SU1108457A1 - Устройство дл моделировани отказов в сложных системах - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШДЕЛИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ В СЛОЖНЫХ СИСТЕМАХ, содержащее датчик первичного потока случайных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, вход одновибратора  вл етс  входом задани  сигнала опроса устройства и соединен с разр дными входами счетчика импульсов, разр дные выходы которого  вл ютс  группой вькодов числа отказов устройства , выход элемента И подключен к входам первого элемента задержки и генератора равномерно распределенных случайных чисел, выходы которого через первый регистр пам ти подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, а вькоды элементов И первой группы подключены соответственно к первой группе входов арифметического блока, перва  группа выходов которого  вл етс  группой выходов времени отказов устройства , а втора  группа входов соединена соответственно с выходами элементов И второй группы, первые входы которых подключены соответстг венно через второй регистр пам ти к выходам генератора случайных чисел с заданным законом распределени , отли чающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и расширени  функциональных возможнос , тей за счет моделировани  отказов элементов с разными показател ми надежности , оно дополнительно содержит второй элемент задержки, дешифратор, наборное поле, группу триггеров, третью группу элементов И, элемент ИЛИ, при этом входы дешифратора подключены соответственно к второй группе выходов арифметического блока, а выходы - к соответствукицим входам наборного пол , выходы которого подключены соответственно к первым вхоВ дам элементов И третьей группы и к единичным входам триггеров, группы, нулевые входы которых соединены с входом устройства, группа пр мых выходов триггеров группы  вл етс  эо группой выходов номера отказавшего элемента устройства, а инверсные 4 СП выходы триггеров группы подключены соответственно к вторым входам эле ментов И третьей группы, выходы кото- jftix соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу счетчика импульсов, входу генератора случайных чисел с заданным законом распределени  и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к вторым входам элементов И второй группы.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  генерировани  случайных событий, соответствующих отказам элементов с различными характеристиками надежности в сложных системах при статическом исследовании математических моделей этих систем на ЭЦВМ с целью определени  их характеристик например показателей надежности. Известно устройство дл  формирова ни  потоков случайных событий, содер жащее датчик потоков случайных импульсов , одновибратор, импульснопотенциальную схему совпадени , счет чик импульсов, дешифратор, коммутирующее устройство, блок элементов ИЛИ, которое может генерировать случайные событи , распределенные в пространстве с любым требуемым (регулируемым) законом распределени  Ci 3. Однако это устройство не позвол ет формировать событи , распределенные одновременно по различным заданным законам по статическим реализаци м, по времени в пределах одной реализации и в пространстве элементов сложной системы. Такими событи ми при статическом исследоваНИИ надежности сложных систем  вл ютс  количество отказов элементов сложной системы за врем  ее работы, врем  наступлени  каждого из этих отказов в пределах одной реализации, номер отказавшего элемента. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  моделировани  отказов в сложных системах, содержащее последовательно соединенные датчик первичного потока случайных импульсов, элемент И, генератор равномерно распределенных чисел, первый регистр пам ти, первую группу элементов И, арифметический блок и счетчик импульсов, а также второй регистр пам ти, одновибратор, генера тор случайных чисел с заданным законом распределени , элемент задержки вторую группу элементов И. Вход устройства соединен с входом одновибратора, выход которого подклю чен к другому входу элемента И, и с установочным входом счетчика импульсов , разр дные выходы которого  вл ютс  первым выходом устройства, вход элемента задержки соединен с выходом элемента И, а выход - с другими вхо дами элементов И первой и второй групп, выходы генератора чисел с заданным законом распределени  через второй регистр пам ти подключены к первым входам соответствующих элементов И второй групгты, выходы которых подключены к другому входу арн етического блока Г2. Известное устройство может генерировать случайные событи , распределенные одновременно по различным заданным законам по статическим реализаци м: по времени в пределах одн)й реализации и в пространстве равнонадежных элементов сложной системы, однако не позвол ет формировать событи , распределённые в пространстве элементов, имеющих различные характеристики надежности. На практике большинство сложных систем состоит из N элементов с различными характеристиками надежности, следовательно, при моделировании потока отказов в таких системах возникает необходимость генерировани  номеров отказавших элементов с законом распределени , отличньм от равномерного . Вид этого закона распределени , как правило, неизвестен, поэтому использование стандартных генераторов случайных чисел затруднительно . Выберем дл  исследуемой сложной системы некоторый условный элемент, интенсивность отказов которого будет с заданной точностью наибольшим общим делителем по отношению к интенсивности отказов каждого элемента системы. Тогда все элементы сложной системы можно представить в виде цепочки последовательно соединенных условных элементов, количество которых М по всей системе будет определ тьс  соотношениемМ п. где п количество условных элементов, содержащихс  в цепочке i-ro элемента сложной системы. Поток отказов условных элементов подчин етс  биномиальному закону, аппроксимируемому пуассоновским законом распределени . Отказ i-ro элемента сложной системы будет происходить в случае отказа любого одного или нескольких условных элементов, вход щих в его состав. По этому критерию на основе

потока отказов условных элементов можно сформировать поток отказов элементов сложной системы с любым законом распределени . При этом не об зательно знать этот закон, достаточно иметь характеристики надежности , например интенсивности отказов элементов сложной системы.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и расширение функциональных возможностей устройства за счет моделировани  отказов элементов с разными показател ми надежности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее датчик первичного потока случайных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, вход одновибратора  вл етс  входом задани  сигнала опроса устройства и соединен с разр дными входами счетчика импульсов, разр дные выходы которого  вл ютс  группой вькодов числа отказов устройства вьгход элемента И подключен к входам первого элемента задержки и генератора равномерно распределенных случайных чисел, выходы которого через первый регистр пам ти подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, а выходы элементов И первой группы подключены соответственно к первой группе входов арифметического блока, перва  группа выходов которого  вл етс  группой выходов времени отказов устройства , а втора  группа входов соединена соответственно с выходами элементов И второй группы, первые входы которых подключены соответственно через второй регистр пам ти к выходам генератора случайных чисел с заданным законом распределени , введены второй элемент задержки, дешифратор, наборное поле, группа триггеров, треть  группа элементов И, элемент ИЛИ, при этом входы дешифратора подключены соответственно к второй группе выходов арифметического блока, а выходы - к соответствующим входам наборного пол , выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И третьей группы и к единичным входам триггеров группы, нулевые входы которых соединены с входом устройства, группа пр мых выходов триггеров группы  вл етс  группой выходов номера отказавшего элемента устройства, а инверсные выходы триггеров группы подключены соответственно к вторым входам элементов И третьей группы, выходы которых соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу счетчика импульсов, входу генератора случайных чисел с заданным законом распределени  и входу элемента задержки, выход которого подключен к вторьм входам элементов И второй группы.

Устройство ориентировано на сложные системы, дл  которых характерно ,следующее: система содержит р д элементов , имеющих различные характеристики надежности; по вление количества отказов условных элементов 0,1,2...М за врем  работы системы подчин етс  биномиальному закону, аппроксимируемому пуассоновским законом распределени ; врем  по влени  каждого отказа фактического элемента в пределах всего времени работы подчин етс  любому заданному закону распределени , в том числе полученному экспериментально .

На чертеже приведена структурна  схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 первичного потока случайных импульсов, элемент И 2, одновибратор 3, .счетчик 4 импульсов, арифметический блок 5, второй и первьй регистры 6

и 7 пам ти, генератор 8 равномерно распределенных случайных чисел, генератор 9 случайных чисел с заданным законом распределени , первый элемент 10 задержки, вторую 11 и первую 12 группы элементов И, второй элемент 13 задержки, дешифратор 14, наборное поле 15, группу триггеров 16, третью группу элементов И 17, элемент ИЛИ 18.

Устройство работает следзгющим образом.

Сигнал опроса, определ ющий начало очередной статистической реализации , сбрасывает триггеры 16 и счетчик 4 импульсов, на выходе которого по вл етс  число подсчитанных им пульсов, соответствующее количеству отказов элементов системы в предьщущей реализации, и запускает одновибратор 3, который открывает элемент И 2 на заданное врем /At, соответствующее времени работы систe a4 . В течение этого времени импульсы от датчика 1 первичного потока случайных импульсов поступают на вход генератора 8 равномерно распределенньк случайных чисел и через элемент 10 з.адержки - на управл ющие входы элеме 1тов И первой группы 12. Элемент 10 задержки необходим дл  того, чтобы генератор 8, .работающий в ждущем режиме, успел сфор мировать и установить на регистре 7 пам ти случайное число | до прихода импульса на управл ющие входы элементов И 12. С приходом каждого импульса на управл ющие входы элемен тов И 12 от элемента 10 задержки с регистра 7 пам ти случайное число , соответствующее номеру отказавшего условного элемента, параллельным кодом через элементы И 12 поступает на перрый вход арифметичес кого блока 5, В арифметическом блоке 5 случайное число Е умножаетс  на количество условных элементов системы М, округл етс  до ближайшего цело го и поступает через его второй вход на вход дешифратора 14. Дешифратор имеет М выходных шин. После дешифрации входного числа на шине, номер ко торой соответствует номеру отказавше го условного элемента, по вл етс  импульс, который поступает на соотв ствующий вход наборного пол  15. На борное поле 15 имеет М входов и N выходов, которые в исходном состо н между собой не св заны. Перед началом испытаний на наборном поле 15 каждые п входов (,2, ...N) соед н ютс  с i-M выходом, что соответствует представлению каждого i-ro элемента сложной системы через Пл условных элементов. Таким образом импульс с входа наборного пол  15 проходит на тот его выход, который соответствует элементу сложной системы , содержащему отказавший условный элемент. С выхода наборного пол  15 этот импульс поступает на вто рой вход соответствующего элемента И 17 и на единичный вход соответ ствующего триггера 16. Поскольку элемент И третьей группы 17 открыт по первому входу сигналом с инверс ,ного выхода соответствующего триггера 16, этот импульс проходит на соответствующий вход элемента ИЛИ 1& Одновременно под действием этого импульса триггер устанавливаетс  в единичное состо ние и на его пр мом выходе по вл етс  сигнал, которьш по одной из шин поступает на третий выход устройства, причем номер этой шины соответствует номеру отказавшего элемента сложной системы . Очевидно, что в пределах одной реализации повторные импульсы, поступающие с выхода наборного пол  15 на единичный вход данного триггера, означающие отказы других условных элементов, вход с:их в состав данного элемента сложной системы, не измен ют состо ни  триггера и не проход т на вход элемента ИЛИ 18. С выхода элемента ИЛИ 18 импульс поступает на информационный вход счетчика 4 импульсов дл  подсчета. Одновременно этот импульс поступает на вход генератора 9 случайных чисел с заданным законом распределени  и через элемент 13 задержки - на управл ющие входы элементов И 11 второй группы. Элемент 13 задержки необходим дл  того, чтобы генератор 9, работаюошй в ждущем режиме, успел сформировать и установить на регистре 6 пам ти случайное число f до прихода импульса на управл ющие входы элементов И 11. В арифметическом блоке 5 случайное число 8 умножаетс  на ut поступает на его первый выход, который  вл етс  вторым выходом устройства . По окончании реализации, начало которой задаетс  импульсом опроса, а окончание - концом интервала ut, на счетчике импульсов 4 накапливаетс  число, соответствующее количеству отказов элементов в системе за врем  ut. Врем  ut равно, с учетом выбираемого масштаба, времени работы системы. С приходом очередного импульса опроса (интервал между этими импульсами должен быть больше или равен At) цикл работы устройства повтор етс  дл  новой статистической реализации. Таким образом, в каждой статистической реализации на первом выходе устройства получаетс  информаци  о количестве отказавших элементов сложной системы за врем  ее работы, на втором выходе - г нформаци  о распределении этих отказов во времени, на третьем - номера отказавших элементов . 71 Изобретение по сравнению с прототипом позвол ет как бы заранее, перед началом sfoflenHposaHHH, сформиро вать поток отказов неравнонадежных элементов путем соответствующей ком мутации входов и выходов наборного пол  и тем самым резко уменьшить объем вычислений и машинное вре м , затрачиваемое на моделирование . 78 Сравнительна  оценка результатов использовани  прототипа и предлагаемого устройства при моделировании одной и той же сложной системы показывает , что нар ду с расширением функциональных возможностей существенно упрощаетс  математическа  модель системы, а машинное врем , затрачиваемое на генерирование потока отказов, сокращаетс  в 3 раза.

JEZEJ

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ В СЛОЖНЫХ СИСТЕМАХ, содержащее датчик первичного потока случайных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, вход одновибратора является входом задания сигнала опроса устройства и соединен с разрядными входами счетчика импульсов, разрядные выходы которого являются группой выходов числа отказов устройства, выход элемента И подключен к входам первого элемента задержки и генератора равномерно распределенных случайных чисел, выходы которого через первый регистр памяти подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, а выходы элементов И первой группы подключены соответственно к первой группе входов арифметического блока, первая группа .выходов которого является группой выходов времени отказов устройства, а вторая группа входов соединена соответственно с выходами элементов И второй группы, первые входы которых подключены соответственно через второй регистр памяти к выходам генератора случайных чисел с заданным законом распределения, отливающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможнос. тей за счет моделирования отказов элементов с разными показателями надежности, оно дополнительно содержит второй элемент задержки, дешифратор, наборное поле, группу триггеров, третью группу элементов И, элемент ИЛИ, при этом входы дешифратора подключены соответственно к второй группе выходов арифметического блока, а выходы - к соответствующим входам наборного поля, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И третьей группы и к единичным входам триггеров группы, нулевые входы которых соединены с входом устройства, группа прямых выходов триггеров группы является группой выходов номера отказавшего элемента устройства, а инверсные выходы триггеров группы подключены соответственно к вторым входам элементов И третьей группы, выходы которых соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу счетчика импульсов, входу генератора случайных чисел с заданным законом распределения и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к вторым входам элементов И второй группы.

   1108457, i