RU10471U1 - Устройство оценки комплексных показателей надежности сложной технической системы - Google Patents

Abstract

Устройство оценки комплексных показателей надежности СТС, состоящее из блока управления, двух блоков суммирования, двух блоков умножения, блока нахождения экспоненты, блока деления, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок управления, блоки сложения, блоки умножения, блок нахождения экспоненты, блок деления, причем установочные входы всех блоков соединены с первым входом устройства, первый выход блока управления соединен с управляющим входом первого блока суммирования, второй выход блока управления соединен с управляющим входом первого блока умножения, третий выход блока управления соединен с управляющим входом блока нахождения экспоненты, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом второго блока умножения, пятый выход блока управления соединен с управляющим входом второго блока сложения, шестой выход блока управления соединен с управляющим входом блока деления, первый информационный вход первого блока сложения соединен с пятым входом устройства, второй информационный вход первого блока сложения соединен с шестым входом устройства, четвертый информационный вход первого блока сложения соединен с седьмым входом устройства, выход первого блока сложения соединен с первым информационным входом первого блока умножения, второй информационный вход первого блока умножения соединен с третьим входом устройства, третий информационный вход первого блока умножения соединен с четвертым входом устройства, выход первого блока умножения соединен с информационным входом блока нахождения экспоненты и со вторым информационным входом блока деления, выход блока нахождения эксп

Description

(ЗЦЕНЖ К(ЗЖШЕРССНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖН(ЗСТЙ

слзжной ТЕ: НЯЧЕСКОЙ сйотвш

Полезная модель отн(зсится к вычислительной технике и может быть испсзльзована для оценки комплексных пор;аза.телей недежности сложной технкческгж срютемы (ОТС).

Известно устройство (а. 2002301). Однако это устройство не псззБоляет производить оценку надежности ОТС по известны значениям едишшных пор азателей надежности ее подсистем.

Наиболее близи1м по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для определения ;;атег0рии качества объектов (а.сЛ5 1830536), содержщее группу блоков задания показателей, две группы элементов И, группы блоков сравнения и две группы элемент(зв задержкг,, кот(зрое и принято за протсзтип.

Далное устройство т.акж.е не позволяет произвсздить обобщенну : оценку надежности ОТО по данньпл о надежности ее подсистем.

Цель СОЗД.9НИЯ полезной модели - р,асширение функциональньк возможностей устройства за счет введения новьк блоков и орг.элизации связей между итли для обеспечения оценки гюмплексного покчазателя надежности ОТО.

Поставленная цель достигается тем что д,знное устройство за счет применения бЛОка управленрш, двух блоков сложения, двух блоков умшжения, блока нахождения экспоненты, блока деления и организации связей между нжш позвсзляет рассчитать комплексные псжазатели надежности ОТО.

Функциональная схема устройства для оценки безотказности представлена на Фиг.1.

Устрсзйство оценки комплексных показателей надежности ОТО CQдержит блок 1 упр,здления, блоки , 6 сложенрш, блоки 3, 5 умножения, блок 4 нахождения экспоненты, блок 7 .деления.

Причем устан(зв(зчные входы О всех блоков соединены со вх(здом О устройства, первый вьжод блока 1 управления соединен с упр.авлявэпЦШ входом 1 блока 2 суммирования, второй выход блсзка. 1 управления соединен с управляющим входом 1 блока 3 умножен11я, третий вьк(}Д блеска 1 упр.авления соединен с управляющим входом 1 блока 4

УСТНЗЙСТВО

нако}кдения эьк:поненты, четвертый БЬКОД блока 1 управления соединен с упрйЕляющгш входом 1 блеска 5 умножения, пятый выход блока 1 упр,ВЕления соединен с управлнюнцш входом 1 бл(зка 6 сложения, шестой выход блока 1 управления соединен с управляющик- входом 1 блока деления J инф(зрмащ-юнный вход блсрка S сложения ссзединен со входом Л1 устройства, информационный вход 3 блока 2 сложения с(зединен со вх(здом Хо устройства, информщионный вход 4 бл(жа S слезженил ссединен со вход(зм 1з устройства, вых(зд блок.з. 2 сл(жения с(2единен с инфгзрмационным входом 2 блока 3 умножения, ршфОриационный вход 3 бл(зка 3 умнсжения соединен со входом t устрсзйства, информационный вход 4 блока 3 умнсжения соединен со входом -1 устр(зйства, вььчод блока 3 умнсжения соединен с информащ-кзнньм вх(здо-м 2 блока 4 нахождения экспоненты и с информэционны1 4 входом 3 блока деления, выход блока 4 НБХождения экспоненты соединен с инфс/рмацисзнньм входом 3 блока 5 умножения, с ршформжщонным входом 2 блока 6 сл(жения и с выходом R(t) устрОйства, информ.ддгтанный вход 2 блока 5 умножения соединен со входом Фо устройства, вых(ед блока 5 умножения соединен с вькодом Ф(л.) устройства, информ,зционный вход 3 6 суммирования соединен со входом -1 устройства, выход блок.. 6 суммирования соединен с информ.ащюнньм входом 2 блока 7 деления, выход блока 7 деления соединен с выходом г 0.1 устройства.

Принцип раб(зты устрс-йства для оценки жмплексшзго показателя Надежности сложной техн1иесг:(зй систеьш заг шочается в применении теории марковс а1х случайньк процессс в для оценки н.г -хности СТС.

Ур(звень качества функцшзнирования конкретной сложной технической систе1&1 (комплекса) предстзвляет собой отношение xap.ai-tTe-РИСТР1КИ качества функционирования ее в дамнсзм с(зстоя.нии Фа (л-) к характеристике качества фунр;ц1юнирования в исправном состоянии Фк(1.)

где R(t) - выражается в долях или процентах характеристики качества функционирования в исправном состоянии.

Опыт боевого пр1шенения показывает, что состояния комплекса могут быть различными, а выполняемые функции разнообразными, поэтому характеристику качества функцркжирования м(жн(з представить в ввде

R(t.) Фs(t)/Фк(t), - (1)

) Ф s(t.) ,

-,-i f

Ч.1 rfl -1 v.-

Si(t)

set) (t)

Подмножество {SiCt),... ,Si(t)} -- состояния рюмплекса, выраженные , напрршер, -Значениями различных паралетроЕ а подмножество {Si+i(t),...,SL(t) определяет решаемые задачи Е том числе задачи, имеюще место при проведении техническ(5го обслуживания.

JiTSK, если известны задачи шзмплегюа, Т(3 каждому состоянию S(t.) соответствует определенное значение характеристик к,ачества ег-о функционирования в зт(зм состсзянии. Тогда рассм,8.триваем,зя характеристик,а зависит только от сост{зяния (при фиксиров,анн(}й задаче) и ГЕОзволяет оценить колршественно степень приспособляемости комплекса к выполнению задачи в данном состоянии и является мгновенной оценкой ее функционировзния.

Показателем Рыачества фунрщионировзл 1Я в момент времени t следует считать математическое ожидание случайной функщ ги ws(t) как среднее по множеству наблюдешш случайного 1роцесса Ф S(t)

Ф(1) - М{ Фs(t)} М{ ф Sft) }.(3)

Соответственно показателем качества функщюнирования комплекса в исправнсж СОСТОННРШ (идеально безотк,9зный) в. момент t является условнсзе математическое ожщание функции Фй(1) при учете его исправного состояния ьк(1)

Фк(t) Ш (t) / SK(t) },

b(t)

- 3 / о

- ..

случайный веккзр состоянии комплекса. Б момент Бремени t

1 N

v,J

. , 4- Ч

(Г .,

.;

т.е. Е испраЕном состоянии находятся все элементы подмшжества iSiCt), .. ,Si (t). Поэтому ЕбШГЧРша Фи(1.) уг;азыБает, нужно ли выполнять задачу в момент времени t или нет.

Езпример.. для одн(зфункциональн(зг(з комплекса вектор с(5стояний залишется в виде

с .f ч

-H.t; а

Фйк(Ь) -н

где (t) - характеристика качества функционщэования идеальн(зго комплекса fe произвольный момент времени;

%(t-) - карактеристика качес-тва его функциониров.ания в исправном состоянии (в момент выполнения задачи). (Зтсюда следует, что

где PsH(t)P Si4-i(t)l - вероятность того, что в момент t есть потребн(зсть в выполнении задеми.

В соответстврш с (1) отношение пок,азателя качества функционир(звания рузнкретното ксзмплекса к пок;азателю качества, функцис нирования идеальног(з комплекса м(жно назвать относительным п(зка ;ателем рвачества функционирования, который дает ш-новенн ш оценку на-дежнсзсти системы и представляет собой математическое ожидание уровня качества функционирования :-ЮшПлекс;-а в д.энный момент времени.

- 4 -(5)

(б)

I Фк, если )l; и, если Si4-i(t)0j

Klt) - HPsKCt),(8) выражение (3) будет определяться формулой Фк(Ь) М{ ®sK(t) . Следовательно, в даншж случае справедлива зависимость 3i+l(t) фиксироЕШГнььх значений где Фк характеристика .чэлтестЕа функдионяроБания исправногсз комплекса. Мак,сиу,1вльное значение Фи целесообразно пр1шять за 100%. Тогда остальным значениям Ф, можно присвоить их процентное отношение к Фк Если положить что в рюнгфетный момент Фи(--)Ф1, то выражение (1(3) хар,8к.теризует уровень качества функ-щ-юниро-вания к(жплекса в данный момент. Как отмечалось, случайный процесс Фз(л.)Ф1 можно рассматриваяЬ как совокупнс сть его ре.влизацкй. (Зчевщно, каждой реализации Фе(1) процесса функционирований комплекса в заданном интервале времени t-i с t ts ЛОгично противопост.авить числовую оценку 3sLti,t.2 этой реалР1зации, которая характеризует качество и полноту выполнения задачи в интервале времени .2 при условии, что наблюдалась шленно д,энн,эя рез.дизаЩШ функционирования, и назвать выходным эффектом. Таким образом, величина ,t - это функционал от реализации пр(}цесса функщ онирОВания ггомплекса в данном интервале времени . ,t2 Э{ Фз(1)Д.1 с t t . (11) П(жазатель выходного в интервале времени ti t с to. есть средний ее эффект, представляющий собой математическое (жидание положительного результата .i,t - М{ ,t } Mi (1.)Д.1 t t (1Й) Фи Ф1 Фл.(S) fix - 100 Фх / (10)

ч&ЕЕото ОТ дакн(зг(Э комплекса к ожидаемому среднему э(|фекту от идеального (безотказного) комплекса.

rLtbto / ,(13)

где . - показатель выходного эфЬекта вдеального комплекса в интерБзле времени ti t tg.

Величина ,12. есть условное математическое ожидание выходного эффекта SsCtijta при условии, что в течении всего рштерв ла времени ti € t to комплекс на; одш1ся в испр.авном состоянии SH(t) 3KflLt.i,t Ш .i,(t). ti

Как видно, показатель (13) дает интервальную оценку надежности комплекса.

Допустрш, что требуется опытным путем установить показатели надежности РУК, котс/рый долж-ен непрерывно выполнять задачу по поражению объектов в течении интервала времени (},1крЗ Схема РУК приведена на Фиг.5.

Информадьая с выхода псздсистемы (ПС) развед ги в виде поторыЗ, объек.тов поступает на вхсед ПС управления, где пре(3бр,азуется в псзток целей для поражения, ибрас-отанная инф(зрмаЩШ поступает на входы ПС поражения 1 и S. Интенсивность пора; |-;ения объект(зв }-«аждой подсистемой пОражения .одинакова и равна 5 объер;тов/час.

При решении задачи учитываются следуьэще огралячения и допу--. щения:

р,азведывательно-ударный юомплекс - однофункщфонаж ная слсжнзя техническзя система, состоящая из четырех подсистем, ксзторые рассматриваются шж простые элементы;,

кбгждый элемент может находится в 2-х состояниях

,

j 1. если i-ый элемент работоспособен,

. 2, t € to.}, (14

процессом;

разведыЕательно-ударный ксзмплекс относится к классу неЕосстанавлиЕ,аемых сложных технических систем.

С учетОМ вышеизложенного поркдОК расчетсзв по подтверждению требов,лий к нздежнс-сти РУК должен осуществляться по определеннсж схеме.

1. Отказы в -элементах рюмпле жа хар.актеризуются экспоненциальным заксшом с ПОСТОЯННО интенсивностью. Напрршер, Пи разввДхЧИ Xi - 0(33 1/Ч, ПС управления 1 1/ч, ПС поражения 1 и 2 Яз - Л4 -ОЛ 1/Ч.

И. Состояния РУК описыв,аются Б-мерньДй вектором

Si(t)

Компоненты Sift), ), Зз(Ь), S4(t) определяют состояние элементов РУК и могут принимать значение О (неработоспособен) и 1 (работоспособен). КомпонентаS5(t) учитывает потребность в выпол-v-r ,-. TV4 WT Г. тг Г-1ТТТ -рг -г -IT ft T W-ITW t .-. v- .-. t-. г-i - т ггч .-. -г .-, tr ,-, - i-rt л v-i -r .-% ту j-

лспуш С Л:Д17г-х1-1 И Jj iipi-Hvicpc i.-triJinai, J. хэ xt S--nwia bUsIiJ riniwpaiTi-iliri

Бремени. Поэтому, для даннсзго случал, состояние ГиОмплекса описывается 4-мерным веьстором

S4(t) каждая составляющая которого определяет состояние однсзго из элементов РУК, а S5(t)-l.

Состояние S4 можно интерпретировать как двоичн(зе число. Очевидно, что удобно выписать все возможные сост(зяния комплекса в порядке следования натур зльногчз ряда чисел в двоичн(ж системе счисления, трансфсзрмировав вер;тор-столбец S4 в вектор-строр л/ SSo- (0000), Si(0001), (0010),S3(ODll), (0100), S5(0101), S6(0110), (0111), ), SQ(IOOI), ), Siir(101i), ), Si3(1101), Si4 (1110), (llll).

иг-, f -

Ш1

с -. i

II--Ч- II

, / f j

V -;

Sift) S t.)

Ssit)

с - .4- N . -4 V - / ii

Каждсжу cocTQHHiffi) стаЕится в соотЕетствие харак-теристика качества фуККЦ1ЮНИр(ЗЕаНИЯФй(1) РУК Б этом ССЗСТОЯНИИ. Способ BbLlOJlнения задачи (шределяется набором iNj} элементсзв РУК, одновременно исп(зльзубмьк для д,5нной цели.

3. За характеристику рвачества фуньщионирования принршается огневая производительшзсть РУК т.е. количество пораженньс-( объектов противника в единицу времени. При исправной работе РУК (состояние Sis) характеристика., качества, функционирован1ш объектов/час. При отказе одной.из подсистем поражения объектов/час. При полно отказе комплекса. Ф , . 4,..., 15. Здесь же д.аны характеристирж качества фун.кщкзнирования РУК для различных способов выполнения задачи.

4. .Определяются вероятности Р (t) состоянии в любой момент времени, рьоторые представлень.) в виде графка с(эст(зяний (Фиг.З). Переход РУН из одного состояния в другое характеризуется отказом только одного злемента. Величина Xidt является вероятностью перехода F-УК из одного состояния в другое за пр(жежут(Ж. времени cit.

Способы выполнения задачи и состветствурэщие 1Ш наборы iNj} элемент(зв комплекс.а

Так г;а,к изменения сгзстояний .РУК описывается однородным марк(звским пр((зм с непрерывным временем и к(жечным числом дискретных .состояний, то вероятности нахобщения комплекса в состояниях ншшдятся путем решения системы линейных дифференциальны;-с

Таблица, i

УРЭ.БК9НИИ С ПОСТОЯКШыМИ К(3314.Ц ИЦК6КТаМИ где f i.j o-i.jВ ршеет

Тогда система ди)|)ференциал1 ных урр зненкй оудет выглядеть следующим образом

Po{t) -Ol + lo 4 Хз - A4)Po(t.),

Pi4t)- UPoCt) - (ii + X -t- i3)Pi(t.), poCt)- XsPoCt) - ai + IE + i4)P2(t),

PsCt)- IsPlCt) 4 4P2(t) - (AI + X)P3(t) и т.д. Далее задшзтся следующие начальные dp V n злемешты матрицы интенсивностей переходов, э р.зссматрИБа9мом примере матрица интенсивностей переходов конкретный вид (тзбл.й). и соответствующе ям иктенсивности переходов ,. XJ. -. ,, - i 1 .L. ..i U-j -; Таблица S Состояния РУК условь-ш для вероятнССтей дятся вероятнс-сти состоякий РУК Б любой момент времени

Po(t)-ехр{-(А1 + AS -t- 1з + A4)t},

Pi(t)- l-eKpi-Ut expi-(Ai + A2.+ l3)tK

P(t.)Cl-exp- -X3t} exp-i-(Xi -ь IE + l4)t},

PsCt.)-Cl-8xpt-X3t} l-expi-l4t.}3exp- -(i + X2)t} и т.д.

Исполь.зуя соотношения и данные табЛ. Sj определяется показатель качества фунр.(:шания РУК

ФС1)-М{Ф(1.)} L ФjP;irt.)-iOexpi-fXl + Хо + 4) .1 -о

+5(l-expi-l4t.exp{-(Ai + Хг -ь X3)t}+ - -Ci-expt-l3t exp -(Ai + l + Н)}-). об/час. При АЗ 4

Ф(1) 1(3-ехр-1-(л1 + л + Аз)1, об/час.

сч Ог1ир,9ясь на выраж.енке (1), рассчитывается относительный показатель качества фунщшзнирования (при )

R(t.) Ф(1)/Фо(1) exp-{-(Xi + 12 + A3)t.

. Используя формул (iS), находится относителх ный средний эффект Б интервале времени О t trip

г(}Д..прЗ/ЗкдСОЛпоЗ (Фо1пЫ -|l bdt tnp -fRl)dt. -(Xi Хо + X3)tnp expi-(Xi -ь ХЕ + Хз)1пр}-13.

8. При з.эданных значениях Xi, Х и tnp 1 ча:: получается

Ф(1) - 10-е - ® - 8.353 об/ча, R(t) 0.8353, ..915.

- КЗ - о- О

1 упрзБленин. Одновреуекко на икформациокные входы блока S сложения псдаютск сигналы 7.i, ig., 1з со вход ОБ устройстЕа, на инф(зрмаЩюныые входы Гикзка 3 умножения и илсзка 6 сложения подается сигН8Л -1 со входа устройства., на информщионный вход. блок,э. 3 умножения подается сигнал t со входа устройства., на информщионный вх(зд блока 5 умножения подается сигнал Фо со входа устройства.

Первый тактовый импульс с первого выхода блока 1 управления инициирует работу блока сложения в результате чего на выходе блока S сложения появится результат в ввде AI -ь Хо; t АЗ. Зтсзт результат подается на информационный вход 2 блока 3 умножения. Бтор.ой т,актовый ршпульс с выхода 2 блока 1 управления инрЕЦиирует. работу блока 3 умножения. Р езультат -(X-i -ь . + Хз)1 с вьс-сода блока 3 умн(жения поступит на информщшжные входы блока 4 нахождения эксп{зненты и блсзка деления. Третий тактовый Иг,шульс с 3 бл{зка 1 управления инщиирует блорга, 4 нахождения (жен-ты. Результат в виде R(t) подается на информационные .входы блок,а 5 умножения и блока 6 сложения и на выход R(t.) устройства. Четвертый тактовый импульс с выхода 4 блока 1 управления инициирует работу блоКа 5 умножения. Результат в вще Ф() подается на выход устройства; Пятый тактовый шлпульс с вььхода 5 блока. 1 управления иницЕтарует работу блока 5 сложения. Результа,т в ввде R(t)-l подается на, информащюнный вход блока 7 деления. Шестой тактовый РШ-цульс с выхода 6 блока 1 управления инициирует работу блока 7 деления. Результат в виде гЕОД.З подается на выход устройства.

Пример практической работы устройства рассмотрим на следуюпц-тх исходных данных. На вход устройства поступает следую1Щ1е величиныг

.03 объектов/час;

05,объектов/час;

.1 объектов/ч;ти:;;

Фо 10 объектов/чаг;:;

t 1 час.

Требуется ОЦЕШИТЬ гьомплексные показатели надежности комплекса.

После подачи сигнала на вход О, происходит начальная установка всех блоков. На первом шаге происходит сложение л1, ла и лз в блоке 2 сложения. Результат, равный 0.18,, умножается на -1 и 1 в блоке 3 умножения, из полученного значения -0.18 вычисляется экспонента в блоке 4 нахождения экспоненты. Величина, разная 0.835

- il подается на выкод устройства и умножается на ID в блоке 5 умножения. Результат 8.35 поступает на выход устройства. В блоке 6 сложения значение R(t) 0.835 сг ищывается с --1. Полученное значение -0.155 делрися на -0.18 в блоке 7 деления. Результат в ввде 0.91 поступает на выход устройства.

ICTPATOB В.А. ЖШТЬДОВ К.В. КОЛЕСНИЧЕНКО С.В. 11Р(ЖОРОВ А.Ю.

SEMCKOB А.В. ПЕРВУМН Д.А.

1чЛАВДИЕВ А.А. ЧЕРНЯКОВ Г.В. БУРАНОВ С.М.

;ЕЛрАНОВ С. А. ОРИН ЕЛ.

Claims (1)

1. Устройство оценки комплексных показателей надежности СТС, состоящее из блока управления, двух блоков суммирования, двух блоков умножения, блока нахождения экспоненты, блока деления, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок управления, блоки сложения, блоки умножения, блок нахождения экспоненты, блок деления, причем установочные входы всех блоков соединены с первым входом устройства, первый выход блока управления соединен с управляющим входом первого блока суммирования, второй выход блока управления соединен с управляющим входом первого блока умножения, третий выход блока управления соединен с управляющим входом блока нахождения экспоненты, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом второго блока умножения, пятый выход блока управления соединен с управляющим входом второго блока сложения, шестой выход блока управления соединен с управляющим входом блока деления, первый информационный вход первого блока сложения соединен с пятым входом устройства, второй информационный вход первого блока сложения соединен с шестым входом устройства, четвертый информационный вход первого блока сложения соединен с седьмым входом устройства, выход первого блока сложения соединен с первым информационным входом первого блока умножения, второй информационный вход первого блока умножения соединен с третьим входом устройства, третий информационный вход первого блока умножения соединен с четвертым входом устройства, выход первого блока умножения соединен с информационным входом блока нахождения экспоненты и со вторым информационным входом блока деления, выход блока нахождения экспоненты соединен со вторым информационным входом второго блока умножения, с первым информационным входом второго блока сложения и с первым выходом устройства, первый информационный вход второго блока умножения соединен со вторым входом устройства, выход второго блока умножения соединен со вторым выходом устройства, второй информационный вход второго блока суммирования соединен с четвертым входом устройства, выход второго блока суммирования соединен с первым информационным входом блока деления, выход блока деления соединен с третьим выходом устройства.