Устройство для моделирования отказов с изменяющимся временным шагом Советский патент 1983 года по МПК G06N7/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ-ВРЕМЕННЫМ ШАГОМ Изобретение относится к вычислитель ной технике и может найти применение при разработке элементов технических систем, при исследовании влияния на надежность элементов внешней нагрузки и внутреннего строения, обуславливающего их прочность, при вероятностной оценке возможности перегрузки систем. Известно устройство для моделирования отказов, содержащее генератор тактовых импульсов, первый и второй генераторы случайных чисел, блок сравнения, статистический анализатор, первый и второй датчики чисел, первый и второй блоки задания параметров закона распре- деления вероятностей, блок памяти и бло сравнения ,1 3 . Однако это устройство не позволяет определить абсолютные значения интенсивности отказов. Известен также генератор экстремаль ных коррелированных случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсо генератор независимых случайных чисел. первый и второй умножители, сумматор, первый, второй и третий преобразователи, блок памяти, элемент зацоржки, датчик постоянных чисел и амплитудный дискриминатор. Этот генератор предназначен для ускорения получения экстремальных значений в коррелированной последовательности случайных чисел. Отказ элемента трактуется как превышение мгновенным значением изменяющейся во времени нагрузки мгновенного значения изменяющейся во времени прочности. Это происходит при малых мгновенных значениях прочности и при больших мгновенньрс значениях нагрузки L2 . Однако известный генератор непосредственно неприменим ни для моделирования отказов, ни для ускорения моделирования отказов. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования отказов, содержащее генератор тактовых импульсов, первый, второй генераторы коррелированных случайных чисел, первые входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы - с входами узла сравнения, и узел обработки ценных, первый вход которого соединен с выходом узла сравнения, а выход - с выходной клеммой устройства L 3 J . Это устройство позволяет получить путем моделирования не только значения относительно интенсивности отказов по отношению к интенсивности отказов в некоторых опорных условиях температуры и нагрузки, но и ее .абсолютное значение. Полезную информацию о безотказности дают те моменты сравнения прочности и нагрузки, где обнаружилось, что вторая величина больше или равка первой. Осталь ные моменты сравнения по сути дела лишние. Поэтому возникает задача умень- шения количества тех моментов сравнения которые не дают полезной информации, причем таким обрзазом, чтобы их уменьше ние не влияло на численные значения параметров безотказности, определяемые путем моделирования. Такое уменьшение количества моментов сравнения равноценно ускорению моделирования и при больших мгновенных значениях нагрузки. тгс Цель изобретения - ускорение процесса моделирования. Цель достигается тем, что в устройст во, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, блок обработки, состоящий из интегратора, счетчика и делителя, выходы интегратора и счетчика подключены соответственно к входам дел теля, выход которого является выходом устройства, и два генератора коррелирова ных случайных чисел, каждый из которых содержит датчик независимых пучайных чисел, два умножителя, сумматор, элемент задержки и блок извлечения квадрат ного корня, в каждом генераторе коррели рсванных случайных чисел вход датчика независимых случайных чисел подключен к выходу генератора тактовых импульсов а выход датчика независимых случайных чисел подключен к первому входу первого умножителя, второй вход которого подклю чен к выходу блока извления квадратного корня, вход которого соединен с первым входом второго умножителя, второй вход втррог о умножителя подключен к выходу элемента задержки и первому входу сумматора, второй и третий входы которого соединены с выходами второго и первого умножителей соответственно, вььход сумматора подключен к входу элемента задержки, выход блока сравнения соединен с входом счетчика блока обработки, а первый и второй входы блока сравнения подключены г. выходам сумматоров перового и второго генераторов коррелированных случайных чисел соответственно, дополнительно введены последовательно соединенные блок вычитания, амплитудный дискриминатор и блок возведения в степень, выход которого подключен к входу интегратора блока обработки и входам блоков извлечения квадратного корня обоих генераторов коррелированных слу- чайньк чисел, входы блока вычитания соединены соответственно с входами блока сравнения. На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, генераторы 2-3 коррелированных случайных чисел, блок 4 сравнения, блок 5 обработки, блок 6 вычитания, амплитудный дискриминатор 7, блок 8 возведения в степень. Блок 5 обработки содержит интегратор.9, счетчик Ю и делитель 11. Генератор 2 содержит датчик 12 независимых случайных чисел, блок 13 извлечения квадратного корня, второй умножитель 14, первый умножитель 15, сумматор 16, элемент 17 задержки. I Генератор 3содержит датчик 1в независимых случайных чисел, блок 19 извлечения квадратного корня, второй умножитель 20, первый умножитель 21, сумматор 22, элемент 23 задержки. Устройство работает следуюшим образом. Прочность, нагрузка и возникновение или отсутствие отказов моделируются в моменты времени, кратные некоторому промежутку времени Д-t . Прючность и нагрузка рассматриваются как случайный процесс, следовательно, значения прочности и нагрузки в эти моменты представляют собой последовательности коррелированных случайных чисел. Вследствие коррелированности каждое число в последовательности, моделирующей прочность или нагрузку, зависит определенным образом от предьщущего числа. В частности, если предыдущее число в последовательности, моделирующей нагрузку, велико, то маловероятно ожидать ее малое значение на следующем щагу. Точно так же, если предыдущее число, моделирующее прочность мало, то маловероятно ожидать ее большое значение на слецуюшем шагу. Поэтому в том случае, когда прецьщушее число в последовательности, моаелируюшей прочность, не мало и прецыдушее число в последовательности, моаелируюшей нагрузку, невелико, моделируется прочность и нагрузка не в слецукь ший момент времени, отстоящий от предыдущего на момент времени Д.t, а в некоторый более поздний момент времени Kuti где К целое положительное число, большее единицы. Во избежание искажения численного результата моделирования число К должно вводиться в узел обработки. При поступлении импульса с выхода генератора 1 тактовых импульсов в генераторе 2 вырабатывается случайное число, моделирующее значение прочности в определенный момент времени, а во вто- ром генераторе 3 вырабатывается случайное число, моделирующее значение нагруз ки в тот же момент времени. В блоке 4 эти числа сравниваются. Если число с вы хода генератора 3 больше или равно числу с выхода генератора 2, что моделиру ет возникновение отказа, то на выходе блока 4 вырабатывается сигнал одной полярности. Если же число с выхода ге- нератора 3 меньше числа с выхода генератора 2, что моделирует отсутствие отказа, то на выходе блока 4 вырабатывается сигнал другой полярности. Эти сигналы поступают на первый вход блока 5 для обработки совместно с другими сигналами. Случайные числа с выходов генераторов 2 и 3 поступают также на два входа блока 6 вычитания. Полученное чис ло характеризует близость числа с выхода генератора 3, модулируюшего нагрузку, к числу с выхода генератора 2, моде лирующего прочность. В амплитудном дискриминаторе 7 числа классифицируютс .по величине. Амплитудный дискриминатор 7 устанавливает, в какой из интервалов, покрываюших без перекрытий весь диапазон возможных его- значений, попадает . число с выхода блока 6 и вырабатывает порядковьй номер интервала, считая с ин тервала наибольшей близости, в виде сигнала, поступающего на вход блока 8 возведения в степень. Целое число К с выхода блока 8 возведения в степень по ступает далее на второй вход блока 5 обработки для использования при определении параметров безотказности и на вхо ы генераторов 2 и 3 коррелированных лучайных чисел для использования при енерировашти значений прочности и нарузки в следующий момент сравнения. Когда генерируются случайные числа равноотстояшие моменты времени, то орреляционный момент между соседними лучайными числами в последовательносях постоянен. Если промежуток времени ежду двумя соседними моментами вреени моделирования меняется, то менятся и корреляционный момент вумя последовательно генерируемыми ислами. Целое положительное число К с вькода блока 9 используется в первом и втором генераторах коррелированных случайньвс исел при генерировании следующего случайного числа для изменения корреляционного момента между предьщущими и последующими случайными числами. Генерирование коррелированных случайньк чисел описывается рекуррентным соотнощением X -y -aVnKui4. N: где % - случайное число, генерируемое на шаге с номером -j Q - отрицательная константа (произведение представляет коэффициент дрейфа); Ъ - коэффициент диффузии; N - независимое нормальное число с нулевой, средней и единичной дисперсией. Генератор 2 работает следующим образом. Предыдущее число с выхода сумматора 16 задерживается в элементе 17 задержки на один такт и поступает обратно на вход сумматора 16. Предыдущее же число, задержанное в элементе 17, в умиожителе 14 умножается на целое положительное число К. с выхода блока 8 возведения в степень, так что на выходе умно- жителя 14 образуется призведенйе CfXi kAt, которое поступает на второй вход сумматора 16 (умножение на константу QAt есть простое изменение масщтаба). В генераторе 12 вырабатывается независимое нормальное число, которое в умножителе 15 умножается на кпадратный корень из числа К с выхода блока 11, так что на вьрсоде умножителя 15 образуется произведение1эУК ul Ni+i, которое поступает на сумматор 16. Аналопгчпо работает второй генератор 3 коррелированных случайных чисел. В блоке 5 обработки вычисляется интенсивность отказов. Для этого число отказов, накапливаемое в счетчике 1О, делится на сумму промежутков времени, получаемую путем последовательного сумми1Х)вания в интеграторе 9 целых положительных чисел с выхода блока возведения в степень. Таким образом, изобретение позволяет ускорить моделирование отказов и позволяет повышать эффективность использования вычислительной техники. Формула изобретения Устройство для моделирования отказов с изменяющимся временным шагом, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, блок обработки, состоящий из интегратора, счетчика и делителя, вьгходы интегратора и счетчика подключены соответственно к входам делителя, выход которого является выходом устройства, и два генератора коррелирова ных случайных чисел, каждый из которых содержит датчик независимых случайных чисел, два умножителя, сумматор, элемен ;1адержки и блок извлечения квадратного корня, в каждом генераторе коррелированных случайных чисел вхоц датчика независимых случайных чисел подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход датчика независимых случайных чисел подключен к первому входу первого умножителя, второй вход когорого подключей к выходу блока извлечения квадра-. ного корня, вход которого соединен с первым входом второго умножителя, второй вход когорого подключен к выходу элемента задержки и первому входу сумматора, второй и третий входы которого соединены с выходами второго и первого умножителей соответственно, выход сумматора подключен к входу элемента задержки, выход блока сравнения соединен с входом счетчика блока обработки, а пергвый и второй входы блока сравнения подключены к выходам сумматоров первого и второго генераторов коррелированных случайных соответственно, отличающееся тем, что, с целью ускорения процесса моделирования, онб пополнительно содержит последовательно соединенные блок вычитания, амплитудный дискриминатор и блок возведения в степень, выход которого подключен к входу интегратора блока обработки ивходам блоков извлечения квадритного корня обоих генераторов коррелированных случайных чисел, входы блока вычитания соединены .соответственно с входами блока сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N9 813439, кл. G06F 15/20, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № ЗОО1862/18-24, кл. G06G 7/26, 1980. 3.Авторское свидетельство СССР № 64О304, кл. GO6F 15/2О, 1976 (прототип).