Аналоговый оптимизатор числа запасных блоков

Аналоговый оптимизатор числа запасных блоков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АНАЛОГОВЫЙ ОПТИМИЗАТОР ЧИСЛА ЗАПАСНЫХ БЛОКОВ, содержащий блок задания приращения целевой функции, первый и второй блоки сравнения, реле времени, блоки установки затрат резервирования, группу первых блоков умножения на постоянный коэффициент, блок задания градиента, первый блок суммирования, отличающий- .с я тем, что, с целью уменьшения количества блоков, включаемых в комплект запаса сложных технических устройств , в оптимизатор введены блок интегрирования, второй и третий блоки умножения на постоянный коэффициент, второй блок суммирования, блок вычитания , первый и второй переключатели и группа блоков задания величин эффективности использования, выходы которых через первый переключатель соединены с входом второго блока сум мирования и входом блока вычитания, выход второго блока суммирования связан с вторь|м входом второго блока умножения на постоянный коэффициент, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, первый вход второго блока умножения на постоянный коэффициент соединен с выходом блока задания градиента, выход блока вычитания связан с вторым входом третьего блока умножения на постоянный коэффициент, первый вход которого подсоединен к второму информационному выходу блока задания приращения целевой функции, выход третьего блока умножения на постоянный коэффициент присоединен к информационному входу блока интегрироW вания, первый информационный выход блока задания приращения целевой функции соединен с вторым входом первого блока сравнения, выход которого подключен к входу запуска реле времени , выходы блоков установки затрат резервирования подсоединены к входам соответствующих первых блоков умножения на постоянный коэффициент и через второй переключатель связаны с СП входом блока задания градиента, выход каждого первого блока умножения на постоянный коэффициент соединен с соответствующим входом первого блока, .суммирования, выход, которого связан с первым входом второго блока срав- . нения, второй вход которого соединен с входом задания устройс ва, выход с выходом устройства, выход реле времени подключен к запускающему входу блока интегрирования.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ONltW РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ т, L

3,, l

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г1О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТФ1 (21) 3512606/24-24 (22) 11. 11. 82 (46) 23. 09. 84. Бюл. Ф 35 (72) Е.И.Бороденко, В.А.Юрченко, В.А.Краснобаев и А. Г.Ларионов (53) 621 . 396 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 475630, кл. Ь 06 G 7/48, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

В 752386, кл. G 06 G 7/48, 1978 (прототип). (54)(57) АНАЛОГОВЫЙ ОПтИИИЗА ОР ЧИСЛА ЗАПАСНЫХ БЛОКОВ, содержащий блок задания приращения целевой функции, первый и второй блоки сравнения, реле времени, блоки установки затрат резервирования, группу первых блоков умножения на постоянный коэффициент, блок задания градиента, первый блок суммирования, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения количества блоков, включаемых в комплект запаса сложных технических устройств, в оптимизатор введены блок интегрирования, второй и третий блоки умножения на постоянный коэффициент, второй блок суммирования, блок вычитания, первый и второй переключатели и группа блоков задания величин эффективности использования, выходы которых через первый переключатель соединены с входом второго блока сум" мирования и входом блока вычитания, ° выход второго блока суммирования связан с вторым входом второго блока,„SU„„1115022 A

3QiD G 05 В 23/02; 4 06 + 15/46

G 06 G 7/122 умножения на постоянный коэффициент, Э выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, первый вход второго блока умножения на постоянный коэффициент соединен с выходом блока задания градиента, выход блока вычитания связан с вторым входом третьего блока умножения на постоянный коэффициент, первый вход которого подсоединен к второму информационному выходу блока задания приращения целевой функции, выход третьего блока умножения на постоянный коэффициент присоединен к- информационному входу блока интегрирования, первый информационный выход блока задания приращения целевой функции соединен с вторым вхоцом пер-. вого блока сравнения, выход которого подключен к входу запуска реле времени,выходы блоков установки затрат резервирования подсоединены к входам соответствующих первых блоков умно.жения на постоянный коэффициент и через второй переключатель связаны с входом блока задания градйента, выход каждого первого блока умножения на постоянный коэффициент соединен с соответствующим входом первого блока суммирования, выход. которого связан с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с входом задания устройства, выход - с выходом устройства, выход реле времени подключен к запускающему входу блока интегрирования.

115022 2

1 1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при определении комплекта запаса сложных технических устройств

Известен аналоговый оптимизатор, содержащий блоки установки затрат, блок суммирования, переключатель, блоки нелинейности, блоки перемещения, блоки умножения на постоянный коэффициент, блок развертки, блок измерения градиента, дополнительные блоки суммирования и переключатели (1).

Недостатком этого устройства является завьппение количества запасных блоков для сложных технических устройств, характеризующихся частичным снижением эффективности функционирования при отказах отдельных блоков, входящих в состав этих устройств.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является аналоговый оптимизатор числа запасных блоков, содержащий блоки установки затрат, блок суммирования, переключатель, блоки формирования приращения целевой функции, блоки умножения на постоянный коэффициент, два блока сравнения, блок формирования коэффициента простоя и реле времени 523.

Недостатком известного устройства также является завышение потребного числа запасных блоков в процессе оптимизации комплекта запаса. Это обусловлено тем, что конструкция устройства не содержит эелементов, предназначенных для оптимизации технических объектов, отказ блоков которых не приводит к полному отказу объекта, а,порождает лишь его функционирование с заниженной эффективностью. Вследствие этого число оптимизированных устройством блоков является завьппенным и неоптимальным для сложных технических устройств.

Цель изобретения — уменьшение количества запасных блоков, включаемых в комплект запаса сложных технических устройств.

Поставленная цель достигается тем, что аналоговый оптимизатор числа запасных блоков, содержащий блок задания приращения целевой функции, первый и второй блоки сравнения, реле времени, блоки установки затрат резервирования, группу первых блоков умножения на постоянный коэффициент, блок задания градиента, первый блок суммирования, содержит также блок интегрирования, второй и третий блоки умножения на постоянный коэффициент, второй блок суммирования, блок вычитания, первый и второй переключатели и группу блоков задания величин эффективности использования, выf ходы которых через первый переключатель соединены с входом второго блока суммирования и входом блока вычитания, выход второго блока суммирования связан с вторым .входом. второго блока умножения на постоянный коэффициент, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения первый выход . второго блока умножения на постоянный коэффициент соединен с выходом блока задания градиента, выход блока вычитания связан с вторым входом третьего блока умножения на постоянный коэффициент, первый вход которого подсоединен к второму информационному входу блока задания приращения целевой функции, выход третьего блока умножения на постоянный коэффициент подсоединен к информационному входу блока интегрирования, первый информационный выход блока задания приращения целевой функции соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к входу запуска реле вре5

30

55 мени,. выходы блоков установки затрат резервирования подсоединены к вхо дам соответствующих первых блоков умножения на постоянный коэффициент и через второй переключатель связаны с входом блока задания градиента, выход каждого первого блока умножения на постоянный коэффициент соединен с соответствующим входом первого блока суммирования, выход которого связан с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с входом задания устройства„ а выход — с выходом устройства, выход реле времени подключен к запускающему входу блока интегрирования.

На фиг. 1 представлена функционарьная схема устройства; на фиг.2схема выполнения блока задания приращений целевой функции.

Устройство содержит блок 1 задания приращений целевой функции, первый блок 2 сравнения (с индикацией

".Установить и "), реле 3 времени, блоки 4, — 4 установки затрат резер11150

3 вирования, группу первых блоков

5 - 5> умножения на постоянный коэффициент, второй переключатель 6, блок 7 задания градиента, первый блок 8 суммирования, второй блок 9 сравнения, группу блоков 10 — 10м задания величин эффективности использования, первый переключатель

11, второй блок 12 суммирования, блок 13 вычитания, второй 14 и третий 15 блоки умножения на постоянный коэффициент и блок 16 интегрирования, состоящий из операционного усилителя 17 в режиме интегрирования, кнопки 18 сброса и вольтметра 19.

Блок 1 задания приращений целевой функции (фиг. 2) содержит контакты 20-34, узел 35 задания параметра обслуживания о», масштабный узел

36, узел 37 суммирования, узел 38 деления, узел 39 вычитания, переключатель 40, кнопку 41, обмотку 42 реле, управляющую контактами 20-34, узлы 43-48 памяти, операционный усилитель 49, входящий в узел 48, резисторы 50-53 и операционный усилитель 54, входящие в узел 36, резисторы 55 и 56, конденсатор 57 и операционный усилитель 58, входящие в состав узла 43, резисторы 59 и 60, конденсатор 61 и операционный усилитель 62, входящие в состав узла 44, резисторы 63 и 64, конденсатор 65 и операционный усилитель 66, входящие в состав узла 45, резисторы 67 и 68, конденсатор 69 и операционный усилитель 70, входящие в состав узла

46, резисторы 71 и 72, конденсатор

73 и операционный усилитель 74, входящие в состав узла 47, и резисторы

75 и 76 и конденсатор 77, входящие в состав узла 48.

Блок 16 интегрирования (фиг. 1) содержит конденсатор 78 и ключ 79.

Математически задача выбора оптимального комплекта запасных блоков заключается в нахождении такого комплекта запасных блоков, чтобы обеспечить при условии (3) 1

22 4 где P (И ) — вероятность использова1 .3 ния технического устройства с отказавшим -ым блоком из-за недостаточ" ности запасных блоков

g -го типа;

С вЂ” стоимость запасного блока g -го типа; с» — параметр обслуживания;

3 — эффективность использод вания технической системы с отказавшим блоком

Д-го типа.

Уравнения (1) и (3) относятся к классу задач дискретного программирования. Одним из наиболее приемлемых методов для практического решения этих задач является метод наискорейшего спуска (градиентный метод) °

Процесс поиска решения (1) и (3) градиентным методом заключается в выборе для каждого -ro типа блока такого наименьшего значения о, для которого впервые выполняется условие

Р бч -Pj(o>„) с% С Й+Эц, (4) где и — произвольно выбранный градиент.

Сомножители (1 — 8uj ) в (1) и (1 +

+>uj ) в (4) учитывают особенности функционирования сложных, технических устройств. Для простых технических устройств Bu = О, выражения (1) и (4) трансфоримруются в (1) и (4), приведенные в описании известного устройства.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливается произвольное значение градиента 0 и для каждого типа блока подбирается наименьшее .значение И, для которого впервые выполняется условие (4) . Если условие (4) не выполняется, то необходимо увеличить значение до тех пор, пока не будет выполнено это условие

Перед решением задачи на блоках

4„— 4 устанавливаются напряжения, пропорциональные затратам на один блок С, а на блоке 9 — опорное напряжение U, пропорциональное величине С . Переключатели 6 и 11 устанавливаются в положение 1, переключатель 40 блока 1 устанавливается в нулевое положение, а на узле 35 (фиг. 2) устанавливается параметр обслуживания с „ для первого типа запасных блоков. На блоках 10 — 10 устанавливается напряжение, пропор5 11150 циональное величине эффективности использования технического устройст" .ва при отказе j -го блока.

Выполняется нулевой шаг решения.

При нажатии кнопки 41 срабатывает схема блока 1, и на его, выходе (на выходе узла 45) получают значение переменного сомножителя целевой функции Р (О). Затем выполняется первый шаг решения. Переключатель 40 пере- 1п водится в положение 1 (фиг. 2), и с первого выхода блока 1.снимается напряжение, пропорциональное. Р„ (О).

Напряжение с выхода блока 14, пропорциональное величине < С (1 +Э„ ), и напряжение с выхода блока 1, пропорциональное а Р (О), сравниваются в блоке 2. При этом, если эффективность использования технического устройства при отказе любого блока равна нулю, то на выходе блока 14 напряжение пропорционально значению С (т.е. для случая, когда техническое устройство является простой системой).

Для всех других случаев, когда Зц — (О, 1), напряжение на выходе блока

14 будет больше С, и для выполне- ния условия (4) потребуется меньшее число шагов, т.е. резервных блоков.

Блок 2 сработает, если выполнится условие (4) и при этом загорится транспарант "Установить ". Если транспарант "Установить и " не загорится,переключатель 40 переводится в положение Й (фиг. 2), т.е. ь = 2 и т.д. При срабатывании блока 2 реле, 35

3 подключает выход блока 15, напряжение на выходе которого пропорционально величине Р (6>) (1 — Э ), к входу блока 16. На блоках 5„ - 5> устанавливается коэффициент, равный номеру положения переключателя 40, а сам переключатель 40 возвращается в исходное положение.

Затем переключатели б и 11 устанавливаются в положение 1! (фиг. 1)

45 (второй блок технического устройства) и выполняется пошаговое решение с помощью переключателя 40. После выполнения процедуры для всех N положений переключателей 6 и 11 напряжение на выходе блока 8 может быть

"ор (положенное ограничение израсзодовано точно), либо больше U (перерасход). В последнем случае на блоке 7 устанавливается новое (боль-

55 шое) значение градиента. Схема возвращается в исходное состояние, и процедура поиска повторяется, начиная

22 с нулевого шага решения. В результате решения задачи напряжение на выходе блока 16 соответствует достигнутому значению целевой функции, а зафиксированные коэффициенты каждого блока 5 — числу выбранных запасных блоков.

Блок 1 задания приращения целевой функции работает следующим образом.

Перед началом работы переключатель

40 установлен в нулевое положение.

На узле 35 устанавливается параметр обслуживания с, соответствующий выбранному типу запасных блоков.

При нажатии кнопки 41 начальное напряжение Ощщ подается на входы узлов

3S и 37. С выхода узла 35 снимается напряжение, пропорциональное 2, и через переключатель 40 подается на вход узла 36, выходное напряжение

„которого пропорциональное су., подается на входы узла 43 и 37. C выхода узла 37 снимается напряжение, пропорциональное (1 + о }, и подается на вход узла 45. Выходные напряжения с узлов 43 и 45 через переключающие контакты 26 и 27 подаются на вход узла 38, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное о /(1 +

+ б-}, и запоминается в узле 47. Это напряжение соответствует значению переменного сомножителя целевой функции, когда количество запасных блоков равно нулю.

На втором шаге переключатель 40 переводится в положение 1, при этом срабатывает реле 42 и перебрасывает все контакты в противоположное положение. Напряжения, пропорциональные с и (1 + о ), с выходов узлов 43 и

45 через переключающие контакты 23 и

24 подаются на входы узлов 35 и 37 соответственно. С выхода узла 35 снимается напряжение, пропорциональное о, и через переключатель 40 подается на вход узла 36, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное /2. Выходное напряже2 ние с узла 36 подается на вход узла

44 и на первый вход узла 37. С выхода узла 37 снимается напряжение, пропорциональное (о /2 + 1 + сМ.) и подается на вход узла 46. Напряжение, пропорциональное /2 + (QZ/2 + 1 +

+ oL), с выходов узлов 44 и 46 через переключающие контакты ?б и 27 подается на узел 38, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный о /2 (Ь /2 + 1 +о"), что соответству 111 ет значению переменного сомножителя целевой функции, когда количество .запасных блоков данного типа равно единице. Это напряжение подается на вход узла 48. Напряжение с выхода .узла 47 (соответствующее предыдущему значению целевой функции) и напря1 жение с выхода узла 48 подаются на вход узла 39, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное приращению переменного сомножителя целевой функции <Р< (0) . В дальнейшем работа схемы аналогична. Таким образом, с выходов узлов 43 и 44 снимается напряжение, пропорциональное 1 !(1 + 1)/, что соответствует реализации первого сомножителя в формуле (2), а с выходов узлов 45

tE)p и 46 Е о, что соответствует i j-О

5022 8 реализации второго сомножителя этой формулы.

Техническое преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с базовым заключается в том, что оно учитывает особенности функционирова" ния сложных технических устройств и на этой основе позволяет умень шить обьем запасных блоков без увеличения значения целевой функции.

Экономический эффект от применения устройства состоит в уменьшении

15 количества запасных блоков. С увеличением уровня, на котором идет оптимизация запасных блоков, экономический эффект возрастает и может составить десятки процентов от стоиВ

20 мости технических устройств, для которых подбирается комплект запаса.

1115022

Составитель С.Демиденко

Техред Т.Фанта Корректор Г.Решетник

Редактор Т. Кугрышева.Филиал ППП "Патент",. r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 6769/34 Тираж 841 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

° 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5