Аналоговый оптимизатор числа запасных блоков технической системы Советский патент 1990 года по МПК G06G7/48 G06G7/122 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при определении оптимального количества запасных блоков сложных технических систем.

Цель изобретения - расширение области применения устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что расчет оптимального количества запасных блоков при заданных ограничениях по стоимости осуществляется по двум показателям: коэффициенту готовности системы к работе Кг и функциональной значимости элементов технической системы Z. При этом для коэффициента готовности используется выражение

К,

Т - Тп

где

Тп - среднее время простоя системы из-за недостатка запасных блоков для заданного интервала или всего предполагаемого времени эксплуатации системы}

Т - общее (предполагаемое) время работы системы или заданный интервал времени, на котором готовность системы к работе должна быть максимально возможной.

Использование Кг позволяет найти такое количество запасных элементов,

СП Јь 1

DO

го

которое для заданного интервала времени эксплуатации системы исключит практическую возможность ее отказа, т„е, обеспечит . В общем слу- чае это количество запасных элементо не совпадает с тем количеством, которое найдено по ,, т.к. T var.

Как минимизируемый показатель, Кг имеет первостепенное значение для тех систем, которые несуг дежурство, поскольку, как правило,, период дежурства является непродолжительным в сравнении с установленным сроком эксплуатации, на этот период обеспе- чение Кг -И является не только актуальной, но и реальной задачей.

Математически задача выбора оптимального комплекта запасных блоков состоит в поиске комплекта запасных блоков3 обеспечивающего в определенной весовой пропорции;

Т Т1

Кг )

L 21Zj(n; )- max

(О

при условии

и

с -ZXc,,

NlTi

где Tn 2ZT,(n,) среднее время простоя системы из-за яедо- | статка запасных блоков, .(причем T;(n ; q.-PjT; j

Ъ. .

g

h г n nj ) - №лг

С - суммарная стоимость затратi С - стоимость запасного

i-ro типа, п - количество запасных блоков

1-го типа;

TV t интенсивность потока отказов технической системы по 1-му типу блоков;

Z - суммарная значимость запасных блоков} Z - значимость запасного блока

1-го типа;

.UT - параметр обслуживания,, соответствующий выбранному типу запасных блоков; Т г- интенсивность обслуживания (восстановления) системы;

Т - общее предполагаемое время работы системы.

Устройство решает задачу (1) градиентным методом путем выбора для каждого 1-го типа блоков такого наименьшего значения п-, для которого впервые выполняется условие

h.fn - 7j(n J - Т; (n.4i ) М, щ

&т;(п.) ,

пh

(2)

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где h - произвольно выбранный градиент;

П С; р( + Z; РТ. - приведенная

стоимость затрат по С nnoZ.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схема узла формирования прирашения вероятности отказовJ на фиг. 3 - схема узла расчета времени простоя технической системы; на фиг, 4 - схема второго узла формирования приведенной стоимости затрат, на фиг. 5 - схема коммутатора; на фиг. 6 - схема блока формирования параметра обслуживания системы.

Аналоговый оптимизатор содержит узел 1 фоомирования приращения веро - ятности отказов, узел 2 расчета времени простой системы, первый блок 3 вычитания, первый блок 4 деления блок 5 формирования времени простоя технической системы, первый - шестой блоки 6-1J индикации, блок 12 задания градиента, блок 13 умножения, первые 4ц и вторые блоки задания коэффициентов затрат, первые и вторые l,,- 7(ч блоки умножения на постоянный коэффициент, первый 18 и второй 19 сумматоры, первый 20 и пторой 21 блоки сравнения, коммутатор 22, источник 23 постоянного напряжения, первый 24 и второй 25 узлы формирования приведенной стоимости затрат, блок 26 задания ограничения, второй блок 27 деления и переключатель 28.

Узел 1 формирования приращения вероятности отказов содержит переключающие контакты 29-32, блок 33 формирования параметра обслуживания системы, включающий умножители 33-1s 33-2, 33-3, масштабный блок 34, блок 35 суммирования, блок 36 деления, переключатель 37, переключающие контакты 38,, s 38,2. и 38j, кнопку 39,

порциональные Z; , на блоке 26 - напряжение, соответствующее значению С«оп, на блоке 65 - напряжение, пропорциональное общему предполагаемому времени работы системы, на блоке 66- напряжение, пропорциональное интенсивности обслуживания |ty 5 на блоках 47,- 47,, - напряжения, пропорциональные интенсивности отказов ; , на блоках 50,,-50 |j- напряжения, пропорциональные параметру Т;, на блоке 54 значение выбранного шага решения.

На каждом этапе решения задания осуществляется пошаговая процедура определения оптимального числа запасных элементов всех типов для выбранного градиента h. На каждом i-м шаге определяется число одного из N типов запасных элементов. Для этого переключатель 28 устанавливают в положение, соответствующее i-му типу запасных элементов, на блоке 63 - значение единичного напряжения ие„ . Нажимается кнопка 39, в результате чего на первом выходе узла 1 (выход

реле 40 и блоки 41-46 памяти с первого по шестой.

Узел 2 расчета времени простоя технической системы содержит блоки 47,-47 задания интенсивностей отказов, блок 48 суммирования, блок 49 деления, блоки задания времени простоя системы, блоки 51 и 52 умножения и переключатель 53.

Второй узел 25 формирования приведенной стоимости затрат содержит блок 54 задания шага решения, блок 55 умножения на постоянные коэффициенты, первый 56 и второй 57 инверторы, первый 58, второй 59 и третий 60 блоки суммирования, первый 61 и второй 62 блоки умножения, источник 63 единичного напряжения и переключатель 64.

Схема устройства включает также блок 65 задания общего (предполагаемого) времени работы, блок 66 задания интенсивности обслуживания системы, второй блок 67 вычитания и тре тий блок 68 деления.

Устройство работает следующим образом .

На блоке 12 устанавливается напряжение, пропорциональное значению градиента h 0, на блоках 14,-14 ц - напряжения, пропорциональные Cj , на блоках 15j- ,15ц - напряжения, про

блока 45) формируется значение напряжения, пропорциональное Р(ОЈ ,0), а на втором выходе - значение, пропорциональное Р( об ,1). Эти значения подаются на соответствующие входы узла 2, на выходах которого формируются сигналы, пропорциональные значениям Т;(0) и Т;(1). Значение Т;(0) подается на вход уменьшаемого блока 3, а сигнал, пропорциональный () - на его вход вычитаемого. С выхода блока 3 снимается сигнал, пропорциональный &Т;(0), который подается r на вход числителя блока 4, на вход знаменателя которого подается значение приведенной стоимости затрат с выхода узла 25. С выхода блока 4 сни5

0

0

5

мается сигнал, пропорциональный значению h;(0), который сравнивается с установленным градиентом блока 12. Это сравнение происходит в блоке 20. Если h (0)h, то коммутатор 22 не срабатывает и горит индикатор 10 Увеличить п. После этого переключатель 37 переводится в следующее положение, соответствующее увеличению числа запасных элементов 1-го типа на один элемент, и решение аналогично продолжается до тех пор, пока не окажется, что b|(n) h, тогда срабатывает коммутатор 22, отключая блок 10 от источника 23 напряжения, и подключает к нему блок 9 Установить п-1. При этом коммутатор 22 подключает первый выход узла 2 к входу блока 5. В результате напряжение на блоке 5 увеличивается на величину, пропорциональную Т-(п-1). Аналогично определяется число запасных блоков каждого типа.

После выполнения N шагов решения на выходе сумматора 18 формируется суммарное значение С, а на выходе

5 сумматора 19 - максимальное значение Z, величина которого отображается блоком 8. По показаниям блока 11 визуально определяется, выполнено ли ограничение. Если оно выполнено, то

0 по сигналу на втором управляющем входе коммутатор 22 подключает выход блока 65 к входу уменьшаемого блока 67 и к входу знаменателя блока 68. На вход вычитаемого блока 87 подается

е сигнал с выхода блока 5, пропорциональный минимальному времени простоя системы. С выхода блока 67 снимается сигнал, пропорциональный разности Т-ТП, и подается на вход числителя

0

блока 68 деления. На выходе блока 68 формируется сигнал, пропорциональный значению К г „,,,„, которое отображаrmjs

ется блоком 7 индикации. Задача решена, В противном случае схему возвращают в исходное положение, на блоке 12 устанавливают новое значение h s определенное по показанию блока 6, и процедуру решения повторяют,

Новое значение h определяется следующим образом. Значение hs ранее установленное в блоке 12Э перемножа-, ется в блоке 13 со значением Пщ, полученным шаге,решения, которое поступает с выхода узла 25. Полученное значение Ь-Пщ поступает на вход числителя блока Ј7, на вход знаменателя которого подается значение приведенной стоимости Пдоп с блока 24 (т.е. значение, включающее Сдоп) . На выходе блока 27 формируется значение h п-Пм/Пд011 , отображаемое блоком 6.

В результате решения задачи на выходе блока 68 формируется сигнал, пропорциональный (7(, на выходе блока 19 - сигнал, пропорциональный значению Z, которое отображается блоком 8 индикации, а значения коэффициентов на блоках 16f--16N равны оптимальному числу запасных блокэв.

Принцип работы узла 1 формиоова - ния прирашения вероятности отказов «заключается в следующем.

Перед началпы работы переключатель 37 устанавливайся в нулевое положение. На блоке 65 устанавливается напряжение, пропорциональное общему предполагаемому времени работы системы, на блоке 66 - напряжение, пропорциональное интенсивности обслуживания { соответствующей выбранному типу (i-му) запасных блоков.

Нажимается кнопка 395 и Uнач подается на вход блоков 35 и 33. В блоке 33 происходит формирование параметра обслуживания оЈ (UT. С выхода блока 33 снимается напряжение, пропорциональное об s и через переключатель 37 подается на вход масштабного блока 34, Выходное напряжение с выхода блока 34, пропорциональное Oij, подается на вход блока 41 ч вход блока 35 суммирования. С выхода блока 35 суммирования снимается напряжение, пропорциональное 1 + оЈ , и подается на вход блока 43, Выходные напряжения с блоков 41 и 43 через пе15470038

реключающие контакты 31 и 32 подаются на вход блока 36 деления, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное od/1+об, и запоминается в блоке 45. Это напряжение соответствует значению вероятности отказа технической системы из-за недостачи запасных блоков выбранного (i-го) типа, когда количество запасных блоков этого (1-го) типа равно нулю. На втором шаге переключатель 37

10

15

20

25

переводится в положение 1,при этом срабатывает реле 40 и переключает свои контакты 29-32, 38 в противоположное положение. Напряжения, пропорциональные oi, и + oL, с выходов блоков 41 и 43 через переключающие контакты 29 и 30 подаются на входы блоков 33 и 35 соответственно, С выхода блока 33 снимается напряжение, пропорциональное х , и через переключатель 37 подается на вход масштабного блока s 34, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное об2/2. Выходное напряжение с блока 34 подается на вход блока 42 и на первый вход блока 35 суммирования. С выхода блока 35 суммирования снимается напряжение, 30 пропорциональноео64/2+(1-i-ot), и подается на вход блока 44. Напряжения, пропорциональные Об2/2 и V2+(l+ci) с выходов блоков 42 и 44 через переключающие контакты 31 и 32 подаются блок 36 деления, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный ч

)

35

40

45

50

55

на

Ы.

2 оСа/2+(1-Н)

что соответствует значению вероятности отказа (простоя) технической системы из-за недостачи (отсутствия) запасных блоков выбранного (1-го) типа, когда количество запасных блоков этого (1-го) типа равно единице. Это напряжение задается на вход блока 46, С выходов блоков 45 и 46 снимаются напряжения, пропорциональные Р(о6,0) и P(oi,l) соответственно, и подаются на соответствующие входы узла 2 расчета времени простоя технической системы. i

В дальнейшем работа схемы аналогична. Таким образом, с выходов блоков 41 и 42 получаем напряжения, пропорциональные {/п/п, , что соответствует реализации первого сомножителя в формуле

0

5

переводится в положение 1,при этом срабатывает реле 40 и переключает свои контакты 29-32, 38 в противоположное положение. Напряжения, пропорциональные oi, и + oL, с выходов блоков 41 и 43 через переключающие контакты 29 и 30 подаются на входы блоков 33 и 35 соответственно, С выхода блока 33 снимается напряжение, пропорциональное х , и через переключатель 37 подается на вход масштабного блока s 34, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное об2/2. Выходное напряжение с блока 34 подается на вход блока 42 и на первый вход блока 35 суммирования. С выхода блока 35 суммирования снимается напряжение, 0 пропорциональноео64/2+(1-i-ot), и подается на вход блока 44. Напряжения, пропорциональные Об2/2 и V2+(l+ci) с выходов блоков 42 и 44 через переключающие контакты 31 и 32 подаются блок 36 деления, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный ч

)

5

на

Ы.

2 оСа/2+(1-Н)

что соответствует значению вероятности отказа (простоя) технической системы из-за недостачи (отсутствия) запасных блоков выбранного (1-го) типа, когда количество запасных блоков этого (1-го) типа равно единице. Это напряжение задается на вход блока 46, С выходов блоков 45 и 46 снимаются напряжения, пропорциональные Р(о6,0) и P(oi,l) соответственно, и подаются на соответствующие входы узла 2 расчета времени простоя технической системы. i

В дальнейшем работа схемы аналогична. Таким образом, с выходов блоков 41 и 42 получаем напряжения, пропорциональные {/п/п, , что соответствует реализации первого сомножителя в формуле

ь

zи- о

Ы К

(3)

и с выходов блоков 43 и 44 напряжеь к

ния, пропорциональные.-г, что к ответствует реализации второго сомножителя этой формулы. С выходов блоков 45 и 46 получаем напряжения, пропор- ционалъные соответственно P(oi,h-l) и P(ei,,n)

Принцип работы узла 2 расчета времени простоя технической системы заключается в следующем.

Переключатель 53 работает синхронно с переключателем 37. На блоках 47ц устанавливаются напряжения , пропорциональные ft; ( 2, .. ., N) , а на блоках 50,-50ц - напряжения, пропорциональные Т; (i 1,2,...,N). На вход блока 48 суммирования подаются напряжения, пропорциональные ft; с блоков 47.-47N, а с его выхода сни1 мается напряжение, пропорциональное N

21. ft; и подается на вход знаменателя i-i

блока 49 деления. На вход числителя

блока .49 деления подается напряжение

с блока 47-д. пропорциональное ft; , a

с его выхода снимается напряжение,

N

пропорциональное q ft; / ft;s ко;-(

торое подается на вход блока 51 умножения, На второй вход блока 51 умножения подаётся напряжение с блока 50-, пропорциональное Tj, ас его выхода снимается напряжение, пропорциональное q;T;, которое подается на вход блока 52 умножения.

Напряжения с выхода блоков 45 и 46 узла 1, пропорциональные соответственно P(tf, К,) и P(tf;, K+1), подаются на входы (на два других входа) блока 52 умножения, с выходов которо- го получаем напряжения, пропорциональные соответственно

Т(К;) q;P(ot ,K;) Т; и т(К;+1) qjP( ,К;+1)-т; ; К 0,l,2,...,h

Работа блока 33 в составе узла 1 происходит следующим образом.

Перед началом работы переключатель 37 устанавливается в нулевое положение. На блоке 65 устанавливается напряжение, пропорциональное общему

5

Q

Q

5

0

5

5

0

0

5

предполагаемому времени работы системы Т, ка блоке 66 - напряжение, пропорциональное интенсивности обслужи- вания Ц , соответствующей выбранному (i-му) типу запасных блоков.

Нажимается кнопка 39-и U мподается на вход блоков 33 и 35. В блоке 33 в результате перемножения fU и Т происходит формирование параметра обслуживания oi U Т. С выхода блока 33 снимается напряжение, пропорциональное ei , и через переключатель 37 подается на вход масштабного блока 34. Выходное напряжение с выхода блока 34. пропорциональное об , подается на вход блока 41 и вход блока 35 суммирования. С выхода.блока 35 суммирования снимается напряжение, пропорциональное 1+о6, и подается на вход блока 43. Выходные напряжения с блоков 41 и 43 через переключающие контакты 31 и

32подаются на вход блока 36 деления, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное ьб/1 + об,

и запоминается в блоке 45. Первый шаг работы закончен.

На втором шаге переключатель переводится в положение I, при этом срабатывает реле 40 и переключает свои контакть 29-32, 38 в противоположное состояние. Напряжения, пропорциональные сЈ и 1+oi, с выходов блоков 4 и 43 через переключающие контакты 29 и 30 подаются на входы блоков 33 и 35 соответственно. С выхода блока 33 снимается напряжение, пропорциональное oi1, и через переключатель 37 подается на вход масштабного блока 34.

В дальнейшем работа схемы аналогична. Таким образом, с выхода блока

33получаем напряжения, пропорцио- наль ные oL ,

Формула изобретения

Аналоговый оптимизатор числа запасных блоков технической системы по авт.св. № 1285496, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены второй блок вычитания, третий блок деления, блок задания интенсивности обслуживания системы и блок задания общего времени работы системы, выход которого подсоединен с первому информационному входу узла формирования приращения вероятности отказов, выход блока формирования времени простоя технической системы через второй блок вычитания и третий блок деления связан с входом блока индикации, выход блока задания общего времени работа системы через дополнительный контакт коммутатора подключен к вторым входам второго блока вычитания и

третьего блока деления, выход блока задания интенсивности обслуживания системы соединен с вторым информационным входом узла формирования приращения вероятности отказов, а второй управляющий вход коммутатора связан с выходом второго блока сравнения.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при определении оптимального количества запасных блоков сложных технических систем. Цель изобретения - расширение области применения устройства. Аналоговый оптимизатор содержит узел формирования приращения вероятности отказов, узел расчета времени простоя системы, блоки вычитания, блоки деления, блок формирования времени простоя технической системы, блоки индикации, блок задания градиента, блоки умножения, блоки задания коэффициентов затрат, сумматоры, блоки сравнения, коммутатор, узлы формирования приведенной стоимости затрат, блок задания ограничения, переключатель, блок задания общего времени работы, блок задания интенсивности обслуживания системы. Расчет оптимального числа запасных блоков системы осуществляется на базе расширенного объема исходной информации и по большему числу показателей, в результате чего устройство может обслужить более широкий класс технических систем. 6 ил.

29

39

О

38,

$5

U

51

45

К5лзкд t

46

Фм.2

Фю.Ч