элементов, информационные выходы которых соединены с соответствующими групповыми входами блока модели системы, корректирующие входы которого подключены к корректирующим выходам соответствующих N контроллеров оперативного времени модельных элементов, причем корректирующие входы N контроллеров оперативного времени модельных элементов подключены к соответствующим выходам главного контроллера оперативного времени, входы которого являются соответствующими N входами «Коррекция оперативного времени» устройства.

В прототипе реализуется возможность моделирования процесса функционирования системы в условиях, когда в динамике работы реальной производственной или телекоммуникационной системы объективно изменяются во времени не только свойства самой системы и окружающей среды, но и требования к ключевому параметру моделируемого процесса – оперативному времени (времени выполнения сменного задания). Прототип позволяет достоверно идентифицировать состояния безотказной работы (выполнение сменных заданий за оперативное время) и отказа системы в условиях непрерывной динамики смены ее состояний и с учетом влияющих факторов.

Однако прототип имеет недостаток – относительно невысокую достоверность моделирования и прогноза случайных событий, связанную с невозможностью идентификации и верификации состояний граничного и аварийного (катастрофического) количества отказов производственной или телекоммуникационной системы, состояний, характерных для аварийного, критического положения параметров надежности, безопасности и устойчивости моделируемой системы.

Это связано с тем, что устройство-прототип, позволяя достоверно идентифицировать сам факт состояния безотказной работы или отказа системы, в тоже время не способно идентифицировать граничное, аварийное (катастрофическое) количество ее отказов, когда в динамике работы реальной системы, например, вычислительного комплекса, количество ее единовременных отказов может плавно изменяться под влиянием управляющих воздействий или внешних факторов (угроз), создавая потенциальную возможность (опасность) блокировки, коллапса процесса функционирования производственной или телекоммуникационной системы.

Это исключает применение прототипа для моделирования процесса функционирования исследуемой системы в интересах прогнозирования случайных событий с учетом возможного (вероятного) аварийного, критического состояния параметров надежности, безопасности и устойчивости объекта, в ситуации, способной проявиться при плавных изменениях параметров системы, обусловленных не только свойствами самой системы и окружающей среды, но способными к генерации и плавному накоплению ошибками управляющих воздействий (команд управления) и потенциальными внешними угрозами.

Ошибка моделирования в вопросе о сохранении надежности, безопасности и устойчивости процесса функционирования производственной или телекоммуникационной системы при плавных и незначительных вариациях параметров этой системы очень опасна. Вопросами идентификации и верификации количества возможных катастрофических состояний моделируемого объекта занимается раздел математической теории, называемый теорией катастроф [1-6]. Данная теория посвящена скачкообразным изменениям состояний моделируемого процесса, возникающим в виде внезапного ответа системы (модели) на плавное изменение внешних условий и управляющих воздействий. Катастрофы на производственной или телекоммуникационной системе приводят к блокировке, коллапсу процесса ее функционирования, могут выступать в виде неожиданных «лавинных» отказов, перегрузок конвейерных, иных промышленных или коммутационных устройств, резких перепадов пропускной способности каналов, скачкообразного изменения параметров информационной безопасности, параметров среды распространения сигнала и т.п. Например, с целью осуществления управления инцидентами компьютерной безопасности в процессе функционирования телекоммуникационной системы, оператор (администратор, пользователь) формирует управляющие воздействия, рассчитанные на определенную защищенность системы, учитывая, например, определенную пропускную способность межсетевого экрана системы. Однако во время функционирования телекоммуникационной системы происходит плавный дрейф параметров информационной безопасности (например, плавное, нарастающее изменение интенсивности попыток несанкционированного доступа к информационным ресурсам телекоммуникационной системы), который в непредвиденный момент времени способен привести к скачкообразному изменению состояния показателей пропускной способности межсетевого экрана, а значит, к скачкообразному изменению состояния показателей информационной безопасности и, как следствие – к потере безопасности, надежности и устойчивости функционирования телекоммуникационной системы в целом. Адекватное моделирование состояний производственной или телекоммуникационной системы должно быть ориентировано на обязательную идентификацию и верификацию состояний граничного и аварийного (катастрофического) количества отказов данной системы, должно предсказать возможное катастрофическое состояние системы, давая тем самым администратору (пользователю, оператору) возможность избежать состояний, характерных для аварийного, критического состояния параметров надежности, безопасности и устойчивости производственной или телекоммуникационной системы. Не учёт плавного изменения внешних параметров производственной или телекоммуникационной системы и управляющих воздействий на нее облегчает задачу моделирования, однако резко снижает степень адекватности модели, уровень достоверности результатов моделирования.

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» («отказом системы с непополняемым временным резервом») понимается несвоевременное выполнение сменного задания, т.е. отказ производственной или телекоммуникационной системы фиксируется тогда, когда оперативное время истекло, а сменное задание еще не выполнено.

Под «состоянием граничного и аварийного (катастрофического) количества отказов производственной или телекоммуникационной системы» понимается число отказов (сбоев, ошибок, несвоевременных выполнений сменного задания и т.п.) за единицу времени, способное, плавно нарастая до критической цифры, в непредвиденный момент времени привести к скачкообразному (в подавляющем большинстве случаев – негативному) изменению состояния показателей качества системы, к потере надежности, безопасности и устойчивости функционирования производственной или телекоммуникационной системы в целом, способное вызвать лавинообразное изменение качества системы, вплоть до ее коллапса (блокировки).

Под «числом отказов» («количеством отказов») за единицу времени понимается количество q, где q = 1, 2, … , Q (Q ≥ 1), как правило, составляющее от 1 (одного) до 50 (пятидесяти) и характеризующее возможное количество единовременных сбоев, ошибок, технических или программных отказов, несвоевременных выполнений сменного задания и т.п., возникающих (почти одновременно) за минимальную единицу времени (например, секунду), задаваемую в виде тактов синхронизации работы устройства (t, t+1, t+2, … , T_синхр) с синхронизирующего выхода блока управления, входящего в общую структурную схему.

Целью изобретения является разработка устройства для прогнозирования случайных событий, способного повысить достоверность моделирования и прогноза случайных событий – способного достоверно идентифицировать и верифицировать состояния граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов производственной или телекоммуникационной системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий.

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, блок регистрации, блок проверки данных модели, блок коррекции данных модели, N ≥ 2 контроллеров оперативного времени модельных элементов и главный контроллер оперативного времени, дополнительно включены блок анализа катастроф, предназначенный для осуществления процедур идентификации и верификации состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также для выработки сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния системы и блок задания пороговых значений количества отказов, предназначенный для формирования управляющей кодовой последовательности, последовательности пороговых значений количества единовременных отказов системы, а также для формирования сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение оператора (системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния количества отказов производственной или телекоммуникационной системы. При этом выход блока регистрации подключен к входу блока управления, сбросовый выход блока управления соединен со сбросовыми входами блока имитаторов состояний участков системы, блока модели системы, блока формирования сигналов отказов, блока регистрации, блока проверки данных модели, блока коррекции данных модели, блока анализа катастроф и блока задания пороговых значений количества отказов, причем M ≥ 2 контрольных выходов блока управления подключены к соответствующим M 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, блока регистрации, блока проверки данных модели, блока коррекции данных модели, блока анализа катастроф и блока задания пороговых значений количества отказов. Управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом блока имитаторов состояний участков системы, N групповых входов которого подключены к соответствующим N групповым выходам блока коррекции данных модели и блока проверки данных модели, N-разрядный выход которого соединен с N-разрядным входом блока коррекции данных модели, а сигнальный выход блока проверки данных модели соединен с сигнальным входом блока коррекции данных модели. Причем N групповых входов блока проверки данных модели соединены с соответствующими N групповыми выходами блока модели системы, управляющий вход блока формирования сигналов отказов подключен к управляющему выходу блока проверки данных модели и управляющему выходу блока коррекции данных модели, управляющий вход блока проверки данных модели подключен к управляющему выходу блока модели системы. При этом N групповых выходов блока имитаторов состояний участков системы соединены с информационными входами соответствующих N контроллеров оперативного времени модельных элементов, информационные выходы которых соединены с соответствующими групповыми входами блока модели системы, корректирующие входы которого подключены к корректирующим выходам соответствующих N контроллеров оперативного времени модельных элементов, причем корректирующие входы N контроллеров оперативного времени модельных элементов подключены к соответствующим выходам главного контроллера оперативного времени, входы которого являются соответствующими N входами «Коррекция оперативного времени» устройства. Сигнальный вход блока регистрации соединен с сигнальным выходом блока формирования сигналов отказов, информационный выход которого подключен к информационному входу блока анализа катастроф, информационный выход которого соединен с информационным входом блока регистрации, причем проверочный вход блока анализа катастроф соединен с выходом блока задания пороговых значений количества отказов, управляющий вход которого является входом «Ввод пороговых значений количества отказов» устройства, предупредительный выход блока анализа катастроф является выходом «Угроза катастрофы» устройства.

Блок анализа катастроф состоит из центрального оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), N исполнительных ОЗУ, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), элемента итерационного сравнения, элемента сравнения, промежуточного ОЗУ, промежуточного элемента И и элемента И, причем информационный вход центрального ОЗУ является информационным входом блока анализа катастроф, информационный выход центрального ОЗУ является информационным выходом блока анализа катастроф. Тактовый вход центрального ОЗУ подключен к тактовому входу ПЗУ и является синхронизирующим входом блока анализа катастроф, сбросовый вход центрального ОЗУ является сбросовым входом блока анализа катастроф, n-ый исполнительный выход центрального ОЗУ, где n = 2,…, N, подключен к входу n-го исполнительного ОЗУ. Входы N исполнительных ОЗУ объединены и подключены к первому входу элемента итерационного сравнения и второму входу элемента сравнения, выходы N исполнительных ОЗУ объединены и подключены ко второму входу элемента итерационного сравнения. Выход ПЗУ соединен с первым входом элемента сравнения, выход элемента итерационного сравнения подключен к входу промежуточного ОЗУ и второму входу промежуточного элемента И, первый вход которого соединен с выходом промежуточного ОЗУ. Выход промежуточного элемента И соединен с выходом элемента сравнения и подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с проверочным входом ПЗУ и является проверочным входом блока анализа катастроф. Выход элемента И соединен со считывающим входом центрального ОЗУ и является предупредительным выходом блока анализа катастроф и выходом «Угроза катастрофы» устройства.

Блок задания пороговых значений количества отказов состоит из проверочного ОЗУ и счетчика. Тактовый выход счетчика подключен к тактовому входу проверочного ОЗУ, освобождающий выход которого подключен к освобождающему входу счетчика, сбросовый и синхронизирующий входы которого является соответствующими сбросовым и синхронизирующим входами блока задания пороговых значений количества отказов. Проверочный выход проверочного ОЗУ является выходом блока задания пороговых значений количества отказов, управляющий вход проверочного ОЗУ является управляющим входом блока и входом «Ввод пороговых значений количества отказов» устройства.

Принцип создания предлагаемого устройства для прогнозирования случайных событий основан на известных результатах исследований в области теории катастроф, изложенных в работах [1-6]. Анализ данных работ позволяет сформировать математически корректный алгоритм идентификации и верификации состояний граничного и аварийного (катастрофического) количества отказов производственной или телекоммуникационной системы, состояний, характерных для аварийного, критического положения параметров надежности, безопасности и устойчивости моделируемой системы, для ситуации, способной проявиться при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий.

Таким образом, в рамках прогнозирования случайных событий с учетом возможного (вероятного) аварийного, критического состояния параметров надежности, безопасности и устойчивости объекта, решается задача априорного оценивания и сравнения значений количества единовременных отказов системы за единицу времени. С точки зрения физической интерпретации, это процесс априорного статистического анализа плавных и незначительных изменений внешних условий и управляющих воздействий на анализируемую систему с возможностью оповещения (предупреждения) пользователя (оператора, администратора) системы о потенциальных катастрофических последствиях в ее поведении, которые на первый взгляд не видны и практически никогда не учитываются при реализации алгоритмов оценки надежности, безопасности и качества функционирования сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем произвольной структуры.

При данном подходе к прогнозированию параметров надежности, безопасности и качества функционирования сложной системы, возможно представление динамики изменения состояния данной системы при плавных и незначительных вариациях внешних условий и управляющих воздействий, в виде динамики изменения количества единовременных отказов (сбоев, ошибок, технических или программных отказов, несвоевременных выполнений сменного задания и т.п.) данной системы за единицу времени. Анализ результатов работ [1-6] позволяет предусмотреть в устройстве возможность идентификации и верификации состояний граничного и аварийного (катастрофического) количества отказов системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий.

Математическая формализация параметров воздействий, влияющих на надежность, безопасность и качество функционирования сложной системы, может быть представлена посредством статистического определения на информационном выходе блока формирования сигналов отказов, соответствующих значений количества отказов, которые предопределяют плавный дрейф параметров анализируемого объекта к граничному и аварийному (катастрофическому) состоянию для каждого n-го участка исследуемой производственной или телекоммуникационной системы, где N ≥ 2; n =2,…, N; N=50.

Количество Q, где q =1,2,…, Q, отказов системы (число отказов) за единицу времени, которые предопределяют плавный дрейф параметров объекта прогноза к граничному и аварийному (катастрофическому) состоянию для каждого n-го его участка (каждое q_n), определяется возможностями системы, ее надежностью, безопасностью, устойчивостью, граничным значениям производительности объекта прогноза, и может составлять, например, от 1 (одного) до 50 (пятидесяти).

Общее количество таких значений за единицу времени равно Q_N и данные значения представляют собой множество:

Q_N = {Q₁ (t+1), Q₂ (t+1), … , Q_n (t+1), … , Q_N (t+1)}, (1)

где каждый n-ый элемент множества, кроме Q_N (t+1), является подмножеством Q_n и имеет физический смысл превышения порога возможностей системы по количеству отказов и, как следствие, высокой вероятности перехода данной системы (объекта прогноза) в аварийное (катастрофичное) состояние на следующем такте (t+1) цикла функционирования устройства.

Очевидно, что для решения задачи априорного оценивания и сравнения значений объема потока отказов (количества единовременных отказов) при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, необходимо проводить текущий пошаговый мониторинг, осуществлять идентификацию и верификацию состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы.

Идентификация состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы за единицу времени производится путем потактового (t – такт (шаг) цикла функционирования) априорного оценивания и сравнения значений каждого n-го из q_n элементов множества Q_n с целью определения наличия или отсутствия возможного превышения этими значениями допустимого порога, определяемого выражением:

q_n(t+1) $$\begin{array}{c}>\\ <\end{array}$$ Q_n , (2)

где Q_n – допустимое для каждого n-го участка системы (объекта прогноза) значение количества отказов, при превышении которого объект прогноза с большой вероятностью перейдет в аварийное (катастрофичное) состояние из любого другого состояния. Превышение, на одном из последующих (t+1) тактов, любым q_n -ым из Q элементов множества Q_n данного порога, характеризует начало плавного изменения параметров надежности, безопасности и качества функционирования сложной системы.

Верификация состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы за единицу времени представляет собой независимый от идентификации процесс, характеризует превышение значения любого q_n -го из Q элементов множества Q_n на данном t-ом такте (шаге) цикла функционирования над значением этого же элемента на следующем (t+1)-ом такте и производится путем априорного оценивания значений каждого q_n -го из Q элементов множества Q_n на t-ом такте и сравнения полученного значения с оценочным значением этого же элемента на следующем (t+1)-ом такте в соответствии с выражением:

q_n(t) $$\begin{array}{c}>\\ <\end{array}$$ q_n(t+1). 3)

Физический смысл процесса верификации заключается в выявлении тенденции изменения объема потока отказов, которые предопределяют плавный дрейф параметров надежности, безопасности и качества в сторону граничного и аварийного (катастрофического) состояния объекта прогноза.

В обоих случаях априорного оценивания и сравнения значений количества отказов, которые предопределяют плавный дрейф параметров объекта в сторону аварии – как при осуществлении процесса идентификации граничного и аварийного (катастрофического) количества отказов системы за единицу времени, когда идентифицировано событие

q_n(t+1) > Q_n, (4)

так и при осуществлении процесса верификации, когда подтверждена тенденция изменения количества отказов в сторону их граничного и аварийного (катастрофичного) состояния

q_n(t) < q_n(t+1), (5)

пользователь (оператор), осуществляющий прогнозирование случайных событий, оценку надежности, безопасности и качества функционирования сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем, должен быть оповещен (предупрежден) о возможном аварийном количестве отказов системы, а значит – о возможном граничном (катастрофическом) состоянии объекта прогноза.

Если администратор (пользователь, оператор) не способен повлиять на нежелательное изменение количества отказов системы или нуждается, например, в получении именно граничных и аварийных (катастрофичных) состояний количества отказов, процесс прогнозирования случайных событий будет осуществляться без коррекции количества таких отказов или пороговых значений этого количества.

Если администратор (пользователь, оператор) может и способен повлиять на нежелательное изменение количества отказов системы и процесс прогнозирования случайных событий осуществляется в рамках динамического оптимального управления объектом прогноза, когда аварийные состояния количества отказов системы недопустимы, на основе полученных данных идентификации и верификации происходит внешняя коррекция количества таких отказов или их пороговых значений с целью не допустить аварийного (катастрофичного) скачкообразного изменения числа количества отказов при малых возмущениях [3].

Примеры, иллюстрирующие аналогичные, с точки зрения теории катастроф, операции предотвращения потери устойчивости и надежности сложных управляемых систем при плавных изменениях как внешних условий, так и управляющих воздействий, приведены в [2] и [3], здесь представлены алгоритмы анализа структурной устойчивости объектов и оценки критических точек (точек Морса) в процессе функционирования системы, характеризующих локальные максимумы и минимумы устойчивого (не катастрофичного) поведения объекта при плавных изменениях внешних условий и вводимых управлений.

Анализ выражений (1) – (5) позволяет сделать вывод о технической возможности реализации процесса прогнозирования случайных событий при функционировании сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем и процессов идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний количества отказов системы, а значит – граничных (катастрофических) состояний объекта прогноза при плавных изменениях параметров данного объекта, обусловленных внешними условиями и управляющими воздействиями.

Благодаря новой совокупности существенных признаков, за счет введения блока анализа катастроф, предназначенного для осуществления процедур идентификации и верификации состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также для выработки сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния системы, и блока задания пороговых значений количества отказов, предназначенного для формирования управляющей кодовой последовательности, последовательности пороговых значений количества единовременных отказов системы, а также для формирования сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение администратора (оператора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния количества отказов производственной или телекоммуникационной системы, в заявленном устройстве достигается возможность обеспечивать повышение степени адекватности прогнозирования случайных событий, повышение уровня достоверности оценки надежности, безопасности и качества функционирования сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем произвольной структуры. В заявленном устройстве достигается возможность обеспечивать достоверную идентификацию факта состояния безотказной работы или отказа системы с учетом изменяющегося оперативного времени и производить идентификацию и верификацию состояния граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов данной системы при плавных изменениях параметров управляющих воздействий или внешних факторов (угроз), а также возможность своевременно оповещать (предупреждать) администратора (оператора) о возможном аварийном состоянии объекта прогноза, на основе полученных данных идентификации и верификации.

Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых представлены:

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

на фиг. 2 –  структурная схема блока анализа катастроф;

на фиг. 3 – структурная схема блока задания пороговых значений количества отказов;

на фиг. 4 – структурная схема блока управления;

на фиг. 5 – пример структуры конкретной системы (из шести участков, N =6);

на фиг. 6 – структурная схема блока модели системы;

на фиг. 7 – структурная схема n-го ($$n=\overline{\text{1}\text{,}N}$$) модельного элемента участка системы;

на фиг. 8 – структурная схема блока имитаторов состояний участков системы;

на фиг. 9 – структурная схема блока формирования сигналов отказов;

на фиг. 10 – структурная схема блока регистрации;

на фиг. 11 –  структурная схема блока проверки данных модели;

на фиг. 12 – структурная схема блока коррекции данных модели.

на фиг. 13 – структурная схема n-го ($$n=\overline{\text{1}\text{,}N}$$) контроллера оперативного времени модельных элементов;

на фиг. 14 – структурная схема главного контроллера оперативного времени.

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 проверки данных модели 6, блока коррекции данных модели 7, N идентичных контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N , главного контроллера оперативного времени 9, блока анализа катастроф 10 и блока задания пороговых значений количества отказов 11. При этом выход 51 блока регистрации 5 подключен к входу 16 блока управления 1, сбросовый выход 12 блока управления 1 соединен со 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 проверки данных модели 6, сбросовым входом 72 блока коррекции данных модели 7, сбросовым входом 102 блока анализа катастроф 10 и сбросовым входом 112 блока задания пороговых значений количества отказов 11. Причем M ≥ 2 контрольных выходов 14₁ – 14_M блока управления 1 подключены к соответствующим M контрольным входам 24₁ – 24_M 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 проверки данных модели 6, синхронизирующему входу 73 блока коррекции данных модели 7, синхронизирующему входу 103 блока анализа катастроф 10 и синхронизирующему входу 113 блока задания пороговых значений количества отказов 11. Управляющий выход 15 блока управления 1 соединен с управляющим входом 34 блока имитаторов состояний участков системы 3, N  групповых входов 31₁ – 31_N которого подключены к N соответствующим групповым выходам 71₁ – 71_N блока коррекции данных модели 7 и к N соответствующим групповым выходам 68₁ – 68_N блока проверки данных модели 6. N-разрядный выход 64 блока проверки данных модели 6 соединен с N-разрядным входом 74 блока коррекции данных модели 7, а сигнальный выход 65 блока проверки данных модели 6 соединён с сигнальным входом 75 блока коррекции данных модели 7. N групповых входов 61₁ – 61_N блока проверки данных модели 6 соединены с соответствующими N групповыми выходами 21₁ – 21_N блока модели системы 2. Управляющий вход 41 блока формирования сигналов отказов 4 подключен к управляющему выходу 66 блока проверки данных модели 6 и управляющему выходу 76 блока коррекции данных модели 7. Управляющий вход 67 блока проверки данных модели 6 подключен к управляющему выходу 26 блока модели системы 2. При этом N групповых выходов 35₁ – 35_N блока имитаторов состояний участков системы 3 соединены с информационными входами 81₁ – 81_N соответствующих N контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N, информационные выходы 83₁ – 83_N которых соединены с соответствующими групповыми входами 25₁ – 25_N блока модели системы 2, корректирующие входы 27₁ – 27_N которого подключены к корректирующим выходам 84₁ – 84_N соответствующих N контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N. Причем корректирующие входы 82₁ – 82_N N контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N подключены к соответствующим выходам 92₁ – 92_N главного контроллера оперативного времени 9, входы 91₁ – 91_N которого являются соответствующими N входами «Коррекция оперативного времени» 01₁ – 01_N устройства. Сигнальный вход 55 блока регистрации 5 соединен с сигнальным выходом 45 блока формирования сигналов отказов 4, информационный выход 44 которого подключен к информационному входу 104 блока анализа катастроф 10, информационный выход 106 которого соединен с информационным входом 54 блока регистрации 5, причем проверочный вход 105 блока анализа катастроф 10 соединен с выходом 111 блока задания пороговых значений количества отказов 11, управляющий вход 114 которого является входом «Ввод пороговых значений количества отказов» устройства, предупредительный выход 101 блока анализа катастроф 10 является выходом «Угроза катастрофы» устройства.

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

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).

Число «K, (K ≥ 2)» характеризует возможное максимальное количество отказов системы за весь цикл ее работы, используется в интересах получения параметров эмпирического распределения наработки производственной или телекоммуникационной системы на отказ и, как правило, составляет от 2 (двух) до 500 (пятисот).

Число «q, (q∈Q; Q ≥ 1)» характеризует возможное число отказов (количество отказов) за единицу времени, где Q – максимально возможное количество единовременных сбоев, ошибок, технических или программных отказов, несвоевременных выполнений сменного задания и т.п., возникающих (почти одновременно) за минимальную единицу времени t (например, секунду), задаваемую в виде тактов синхронизации работы устройства. Это число изменяется в пределах q = 1, 2, … , Q и, как правило, составляет от 1 (одного) до 50 (пятидесяти).

Блок анализа катастроф 10 предназначен для осуществления процедур идентификации и верификации состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также для выработки сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния числа отказов.

Блок анализа катастроф 10 (фиг. 2) состоит из центрального оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 10.0, N исполнительных ОЗУ 10.1₁ – 10.1_N, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 10.2, элемента итерационного сравнения 10.3, элемента сравнения 10.4, промежуточного ОЗУ 10.5, промежуточного элемента И 10.6 и элемента И 10.7. Информационный вход 10.0-1 центрального ОЗУ 10.0 является информационным входом 104 блока анализа катастроф 10, информационный выход 10.0-2 центрального ОЗУ 10.0 является информационным выходом 106 блока анализа катастроф 10. Тактовый вход 10.0-3 центрального ОЗУ 10.0 подключен к тактовому входу 10.2-1 ПЗУ 10.2 и является синхронизирующим входом 103 блока анализа катастроф 10, сбросовый вход 10.0-6 центрального ОЗУ 10.0 является сбросовым входом 102 блока анализа катастроф 10, n-ый исполнительный выход 10.0-4_n центрального ОЗУ 10.0, где n = 2,…, N, подключен к входу n-го исполнительного ОЗУ 10.1_n. Входы N исполнительных ОЗУ 10.1₁ – 10.1_N объединены и подключены к первому входу 10.3-1 элемента итерационного сравнения 10.3 и второму входу 10.4-2 элемента сравнения 10.4, выходы N исполнительных ОЗУ 10.1₁ – 10.1_N объединены и подключены ко второму входу 10.3-2 элемента итерационного сравнения 10.3. Выход ПЗУ 10.2 соединен с первым входом 10.4-1 элемента сравнения 10.4, выход элемента итерационного сравнения 10.3 подключен к входу промежуточного ОЗУ 10.5 и второму входу 10.6-2 промежуточного элемента И 10.6, первый вход 10.6-1 которого соединен с выходом промежуточного ОЗУ 10.5. Выход промежуточного элемента И 10.6 соединен с выходом элемента сравнения 10.4 и подключен к первому входу 10.7-1 элемента И 10.7, второй вход 10.7-2 которого соединен с проверочным входом 10.2-2 ПЗУ 10.2 и является проверочным входом 105 блока анализа катастроф 10. Выход элемента И 10.7 соединен со считывающим входом 10.0-5 центрального ОЗУ 10.0 и является предупредительным выходом 101 блока анализа катастроф 10 и выходом «Угроза катастрофы» устройства.

Центральное ОЗУ 10.0 блока анализа катастроф 10 предназначено для записи, хранения, считывания с исполнительных выходов 10.4₁ – 10.4_N в двоичном коде значений количества отказов системы и считывания с информационного выхода 10.0-2 сигналов отказов в блок регистрации 5. Центральное ОЗУ 10.0 может быть технически реализовано на основе высокоскоростного ОЗУ серии 155 (например, К155РУ2), как показано в [Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1987. – 352 с., С. 164-166, рис. 1.121].

Исполнительные ОЗУ 10.1₁ – 10.1_N блока анализа катастроф 10 идентичны и предназначены для записи, хранения и считывания в двоичном коде из ячеек памяти значений q (количества единовременных отказов на конкретном n-ом участке) из множества Q (допустимое значение количества единовременных отказов на конкретном n-ом участке) на t-ом (предыдущем) такте функционирования устройства. Исполнительные ОЗУ 10.1₁ – 10.1_N могут быть технически реализованы на базе типового динамического ОЗУ, описанного в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. – СПб.: СПВВИУС, 1995, – 248 с., С. 194-196, рис. 6.9 (а)].

Постоянное запоминающее устройство 10.2 блока анализа катастроф 10 предназначено для предварительной записи, хранения и считывания в двоичном коде из ячеек памяти на первый вход элемента сравнения 10.4 заранее записанного допустимого значения (порога) количества единовременных отказов Q_n для каждого из n-го из N участков системы, позволяющего определить наличие или отсутствие возможного превышения этого допустимого порога в соответствии с выражением (2). Техническая реализация ПЗУ 10.2 возможна по аналогии с двухвходовым репрограммируемым ПЗУ, описанным в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. – СПб.: СПВВИУС, 1995, – 248 с., С. 199-205, рис. 6.12].

Элемент итерационного сравнения 10.3 блока анализа катастроф 10 предназначен для последовательного (потактового) априорного оценивания и сравнения значений каждого q_n-го из Q элементов множества Q_n на данном t-ом такте функционирования устройства со значением этого же элемента на следующем (t+1)-ом такте в соответствии с выражением (3). Элемент итерационного сравнения 10.3 может быть реализован технически на базе серийно выпускаемого цифрового узла сравнения (цифрового компаратора), как показано в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. – СПб.: СПВВИУС, 1995. – 248 с., С. 149-152, рис. 5.19].

Элемент сравнения 10.4 блока анализа катастроф 10 предназначен для последовательного (потактового) априорного оценивания и сравнения заранее записанного допустимого значения (порога) количества единовременных отказов Q_n для каждого из n-го из N участков системы с реальными значениями количества отказов, с целью определения наличия или отсутствия возможного превышения этими значениями допустимого порога в соответствии с выражением (2). Элемент сравнения 10.4 представляет собой цифровой узел сравнения (цифровой компаратор), описанный в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. – СПб.: СПВВИУС, 1995. – 248 с., С. 149-152, рис. 5.19].

Промежуточное ОЗУ 10.5 блока анализа катастроф 10 предназначено для записи, промежуточного хранения и считывания в двоичном коде логического нуля или логической единицы, характеризующих полученный на t-ом такте результат идентификации и верификации. Промежуточное ОЗУ 10.5 может быть реализовано на базе динамического ОЗУ, описанного в литературе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. – СПб.: СПВВИУС, 1995. – 248 с., С. 194-196, рис. 6.9 (а)].

Промежуточный элемент И 10.6 блока анализа катастроф 10 предназначен для сравнения полученного результата идентификации и верификации (логический нуль или логическая единица) на t-ом такте функционирования с результатом идентификации и верификации (логический нуль или логическая единица), полученным на (t+1)-ом такте функционирования устройства. Частный случай технической реализации промежуточного элемента И 10.6 описан в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. – СПб.: СПВВИУС, 1995. – 248 с., С. 13-14, рис. 1.2].

Элемент И 10.7 блока анализа катастроф 10 предназначен для подтверждения (собственно верификации) выявленной тенденции изменения объема потока отказов в сторону граничного и аварийного (катастрофичного) состояния, а также для реализации процедуры оповещения администратора (пользователя, оператора) о возможном катастрофическом состоянии количества отказов производственной или телекоммуникационной системы. Элемент И 10.7 может быть технически реализован на основе типового логического элемента И, описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. – СПб.: СПВВИУС, 1995. – 248 с., С. 13-14, рис. 1.2].

Блок задания пороговых значений количества отказов 11 предназначен для формирования управляющей кодовой последовательности, состоящей из элементов множества Q_N (см. выражение (1), где Q_n – допустимое значение количества единовременных отказов n-го участка системы), при превышении значений которого система с большой вероятностью перейдет в аварийное (катастрофичное) состояние, для формирования последовательности пороговых значений количества единовременных отказов системы, а также для формирования сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение администратора (оператора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния количества отказов производственной или телекоммуникационной системы.

Блок задания пороговых значений количества отказов 11 (фиг. 3) состоит из проверочного ОЗУ 11.0 и счетчика 11.1. Тактовый выход 11.1-1 счетчика 11.1 подключен к тактовому входу 11.0-2 проверочного ОЗУ 11.0, освобождающий выход 11.0-3 которого подключен к освобождающему входу 11.1-4 счетчика 11.1, сбросовый 11.1-2 и синхронизирующий 11.1-3 входы которого является соответствующими сбросовым 112 и синхронизирующим 113 входами блока задания пороговых значений количества отказов 11. Проверочный выход 11.0-1 проверочного ОЗУ 11.0 является выходом 111 блока задания пороговых значений количества отказов 11, управляющий вход 11.0-4 проверочного ОЗУ 11.0 является управляющим входом 114 блока 11 и входом «Ввод пороговых значений количества отказов» устройства.

Проверочное ОЗУ 11.0 блока задания пороговых значений количества отказов 11 предназначено для записи, хранения и считывания в двоичном коде последовательности допустимых (пороговых) значений количества единовременных отказов, а также записи логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение администратора (пользователя, оператора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния числа отказов. Техническая реализация проверочного ОЗУ 11.0 возможна на базе типового динамического ОЗУ, описанного в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. – СПб.: СПВВИУС, 1995. – 248 с., С. 194-196, рис. 6.9 (а)].

Счетчик 11.1 блока задания пороговых значений количества отказов 11 предназначен для определения моментов начала считывания в двоичном коде вновь введенных управляющих воздействий – новых допустимых (пороговых) значений количества единовременных отказов, а также моментов начала считывания логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение администратора (пользователя, оператора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния числа отказов. Описание работы и схема такого счетчика известны и приведены, например, в работе [Мальцев П.П., Долидзе Н.С. и др. Цифровые интегральные микросхемы: справочник. – М.: Радио и связь, 1994, С. 64-65].

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 устройства по определенным циклам и генерации единичных импульсов, синхронизирующих работу ряда блоков устройства. Структура блока управления 1 известна, детально описана в (см. патент РФ № 2368003 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК 8 G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08. 20.09.2009, Бюл. № 26, фиг. 4), в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, опубликованный 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 7) и проиллюстрирована на фиг. 4 данного описания. Блок управления 1 (см. фиг. 4) 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. 5. Структурная схема блока модели системы 2 известна, включает N модельных элементов участка системы, соединенных между собой в соответствии со структурой производственной или телекоммуникационной системы, детально описана в (см. патент РФ № 2368003 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК 8 G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08. 20.09.2009, Бюл. № 26, фиг. 6), в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, опубликованный 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 5) и приведена на фиг. 6 данного описания, где, в качестве примера, количество участков N = 6 и участки обозначены латинскими цифрами I, II, III, IV, V, VI и арабскими цифрами 2.1-2.N. При этом корректирующие входы N модельных элементов участка системы 2.1-2.N являются корректирующими входами 27₁ – 27_N блока модели системы 2.

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 восстановлений, происходящих в случайные моменты времени и с учетом коррекции оперативного времени (времени выполнения сменного задания) на конкретном модельном элементе участка участке системы. Структура каждого из модельных элементов участка системы 2.1-2.N известна, идентична для любого n-го ($$n=\overline{\text{1}\text{,}N}$$) из участков системы, детально описана в (см. патент РФ № 2368003 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК 8 G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08. 20.09.2009, Бюл. № 26, фиг. 7), в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 6) и проиллюстрирована в качестве примера для некоторого n-ого модельного элемента участка системы 2.n ($$n=\overline{\text{1}\text{,}N}$$) на фиг. 7 данного описания. При этом n-ый модельный элемент участка системы 2.n (см. фиг. 7) содержит с первого по четвертый элементы ИЛИ 2.n.1 – 2.n.4, L 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 корректируемый дешифратор 2.n.12 и вторичный дешифратор 2.n.13. Причем корректирующий вход 2.n.12-3 первичного корректируемого дешифратора 2.n.12 является корректирующим входом 2.n-7 n-го модельного элемента участка системы 2.n и соответствующим корректирующим входом 27_n блока модели системы 2. Первичный корректируемый дешифратор 2.n.12 может быть технически реализован на базе серийно выпускаемого дешифратора, например, как описано в книге [Мальцев П.П., Долидзе Н.С. и др. Цифровые интегральные микросхемы: справочник. – М.: Радио и связь, 1994, с. 41-47].

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, детально описана в (см. патент РФ № 2368003 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК 8 G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08. 20.09.2009, Бюл. № 26, фиг. 6), в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 8) и представлена на фиг. 8 данного описания. Блок имитаторов состояний участков системы 3 (см. фиг. 8) 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, M ≥ 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 формирования сигналов отказов 4 (фиг. 9), входящий в общую структурную схему, предназначен для регистрации и дешифровки результатов моделирования системы, поступающих с управляющего выхода блока проверки данных модели 6 или блока коррекции данных модели 7, а также 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 (см. патент РФ № 2368003 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК 8 G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08. 20.09.2009, Бюл. № 26, фиг. 9), в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 9), а также приведена на фиг. 9 данного описания. Блок формирования сигналов отказов 4 (см. фиг. 9) содержит элемент ИЛИ 4.1, основной 4.2 и дополнительный 4.3 счетчики, основной 4.4 и дополнительный 4.5 дешифраторы.

Блок регистрации 5, входящий в общую структурную схему, предназначен для регистрации, учета и накопления статистических данных в интересах получения численных значений показателей надежности, безопасности и качества функционирования производственной или телекоммуникационной системы. Структура блока регистрации 5 известна, детально описана в (см. патент РФ № 2368003 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК 8 G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08. 20.09.2009, Бюл. № 26, фиг. 10), в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 10) и представлена на фиг. 10 данного описания. Блок регистрации 5 (см. фиг. 10) состоит из основного элемента И 5.1, K (где K≥2) элементов И 5.2₁ – 5.2_K, делителя частоты 5.3, элемента ИЛИ 5.4, первичного 5.5, вторичного 5.6 и третичного 5.7 счетчиков, K ≥ 2 счетчиков 5.8₁ – 5.8_K , 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.

Блок проверки данных модели 6, входящий в общую структурную схему, предназначен для анализа и регистрации истинных значений параметров моделируемых сигналов, характеризующих принадлежность конкретного сигнала состояния к пространству состояния безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) либо к пространству отказов, а также для преобразования данных, идентифицируемых неоднозначно (недостоверно, неполно) к виду, пригодному для получения однозначных (достоверных) результатов прогнозирования случайных событий, т.е. преобразования из параллельного кода в последовательный с целью последующего распознавания. Структура блока проверки данных модели 6 известна, детально описана в (см. патент РФ № 2368003 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК 8 G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08. 20.09.2009, Бюл. № 26, фиг. 2), в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 11) и представлена на фиг. 11 данного описания. Блок проверки данных модели 6 (см. фиг. 11) состоит из селектора исходных данных 6.1 и преобразователя недостоверных данных 6.2.

Блок коррекции данных модели 7, входящий в общую структурную схему, предназначен для записи, хранения результатов анализа данных и математически корректного распознавания (определения) параметров, заданных как количественно, так и качественно (недостоверно, неполно, противоречиво) и полученных в результате моделирования производственного или телекоммуникационного процесса, соотношение которых характеризует состояние безотказной работы системы (выполнения сменных заданий за оперативное время) или противоположное состояние – отказ системы, и преобразования этих данных из последовательного кода в параллельный с целью последующего продолжения моделирования производственного или телекоммуникационного процесса. Структура блока коррекции данных модели 7 известна, детально описана в (см. патент РФ № 2368003 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК 8 G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08. 20.09.2009, Бюл. № 26, фиг. 3), в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 12) и представлена на фиг. 12 данного описания. Блок коррекции данных модели 7 состоит (см. фиг. 12) из программируемого вычислителя 7.1, первичного 7.2 и вторичного 7.3 запоминающих элементов.

Контроллеры оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N , входящие в общую структурную схему, идентичны и предназначены для дешифровки, дополнительного сравнения и контроля кода, обуславливающего новое значение оперативного времени для каждого конкретного модельного элемента участка системы. Структура контроллера оперативного времени модельных элементов (например, n-ого контроллера) 8_n , где n=1, 2, …, N, известна, детально описана в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 2) и представлена на фиг. 13 данного описания. Контроллер оперативного времени модельных элементов (например, n-ый контроллер) 8_n , где n=1, 2, …, N, (см. фиг. 13), состоит из дешифратора корректированного кода оперативного времени 8.1_n и регистра сравнения-коррекции оперативного времени 8.2_n.

Главный контроллер оперативного времени 9, входящий в общую структурную схему, предназначен для динамической коррекции значений (границ) оперативного времени (времени выполнения сменного задания) для каждого модельного элемента любого из N участков производственной или телекоммуникационной системы. Структура главного контроллера оперативного времени 9 известна, детально описана в прототипе (см. патент РФ № 2551793 «Устройство для прогнозирования случайных событий» МПК G06F 15/46, G06F 17/18, G06N 7/08, 27.05.2015, Бюл. № 15, фиг. 3) и представлена на фиг. 14 данного описания. Главный контроллер оперативного времени 9 (см. фиг. 14) состоит из регистрирующего элемента оперативного времени 9.1 и элемента хранения нового значения оперативного времени 9.2.

Устройство для прогнозирования случайных событий работает следующим образом.

Известно [1-6], что с точки зрения обеспечения повышения степени адекватности прогнозирования случайных событий, повышение уровня достоверности моделирования и оценки надежности, безопасности и качества функционирования сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем, с точки зрения реализации процедур анализа и предупреждения администратора (пользователя, оператора) о возможном катастрофическом состоянии количества отказов, существует возможность производить идентификацию и верификацию состояний граничного и аварийного (катастрофического) числа отказов системы за единицу времени, способного, плавно нарастая до критической цифры, в непредвиденный момент времени привести к скачкообразному (в подавляющем большинстве случаев – негативному) изменению состояния показателей качества данной системы.

Эта возможность реализуется на основе принципа динамического, потактового (пошагового) контроля значений граничного (катастрофического) числа отказов системы с использованием методов теории катастроф.

Очевидно, что при прогнозировании случайных событий, когда количество единовременных отказов системы – объекта прогноза плавно изменяться под влиянием управляющих воздействий или внешних факторов (угроз), объективно изменяются во времени не только число отказов, предопределяющих плавный дрейф параметров системы в сторону граничного и катастрофичного состояния, но и текущие требования администратора (пользователя, оператора) к необходимости оповещения (предупреждения) о возможном аварийном состоянии объекта прогноза – сложной производственной и телекоммуникационной системы. В данных условиях, когда плавное нарастание числа отказов может привести к скачкообразному изменению состояния объекта, затруднено надежное и устойчивое функционирование данной системы, существует потенциальная возможность (опасность) блокировки, коллапса процесса функционирования производственной или телекоммуникационной системы.

Анализ работ [1-6], посвященных алгоритмам и принципам реализации методов теории катастроф в задачах анализа и управления функционированием сложных технических систем, позволяет сделать вывод о возможности осуществления адекватного прогнозирования случайных событий, возможности повышения уровня достоверности моделирования и оценки надежности, безопасности и качества функционирования сложных систем на основе технической реализации процедур идентификации и верификации состояний граничного и аварийного (катастрофического) числа отказов системы за единицу времени, при превышении которого, объект прогноза с большой вероятностью перейдет в аварийное состояние из любого другого состояния.

Построение устройства для прогнозирования случайных событий на основе предложенного принципа работы позволяет получить преимущество перед прототипом, обеспечивая повышение степени адекватности прогнозирования, повышение уровня достоверности анализа надежности, безопасности и качества функционирования производственных или телекоммуникационных систем, когда в динамике работы таких систем число отказов за единицу времени может плавно изменяться под влиянием управляющих воздействий или внешних факторов, создавая потенциальную угрозу блокировки (коллапса) объекта прогноза.

Техническая реализация динамического, потактового (пошагового) контроля значений граничного (катастрофического) числа отказов системы с использованием методов теории катастроф в заявленном устройстве осуществлена путем введения внешнего динамического управления значением допустимого количества таких отказов, при превышении значений которого система с большой вероятностью перейдет в аварийное состояние из любого другого состояния (в заявленном устройстве – вход «Ввод пороговых значений количества отказов» устройства и блок задания пороговых значений количества отказов 11), путем введения внешнего динамического управления формированием сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение администратора (пользователя, оператора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного граничного состояния объекта прогноза – состояния аварийного (катастрофического) числа отказов (в заявленном устройстве – вход «Ввод пороговых значений количества отказов» устройства и блок задания пороговых значений количества отказов 11) и введения идентификации и верификации состояний граничного и аварийного (катастрофического) числа отказов объекта, а также формирования сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния количества отказов системы за единицу времени (в заявленном устройстве реализованы в рамках блока анализа катастроф 10).

С учетом этого, в заявленном устройстве происходит прогнозирование случайных событий, где наряду с коррекцией (управлением) оперативного времени (времени выполнения сменного задания), осуществляется реализация идентификации и верификации состояний граничного и аварийного (катастрофического) числа отказов системы за единицу времени, а также управляемое формирование значений допустимого количества таких отказов, обуславливающие повышение степени адекватности прогнозирования, повышение уровня достоверности оценки надежности, безопасности и качества производственных или телекоммуникационных систем в реальных условиях, в которых им приходится функционировать.

Перед началом работы устройства с помощью переключателя 1.3 блока управления 1 (см. фиг. 4) 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 $$n=\overline{\text{1}\text{,}N}$$) 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, K счетчиков 5.8₁ – 5.8_K блока регистрации 5, 6.1 селектор исходных данных и 6.2 преобразователь недостоверных данных блока проверки данных модели 6, программируемый вычислитель 7.1 блока коррекции данных модели 7, центральное ОЗУ 10.0 блока анализа катастроф 10 и счетчик 11.1 блока задания пороговых значений количества отказов 11.

Установка начальных значений оперативного времени (времени выполнения сменного задания) заключается в установке на каждом из N входов «Коррекция оперативного времени» 01₁ – 01_N устройства (см. фиг. 1) через корректирующие входы 82₁ – 82_N соответствующих контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N и корректирующие входы 27₁ – 27_N блока модели системы 2 на корректирующие входы 2.1-7–2.N-7 модельных элементов участков системы 2.1 – 2.N и на корректирующие входы 2.1.12-3–2.N.12-3 первичных корректируемых дешифраторов 2.1.12–2.N.12 (см. фиг. 7) логических значений кода, задающего начальное значение оперативного времени (времени выполнения сменного задания) для каждого n-го ($$n=\overline{\mathrm{1,}N}$$) модельного элемента участков системы. 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. 7) блока модели системы 2 и делитель частоты 5.3 блока регистрации 5 устанавливаются в единичное состояние, M 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 M 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. 7) блока модели системы 2.

Каждый из N модельных элементов участка системы (например, элемент 2.n ($$n=\overline{\text{1}\text{,}N}$$) блока модели системы 2, совместно с соответствующим имитатором 3.n ($$n=\overline{\text{1}\text{,}N}$$) 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. 8).

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 проверки данных модели 6, синхронизирующий вход 73 блока коррекции данных модели 7, синхронизирующий вход 103 блока анализа катастроф 10 и синхронизирующий вход 113 блока задания пороговых значений количества отказов 11. 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 одним из N возможных групповых выходов 71₁ – 71_N блока коррекции данных модели 7 и с одним из N возможных групповых выходов 68₁ – 68_N блока проверки данных модели, 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. 8) 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, … , M) 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-гo ($$m=\overline{\text{1}\text{,}M}$$) агрегата во включенном состоянии (принимается допущение, что в выключенном состоянии износа агрегата не происходит и он отказать не может).

В случае, если m-ый ($$m=\overline{\text{1}\text{,}M}$$) 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 информационный вход 81₁ соответствующего (в нашем случае первого) контроллера оперативного времени модельных элементов 8₁ , а затем, после проверки в блоке 8₁ соответствия текущему или вновь введенному значению времени выполнения сменного задания (оперативного времени) на конкретном (в нашем случае первом) модельном элементе участка системы, на соответствующий (в нашем случае первый) групповой вход 25₁ блока модели системы 2. Это свидетельствует о нормальном ходе технологического или телекоммуникационного процесса на n-ом (в нашем случае первом, n = 1, где n может принимать значения $$n=\overline{\text{1}\text{,}N}$$) 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 через соответствующий контроллер оперативного времени модельных элементов 8₁ передается на групповой вход 25₁ блока модели системы 2 и воспринимается блоком модели системы 2 как сигнал о нарушении хода технологического или телекоммуникационного процесса на n-ом (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. 8) останавливаются до момента восстановления отказавшего агрегата производственной или телекоммуникационной системы (принимается допущение, что отказы агрегатов носят необесценивающий характер). Тем самым, 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-гo 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-ом (в нашем случае – первом, где n = 1,…, N) участке закончена обработка изделия, единичный сигнал появляется на (M + 1)-ом 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 информационные входы 81₁ – 81_N и информационные выходы 83₁ – 83_N соответствующих N контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N (фиг. 13), и далее, через N групповых входов 25₁ – 25_N блока модели системы 2 (фиг. 6) на третьи входы 2.n-3 каждого n-ого из N модельных элементов участка системы (в нашем примере – на входы элемента 2.n, см. фиг. 7). Работу каждого из N модельных элементов участка системы (фиг. 6) рассмотрим на примере функционирования некоторого абстрактного n-ого (где n = 1,…, L,…, N) модельного элемента участка системы 2.n. Модельный элемент участка системы 2.n работает следующим образом (фиг. 7). 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 n-ом (где n = 1,…, L,…, N) из N возможных участков требующего обработки изделия, с прямого выхода 2.n.8-3 первичного триггера 2.n.8 поступает на один из N групповых входов 61₁ – 61_N блока проверки данных модели 6 для процедуры селекции сигналов состояния, характеризуемых однозначными (достоверными, полными) и неоднозначными (недостоверными, неполными) параметрами (также могут присутствовать единичные сигналы на других из N групповых входах 61₁ – 61_N блока проверки данных модели, обуславливающие наличие на L параллельно работающих участках требующих обработки изделий) и в соответствии от принятого решения о логико-математической природе этих параметров этот единичный сигнал поступает сразу на вход соответствующего n-го имитатора состояния участка системы 3.n, либо поступает сначала на вход 74 блока коррекции данных в составе N-разрядного кода для контрольного распознавания, а уже затем единичный сигнал состояния, характеризуемый однозначными (достоверными, полными) параметрами 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 через соответствующий n-ый контроллер оперативного времени модельных элементов 8_n на третий вход 2.n-3 n-ого 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-ого модельного элемента участка системы 2.n), то тактовые импульсы с первого 2.n-1 и c вторых 2.n-2₁ – 2.n-2_M входов n-ого 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. 7). 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. 7) 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 корректируемый дешифратор 2.n.12 (см. фиг. 7) настроен на корректируемый двоичный код оперативного времени, т.е. код текущего или вновь введенного времени, выделяемого для реализации определенной фазы технологического или телекоммуникационного процесса. На корректирующий вход 2.n.12-3 первичного корректируемого дешифратора 2.n.12 через соответствующий корректирующий вход 2.n-7 n-го модельного элемента участка системы 2.n и соответствующий корректирующий вход 27_n блока модели системы 2 с корректирующего выхода 84_n соответствующего n-ого контроллера оперативного времени модельных элементов 8_n поступают новые, вновь вводимые в динамике функционирования устройства, значения времени выполнения сменного задания (оперативного времени) на конкретном (в нашем случае n-ом) модельном элементе участка системы.

Вторичный дешифратор 2.n.13 настроен 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-ого модельного элемента участка системы 2.n (см. фиг. 7) появляется единичный сигнал, означающий завершение участком соответствующей фазы технологического или телекоммуникационного процесса и готовность изделия для передачи следующему (n + 1)-ому 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 со второго выхода 2.n-8 n-ого модельного элемента участка системы 2.n (см. фиг. 7), свидетельствующий о завершении обработки изделия участком производственной или телекоммуникационной системы, поступает на пятый вход 2.(n + 1)-5 следующего (n + 1)-ого 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 c прямого выхода 2.n.9-3 вторичного триггера 2.n.9 (см. фиг. 7) 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)-ого 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)-ого 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-ом 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-ым участком завершена по истечении действующего оперативного времени, то в момент его окончания, на выходе 2.n.12-2 первичного корректируемого дешифратора 2.n.12 появляется единичный сигнал, который поступает на второй выход 2.n-8 n-ого 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 действующее оперативное время уже истекло (время восстановления агрегатов участка превышает непополняемый временной резерв).

Блок модели системы 2 (фиг. 6) в рамках (в качестве примера) структуры производственной (телекоммуникационной) системы, схема которой представлена на фиг. 5, работает следующим образом. 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. 6) 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.

Нам каждом из N = 6 участков производственной (телекоммуникационной) системы возможна динамическая коррекция (см. фиг. 5) времени выполнения сменного задания (оперативного времени).

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 67, блока проверки данных модели 6 (фиг. 11), а также на N групповой вход 61₁ – 61_N блока проверки данных модели 6 поступают данные о наличие изделия требующего обработки (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги) на n (где n = 1,..., L,..., N) модельных участках производственной системы. Процедура селекции однозначных (достоверных, полных) и неоднозначных (недостоверных, неполных) сигналов о выполнении сменных заданий и принятие решения о математической природе этих данных осуществляется в селекторе исходных данных 6.1. Данные на N групповых входах блока проверки данных модели, которые априори (изначально) аутентифицированы как сигналы о наличие изделия требующего обработки (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги) на n (где n = 1,…, L,…, N) модельных участках производственной системы, поступают на N групповых входов селектора исходных данных 6.1, который рассчитан на хранение в каждой ячейке определённого количества разрядов поступающей информации. Импульсы, поступающие на управляющий вход RxD селектора исходных данных 6.1, априори (изначально) аутентифицированы как сигналы об изготовленном производственной системой изделие или доведенной до абонента телекоммуникационной системы услуги.

Если единичный сигнал, обуславливающий наличие на n-ом (где n = 1,…, L,…, N) из N возможных модельных участков требующего обработки изделия (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги) присутствует больше чем на L из N возможных групповых входах селектора исходных данных, где L – количество параллельно работающих модельных участков, значит, с точки зрения математики – эта кодовая последовательность содержит избыточность, обусловливающую недостоверность (неполноту) данных, характеризующих об изготовленном производственной системой изделии или доведенной до абонента телекоммуникационной системы услуге. В этом случае с разрешающего выхода MT селектора исходных данных 6.1 на разрешающий вход DST преобразователя 6.2 поступает в двоичном коде команда, инициирующая начало регистрации данных, характеризующих неоднозначные (недостоверные, неполные) сигналы о наличие на n > L из N возможных модельных участках требующего обработки изделия (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги) и начало преобразования этих данных из параллельного кода в последовательный. Преобразователь недостоверных данных 6.2 регистрирует полученные через свои N групповые входы данные, признанные селектором исходных данных 6.1 недостоверными (неполными, неоднозначными) и преобразовывает их из параллельного кода в последовательный. При этом с запрещающего выхода DSR преобразователя 6.2 на инверсный запрещающий вход $$\overline{\text{E0}}$$ селектора исходных данных 6.1 поступает в двоичном коде команда, инициирующая запрет трансляции информации с N групповых выходов селектора исходных данных 6.1 на соответствующие N групповые выходы 68₁ – 68_N блока проверки данных модели 6. Последовательный код недостоверных (неполных, неоднозначных) данных с N-разрядного выхода преобразователя 6.2 через N-разрядный выход 64 блока проверки данных модели 6 поступает на 74 N-разрядный вход блока коррекции данных 7. С выхода TxD преобразователя 6.2 через сигнальный выход 65 блока проверки данных модели 6 на сигнальный вход 75 блока коррекции данных 7 поступает сигнал об изготовленном производственной системой изделии (или доведенной до абонента телекоммуникационной системы услуги) необходимый для процедуры проверки достоверности (полноты, однозначности).

Если с N групповых входов 61₁ – 61_N блока проверки данных модели 6 (фиг. 11) на N групповых входов селектора исходных данных 6.1 и на N групповых входов преобразователя 6.2 поступают достоверные (полные, однозначные) данные о наличие на n ≤ L из N возможных модельных участках производственной системы изделия требующего обработки (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги), то в этом случае, не получая на свой разрешающий вход DST соответствующую команду, преобразователь недостоверных данных 6.2 запирает свой N -разрядный выход и выход TxD, а селектор исходных данных 6.1 транслирует параллельный код, характеризующий однозначные (достоверные, полные) данные о наличие на n ≤ L из N возможных модельных участках производственной системы изделия требующего обработки (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги), со своих N групповых выходов 6.1-7₁ – 6.1-7_N через соответствующие N групповые выходы 68₁ – 68_N блока проверки данных модели 6 на соответствующие N групповые входы 31₁ – 31_N блока имитаторов состояний участков системы 3 (фиг. 8), а с выхода TxD селектора исходных данных 6.1 через управляющий выход 66 блока проверки данных модели 6 на управляющий вход 41 блока формирования сигналов отказов 4 (фиг. 9) поступают однозначные (достоверные, полные) сигналы – импульсы об изготовленном производственной системой изделии (или доведенной до абонента телекоммуникационной системы услуги).

Данные, характеризующие неоднозначные (недостоверные, неполные) сигналы о наличие на n > L из N возможных модельных участках требующего обработки изделия (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги) определенные в блоке проверки данных модели 6 (фиг. 11) как неоднозначные (недостоверные, неполные), поступают с N-разрядного выхода 64 блока проверки данных 6 на N-разрядный вход 74, а сигнал об изготовленном производственной системой изделие (или доведенной до абонента телекоммуникационной системы услуге) с сигнального выхода 65 блока проверки данных модели 6 поступает на сигнальный вход 75 блока коррекции данных модели 7, который осуществляет запись, хранение и регистрацию результатов анализа распознавания и математически корректную проверку n (n ≤ L) модельных участков, на которых изготовлено изделие. Преобразование определенных (распознанных) неоднозначно (недостоверно, неполно) исходных данных, характеризующих сигналы о наличии на n > L из N возможных модельных участках требующего обработки изделия (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги), к виду, пригодному для однозначного принятия достоверного решения о том, на каких именно n ≤ L из N возможных модельных участках присутствует требующего обработки изделие (или заявка на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги), осуществляется в программируемом вычислителе 7.1 блока коррекции данных модели 7.

При этом программируемый вычислитель 7.1 блока коррекции данных модели 7 (см. фиг. 12) технически реализуется на базе программируемой (с точки зрения матрицы весов (связей) – причинно-следственных когнитивных мнений о текущих параметрах состояния системы, формулируемых экспертами) микропроцессорной секции, выполняющей роль программируемого параллельного АЛУ, реализующего вычислительный нейросетевой алгоритм (ЭНС), который детально описан в работе [7]. Неоднозначно (недостоверно, неполно) определенные исходные данные, характеризующие сигналы о наличии изделия требующего обработки (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги) на n > L из N возможных модельных участках производственной системы, и изготовлении производственной системой изделия (или доведения до абонента телекоммуникационной системы услуги), поступают на вход 7.1-1 и N-разрядный вход 7.1-2 программируемого вычислителя 7.1, реализующего функции программируемого параллельного АЛУ. Программируемый вычислитель 7.1, реализующий функции программируемого параллельного АЛУ, опираясь на запрограммированные значения элементов матрицы весов – аналитически описанные причинно-следственные когнитивные мнения о данных, формулируемые экспертами, осуществляет процедуру вычисления (экстраполяции) в соответствии с вычислительным нейросетевым алгоритмом. При этом входные ячейки E₁ – E_N соответствуют разряду (1,…, N) последовательного кода, поступающего на N-разрядный вход 7.1-2 программируемого вычислителя 7.1 и вместе с синхронизирующим входом 7.1-4 являются равноправными (N + 1) входами ((N + 1)_вх) вычислителей (нейронов) входного слоя S_а экстраполирующей нейронной сети (ЭНС), на N входов которой подаются значения N разрядов кода, имеющего физический смысл неоднозначно (недостоверно, неполно) определенных данных о наличие изделия требующего обработки (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги) на n > L из N возможных модельных участках производственной системы и на (N+1)-ый вход – сигнал, имеющий физический смысл неоднозначно (недостоверно, неполно) определенных данных об изготовленном производственной системой изделие. Набор прямых и обратных связей (N + 1)_вх с (N + 1)_вых ЭНС, программно реализованный в рамках программируемого вычислителя 7.1, позволяет учитывать весовые коэффициенты, сформулированные экспертами в виде когнитивных карт и получать на N выходах 7.1-6₁ – 7.1-6_N программируемого вычислителя 7.1 экстраполированные значения N разрядов параллельного кода, имеющего физический смысл математически корректно проверенных данных о наличии изделия требующего обработки (или заявки на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги) на n ≤ L из N возможных модельных участках производственной системы, определенных на основе проверенных (достоверных, полных) исходных данных и на (N + 1)-ом выходе 7.1-5 математически корректно проверенные данные об изготовленном производственной системой изделие или доведённой до абонента услуге. При этом подача на n-ый, где n = 1, 2,…, N, вход 7.1-2 программируемого вычислителя 7.1 значения разряда кода, характеризующего неоднозначно (недостоверно, неполно) на каких n > L модельных участках производственной системы присутствует изделие, инициирует выдачу с соответствующего n-го выхода 7.1-6₁ – 7.1-6_N программируемого вычислителя 7.1 (выхода n-го нейрона выходного слоя S_b) запрограммированного, согласно вычислительного нейросетевого алгоритма, значения математически корректно преобразованного, относительно достоверного разряда кода, характеризующего на каких именно n ≤ L модельных участках производственной системы присутствует изделие (или заявка на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги).

В результате, на N групповых выходах 7.1-6₁ – 7.1-6_N программируемого вычислителя 7.1 и на соответствующих N групповых входах 7.3-1₁ – 7.3-1_N запоминающего элемента 7.3 получаем информацию, характеризующую (на основе анализа полученного в рамках ЭНС интегрированного мнения экспертов) на каких именно n ≤ L из N возможных модельных участках производственной системы присутствует изделие (или заявка на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги), преобразованный в интересах повышения достоверности идентификации состояния производственной или телекоммуникационной системы.

Первичный запоминающий элемент 7.2 записывает, хранит и выдает со своего выхода 7.2-2 – через соответствующий управляющий выход 76 блока коррекции данных модели 7 на соответствующий управляющий вход 41 блока формирования сигналов отказов 4 единичный сигнал – импульс, содержащий проверенные результаты, соответствующие изготовленному производственной системой изделию или доведенной до абонента телекоммуникационной системы услуге.

Вторичный запоминающий элемент 7.2 записывает, хранит и выдает со своих N выходов 7.3-2₁ – 7.3-2_N через соответствующую группу N выходов 71₁ – 71_N блока коррекции данных модели 7 на соответствующие N входы 31₁ – 31_N блока имитаторов состояний участков системы 3 код, содержащий проверенные данные на каких именно n ≤ L модельных участках производственной системы присутствует изделие (или заявка на предоставление абоненту телекоммуникационной системы услуги).

При поступлении на соответствующий вход 41 блока формирования сигналов отказов 4 (см фиг. 9) единичного сигнала – импульса, содержащего проверенные (достоверные) результаты, соответствующие изготовленному производственной системой изделию или доведенной до абонента телекоммуникационной системы услуге дополнительный счетчик 4.3 блока формирования сигналов отказов 4 фиксирует 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. Когда это количество (ч _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 6 или из блока 7 однозначные (четкие) значения времени выполнения сменного задания и передает эту информацию в двоичном коде на вход 4.4-1 основного дешифратора 4.4.

Если действующее на данный момент 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).

Сформированные однозначные (достоверные, полные) 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 55 блока регистрации 5 (фиг. 10) и фиксируются вторичным счетчиком 5.6, ведущем учет объема (в сменных заданиях) выпущенной продукции или оказанных телекоммуникационных услуг.

Сформированные однозначные (достоверные, полные) сигналы отказов поступают с выхода 4.5-2 дополнительного дешифратора 4.5 через информационный выход 44 блока формирования сигналов отказов 4 на информационный вход 104 блока анализа катастроф 10. Для фиксации и регистрации количества отказов производственной или телекоммуникационного системы в интересах идентификации и верификации состояний граничного и аварийного (катастрофического) числа таких отказов, используется информационный вход 10.0-1 центрального ОЗУ 10.0 блока анализа катастроф 10, позволяющий производить подсчет поступающих на него единичных сигналов. Эти сигналы – единичные импульсы, содержащие проверенные (достоверные) результаты об обнаруженной ошибке (отказе): не изготовленному производственной системой изделию или не доведенной до абонента телекоммуникационной системы услуге.

Таким образом, на информационный вход 104 блока анализа катастроф 10 поступает в двоичном коде содержимое сигналов отказов и ведется учет количества этих отказов системы в интересах контроля дрейфа этого числа в сторону граничного и катастрофичного состояния. После осуществления в блоке анализа катастроф 10 процедур идентификации и верификации состояний граничного и аварийного (катастрофического) числа таких отказов, через информационный выход 106 блока анализа катастроф 10 идентифицированные и верифицированные сигналы отказов поступают на информационный вход 54 блока регистрации 5.

В итоге, на информационном выходе 106 блока анализа катастроф 10 имеем в двоичном коде не только содержимое, но и количество идентифицированных и верифицированных сигналов отказов, характеризующее состояние граничного и аварийного (катастрофического) числа таких отказов за единицу времени.

Динамическое управление значением допустимого числа отказов, при превышении которого система (объект моделирования и прогноза) с большой вероятностью перейдет в аварийное состояние из любого другого состояния, идентификация и верификация состояний граничного (катастрофического) количества таких отказов, а также формирование сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния числа отказов, реализуется в рамках блока анализа катастроф 10 и блока задания пороговых значений количества отказов 11 следующим образом.

Блок задания пороговых значений количества отказов 11 (фиг. 3) предназначен для формирования управляющей кодовой последовательности (состоящей из элементов множества Q_N (см. выражение (1), где Q_n – допустимое (пороговое, максимальное), а q_n – реальное для каждого n-го участка системы значение числа отказов за единицу времени, при превышении которого система (объект моделирования и прогноза) с большой вероятностью перейдет в аварийное состояние из любого другого состояния, а также для формирования сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение администратора (пользователя, оператора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния количества отказов производственной или телекоммуникационной системы. Блок задания пороговых значений количества отказов 11 состоит из проверочного ОЗУ 11.0, счетчика 11.1 и может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 3. Формирование управляющей кодовой последовательности допустимых значений количества отказов, а также формирование сигнала логического нуля или логической единицы производится следующим образом. С внешнего источника через вход «Ввод пороговых значений количества отказов» устройства, управляющий вход 114 блока задания пороговых значений количества отказов 11 и управляющий вход 11.0-4 в ячейки памяти проверочного ОЗУ 11.0 (см. фиг. 3) производится последовательная запись в двоичном коде набора допустимых (пороговых) значений числа отказов для каждого n-го участка системы, а также запись логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния количества отказов производственной или телекоммуникационной системы.

Отсчеты t, (t+1), (t+2) и т.д. тактов (шагов) в рамках цикла работы производственной или телекоммуникационной системы, иными словами, тактов (шагов) проверки (контроля) соответствия допустимых значений количества отказов их реальному количеству, поступают с синхронизирующего выхода 13 блока управления на синхронизирующие входы 103 и 113 блока анализа катастроф 10 и блока задания пороговых значений количества отказов 11 соответственно, являясь тактами (шагами) отсчета в рамках цикла работы производственной или телекоммуникационной системы. Данные сигналы (отсчеты) поступают через синхронизирующий вход 113 блока задания пороговых значений количества отказов 11 на синхронизирующий вход 11.1-3 счетчика 11.1 и определяют, поступая с тактового выхода 11.1-1 счетчика 11.1 на тактовый вход 11.0-2 проверочного ОЗУ 11.0, момент начала последовательного считывания в двоичном коде хранящейся в проверочном ОЗУ 11.0 Q_N – набора допустимых (пороговых) значений числа отказов за единицу времени для каждого n-го участка системы. Последовательное считывание допустимых (пороговых) значений числа отказов для каждого n-го участка системы осуществляется через проверочный выход 11.0-1 проверочного ОЗУ 11.0 и выход 111 блока задания пороговых значений количества отказов 11 на проверочный вход 10.2-2 ПЗУ 10.2 блока анализа катастроф 10 (фиг. 2), а также определяет момент начала считывания хранящегося в проверочном ОЗУ 11.0 логического нуля или логической единицы. Считывание логического нуля или логической единицы также производится с проверочного выхода 11.0-1 проверочного ОЗУ 11.0 и выхода 111 блока задания пороговых значений количества отказов 11 на второй вход 10.7-2 элемента И 10.7 блока анализа катастроф 10 (фиг. 2). С освобождающего выхода 11.0-3 проверочного ОЗУ 11.0 (фиг. 3) на освобождающий вход 11.1-4 счетчика 11.1 в момент считывания последовательности допустимых (пороговых) значений количества отказов и считывания логического нуля (логической единицы) поступает сигнал, очищающий (освобождающий, сбрасывающий) значения счетчика 11.1 и дающий команду счетчику 11.1 начать новый отсчет для вновь введенных управляющих воздействий (Q_N – последовательности допустимых (пороговых) значений числа отказов за единицу времени для каждого n-го участка системы), и для вновь введенных управляющих воздействий – логического нуля (логической единицы).

Блок анализа катастроф 10 предназначен для осуществления процедур идентификации и верификации состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также для выработки сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния числа отказов. Блок анализа катастроф 10 может быть реализован по схеме, представленной на фиг.2. Идентификация и верификация граничных и аварийных (катастрофичных) состояний количества отказов системы, а также выработка сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения) осуществляется в блоке анализа катастроф 10 следующим образом.

С информационного выхода 44 блока формирования сигналов отказов 4 через информационный вход 104 блока анализа катастроф 10 на информационный вход 10.0-1 центрального ОЗУ 10.0 поступают в двоичном коде и записываются в ячейки памяти сигналы, характеризующие на (t+1)-ом такте (шаге) цикла работы производственной или телекоммуникационной системы количество отказов, предопределяющих плавный дрейф числа таких отказов для каждого n-го участка данной системы в сторону граничного и катастрофического состояния (см. фиг. 2).

С синхронизирующего выхода 13 блока управления 1, через синхронизирующий вход 103 блока анализа катастроф 10 на тактовый вход 10.0-3 центрального ОЗУ 10.0 и на тактовый вход 10.2-1 ПЗУ 10.2 поступает синхронизирующий тактовый сигнал, инициируя последовательное считывание из ячеек памяти центрального ОЗУ 10.0 каждого q_n из Q элементов множества Q_n значений количества отказов, предопределяющих плавный дрейф числа таких отказов в сторону граничного и катастрофического состояния на (t+1)-ом такте работы производственной или телекоммуникационной системы, а именно тех, которые соответствуют множеству (1) и имеют физический смысл превышения порога возможностей системы по отказам и, как следствие, высокой вероятности перехода системы (объекта моделирования и прогноза) в аварийное, катастрофическое состояние.

Значения количества q из общего числа Q отказов, предопределяющих плавный дрейф числа таких отказов в сторону граничного и катастрофического состояния на (t+1)-ом такте работы производственной или телекоммуникационной системы (для каждого n-го участка системы – значения количества q_n из общего числа Q_n отказов) последовательно считываются с каждого соответствующего n-го из исполнительных выходов 10.0-4₁ – 10.0-4_N центрального ОЗУ 10.0 на входы соответствующих n-ых исполнительных ОЗУ 10.1₁ – 10.1_N , а также на первый вход 10.3-1 элемента итерационного сравнения 10.3 и на второй вход 10.4-2 элемента сравнения 10.4 (см. фиг. 2). С выхода каждого n-го из исполнительных ОЗУ 10.1₁ – 10.1_N на второй вход 10.3-2 элемента итерационного сравнения 10.3 в двоичном коде последовательно считываются хранившиеся в ячейках памяти значения количества q из общего числа Q отказов, предопределяющих плавный дрейф числа таких отказов в сторону граничного и катастрофического состояния (для каждого n-го участка системы – значения количества q_n из общего числа Q_n отказов) на t-ом (предыдущем) такте работы производственной или телекоммуникационной системы.

Кроме того, синхронизирующий тактовый сигнал, поступающий с синхронизирующего входа 103 блока 10 на тактовый вход 10.2-1 ПЗУ 10.2, инициирует считывание в двоичном коде из ячеек памяти ПЗУ 10.2 на первый вход 10.4-1 элемента сравнения 10.4 заранее записанного допустимого значения количества отказов для любого n-го участка системы, при превышении которого, в соответствии с выражением (2), система с большой вероятностью перейдет в аварийное (катастрофическое) состояние из любого другого состояния. На базе элемента сравнения 10.4 осуществляется процедура идентификации состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий. Данная процедура осуществляется путем последовательного (потактового) априорного оценивания и сравнения значений количества отказов каждого n-го из q_n элементов множества Q_n с целью определения наличия или отсутствия возможного превышения этими значениями допустимого порога в соответствии с выражением (2).

Таким образом, элемент сравнения 10.4 осуществляет потактовое сравнение последовательно поступающих в двоичном коде с исполнительных выходов 10.0-4₁ – 10.0-4_N центрального ОЗУ 10.0 значений каждого q_n(t+1), со значением Q_n , поступившим с выхода ПЗУ 10.2. Не превышение любым n-ым (q_n(t+1)) значением данного порога Q_n , характеризует не выполнение условия (4) и результат процедуры идентификации (сравнения) выражается в появлении на выходе элемента сравнения 10.4 логического нуля, который в двоичном коде поступает на первый вход 10.7-1 элемента И 10.7. Превышение любым n-ым (q_n(t+1)) значением данного порога Q_n , характеризует выполнение условия (4) и начало плавного изменения числа отказов для этого n-го участка системы в сторону граничного и катастрофического состояния, а результат процедуры идентификации (сравнения) выражается в появлении на выходе элемента сравнения 10.4 логической единицы, которая в двоичном коде поступает на первый вход 10.7-1 элемента И 10.7.

На базе элемента итерационного сравнения 10.3, промежуточного ОЗУ 10.5 и промежуточного элемента И 10.6 осуществляется процедура верификации граничных и аварийных (катастрофических) состояний числа отказов системы. Данная процедура осуществляется в два этапа. Первый этап осуществляется на базе элемента итерационного сравнения 10.3 путем последовательного потактового априорного оценивания и сравнения каждого n-го значения количества отказов q_n на данном t-ом такте цикла работы системы со значением количества q_n на следующем (t+1)-ом такте в соответствии с выражением (3). С этой целью в элементе итерационного сравнения 10.3 осуществляется потактовое сравнение последовательно и попарно поступающих в двоичном коде с выходов N исполнительных ОЗУ 10.1₁ – 10.1_N каждого из значений q_n(t) количества отказов на данном t-ом такте с соответствующими значениями q_n(t+1) количества отказов на следующем (t+1)-ом такте, поступающими с исполнительных выходов 10.0-4₁ – 10.0-4_N центрального ОЗУ 10.0. Не превышение любым n-ым (q_n(t+1)) из значений количества отказов на (t+1)-ом такте соответствующего n-ого (q_n(t)) из значений количества отказов на t-ом (предыдущем) такте, характеризует не выполнение условия (5) и результат первого этапа процедуры верификации (сравнения последующего значения числа отказов с предыдущим) выражается в появлении на выходе элемента итерационного сравнения 10.3 логического нуля, который в двоичном коде поступает на вход промежуточного ОЗУ 10.5 и на второй вход 10.6-2 промежуточного элемента И 10.6. Превышение любым n-ым (q_n(t+1)) из значений количества отказов на (t+1)-ом такте соответствующего n-ого (q_n(t)) из значений количества отказов на t-ом (предыдущем) такте, характеризует выполнение условия (5), имеет физический смысл выявленной тенденции повышения вероятности изменения числа отказов в сторону граничного и аварийного (катастрофического) состояния, а результат первого этапа процедуры верификации (сравнения последующего значения числа отказов с предыдущим) выражается в появлении на выходе элемента итерационного сравнения 10.3 логической единицы, которая в двоичном коде поступает на вход промежуточного ОЗУ 10.5 и на второй вход 10.6-2 промежуточного элемента И 10.6.

Второй этап процедуры верификации в блоке 10 (см. фиг. 2) осуществляется на базе промежуточного ОЗУ 10.5 и промежуточного элемента И 10.6 путем сравнения в промежуточном элементе И 10.6 полученного на t-ом такте результата первого этапа (логический нуль или логическая единица), хранящегося в промежуточном ОЗУ 10.5 и поступающего на первый вход 10.6-1 промежуточного элемента И 10.6, с результатом первого этапа (логический нуль или логическая единица), полученным на (t+1)-ом такте цикла работы системы и поступающим с выхода элемента итерационного сравнения 10.3 на второй вход 10.6-2 промежуточного элемента И 10.6. Физический смысл второго этапа верификации заключается в подтверждении (собственно верификации) выявленной тенденции повышения вероятности изменения числа отказов в сторону граничного и аварийного (катастрофического) состояния, а результат второго этапа верификации выражается в появлении на выходе промежуточного элемента И 10.6 логической единицы или логического нуля, которые в двоичном коде поступают на первый вход 10.7-1 элемента И 10.7. Если полученный на t-ом такте результат первого этапа (например, логическая единица) совпадает с результатом первого этапа (логическая единица), полученным на (t+1)-ом такте, результат второго этапа процедуры верификации выражается в появлении на выходе промежуточного элемента И 10.6 логической единицы. Если полученный на t-ом такте результат первого этапа (например, логическая единица) не совпадает с результатом первого этапа (логическая единица), полученным на (t+1)-ом такте, или полученный на t-ом такте результат первого этапа представляет собой логический нуль и совпадает с результатом первого этапа (логический нуль), полученным на (t+1)-ом такте, результат второго этапа процедуры верификации выражается в появлении на выходе промежуточного элемента И 10.6 логического нуля.

Синхронизирующий тактовый сигнал (см. фиг. 3), поступающий на синхронизирующий вход 113 блока задания пороговых значений количества отказов 11, инициирует считывание с выхода 111 блока 11 через проверочный вход 105 блока 10 (см. фиг. 2) на второй вход 10.7-2 элемента И 10.7 логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение администратора (пользователя, оператора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния количества отказов производственной или телекоммуникационной системы.

Если с проверочного входа 105 блока 10 (см. фиг. 2) на второй вход 10.7-2 элемента И 10.7 получена логическая единица (оповещение о возможном катастрофическом состоянии числа отказов необходимо) и логическая единица получена с выхода элемента сравнения 10.4 или с выхода промежуточного элемента И 10.6, результат идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний количества отказов выражается в появлении на выходе элемента И 10.7 логической единицы. Логическая единица с выхода элемента И 10.7 поступает на считывающий вход 10.0-5 центрального ОЗУ 10.0 и запирает центральное ОЗУ 10.0, не позволяя идентифицированным и верифицированным сигналам, характеризующим содержание и количество отказов, последовательно считываться с информационного выхода 10.0-2 центрального ОЗУ 10.0 через информационный выход 106 блока анализа катастроф 10 (см. фиг. 1) на информационный вход 54 блока 5 в интересах регистрации.

Кроме того, логическая единица с выхода элемента И 10.7 через предупредительный выход 101 блока 10 поступает на выход «Угроза катастрофы» устройства, являясь сигналом предсказания и предупреждения, характеризующим наличие возможного катастрофического состояния числа отказов и призывающим администратора (пользователя, оператора) произвести внешнюю коррекцию количества отказов (например, ввести временный запрет или принудительное ограничение на учет отказов) или пороговых, допустимых значений количества таких отказов с целью не допустить аварийного (катастрофического) скачкообразного изменения состояния объекта прогноза при малых возмущениях, обусловленных внешними или внутренними воздействиями [2].

Если с проверочного входа 105 блока 10 (см. фиг. 2) на второй вход 10.7-2 элемента И 10.7 получен логический нуль (администратор не нуждается в оповещении о возможном катастрофическом состоянии числа отказов), а с выхода элемента сравнения 10.4 или с выхода промежуточного элемента И 10.6 получен либо логический нуль, либо логическая единица, результат идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофических) состояний числа отказов выражается в появлении на выходе элемента И 10.7 логического нуля. Если с проверочного входа 105 блока 10 на второй вход 10.7-2 элемента И 10.7 получена логическая единица (оповещение о возможном катастрофическом состоянии числа отказов необходимо), а с выхода элемента сравнения 10.4 или с выхода промежуточного элемента И 10.6 получен логический нуль, результат идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофических) состояний числа отказов выражается в появлении на выходе элемента И 10.7 логического нуля. Логический нуль с выхода элемента И 10.7 поступает на считывающий вход 10.0-5 центрального ОЗУ 10.0 и открывает центральное ОЗУ 10.0, позволяя идентифицированным и верифицированным сигналам, характеризующим содержимое и количество отказов, последовательно считываться с информационного выхода 10.0-2 центрального ОЗУ 10.0 через информационный выход 106 блока анализа катастроф 10 (см. фиг. 1) на информационный вход 54 блока 5 в интересах регистрации.

Кроме того, логический нуль с выхода элемента И 10.7 через предупредительный выход 101 блока 10 поступает на выход «Угроза катастрофы» устройства, являясь сигналом предсказания и предупреждения, характеризующим отсутствие возможного катастрофического состояния числа отказов. Таким образом, наличие на предупредительном выходе 101 блока анализа катастроф 10 и на выходе «Угроза катастрофы» устройства сигнала логической единицы служит показателем блокировки устройства, а наличие на предупредительном выходе 101 блока анализа катастроф 10 и на выходе «Угроза катастрофы» устройства сигнала логического нуля служит показателем разблокировки устройства для прогнозирования системы в целом.

Идентифицированные и верифицированные сигналы отказов с информационного выхода 10.0-2 центрального ОЗУ 10.0 через информационный выход 106 блока анализа катастроф 10 поступают на информационный вход 54 блока регистрации 5 (см. фиг. 10). По переднему фронту каждого такого идентифицированного и верифицированного сигнала отказа, 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_K, предназначенных для получения гистограммы наработки на отказ системы. Каждый идентифицированный и верифицированный 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 идентифицированного и верифицированного 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.

Если в ходе процесса функционирования системы инициировано внешнее динамическое управление оперативным временем для любого n-го ($$n=\overline{\mathrm{1,}N}$$) модельного элемента участка системы, с внешнего устройства в десятичном коде (либо с помощью человека-оператора, либо с помощью специального управляющего устройства), через N входов «Коррекция оперативного времени» 01₁–01_N устройства на N входов 91₁–91_N главного контроллера оперативного времени 9 (см. фиг. 14) поступают новые, дополнительно вводимые в динамике управления, значения оперативного времени (времени выполнения сменного задания) для каждого конкретного n-го ($$n=\overline{\mathrm{1,}N}$$) модельного элемента участков системы. Главный контроллер оперативного времени 9 может быть реализован в соответствии со схемой, изображенной на фиг. 14. Динамическая коррекция значений оперативного времени для всех, нескольких из N или конкретного модельного элемента участков системы осуществляется в главном контроллере оперативного времени 9 следующим образом.

Новые, дополнительно вводимые в динамике управления процессом функционирования системы, значения оперативного времени для конкретных модельных элементов участков системы, в десятичном коде поступают через N входов 91₁–91_N главного контроллера оперативного времени 9 на N входов 9.1-1₁–9.1-1_N регистрирующего элемента оперативного времени 9.1 (см. фиг. 14) для контроля и регистрации. С N выходов 9.1-2₁–9.1-2_N регистрирующего элемента оперативного времени 9.1 новые значения оперативного времени поступают на соответствующие N входов 9.2-1₁–9.2-1_N элемента хранения нового значения оперативного времени 9.2, который записывает и хранит в десятичном коде эти значения до момента введения очередного управляющего воздействия, а также со своих N выходов 9.2-2₁–9.2-2_N , через соответствующие N выходов 92₁–92_N главного контроллера оперативного времени 9, передает эти новые значения оперативного времени на корректирующие входы 82₁–82_N соответствующих контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁–8_N .

Дешифровка, дополнительное сравнение и контроль кода, обуславливающего новое значение оперативного времени для каждого конкретного модельного элемента участка системы в контроллерах оперативного времени модельных элементов 8₁–8_N осуществляется следующим образом (см. фиг. 13).

Дешифратор корректированного кода оперативного времени 8.1_n (см. фиг. 13) контроллера оперативного времени модельных элементов 8_n осуществляет преобразование десятичного кода, обуславливающего новое, вводимое в процессе управления, значение времени выполнения сменного задания на конкретном n-ом модельном элементе участка системы, в двоичный код, передачу этого нового значения на проверочный вход 8.2_n-2 регистра сравнения-коррекции оперативного времени 8.2_n для анализа и выдачу нового значения оперативного времени в двоичном коде через корректирующие выходы 84₁ – 84_N соответствующих контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N на корректирующие входы 27₁ – 27_N блока модели системы 2, затем на корректирующие входы 2.1-7–2.N-7 модельных элементов участков системы 2.1 – 2.N и на корректирующие входы 2.1.12-3–2.N.12-3 первичных корректируемых дешифраторов 2.1.12–2.N.12 (см. фиг. 7).

В регистре сравнения-коррекции оперативного времени 8.2_n контроллера оперативного времени модельных элементов 8_n осуществляется дополнительная проверка (сравнение) соответствия оперативного времени с изначальным и вновь вводимым оперативным временем и формирование (ретрансляция по итогам сравнения) на выходе контроллера оперативного времени модельных элементов 8_n единичного сигнала, характеризующего соответствие оперативного времени требуемому значению с учетом коррекции и подтверждающего нормальный ход технологического или телекоммуникационного процесса на конкретном n-ом участке производственной или телекоммуникационной системы. При этом на информационных входах 81₁ – 81_N соответствующих контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N , а значит и на информационных входах 8.2₁-1–8.2_N-1 регистров сравнения-коррекции оперативного времени 8.2₁–8.2_N , присутствуют единичные сигналы (из блока 3), характеризующие соответствие оперативного времени действующему требуемому значению и подтверждающие нормальный ход технологического или телекоммуникационного процесса на конкретном n-ом участке производственной или телекоммуникационной системы. Регистры сравнения-коррекции оперативного времени 8.2₁–8.2_N (см. фиг. 13) регистрируют изначальный код (записанный при подготовке устройства к работе, т.е. начальное оперативное время) и сравнивают его с вновь вводимым в динамике управления кодом нового оперативного времени, который поступает через проверочные входы 8.2₁-2 – 8.2_N-2.

Причем, коррекция (формирование по итогам сравнения) на информационных выходах 8.2₁-3 – 8.2_N-3 соответствующих регистров сравнения-коррекции оперативного времени 8.2₁–8.2_N единичных сигналов, характеризующих соответствие оперативного времени вновь введенному (корректированному) значению и подтверждающих нормальный ход технологического или телекоммуникационного процесса на конкретном n-ом участке производственной или телекоммуникационной системы, осуществляется следующим образом. Если на проверочных входах 8.2₁-2 – 8.2_N-2 соответствующих регистров сравнения-коррекции оперативного времени 8.2₁–8.2_N есть сигнал, обуславливающий новое, вводимое в динамике управления оперативное время, этот сигнал идентифицируется как приоритетный, и именно с новым оперативным временем происходит идентификация (сравнение норма – не норма) хода технологического или телекоммуникационного процесса. Если на проверочных входах 8.2₁-2 – 8.2_N-2 соответствующих регистров сравнения-коррекции оперативного времени 8.2₁–8.2_N нет сигнала, обуславливающего новое, вводимое в динамике управления оперативное время, то приоритетными признаются ранее записанные значения кода, задающего начальное (предыдущее) оперативное время.

Таким образом, с корректирующих выходов 84₁ – 84_N соответствующих контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N на корректирующие входы 27₁ – 27_N блока модели системы 2, а следовательно, на корректирующие входы 2.1-7–2.N-7 модельных элементов участков системы 2.1 – 2.N и на корректирующие входы 2.1.12-3–2.N.12-3 первичных корректируемых дешифраторов 2.1.12–2.N.12 (см. фиг. 7) поступают логические значения кода, задающего новые, вводимые в динамике управления процессом, значения оперативного времени (времени выполнения сменного задания) для каждого n-го модельного элемента участков системы. С информационных выходов 83₁ – 83_N соответствующих контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N на соответствующие групповые входы 25₁ – 25_N блока модели системы 2 поступают проверенные, с точки зрения соответствия новому оперативному времени, единичные сигналы, характеризующие соответствие оперативного времени этому действующему на данный момент требуемому значению и подтверждающие нормальный ход технологического или телекоммуникационного процесса на конкретном n-ом участке производственной или телекоммуникационной системы.

Статистические данные для получения численных значений показателей надежности и качества функционирования производственной или телекоммуникационной системы накапливаются в счетчиках блока регистрации 5 (см. фиг. 10) 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) – 10²ч10³ 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 16 блока управления 1 и запрещает выдачу синхронизирующих тактовых импульсов, обеспечивающих работу всего устройства.

Накапливаемые в счетчиках блока регистрации 5 статистические данные, полученные как с учетом коррекции оперативного времени, так и с учетом идентификации и верификации состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы, позволяют осуществлять прогнозирование случайных событий с учетом изменяющихся внешних воздействий, 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 всей производственной или телекоммуникационной системы на отказ (по показаниям идентифицированных и верифицированных значений количества отказов системы, реализуемых счетчиками 5.8₁ – 5.8_K) и другие показатели.

Исходными данными, основой для определения в блоке 5 численных значений оценок качества функционирования производственной или телекоммуникационной системы, наряду с данными, поступающими на сигнальный вход 55 блока регистрации 5 с сигнального выхода 45 блока 4, являются поступающие на информационный вход 54 блока регистрации 5 с информационного выхода 106 блока анализа катастроф 10 идентифицированные и верифицированные сигналы отказов.

Таким образом, предлагаемое устройство для прогнозирования случайных событий обеспечивает расширение области его применения за счет реализации возможности достоверной идентификации и верификации состояния граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов производственной или телекоммуникационной системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий.

Расширение области применения, достоверная идентификация и верификация состояния граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов производственной или телекоммуникационной системы в устройстве происходит за счет реализуемых в блоке анализа катастроф 10 и блоке задания пороговых значений количества отказов 11 соответственно процедур идентификации, верификации состояний граничного, аварийного (катастрофического) количества отказов системы, процедуры формирования управляющей кодовой последовательности – последовательности пороговых значений количества единовременных отказов системы, а также формирования сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих запрещение или разрешение администратора (оператора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния числа отказов производственной или телекоммуникационной системы.

Анализ принципа работы заявленного устройства для прогнозирования случайных событий показывает очевидность того факта, что наряду с сохраненными и описанными в прототипе возможностями по моделированию процесса функционирования системы в условиях изменения требований к оперативному времени (времени выполнения сменного задания), устройство способно повысить достоверность моделирования и прогноза случайных событий в условиях возникновения граничных и аварийных (катастрофических) состояний числа отказов данной системы при плавных изменениях параметров управляющих воздействий или внешних факторов (угроз), а также возможность своевременно оповещать (предупреждать) администратора (оператора) о возможном аварийном состоянии сложных автоматизированных и гибких производственных и телекоммуникационных систем произвольной структуры, на основе полученных данных идентификации и верификации.

Заявленное устройство для прогнозирования случайных событий, при условии, когда под отказом понимается наличие (и количество) признаков опасной информации, может быть использовано аудиторами безопасного контента для прогностической оценки (прогнозирования) и категоризации смыслового наполнения информационных объектов в интересах эффективного обнаружения и противодействия нежелательной, сомнительной и вредоносной информации в сети Интернет и в социальных сетях.

Данное устройство обеспечивает повышение степени адекватности моделируемых и прогнозируемых ситуаций (случайных событий), повышение уровня достоверности моделирования и прогнозирования, когда в динамике работы реальной системы, например, вычислительного комплекса, количество ее единовременных отказов может плавно изменяться под влиянием управляющих воздействий или внешних факторов (угроз), создавая потенциальную возможность (опасность) блокировки, коллапса процесса функционирования производственной или телекоммуникационной системы. Это существенно расширяет область применения устройства, расширяет функциональные возможности вычислительных систем, ориентированных на достоверный контроль 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. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф. Книга 2. – М.: Мир, 1984. – 285 с.; 

1. Арнольд В.И. Теория катастроф. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 128 с.;

2. Постон Т., Стюарт И. Теория катастроф и ее приложения. Пер. с англ. – М.: Мир, 1980. – 608 с.;

3. Петров Ю.П., Петров Л.Ю. Неожиданное в математике и его связь с авариями и катастрофами последних лет. – СПб.: НИИХ СпбГУ, 1999. – 108 с.;

4. Паращук И.Б., Дьяков С.В. Математика теории катастроф применительно к задачам анализа надежности элементов сети связи. / Системы связи. Анализ. Синтез. Управление./ Под ред. проф. Постюшкова В.П. Выпуск 5. – СПб.: Изд-во «Тема», 2001. – 84 с., С. 47-49;

5. Паращук И.Б., Дьяков С.В. Перспективы оценки устойчивости телекоммуникационных сетей с использованием методов теории катастроф. // 56-я научно-техническая конференция, посвященная Дню радио. Материалы конференции. – СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001г., С. 56-57;

6. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс, 2-е издание.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. – 1104 с.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат - создание управляемого устройства, способного повысить достоверность моделирования и прогноза случайных событий в условиях возникновения катастрофических состояний числа отказов производственной и телекоммуникационной системы при плавных изменениях параметров управляющих воздействий или внешних факторов, а также своевременно оповещать администратора, на основе полученных данных идентификации и верификации. Для этого предложено устройство для прогнозирования случайных событий, которое содержит блок управления 1, блок модели системы 2, блок имитаторов состояний участков системы 3, блок формирования сигналов отказов 4, блок регистрации 5, блок проверки данных модели 6, блок коррекции данных модели 7, N ≥ 2 идентичных контроллеров оперативного времени модельных элементов 8₁ – 8_N , главный контроллер оперативного времени 9, блок анализа катастроф 10 и блок задания пороговых значений количества отказов 11. 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство для прогнозирования случайных событий, содержащее блок управления (1), блок модели системы (2), блок имитаторов состояний участков системы (3), блок формирования сигналов отказов (4), блок регистрации (5), блок проверки данных модели (6), блок коррекции данных модели (7), N ≥ 2 идентичных контроллеров оперативного времени модельных элементов (8₁ – 8_N), главный контроллер оперативного времени (9), при этом выход (51) блока регистрации (5) подключен к входу (16) блока управления (1), M ≥ 2 контрольных выходов (14₁ – 14_M) блока управления (1) подключены к соответствующим M контрольным входам (24₁ – 24_M) блока модели системы (2), управляющий выход (15) блока управления (1) соединен с управляющим входом (34) блока имитаторов состояний участков системы (3), N  групповых входов (31₁ – 31_N) которого подключены к N соответствующим групповым выходам (71₁ – 71_N) блока коррекции данных модели (7) и к N соответствующим групповым выходам (68₁ – 68_N) блока проверки данных модели (6), N-разрядный выход (64) блока проверки данных модели (6) соединен с N-разрядным входом (74) блока коррекции данных модели (7), а сигнальный выход (65) блока проверки данных модели (6) соединён с сигнальным входом (75) блока коррекции данных модели (7), N групповых входов (61₁ – 61_N) блока проверки данных модели (6) соединены с соответствующими N групповыми выходами (21₁ – 21_N) блока модели системы (2), управляющий вход (41) блока формирования сигналов отказов (4) подключен к управляющему выходу (66) блока проверки данных модели (6) и управляющему выходу (76) блока коррекции данных модели (7), управляющий вход (67) блока проверки данных модели (6) подключен к управляющему выходу (26) блока модели системы (2), N групповых выходов (35₁ – 35_N) блока имитаторов состояний участков системы (3) соединены с информационными входами (81₁ – 81_N) соответствующих N контроллеров оперативного времени модельных элементов (8₁ – 8_N), информационные выходы (83₁ – 83_N) которых соединены с соответствующими групповыми входами (25₁ – 25_N) блока модели системы (2), корректирующие входы (27₁ – 27_N) которого подключены к корректирующим выходам (84₁ – 84_N) соответствующих N контроллеров оперативного времени модельных элементов (8₁ – 8_N), корректирующие входы (82₁ – 82_N) N контроллеров оперативного времени модельных элементов (8₁ – 8_N) подключены к соответствующим выходам (92₁ – 92_N) главного контроллера оперативного времени (9), входы (91₁ – 91_N) которого являются соответствующими N входами «Коррекция оперативного времени» (01₁ – 01_N) устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены блок анализа катастроф (10) и блок задания пороговых значений количества отказов (11), при этом сигнальный вход (55) блока регистрации (5) соединен с сигнальным выходом (45) блока формирования сигналов отказов (4), информационный выход (44) которого подключен к информационному входу (104) блока анализа катастроф (10), информационный выход (106) которого соединен с информационным входом (54) блока регистрации (5), проверочный вход (105) блока анализа катастроф (10) соединен с выходом (111) блока задания пороговых значений количества отказов (11), управляющий вход (114) которого является входом «Ввод пороговых значений количества отказов» устройства, предупредительный выход (101) блока анализа катастроф (10) является выходом «Угроза катастрофы» устройства, сбросовый (12) и синхронизирующий (13) выходы блока управления (1) соединены соответственно со сбросовым (32) и синхронизирующим (33) входами блока имитаторов состояний участков системы (3), сбросовым (22) и синхронизирующим (23) входами блока модели системы (2), сбросовым (42) и синхронизирующим (43) входами блока формирования сигналов отказов (4), сбросовым (52) и синхронизирующим (53) входами блока регистрации (5), сбросовым (62) и синхронизирующим (63) входами блока проверки данных модели (6), сбросовым (72) и синхронизирующим (73) входами блока коррекции данных модели (7), сбросовым (102) и синхронизирующим (103) входами блока анализа катастроф (10), сбросовым (112) и синхронизирующим (113) входами блока задания пороговых значений количества отказов (11).

2. Устройство для прогнозирования случайных событий по п.1, отличающееся тем, что блок анализа катастроф (10) состоит из центрального оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) (10.0), N ≥ 2 исполнительных ОЗУ (10.1₁ – 10.1_N), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) (10.2), элемента итерационного сравнения (10.3), элемента сравнения (10.4), промежуточного ОЗУ (10.5), промежуточного элемента И (10.6) и элемента И (10.7), при этом информационный вход (10.0-1) центрального ОЗУ (10.0) является информационным входом (104) блока анализа катастроф (10), информационный выход (10.0-2) центрального ОЗУ (10.0) является информационным выходом (106) блока анализа катастроф (10), тактовый вход (10.0-3) центрального ОЗУ (10.0) подключен к тактовому входу (10.2-1) ПЗУ (10.2) и является синхронизирующим входом (103) блока анализа катастроф (10), сбросовый вход (10.0-6) центрального ОЗУ (10.0) является сбросовым входом (102) блока анализа катастроф (10), n-й исполнительный выход (10.0-4_n) центрального ОЗУ (10.0), где n = 2, …, N, подключен к входу n-го исполнительного ОЗУ (10.1_n), входы N исполнительных ОЗУ (10.1₁ – 10.1_N) объединены и подключены к первому входу (10.3-1) элемента итерационного сравнения (10.3) и второму входу (10.4-2) элемента сравнения (10.4), выходы N исполнительных ОЗУ (10.1₁ – 10.1_N) объединены и подключены ко второму входу (10.3-2) элемента итерационного сравнения (10.3), выход ПЗУ (10.2) соединен с первым входом (10.4-1) элемента сравнения (10.4), выход элемента итерационного сравнения (10.3) подключен к входу промежуточного ОЗУ (10.5) и второму входу (10.6-2) промежуточного элемента И (10.6), первый вход (10.6-1) которого соединен с выходом промежуточного ОЗУ (10.5), выход промежуточного элемента И (10.6) соединен с выходом элемента сравнения (10.4) и подключен к первому входу (10.7-1) элемента И (10.7), второй вход (10.7-2) которого соединен с проверочным входом (10.2-2) ПЗУ (10.2) и является проверочным входом (105) блока анализа катастроф (10), выход элемента И (10.7) соединен со считывающим входом (10.0-5) центрального ОЗУ (10.0) и является предупредительным выходом (101) блока анализа катастроф (10) и выходом «Угроза катастрофы» устройства.

3. Устройство для прогнозирования случайных событий по п.1, отличающееся тем, что блок задания пороговых значений количества отказов (11) состоит из проверочного ОЗУ (11.0) и счетчика (11.1), при этом тактовый выход (11.1-1) счетчика (11.1) подключен к тактовому входу (11.0-2) проверочного ОЗУ (11.0), освобождающий выход (11.0-3) которого подключен к освобождающему входу (11.1-4) счетчика (11.1), сбросовый (11.1-2) и синхронизирующий (11.1-3) входы которого является соответствующими сбросовым (112) и синхронизирующим (113) входами блока задания пороговых значений количества отказов (11), проверочный выход (11.0-1) проверочного ОЗУ (11.0) является выходом (111) блока задания пороговых значений количества отказов (11), управляющий вход (11.0-4) проверочного ОЗУ (11.0) является управляющим входом (114) блока (11) и входом «Ввод пороговых значений количества отказов» устройства.