Устройство для моделирования отказов в сложных системах

.М.Масленников ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ САНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИД(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 345487, кл, С 06 Р 1/02, 1971.2. Авторское свидетельство СССР У 902020, кл. С 06 Р 15/20, 1980 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ В СЛОЖНЫХ СИСТЕМАХ, содержащее датчик первичного потока случайных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, вход одновибратора является входом задания сигнала опроса устройства и соединен с разрядными входами счетчика импульсов, разрядные выходы которого являются группой выходов числа отказов устройства, выход элемента И подключен к входам первого элемента задержки и генератора равномерно распределенных случайных чисел, выходы которого через первый регистр памяти подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, а выходы элементов И первой группы подключены соответственно к первой группе входов арифметического блока, перваягруппа выходов которого является группой выходов времени отказов устройства, а вторая группа входов соединена соответственно с выходами элементов И второй группы, первые входы которых подключены соответственно через второй регистр памяти к выходам генератора случайных чисел с заданным законом распределения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей за счет моделирования отказов элементов с разными показателями на" дежности, оно дополнительно содержит второй элемент задержки, дешифратор, наборное поле, группу триггеров, третью группу элементов И, элемент ИЛИ, при этом входы дешифратора подключены соответственно к второй группе выходов арифметического блока, а выходы - к соответствукнцим входам наборного поля, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И третьей группы и к единичным входам триггеров группы, нулевые входы которых соединены с входом устройства, группа прямыхвыходов триггеров группы является группой выходов номера отказавшего элемента устройства, а инверсные выходы триггеров группы подключены соответственно к вторым входам элементов И третьей группы, выходы которых соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу счетчика импульсов, входу генератора случайных чисел с заданным законом распределения и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к вторым входам элементов И второй группы.Вход устройства соединен с входом одновибратора, выход которого подключен к другому входу элемента И, и с установочным входом счетчика импульсов, разрядные выходы которого явля ются первым выходом устройства, вход элемента задержки соединен с выходом элемента И, а выход - с другими вхоИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для генерирования случайныхсобытий, соответствующих отказамэлементов с различными характеристиками надежности в сложных системахпри статическом исследовании математических моделей этих систем на ЗЦВМс целью определения их характеристикнапример показателей надежности.Известно устройство для формирования потоков случайных событий, содеркащее датчик потоков случайных импульсов, одновибратор, импульснопотенциальную схему совпадения, счетчик импульсов, дешифратор, коммутирующее устройство, блок элементов ИЛИ, которое может генерироватьслучайные события, распределенныев пространстве с любым требуемым(регулируемым) законом распределения 113.Однако это устройство не позволяет формировать события, распределенные одновременно по различнымзаданным законам по статическимреализациям, по времени в пределаходной реализации и в пространствеэлементов сложной системы. Такимисобытиями при статическом исследовании надежности сложных систем являются количество отказов элементовсложной системы эа время ее работы,время наступления каждого из этихотказов в пределах одной реализации,номер отказавшего элемента.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для моделирования отказов в сложньм системах, содержащее последовательно соединенные датчик первичного потока случайных импульсов, элемент И, генераторравномерно распределенных чисел,первый регистр памяти, первую группу элементов И, арифметический блоки счетчик импульсов, а также второйрегистр памяти, одновибратор, генератор случайных чисел с заданным законом распределения, элемент задержки,вторую группу элементов И,1015202.530354050 дами элементов И первой и второйгрупп, выходы генератора чисел с заданным законом распределения черезвторой регистр памяти подключены кпервым входам соответствующих элементов И второй группы, выходы которыхподключены к другому входу арифметического блока 23Известное устройство может генерировать случайные события, распределенные одновременно по различным заданным законам по статическим реализациям; по времени в пределах однрйреализации и в пространстве равнонадежных элементов сложной системы, однако не позволяет формировать события, распределенные в пространствеэлементов, имеющих различные характеристики надежности.На практике большинство сложныхсистем состоит из М элементов с различными характеристиками надежности,следовательно, при моделированиипотока отказов в таких системах возникает необходимость генерированияномеров отказавших элементов с законом распределения, отличным от равномерного. Вид этого закона распределения, как правило, неизвестен, поэтому использование стандартньм генераторов случайных чисел затруднительно,Выберем для исследуемой сложнойтсистемы некоторый условный элемент,интенсивность отказов которого будетс заданной точностью наибольшим общим делителем по отношению к интенсивности отказов каждого элементасистемы. Тогда все элементы сложнойсистемы можно представить в видецепочки последовательно соединенньмусловных элементов, количество которых М по всей системе будет опредеМляться соотноненнемМ:ет где п;1 д 1количество условных элементов, содержащихся в цепочке -го элемента сложной системы.Поток отказов условных элементов подчиняется биномиальному закону, аппроксимируемому пуассоновским законом распределения. Отказ 1-го элемента сложной системы будет происходить в случае отказа любого одного или нескольких условных элементов, входящих в его состав. По этому критерию на основе35 40 45 50 55 потока отказов условных элементов можно сформировать поток отказов элементов сложной системы с любым законом распределения. При этом не обязательно знать этот закон, достаточно иметь характеристики надежности, например интенсивности отказов элементов сложной системы.Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования отказов элементов с разными показателями надежности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик первичного потока случайных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, вход одновибратора является входом задания сигнала опроса устройства и соединен с разрядными входами счетчика импульсов, разрядные выходы которого являются группой выходов числа отказов устройства, выход элемента И подключен к входам первого элемента задержки и генератора равномерно распределенных случайных чисел, выходы которого через первый регистр памяти подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, а выходы элементов И первой группы подключены соответственно к первой группе входов арифметического блока, первая группа выходов которого является группой выходов времени отказов устройства, а вторая группа входов соединена соответственно с выходами элементов И второй группы, первые входы которых подключены соответственно через второй регистр памяти к выходам генератора случайных чисел с заданным законом распределения., введены второй элемент задержки, дешифратор, наборное поле, группа триггеров, третья группа элементов И, элемент ИЛИ, при этом входы дешифратора подключены соответственно к второй группе выходов арифметического блока, а выходы -к соответствующим входам наборного поля, выходы которого подключены соответст- венно к первым входам элементов И третьей группы и к единичным входам триггеров группы, нулевые входы кото 5 1 О 15 20 25 30 рых соединены с входом устройства,группа прямых выходов триггеровгруппы является группой выходов ноиера отказавшего элемента устройства,а инверсные выходы триггеров группыподключены соответственно к вторымвходам элементов И третьей группы,выходы которых соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выходкоторого подключен к информационномувходу счетчика импульсов, входу генератора случайных чисел с заданным за"коном распределения и входу элементазадержки, выход которого подключенк вторым входам элементов И второйгруппы,Устройство ориентировано на словные системы, для которых характерно,следующее: система содержит ряд элементов, имеющих различные характеристики надежности; появление количестваотказов условных элементов 0,1,2 Мза время работы системы подчиняетсябиномиальному закону, аппроксимируемому пуассоновским законом распределения; время появления каждого отказа фактического элемента в пределахвсего времени работы подчиняется любому заданному закону распределения,в том числе полученному экспериментально,На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства,Устройство содержит датчик 1 первичного потока случайных импульсов, элемент И 2, одновибратор 3, счетчик 4 импульсов,. арифметический блок 5, второй и первый регистры 6 и 7 памяти, генератор 8 равномерно распределенных случайных чисел, гене" ратор 9 случайных чисел с заданным законом распределения, первый элемент 10 задержки, вторую 11 и первую 12 группы элементов И, второй элемент 13 задержки, дешифратор 14, наборное поле 15, группу триггеров 16, третью группу элементов И 17, элемент ИЛИ 18.Устройство работает следующим образом.Сигнал опроса, определяющий начало очередной статистической реализации, сбрасывает триггеры 16 и счетчик 4 импульсов, на выходе которого появляется число подсчитанных импульсов, соответствующее количеству отказов элементов системы в предыдущей реализации, и запускает одновиб1108457 ратор 3, который открывает элемент И 2 на заданное время.ь 1, со" ответствующее времени работы системы, В течение этого времени импульсы от датчика 1 первичного по тока случайных импульсов поступают на вход генератора 8 равномерно распределенных случайных чисел и через элемент 10 задержки - на управляющие входы элемейтов И первой группы 12. Элемент 10 задержки необходим для того, чтобы генератор 8, .работающий в ждущем режиме, успел сформировать и установить на регистре 7 памяти случайное числодо прихода импульса на управляющие входы элементов И 12. С приходом каждого импульса на управляющие входы элементов И 12 от элемента 10 задержки с регистра 7 памяти случайное чисЮло , соответствующее номеру отказавшего условного элемента, парал" лельным кодом через элементы И 12 поступает на первый вход арифметического блока 5. В арифметическом блоке 5 случайное числоумножается на количество условных элементов системы М, округляется до ближайшего целого и поступает через его второй вход на вход дешифратора 14. Дешифратор 30 имеет М выходных шин, После дешифрации входного числа на шине, номер которой соответствует номеру отказавшего условного элемента, появляется импульс, который поступает на соответ 5 ствующий вход наборного поля 15. Наборное поле 15 имеет М входов и И выходов, которые в исходном состоянии между собой не связаны. Перед началом испытаний на наборном поле 15 40 каждые п 1 входов (1=1,2, И) соединяются с 1-м выходом, что соответствует представлению каждого 1-гоэлемента сложной системы через п условных элементов. Таким образомимпульс с входа наборного поля 15 проходит на тот его выход, который соответствует элементу сложной системы, содержащему отказавший условный элемент. С выхода наборного по 50 ля 15 этот импульс поступает на второй вход соответствующего элемента И 17 и на единичный вход соответствующего триггера 16. Поскольку55 элемент И третьей группы 17 открыт го первому входу сигналом с инверс,ного выхода соответствующего триггера 6, этот импульс проходит на соответствующий вход элемента ИЛИ 1 Ь Одновременно под действием этого импульса триггер устанавливается в единичное состояние и на его прямом выходе появляется сигнал, кото" рый по одной из шин поступает на третий выход устройства, причем номер этой шины соответствует номеру отказавшего элемента сложной системы. Очевидно, что в пределах одной реализации повторные импульсы, поступающие с выхода наборного поля 15 на единичный вход данного триггера, означающие отказы других условных элементов, входягих в состав данного элемента сложной системы, не изменяют состояния триггера и не проходят на вход элемента ИЛИ 18. С выхода элемента ИЛИ 18 импульс поступает на информационный вход счетчика 4 импульсов для подсчета. Одновременно этот импульс поступает на вход генератора 9 случайных чисел с заданным законом распределения и через элемент 13 задержки - на управляющие входы элементов И 11 второй группы. Элемент 13 задержки необходим для того, чтобы генератор 9, работающий в ждущем режиме, успел сформировать и установить на регистре 6 памяти случайное числодо прихода импульса на управляющие входы элементов И 11. В арифметическом блоке 5 случайное числоумножается на д 1 и поступает на его первый выход, который является вторым выходом устройства. По окончании реализации, начало которой задается импульсом опроса, а окончание - концом интервала йй, на счетчике импульсов 4 накапливается число, соответствующее количеству отказов элементов в системе за время йе. Время Д равно, с учетом выбираемого масштаба, времени работы системы. С приходом очередного импульса опроса (интервал между этими импульсами должен быть больше или равен ЬС) цикл работы устройства повторяется для новой статистической реализации.Таким образом, в каждой статистической реализации на первом выходе устройства получается информация о количестве отказавших элементов сложной системы за время ее работы, на втором выходе - информация о распределении этих отказов во времени, на третьем - номера отказавших элементов.1108457 7Изобретение по сравнению с прототипом позволяет как бы заранее, перед началом моделирования, сформировать поток отказов неравнонадежных элементов путем соответствующей коммутации входов и выходов наборного поля и тем самьщ резко уменьшить объем вычислений и машинное время, затрачиваемое на моделирование. Сравнительная оценка результатовиспользования прототипа и предлагае.мого устройства при моделировании одной и той же сложной системы пока зывает, что наряду с расширениемфункциональных воэможностей существенно упрощается математическая модель системы, а машинное время, за" трачиваемое на генерирование потока отказов, сокращается в 3 раза.