Устройство для моделирования отказов в сложных системах Советский патент 1984 года по МПК G06N7/08 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для генерирования случайных событий, соответствующих отказам элементов с различными характеристиками надежности в сложных системах при статическом исследовании математических моделей этих систем на ЭЦВМ с целью определения их характеристик например показателей надежности. Известно устройство для формирова ния потоков случайных событий, содер жащее датчик потоков случайных импульсов, одновибратор, импульснопотенциальную схему совпадения, счет чик импульсов, дешифратор, коммутирующее устройство, блок элементов ИЛИ, которое может генерировать случайные события, распределенные в пространстве с любым требуемым (регулируемым) законом распределения Ci 3. Однако это устройство не позволяет формировать события, распределенные одновременно по различным заданным законам по статическим реализациям, по времени в пределах одной реализации и в пространстве элементов сложной системы. Такими событиями при статическом исследоваНИИ надежности сложных систем являются количество отказов элементов сложной системы за время ее работы, время наступления каждого из этих отказов в пределах одной реализации, номер отказавшего элемента. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования отказов в сложных системах, содержащее последовательно соединенные датчик первичного потока случайных импульсов, элемент И, генератор равномерно распределенных чисел, первый регистр памяти, первую группу элементов И, арифметический блок и счетчик импульсов, а также второй регистр памяти, одновибратор, генера тор случайных чисел с заданным законом распределения, элемент задержки вторую группу элементов И. Вход устройства соединен с входом одновибратора, выход которого подклю чен к другому входу элемента И, и с установочным входом счетчика импульсов, разрядные выходы которого являются первым выходом устройства, вход элемента задержки соединен с выходом элемента И, а выход - с другими вхо дами элементов И первой и второй групп, выходы генератора чисел с заданным законом распределения через второй регистр памяти подключены к первым входам соответствующих элементов И второй групгты, выходы которых подключены к другому входу арн етического блока Г2. Известное устройство может генерировать случайные события, распределенные одновременно по различным заданным законам по статическим реализациям: по времени в пределах одн)й реализации и в пространстве равнонадежных элементов сложной системы, однако не позволяет формировать события, распределённые в пространстве элементов, имеющих различные характеристики надежности. На практике большинство сложных систем состоит из N элементов с различными характеристиками надежности, следовательно, при моделировании потока отказов в таких системах возникает необходимость генерирования номеров отказавших элементов с законом распределения, отличньм от равномерного. Вид этого закона распределения, как правило, неизвестен, поэтому использование стандартных генераторов случайных чисел затруднительно. Выберем для исследуемой сложной системы некоторый условный элемент, интенсивность отказов которого будет с заданной точностью наибольшим общим делителем по отношению к интенсивности отказов каждого элемента системы. Тогда все элементы сложной системы можно представить в виде цепочки последовательно соединенных условных элементов, количество которых М по всей системе будет определяться соотношениемМ п. где п количество условных элементов, содержащихся в цепочке i-ro элемента сложной системы. Поток отказов условных элементов подчиняется биномиальному закону, аппроксимируемому пуассоновским законом распределения. Отказ i-ro элемента сложной системы будет происходить в случае отказа любого одного или нескольких условных элементов, входящих в его состав. По этому критерию на основе

потока отказов условных элементов можно сформировать поток отказов элементов сложной системы с любым законом распределения. При этом не обязательно знать этот закон, достаточно иметь характеристики надежности, например интенсивности отказов элементов сложной системы.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования отказов элементов с разными показателями надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик первичного потока случайных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, вход одновибратора является входом задания сигнала опроса устройства и соединен с разрядными входами счетчика импульсов, разрядные выходы которого являются группой вькодов числа отказов устройства вьгход элемента И подключен к входам первого элемента задержки и генератора равномерно распределенных случайных чисел, выходы которого через первый регистр памяти подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, а выходы элементов И первой группы подключены соответственно к первой группе входов арифметического блока, первая группа выходов которого является группой выходов времени отказов устройства, а вторая группа входов соединена соответственно с выходами элементов И второй группы, первые входы которых подключены соответственно через второй регистр памяти к выходам генератора случайных чисел с заданным законом распределения, введены второй элемент задержки, дешифратор, наборное поле, группа триггеров, третья группа элементов И, элемент ИЛИ, при этом входы дешифратора подключены соответственно к второй группе выходов арифметического блока, а выходы - к соответствующим входам наборного поля, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И третьей группы и к единичным входам триггеров группы, нулевые входы которых соединены с входом устройства, группа прямых выходов триггеров группы является группой выходов номера отказавшего элемента устройства, а инверсные выходы триггеров группы подключены соответственно к вторым входам элементов И третьей группы, выходы которых соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу счетчика импульсов, входу генератора случайных чисел с заданным законом распределения и входу элемента задержки, выход которого подключен к вторьм входам элементов И второй группы.

Устройство ориентировано на сложные системы, для которых характерно ,следующее: система содержит ряд элементов , имеющих различные характеристики надежности; появление количества отказов условных элементов 0,1,2...М за время работы системы подчиняется биномиальному закону, аппроксимируемому пуассоновским законом распределения; время появления каждого отказа фактического элемента в пределах всего времени работы подчиняется любому заданному закону распределения, в том числе полученному экспериментально.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 первичного потока случайных импульсов, элемент И 2, одновибратор 3, .счетчик 4 импульсов, арифметический блок 5, второй и первьй регистры 6

и 7 памяти, генератор 8 равномерно распределенных случайных чисел, генератор 9 случайных чисел с заданным законом распределения, первый элемент 10 задержки, вторую 11 и первую 12 группы элементов И, второй элемент 13 задержки, дешифратор 14, наборное поле 15, группу триггеров 16, третью группу элементов И 17, элемент ИЛИ 18.

Устройство работает следзгющим образом.

Сигнал опроса, определяющий начало очередной статистической реализации, сбрасывает триггеры 16 и счетчик 4 импульсов, на выходе которого появляется число подсчитанных им пульсов, соответствующее количеству отказов элементов системы в предьщущей реализации, и запускает одновибратор 3, который открывает элемент И 2 на заданное время/At, соответствующее времени работы систe a4. В течение этого времени импульсы от датчика 1 первичного потока случайных импульсов поступают на вход генератора 8 равномерно распределенньк случайных чисел и через элемент 10 з.адержки - на управляющие входы элеме 1тов И первой группы 12. Элемент 10 задержки необходим для того, чтобы генератор 8, .работающий в ждущем режиме, успел сфор мировать и установить на регистре 7 памяти случайное число | до прихода импульса на управляющие входы элементов И 12. С приходом каждого импульса на управляющие входы элемен тов И 12 от элемента 10 задержки с регистра 7 памяти случайное число , соответствующее номеру отказавшего условного элемента, параллельным кодом через элементы И 12 поступает на перрый вход арифметичес кого блока 5, В арифметическом блоке 5 случайное число Е умножается на количество условных элементов системы М, округляется до ближайшего цело го и поступает через его второй вход на вход дешифратора 14. Дешифратор имеет М выходных шин. После дешифрации входного числа на шине, номер ко торой соответствует номеру отказавше го условного элемента, появляется импульс, который поступает на соотв ствующий вход наборного поля 15. На борное поле 15 имеет М входов и N выходов, которые в исходном состоян между собой не связаны. Перед началом испытаний на наборном поле 15 каждые п входов (,2, ...N) соед няются с i-M выходом, что соответствует представлению каждого i-ro элемента сложной системы через Пл условных элементов. Таким образом импульс с входа наборного поля 15 проходит на тот его выход, который соответствует элементу сложной системы, содержащему отказавший условный элемент. С выхода наборного поля 15 этот импульс поступает на вто рой вход соответствующего элемента И 17 и на единичный вход соответ ствующего триггера 16. Поскольку элемент И третьей группы 17 открыт по первому входу сигналом с инверс,ного выхода соответствующего триггера 16, этот импульс проходит на соответствующий вход элемента ИЛИ 1& Одновременно под действием этого импульса триггер устанавливается в единичное состояние и на его прямом выходе появляется сигнал, которьш по одной из шин поступает на третий выход устройства, причем номер этой шины соответствует номеру отказавшего элемента сложной системы. Очевидно, что в пределах одной реализации повторные импульсы, поступающие с выхода наборного поля 15 на единичный вход данного триггера, означающие отказы других условных элементов, входяс:их в состав данного элемента сложной системы, не изменяют состояния триггера и не проходят на вход элемента ИЛИ 18. С выхода элемента ИЛИ 18 импульс поступает на информационный вход счетчика 4 импульсов для подсчета. Одновременно этот импульс поступает на вход генератора 9 случайных чисел с заданным законом распределения и через элемент 13 задержки - на управляющие входы элементов И 11 второй группы. Элемент 13 задержки необходим для того, чтобы генератор 9, работаюошй в ждущем режиме, успел сформировать и установить на регистре 6 памяти случайное число f до прихода импульса на управляющие входы элементов И 11. В арифметическом блоке 5 случайное число 8 умножается на ut поступает на его первый выход, который является вторым выходом устройства. По окончании реализации, начало которой задается импульсом опроса, а окончание - концом интервала ut, на счетчике импульсов 4 накапливается число, соответствующее количеству отказов элементов в системе за время ut. Время ut равно, с учетом выбираемого масштаба, времени работы системы. С приходом очередного импульса опроса (интервал между этими импульсами должен быть больше или равен At) цикл работы устройства повторяется для новой статистической реализации. Таким образом, в каждой статистической реализации на первом выходе устройства получается информация о количестве отказавших элементов сложной системы за время ее работы, на втором выходе - г нформация о распределении этих отказов во времени, на третьем - номера отказавших элементов. 71 Изобретение по сравнению с прототипом позволяет как бы заранее, перед началом sfoflenHposaHHH, сформиро вать поток отказов неравнонадежных элементов путем соответствующей ком мутации входов и выходов наборного поля и тем самым резко уменьшить объем вычислений и машинное вре мя, затрачиваемое на моделирование. 78 Сравнительная оценка результатов использования прототипа и предлагаемого устройства при моделировании одной и той же сложной системы показывает, что наряду с расширением функциональных возможностей существенно упрощается математическая модель системы, а машинное время, затрачиваемое на генерирование потока отказов, сокращается в 3 раза.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШДЕЛИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ В СЛОЖНЫХ СИСТЕМАХ, содержащее датчик первичного потока случайных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, вход одновибратора является входом задания сигнала опроса устройства и соединен с разрядными входами счетчика импульсов, разрядные выходы которого являются группой вькодов числа отказов устройства, выход элемента И подключен к входам первого элемента задержки и генератора равномерно распределенных случайных чисел, выходы которого через первый регистр памяти подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, а вькоды элементов И первой группы подключены соответственно к первой группе входов арифметического блока, первая группа выходов которого является группой выходов времени отказов устройства, а вторая группа входов соединена соответственно с выходами элементов И второй группы, первые входы которых подключены соответстг венно через второй регистр памяти к выходам генератора случайных чисел с заданным законом распределения, отли чающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможнос, тей за счет моделирования отказов элементов с разными показателями надежности, оно дополнительно содержит второй элемент задержки, дешифратор, наборное поле, группу триггеров, третью группу элементов И, элемент ИЛИ, при этом входы дешифратора подключены соответственно к второй группе выходов арифметического блока, а выходы - к соответствукицим входам наборного поля, выходы которого подключены соответственно к первым вхоВ дам элементов И третьей группы и к единичным входам триггеров, группы, нулевые входы которых соединены с входом устройства, группа прямых выходов триггеров группы является эо группой выходов номера отказавшего элемента устройства, а инверсные 4 СП выходы триггеров группы подключены соответственно к вторым входам эле ментов И третьей группы, выходы кото- jftix соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу счетчика импульсов, входу генератора случайных чисел с заданным законом распределения и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к вторым входам элементов И второй группы.

JEZEJ