Устройство для моделирования отказов Советский патент 1987 года по МПК G06N7/08 

Изобретение относится к устройствам моделирования и может быть использовано при проектировании радиоэлектронных, технических, эргатичес- ких систем для оценки эксплуатационных показателей и выработки предложений по повьшению надежности систем.

Цель изобретения - повышение достоверности моделирования.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема блока распределения сигналов; на фиг.З - схема блока обработки результатов; на фиг.4 - схема блока хранения весовых коэффициентов; на фиг.З - временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство для моделироваг-шя отказов содержит блок 1 управления, гене- 20 величины пороговых уровней и соответратор 2 случайных сигналов, блок -3 сравнения, блок 4 памяти весовых коэффициентов, блок 5 распределения сигналов, блок 6 обработки результатов , блок 7 регистрации, генератор тактовых импульсов, блок 9 умножения ч астоты, счетчик 10 времени моделирования, счетчик 11 числа реализаций.

Коммутатор содержит регистр 12 сдвига, мультиплексор 13, первый дешифратор 14, счетчик 15 импульсов, второй дешифратор 16, элемент ИЛИ 17, группу элементов И 18.

Блок обработки результатов содержит элемент И 19, одновибратор 20, счетчики 21, делители 22 регистров 23 памяти.

Блок 4 памяти весовых коэффициентов содержит элементы И 24 и узлы 25 памяти.

В основу работы устройства положено определение функцией принадлежности отказов, принимающей значение из интервала Г0,1 и характеризующей степень принадлежности каждого элемента нечеткому подмножеству. Значение функции принадлежности отказов для каждого элемента нечетного подмножества, т.е. для каждого конкретного значения порогового уровня, количественно характеризует объективную возможность отказа системы при пересечении параметром этого уровня.

Результаты по определению момента отказа системы будут в данном случае также нечеткими. Они представляются в виде математического ожидания функции принадлежности момента отказа рассматриваемому интервалу эксплуата8

ции (аналог математического ожидания плотности распределения-момента отказа, получаемого при представлении значений пороговых уровней с помощью математического аппарата теории случайных процессов). Значения математического ожидания функции принадлежности количественно характеризуют

возможность отказа системы в каждый момент интервала эксплуатации.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы по результатам квантования кривой, характеризующей степень принадлежности значений параметра к нечетному подмножеству пороговых уровней, определяются используемые затем при моделировании

25

30

35

40

45

50

55

ствующие им веса из интервала 0,1. На фиг.5 показан пример с квантованием по уровням 0; 0.25; 0.5; 0.75; I. Значениям порогов, образованных абсциссами точек пересечения уровней квантования с кривой, приписываются веса, равные значению данных уровней квантования. С помощью блока управления (представляющего собой, например, наборное поле, набор осуществляется с помощью кнопок или переключателей) производится установка пороговых уровней в блоке 3 сравнения и запись импульсов, соответствующих весу каждого порогового уровня, в узлы 25 памяти блока 4. Для исключения неопределенности нулевому весу ставится в соответствие минимальное количество импульсов, равное выбранному числу реализаций параметра. Это же число реализаций записывается в блок 6 обработки результатов и устанавливает максимальную емкость счетчика 11 числа реализаций. С блока управления задаются также требуемые характеристики случайного процесса изменения параметра, моделируемого генератором 2 случайных сигналов. Весь интервал эксплуатации, на котором моделирует-, ся процесс изменения параметров, разбивается на ряд подынтервалов (фиг.5) для последующего подсчета суммарного значения весов пороговых уровней, которые пересечет параметр в каущом подынтервале, и получения результирующей статистической характеристики. Коды, соответствующие граничным значениям подынтервалов, записываются в блок 5.

31363231

Устройство начинает процесс моделису

лирования с появлением сигнала Запуск на выходе блока 1 управления. Этот сигнал запускает генератор 8 тактовых импульсов и генератор 2 случайных сигналов. Импульсы с выхода генератора 8 подсчитываются счетчиком 10 времени, его содержимое определяет время, соответствующее времени эксплуатации с начала моделирования очередной реализации. Частота генератора 8 тактовых импульсов выбирается такой, чтобы подсчет времени производился в единицах, соответст- вуюпщх принятым для учета времени эксплуатации моделируемого объекта . (секундам, минутам, часам и т.д.)Генератор 2 случайных сигналов начинает выдавать на выход -аналоговое напряжение, соответствующее реализации моделируемого параметра. Предварительная установка характеристик случайного процесса для генератора заключается в установке с блока 1 управления значения коэффициента корреляции между начальным значением и скоростью изменения параметра. Сигнал с выхода генератора 2 поступает на блок 3 сравнения. В блоке 3 сравнения производится сравнение значения реализации параметра и зацисан- ных заранее пороговых уровней. При пересечении параметром очередного порогового уровня на соответствующем выходе блока 3 появляется прямоугольный импульс.

Импульс с выхода блока 3 сравнения разрешает считывание числа, пропорционального весу пересеченного порогового уровня, из блока 4 памяти в блок 5. При появлении импульса на входе блока 4 он проходит на вход соответствующего элемента И 24, разрешая прохождение через него импульсов с блока 9 умножения на вход узла 25 для управления считыванием. Блок 9 умножения выполняет функции умножителя частоты, поэтому считывание информации о весах пороговых уровней, записанной в узлах 25, происходит с большой скоростью. После каждого считывания содержимое соответствующего регистра восстанавливается. Длительность импульсов, формируемых в блоке 3, выбирается из условия достаточности для проведения описанной операции считывания.

Последовательность импульсов, количество которых пропорционально весу очередного пересеченного уровня,

поступает с выхода блока 4 на вход блока 5 распределения сигналов-. Число его информационных входов равно числу пороговых уровней, число выходов - числу подынтервалов, на которые разбит рассматриваемый интервал эксплуатации моделируемого объекта. Поступающая на вход блока 5 последовательность импульсов проходит на его выход, соответствующий тому подынтервалу, в котором произошло рассматриваемое пересечение порогового уровня.

Блок 5 функционирует следующим образом (фиг.2). Первый дешифратор 14

соединен параллельно со счетчиком 10 времени. Высокий потенциал на любом. из выходов дешифратора 14 и, соответственно, на любом из первых входов мультиплексора 13 появляется только

при определенном содержимом счетчика 10. Выход мультиплексора 13 соединен

о

С тем из входов, чей номер подается на его второй вход со сдвигового регистра 12. В сдвиговом регистре пред- варительно записаны последовательно один за другим коды, равные номерам выходов дешифратора 14, высокий потенциал на которых появляется, когда

содержимое счетчика ЛО равно Т

1

Т/2,...,Т соответственно (в дальнейшем будет называть указанные выходы дешифратора 14 первым,...п-ным). Для каждого кода в регистре 12 отводится одинаковое число разрядов. С вторым входом мультиплексора 13 соединены старшие разряды регистра 12, число которых равно разрядности одного кода. В начальный момент в них записан код первого выхода дешифратора 14.

Содержимое счетчика 15 равнсэ О, высокий потенциал присутствует на нулевом выходе второго дешифратора 16, разрешая прохождение последовательностей импульсов, несущих информацию о пересечении параметром пороговых уровней, через первый из элементов И 18 на выход блока 5, соответствующий первому подынтервалу моделируемого интервала эксплуатации. На остальных выходах

дешифратора 16 - низкие потенциалы, запрещающие прохождение информации через другие элементы И. Как только содержимое счетчика 10 станет равным Т, высокий потенциал с соответствующего выхода дешифратора 14 пройдет через мультиплексор 13 на вход счетчика 15. Переход 0-1 фиксируется счетчиком, и высокий потенциал теперь присутствует на первом выходе дешифратора 16, разрешая прохождение последовательностей импульсов через второй из элементов И 18 на тот выход блока 5, который соответствует второму интервалу эксплуатации. Отрицательный перепад напряжения 1-0, который происходит на выходе мультиплексора 13 при очередном изменении содержимого счетчика 10 на единицу (и увеличении номера выхода де1чифра- тора 14 с высоким потенциаломJ, проходит на первый вход сдвигового регистра 12, вызывая сдвиг на число разрядов, равное разрядности одного номера. Вытесненный из старших разрядов код записывается вновь в освободившиеся младшие разряды. Теперь на втором (адресном ) входе мультиплексора 13 присутствует код второго выхода дешифратора 14, Описанный отрицательный перепад на выходе мультиплексора 13 не фиксируется счетчиком 15, и его состояние не меняется до тех пор, пока содержимое счетчика 10 не станет-равным Т. Цикл работы коммутатора повторяется.

Последовательный сдвиг кодов в регистре 12 приводит к тому, что во время моделирования изменения параметра в интервале Т, Т., на выходе регистра присутствует код перво о выхода дешифратора 12, и эта часть коммутатора уже готова к работе со следующей реализацией. Как только содержимое счетчика 10 времени становится равным Tj, импульс переполнения с его выхода через третий вход коммутатора обнуляет счетчик 15. Блок 5, таким образом, переходит в первоначальное состояние и готов к работе с новой .реализацией.

Состав элементов блока 5 и связи между ними дают возможность при моделировании каждого конкретного параметра выбирать различные значения границ Т,, Tj,...,, в интересах более точного исследования результирующих статистических характеристик в те периоды эксплуатации, когда отказ модепируемого объекта наиболее вероя7 тен.

Импульс переполнения с выхода счетчика 10 времени проходит также

0

5

5

0

5

0

5

0

5

на четвертый вход генератора 2 слу- , чайных сигналов, переводя его в режим моделирования новой реализации. Этот же импульс поступает на счетчик 11 числа реализаций. Сам счетчик 10 обнуляется. Устройство начинает новый аналогичный цикл моделирования.

Когда содержимое счетчика 11 числа реализаций становится равным установленной, т.е. при переполнении емкости счетчика, установленной предварительно с пульта 1 управления, импульс переполнения с его выхода поступает на вход генератора 2, прекращая процесс моделирования, на вход генератора 8, останавливая выдачу тактовых импульсов, и на четвертый вход блока 6 обработки результатов, давая команду на обработку. Результаты обработки, производимой с помощью импульсов с выхода блока 9 умножения, регистрируются в блоке 7.

Блок 6 обработки результатов функционирует следующим образом.

В процессе моделирования импульсы с выхода коммутатора 5 проходят на тот или иной из счетчиков 21 в зависимости от того, в каком из моделируемых подынтервалов эксплуатации происходит пересечение уровня. После окончания моделирования в каждом из . счетчиков 21 записано число, соответствующее суммарному весу пересеченных уровней в течение конкретного подынтервала. Импульс переполнения . с выхода счетчика 11 числа реализаций запускает одновибратор 20. Прямоугольный импульс с выхода одновибра- тора (длительность импульса выбирается достаточной для проведения обработки) разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода блока 9 умножения на счетчики 21. Эти импульсы управляют считыванием информации из счетчиков н делители 22. Предварительно в делители через другие входы записано с блока управления назначенное число реализаций процесса моделирования. На выходе делителей появится и запишется в регистры число, равное частному от деления содержимого накопителей на число реализаций. С выхода регистров 23 результаты обработки, соответствующие статистическим оценкам ма х ематического ожидания функции принадлежности момента отказа, поступают на блок 7 регистрации. Сюда же для привязки результатов моделирования ко времени эксплуатации подаются значения границ подынтервалов . Результаты обработки могут регистрироваться, например, в виде, показанном на фиг.5. Результат деления, выполняемого в блоке 6, больше истинного значения степени принадлежности во столько раз, во сколько раз количество импульсов, записываемое в регистры блока 4, больше истинного значения весов пороговых уровней. Удобнее выбирать этот коэффициент пропорциональности равным Ю , где m назначается в зависимости от требуемой точности. Тогда при m 1 в процессе регистрации разделительный знак между целой и дробной частями результата деления необходимо перенести на один разряд влево, а значение функции принадлежности вычислять с точностью до первого знака; при m 2 разделительный знак нужно пере2Q одновибратора, вход которого подключен к выходу переполнения счетчика . числа реализаций, входу останова работы генератора случайного сигнала и входу останова генератора тактовых

нести на два разряда влево, а вычисления выполнять с точностью до второ-25 импульсов, блок распределения сигна- го знака, и т.д.лов содержит регистр сдвига, мультиТаким образом, предлагаемое уст- плексор, первый и второй дешифраторы, ройство позволяет моделировать в про- счетчик импульсов, элемент ИЛИ и

группу элементов И, выходы которых 30 соединены соответственно со счетными входами счетчиков импульсов группы блока обработки результатов, причем в блоке распределения сигналов выходы первого дешифратора соединены соцессе проектирования отказы сложных систем при отсутствии или ограниченном объеме статистических данных об условиях эксплуатации систем.

Формула изобретения

Устройство для моделирования отказов , содержащее генератор случайного сигнала, блок сравнения, блок распределения сигналов и блок управления, выполненный в виде датчика чисел.

35

ответственно с информационными входами мультиплексора, управляющие входы которого соединены соответственно с с группой старших разрядов регистра сдвига блока распределения сигналов, наборного поля и источника постоянно- 40 выход мультиплексора подключен к го напряжения, соединенного с кноп- . входу сдвига регистра сдвига и счеткой Пуск, выходы датчика чисел соединены соответственно с входами наборного поля, выход кнопки Пуск подключен к входу запуска генератора случайного сигнала, выходы наборного поля подключены соответственно к установочному входу генератора случайного сигнала и информационным входам первой группы блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности моделирования при отсутствии информации об условиях эксплуатации исследуемого объекта, оно дополнительно содержит блок памяти весовых коэффициентов, генератор тактовых импульсов, счетчик времени моделирования, счетчик числа реализации, блок умножения час45

50

55

ному входу счетчика импульсов блока распределения сигналов, разрядные выходы которого соединены соответственно с входами второго дешифратора, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И группы блока распределения сигналов, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам блока памяти весовых коэффициентов, адресные входы которого соединены соответственно с выходами блока сравнения, информационный вход которого подключен к выходу генератора случайного сигнала, вход перезапуска которого соединен с выходом переполнения счетчика времени моделирования, счеттоты и блок обработки результатов, состоящий из одновибратора, элемента И, группы счетчиков импульсов, группы делителей и группы регистров памяти, разрядные входы которых соединены соответственно с выходами делителей группы, а разрядные выходы регистров памяти группы являются выходами устQ ройства, первые информационные входы делителей группы объединены и подключены к соответствующему выходу наборного поля блока управления, а информационные входы делителей второй

5 группы соединены соответственно с разрядными входами счетчиков группы, входы считывания которых объединены и подключены к выходу элемента И, первый вход которого соединен с выходом

Q одновибратора, вход которого подключен к выходу переполнения счетчика . числа реализаций, входу останова работы генератора случайного сигнала и входу останова генератора тактовых

5 импульсов, блок распределения сигна- лов содержит регистр сдвига, мульти35

ответственно с информационными входами мультиплексора, управляющие входы которого соединены соответственно с с группой старших разрядов регистра сдвига блока распределения сигналов, 40 выход мультиплексора подключен к входу сдвига регистра сдвига и счет5

0

5

ному входу счетчика импульсов блока распределения сигналов, разрядные выходы которого соединены соответственно с входами второго дешифратора, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И группы блока распределения сигналов, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам блока памяти весовых коэффициентов, адресные входы которого соединены соответственно с выходами блока сравнения, информационный вход которого подключен к выходу генератора случайного сигнала, вход перезапуска которого соединен с выходом переполнения счетчика времени моделирования, счетным входом счетчика числа реализаций и входом обнуления счетчика импульсов блока распределения сигналов входы первого дешифратора которого соединены соответственно с разрядными выходами счетчика времени моделирования, счетный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и входу блока умножения частоты, выход которого подключен к второму входу элемента И блока обраri--

ботки результатов и входу считывания информации блока памяти весовых коэф- фициентов, выход кнопки Пуск блока управления подключен к входу запуска генератора тактовых импульсов, а информационные входы блока памяти весовых коэффициентов, разрядные входы регистра сдвига коммутатора и .счетчика числа реализаций подключены к соответствующим выходам наборного поля блока управления.

41 иг, f

ifcj

Раг.2

Изобретение относится к устройствам моделирования и может быть использовано при проектировании радиоэлектронных, тех1шческих, эргатичес- ких систем для оценки эксплуатационных показателей и выработки предложений по повышению надежности систем. Цель изобретения - повьшение достоверности моделирования при отсутствии информации об условиях эксплуатации исследуемого объекта. Цель достигается введением в устройство блока памяти весовых коэффициентов, генератора тактовых импульсов, счетчика времени моделирования, счетчика числа реализаций, блока умножения частоты и блока обработки результатов, включающего одновибратор, элемент И, группу счетчиков импульсов, группу делителей и группу регистров памяти. Устройство позволяет моделировать в процессе проектирования отказы сложных систем при отсутствии или ограни-.g ченном объеме статистических данных об условиях эксплуатации систем. 5 ил. (Л 00 05 СО N5 СО

Л

fK Гз

Редактор А.Маковская

Составитель В.Фукалов

Техред М.ДИДЫККорректор А.Тяско ,

Заказ 6364/42

Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4