Устройство для статистического моделирования сложных систем

 

Союз Советскик

Социалистические

Реслублни

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к ввт. санд-ву— (22) Заявлено 24.03.81 (2I ) 3264162/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 07.09.82. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 07.09.82 (5 I } M. Кл.

G 06 F 15/20

РВударстеелные комитет

СССР ло делам каабретений и открытий (53} УДК681 .3(088. 8) (72) Авторы изобретения

Б. С. Антипин, С. М. Масленник (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

Изобретение относится к вычислитель= ной технике и может быть использовано при статистическом моделировании восстанавливаемых в процессе эксплуатации сложных систем, имеющих структурную избыточность, с целью определения пока- 5 зателей надежности этих систем.

Известны модели невосстанавливаемой сложной системы, представленной в виде графа, содержащее запоминающие триггеры, управляемые ключевые схемы, которые выходами управления подсоединены к выходам запоминающих триггеров и соединены между собой в схему, отображающую граф, и триггер результата.

Такие модели позволяют получить показатели надежности невосстанавливаемой сложной системы из характеристик связности графа с вероятностными ребрами, 20 определяемых из наличия электрической проводимости между соответствующими вершинами по результатам розыгрыша состояния ребер t1) 2

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для моделирования вероятностного графа, содержащее блок кодирования и декодирования команд с ЭВМ, электронный коммутатор, с гтт-+3 выходными шинами, rn триггеров. памяти, п1 управляемых ключевых схем, m вентилей, логическую схему. и триггер результата. Функционирование устройства происходит по циклам. Каждый цикл содержит тактовые моменты времени . С, — сброс триггеров памяти и триггера результата; 7„ выдача импульсов на вентили; с,„ испытание схемы, отображающей граф на проводимость; с. + т — съем информации с триггера результата 52)

Известное устройство позволяет в каждом цикле испытаний (каждой реализации) оценивать проводимость (связность) вероятнос гного графа ho отношению к пространственной картине распределения разомкнутых ребер (отказов сложной системе) .

3 08721

Однако при этом не учитывается распределение размыквний ребер (отказов) во времени и воэможность текущего вос- становления разомкнутъпс ребер (отказов

t в системе) в случае потери проводимости графа, что соответствует потере работоспособности сложной системы. B известном устройстве испытание графа на проводимость проводится в конце реализа-. ции после пространственного набора раъ- 1р мыканий его ребер, что также сужает область его применения, поскольку оно не позволяет после раэмыкания очередного ребра контролировать текущую проводимость графа, соответствующую текущей д работоспособности сложной системы.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования процесса восстановления сложньи систем.

Для достижения поставленной. цели в известное устройство, содержащее регистр памяти, триггер результата, наборное поле и группу управляемых ключевых схем, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами регистра памяти, а информационные входы и выходы управляемых ключевых схем группы соединены с соответствуюшими контактами наборного поля, соеди- > няемыми в соответствии с топологией моделируемой системы, введены одновибратор, формирователь импульсов, генератор случайного потока импульсов, дешифратор, генератор случайного временного интервала, элемент задержки, элемент И, два элемента ЗАПРЕТ. и генератор случайного числа, группа выходов которого через дешифратор соединена с группой информационных входов регист40 рв памяти соответственно, вход одновибратора является входом устройства и соединен с установочным входом регистра памяти и нулевым входом триггера результата, а выход одновибратора подключен к входу формирователя импульсов и перво45 му входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора случайного потока импульсов, а выход подключен к входу генератора случайного числа, и через элемент задесакки — к информационному входу элемента.

ЗАПРЕТ, выход которого соединен с вхсл дом генератора случайных временных интервалов, выход которого подключен к

y pawHl M входам регистра НВ и 55 второго элемента ЗАПРЕТ, информационный вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход — с

6 4 единичным входом триггера результата, единичный выход которого является выходом устройства, информационный и управляющий входы первого элемента ..

ЗАПРЕТ соединены с соответствующими контактами наборного поля.

Устройство ориентировано на восстанавливаемые сложные системы, для которых существенный интерес представляют показатели надежности на конец времени эксплуатации и характерно следующее: система содержит rn различных элементов; появление количества отказов элементов О, 1, 2,..., m и время появления каждого отказа в пределах всего времени работы системы подчиняются произвольным законам распределения, определяе.мых расчетными или экспериментальными методами; в процессе эксплуатации рабо.тоспособность системы непрерывно контролируется; в случае потери работоспособности система немедленно полностью восстанавливается; время восстановления подчиняется любому заданному и закону распределения.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 случайного потока импульсов, одновибратор 2, элемент И 3, генератор 4 случайных чисел, дешифратор 5, регистр 6 памяти, группу ключевых схем 7, ...>

7„, 7, элемент 8 задержки, первый элемент ЗАПРЕТ 9, формирователь 10 импульсов, второй элемент ЗАПРЕТ 11, генератор 12 случайных временных ин- тервалов, триггер 13 результата, наборное поле 14.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал опроса, соответствующий очередной статической реализации, поступакацей на вход устройства, устанавливает регистр 6 памяти в исходное состояние, отпирая тем самым ключевые схемы

7,,..., 7„,... 7щ, опрокидывает в исходное состояние триггер 13 результата и запускает одновибратор 2, который открывает элемент И 3 на заданное время аФ, соответствующее времени. работы системы. В течение этого времени импульсы от генератора 1 случайного потока импульсов поступают на вход генератора 4 случайных чисел и запускают его. При этом с приходом каждого запускающего, импульсв на выходе генератора 4 формируется одно случайное число, например, в двоичном коде, которое поступает на входы дешифратора 5, где

5 9572 дешифруется и по соответствукнцей шине опрокидывает тот триггер регис гра 6 памяти, номер которого соответствует номеру i выходной шины дешифратора 5.

При этом запирается ключевая схема 7, $ соответствует отказу q -го элемента сложной системы.

Кикдый запускающий импульс задерживается элементом 8 задержки на вре мя от момента генерации случайного чу-10 ла в генераторе 4 до момента запнрания соответствующей ключевой схемы ь t> и. подается на вход моделирующей, набранной на наборном поле схемы для испытания ее на проводимость и на пер- !$ вый вход первого элемента 9. Если проводимость модулирующей схемы между ее входом и выходом отлична от нуля, чго соответствует работоспособному состоянию сложной системы, этот импульс З0 появляется на выходе модулирующей схемы и поступает на второй вход первого элемента 9. При этом первый элемент ЗАПРЕТ 9 запирается и импульс с его первого входа на выход не поступает. 2$

Если проводимость моделирующей схемы между ее входом и выходом равна нулю, что соответствует отказу сложной системы,. запирающего импульса на втором входе элемента ЗАПРЕТ 9 не будет, и $0 импульс с первого входа поступает на его выход.

Таким образом, в зависимости от пространственной картины накопленных элементарных отказов в сложной системе, 3$ которая моделируется состоянием соответствующих ключевых схем, различается работоспособное и неработоспособное состояния системы. Факт отказа сложной системы фиксируется наличием импульса на выходе первого элемента ЗАПРЕТ 9.

В случае отказа импульс с выхода первого элемента ЗАПРЕТ 9 запускает генератор 12 случайных веременных интервалов, на выходе которого формируется им- пульс напряжения случайной длительности

b, соответствующий времени восстановления системы в данной статистической реализации, который сбрасывает в ноль все триггеры регистра 6 памяти, удерживая их в этом состоянии на время

$0 (восстанавливает систему), и запирает по второму входу второй элемент ЗАПРЕТ 11

По окончании времени ьФ. задним фронтом импульса с выхода одновибратора 2 запускается формирователь 10 импульсов, который формирует на выходе один импульс, момент появления которого соог- .

Ъ ветствует времени Окончаний статистичес16 d кой реализации (работы системы). Этот импульс поступает на первый вход второго элемента ЗАПРЕТ 11. Если в момент окончания статистической реализации системы находится в режиме восстановления, то второй элемент ЗАПРЕТ 11 заперт по второму входу напряжением с выхода генератора 12, и импульс .с первого вхо. да элемента ЗАПРЕТ 11 на его выход не проходит, т.е. триггер 13 резуль гата остается в исходном состоянии.

Этот случай соответствует тому, что в интересующий нас момент конца работы системы последняя неработоспособна.

Такая реализация считается неуспешной.

Если же запираквцего напряжения на втором входе алемента 11 не будет, то импульс с его первого входа постуйит на выход и опрокинет триггер 13 резулнга га. В атом случае, считается, что в мо-: мент окончания работы система работоспособна, а сама реализация успешна.

Таким образом, анализируя состояние григгера результата в каждой реализащп цикла статистических испытаний предла- гаемого устройства, можно получить оценку надежности слоясной системы, на момент окончания ее работы с учетом восстановлений по формуле . Р (дЦ= — i

М где n — количество успешных реализацийу

N — обьем статистической выборки.

При настройке устройства задаются следующие его параметры: интенсивнос гь потока Л и закон распределения интервалов. между импульсами случайного потока

I ,на выходе генератора 1; временной интервал ь1, который выбирается исходя

:иэ ин генсивности импульсного потока jl, расчетных вероятностей попадания того или иного числа импульсов в этот интер вал, соответствующих появлению того

:или иного числа элементарных отказов в системе за время его работы, и выб ранного масштаба времени; закон распределения случайных -чйсел на выходе генератора 4, Вторый, как правило, .задается исходя из извес гных вероятностей отказов элементов сис гемы; среднее время восстаножения системы dt> или интенсивность восстановления систе1

:мй М=, а таике закон распределе ь ния времени восстановления, который обычно бывает экспоненциальным.

В этом случае также необходимо учитывать временной масштаб.

7 9572

Время задержки элемента 8 BbI6Hp8» ется иэ условия

М ),At +A<д + рп+A

3 Г где, 4 г — «время генерации случайного числа генера-. тором 4; а ш ь рп,ЬФ с — время переходных процессов в дешифраторе

5, регистре 6 памяти и ключевых схемах

7 соответствен-1> йо.

Методическую погрешность определения момента начала восстановления системы, вносимую элементом 8 задержки, можно исключи гь соответствуняцей задерж кой импульса с выхода формирователя 10, импульсов на время М j"

Наличие величины At. 70 накладывает дополнительные ограничения на параметpb> случайного импульсного по гока на 33 . выходе генератор 1, которые должны быть такими, чтобы вероятность попадания двух и более импульсов в интервал времени, меньший или равный A<< была т1ренебрежимо мала.

Положительный эффект предлагаемого устройства состоит в расширении функциональных возможностей известного за счет моделирования процесса восстановления сложных систем.

33

Ф ормула изобретения

Устройство для статистического моде Щ пирования сложных систем, содержащее регистр памяти, триггер результата, наборное поле и группу управляемых ключевых схем, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами регистра памяти, и информационные вхо13 ды и выходы управляемых ключевых схем группы соединены с соответствующими контактами наборного поля, соединяемыми

16 8 в соответствии с топологией моделируемой системы, о т л и ч а ю ш е е с я гем, чго, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет моделирования процесса восстановления сложных систем, оно дополнительно содержит одновибратор, формирователь. импульсов, генератор случайного потока импульсов, дешифратор, генератор случайных временных интервалов, элемент задержки, элемент И, два элемента ЗАПРЕТ и генератор случайного числа, группа выходов которого через дешифратор соединена с группой информационных входов регистра памяти соответственно, вход одновибратора является входом устройства и соединен с установочным входом регистра памяти и нулевым входом триггера результата, а выход одновибратора подключен к входу формирователя импуль сов и первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора случайного потока импульсов, а выход подипочен к входу генератора случайного числа и через элемент задержки к информационному входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом генератора случайных временных интервалов, выход которого подключен к управляющим входам регистра памяти и второго элемента ЗАПРЕТ, информационный вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход - с единичным входом триггера результата, единичный выход которого является выходом устройства, информационный и управляющий входы первого элемента ЗАПРЕТ соединены с соответствующими контактами наборного поля. !

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Четвериков В. Н., Баканович Э. А., Меньков А. В. Вычислительная техника для статического модулирования. М., "Сов. радио, 1978..

2. Авторское свидетельство СССР

No 222754, кл. Gi 06 F 15/20, 1965 (прототип) .

Составитель В. Фуканов

Редактор A Мотыль Техред С.Мигунова Корректор Д. Вокшан

Заказ 6600/38 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП Патент, r. Ужгород,. ул, Проектная, 4