Устройство для прогнозирования надежности Советский патент 1982 года по МПК G06F17/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ

1

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для прогнозирования надежности технических объектов по текущим значениям реализации, представленных в виде непрерывных случайных процессов воздействия, а также по сведениям о предельных возможностях технических объектов, т.е. сопротивляемостях.

По основному авт. св. № известно устройство для прогнозирования надежности, содержащее последовательно соединенные коррелятор, анализатор случайного процесса и первый вычислительный блок, а также блок произведения, подключенный выходом к выходу устройства, а первым входом - к первому выходу блока управления, причем вход коррелятора и второй вход анализатора случайного процесса соединены с первым входсж устройства, устройство также содержит второй вычислительный блок и блок

деления,подключенные первыми входами к второму входу устройства, а вторыми входами - к первому выходупервого вычислительного блока, второй выход которого соединен с третьим входом второго вычислительного блока, подключенного четвертым входом к третьему входу устройства, пятым входом - к второму выходу блока управления, а выходом - ко второму входу блока произведения, третий вход которого соединен с выходом блока деления.

Устройство позволяет прогнозиJJ ровать плотности распределения функций надежности, т.е. оценивать прогнозируемые значения надежности с любой гаран1:ироаанной вероятностью, для случая нормального закона распределения сопротивляемости технического объекта. Для нормального закона F (тг-) распределения сопротивляемости X и стационарного СП воздействия на технический объект. представленного последовательностью одинаково распределенных некоррелированных наибольших (для каждого из интервалов корреляции) случайных величин, гарантированную функцию надежности можно выразить в виде последовательности случайных величин Cj (п) - вероятности безотказной работы. Плотности распределения «х (п) для каждого интер вала корреляции (т.е. для любого момента времени) могут быть определены 1О формуле uJCn) -e,(i) где )ju)(ien(o-, (1) I 1 n-enMnu))l-xl .,| Р) (5й - среднее квадратичное отклоне ние сопротивляемости; S - константа; со- аргумент плотности распределения функции надежности.изменяющийся от О до 1; Lt и ft - соответственно параметры по-, ложения и масштаба, определя ющие закон распределения некоррелированных наибольших значений СП воздействия; X - математическое ожидание сопротивляемости Си. Недостатком известного устройства является невозможность прогнозирования плотности распределения функции надежности в случае равномерного закона распределения сопротивляемости. На практике может возникнуть ситуаци когда нельзя выдвинуть какую-либо гипотезу в виде закона распределения сопротивляемости, а известны только границы ее.изменения. В этом случае распределение сопротивляемости аппро симируется равномерным законом. Тогда функция распределения ЕА {j,i(co) для каждого интервала корре ляций может быть определена по форму ле . At- - /fSCn n-6n(--enu))-c (2(}() где сив- соответственно нижняя и верхняя границы измерени случайной сопротивляемости . Цель изобретения - расширение его функциональных возможностей за счет оценки функции распределения вероят9 (4 4 ности безотказной работы при равномерном законе распределения сопротивляемости. Указанная цель достигается тем, что устройство для прогнозирования надежности содержит первый переключатель, блок логарифмирования, регистр сдвига, блок сравнения, блок возведения в степень и второй переключатель, первый и второй входы которого подключены соответственно к второму и третьему входам устройства, а третий вход - к четвертому входу устройства и первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к пятому входу устройства, а выход через блок возведения в степень - к четвертому входу второго переключателя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с четвертым и пятым входами второго вычислительного блока, выход которого подключен к входу первого переключателя, первый выход которого соединен с третьим входом блока произведения, а второй выход через блок логарифмирования - с входом регистра сдвига, выход которого подключен к второму выходу устройства. На чертеже представлена блок-схема устройства для прогнозирования надежности. Устройство содержит-коррелятор 1, выход которого соединен с первым входом анализатора 2 случайного процесса. Вход коррелятора 1 и второй вход анализатора 2 подклю4ены к первому входу устройства. Выход анализатора 2 соединен с входом первого вычислительного блока 3, первый выход которого подключен к первым входам блока и второго вычислительного блока 5, а второй выход - к второму входу блока 5- Третий вход блока 5 соединен с первым выходом блока 6 управления, а второй выход последнего - с первым входом блока 7 произведения. Второй вход блока 7 подключен к выходу блока деления, третий вход - к первому выходу первого переключателя 8, а выход - к первому выходу устройства. Вход первого переключателя 8 соединен с выходом второго вычислительного блока 5 а второй выход - через блок 9 логарифмирования - с входом регистра 10 сдвига, выход которого подключен к второму выходу устройства. Второй вход устройства соединен с первым входом второго переключателя 11 и вторым входом бло ка 4 деления. Третий вход устройства подключен к второму входу переключателя 11. Четвертый вход устройства соединен с третьим входом второго пе реключателя 11 и с первым входом бло ка 12 сравнения. Пятый вход устройства подключен к второму входу блока 12, выход которого через блок 13 воз ведения в степень соединен с четвертым входом переключателя 11. Первый и второй выходы этого переключателя подключены соответственно к четвертому и пятому входам второго вычисли тельного блока 5. В основу построения устройства положен принцип использования второг вычислительного блока прототипа, поскольку ме(ду формулами (1) и (4) много общего. Первый и второй переключатели 8 и 11 предназначены для различных вариантов соединений блоков в зависимости от режима работы. Блок 13 возведения в степень необхоДИМ для компенсации операции возвед ния в квадрат. Блок 12 сравнения служит для определения разности меж ду верхним и нижним пределами изменения случайной сопротивляемости. Блок 9 логарифмирования предназначен для определения показателя степени в экспоненте, оцениваемой вторым вычислительным блоком прототипа. Регистр 10 сдвига необходим для устранения двойки в знаменателе показателя степени экспоненты путем его умножения на два. Устройство для прогнозирования н дежности работает в двух режимах. Режим 1. Нормальный закон распре деления сопротивляемости (выход второго вычислительного блока 5 через первый переключатель 8 соединен с входом блока 7 произведения, а четвертый и пятый входы через второй пе реключатель 11 - соответственно с третьим и вторым входами .устройства) Информация о воздействии на техни ческий объект в виде случайного процесса в форме непрерывного электрическбго си гнала,например, температуры, вибрации, U(t) поступает с входа I устройства на вход коррелятора 1 и на второй вход анализатора 2 случайного процесса. В корреляторе определяется автокорреляционная функция случайного воздействия, а по ней ее интервал корреляции дТ. Интервал корреляции задается анализа тору 2 случайного процесса, в котором случайное воздействие разбивается на промежутки и затем в каждом из полученных промежутков определяется наибольшее значение. Эти наибольшие значения поступают на вход первого вычислительного блока 3. В блоке 3 определяются параметры 13 и о. функции РЛ(и) распределения неко релированных наибольших значений (J СП воздействий U(t), которые подаются на входы второго вычислительного блока 5. Параметр В поступает также на первый вход блока деления. Блок 5 оценивает величину В в соответствии с формулой. (3) ( математическое ожидание х и среднее квадратическое отклонение6 х сопротивляемости подаются на блок 5 соответственно с входов III и II устройства через второй переключатель 11, а текущие значения п - с блока 6 управления). В блоке k деления определяется величина А по формуле (2) ((э X поступает на вход блока k с входа П устройства). Аргумент о) плотности распределения функции надежности задан с определенным шагом в блоках 4 и 5 в зависимости от требуемой точности. При поступлении с выходов блоков 4 и 5 обеих величин А и В на блок 7 произведения по команде , с блока 6 управления осуществляется вычисление плотности распределения ))функции надежности в соответствии с выражением (1). Определенные вeличиныЧ,(cl)) при различных текущих значениях глубины прогноза п подаются на первый выход устройства. Режим 2. Равномерный закон распределения сопротивляемости (выход BTO-I рого вычис 1ительного блока 5 через первый переключатель соединен с входом блока 9 логарифмирования, а четвертый и пятый входы через второй переключатель 11 - соответственно с четвертым входом устройства и выходом блока 13 возведения в степень). Информация о воздействии на технический объект в виде случайного процесса в форме непрерывного электрического сигнала, например, давления, температуры и т.п., U(t) поступает с входа I устройства на вход коррелятора 1 и на второй вход анализатора 2 случайного процесса. В корреляторе 1 определяется автокорреляционная функция воздействия, а по ней ее интервал корреляции ut. Интервал корреляции задается анализатору 2 случайного процесса,в кото-. pdM случайное воздействие разбивается на промежутки дС и затем в каждом из полученных промежутков определяется наибольшее значение, Зти наибольшие значения поступают на вход первого вычислительного блока 3. В блоке 3 определяются параметры и и /л. функции FjjCU) распределения некорр лированных наибольших значений и СП воздействия U(t), которые подаются на входы второго вычислительного блока 5. На четвертый вход блока 5 с четвертого входа устройства через второй переключатель 11 поступает нижний предел С изменения сопротивляемости. На пятый вход блок 5 с пятого входа устройства через схему 12 сравнения,блок 13 возведения в степень и второй переключатель 11 поступает величина,равная (d-c) . В блоке 5 определяется экспонента, показатель степени которой соответствует формуле (4), но с двойкой в знаменателе. Эта величина через первый переключатель 8 засылается последовательно на блок логарифмирования, где оценивается значение показателя экспоненты, и на регистр 10 сдвига, в котором устраняется двойка в знаменателе путем домножёния на два. Определенные величины )() при различных текущих значениях глуг бины прогноза п поступают на второй выход устройства.

Предлагаемое устройство позволяет определять прогнозируемые значения плотности распределения функции надежности в случае равномерного закона распределения .случайной сопротивляемости . Это дает возможность оценивать функцию надежности с любой степенью гарантии при условии минимума информации о законе распределения сопротивляемости.- Экономический эффект от внедрения изобретения в

народном хозяйстве может быть оценен суммой ущерба, вызванного непредвиденными отказами технического объекта по причине отсутствия прогноза гарантируемой функции надежности в условиях минимума информации о законе распределения сопротивляемости.

Формула изобретения

Устройство для прогнозирования надежности по авт. св. If , отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных

5 возможностей за счет оценки функции распределения вероятности безотказной работы при равномерном законе распределения сопротивляемости, оно содержит первый переключатель, блок логарифмирования, регистр сдвига, блок сравнения, блок возведения в степень и второй переключатель, первыйи второй входы которого подключены соответственно к второму и третьему входам

5 устройства, а третий вход - к четвертому входу устройства и первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к пятому входу устрой ства, а выход через блок возведения

В степень - к четвертому входу второго переключателя, п врвый и второй выходы которого соединены соответственно с четвертым и пятым входами второго вычислительного блока, выход которого подключен к входу первого переключателя, первый выход которого соединен с третьим входом блока произведения, а второй выход через блок логарифмирования - с входом регистра сдвига, выход которого подключен к второму выходу устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 7AZ957, кл. G 06 F IS/ffi, 1978 (прототип).