SU922758A1 - Устройство дл решени задач планировани экспериментов - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  решени  задач планировани  экспериментов, Доводимых при исследовании сложных систем, а также дл  решени  задач имитации исходной информации при проведении испытаний сложных систем в реальном масштабе времени.

Известно решение Т1одобнь1х задач на универсальных цифровых вычислительных машинах. При этом планирование экспериментов основано на использовании логических алгоритмов перебора различных значений исходных параметров, а также на решении оптимизационных задач. Использование уни версальных цифровых машин не всегда возможно из-за их высокой стоимости. Кроме того, решение подобных задач на универсальных ЭВМ требует значительных затрат времени и оперативной пам ти,что не позвол ет использовать их дл  решени  задач подыгрыша исходной

информации при проведении испытаний различных систем в реальном масштабе времени 11 .

Известно устройство дл  решени  задач перебора сочетаний, содержащее узел блокировки, триггер, элементы ИЛИ задержки и последовательно соединенные кольцевые счетчики с числом состо ний, измен ющимс  на единицу , и соответствующие св зи 2.

Однаню это устройство имеет сложную конструкцию, а аппаратурные затраты на его реализацию пропорцио.. нальны количеству,элементов в сочетани х . Кроме того, данное устройство не может быть использовано дл  решени  задач планировани  экспери ментов в случа х, когда хот  бы один из исходных параметров имеет более jg двух уровней варьировани  21.

Claims (3)

1. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство , позвол ющее решать задачи планировани  экспериментов и содержащее два регистра, счетчик, триггер, два элемента задержки, два элемента И, распределитель импульсов 31. Известное устройство также, не позвол ет решать задачу планировани  экспериментов дл  случаев, когда хот  бы один из исходных параметров имеет более двух уровней варьировани . На практике часто приходитс  решать задачи планировани  многоуровневых экспериментов, когда исходные параметры варьируютс  более, чем на двух уровн х. Математическа  формулировка задач Пусть имеетс  множество парамет ( в дальнейшем будем называть их фак торами) {....,3, которые  вл ютс  входным дл  некоторой сложной системы и определ ют ее состо ни . Дл  каждого фактора задано количество уровней варьирова ни  j , j У,к и множества значений , принимаемых факторами на их уровн х варьировани  t bi i %li где значение, принимаемое фак тором 4j при установке его на уровне г 5TSJ. Планом эксперимента называетс  в ражение, которое позвол ет устанавливать знамени  дл  всех факторов в каждом опыте эксперимента и в общел случае может быть представлено матрицей вида (X),U1,N,, (in u-aK жыг- MK - количество опытов в экспе рименте; X.;EUj - значение, которому должен j быть равен фактор в 1-ом опыте эксперимента Вектор строка Vi Mfir- 411 (W| называетс  i-ой точкой плана эксперимента . Наиболее полную информацию об ис следуемой сложной системе можно пол чить путем проёедени  полного факто . 9 а ного эксперимента (ПФЭ).Полным факторным экспериментом называетс  эксперимент , в котором реализуютс  всевозможные сочетани  уровней варьировани  факторов. Количествр опытов в П)Э определ етс  как произведение -п„. ФЭ часто используютс  при исследовании сложных систем, особенно при проведении испытаний сложных систем, когда требуетс  проверить их работу во всевозможных режимах. При этом часто отсутствует возможность построени  и хранени  на некотором носителе информации сразу всего плана эксперимента Г13, поэтому необходимо определ ть значени  дл  факторов в каждой очередной точке 2 плана эксперимеюЦель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет независимого планировани  каждой точки плана многоуровневого полиого факторного эксперимента, а также повышение скорости решени  задач . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  решени  задач планировани  экспериментов, содержащее два регистра пам ти, счет чик, введены блок пам ти, два блока регистров пам ти, генератор импульсов , группа ключей, два блока умножени , два блока делени , два блока округлени  чисел, блое вычитани , причем первый вход генератора, импульсов  вл етс  первым входом устройства , выход генератора импульсов соединен с входом с.четчика и первыми входами группы ключей, первые входы первого блока регистров пам ти и бло ка пам ти соединены между собой, а также с первым выходом счетчика и входом второго блока регистров пам ти второй выход счетчика соединен со вторым входом генератора импульсов , выход второго блока регистров пам ти соединен с входом первого блока умножени , выход которого соединен со вторыми входами группы ключей и первыми входами второго блока умножени  и первого блока делени , выход группы ключей соединен с входом первого регистра пам ти, выход которого соединен с первым входом второго блока делени , выход второго регистра пам ти соединен со вторым / входом первого блока делени  и пер-; вым входом блока вычитани , выход первого блока делени  соединен с входом первого блока округлени  чисел, выход которого соединен со вторым входом второго блока умножени , выход которого соединен со вторым входом блока вычитани , выход которого соединен со вторым входом второго блока делени , выход которо го соединен с входом второго блока округлени  чисел, выход которого со динен с вторым входом первого блока регистров пам ти, выход которого соединен со вторым входом блока пам ти , вход второго регистра пам ти  вл етс  вторым входом устройства. Новый алгоритм планировани  многоуровневых полных факторных экспери ментов позвол ет независимо друг от друга .задавать любую точку 12) плана полного факторного эксперимента. В соответствии с данным алгоритмом,, любой j й элемент i -ой точки плана эксперимента может быть определен следующим образом г,ё. .- Vj l номер уровн , на котором должен быть установлен фак тор j в -i -ом опыте зксперимента; - константы, определ емые дл  каждого фактора выра жени ми vIVi-Xi i-A Е - цела  часть отд . Доказана универсальность данного алгоритма дл  решени  задач планировани  полных факторных экспериментов , содержащих любое заданное количество факторов, каждый из которых варьируетс  на определенном количестве уровней. Блок-схема устройства приведена н чертеже. Устройство содержит генератор импульсов, первый вход которого  вл  етс  входом устройства. Выход генера тора 1- импульсов соединен со входом счетчика 2 и первым входом групИы ключей 3. Счетчик 2 предназначен дл  подсчета количества факторов и може считать от 1 до К.Первый выход счетч ка 2 соединен с первыми входами .перв 86 го блока 4 регистров пам ти и блока 5 пам ти, а также с входом второго блока 6 регистров пам ти, выход котог рого соединен с входом первого блока 7 умножени . Второй выход сметчи са 2 соединен со вторым входом генератора 1 импульсов. Блок 5 пам ти и блоки регистров Ц 6 пам ти представл ют собой быстродействующую пам ть. Первый блок k регистров пам ти представл ет собой матрицу регистров, количество строк которой равно К и соответствует числу факторов в планируемом эксперименте, а число столбцов тил г , Второй блок 6 рерзвно ns . ifii. jsU гистров пам ти представл ет собой набор К регистров, в каждом из которых записываетс  число, равное количеству уровней варьировани  соответствующего фактора. Блок 5 пам ти содержит К  чеек и предназначен дл  хранени  значений факторов формируемой точки плана. Выход первого блока 7 умножени  соединен со вторым входом группы ключей 3 и с первыми входами второго блока 8 умножени  и первого блока 9 делени . Выход группы клю- . чей 3 соединен с входом первого регистра 10 пам ти, выход которого соединен с первым входом второго блока 11 делени . Второй вход первого блока 9 делени  соединен с выходом второго регистра 12 пам ти и вторым входом блока 13 вычитани .Второй регистр 12 предназначен дл  хранени  номера точки плана эксперимента, Выход первого блока 9 делени  соединен с входом первого блока Н округлени  чисел, выход которого соединен со вторым входом второго блока В умножени . Выход второго блока 8 умножени  соединен с первым входом . блока 13 вычитани , выход которого соединен со вторым входом второго блока 11 делени . Выход второго блока 1 1 делени  соединен со входом второго блока 15 округлени  чисел, выход i которого соединен со вторым входом первого блока регистров пам ти. Блоки Н и 15 округлени  представл ют собой уалы арифметического устройства , с помощью которых производйтсй округление результатов опера- ций. Выход первого блока регистров пам ти соединен со вторым входом блока 5 пам ти. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы в каждый ре гистр первого блока регистров заноситс  информаци  об уровн х варьи ровани  факторов. При этом в Г -и регистр j -ой строки заноситс  значение j V I которое должен принимать фактор ф- на г -ом уровне варьировани . 8 каждый j -и регистр второго блока 6 регистров заноситс  величина nj , равна  количеству уровней варьировани  фактора Ф;. На выходной регистр первого блока 7 умножени  заноситс  единица. Во второй регистр заноситс  величина i -1 , на единицу меньша  номера г.енерируемой точки плана эксперимента. Счет чик 2 и первый регистр 10 устанавливаютс  в ноль. Сигналом Пу.ск включаютс  генератор 1 импульсов, первый импульс с которого поступает на счетчик 2 и на группу ключей 3. При этом происхо диг копирование содержимого выходно го регистра первого блока 7 умножени  на первый регистр 10, а к счетчи ку 2 добавл етс  единица, и происходит считывание содержимого первого регистра второго блока 6 регистров на вход первого блока 7 умножени , В первом блоке 7 умножени  производитс  умножение предыдущего результата на Число nj, поступившее из второго блока 6 регистров. В результате в первом регистре формируетс  значение XJ+-1 , а на выходном регистре первого блока умножени  значение Xj (В первом цикле i 1J . В первом блоке 9 делени  происходит деление содержи мого второго регистра 12 на результа полученный в первом блоке 7 умножени  Результат делени  после выделени  целой части числа в первом блоке Н округлени  чисел поступает на вход второго блока 8 умножени , где производитс  его перемножение с содержи мым выходного регистра первого блока 7 умножени . Результат, полученный во втором блоке 8 умножени , поступает на блок 13 вычитани , где вычита етс  из содержимого второго регистра 12. После этого во BTOpojyt блоке 11 делени  производитс  деление результата , полученного во втором блоке 13 вычитани , на содержание первого регистра 10. Результат делени  через второй блок округлени  чисел, где осуществл етс  округление до ближайшего большего целого, поступает на вход первого блока регистров и служит дл 1 выбора нужного столбца fr) матрицы.. Одновременно на вход первого блока регистров со счетчика 2 поступает адрес строки ({) матрицы. В первом блоке регистров производитс  выборка содержимого Ujp регистра с указанным адресом. Результат-выборки поступает на вход блока -5 пам ти, где записываетс  в соответствующую j-ю  чейку, определ емую содержимым счетчиком 2, которое также поступает на вход блока 5 пам ти. ТаКИМ образом, закончено формирование первого элемента i -ой точки плана эксперимента. После этого генератор импульсов вырабатывает очередной импульс , который увеличивает содержимое счетчика 2 на единицу и тем самым начинаетс  формирование второго элемента i -ой точки плана эксперимента , осуществл емое аналогично первому элементу. Признаком окончани  работы  вл етс  достижение содержимого счетчика 2 значени , равного К. Очередной сигнал с генератора 1 импульсов вызывает переполнение счетчика 2, а сигнал переполнени  счетчика 2, в свою очередь, останавливает работу генератора 1 импульсов. После этого, устройство должно быть установлено в исходное состо ние и ожидать поступлени  на второй регистр 12 номера очередной точки плана эксперимента. Технико-экономическа  оценка эффективности предлагаемого устройства проводилась теоретически и методом матетического моделировани . Результаты теоретического расчета и математического моделировани  показали, что изобретение позвол ет решить задачу планировани  экспериментов значительно эффективнее, чем при использовании известных алгоритмов на универсальных ЭВМ. Врем  решени  таких задач на ЭВМ БЭСМ-6 не менве, чем в 100 раз больше, чем на предлагаемом устройстве, что позвол ет планировать имитирующую информацию дл  систем, работающих в реальном масштабе времени. Наример, задача планировани  эксперимента, включающего 20 факторов, каждый из которых измен етс  на 6 уровн х, решаетс  с помощью известных методов на ЭВМ БЭСМ-6 около 3 мин. Использование предлагаемого устройства п.озвол ет решить эту задачу ме- . нее, чем за 100 . Формула изобретени  Устройство дл  решени  задач плаг нировани  экспериментов, содержащее два регистра пам ти, отличающеес  тем, что, с целью расшире ни  функциональных возможностей за счет независимого планировани  каждой точки плана многоуровневого полного факторного Эксперимента, оно содержит блок пам ти, два блока регистров пам ти, генератор импульсов группу ключей,два блока умножени , два блока делени , два блока округлени  чисел, блок вычитани , примем первый -вход генератора импульсов  вл етс  первым входом устройства, выход генератора импульсов соединен с входом счетчика и первыми входами группы ключей, первые входы первого блока регистров пам ти и бпока пам т соединены между собой, -а также с пер вым выходом счетчика и входом второго блока регистров пам ти, выход которого соединен с входомперво ;го блока умножени , выход которого соединен со вторыми входами груп , пы ключей и первыми входами второго блока умножени  и первого блока делени , второй выход счетчика соединен со вторым входом генератора импульсов, выход группы ключей соединен с входом первого регистра пам ти, выход которого соединен с первым входом второго блока делени , выход второго регистра пам ти соединей со вторым входом первого блока делени  и первым входом блока вычитани , выход первого блока делени  соединен с входом первого блока oKpyi- лени  чисел, выход которого соединен со вторым входом второго блока умножени , выход которого соединен со входом блока вычитани ,выход которого соединен ей вторым входом второго блока делени , выход которого соединен со входом второго блока округлени  чисел, выход которого соединен со вторым входом первого блока регистров пам ти, выход которого соединен со вторым входом блока пам ти, вход второго регистра пам ти  вл етс  вторым входом устройства. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1,Хартман К., Лецкий Э,, Шефер В, Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов, М., изд. Мир, 1977, сЛ.
2. 2.Авторское свидетельство СССР P 525100, кл. G 06 F 15/32, 1975 г.
3. 3. Авторское свидетельство СССР № 63««2a5, кл. G Об FM5/32, 1976 г (прототип).