Устройство для определения вероятности работоспособности структурно-сложной системы

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при анализе и прогнозировании надежности сложных систем. Целью изобретения является расширение функ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 С 06 F 15/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2 1) 4240800/24-24 (22) 06.05.87 (46) 23.02.89 Бюл. Р 7 (72) В.M.Ïîëèùóê и Н.Г.Липатова (53) 621.396(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 708359, кл. С 06 F 15/46, 1978.

Авторское свидетельство СССР.

В 1302911, кл. G 06 F 15/46, 1985.

Л0„„1460728 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВЕРОЯТНОСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТРУКТУРНО-СЛОЖНОЙ CHCTEMbI (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при анализе и прогнозировании надежности сложных систем. Целью изобретения является расширение функ1460728 циональных возможностей устройства.

Устройствб содержит счетчики 1,2, .узел 3 сравнения, блоки 4,5,6 памяти, блок 7 выделения единиц, блок 8 умножения, сумматор 9, регистры 10,11, элементы И 12-20, блок 22 элементов И, элементы ИЛИ 23-28, блок 29 элементов ИЛИ, триггеры 30, 31 и

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при анализе и прогнозировании надежности систем сложной структуры, а именно для определения показателя структурной надежности системы — вероятности работоспособности.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности вычисления значения вероятности работоспособности системы при произвольных значениях надежности ее элементов и структурных единиц, равных или не равных между собой.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства;на фиг.2 — схема узла сравнения.

Устройство содержит первый счетчик 1 (состояний), второй счетчик 2,, узел 3 сравнения, первый 4, второй 5 и третий 6 блоки памяти, блок 7 выделения единиц, блок 8 умножения, сумматор 9, первый 10 и второй 11 регистры, первый 12, второй 13, третий 14, четвертый 15,пятый 16, шестой 17, седьмой 18, восьмой 19 и девятый 20 элементы И, блок 21 элементов И, первый 22, второй 23, третий 24, четвертый 25, пятый,26, шестой 27 и седьмой 28 элементы ИЛИ, блок 29 элементов ИЛИ, первый 30 и второй 31 триггеры, первый 32, второй 33, третий 34 и четвертый 35 элементы задержки. На схеме обозначены 3Э установочный вход 36 и выход 37 остановки.

Узел 3 содержит группы 38„ -38»„ элементов ИЛИ каналов, элементы

И 39» -39 каналов, элементы ИЛИ 40, — 40

-40„„ каналов и элемент ИЛИ 41.Блок 4 включает регистры 42. элементы 32-35 задержки. Раскрыто построение узла сравнения. Устройство позволяет определять все возможные работоспособные состояния структурно-сложной технической системы и вычислять численные значения вероятностей каждого из них. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Вероятность работоспособности исследуемой системы определяется как сумма вероятностей всех без исключения возможных ее работоспособных состояний, причем вероятность каждого работоспособного состояния определяется как произведение вероятностей исправной работы всех элементов, входящих в данное работоспособное состояние, и вероятностей отказов всех остальных элементов системы.

Для вычисления вероятности работоспособности системы модель ее надежности представляется в виде и-разрядных двоичных слов, каждое из которых соответствует минимальному пути в структуре. Минимальный путь в структуре произвольного типа есть такой набор работоспособных элементов, исключение любого из которых (т.е. отказ) переводит систему из состояния ! работоспособности в состояние отказа. Если путь проходит через i-й элемент модели надежности, то в i-й разряд и-разрядного двоичного слова заносится "1", в противном случае—

"0" (i=1,ï). Количество разрядов и слова определяется числом элементов модели надежности, а количество m слов совпадает с количеством минимальных путей в модели надежности и зависит от порядка сложности исследуемой системы (количества элементов и связей системы).

Двоичные слова, представляющие модель надежности системы, записываются и в процессе работы устройства. хранятся в регистрах 42» -42,„ блока 4 памяти. Разрядность этих регистров принимается равной максимально возможному значению и, т.е. исходя из необходимости обеспечения возможности

3

14607 исследования с использованием данного устройства наиболее сложной реально возможной системы. Количество регистров 42 и, следовательно, групп элементов 38, элементов 39 и 40 принимается равным максимально возможному значению, т.е. также исходя из сложности реально возможных систем.

Количество и элементов конкретной исследуемой системы первоначально фиксируется в регистре 10 и при работе устройства контролируется счетчиком 2.

Все возможные состояния исследуемой системы формируются на счетчике 1 состоянии, из которых работоспособные отбираются с помощью узла 3 сравнения.

Значения вероятностей исправной работы и вероятностей отказов элементов исследуемой системы заносятся и хранятся соответственно в блоках

5 и 6 памяти.

Блок 7 выделения единиц позволяет 25 определить номера всех элементов системы, входящих в данное работоспособное состояние, а также номера всех остальных элементов, не вошедших в него. 30

Работа устройства в целом состоит в формировании на счетчике 1 состояний всех возможных состояний системы, отборе из них только работоспособных с использованием узла 3 сравнения, 35 определении на блоке 7 выделения единиц номеров элементов входящих и не входящих в данное работоспособное состояние, выборе в соответствии с данными номерами соответственно из блоков 5 и 6 памяти значений надежностных характеристик (вероятностной исправной работы и отказов), перемножение их на блоке 8 умножения и суммировании полученных результатов для каждого работоспособного состояния на сумматоре 9.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии производится занесение модели надежности (в виде двоичных слов) исследуемой системы в регистры 42 блока 4 памяти. В счетчик 1 заносятся "i" в и младших разрядов, а счетчик 2 обнуляется. В ре55 гистр 10 заносится двоичный код значения и+1. В каждую i-ю ячейку блоков

5 и 6 памяти записываются соответственно значение вероятности исправной работы и значение вероятности отказа

i ãî элемента системы (i=1,n).

Сигнал начала работы устройства поступает на вход 36, устанавливает в нулевое состояние триггер 30,сумматор 9 и через элемент ИЛИ 28 блок 7 выделения единиц.Онже проходитчерез элемент ИПИ25 и с задержкой на элементе

34 поступает на вход элемента ИЛИ 24, а также на вход блока 21 элементов И,переписывая тем самым содержимое регистра

10 в счетчик 2, и на установочный вход буферного регистра 11, записывая в нем значение, равное "1,0".

С выхода элемента ИЛИ 24 сигнал проходит через открытый потенциалом с выхода триггера 30 элемент И 15, поступает на вход элемента И 13 и с задержкой на элементе 33 на вход элемента И 14.. Величина задержки на элементе 33 должна быть больше суммарного времени переходных процессов триггера 30 и элемента И 14. Это необходимо для обеспечения следующих действий. Если число в счетчике 1 описывает работоспособное состояние, поскольку п младших разрядов счетчика содержат tt111 то на выходе узла 3 сравнения будет положительный потенциал, который поддерживает элемент

И 13 в открытом состоянии. Тогда поступивший на элемент И 13 сигнал с его выхода перебрасывает триггер 30 в единичное состояние, чем обеспечивается запрет прохождения задержанного на элементе 33 сигнала через элемент И 14. Если же счетчик 1 описывает неработоспособное состояние, то элемент И 13 закрыт запрещающим потенциалом с выхода узла 3. Тогда сигнал с выхода элемента И 15, задержанный на элементе 33, проходит элемент И 14, так как триггер 30 в нулевом состоянии, поступает через элемент ИЛИ 23 и открытый элемент И 12 на вычитающий счетный вход счетчика 1 и изменяет его состояние на единицу, чем будет сформировано новое состояние исследуемой системы. Этот же сигнал задерживается на элементе 32 (время задержки должно быть больше суммарного времени переходных процессов счетчика 1 и узла 3), проходит через элемент ИЛИ 24, открытый элемент И 15 и выполняет описанные действия, т.е. проходит на выход элемента И 13, если очередное состоя5 14607 ние окажется работоспособным, или на выход элемента И 14 и далее на

Аормирование нового состояния. Этот процесс заканчивается тогда„когда счетчик 1 окажется в нулевом состоя5 нии, чем будет обеспечена выдача на выход 37 сигнала остановки и запрещения прохождения сигнала через элемент И 12 на изменение состояния счет-10 чика 1. Таким образом, работа описанной части устройства обеспечивает Аормирование работоспособных состояний исследуемой системы, после каждого из которых на выходе элемента И 13 появляется сигнал.

Сигнал с выхода элемента И 13 временно приостанавливает процесс формирования очередного работоспособного состояния путем перевода триг- 20 гера 30 в единичное состояние, а затем обеспечивает выполнение следующих действий. Поступает на вход установки прямого кода блока 7 и переписывает в него содержимое счетчика 1, 25 устанавливает в нулевое состояние триггер 31 и тем самым открывает элемент И 19 и закрывает И 20, проходит через элемент ИЛИ 27, открытый элемент И 17. С его выхода сигнал поступает на вычитающий счетный вход счетчика 2 и уменьшает его содержимое на единицу, подается на тактовый вход блока 7 и обеспечивает выделение из кода первой единицы, в результате чего на соответствующую ячейку

35 в блоки 5 и 6 памяти будет подан потенциал.. К этому времени этот же сигнал (с выхода элемента И 17), задержанный на элементе 35 (время задержки должно быть не меньше времени переходных процессов в блоке 7 или счетчике 2 в зависимости от того, что больше), проходит через открытый элемент И 19 и разрешает считывание

45 из блока 5 значения вероятности исправной работы элемента, соответствующего данному разряду блока 7. Это значение через блок 29 элементов ИЛИ поступает на вход блока 8 умножения, 50 что является началом выполнения oneрации умножения, так как второе число уже присутствует на втором входе блока 8 из выхода буферного регистра 11 (первоначально это число равно арифметической единице). Управление ум55 ноженйем осуществляется сборкой сигналов с выхода блока 29, После выполнения умножения результат заносится

28 6 в буАерный регистр 11, а сигнал окончания умножения из блока 8 подается на элемент ИЛИ 27 и с его выхода обеспечивает выполнение описанных действий.

Для первого работоспособного состояния, когда все п младшие разряды кода состояния содержат "1", этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет выделена последняя единица из этого кода. Появившийся на выходе элемента И 17 (n+1)-й сигнал поступает на счетчик 2 и переводит

его в нулевое состояние, он же обеспечивает появление на выходе окончания выделения блока 7 положительного потенциала, который открывает элемент И 18. Задержанный на элементе 35 сигнал в этом случае проходит элемент И 18 и с его выхода устанавливает триггер 30 в нулевое состояние, проходит через элемент ИЛИ 23, открытый элемент И 12 на счетный вход счетчика 1 и изменяет его состояние. Он же проходит элемент ИЛИ 27 на входы элементов И 16 и 17. Элемент

И 16 в это время открыт, а И 17 закрыт с выходов элемента ИЛИ 26, так как счетчик 2 находится в нулевом состоянии. Этот же сигнал перебрасывает триггер 31 в единичное состояние и поступает на вход установки инверсного кода блока 7, но эти действия для данного случая (т.е. когда обрабатывается первое начальное работоспособное состояние) значения не имеют. С выхода открытого элемента

И 16 сигнал поступает на вход элемента ИЛИ 25, а также через элемент

ИЛИ 28 устанавливает блок 7 в начальное нулевое состояние и поступает на синхронизирующий вход сумматора 9, чем обеспечивается сложение его содержимого с содержанием регистра 11 (т.е. накопление суммы вероятностей работоспособных состояний). С выхода элементов ИЛИ 25 сигнал обеспечивает выполнение действий, описанных с самого начала и до данйого момента, за исключением лишь особенностей, характерных для произвольного работоспособного состояния.

В случае, когда обрабатывается другое работоспособное состояние, отличное от первоначального, т.е. представленное не сплошными значениями

"1" в младших разрядах счетчика 1, а

7 146 содержащего только К(К и) из них, то сигнал с выхода элемента И 18, кроме указанных, обеспечивает выполнение следующих действий, Переводит триггер 31 в единичное ,состояние, поступает на вход установки инверсного кода блока 7 и записывает в нем код, инверсный коду счетчика 1 состояний. Этим обеспечи-. вается то, что при дальнейшем выделении единиц из этого кода фактически будут определяться номера элементов, ре вошедших в данное работоспособное состояние системы, и данные о надежных характеристиках будут выбираться из блока 6 памяти. Сигнал от элемента И 18 проходит через элемент ИЛИ 27 далее через открытый элемент И 17 (так как. в данном случае счетчик 2 еще не находится в нулевом сос-тоянии), уменьшает на единицу значение счетчика 2, выделяет единицу из записанного в блоке 7 кода и с задержкой на элементе 35 проходит через открытый элемент И 20 на считывание числа из блока б памяти. Далее все повторяется до того момента, пока счетчик 2 не установится в нулевое состояние, а это означает,что номера всех п-к элементов, не вошедших в данное работоспособное состояние,найдены и значения характеристик их надежности учтены. В этом случае очередной сигнал окончания умножения из блока 8 через элемент ИЛИ 27 проходит открытый элемент И 16 и с его выхода осуществляет описанные действия. После прекращения работы устройства окончательный результат находится в сумматоре 9.

Формула изобретения

1. Устройство для определения вероятности работоспособности структурно-сложной системы, содержащее первый счетчик, узел сравнения, первый блок памяти, первый и второй элементы И, элемент задержки и элемент

ИЛИ, инверсный выход которого является выходом остановки устройства, прямой выход соединен с первым входом первого элемента И, а группа входов и первая группа входов узла сравнения связаны с группой информационных выходов первого счетчика, вторая группа входов узла сравнения подключена к группе выходов первого блока

0728 памяти, а выход — к первому входу второго элемента И, о т л и ч а ищ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем вычисления суммарной вероятности работоспособности структурно-сложной системы для всех ее возможных состояний, в устройство введены второй счетчик, второй и третий блоки памяти, блок выделения единиц, блок умножения, сумматор. первый и второй регистры, с третьего по девятый элементы И, блок элементов И, с второго по седьмой элементы ИЛИ, блок элементов ИЛИ, первый и второй триггеры и второй, третий и четвертый элемен5

15 ты задержки, информационный выход первого счетчика соединен с информационным входом блока выделения единиц, тактовый вход которого, счетный вход второго счетчика и вход четвертого элемента задержки связаны с выходом шестого элемента И, вход установки прямого кода блока выделения единиц, первый вход шестого элемента ИЛИ, нулевой вход второго триггера и единичный вход первого триггера подключены к выходу второго элемента И, вход установки инверсного кода блока выделения единиц, второй вход шестого элемента ИЛИ, единичный вход второго триггера, первый нулевой вход первого триггера и первый вход второго элемента ИЛИ соеЗ5 динены с выходом седьмого элемента И, вход установки в исходное состояние блока выделения единиц связан с выходом седьмого элемента ИЛИ, второй

40 вход которого и первые входы восьмого и девятого элементов И подключены к выходу четвертого элемента задержки, вторые входы восьмого и девятого элементов И соединены соответственно с инверсным и прямым выходами второго

45 триггера, а выходы — соответственно с входами управления считыванием второго и третьего блоков памяти, адресные входы которых связаны с информационным выходом блока выделения единиц, а выходы — с группами входов

50 блока элементов ИЛИ, группа выходов которого подключена к группе входов первого сомножителя блока умножения, группа выходов которого соединена с группой информационных входов второго регистра,выходыкоторого связаны с информационными входами сумматора и с группой входов второго сомножи607 28

Составитель В.Воронков

Техред M.Ходанич Корректор В.Романенко.

Редактор А.Ворович

Заказ 543/56 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

9 14 теля блока умножения, выход окончания умножения которого подключен к третьему входу шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, вторые входы которых связаны соответственно с прямым и инверсным выходами пятого элемента ИЛИ, группа входов которого подключена к группе информационных выходов второго счетчика, установочные входы которого подключены к выходам блока элементов И, группа первых. входов которого связана с группой выходов первого регистра, а второй вход, установочный вход второго регистра и первый вход третьего элемента ИЛИ подключены к выходу третьего элемента задержки, вход которого соединен с выходом четвертого. элемента ИЛИ, первый вход которого, второй нулевой вход первого триггера, вход сброса сумматора и первый вход седьмого элемента ИЛИ являются установочным входом устройства, вторые входы четвертого и седьмого элементов ИЛИ и вход синхронизации сумматора связаны с выходом пятого элемента И, счетный вход первого счетчика подключены к выходу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, второй вход которого и вход первого элемента задержки связа5. ны с выходом третьего элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, а второй и первый входы четвертого элемента И соединены с инверсным выходом первого триггера, второй вход третьего элемента ИЛИ связан с выходом первого элемента задержки, а выход — с вторым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к входу второго элемента задержки и второго элемента И.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что узел сравнения содержит элемент ИЛИ и группу каналов„ каждый из которых включает элемент И, элемент ИЛИ и группу элементов ИЛИ, первые входы которых образуют первую группу входов узла, вторые входы и входы элементов ИЛИ

26 канала составляют группу вторых входов узла, выходы группы элементов

ИЛИ и элементы ИЛИ канала подключены к входам элемента И своего канала, выходы элементов И каналов соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока.