SU1487062A1 - Устройство для моделирования отказов в сложных системах - Google Patents

Description

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для расчета параметров надежности сложных систем. Цель изобретения - повышеИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для генерирования случайных событий, соответствующих отказам элементов в сложных системах при статистическом исследовании математических моделей этих систем.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов моделирования за счет полного использования всего количества импульсов, генерируемых’ датчиком первичного потока случайных импульсов.

На фиг. Г представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления.

Устройство (фиг.1) содержит датчик 1 первичного потока случайных импульсов, элемент И 2, одновибратор

2

ние достоверности результатов моделирования. Это обеспечивается за счет использования всего количества импульсов, генерируемых датчиком первичного потока случайных импульсов, что обеспечивает сохранение закона распределения количества отказов, возникающих в системе за заданное время ДС..Это достигается за счет введения в устройство блока формирования потока случайных импульсов, содержащего счетчик импульсов, элемент ИЛИ-НЕ, три элемента И, четыре элемента ИЛИ, триггер, генератор тактовых импульсов, одновибратор, элемент НЕ и дифференцирующий элемент. 2 ил.

3, счетчик 4 числа отказов, арифметический блок 5, первый 6 и второй 7 регистры памяти, генератор 8 равномерно распределенных случайных чисел, генератор 9 случайных чисел с заданным законом распределения, второй элемент 10 задержки, вторую и третью группы элементов И 11 и 12, первый элемент 13 задержки, дешифратор 14, блок 15 задания отказавших условных элементов, группу триггеров 16, первую группу элементов И 17, элемент ИЛИ 18 и блок 19 формирования потока случайных импульсов.

Блок 19 включает реверсивный счетчик 20 импульсов, элемент ИЛИ-НЕ 21, первый элемент И 22, второй элемент ИЛИ 23, второй элемент И 24, генератор 25 тактовых импульсов,

δυ „„ 1487062

3

1487062

4

триггер 26, первый элемент ИЛИ 27, третий элемент И 28, дифференцирующий элемент 29, элемент НЕ 30, четвертый элемент ИЛИ 31, одновибратор 32 и третий элемент ИЛИ 33.

Устройство ориентировано на сложные системы, для которых характерно следующее:

система содержит ряд элементов с различными характеристиками надежности;

появление количества отказов элементов 0,1,2,,,·,η за время работы системы подчиняется биноминальному закону;

время появления каждого отказа элемента в пределах всего времени работы подчиняется любому заданному закону распределения,в том числе полученному экспериментально.

Моделирование отказов элементов с различными параметрами надежности происходит исходя из следующего. Для исследуемой сложной системы выбирается некоторый условный элемент, интенсивность ..отказов которого является 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 М которых по всей системе определяется соотношением

N

М« Хп , '

ΐ=ι ¹

где η 1 - количество условных элементов, содержащихся в цепочке ϊ-го элемента сложной системы.

Отказ ϊ-го элемента сложной системы происходит в случае отказа любого одного или нескольких условных элементов, входящих в его состав. По этому критерию на основе потока отказов условных элементов формируется поток отказов элементов сложной системы с любым законом распределения, в том числе полученным экспериментально.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал опроса, соответствующий очередной статистической реализации, сбрасывает счетчик 4 импульсов, устанавливает группу триггеров 16, триггер 26 и счетчик 20 импульсов в исходное состояние и запускает одновибратор 3, который открывает элемент И 2 на заданное время соответствующее времени работы системы. В течение этого времени импульсы от датчика 1 первичного (пуассоновского ) потока случайных импульсов поступают на суммирующий вход счетчика 20 импульсов, в который, в течение времени ДС происходит запись импульсов, вырабатываемых датчиком 1 первичного потока случайных импульсов. По окончании времени <ЗС дифференцирующий элемент 29 выделяет срез импульса, поступающего от одновибратора 3, и вырабатывает импульс, который поступает на вход триггера 26 и перебрасывает его в единичное состояние. Одновременно импульс с выхода дифференцирующего элемента 29 через элемент ИЛИ 33 запускает одновибратор 32, который вырабатывает импульс, длительностью равной периоду следования импульсов генератора 25 тактовых импульсов, поступающий на вход первого элемента И 22. Единичный сигнал с выхода триггера 26 поступает на первые входы элементов И 22 и 24. Импульсы от генератора 25 тактовых импульсов поступают на вторые входы элементов И 22 и 24. При поступлении импульса с генератора 25 тактовых импульсов на вход элемента И 22 (на других входах элемента.И 22 потенциал уже имеется) происходит вычитание единицы из числа, накопленного в счетчике 20 импульсов, и одновременно поступление импульса через элемент ИЛИ 23 на , вход генератора 8 равномерно распределенных случайных чисел и через элемент 10 задержки на управляющие входы элементов И 12. Элемент 10 задержки необходим для того, чтобы генератор 8, работающий в ждущем режиме, успел сформировать и установить в регистре 7 памяти случайное число 5* до прихода импульса на управляющие входы элементов И 12. С приходом каждого импульса на управляющие входы элементов И 12 от элемента 10 задержки с регистра 7 памяти случайное число,, соответствующее номеру отказавшего условного элемента, параллельным кодом через .элементы И 12 поступает на вход арифметического блока 5. В арифметическом блоке 5 случайное число^ умножается на количество М ус1487062

6

ложных элементов системы, округляется до ближайшего целого и поступает на вход дешифратора 14. Дешифратор 14 имеет М выходных шин. После дешифрации входного числа по шине, номер которой соответствует номеру отказавшего условного элемента, появляется импульс, который поступает на соответствующий вход наборного поля 15, Наборное поле 15 имеет М входов и N выходов, которые в исходном состоянии между собой не связаны. Перед началом испытаний в блоке 15 кадые п_; входов (ί=1,2,.,.,Ν) соединяются с ί-м выходом, что соответствует представлению каждого ΐ-го элемента сложной системы через п,- условных элементов. Таким образом, импульс с входа блока 15 проходит на тот его выход, который соответствует элементу сложной системы, содержащему отказавший условный элемент. С выхода блока 15 этот импульс поступает на второй вход соответствующего элемента И 17, на единичный вход соответствующего триггера 16 и на соответствующий вход элемента ИЛИ 31 блока 19. Поскольку элемент И 17 открыт по первому вхо15

25

ду сигналом с инверсного выхода соот- 3θ пока с выхода элемента ИЛИ-НЕ 21 не

ветствующего триггера 16, этот импульс проходит на соответствующий вход элемента ИЛИ 18. Одновременно под действием этого импульса соответствующий триггер 16 устанавливается в единичное состояние и на его прямом выходе появляется сигнал, который по одной из шин поступает на выход устройства, причем номер этой шины соответствует номеру отказавшего элемента сложной системы. Одновременно импульс с блока 15 через соответствующие входы блока 19 через элемент ИЛИ 31 поступает на вход элемента И 28. Очевидно что в пределах одной реализации повторные им-, пульсы, поступающие с выхода блока 15 на единичный вход данного триггера 16, означающие отказы других условных элементов, входящих в состав данного элемента сложной системы, не изменяют состояния триггера 16 и не проходят на вход элемента ИЛИ 18.

Если импульс поступил на соответствующий триггер 17 в данной реализа7 ции впервые, он с выхода элемента ИЛИ 18 поступает на информационный вход счетчика 4 импульсов для подсчета. Одновременно импульс с выхода

10

20'

элемента ИЛИ 18 поступает на вход генератора 9 случайных чисел с заданным законом распределения и через элемент 13 задержки на управляющие входы элементов И 11 второй группы. Элемент 13 задержки необходим для того, чтобы генератор 9, работающий в ждущем режиме, успел сформировать и установить на регистре 6 памяти случайное число до прихода импульса на управляющие входы элементов И 11. В арифметическом блоке 5 случайное число умножается на и поступает на выход устройства, Кроме* того, импульс с выхода элемента ИЛИ 18 через элемент 13 задержки поступает на вход элемента ИЛИ 33, который запускает одновибратор 32. Его импульсы (их длительность равна периоду следования импульсов генератора 25 тактовых импульсов) поступают на третий вход элемента И 22, с выхода которого после прихода очередного импульса от генератора 25 тактовых импульсов импульс поступает на счетчик 20 импульсов, где происходит вычитание'очередной единицы. Работа устройства продолжается до тех пор,

35

40

45

50

55

появится импульс, что свидетельствует о том, что количество отказов системы, зафиксированное счетчиком 20 импульсов, произошло, этот импульс через элемент ИЛИ 27 перебрасывает триггер 26 в исходное нулевое состояние; цикл работы устройства в данной реализации закончен, С приходом очередного импульса опроса цикл работы устройства повторяется для новой статистической реализации.

Если в пределах одной реализации на единичный вход триггера 16 поступают повторные импульсы, означающие отказы других условных элементов, входящих в состав данного элемента сложной системы, то они не изменяют состояния триггера 16 и не проходят на вход элемента ИЛИ 18, В этом случает на выходе элемента НЕ 30 поддерживается "1" (чего не происходит при приходе импульса на соответствующий триггер 16 впервые ), поступающая на первый вход элемента И 28, на втором входе которого уже имеется потенциал с выхода элемента ИЛН31. С выхода элемента И 28 импульс поступает на третий вход элемента И 24, с выхода которого после прихода очеΊ

1487062

8

редного импульса с генератора 25 тактовых импульсов сигнал через элемент ИЛИ 29 с выхода блока 19 поступает на генератор 8 равномерно распределенных случайных чисел. В этом слут чае импульс, указывающий на наличие в системе отказа, не теряется, а вновь через генератор 8 равномерно распределенных случайных чисел, элемент 10 задержки, регистр 7 памяти и элемент И 11 поступает на арифметический блок 5 для выработки очередного номера отказавшего элемента.

Таким образом, в каждой статистической реализации на первом .выходе устройства появляется информация о количестве отказавших элементов сложной системы за время ее работы, на втором выходе - информация о распределении этих отказов во времени, на третьем - номера отказавших элементов, Время ДС равно О учетом выбираемого масшатаба времени работы системы.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для моделирования отказов в сложных системах, содержащее датчик первичного потока случайных импульсов, счетчик числа отказов, генератор равномерно распределенных случайных чисел, генератор.случайных чисел е заданным законом распределения, два регистра памяти, три группы элементов И, группу триггеров, одновибратор, арифметический блок, дешифратор,, блок задания отказавших условных элементов, элемент И, элемент ИЛИ и два элемента задержки, вход запуска одновибратора является входом запуска устройства и соединен с установочным входом счетчика числа отказов й нулевыми входами триггеров группы, прямые выходы которых являются выходом номера отказавшего элемента устройства, а инверсные выходы триггеров группы соединены соответственно с первыми входами элементов И первой группы, выходы которых подключены соответственно к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом счетчика числа отказов,. входом первого элемента задержки и входом запуска генератора случайных чисел с заданным законом распределения, выходы которого соединены соответственно с информационными входами первого регистра памяти, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И второй группы, вторые входы которых объединены и подключены к выходу первого элемента задержки, а выходы элементов И второй группы соединены соответственно с информационными входами, арифметического блока, первая группа информационных выходов которого является выходом времени отказа устройства, а вторая группа информационных выходов арифметического блока подключена соответственно к входам дешифратора, выходы которого соединены соответственно с входами блока задания отказавших условных элементов поля, каждый выход которого соединен с единичным входом соответствующего триггера и вторым входом соответствующего элемента И первой группы, выход одновибратора соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу датчика первичного потока случайных импульсов, выходы генератора равномерно распределенных случайных чисел соединены соответственно с информационными входами второго регистра памяти, информационные выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И третьей группы, вторые входы которых объединены и соединены с выходом второго элемента задержки, а выходы элементов И третьей группы подключены соответственно к информационным входам второй группы арифметического блока, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности моделирования, оно дополнительно содержит блок формирования потока случайных импульсов, состоящий из реверсивного счетчика импульсов, элемента ИЛИ-НЕ, элемента НЕ, трех импульсов И, четырех элементов ИЛИ, дифференцирующего элемен-. та, одновибратора, элемента НЕ и генератора тактовых импульсов, причем в блоке формирования потока случайных импульсов разрядные выходы реверсивного счетчика импульсов соединены соответственно с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первому входу первого эле'мента ИЛИ, выход которого соединен с нулевым входом триггера, инверсный выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И,

   9

   1487062

   10

   выход первого элемента И соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика импульсов и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого и второй вход ; первого элемента И подключены к выходу генератора тактовых импульсов, третий вход первого элемента И соединен с выходом одновибратора, вход запуска которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, первый вход которого и единичный вход триггера подключены к выходу дифференцирующего элемента, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу элемента НЕ, а выход третьего элемента И соединен 20 с третьим входом второго элемента И, второй вход первого элемента ИЛИ и установочный вход реверсивного счетчика импульсов объединены и подключены к входу запуска устройства, выход элемента И которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика импульсов блока формирования потока случайных импульсов, выход второго элемента ИЛИ которого подключен к входу запуска генератора равномерно распределенных случайных чисел и входу второго элемента задержки устройства, выходы блока задания отказавших условных элементов которого соединены соответственно с входами четвертого элемента ИЛИ блока формирования потока случайных импульсов, вход элемента НЕ которого подключен к выходу элемента ИЛИ устройства, выход первого элемента задержки которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ блока формирования потока случайных импульсов, вход дифференцирующего элемента которого подключен к выходу одновибратора устройства.

   фиъ1

   I

   1487062

   Фае 2