Устройство для определения работоспособных состояний структурно-сложной системы Советский патент 1992 года по МПК G06F15/46 

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам для определения надежности сложных систем.

В известных устройствах 1,2 для определения вероятности работоспособности структурно-сложной системы из п элементов код состояния представляется в виде п-раз- рядного двоичного слова, значение каждого из разрядов которого отражает состояние работоспособности элемента: 1 - работоспособное, 0 - неработоспособное. Модель надежности представляется в виде п-раз- рядных двоичных слов, отражающих минимальные пути работоспособности системы. По результатам сравнения кодов модели надежности с полученным кодом состояния принимается решение об отнесении его к работоспособному или неработоспособному.

Недостатками устройства 1 являются низкое быстродействие из-за повторного формирования одинаковых кодов состояний, а также невозможность использования модели надежности в виде кодов минимальных сечений отказов.

Наиболее близким к изобретению явля- С/1 ется устройство 2, содержащее счетчик со- f стояний, узел сравнения, группы элементов И, ИЛИ и элементов задержки, триггер, блок 3 памяти, группа выходов которого подключена к первой группе входов узла сравнения, вторая группа входов которого соединена с.

группой информационных выходов счетчика J состояний и блоком элементов И, осуществ- 00 ляющим остановку устройства. По сигналу СЛ начала работы, подаваемому на устройство, О счеТчик состояний перебирает последова- Ј тельно все двоичные числа от (2П - 1) до 0. {П каждое из которых является кодом состоя- . ния системы. Сформированный код состоя- ни я сравнивается узлом сравнения с - хранящимися в блоке памяти кодами модели надежности, представленной в виде минимальных путей работоспособности. Если всем единицам хотя бы одного кода модели надежности соответствуют единицы в тех же позициях сформированного кода состояния, то оно признается работоспособным, и узел сравнения вырабатывает сигнал, разрешающий дальнейший анализ сформированного кода.

Недостатками устройства 2 являются низкое быстродействие из-за необходимости формирования кодов всех возможных состояний, а также невозможность использования модели надежности в виде кодов минимальных сечений отказов.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства путем исключения формирования части неработоспособных состояний и расширение его функциональных возможностей путем реализации режима работы с использованием модели надежности в виде минимальных сечений отказов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения работоспособных состояний структурно-сложной системы, содержащее счетчик состояний, первый узел сравнения, блок памяти эталонов, с первого по четвертый элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы задержки и триггер, инверсный выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, а установочный вход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и является входом начала работы устройства, выход четвертого элемента И подключен к первому входу второго элемента И и входу первого элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента И и входу второго элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента И, выход второго элемента И соединен со входом сброса триггера, инверсный выход первого элемента ИЛИ является выходом остановки устройства, прямой выход соединен со вторым входом первого элемента И, а его группа входов и первая группа входов первого узла сравнения связаны с группой информационных выходов счетчика состояний, вторая группа входов первого узла сравнения подключена к первой группе выходов блока памяти эталонов, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика состояний, информационная группа выходов которого является выходом задания кода устройства, предназначенным для подключения объекта испытаний, введены формирователь сигналов сброса, коммутатор и второй узел сравнения, первая и вторая группы входов которого соединены со вторыми группами выходов блока памяти эталонов и счетчика состояний соответственно, а выход соединен с первым информационным входом коммутатора, второй информационный вход которого соединен с выходом первого узла сравнения, выход - с входом запуска формирователя сигналов

5 сброса и вторым входом второго элемента И, а адресный вход является входом переключения режима работы устройства, инфор- мационная группа входов формирователя сигналов сброса соединена с выходами пер0 вой и второй группы счетчика состояний, группа входов сброса которого соединена с группой выходов сброса формирователя сигналов сброса, причем формирователь сигналов сброса содержите первого по (п - 1)-й

5 элементы И, где п - разрядность кодовой коммутации, характеризующей состояние объекта испытаний, первый вход первого элемента И является входом запуска формирователя сигналов сброса, выходы элемен0 тов И с первого по (п - 2)-й соединены с первыми входами элементов И со второго по (п - 1)-Й, вторые входы элементов И образуют группу информационных входов формирователя сигналов сброса, выходы 5 группу выходов сброса формирователя сигналов сброса, второй узел сравнения содержит элемент И и m каналов, каждый из которых содержит первый и второй элементы ИЛИ и с первого по n-й элементы И,

0 первые входы которых образуют первую группу входов узла, вторые входы элементов И и входы элементов ИЛИ каждого канала образуют вторую группу входов узла, выходы элементов И и инверсный выход

5 второго элемента ИЛИ каждого канала соединены с входами первого элемента ИЛИ в каждом канале, выходы первых элементов ИЛИ являются выходами каналов, которые соединены с входами элемента И, выход

0 которого является выходом узла.

Повышение быстродействия устройства достигается за счет исключения формирования и анализа части неработоспособных со- стояний. Исходя из установленного

5 соответствия работоспособности системы кодам Состояний и принципа работы счетчика состояний, выявлено, что вслед за кодом неработоспособного состояния, в k младших разрядах которого имеются подряд

0 расположенные единицы, последовательно следует группа кодов неработоспособных состояний в количестве (2k - 1). При этом последний код группы отключается от первого тем, что все единицы в k младших раз5 рядах заменены нулями.

Для выполнения такой замены в устройство введен дополнительный узел - формирователь сигналов сброса. В результате его срабатывания принудительно уменьшается

значение счетчика на (2k - 1), исключая тем

самым формирование группы кодов неработоспособных состояний.

Расширение функциональных возможностей устройства достигается тем. что наряду с моделью надежности в виде кодов минимальных путей работоспособности обеспечивается возможность использования более компактной модели надежности в виде m кодов минимальных сечений отказов. Под минимальным сечением отказов системы понимается такой минимальный набор ее элементов, работоспособность хотя бы одного из которых обеспечивает работоспособность системы при благоприятном сочетании работоспособных элементов в других т-1 сечениях. Неработоспособность всех элементов хотя бы одного минимального сечения приводит к неработоспособности системы в целом.

Для реализации указанного решения в устройство введены второй узел сравнения, коммутатор. Второй узел сравнения осуществляет проверку: если всем единицам хотя бы одного кода модели надежности, представленной в виде минимальных сечений отказов, соответствуют нули в тех же позициях сформированного кода состояния, то оно признается неработоспособным и второй узел сравнения вырабатывает сигнал, запрещающий дальнейший анализ сформированного кода. Коммутатор предназначен для выбора рабочего узла сравнения в зависимости от используемого типа модели надежности системы.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается исключением формирования и анализа части неработоспособных состояний, а также обеспечением возможности использования модели надежности в виде минимальных сечений отказов. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию новизна. В результате уравнения заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники в них не выявлены признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию существенные отличия.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схемы счетчика состояний и формирователя сигналов сброса; на фиг. 3 - схемы первого и второго узлов сравнения, блока памяти эталонов и коммутатора.

Устройство (фиг, 1) содержит счетчик 1 состояний, формирователь сигналов сброса 2, первый 3 и второй 4 узлы сравнения, блок

5 памяти эталонов, коммутатор 6, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 элементы И, первый 11 и второй 12 элементы ИЛИ, первый 13 и второй 14 элементы задержки, 5 триггер 15. На схеме обозначены установочный вход 16, вход 17 переключения режима работы, выход 18 разрешения считывания, кодовая шина 19 и выход 20 остановки.

Счетчик состояний (фиг. 2) содержит 10 группу 211 - 21П триггеров разрядов. Формирователь сигналов сброса 2 (фиг. 2) содержит группу 221 - 22n-i элементов И. На схеме обозначены вычитающий счетный 23 вход счетчика и вход 24 включения формировате15 ля сигналов сброса.

Узел 3 сравнения (фиг. 3) содержит группы 25i - 25n элементов ИЛИ каналов, элементы И 26t - 26m каналов, элементы ИЛИ 27i - 27m каналов и элемент ИЛИ 28. Узел 4

0 сравнения (фиг. 3) содержит группы 29т - 29П элементов И каналов, элементы ИЛ И 30i - 30m каналов, элементы ИЛИ 311 - 31m каналов и элемент И 32. Блок 5 памяти эталонов (фиг. 3) включает регистры 331 - 33m

5 каналов. Коммутатор 6 (фиг. 3) содержит триггер 34, первый 35 и второй 36 элементы И и элемент ИЛИ 37.

Работа устройства в целом состоит в формировании на счетчике 1 состояний дво0 ичных чисел, отображающих-коды возможных состояний системы, отбора из них с помощью первого 3 или второго 4 узла сравнения кодов работоспособных состояний, а также в переключении формирователем сиг5 налов сброса 2 счетчика 1 на число, соответствующее коду последнего из выявленной группы неработоспособных состояний.

В исходном состоянии выбранная модель надежности заносится в блок 5 памяти

0 эталонов, в п младших разрядов счетчика 1 состояний записываются единицы. Кроме того, задается режим работы устройства в зависимости от типа выбранной модели надежности системы. Это осуществляется с

5 помощью коммутатора 6, который после включения устройства пропускает со своего входа сигнал от первого 3 узла сравнения. При поступлении на вход 17 сигнала изменения режима работы в виде одиночного

0 положительного импульса коммутатор 6 переключается на работу со вторым 4 узлом сравнения.

Сигнал начала работы устройства поступает на вход 16, устанавливает в нулевое

5 состояние триггер 15 и проходит на вход элемента ИЛИ 12. С выхода элемента ИЛИ 12 сигнал проходит через открытый потенциалом с выхода триггера 15 элемент И 10, поступает на вход элемента И 8 и с задержкой на элементе 13 (время задерх;ки должно

быть больше суммы времени переходных процессов счетчика 1 и формирователя сигналов сброса 2) поступает на вход элемента И 9. Это необходимо для обеспечения следующих действий. Если сформированное счетчиком 1 число соответствует коду работоспособного состояния системы, то на выходе коммутатора 6 формируется единичный потенциал. Тогда сигнал с выхода элемента И 10 проходит через открытый этим потенциалом элемент И 8 и перебрасывает триггер 15 в единичное состояние, чем обеспечивается запрет прохождения задержанного на элементе 13 сигнала через элемент И 9. Если же число на выходе счетчика 1 состояний соответствует коду неработоспособного состояния, то на выходе коммутатора 6 формируется нулевой потенциал, чем включается формирователь сигналов сброса 2, который обнуляет триггеры разрядов счетчика 1, начиная с младшего, до первого разряда, имеющего нулевое значение. Этим осуществляется переключение счетчика 1 на число, соответствующее коду последнего из выявленной группы неработоспособных состояний. Кроме того, потенциал с выхода коммутатора 6 закрывает элемент И 8. Тогда сигнал с выхода элемента И 10, задержанный на элементе 13, проходит элемент И 9, так как триггер 15 находится в нулевом состоянии, поступает через открытый элемент И 7 на вычитающий счетный вход счетчика 1, уменьшая на единицу записанное в нем число и формируя тем самым новый код состояния системы. Этот же сигнал, задержанный на элементе 14 (время задержки должно быть больше суммарного времени переходных процессов счетчика 1, первого 3 узла сравнения и коммутатора 6), проходит через открытый элемент ИЛИ 12,открытый элемент И 10 и выполняет описанные действия, т.е. проходит на элемент 8, если код состояния окажется работоспособным, или на выход элемента И 9 и далее на формирование кода Hofttjro состояния,. Этот процесс заканчивается тогда, когда счетчик 1 состояний окажется в нулевом состоянии, чем будут обеспечены выдача на выход 20 сигнала остановки и запрещение инверсным ему сигналом прохождения импульса через элемент И 7 на вычитающий вход счетчика 1 состояний,

Таким образом, работа устройства обеспечивает формирование кодов работоспособных состояний системы, после каждого из которых на выходе 18 появляется единичный сигнал. Этот сигнал является разрешающим для считывания с выхода 19 кода работоспособного состояния. С целью обеспечения выполнения этой и других операций в известных устройствах для определения показателя надежности системы сигнал с выхода элемента И 8 временно приостанавливает процесс формирования

кода очередного состояния путем перевода триггера 15 в единичное состояние. Работа устройства возобновляется с поступлением сигнала начала работы на вход 16.

Формирователь сигналов сброса 2 (фиг. 2)

0 работает следующим образом. Если на счетчике 1 состояний (фиг. 1} последовательно формируются числа, соответствующие кодам работоспособных состояний, то на выходе рабочего узла сравнения поддержи5 вается единичный потенциал, который через коммутатор б поступает на вход элемента И 221 (фиг. 2) формирователя сигналов сброса 2. Пусть на счетчике 1 состояний получен код неработоспособного

0 состояния. За время срабатывания рабочего узла сравнения начинается процесс, заключающийся в прохождении единичного потенциала последовательно на выходы элементов И 22i, .... H22k формирователя

5 сигналов сброса 2, открытых единичными потенциалами с информационных выходов триггеров 211... 2U счетчика 1 до элемента И 22k +1, Закрытого нулевым потенциалом с информационного выхода триггерами + i

0 (фиг. 2). Кроме того, единичные сигналы с выходов элементов И 22i,.... И 22k поступят

на входы установки нуля триггеров 21121k

счетчика 1. После срабатывания рабочего узла сравнения на его выходе сформируется

5 нулевой потенциал, который поступит на вход 24 формирователя сигналов сброса, последовательно закроет все элементы И 22i,.... 22k и изменит единичные потенциалы на входах установки нуля триггеров

0 21i, ..., 21k счетчика 1 на нулевые. В результате этого триггеры 21t 21k перейдут в нулевое состояние, что соответствует переключению счетчика 1 на число, соответствующее коду последнего

5 из выявленной группы неработоспособных состояний. С поступлением на вычитающий счетный вход счетчика 1 сигнала с элемента И 7 (фиг. 1) он переключится на новое число и начнется следующий цикл работы устрой0 ства.

Работа первого узла 3 сравнения (фиг. 3) приведена в 2. Принцип действия второго узла 4 сравнения (фиг. 3} рассмотрим на Примере работы его первого канала. Потен5 циалы разрядов кода минимального сечения отказов, записанного в регистр первого канала блока 5 памяти эталонов (фиг. 3). поступают на первые входы группы элементов И 29i - 29п первого канала узла 4 сравнения. На вторые входы этих элементов

подаются потенциалы разрядов кода анализируемого состояния системы. Так как открытыми будут только те элементы И 29i - 29п на первые входы которых поступят единичные разряды кода минимального сечения, то только через эти элементы единичные потенциалы кода состояния могут пройти на вход элемента ИЛИ 30 первого канала. Значит, если хотя бы одной единице первого кода минимального сечения отказов соответствует единица в аналогичном разряде кода анализируемого состояния, то на выходе элемента ИЛИ 30 будет сформирован единичный потенциал, характеризующий работоспособность данного состояния по первому минимальному сечению. В противном случав на выходе элемента ИЛИ 30 сформируется нулевой потенциал и сформированный код состояния будет отнесен к неработоспособному. Аналогично работают и остальные каналы узла 4 сравнения. Если хотя бы по одному минимальному сечению анализируемое состояние признано неработоспособным, то нулевой потенциал с элемента ИЛИ 30 соответствующего канала закроет элемент И. 32 и на выходе узла 4 сравнения будет сформирован нулевой потенциал. Состояние будет признано работоспособным и на вь/ходеуз- ла 4 сравнения будет сформирован единичный потенциал, если со всех элементов ИЛИ 30i - 30m каналов на вход элемента И 32 поступят единичные потенциалы. Для исключения из работы не используемых каналов блока 5 памяти эталонов во все разряды регистров 33 этих каналов заносятся нули. Тогда на .инверсных выходах элементов ИЛИ 31 соответствующих каналов узла 4 сравнения будут сформированы единичные потенциалы, которые проходят на выходы элементов ИЛИ 30 каналов, что соответствует работоспособности анализируемого состояния системы по данным каналам.

Коммутатор 6 (фиг. 3) функционирует следующим образом. Сигнал с инверсного выхода триггера 34 поступает на первый вход элемента И 35, а с прямого выхода - на первый вход элемента И 36. На вторые входы элементов И 35 и 34 подаются выходные сигналы соответственно со второго 4 и первого 3 узлов сравнения, Сигналы с выходов элементов И 35 и И 36 поступают на вход элемента ИЛИ 37. В исходном положении триггер 34 находится в единичном состоянии и сигнал с выхода первого 3 узла сравнения проходит через открытый элемент И 36 и через элемент ИЛИ 37 подается на выход 24 коммутатора. При этом элемент И 35 закрыт. В случае поступления на вход 17 сигнала изменения режима работы триггер

34 переключится в нулевое состояние. Тогда сигнал с выхода второго узла 4 сравнения пройдет через открытый элемент И 35 и через элемент ИЛИ 37 поступит на выход 5 24 коммутатора. При этом элемент И 36 закрыт.

Формула изобретения 1. Устройство для определения работоспособных состояний .структурно-сложной

0 системы, содержащее счетчик состояний, первый узел сравнения, блок памяти эталонов, с первого по четвертый элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы задержки и триггер, ин5 версный выход которого соединен с первыми входами третьего w четвертого элементов И, а установочный вход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, и является входом начала работы устройства,

0 выход четвертого элемента И подключен к первому входу второго элемента И и входу первого элемента задержки, выход Которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к первому

5 входу первого элемента И и входу второго элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу четвертого элемента И, выход второго

0 элемента И соединен с входом сброса триггера, инверсный выход первого элемента ИЛИ является выходом остановки устройства, прямой выход соединен с вторым входом первогоэлеме гГэ И, а его группа входов

5 и первая группа входов первого узла сравнения связаны с группой информационных выходов счетчика состояний, вторая группа входов первого узла сравнения подключена к первой группе выходов блока памяти эта0 лонов, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика состояний, информационная группа выходов которого является выходом задания кода устройства, предназначенным для подключения объек5 та испытаний, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия путем исключения формирования части неработоспособных состояний, в устройство введены формирователь сигналов сброса,

0 коммутатор и второй узел сравнения, первая и вторая группы входов которого соединены со вторыми группами выходов блока памяти эталонов и счетчика состояний соответственно, а выход соединен с первым

5 информационным входом коммутатора, второй информационный вход которого соединен с выходом первого узла сравнения выход - с входом запуска формирователя сигналов сброса и вторым входом второго элемента И, а адресный вход является входом переключения режима работы устройства, информационная группа входов формирователя сигналов сброса соединена с выходами первой и второй групп счетчика состояний, группа входов сброса которого соединена с группой выходов сброса формирователя сигналов сброса, причем формирователь сигналов сброса содержит с первого по (п - 1)-й элементы И, где п - разрядность кодовой коммутации, характеризующей состояние объекта испытаний, первый вход первого элемента И является входом запуска формирователя сигналов сброса, выходы элементов И с первого по (п - 2)-й соединены с первыми входами элементов И с второго по (п - 1)-й, вторые входы элементов И образуют группу информационных входов формирователя сигналов сброса, выходы - группу выходов сброса формирователя сигналов сброса.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем реализации режима работы с использованием модели

надежности в виде минимальных сечений отказов, второй узел сравнения содержит элемент И и m каналов, каждый из которых содержит первый и второй элементы ИЛИ и с первого по n-й элементы И, первые входы

которых образуют первую группу входов узла, вторые входы элементов И и входы эле ментов ИЛИ каждого канала образуют вторую группу входов узла, выходы элементов И и инверсный выход второго элемента

ИЛИ каждого канала соединены с входами первого элемента ИЛИ в каждом канале, выходы первых элементов ИЛИ являются выходами каналов, которые соединены с входами элемента И, выход которого является выходом узла.

Сущность изобретения: устройство содержит: счетчик состояний, формирователь сигналов сброса, 2 узла сравнения, блок памяти эталонов, коммутатор (6), 4 элемента И, 2 элемента ИЛИ, 2 элемента задержки, триггер, установочный вход, вход переключения режима работы, выход разрешения считывания, кодовую шину, выход остановки. 1 з.п.ф-лы. 3 ил.

Фиг 2

Фиг. S