Устройство для моделирования отказов

Устройство для моделирования отказов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам моделирования и может быть использовано при проектировании радиоэлектронных , тех1шческих, эргатических систем для оценки эксплуатационных показателей и выработки предложений по повышению надежности систем. Цель изобретения - повьшение достоверности моделирования при отсутствии информации об условиях эксплуатации исследуемого объекта. Цель достигается введением в устройство блока памяти весовых коэффициентов, генератора тактовых импульсов, счетчика времени моделирования, счетчика числа реализаций, блока умножения частоты и блока обработки результатов, включающего одновибратор, элемент И, группу счетчиков импульсов, группу делителей и группу регистров памяти. Устройство позволяет моделировать в процессе проектирования отказы сложных систем при отсутствии или ограни-.g ченном объеме статистических данных об условиях эксплуатации систем. 5 ил. (Л 00 05 СО N5 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1363231

А1 (51)4 G 06 F 15/20 а

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ц

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4029178/24-24 (22) 26.02.86 (46) 30. 12.87. Бюл. Ф 48 (72) В.А.Зеленцов и А.Н.Миронов (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 741270, кл. С 06 F 15/20, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 467357, кл. G 06 F 15/36, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ОТКАЗОВ (57) Изобретение относится к устройствам моделирования и может быть использовано при проектировании радиоэлектронных, технических, эргатических систем для оценки эксплуатационных показателей и выработки предложений по повьппению надежности систем.

Цель изобретения — повьппение достоверности моделирования при отсутствии информации об условиях эксплуатации исследуемого объекта. Цель достигается введением в устройство блока памяти весовых коэффгциентов, генератора тактовых импульсов, счетчика времени моделирования, счетчика числа реализаций, блока умножения частоты и блока обработки результатов, включающего одновибратор, элемент И, группу счетчиков импульсов, группу делителей и группу регистров памяти.

Устройство позволяет моделировать в процессе проектирования отказы сложных систем при отсутствии или ограни- C ® ченном объеме статистических данных об условиях эксплуатации систем. 5 ил.

1 136

Изобретение относится к устройствам моделирования и может быть использовано при проектировании радиоэлектронных, технических, эргатичес1 ких систем для оценки эксплуатационных показателей и выработки предложений по повышению надежности систем.

Цель изобретения — повышение достоверности моделирования.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — схема блока распределения сигналов; на фиг.3 — схема блока обработки результатов; на фиг.4 — схема блока хранения весовых коэффициентов; на фиг.5 временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство для моделирования отказов содержит блок 1 управления, генератор 2 случайных сигналов, блок 3 сравнения, блок 4 памяти весовых коэффициентов, блок 5 распределения сигналов, блок 6 обработки результатов, блок 7 регистрации, генератор 8 тактовых импульсов, блок 9 умножения частоты, счетчик 10 времени моделироВ вания, счетчик 11 числа реализаций.

Коммутатор содержит регистр 12 сдвига, мультиплексор 13, первый дешифратор 14, счетчик 15 импульсов, второй дешифратор 16, элемент ИЛИ 17, группу элементов И 18.

Блок обработки результатов содержит элемент И 19, одновибратор 20, о счетчики 21, делители 22 регистров

23 памяти.

Блок 4 памяти весовых коэффициентов содержит элементы И 24 и узлы 25 памяти.

В основу работы устройства положено определение функцией принадлежности отказов, принимающей значение из интервала (О,1) и характеризующей степень принадлежности каждого элемента нечеткому подмножеству. Значение функции принадлежности отказов для каждого элемента нечетного подмножества, т.е. для каждого конкретного значения порогового уровня, количественно характеризует объективную возможность отказа системы при пересечении параметром этого уровня.

Результаты по определению момента отказа системы будут в данном случае также нечеткими. Они представляются . в виде математического ожидания функции принадлежности момента отказа рассматриваемому интервалу эксплуата3231

5

35 ции (аналог математического ожидания плотности распределения. момента отказа, получаемого при представлении значений пороговых уровней с помощью математического аппарата теории случайных процессов). Значения математического ожидания функции принадлежности количественно характеризуют возможность отказа системы в каждый момент интервала эксплуатации.

Устройство работает следующим о6разом.

Леред началом работы по результатам квантования кривой, характеризующей степень принадлежности значений параметра к нечетному подмножеству пороговых уровней, определяются используемые затем при моделировании величины пороговых уровней и соответствующие им веса из интервала (О,1).

На фиг.5 показан пример с квантованием по уровням 0; 0.25; 0.5; 0.75; 1.

Значениям порогов, образованных абсциссами точек пересечения уровней квантования с кривой, приписываются веса, равные значению данных уровней квантования. С помощью блока управления (представляющего собой, например, наборное поле, набор осуществляется с помощью кнопок или переключателей) производится установка пороговых уровней в блоке 3 сравнения и запись импульсов, соответствующих весу каждого порогового уровня, в узлы 25 памяти блока 4. Для исключения неопределенности нулевому весу ставится в соответствие минимальное количество импульсов, равное выбранному числу реализаций параметра. Это же чис- ло реализаций записывается в блок 6 обработки результатов и устанавливает максимальную емкость счетчика 11 числа реализаций. С блока управления задаются также требуемые характеристики случайного процесса изменения параметра, моделируемого генератором

2 случайных сигналов. Весь интервал эксплуатации, на котором моделируется процесс изменения параметров, разбивается на ряд подынтервалов (фиг.5) для последующего подсчета суммарного значения весов пороговых уровней, которые пересечет параметр в каждом подынтервале, и получения результирующей статистической характеристики. Коды, соответствующие граничным значениям подынтервалов, записываются в блок 5. з 136

Устройство начинает процесс моделирования с появлением сигнала "Запуск" на выходе блока 1 управления.

Этот сигнал запускает генератор 8 тактовых импульсов и генератор 2 случайных сигналов. Импульсы с выхода генератора 8 подсчитываются счетчиком 10 времени, его содержимое определяет время, соответствующее времени эксплуатации с начала моделирования очередной реализации. Частота генератора 8 тактовых импульсов выбирается такой, чтобы подсчет времени производился в единицах, соответствующих принятым для учета времени эксплуатации моделируемого объекта . (секундам, минутам, часам и т.д.).

3231

Генератор 2 случайных сигналов начинает выдавать на выход .аналоговое напряжение, соответствующее реализации моделируемого параметра.

Предварительная установка характеристик случайного процесса для генератора заключается в установке с блока 1 управления значения коэффициента корреляции между начальным значением и скоростью изменения параметра.

Сигнал с выхода генератора 2 поступает на блок 3 сравнения. В блоке 3 сравнения производится сравнение значения реализации параметра и записанных заранее пороговых уровнек. При пересечении параметром очередного порогового уровня на соответствующем выходе блока 3 появляется прямоугольный импульс.

Импульс с выхода блока 3 сравнения разрешает считывание числа, пропорционального весу пересеченного порогового уровня, из блока 4 памяти в блок 5. При появлении импульса на входе блока 4 он проходит на вход соответствующего элемента И 24, разрешая прохождение через него импульсов с блока 9 умножения на вход узла

25 для управления считыванием. Блок

9 умножения выполняет функции умножителя частоты, поэтому считывание информации о весах пороговых уровней, записанной в узлах 25, происходит с большой скоростью. После каждого считывания содержимое соответствующего регистра восстанавливается. Длительность импульсов, формируемых в блоке

3, выбирается из условия достаточности для проведения описанной операции считывания.

Последовательность импульсов, количество которых пропорционально весу очередного пересеченного уровня, поступает с выхода блока 4 на вход блока 5 распределения сигналов. Число его информационных входов равно числу пороговых уровней, число выходов — числу подынтервалов, на которые разбит рассматриваемый интервал эксплуатации моделируемого объекта.

Поступающая на вход блока 5 последовательность импульсов проходит на

его выход, соответствующий тому подынтервалу, в котором произошло рассматриваемое пересечение порогового уровня.

Блок 5 функционирует следующим образом (фиг.2) ° Первый дешифратор 14 соединен параллельно со счетчиком 10 времени. Высокий потенциал на любом из выходов дешифратора 14 и, соответственно, на любом из первых входов мультиплексора 13 появляется только при определенном содержимом счетчика

10. Выход мультиплексора 13 соединен с тем из входов, чей номер подается на его второй вход со сдвигового регистра 12. В сдвиговом регистре предварительно записаны последовательно один за другим коды, равные номерам выходов дешифратора 14, высокий потенциал на которых появляется, когда содержимое счетчика 10 равно Т,, Т1,...,T> соответственно (в дальнейшем будет называть указанные выходы дешифратора 14 первым,...n-ным). Для каждого кода в регистре 12 отводится одинаковое число разрядов. С вторым входом мультиплексора 13 соединены старшие разряды регистра 12, число которых равно разрядности одного кода. В начальный момент в них записан код первого выхода дешифратора 14.

Содержимое счетчика 15 равно О, высокий потенциал присутствует на нулевом выходе второго дешифратора 16, разрешая прохождение последовательностей импульсов, несущих информацию о пересечении параметром пороговых уровней, через первый из элементов И 18 на выход блока 5, соответствующий первому подынтервалу моделируемого интервала эксплуатации. На остальных выходах дешифратора 16 — низкие потенциалы, запрещающие прохождение информации через другие элементы И. Как только содержимое счетчика 10 станет равным

Т, высокий потенциал с соответствуюла реализаций становится равным установленной, т.е. при переполнении емкости счетчика, установленной предва15

20 регистрируются в блоке 7.

Блок 6 обработки результатов функ25

30 ствующее суммарному весу пересечен35 ных уровней в течение конкретного подынтервала. Импульс переполнения с выхода счетчика 11 числа реализася достаточной для проведения обработки) разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода блока 9 умножения на счетчики 21. Зти импульсы

45 упРавляют считыванием информации иэ счетчиков в делители 22. Предварительно в делители через другие входы ное число реализаций процесса модели50 рования. На выходе делителей появится и запишется в регистры число, равное частному от деления содержимого накопителей на число реализаций. С выхода регистров 23 результаты обра55 ботки, соответствующие статистическим оценкам ма ематического ожидания функции принадлежности момента отказа, поступают на блок 7 регистрации.

Сюда же для привязки результатов мо5 1363231 6 щего выхода дешифратора 14 пройдет на четвертый вход генератора 2 случерез мультиплексор 13 на вход счет- чайных сигналов, переводя его в речика 15. Переход 0-1 фиксируется жим моделирования новой реализации. счетчиком и высокий потенциал те- Зтот же импульс поступает на счетчик

Э

5 перь присутствует на первом выходе 11 числа реализаций. Сам счетчик 10 дешифратора 16, разрешая прохождение обнуляется. Устройство начинает нопоследовательностей импульсов через вый аналогичный цикл моделирования. второй из элементов И 18 на тот вы- Когда содержимое счетчика 11 чисход блока 5, который соответствует второму интервалу эксплуатации. Отрицательный перепад напряжения 1-0, который происходит на выходе мульти- рительно с пульта 1 управления, имплексора 13 при очередном изменении пульс переполнения с его выхода поссодержимого счетчика 10 на единицу тупает на вход генератора 2, прекра(и увеличении номера выхода дешифра- щая процесс моделирования, на вход тора 14 с высоким потенциалом ), про- генератора 8, останавливая выдачу ходит на первый вход сдвигового ре- тактовых импульсов, и на четвертый гистра 12, вызывая сдвиг на число вход блока 6 обработки результатов, разрядов, равное разрядности одного давая команду на обработку. Реэультаномера. Вытесненный из старших разря- ты обработки, производимой с помощью дов код записывается вновь в освобо- импульсов с выхода блока 9 умножения, дившиеся младшие разряды. Теперь на втором (адресном ) входе мультиплексора 13 присутствует код второго выхо- ционирует следующим образом. да дешифратора 14. Описанный отрица- В процессе моделирования импульсы тельный перепад на выходе мультиплек- с выхода коммутатора 5 проходят на сора 13 не фиксируется счетчиком 15, тот или иной из счетчиков 21 в завии его состояние не меняется до тех симости от того, в каком из моделипор, пока содержимое счетчика 10 не руемых подынтервалов эксплуатации станет. равным Т . Цикл работы комму- . происходит пересечение уровня. После татара повторяется. окончания моделирования в каждом из

Последовательный сдвиг кодов в ре- счетчиков 21 записано число, соответгистре 12 приводит к тому, что во время моделирования изменения парао метра в интервале (Т, Т ) на выходе

3 регистра присутствует код первого выхода дешифратора 12, и эта часть ком- ций запускает одновибратор 20. Прямомутатора Уже готова к работе со сле- угольный импульс с выхода одновибрадующей реализацией. Как только содер- тора (длительность импульса выбирает40 жимое счетчика 10 времени становится равным Т, импульс переполнения с его выхода через третий вход коммутатора обнуляет счетчик 15. Блок 5, таким образом, переходит в первоначальное состояние и готов к работе с новой .реализацией.

Состав элементов блока 5 и связи записано с блока управления назначенмежду ними дают возможность при моделировании каждого конкретного параметра выбирать различные значения границ Т,, Т,...,Т „ в интересах более точного исследования результирующих статистических характеристик в те периоды эксплуатации, когда отказ моделируемого объекта наиболее вероятен.

Импульс переполнения с выхода счетчика 10 времени проходит также

13632 делирования ко времени эксплуатации подаются значения границ подынтервалов. Результаты обработки могут регистрироваться, например, в виде, показанном на фиг.5. Результат деления, выполняемого в блоке 6, больше истинного значения степени принадлежности во столько раз, во сколько раз количество импульсов, записываемое 10 в регистры блока 4, больше истинного значения весов пороговых уровней.

Удобнее выбирать этот коэффициент пропорциональности равным 10, где m

fh назначается в зависимости от требуе- 15 мой точности. Тогда при m = 1 в процессе регистрации разделительный знак между целой и дробной частями результата деления необходимо перенести на один разряд влево, а значе- 20 ние функции принадлежности вычислять с точностью до первого знака; при

m = 2 разделительный знак нужно перенести на два разряда влево, а вычисления выполнять с точностью до второ- 25 го знака, и т.д.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет моделировать в процессе проектирования отказы сложных систем при отсутствии или ограничен- 30 ном объеме статистических данных об условиях эксплуатации систем.

Формула изобретения

Устройство для моделирования отка35 зов, содержащее генератор случайного сигнала, блок сравнения, блок распределения сигналов и блок управления, выполненный в виде датчика чисел, наборного поля и источника постоянно- 40 го напряжения, соединенного с кнопкой "Пуск", выходы датчика чисел соединены соответственно с входами наборного поля, выход кнопки "Пуск" подключен к входу запуска генератора 45 случайного сигнала, выходы наборного поля подключены соответственно к установочному входу генератора случайного сигнала и информационным входам первой группы Ьлока сравнения, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования при отсутствии информации об условиях эксплуатации исследуемого объекта, оно дополнительно содержит

55 блок памяти весовых коэффициентов, генератор тактовых импульсов, счетчик времени моделирования, счетчик числа реализации, блок умножения часЗ1 8 тоты и блок обработки результатов, состоящий из одновибратора, элемента

И, группы счетчиков импульсов, группы делителей и группы регистров памяти, разрядные входы которых соединены соответственно с выходами делителей . группы, а разрядные выходы регистров памяти группы являются выходами устройства, первые информационные входы делителей группы объединены и подключены к соответствующему выходу наборного поля блока управления, а информационные входы делителей второй группы соединены соответственно с разрядными входами счетчиков группы, входы считывания которых объединены и подключены к выходу элемента И, первый вход которого соединен с выходом одновибратора, вход которого подключен к выходу переполнения счетчика числа реализаций, входу останова работы генератора случайного сигнала и входу останова генератора тактовых импульсов, блок распределения сигналов содержит регистр сдвига, мультиплексор, первый и второй дешифраторы, счетчик импульсов, элемент ИХИ и группу элементов И, выходы которых соединены соответственно со счетными входами счетчиков импульсов группы блока обработки результатов, причем в блоке распределения сигналов выходы первого дешифратора соединены соответственно с информационными входами мультиплексора, управляющие входы которого соединены соответственно с с группой старших разрядов регистра сдвига блока распределения сигналов, а выход мультиплексора подключен к входу сдвига регистра сдвига и счетному входу счетчика импульсов блока распределения сигналов, разрядные выходы которого соединены соответственно с входами второго дешифратора, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И группы блока распределения сигналов, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам блока памяти весовых коэффициентов, адресные входы которого соединены соответственно с выходами блока сравнения, информационный вход которого подключен к выходу генератора случайного сигнала, вход перезапуска которого соединен с выходом переполнения счетчика времени моделирования, счет136323 ным входом счетчика числа реализаций и входом обнуления счетчика импульсов. блока распределения сигналов, входы первого дешифратора которого соединены соответственно с разрядными выходами счетчика времени моделирования, счетный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и входу блока умножения частоты, выход которого подключен к второму входу элемента И блока обра1 10 ботки результатов и входу считывания информации блока памяти весовых коэффициентов, выход кнопки Пуск блока управления подключен к входу запуска генератора тактовых импульсов, а информационные входы блока памяти весовых коэффициентов, разрядные входы регистра сдвига коммутатора и счетчика числа реализаций подключены к соответствующим выходам наборного поля блока управления..

1363231 вЧ

1

1

Ригд

Составитель В.Фукалов

Техред М.Дидык Корректор А,Тяско

Редактор А.Маковская

Заказ 6364/42

Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4