Устройство для прогнозирования случайных событий в технической системе

 

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ-В ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ, содержащее генератор случайных импульсов, генератор тактовых импульсов и блок счетчиков, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения на системы с временным резервом и повышения, точности устройства оно содержит блок моделей элементов системы, блок формирования сигналов отказов, коммутатор , m выходов которого подключены к tn входам блока счетчиков, первый вход - к первому выходу блока формирования сигналов отказа, второй и третий выходы которого подключены соответственно к (т+1)-му и (т+2)-му входам блока счетчиков, п нечетных входов которого подключены к и выходам генератора случайных импульсов, а п четных входов - к п выходам генератора тактовых импульсов, (п+1)-й. . выход которого подключен к второму входу коммутатора, а (п+2)-й - к второму входу блока формирования сигна- . лов отказов, к третьемувходу которого подключен п-й выход генератора слз чайных импульсов, второй выход блока моделей элементов системы подключен к (гг1+3)-му. входу блока счетчиков . 2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок моделей элементов системы содержит два элемента ЗИ, п-2 элемента 4Ии п-1 реверсивных счетчиков, суммирующий вход первого реверсивного счетчика и вычитающий вход (п-1)-го реверсив (Л ного счетчика подключены к выходам первого и второго п-го элементов ЗИ соответственно, -выходы элементов 4И подк 1ючены к разноименным входам смежных реверсивных счетчиков, первые входы всех элементов ЗИ и 4И являются нечетными входами блока, вторые - четными, третьи входы,-кроме О5 второго элемента ЗИ, подключены к ч1 первым выходам реверсивных счетчиков, О) вторые выходы которых, кроме (п-1)-го |ш1 реверсивного счетчика, подключены к с четвертым входам элементов 4И, второй выход (п-1)-г.о реверсивного счетчика подключен к третьему входу второго элемента ЗИ и является первым выходом блока, вторым вьгходом блока является выход второго элемента ЗИ. 3.Устройство по П.1, о т л и ч аю щ е ес я тем, что.блок формиро .вания сигналов отказов содержит три элемента 2И, одновибратор и инвертор, выход первого элемента 2И соединен с входами одновибратора, второго эле

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (st)4 С 06 F 15/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ь (21) 3603055/24-24 (22) 21 04.83 (46) 15.07.85. Бюл. № 26 (?2) В.N.Крылов, Г.В.Дружинин, П.Э.Борицкий, А.В.Потапов и В.Л.Мучник (71) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 681.326(088.8) (56} Авторское свидетельство СССР № 610122, кл. G 06 F 15/46, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 525106, кл. G 06 F 15/46, 1975., Авторское свидетельство СССР № 739565, кл. С 06 F 15/36, 1978. (54)(57) 1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ В ТЕХНИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЕ, содержащее генератор случай. ных импульсов, генератор тактовых импульсов и блок счетчиков, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения на системы с временным резервом и повьппения точности устройства, оно содержит блок моделей элементов системы, блок формирования сигналов отказов, коммутатор, щ выходов которого подключены к rn входам блока счетчиков, первый вход — к первому выходу блока формирования сигналов отказа, второй и третий выходы которого подключены соответственно к (щ+1)-му и (а+2) му входам блока счетчиков, и нечетных входов которого подключены к и выходам генератора случайных импульсов, а и четных входов — к .п выходам генератора тактовых импульсов, (п -1)-й.

„„SU,, 1167619 А выход которого подключен к второму входу коммутатора, а (и+2)-й — к второму входу блока формирования сигна— лов отказов, к третьему входу которого подключен и-й выход генератора случайных импульсов, второй выход блока моделей элементов системы подключен к (m+3)-му входу блока счетчи. ков.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок моделей элементов системы содержит два элемента ЗИ, и — 2 элемента 4И-и и-1 реверсивных счетчиков, суммирующий вход первого реверсивного счетчика и вычитающий вход (и-1)-го реверсивного счетчика подключены к выходам первого и второго и-го элементов ЗИ соответственно, выходы элементов 4И ( подключены к разноименным входам смежных реверсивных счетчиков, первые входы всех элементов ЗИ и 4И яв" ляются нечетными входами блока, вторые — четными, третьи входы, кроме второго элемента ЗИ подключены к © первым выходам реверсивных счетчиков, ® 4 вторые выходы которых, кроме (и-1)-го 1 6 реверсивного счетчика, подключены к Ми четвертым входам элементов 4И, вто- (© рой выход (n-1)-го реверсивного счетчика подключен к третьему входу второго элемента ЗИ и является первым выходом блока, вторым выходом блока является выход второго элемента ЗИ.

3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что.блок формирования сигналов отказов содержит три элемента 2И, одновибратор и инвертор, выход первого элемента 2И соединен с входами одновибратора, второго эле1167619 мента 2И и инвертора, выход которого соединен с первым входом третьего элемента 2И, первый и второй входы первого элемента 2И являются первым и вторым входами блока, третьим вхоИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при разработке, испытаниях и исследованиях сложных автоматизированных и робототехнических систем, 5 в которых применяется временное ре- зервирование, Цель изобретения — расширение об", ласти применения на системы.с временным резервом и повышение точности устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для прогнозирования случайных событий в технической системе; на фиг.2- 15 блок-схема технической системы.

Устройство содержит генератор 1 случайных импульсов, многоканальный генератор 2 тактовых импульсов, блок

3 моделей элементов системы, блок 4 20 формирования сигналов отказов системы, коммутатор 5 и блок 6 суммирующих счетчиков.

Блок 3 моделей элементов системы содержит элементы И 7.1-7.п, а также 25 п-1 реверсивных счетчиков 8. 1-8.п-1.

Блок 4 формирования сигналов отказов технической системы содержит три элемента 2И 9,10 и 11 инвертор

12 и одновибратор 13. 30

Коммутатор 5 состоит из D-триггеров 14 ° 1-14.m, образующих регистр сдвига, и элементов 2И 15.1-15.m.

Блок 6 содержит суммирующие счетчики 16.1-16.m+3

Генератор l, представлякнций собой типовой п-канальный генератор случайных импульсов, вырабатывает импульсы, длительность которых является случайной величиной, распределенной 40 по заданному закону. Длительность формируемых импульсов пропорциональна случайному времени нахождения агрегатов А,, х=Г,п(фиг.2) технической; гистемы в работоспособном: состоя- 45 дом которого являются вторые входы второго и третьего элементов 2И, а выходами — выходы одновибратора и второго и третьего элементов

2И. нии, а паузы между импульсами — случайному времени восстановления агрегатов.

Многоканальный генератор 2 тактовых импульсов предназначен для формирования последовательностей импульсов заданной частоты. На выходах генератора 2, связанных с блоком 3 моделей, генерируются тактовые импульсы с частотой,пропорциональной производительности агрегатов А .

В блоке 3 элементы 7.1-7.п.представляют собой модели агрегатов системы. Каждый реверсивный счетчик 8.19.п-1. имитирует накопитель В;, i--1, и 1. (фиг.2). Выходы элементов 7.1-7.п подключены к суммирующим и вычитающим входам реверсивных счетчиков 8;1"

8.п-1, На первом выходе каждого реверсивного счетчика формируются сигналы нулевого уровня в тех случаях, когда содержимое счетчика становится равным значению, пропорциональному предельной емкости соответствующего накопителя. В остальных случаях на первых выходах счетчиков присутствует единичный сигнал. На втором выходе каждого реверсивного счетчика формируется сигнал нулевого уровня,. когда содержимое счетчика равно нулю (накопитель пустой), и сигнал единичного уровня в остальных случаях.

Блок 4 формирования сигналов отказов технической системы вместе с коммутатором 5 служат для фиксирования моментов появления отказов системы в результате исчерпания временного резерва, определяемого запасами в накопителях В.1-В-п-1.

Первый триггер 14,1 регистра сдвига до начала работы устройства устанавливается в единичное состояние, а триггеры 14.2-14.ш — в нулевое.

Счетчики 1 6.1-16.m предназначены для регистрации потока отказов сис1167619 темы, в счетчике 16.m+1 фиксируется суммарное время безотказной работы системы, в счетчике 16.m+2 — суммарное время восстановления системы, а в

° счетчике 16.m+3 — число,пропорцио- 5 нальное общему времени эксплуатации технической системы.

С помощью данного устройства моделируется процесс функционирования технической системы с временным ре- 10 зервом, возникающим за счет создания промежуточных запасов в накопителях.

Временной резерв позволяет израсходовать определенное время на восстановление отказавших в процессе эксплуа- 15 тации элементов технической системы.

B предлагаемом устройстве воспро.изводятся случайные потоки отказов и восстановлений моделей агрегатов системы, связанных единым технологи - 20 ческим циклом. После возникновения отказа агрегата, оснащенного накопителем (бункером для изделий), система остается работоспособной за счет наличия промежуточных запасов изде- 25 лий-полуфабрикатов. Это происходит при условии, что восстановление агрегата будет завершено до исчерпания запаса изделий, изготовленных агрегатов до момента времени появления З0 отказа и находящихся в его накопителе. В противном случае происходит отказ системы.

Устройство работает следующим образом. 35

Генератор 1 формирует последовательности импульсов и пауз случайной длительности. Импульсы поступают на первые входы элементов 4И 7,2-7.п-1 4р блока 3. На вторые входы элементов 4И подаются последовательности импульсов с выходов генератора 2 тактовых импульсов. На третьи и четвертые входы элементов И 7.1-7.п блока 3 посту"45 пают блокирующие сигналы с выходов реверсивных счетчиков 8.1-8.п-1. Ког-. да на первом и третьем входах элемента ЗИ 7.1 присутствуют сигналы единичного уровня, означающие, что 50 агрегат А 1 находится в работоспособном состоянии и накопитель В1 заполнен не полностью, то импульсы с первого выхода генератора 2 проходят на первый вход реверсивного счетчи- ББ ка 8. 1. Это соответствует поступлению продукции из агрегата А в накопитель В .

Наличие сигнала нулевого уровня на первом входе элемента ЗИ 7.1 соответствует отказу агрегата А . На-, 1 личие сигнала нулевого уровня на третьем входе элемента ЗИ 7.1 " полному заполнению накопителя В 1.

В этом случае импульсы с первого выхода генератора 2 на суммирующий вход реверсивного счетчика 8.1 не проходят, т.е. продукция в йакопитель Bt не поступает. На второй вычитающий вход реверсивного счетчика

8.1 через второй вход логического элемента 4И 7.2 поступают импульсы, имитирующие изъятие иэ накопителя

А1 продукции для обработки на втором агрегате А, Если на одном из входов элемента. 4И 7.2 присутствует сигнал нулевого уровня, что соответственно имитирует либо отказ агрегата А, либо переполнение накопителя В, либо полное опорожнение первого накопителя.Bt, то на второй вход реверсивного счетчика 8.1 импульсы с второго вьгхода генератора 2 не проходят, и тем самым содержимое накопителя В 1 не уменьшается. Импульсы с выхода элемента 4И ?.2 подаются также на первый вход реверсивного счетчика 8.2 Это соответствует процессу заполнения накопителя В> продукцией, прошедшей обработку на втором агрегате Ад. Сигналы, поступающие на входы реверсивных счетчиков 8.3-8.п формируются аналогично.

Для фиксации количества обработанной продукции в блоке 6 используется суммирующий счетчик 16.m+3, на который подаются импульсы с выхода элемента ЗИ 7.п имитирующего последний агрегат А в технической системе.

Для формирования сигнала об отказе всей системы второй выход реверсивного счетчика 8.п и выход генератора 1 подключены к первому и второму входам элемента 2И 9, выход которого электрически связан с входом одновибратора

13. При изменении сигнала на выходе элемента 2И 9 с единичного значения на нулевое одновибратор 13 формирует импульс, подаваемый на вторые входы элементов 2И 15.1-15.ш. Этот импульс пропускается на вход блока 6 тем элементом 2И 15, 1-15.m коммутатора

5, на первом входе которого в данный момент времени присутствует сигнал единичного уровня.

1167619

Каждому счетчику 16.1- 16.m ставится в соответствие определенный вре" менной интервал. Выбор необходимого счетчика осуществляется по сигналу сдвигового регистра коммутатора 5, на выходе которого последовательно подается сигнал единичного уровня при поступлении на синхровходы D-триггеров

14,1-14.m импульсов от генератора 2 тактовых импульсов. 1О

Таким образом, в счетчиках 16.1-

16.m фиксируются моменты появления отказов технической системы, что соответствует прекращению потока изготовленной на выходе агрегата А, продук- 15 ции.

Сигнал с выхода элемент а 2И 9 подается на первый вход элемента 2И 10 для фиксации суммарного времени работы технической системы и через инвер- 20 тор 12 на второй вход элемента 2И.11 для регистрации суммарного времени простоев системы. На вторые входы элемента 2И 10 и элемента 2И 11 поступает последовательность импульсов, 25 задающих масштаб времени. В суммирующем счетчике 16.m+2 накапливается количество импульсов, пропорциональное суммарному времени простоев системы, а в суммирующем счетчике 16.m+ gp

+1 — суммарному времени безотказной работы технической системы.

В результате обработки статистических данных, накопленных в суммирующих счетчиках блока 6, определяются следующие численные значения показателей надежности технической системы: функция параметра потока отказов ы" (t), коэффициент готовности k» и коэффициент простоя k системы с

Ф1 учетом временного резервирования. .Функция параметра потока отказов определяется по формуле ьп„

У е".;

rye 4)» — c avHcTHwecKas oqeHKa величины а(й) íà i-м временном интервале; ап„— накопленное в i-м счетчике количество отказов системы, заданное количество реализаций процесса функционирования системы1 г, — длительность i-ro интервала наработки системы.

Коэффициент готовности системы находится по формуле

kq

2 где k — содержимое счетчика 16.в+1, - содержимое счетчика 16.m+2.

Коэффициент простоя системы вычисляют по формуле кг

k = — ——

u 1 +

Таким образом. с помощью предлагаемого устройства можно прогнозировать случайные события в технической системе с временным резервированием, создаваемым в процессе функционирования системы, т.е. запасами частично обработанной продукции в промежуточных накопителях.

1167619

° ° °

ФуГ. 3

Составитель В. Крылов

Редактор Л.Алексеенко Техред Т.Маточка Корректор С.Черни

Заказ 4438/48 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óàrîðîä, ул.Проектная, 4