Аналоговый оптимизатор числа запасных блоков Советский патент 1984 года по МПК G06F17/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано при определении комплекта запаса сложных технических устройст Известен аналоговый оптимизатор, содержащий блоки установки затрат, блок су1«мирования, переключатель, блоки нелинейности, блоки перемещения, блоки умножения на постоянный коэффициент, блок развертки, блок измерения градиента, дополнительные блоки суммирования и переключатели П , Недостатком этого устройства является завышение количества запас ных блоков для сложных технических устройств, характеризующихся частич ным снижением эффективности функхщо нирования при отказах отдельных блоков, входящих в состав этих устройств. Наибо{1ее близким к изобретению По технической сущности является аналоговый олтимизатор числа запасных блоков, содержащий блоки устаНОНКИ затрат, блок суммирования, переключатель, блоки формирования приращения целевой функции, блоки умножения на постоянный коэффициент два блока сравнения, блок формирования коэффициента простоя и реле времени С.. Недостатком известного устройств также является завышение потребного числа запасных блоков в процессе оптимизации комплекта запаса. Это обусловлено тем, что конструкция устройства не содержит эелементов, предназначенных для оптимизации тех нических объектов, отказ блоков которых не приводит к полному отказу объекта, а порождает лишь eroi функционирование с заниженной эффективностью. Вследствие этого число оптимизированных устройством блоков является завышенным и неопти мальным для сложных технических устройств. Цель изобретения - уменьшение ко личества запасных блоков, включаемы в комплект запаса сложных технических устройств. Поставленная цель достигается тем, что аналоговый оптимизатор чис ла запасных блоков, содержащий блок задания приращения целевой функции, первый и второй блоки сравнения, реле времени, блоки установки затра резервирования, группу первых блоко умножения на постоянный коэффициент, блок задания градиента, первый блок суммирования, содержит также блок интегрирования, второй и третий блоки умножения на постоянный коэффициент, второй блок суммирования, блок вычитания, первый и второй переключатели и группу блоков задания величин эффективности использования, выходы которых через первый переключатель соединены с входом второго блока суммирования и входом блока вычитания, выход второго блока суммирования связан с вторым .входом.второго блока умножения на постоянный коэффициент, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения первый выход второго блока умножения на постоянный коэффициент соединен с. выходом блока задания градиента, выход блока вычитания связан с вторым входом третьего блока умножения на постоянный коэффициент, первый вход которого подсоединен к второму информационному входу блока задания приращения целевой функции, выход третьего блока умножения на постоянный коэффициент подсоединен к информационному входу блока интегрирования, первый информационный выход блока задания приращения целевой функции соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к входу запуска реле времени,- выходы блоков установки затрат резервирования подсоединены к входам соответствующих первых блоков ножения на постоянный коэффициент и через второй переключатель связаны с входом блока задания градиента, выход каждого первого блока умножения на постоянный коэффициент соединен с соответствующим входом первого блока суммирования, выход которого связан с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с входом задания устройства, а выход - с выходом устройства, выход реле времени подключен к запускающему входу блока интегрирования. На фиг. 1 представлена функциона ьная схема устройства; на фиг.2 схема вьтолнения блока задания приращений целевой функции. Устройство содержит блок 1 задания приращений целевой функции, первый блок 2 сравнения (с индикацией Установить П ), реле 3 времени, 5локи А,- AN установки затрат резер3. вирования, группу первых блоков 5;( - 5|м умножения на постоянный коэф фициент, второй переключатель 6, блок 7 задания градиента, первый блок 8 суммирования, второй блок 9 сравнения, группу блоков Юл - 10ц задания величин эффективности использования, первый переключатель 11, второй блок 12 суммирования, блок 13 вычитания, второй 14 и третий 15 блоки умножения на постоянны коэффициент и блок 16 интегрировани состоящий из операционного усилителя 17 в режиме интегрирования, кноп ки 18 сброса и вольтметра 19. Блок 1 задания приращений целевой функции (фиг. 2) содержит контакты 20-34, узел 35 задания параме ра обслуживания oL, масштабный узел 36, узел 37 суммирования, узел 38 деления, узел 39 вьиитания, переклю чатель 40, кнопку 41, обмотку 42 ре ле, управляющую контактами 20-34, узлы 43-48 памяти, операционный уси литель 49, входящий в узел 48, резисторы 50-53 и операционный усили тель 54, входящие в узел 36, резисторы 55 и 56, конденсатор 57 и операционный усилитель 58, входящие в состав узла 43, резисторы 59 и 60, конденсатор 61 и операциойньй усили тель 62, входящие в состав узла 44, резисторы 63 и 64, конденсатор 65 и операционный усилитель 66, входящие в состав узла 45, резисторы 67 и 68, конденсатор 69 и операционный усилитель 70, входящие в состав узл 46, резисторы 71 и 72, конденсатор 73 и операционный усилитель 74, вхо дящие в состав узла 47, и резисторы 75 и 76 и конденсатор 77, входящие в состав узла 48. Блок 16 интегрирования (фиг.1) содержит конденсатор 78 и ключ 79. Математически задача выбора опти мального комплекта запасных блоков заключается в нахождении такого комплекта запасньпс блоков, чтобы обеспечить К P rnin2 .j(Hj4(-9uj О (1) «iM И4ц PiHi;-g,C при условии ,|и,с:з4С, 2 где Рл () вероятность использования технического устройства с отказавшим блоком из-за Недостаточ- ности запасных блоков -го типа; Сд - стоимость запасного блока -го типа; сХ-д - параметр обслуживания j ЭЬд эффективность использования технической системы с отказавшим блоком -го типа. Уравнения (1) и (3) относятся к классу задач дискретного программирования. Одним из наиболее приемлемых методов для практического решения этих задач является метод наискорейшего спуска (градиентный метод). Процесс поиска решения (1) и (3) градиентным методом заключается в выборе для каждого -го типа блока такого наименьшего значения nj , для которого впервые выполняется условие . (V) (4) где п - произвольно выбранный градиент. Сомножители (1 - Suj )в(1)и(1+ +9uj) в (4) учитывают- особенности функционирования сложных,технических устройств. Для простых технических устройств Эш О, вьфажения (1) и (4) трансфоримруются в (1) и (4), приведенные в описании известного устройства. Устройство работает следующим образом. Устанавливается произвольное значение градиента r Он для каждого типа блока подбирается наименьшее .значение rt , для которого впервые выполняется условие (4). Если условие (4) не выполняется, то необходимо увеличить значение (л до тех пор, пока не будет выполнено это условие Перед решением задачи на блоках 1 N устанавливаются напряжения, пропор1щональные затратам па один блок С, а на блоке 9 - опорное напряжение Uon , пропорциональное величине GO. Переключатели 6 и 11 устанавливаются в положение 1, переключатель 40 блока 1 устанавливается в нулевое положение, а на узле 35 (фиг. 2) устанавливается параметр обслуживания oL для первого типа запасных блоков. На блоках 10 - устанавливается напряжение, пропор51циональное величине эффективности использования технического устройст.ва при отказе Го блока. Вьшолняется нулевой шаг решения. ;При нажатии кнопки 41 срабатывает схема блока 1, и на его.вькоде (на выходе узла 45) получают значение переменного сомножителя целевой функ ции Р (0). Затем выполняется первый шаг решения. Переключатель 40 переводится в положение I (фиг. 2), и с первого выхода блока 1.снимается напряжение, пропорциональное иЕ| (0) Напряжение с рыхода блока 14, пропорциональное величине С (1 « Эц ), и напряжение с выхода блока 1, пропо циональное ДР (0), сравниваются в блоке 2. При этом, если эффективност использования технического устройства при отказе любого блока равна нулю, то на выходе блока 14 напряжение пропорционально значению hС (т.е для случая, когда техническое устройство является простой системой). Для всех других случаев, когда 9oj (О, 1), напряжение на выходе блока 14 будет больше Ci, и для вьшолнения условия (4) потребуется меньшее число шагов, т.е. резервных блоков. Блок 2 сработает, если выполнится условие (4) и при этом загорится тра-нспарант Установить и . Если транспарант Установить ц не загорится, переключатель 40 переводится в положение 1I (фиг. 2), т.е. п 2 и т.д. При срабатывании блока 2 реле 3 подключает выход блока 15, напряжение на выходе которого пропорционально величине Р (юр (1 -Эцд), к входу блока 16. На блоках 5 - 5 устанавливается коэффициент, равный номеру положения переключателя 40, а сам переключатель 40 возвращается в исходное положение. Затем переключатели 6 и 11 устанавливаются в положение 11 (фиг. 1) (второй блок технического устройства) и выполняется пошаговое решение с помощью переключателя 40. После выполнения процедуры для всех N положений переключателей 6 и 11 напряжение на выходе блока 8 может быть of (положенное ограничение израсзодовано точно), либо больше УОП (перерасход). В последнем случае на блоке 7 устанавливается новое (большое) значение градиента. Схема возвращается э исходное состояние, и процедура поиска повторяется, начина 26 с нулевого шага решения. В результате решения задачи напряжение на выходе блока 16 соответствует достигнутому значению целевой функции, а зафиксированные коэффициенты каждого блока 5 - числу выбранных запасных блоков. Блок 1 задания приращения целевой функции работает следующим образом. Перед началом работы переключатель 40 установлен в нулевое положение. На узле 35 устанавливается параметр обслуживания oL , соответствующий выбранному типу запасных блоков. При нажатии кнопки 41 начальное напряжение УНДЦ подается на входы узлов 35 и 37. С выхода узла 35 снимается напряжение, пропорциональное jt, , и через переключатель 40 подается на вход узла 36, выходное напряжение соторого пропорциональное OL , подается на входы узла 43 и 37. С выхода узла 37 снимается напряжение, пропорциональное (1 +ci), и подается на вход узла 45. Выходные напряжения с узлов 43 и 45 через переключающие контакты 26 и 27 подаются на вход узла 38, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное о /(1 + d), и запоминается в узле 47. Это напряжение соответствует значению переменного сомножителя целевой функции, когда количество запасных блоков равно нулю. На втором шаге переключатель 40 переводится в положение 1, при этом срабатывает реле 42 и перебрасывает все контакты в противоположное положение. Напряжения, пропорциональные ot-и (1 +№), с выходов узлов 43 и 45 через переключающие контакты 23 и 24 подаются на входы узлов 35 и 37 соответственно. С выхода узла 35 снимается напряжение, пропорциональное C5t, и через переключатель 40 подается на вход узла 36, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное /2. Выходное напряжение с узла 36 подается на вход узла 44 и на первый вход узла 37. С выхода узла 37 снимается напряжение, пропорциональное ( + 1 + ОС) и подается на вход узла 46. Напряжение, пропорциональное /2 + (/2 + 1 + + 04.), с выходов узлов 44 и 46 через переключающие контакты 26 и 27 подается наГ узел 38, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный I ( + 1 ), что cooтвeтcтвy

7.11

ет значению переменного сомножителя целевой функции, когда количество запасных блоков данного типа равно

.единице. Это напряжение подается на вход узла 48. Напряжение с выхода

.узла 47 (соответствующее предьщущему значению целевой функции) и напряжение с выхода узла 48 подаются на вход узла 39, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное приращению переменного сомножителя целевой функции лр (0). В дальнейшем работа схемы аналогична. Таким образом, с выходов узлов 43 и 44 снимается напряжение, пропорциональное od-Tj / (Hi + 1)/ j что соответствует реализации первого сомножителя в формуле (2), а с выходов узлов 45

J и 46 , что соответствует

ij

50228

реализации второго сомножителя этой формулы.

Техническое преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с

5 базовым заключается в том, что оно учитывает особенности функционирования сложных технических устройств и на зтой основе позволяет умень.ттъ объем запасных блоков без

10 увеличения значения целевой функции.

Экономический эффект от применения устройства состоит в уменьшении

15 количества запасных блоков. С увеличением уровня, на котором идет оптимизация запасных блоков, экономический эффект возрастает и может составить десятки процентов от стои20 мости технических устройств,для которых подбирается комплект запаса.

АНАЛОГОВЫЙ ОПТИМИЗАТОР ЧИСЛА ЗАПАСНЫХ БЛОКОВ, содержащий блок задания приращения целевой функции, первый и второй блоки сравнения, реле времени, блоки установки затрат резервирования, группу первых блоков умножения на постоянный коэффициент, блок задания градиента, первый блок суммирования, отличающий- .с я тем, что, с целью уменьшения количества блоков, включаемых в комплект запаса сложных технических устройств, в оптимизатор введены блок интегрирования, второй и третий блоки умножения на постоянный коэффициент, второй блок суммирования, блок вычитания, первый и второй переключатели и группа блоков задания величин эффективности использования, выходы которых через первый переключатель соединены с входом второго блока сум мирования и входом блока вычитания, выход второго блока суммирования связан с вторь|м входом второго блока умножения на постоянный коэффициент, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, первый вход второго блока умножения на постоянный коэффициент соединен с выходом блока задания градиента, выход блока вычитания связан с вторым входом третьего блока умножения на постоянный коэффициент, первый вход которого подсоединен к второму информационному выходу блока задания приращения целевой функции, выход третьего блока умножения на постоянный коэффициент присоединен к информационному входу блока интегрироW вания, первый информационный выход блока задания приращения целевой функции соединен с вторым входом первого блока сравнения, выход которого подключен к входу запуска реле времени, выходы блоков установки затрат резервирования подсоединены к входам соответствующих первых блоков умножения на постоянный коэффициент и через второй переключатель связаны с СП входом блока задания градиента, выход каждого первого блока умножения на постоянный коэффициент соединен с соответствующим входом первого блока, .суммирования, выход, которого связан с первым входом второго блока срав- . нения, второй вход которого соединен с входом задания устройс ва, выход с выходом устройства, выход реле времени подключен к запускающему входу блока интегрирования.