Устройство для статистического моделирования сложных систем Советский патент 1982 года по МПК G06F15/173 G06F17/00 

Изобретение отнсгсится к вычнспитепьг ной технике и может &1ть использовано при статистическом моделировании восста- навлнваемъгх в процессе эксплуатации сложных систем, имеющих структурную избыточность, с целью определения пока зателей надежности этих систем. Известны модели невосстанавливаемой сложной системы, представленной в виде графа, содержащее запоминающие триггеры управляемые ключевые схемы, которые выходами управления подсоединены к выходам зaпoмl:iнaющиx триггеров и соедине ны между собой в схему, отображающую граф, и триггер результата. Такие модели позволяют получить показатели надежности невосстанавливаемой сложной системы из характеристик сшзности графа с вероятностными ребрами, определяемых из наличия электрической проводимости между соответствующими вершинами по результатам розыгрыша состояния ребер Cl . : Наиболее близким техническим решением к предлагаемому яводется устройство для моделирования вероятностн1 го графа, содержащее блок кодирования и декодирования команд с ЭВМ, электронный коммутатор, с m+3 выходными щинами, vn триггеров памяти, m управляемых ключевых схем, m вентилей, лошческую схему, и триггер результата. Функционирование устройства происходит по циклам. Каждый цикл содержит тактовые моменты времени . Гд - сфос триггеров памяти и триггера результата; Т-, ,...,Сгп выдача импульсов на вентили; испытание схемы, отображающей граф на проводимость; - съем информации с триггера результата С21 . Известное устройство позволяет в каждом цикле испытаний (каждой реализашга) оценивать проводимость (связность) вероятностного графа fto отношению к пространственной картине распределения разомкнутых ребер (отказов сложной системе). Однако при этом не учитывается распределение размыканий ребер (отказов) во времени и возможность тек тцего восстановления разомкнутых ребер (отказов в системе) в случае потери проводимости графа, что соответствует потере работоспособности сложной системы. В известном устройстве испытание графа на проводимость проводится в конце реализа ции после пространственного набора размыканий его ребер, что также сужает область его применения, поскольку оно не позволяет после размыкания очепедного ре dp а контролировать текущую пров димость графа, соответствукадую текущей работоспособн ости сложной системы. Цель изобретения - расширение фушсциЬнальных возможностей устройства за счет моделирования процесса восстановления сложных систем. Для достижения поставленной, пели в известное устройство, содержшцее регистр памяти, триггер результата, на6of)Hoe поле и группу управляемых ключе вых схем, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами регистра памяти, а информационные входы и выходы управляемых ключевых схем группы соединень с соответствующими контактами наборного поля, соеди няемыми в со1этветствии с топологией моделируемой системы, введены одновибратор, формирователь импульсов, гене ратор случайного потока импульсов, дешифратор, генератор случайного временного интервала, элемент задержки, элемент И, два элемента ЗАПРЕТ, и генератор случайного числа, группа выходов которого через дешифратор соединена с группой информационных входов регист ра памяти соответственно, вход одновибратора является входом устройства и со динен с установочным входом регистра памяти и нулевым входом триггера резу тата, а выход одновибратора подключен входу формирователя импульсов и первому входу первого элемента И, второй вход которо.го соединен с выходом генератора случайного потока импульсов, а выход подключен к входу генератора слу чайного числа, и через элемент задержки - к информационному входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с вхо дом генератора случайных временных ин тервалов, выход которого подключен к управля1сщим входам регистра памяти и второго элемента ЗАПРЕТ, ннформаиион ный вход которого соединен с выходом формирователя игугпульсов, а выход - с единичным входом триггера результата, единичный выход которого является выодом устройства, информационный и управляклций входы первого элемента ч, ЗАПРЕТ соединень с соответствующими контактами наборного поля. Устройство ориентировано на восстанавливаемые сложные системы, для которых существенный интерес представляют показатели надежности на конец времени ксплуат(ации и характерно следующее: система содержит m различных элементов; появление количества отказов элеентов О, 1, 2m и время появления каждого отказа в пределах всего времени работы системы подчиняются произвольным законам распределения, определяемых расчетными или экспериментальны1)ш методами; в процессе эксплуатации рабо.TOcnocoftjocTb бистемы непрерывно контролируется; в случае потери рабрт.оспособности система немедленно полностью восстанавливается; время восстановления подчиняется любому заданному и закону распределения. На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит генератор 1 случайного потока импульсов, одновибратор 2, элемент И 3, генератор 4 случайных чисел, дешифратор 5, регистр 6 памяти, группу ключевых схем 7,..., 7 ,... 7 , элемент 8 задержки, первый элемент ЗАПРЕТ 9, формирователь 10 импульсов, второй элемент ЗАПРЕТ 11, генератор 12 случайных временных интервалов, триггер 13 результата, наборное поле 14. Устройство работает следующим образом. Сигнал опроса, соответствуквдий очередной статической «реализации, поступающей на вход устройства, устанавливает решстр 6 памяти в исходное состояние, отпирая тем самым ключевые схемы 7,..., 7,... 7, опрокидывает в исходное состояние триггер 13 результата и запускает одновифатор 2, который открьюает элемент И 3 на заданное время At, соответствукицее времени.работы системы. В течение этого времени импульсы от генератора 1 случайного по- i тока импульсов поступают на вход генератора 4 случайных чисел и запускают его. При этом с приходом каждого запускакшего .импульса на выходе генератора 4 формируется одно случайное число, например, в двоичном коде, которое поступает на входы дешифратора 5, где дешифруется и по соответствующей шине 1 опрокидывает тот триггер регистра 6 памяти, номер которого соответствует номеру i выходной шины дешифратора 5, При этом запирается ключевая схема 7,-, соответствует отказу i -го элементаГ сложной системы. Кадщый запускакяций импульс задерживается элементом 8 задержки на вре мя от момента генерации случайного чисЦ ла в генераторе 4 до момента запирания соответствующей ключевой схемы dt и подается на вход моделирующей, набранной на наборном поле схемы для испытания ее на проводимость и на первый вход первого элемента 9. Если проводймоеть модулирукшей схемы между ее входом и выходом отлична, от нуля, что соответствует работоспособному соетоянию сложной системы, этот импульс появляется на выходе модулирующей схем и поступает на второй вход первого элемента 9. При этом первый элемент ЗАПРЕТ 9 запирается и импульс с его первого входа на выход не поступает. Если проводимость моделирующей схемы между ее входом и выходом равна нулю, что соответствует отказу сложной системы,, запирающего импульса на втором входе элемента ЗАПРЕТ 9 не будет, и импульс с первого входа поступает на его выход. Таким образом, в зависимости от . пространственной картины накопленных элементарных отказов в сложной системе, которая моделируется состоянием соответствующих ключевых схем, различается работоспособное и неработоспосойюе состояния системы. Факт отказ сложной системы фиксируется наличием импульса на выходе первого элемента ЗАПРЕТ 9. В случае отказа импульс с выхода перво1Х элемента ЗАПРЕТ 9 запускает генератор 12 случайных веременных интервалов, на выходе которого формируется импульс напряжения случайной длительности fltg , соответствующий времени восстанов ления системы в данной статистической реатгазации, который сбрасьгаает в ноль все триггеры регистра 6 памяти, удерживая их в этом состоянии на время (восстанавливает систему), и запирает по второму входу второй элемент ЗАПРЕТ 1 По окончании времени at задним фронтом импульса с выхода одновибратора 2 запускается формирователь 1О импульсов, который формирует на выходе один импульс, момент появления которого соответствует времени окончаний статистической реализации (работы системы). Этот импульс поступает на первый вход второго элемента ЗАПРЕТ 11. Если в момент окончания статистической реализации системы находится в режиме восстановления, то второй элемент ЗАПРЕТ 11 заперт по второму входу наУ1ряжеш1ем с выхода генератора 12, и импульс с первого входа элемента ЗАПРЕТ 11 на его выход не проходит , т.е. триггер 13 резуль гата остается в исходном состоянии, Этот случай соответствует тому, что в интересующий нас момент конца работы системы последняя неработоспособна. : Такая реализация считается неуспешной, Если же запирающего напряжения на втором входе элемента 11 не будет, то импульс с его первого входа поступит на выход и шрокннет триггер 13 результата. В этом случае, считается, что в мо-: ет окончания работы система работоспособна, а сама реализация успешна. Таким образом, анализируя состояние .триггера результата в каждой реализация ггр :цикла статистических испытаний предла- гаемого устройства, можно получить опенку надежности слсекной системы, на момент окончания ее работы с учетом восстановлений по формуле /лп /. PUt), где п - количество успешных реализаций;; N - объем статистической выборки. При настройке устройства задаются следующие его параметры: интенсивность потока Л и закон распределения интервалов между импузплами случайного потоку .на выходе генератора 1; временной интервал ui , который выбирается исходя ;из интенсивности импульсного потока X , расчетных вероятностей попадания того ли иного числа импульсов в этот интервал, соответствующих появлению того :или иного числа элементарных отказов в системе за время его работы, и выбранного масштаба времени; закон распределения случайных Чисел на выходе генератора 4, юторый, как правило. ;задается исходя нз известных вероятностей отказов элементов системы; средisee время восстано ения системы ui. или интенсивность восстанотления систе 1. -1 - 1МЫ NV , ., а также закон распределе i6 Нин времени восстановления, который обычно бывает энспонешшальным. В этом случае также необходимо учитывать временной масштаб. Время задержки элемента 8 выбирается из условия ., Лtpp- дtц C где . время генераНИИ случайного числа генера-тором 4; дtдщ,лtpr,,Дt. - время переходных процессов в дешифраторе 5,регистре б памяти и клк чевых схемах 7 соответствен йо. Методическую погрешность определения момента начала восстановления системы, вносимую элементом 8 задержки, можно исключить соответствующей задерз кой импульса с выхода формирователя 10 импульсов на время ut3. Наличие величины д4,70 накладывает дополнительные ограничения на параметры случайного импульсного потока на выходе генератор 1, которые должны бьг такими, чтобы вероятность попадания дву и более, импутшсов в интервал времени, меньший или равный ut, была пренебрежимо мала.. Положительный эффект предлагаемого устройства состоит в расширении функциональных возможностей известного за счет моделирования процесса восстановления сложных систем. Формула изобретения Устройство для статистического моде лирования сложных систем, содержащее регистр памяти, триггер результата, наборное поле и группу управляемых клю чевых схем, управлякяцие входы которых соединены соответственно с выходами регистра памяти, и информационные входы и выходы управляемых ключевых схем группы соединены с соответствующими контактами наборного поля, соединяемым В соответствии с топологией моделируемой системы, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных ВОЗможностей устройства за счет моделирования процесса восстановления сложных систем, оно дополнительно содержит ойновибратор, формирователь импульсов, генератор случайного потока импульсов, дешифратор, генератор случайных временных интервалов, элемент задержки, элемент И, два элемента ЗАПРЕТ и генератор случайного числа, группа выходов которого через дешифратор соединена с группой информационньрс входов регистра памяти соответственно, вход одновибратора является взоодом устройства и соединен с установочным входом регистра памяти и нулевым входом триггера результата, а выход одновибратора подключен к входу формирователя импульсов и первому ВХОДУ элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора случайного потока импульсов, а выход подключен к входу генератора случайно. числа и через элемент задержки к информационному входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом генератора случайных временных интервалов, выход которого подключен к управляющим входам регистра памяти и второго элемента ЗАПРЕТ, информационный вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход - с единичным входом триггера результата, единичный выход которого является выходом .устройства, информационный и управляющий входы первого элемента ЗАПРЕТ соединены с соответствующими контактами наборного поля. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Четвериков В. Н., Баканович Э, А., Меньков А. В. Вычислительная техника для статическот модулирования. М., . Сов. , 1978. 2.Авторское свидетельство СССР № 222754, кл. d 06 F 15/2О, 1965 (протсзтип).