Устройство для моделирования отказов систем Советский патент 1991 года по МПК G06N7/08 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для оценки эксплуатационных показателей объектов эксплуатации. ,

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 - схема блока распределения сигналов; на фиг.З - временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство для моделирования отказов содержит: блок 1 управления, генератор 2 случайных сигналов, блок 3 сравнения, блок 4 памяти весовых коэффициентов, блок 5 распределения сигналов, блок 6 обработки результатов, блок 7 реализации, генератор 8 тактовых импульсов, блок 9 умножения частоты, счетчик 10 времени моделирования, счетчик 11 числа реализаций, элемент 12 задержки, первый элемент ИЛИ 13.

Блок распределения сигналов содержит группу счетчиков 14, дешифратор 15. элемент ИЛИ 16, группу элементов И 17.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы по результатам квантования функции принадлежности нечетного множества пороговых уровней (кривой, характеризующей степень принадлежности значений параметра к нечетному множеству пороговых уровней) определяются используемые затем при моделировании величины пороговых уровней и соответствующие им веса из интервала 0,1. Пример квантования с уровнями 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1 показан на фиг.З. Значениям порогов,образованных абсциссами точек пересечения уровней квантования с кривой функции принадлежности, приписываются веса, равные значениям данных уровней квантования. Весь интервал эксплуатации, на котором моделируется процесс изменения параметров, разбивается на ряд подинтервалов (фиг.З) для последующего подсчета средних1 значений весов пересеченных пороговых уровней в каждом подинтервале по множеству всех реализаций и получения таким образом статистической оценки математического ожида(Л

С

о о ел со ю о

ния функции принадлежности момента отказа объекта.

С помощью блока 1 управления последовательно производятся следующие операции:

установка значений пороговых уровней в блоке 3 сравнения;

запись импульсов, соответствующих весу каждого порогового уровня, в блок 4 памяти весовых коэффициентов;

запись числа моделируемых реализаций параметра в счетчик 11 числа реализаций и блок 6 обработки результатов;

установка требуемых характеристик случайного процесса изменения параметра, моделируемого генератором 2 случайных сигналов;

запись кодов, соответствующих граничным значениям подинтервалов времени эксплуатации, в блок 5 распределения сигналов и блок 7 регистрации.

При установке значений пороговых уровней в блоке 3 сравнения и записи соответствующих весов в блок 4 памяти весовых коэффициентов учитываются только те пороговые уровни, веса которых отличны от нуля.

Блок управления 1 содержит последовательно соединенные датчик чисел, наборное поле, коммутатор, а также источник постоянного напряжения, соединенный с кнопкой Пуск. Выходы коммутатора подключены к входам значения приведенных выше параметров блоков 2-7, 11.

Устройство начинает процесс моделирования с появлением сигнала Пуск на выходе блока 1 управления. Этот сигнал запускает генератор 8 тактовых импульсов и одновременно поступает на вход запуска генератора 2 случайных сигналов, разрешая начать моделирование первой реализации случайного процесса.

Сигнал с выхода генератора 1 поступает на блок 3 сравнения. В 3 сравнения производится сравнение значения реализации параметра и записанных заранее пороговых уровней. При пересечении параметров 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 весовых коэффициентов в блок 5 распределения сигналов.

Блок 9 выполняет функции умножителя частоты, поэтому считывания информации о весах пороговых уровней происходит с большой скоростью.

Последовательность импульсов, ко,.и- чество которых пропорционально весу очередного пересеченного уровня, поступает с выхода блока 4 на вход блока 5 распределения сигналов, который предназначен для привязки событий, заключающихся в пересечении реализаций параметра моделируемого объекта пороговых уровней, к конкретным подинтервалам времени эксплуатации. Число выходов блока 5 равно числу подинтервалов, на которые разбит рассматриваемый интервал эксплуатации моделируемого объекта. Поступающая на вход блока 5 последовательность импульсов проходит на

5 его выход, соответствующий тому подинтер- валу, в котором произошло рассматриваемое пересечение порогового уровня.

Блок 5 функционирует следующим образом (фиг.2).

0 В исходном состоянии с помощью блока 1 управления в блоке 5 установлены значения границ подинтервалов эксплуатации. При этом задается максимальная емкость счетчиков 14, так что момент заполнения

5 каждого отдельного счетчика 14, соответствует моменту окончания подинтервала, определяемого этим счетчиком. С началом работы устройства на вход блока 5 начинают поступать тактовые импульсы с генера0 тора 8. Данные импульсы подсчитываются счетчиками 14. В начальный момент времени на выходах всех счетчиков 14 л соответственно, на всех входах дешифратора 15 присутствуют потенциалы низкого уровня.

5 На всех выходах дешифратора 14, кроме первого, присутствуют нули, а на первом выходе - единицы, так что на управляющий вход первого элемента И 17 группы подан сигнал высокого уровня. Данный эле0 мент И находится в открытом состоянии, а остальные элементы И 17 закрыты, т.к. на их управляющие входы поданы потенциалы нулевого уровня. При этом при пересечении моделируемой реализацией какого-либо по5 рогового уровня поступающая на один из вторых входов блока 5 последовательность импульсов, соответствующая весу пересеченного уровня, проходит на соответствующий первому подинтервалу эксплуатации

0 первый выход группы выходов блока 5. По мере накопления импульсов счетчики 14 последовательно заполняются, что приводит к изменению комбинаций сигналов на входах дешифратора 15. Так, после заполнения

5 первого счетчика из группы счетчиков 14 на первом входе дешифратора 15 появляется единица, в то время как на остальных входах остаются нули. Это приводит к изменению сигналов на выходах дешифратора 15. Теперь единица присутствует на втором выходе дешифратора 15, а на остальных выходах - нули. Момент изменения состояния первого выхода дешифратора 15 с единичного на нулевое, а второго выхода - с нулевого на единичное - есть момент окончания первого подинтервала и, соответственно, момент начала второго подинтервала, т.к. при этом первый элемент И 17 группы запирается, а второй элемент И 17 группы открывается. По окончании заполнения второго счетчика 14 первой группы осуществляется переключение на третий подинтервал эксплуатации. Аналогично описанному выше осуществляется последовательное переключение всех последующих подинтервалов. Количество счетчиков 14 на единицу меньше количества подинтервалов, поэтому при заполнении последнего из счетчиков 14 осуществляется переключение на последний подинтервал эксплуатации.

Состав элементов блока 5 и связи между ними дают возможность при моделировании каждого конкретного параметра выбирать различные значения границ TiT2...Tn в интересах более точного исследования результирующих статистических характеристик в те периоды эксплуатации, когда отказ моделируемого объекта наиболее вероятен.

Импульсы с выхода генератора 8 тактовых импульсов подсчитываются счетчиком 10 времени моделирования, его содержимое определяет время, соответствующее времени эксплуатации с момента начала моделирования очередной реализации. Частота генератора 8 выбирается такой, чтобы подсчет времени производился в единицах, соответствующих принятым для учета времени эксплуатации моделируемого объекта (секундам, минутам, часам и т.д.). Максимальная емкость счетчика 10 соответствует продолжительности эксплуатации моделируемого объекта. После окончания времени моделирования одной реализации счетчик

10времени моделирования вырабатывает импульс, который поступает через элемент ИЛИ 13 на вход блока 5 распределения сигналов и переводит его в исходное состояние, обнуляя содержимое счетчиков 14 группы. Импульс переполнения с выхода элемента ИЛИ 13 проходит также на вход генератора 2 случайных сигналов, переводя его в режим моделирования новой реализации. Этот же импульс поступает на счетчик

11числа реализаций. Сам счетчик 10 обнуляется. Устройство начинает новый аналоговый цикл моделирования.

Новый цикл моделирования начинается также и в том случае, если происходит пересечение последнего порогового уровня. При

этом импульс переключения на новый цикл поступает с соответствующего данному пороговому уровню выхода блока 3 через элемент 12 задержки и элемент ИЛИ 13, проходя далее на вход сброса счетчика 11, вход блока 5 и вход генератора 2. Необходимость элемента 12 задержки обусловлена потребностью завершить считывание информации в весе пересеченного уровня из

0 блока 4 и записать ее через блок 5 в блок 6 до момента перехода к следующему циклу моделирования.

Когда содержимое счетчика 11 числа реализаций становится равным установлен5 ной величине, т.е. при обнулении емкости счетчика, установленной предварительно с пульта 1 управления, импульс обнуления с его выхода поступает на вход генератора 2 случайных сигналов, прекращая процесс

0 моделирования, на вход генератора 8, останавливая выдачу тактовых импульсов, и на вход блока 6 обработки результатов, давая команду на обработку. Результаты обработки, призводимой с помощью импульсов с

5 выхода блока 9 умножения, поступают в блок 7 регистрации. Для того чтобы обработка результатов в блоке 6 была осуществлена полностью, отключение генератора 8 тактовых импульсов производится по срезу им0 пульса счетчика 11, в то время как обработка в блоке 6 начинается по его фронту.

Блок 6 обработки результатов содержит счетчики. В процессе моделирования импульсы с выхода блока 5 проходят на тот или

5 иной из счетчиков в зависимости от того, в каком из моделируемых подинтервалов эксплуатации происходит пересечение порогового уровня. После окончания моделирования в каждом из счетчиков будет

0 записано число, соответствующее суммарному весу пересеченных уровней в течение конкретного подинтервала. По импульсу переполнения с выхода счетчика 11 числа реализаций осуществляется деление со5 держимого счетчиков на заданное от блока 1 число реализаций. С выхода блока 6 результаты обработки, соответствующие статистическим оценкам математического ожидания функции принадлежности мо0 мента отказа, поступают на входы блока 7 регистрации. На другие входы блока 7 регистрации для привязки результатов моделирования по времени эксплуатации подаются значения границ подинтервалов.

5 Результаты обработки могут регистрироваться, например, в виде, показанном на фиг.З. Результат деления, выполняемого в блоке 7, 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 10м (назначается в зависимости от требуемой точности и определяет положение запятой в отсчете).

Формула изобретения Устройство для моделирования отказов систем, содержащее блок управления, генератор случайных сигналов, блок сравнения, блок памяти весовых коэффициентов, блок распределения сигналов, блок обработки результатов, блок регистрации, генератор тактовых импульсов, блок умножения частоты, счетчик времени моделирования, вычитающий счетчик числа реализаций, выход обнуления которого соединен с входом останова генератора случайных сигналов, входом останова генератора тактовых импульсов и входом считывания результатов блока обработки результатов, вход задания числа реализаций которого соединен с входом задания числа реализаций вычитающего счетчика числа реализаций и выходом задания числа реализации блока управления, блок распределения сигналов содержит элемент ИЛИ, группу элементов И и дешифратор, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, вторые входы которых объединены и соединены с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам блока памяти весовых коэффициентов, а выходы элементов И группы соединены соответственно с информационными входами блока обработки результатов, выхода задания значений пороговых уровней, выходы задания весов пороговых уровней блока управления подключены соответственно к установочному входу блока сравнения и информационным входам блока памяти весовых коэффициентов, выходы задания значений интервалов времени эксплуатации соединены соответственно с информационными входами первой группы блока регистрации, информационные входы второй группы которого подключены соответственно к выходам блока обработки результатов, выход задания параметров случайного процесса блока управления подключен к установочному входу генератора случайных сигналов, вход запуска которого и вход запуска генератора тактовых импульсов соединены с выходом запуска блока управления, выход генератора случайных сигналов соединен с информационным входом блока сравнения, выходы которого подключены соответственно к адресным входам блока памяти весовых коэффициентов, вход считывания которого и

вход считывания блока обработки результатов соединены с выходом блока умножения частоты, вход которого и счетный вход счетчика времени моделирования подключены к выходу генератора тактовых импульсов, о тличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно дополнительно содержит элемент задержки и элемент ИЛИ, а блок распределения сигналов дополнительно содержит группу счетчиков импульсов, выходы переполнения которых подключены соответственно к входам дешифратора блока распределения сигналов, входы обнуления счетчиков импульсов группы объединены и соединены с выходом элемента ИЛИ устройства, входом перезапуска генератора случайных сигналов и вычитающим входом счетчика числа реализаций, счетные входы счетчиков импульсов группы блока распределения сигналов объединены

и соединены с выходом генератора тактовых импульсов и тактовым входом генератора случайных сигналов, а разрядные входы счетчиков импульсов группы соединены соответственно с выходами задания значений

интервалов времени эксплуатации блока управления, последний выход блока сравнения подключен к входу элемента задержки, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ устройства и входом останова счетчика времени моделирования, выход переполнения которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ устройства.

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для оценки эксплуатационных показателей объектов эксплуатации. Цель изобретения - повышение быстродействия моделирования отказов. Цель достигается введением элемента задержки, элемента ИЛИ и соответствующих связей между элементами устройства. 3 ил.

Фиг1

s

к 5ft.6

Фиг. 2