Аналоговый оптимизатор числа запасных блоков технической системы

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при определении оптимального количества запасных блоков сложных технических систем. Цель изобретения - расширение области применения устройства. Аналоговый оптимизатор содержит узел формирования приращения вероятности отказов, узел расчета времени простоя системы, блоки вычитания, блоки деления, блок формирования времени простоя технической системы, блоки индикации, блок задания градиента, блоки умножения, блоки задания коэффициентов затрат, сумматоры, блоки сравнения, коммутатор, узлы формирования приведенной стоимости затрат, блок задания ограничения, переключатель, блок задания общего времени работы, блок задания интенсивности обслуживания системы. Расчет оптимального числа запасных блоков системы осуществляется на базе расширенного объема исходной информации и по большему числу показателей, в результате чего устройство может обслужить более широкий класс технических систем. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) (51 )5 а 06 0 7/48, 7/122

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,I СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Т Тр

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (61 ) 1285496 (21 ) 4369703/24-24 (22) 17. 11. 87 (46) 28.02.90. Бюл. У 8 (72 ) В.И. Баранецкий и В.N. Моторин (53) 621.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1285496, кл. G 06 С 7/481, 1984.

1 (54) АНАЛОГОВЫЙ ОПТИМИЗАТОР ЧИСЛА

ЗАПАСНЫХ БЛОКОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (57 ) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при определении оптимального количества запасных блоков сложных технических систем. Цель изобретения — . расширение применения устройства.

Аналоговый оптимизатор содержит узел формирования приращения вероятности

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при определении оптимального количества запасных блоков сложных технических систем.

Цель изобретения . — расширение области применения устройства.

Сущность изобретения заключается в том,,что расчет оптимального количества запасных блоков при заданньж ограничениях по стоимости осуществляется по двум показателям: коэффициенту готовности системы к работе К„ и функциональной значимости элементов технической системы Z. При этом для коэффициента готовности используется выражение

2 отказов, узел расчета времени простоя системы, блоки вычитания, блоки деления, блок формирования времени простоя технической системы, блоки индикации, блок задания градиента, блоки умножения, блоки задания коэффициентов затрат, сумматоры, блоки сравнения, коммутатор, узлы формирования приведенной стоимости затрат, блок задания ограничения, переключатель, блок задания общего времени работы, блок задания интенсивности обслуживания системы. Расчет оптимального числа запасных блоков системы осуществляется на базе расширенного обьема исходной информации и по большему числу показателей, в результате чего устройство может обслужить более широкий класс технических систем. 6 ил. где Тп — среднее время простоя системы из-за недостатка запасных блоков для заданного интервала или всего предполагаемого времени эксплуатации системы, Т вЂ” общее (предполагаемое) время работы системы или заданный интервал времени, на котором готовность системы к работе должна быть максимально возможной, Использование Кг позволяет найти такое количество запасных элементов, 1547003

T Tä

К = --ъ шз.х

К

Е = +7„(n; ) -э max . (1)

» .,при услОвии

И

С =- . и;С:,, И.

lI.pe Т = T (и „ ) — среднее время простоя системы из-за недо1 статка запасньпс блоков, причем Т,(n.;) q;P. T, ЗО h с г 1, 1=»

С вЂ” суммарная стоимость затрат, С, — стоимость запасногo блокG

i-го тыча;

n, — количество "-.àïàcIIûõ блоков х-го типа,"

Ъ, — интенсивность потока отказов технической системы по 1-му типу блОкОВ;

Š— су1жарная значимость запасных блоков, Z — значимость запасного блока

l и.-го типа, < = pT " параметр обслуживания., со= ответствующий выбранному ти"пу запасных блоков

Т интенсивность обслуживания (восстановления) системы,", 50 которое для заданного интервала вре мени эксплуатации системы исключит практическую возможность ее отказа, т.е, обеспечит К вЂ” 1 . В общем слуГ 5 чае это количество запасных элементов не совпадает с тем количеством, кото= рое найдено по T„ min, т,к. Т var.

Как минимизируемый показатель, Кг имеет первостепенное значение для тех систем, которые несут дежурство, поскольку, как правило „период де журства является непродолжительным в сравнении с установленным сроком экс"плуатации,, и на этот период обеспечение К„-Ч1 является не только актуальной, но и реальной задачей, Математически задача выбора оптимального комплекта запасных блоков состоит в поиске комплекта запасных блоков, обеспечивающего в определенной весовой пропорции:

Т вЂ” общее предполагаемое время работы системы.

Устройство решает задачу (1 ) градиентным методом путем выбора для каждого i-го типа блоков такого наименьшего значения и, для которого впервые выполняется условие

„ (, 7;(и, ) — Т, (n,,» ) 1

ЬТ;(n;) (2) П.

l где h — произвольно выбранный градиент;

П; = С; p,+ 7.; f3 — приведенная стоимость затрат по С и по Z.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, на фиг. 2 — схема узла формирования прирашения вероятности отказов, на фиг. " — схема узла расчета времени простоя технической системы; на фиг, 4 — схема второго узла формирования приведенной стоимости затрат, на фиг. 5 — схема коммутатора; на фиг. 6 — схема блока формирования параметра обслуживания системы.

Аналоговый оптимизатор содержит узел 1 формирования приращения веро"-ятности отказов, узел 2 расчета времени простой системы, первый блок 3 вычитания, первый блок 4 деления„ бпок 5 формирования времени простоя технической системы, первый — шестой блоки 6-11 индикации, блок 12 задания градиента, блок 13 умножения, первые 1 4„ -1 4t» и вторые 1 5» -1 5 ч бло=ки задания коэффициентов затрат, пер" вые 16 -161» и вторые 17„-17ц блоки умножения на постоянный коэффициент, первый 18 и второй 19 сумматоры, первый 20 и второй 21 блоки сравнения, коммутатор 22, источник 23 постоянного напряжения, первый 24 и второй

25 узлы формирования приведенной стоимости затрат, блок 26 задания ограничения, второй блок 27 деления и переключатель 28, Узел 1 формирования приращения вероятности отказов содержит переключающие контакты 29-32, блок 33 формирования параметра обслуживания системы, включающий умножители 33-1, 33-2, 33-3, масштабный блок 34, блок

35 суммирования, блок 36 деления, переключатель 37, переключающие контакты 38»,, 38 и 38э, кнопку 39, 7003

5 154 реле 40 и блоки 41-46 памяти с первого по шестой.

Узел 2 расчета времени простоя технической системы содержит блоки

47» -47»» задания интенсивностей отка- зов, блок 48 суммирования, блок 49 деления, блоки 50„-50», задания времени простоя системы, блоки 51 и 52 умножения и переключатель 53.

Второй узел 25 формирования приведенной стоимости затрат содержит блок 54 задания шага решения, блок

55 умножения на постоянные коэффициенты, первый 56 и второй 57 инверторы, первый 58, второй 59 и третий

60 блоки суммирования, первый 61 и второй 62 блоки умножения, источник

63 единичного напряжения и переключатель 64.

Схема устройства включает также блок 65 задания общего (предполагаемого) времени работы, блок 66 задания интенсивности обслуживания системы, второй блок 67 вычитания и третий блок 68 деления, Устройство работает следующим образом.

На блоке 12 устанавливается напряжение, пропорциональное значению градиента h ) О, на блоках 14»- 14 »вЂ” напряжения, пропорциональные С,, на блоках 15 — .15»» — напряжения, пропорциональные Z;, на блоке 26 — напряжение, соответствующее значению

С 1О„, на блоке 65 — напряжение, пропорциональное общему предполагаемому времени работы системы, на блоке 66— напряжение, пропорциональное интенсивности обслуживания »»» на блоках

47» — 47»» — напряжения, пропорциональные интенсивности отказов 1»;, на блоках 50»-50 »» — напряжения, пропорциональные параметру Т;, на блоке 54— значение выбранного шага решения.

На каждом этапе решения задания осуществляется пошаговая процедура определения оптимального числа запасных элементов всех типов для выбранного градиента h. На каждом i-м шаге определяется число одного из N типов запасных элементов. Дпя этого переключатель 28 устанавливают в положение, соответствующее 1.-му типу запасных элементов, на блоке 63— значение единичного напряжения U» .

Нажимается кнопка 39, в результате чего на первом выходе узла 1 (выход блока 45) формируется значение напряжения, пропорциональное Р(О,О), а на втором выходе — значение, I»po»»op циональное Р(д,1). Эти значения подаются на соответствующие входы узла

2, на выходах которого формируются сигналы, пропорциональные значениям

Т, (О) и Т, (12. Значение Т, (О) подается на вход уменьшаемого блока 3, а сигнал, пропорциональный Т (1) на его вход вычитаемого, С выхода блока 3 снимается сигнал, пропорциональный Q Т (0} который подается на вход числителя блока 4, на вход знаменателя которого подается значение приведенной стоимости затрат с выхода узла 25. С выхода блока 4 снимается сигнал, пропорциональный значению h;(0), который сравнивается с установленным градиентом блока 12.

Это сравнение происходит в блоке 20.

Если h;(0) > h, то коммутатор 22 не срабатывает и горит индикатор 10

"Увеличить и". После этого переключатель 37 переводится в следующее положение, соответствующее увеличению числа запасных элементов i-го типа на один элемент, и решение аналогично продолжается до тех пор, пока не окажется, что Ь, (и) С Ь, тогда срабатывает коммутатор 22, отключая блок 1 0 от источника 23 напряжения, и подключает к нему блок 9 Установить и-1". При этом коммутатор 22 подключает первый выход узла 2 к входу блока 5. В результате напряжение на блоке 5 увеличивается на величину, пропорциональную T;(n-1 ). Аналогично определяется число запасных блоков каждого типа.

После выполнения N шагов решения на выходе сумматора 18 формируется суммарное значение С, а на выходе сумматора 19 — максимальное значение

Z величина которого отображается блоком 8. По показаниям блока 11 визуально определяется, выполнено ли ограничение. Если оно выполнено, то по сигналу на втором управляющем входе коммутатор 22 подключает выход блока 65 к входу уменьшаемого блока

67 и к входу знаменателя блока 68.

На вход вычитаемого блока 87 подается сигнал с выхода блока 5, пропорциональный минимальному времени простоя системы. С выхода блока 67 снимаетс.я сигнал, пропорциональный разности

T-Тп, и подается на вход числителя

7 1547003 8 блока 68 деления. На вьгходе блока

68 формируется сигнал, пропорциональный значению Кг, которое отображаГ my I ется блоком 7 индикации. Зацача ре5 шена. В противном случае схему возвращают в исходное положение, на блоке 12 устанавливают новое значение

h, определенное по ги4казанию блока

6, и процедуру решения повторяют.

Новое значение h определяется

4 следующим образом. Значение h, ранее установленное в блоке 12, перемножа-. ется в блоке 13 со значением П44, полученным на И-м шаге, решения, кото- 15 рое поступает с выхода узла 25. Полученное значение h П 14 поступает на вход числителя блока P?, на вход зна- менателя которого подается значение приведенной стоимости Пд и с блока 24 (т.е, значение, включающее

C 4EÄ). На выходе блока 3? формируется

I значение h = Ь П44/П „„отображаемое блоком 6.

В результате решения задачи на вы- 25 ходе блока 68 формируется сигнал, пропорциональный KI-„„, на выходе блока 19 — сигнал, пропорциональный значению Zщ „, которое отображается блоком 8 индикации, а значения коэф- -0 фициентов на блоках 164-16 I разны оптимальному числу запасных блоков.

Принцип работы узла 1 формирова"ния приращения вероятности отказов заключается в следующем, Перед началом работы переключатель 37 устанавлив . ся в нулевое положение. На б,поке 65 устанавливаетсл напряжение, пропорциональное общему предполагаемому времени раба- А0 ты системы, на олоке 66 — напряже-. ние, пропорциональное интенсивности обслуживания р соотв етс твующей з ыб ран— ному типу (i-му) запасных блоков.

Нажимается кнопка 39., и U,их,„ по— дается на.вход блоков 35 и 33. В блоке 33 происходит формирование параметра обслуживания g = (IT. С выхода блока 33 снимается напряжение, пропорциональное,, и через переключатель 37 подается на вход масштабного блока 34. Выходное напряжение с выхода блока 34, пропорциональное

ОЬ, подается на вход блока 41 и вход блока 35 суммирования. С выхода бпока 35 суммирования снимается напряжение, пропорциональное 1+ g,, и подается на вход блока 43. Выходные напряжения с блоков 41 и 43 через переключающие контакты 31 и 32 подают— ся на вход блока 36 деления, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное с /1+ 44, и запоминается в блоке 45. Это напряжение соответствует значению вероятности отказа технической системы из-за недостачи запасных блоков выбранного (i-го) типа, когда количество запасных блоков этого (i-ro) типа равно нулю.

На втором шаге переключатель 37 г:ереводится в положение 1,при этом срабатывает реле 40 и переключает свои контакты 29-32, 38 в противоположное положение. Напряжения, пропорциональные О, и 1+4, с выходов блоков

41 и 43 через переключающие контакты

29 и 30 подаются на входы блоков 33 и 35 соответственно. С выхода блока

33 снимается напряжение, пропорциональное с, и через переключатель 37

2 подается на вход масштабного блока

34, с вьгхода которого снимается напряжение, пропорциональное об 2/2. Выходное напряжение с блока 34 подается на вход блока 42 и на первый вход блока 35 суммирования. С выхода блока 35 суммирования снимается напряжение

У пропорциональноеЫ /2+(1+с6), и подается на вход блока 44. Напряжения, пропорциональные М /2 и о - /2+(1+c4) с выходов блоков 42 и 44 через переключающие контакты 31 и 32 подаются на блок 36 деления, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный

2(< /2+(1+ 4)) что соответствует значению вероятности отказа (простоя) технической системы из-за недостачи (отсутствия) запасных блоков выбранного (i-ro) типа, когда количество запасных блоков этого i-го) типа равно единице. Это ! напряжение задается на вход блока 46.

С выходов блоков 45 и 46 снимаются напряжения, пропорциональные P(c,0) и Р(Ы,1) соответственно, и подаются на соответствующие входы узла 2 расчета времени простоя технической системы.

В дальнейшем работа схемы аналогична. Таким образом, с выходов блоков 41 и 42 получаем напряжения, пропорциональные ь /EE,, что соответствует ре1 ализации перво" о сомножителя в формуле

1 54? 003!

Ь К--1 и!,0 К

Т(К, ) = ц; Р(Ы,,К;) Т; и

Т(К, +1) = q Р(к;,К +1) Т;

К = 0,1,2,...,Ь

Работа блока 33 в составе узла 1 происходит следующим образом.

Перед началом работы переключатель 37 устанавливается в нулевое положение. На блоке 65 устанавливается напряжение, пропорциональное общему и с выходов блоков 43 и 44 напряже,к 5

Ъния, пропорциональные. .. что сок=О" ответствует реализации второго сомножителя этой формулы. С выходов блоков

45 и 46 получаем напряжения, пропорциональные соответственно Р1Ы,h-1) и !

Р(Ы,n)

Принцип работы узла 2 расчета времени простоя-технической системы заключается в следующем. 15

Переключатель 53 работает синхронно с переключателем 37. На блоках 4?1 в 471! устанавливаются напряжения, пропорциональные ф; (i=1,2,..., N) а на блоках 501-50 — напряжения, пропорциональные Т, (i = 1,2,...,11) °

На вход блока 48 суммирования пода— ются напряжения, пропорциональные ф; с блоков 471 — 4?>, а с его выхода сни мается напряжение, пропорциональное

К и подается на вход знаменателя

1 J 1 блока 49 деления. На вход числителя блока .49 деления подается напряжение с блока 47„ пропорциональное р, а 30 с его выхода снимается напряже.ие, М пропорциональное с, = h, /Q ф,, ко

1=1 торое подается на вхоц блока 51 умножения, На второй вход блока 51 умножения подается напряжение с блока

50 °, пропорциональное Т,, а с его вы1 хода снимается напряжение, пропорциональное q,Ò;, которое подается на вход блока 52 умножения. 40

Напряжения с выхода блоков 45 и 46 узла 1, пропорциональные соответственно P(g;, К,) и Р(Ы;, K+1), подаются на входы (на два других входа) блока 52 умножения, с выходов которо- 45

ro получаем напряжения, пропорциональные соответственно предполагаемому времени работы системы Т, на блоке 66 — напряжение, пропорциональное интенсивности обслуживания р, соответствующей выбранному (i-My) типу запасных блоков.

Нажимается кнопка 39-и U подается на вход блоков 33 и 35. B блоке

33 в результате перемножения !! и Т происходит формирование параметра обслуживания g -= р Т. С выхода блока 33 снимается напряжение, пропорциональное е4, и через переключатель 37 подается на вход масштабного блока 34.

Выходное напряжение с выхода блока 34. пропорциональное о(,, подается на вход блока 4! и вход блока 35 суммирования.

С выхода блока 35 суммирования снимается напряжение, пропорциональное

1+Ы, и подается на вход блока 43. Выходные напряжения с блоков 41 и 43 через переключающие контакты 31 и

32 подаются на вход блока 36 деления, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное Ы /1+ о6, и запоминается в блоке 45. Первый IHGT работы закончен.

На втором шаге переключатель переводится в положение Т, при этом срабатывает реле 40 и переключает свои контакты 29-32, 38 в противоположное состояние. апряжения, пропорциональные с и 1+оБ, с выходов блоков 41 и 43 через переключающие контакты 29 и 30 подаются на входы блоков 33 и 35 соответственно. С выхода блока 33 снимается напряжение, Пропорциональное и через переклкчатель 37 подается на вход масштабного блока 34.

В дальнейшем работа схемы аналогична. Таким образом, с выхода блока

33 получаем напряжения, пропорциональные Ы.

Формула изобретения

Аналоговый оптимизатор числа запасных блоков технической системы по авт.св. !1=- 1285496, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены второй блок вычитания, третий блок деления, блок задания интенсивности обслуживания системы и блок задания общего времени работы системы, выход которого подсоединен с первому информационному входу узла формирования приращения вероятности отказов, выход блока формирования времени про1 547003

) стоя технической системы через второй блок вычитания и третий блок деления связан с входом блока индикации, выход блока задания общего времени ра5 бота системы через дополнительный контакт коммутатора подклкчен к вторым входам второго блока вычитания и третьего блока деления, выход блока задания интенсивности обслуживания системы соединен с вторым информационным входом узла формирования приращения вероятности отказов, а второй управляющий вход коммутатора связан с выходом второго блока сравнения.

1547003

1547003 ию.б

Составитель В. Воронков

Техред М.Дндык

Редактор М. Циткииа

Корректор Т.Малец

Заказ 82 Подписное

3НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Тираж 558

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