Устройство для моделирования отказов с изменяющимся временным шагом

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сооз СоветсникСоциапистичесникРеспубпин 1 ц 991433(23) П риоритет -СССР Опубликовано 23.01.83.Бюллетень3 Дата опубликования описания 23.01.83 яв евам иэебретеиий и втермтий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ С ИЗМЕНЯЮЦ.;ИМСЯ ВРЕМЕННЫМ ШАГОМ1Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение при разработке элементов технических систем, при исследовании влияния на надежность элементов внешней нагрузки и внутреннего строения, обуславливаюшего5 их прочность, при вероятностной оценке возможности перегрузки систем.Известно устройство для моделирования отказов, содержащее генератор тактовых импульсов, первый и второй генераторы случайных чисел, блок сравнения, статистический анализатор, первый и второй датчики чисел, первый и второй блоки задания параметров закона распределения вероятностей, блок памяти и блок. сравнения 1.Однако это устройство не позволяет определить абсолютные значения интенсивности отказов. 20Известен также генератор экстремальных коррелированных случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов, генератор независимых случайных чисел,2первый и второй умножители, сумматор,первый, второй и третий преобразователи,блок памяти, элемент задержки, датчикпостоянных чисел и амплитудный дискриминатор, Этот генератор предназначендля ускорения получения экстремальныхзначений в коррелированной последовательности случайных чисел. Отказ элементатрактуется как превышение мгновеннымзначением изменяюшейся во времени нагрузки мгновенного значения изменяющейся во времени прочности, Это происходитпри малых мгновенных значениях прочности и при больших мгновенных значениях нагрузки 2 .Однако известный генератор непосредственно неприменим ни для моделирования отказов, ни для ускорения моделирования отказов,Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройстводля моделирования отказов, содержащеегенератор тактовых импульсов, первый,второй генераторы коррелированных слу 091433чайных чисел, первые входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы с входами узла сравнения, и узел обработки данных, первый вхоц когорого соецинен с выходом узла сравнения, а выход - с выходной клеммой устройстваЗ .Это устройство позволяет получить путем моцелирования не только значенияотносительно интенсивности отказов по 1 О отношению к интенсивности отказов в некоторых опорных условиях температуры и нагрузки, но и ее .абсолютное значение. Полезную информацию о безотказности дают те моменты сравнения прочности и нагрузки, где обнаружилось, что вторая величина больше или равна первой. Осталь- ные моменты сравнения по сути цела лишние, Поэтому возникает зедача уменьшения количества тех моментов сравнения, когорые не дают полезной информации, причем таким образом, чтобы их уменьшение не влияло на численные значения параметров безотказности, определяемые путем моцелирования. Такое уменьшение количества моментов сравнения равноценно ускорению моделирования и при больших мгновенных значениях нагрузки.30Цель изобретения - ускорение процесса моделирования,Цель цостигается тем, что в устройсъво, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, блок обработки,состоящий из интегратора, счетчика ицелителя, выхоцы интеграгора и счетчикаподключены соответственно к входам цеЛителя, выход которого является выходомустройства, и два генератора коррелирован 40ных случайных чисел, каждый из которыхсодержит датчик независимых гучайныхчисел, цва умножителя, сумматор, элемент задержки и блок извлечения квацратного корня, в каждом генераторе коррели 45рованных случайных чисел вход датчиканезависимых случайных чисел поцключенк выхоцу генератора тактовых импульсов,а выхоц датчика независимых случайныхчисел подключен к первому входу первогоумножителя, второй вхоц которого поцключен к выходу блока извления квацратногокорня, вхоц которого соединен с первымвхоцом вгорого умножителя, второй входвторого умножителя поцключен к выходуэлемента задержки и первому входу сумматора, второй и третий вхоцы которогосоединены с выходами второго и первогоумножителей соответственно, выхоц сумматора подключен к входу элемента задержки, выход блока сравнения соециненс входом счетчика блока обработки, апервый и второй вхоцы блока сравненияпоцключены к выходам сумматоров первого и второго генераторов коррелированных случайных чисел соответственно, дополнительно ввецены последовательносоединенные блок вычитания, амплитудныйцискриминатор и блок возведения в степень, выход которого поцключен к входуинтегратора блока обработки и входамблоков извлечения квадратного корняобоих генераторов коррелированных случайных чисел, входы блока вычитаниясоединены соответственно с входами блока сравнения,На чертеже приведена структурнаясхема устройства.Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, генераторы 2-3 коррелированных случайных чисел, блок 4 сравнения, блок 5 обработки, блок 6 вычитания, амплитудный дискриминатор 7, блок8 возвецения в степень,Блок 5 обработки соцержит интегратор 9, счетчик 10 и целитель 11,Генератор 2 соцержит цатчик 12 независимых случайных чисел блок 13извлечения квадратного корня, второйумножитель 14, первый умножитель 15,сумматор 16, элемент 17 задержки,Генератор 3 соцержит датчик 18 независимых случайных чисел, блок 19 извлечения квацратного корня, второй умножитель 20, первый умножитель 21, сумматор 22, элемент 23 задержки.Устройство работает слецуюшим образом.Прочность, нагрузка и возникновение или отсутствие отказов моделируются в моменты времени, кратные некоторому промежутку времени Д 1 . Прочность и нагрузка рассматриваются как случайныйпроцесс, следовательно, значения прочности и нагрузки в эти моменты прецставляют собой послецовательности коррелированных случайных чисел. Вследствие коррелированности каждое число в послецовательности, моделирующей и рочность или нагрузку, зависит опрецеленным образом от предыдущего числа. В част ности, если прецыцущее число в последовательности, моделирующей нагрузку, велико, то маловероятно ожидать ее малое значение на следующем шагу, Точно так же, если предыдущее число, моцелирующее прочность мало, то маловероятноожицать ее большое значение на слепующем шагу, Поэтому в том случае, когдапрецыпушее число в послецовательности,моцелируюшей прочность, не мало и препышущее число в послецовательности, мь.целируюшей нагрузку, невелико, моцелируется прочность и нагрузка не в слепукьший момент времени, отстоящий от прецыцушего на момент времени Ь 1, а в некоторый более поздний момент времениКЬ 6, гце К- целое положительное число,большее ециницы. Во избежание искажения численного результата моцелированиячисло К должно ввоциться в узел обработ ки.При поступлении импульса с выхоцагенератора 1 тактовых импульсов в генераторе 2 вырабатывается случайное число, моцелируюшее значение прочности в 20опрецеденный момент времени, а во вто "ром генераторе 3 вырабатывается случайное число, моцелируюшее значение нагрузки в тот же момент времени. В блоке 4эти числа сравниваются. Если число с вы хода генератора 3 больше или равно числу с выхоца генератора 2, что моцелирует возникновение отказа, то на выхоцеблока 4 вырабатывается сигнал однойполярности. Если же число свыхопа генератора 3 меньше числа с выхоца генератора 2, что моцелирует отсутствие отказа, то на выхоце блока 4 вырабатывается сигнал пругой полярности, Эти сигналы поступают на первый вхоц блока 5цля обработки совместно с цругими сипналами,Случайные числа с выходов генераторов 2 и 3 поступают также на цва вхоца блока 6 вычитания, Полученное число характеризует близость числа с выхопа генератора 3, мопулируюшего нагрузку, к числу с выхоца генератора 2, моце.- лируюшего прочность, В амплитуцном цискриминаторе 7 числа классифицируются цо величине, Амплитуцный пискриминатор 7 устанавливает, в какой из интервалов, покрывающих без перекрытий весь циапазон возможных его значений, попапает . число с выхода блока 6 и вырабатывает поряцковый номер интервала, считая с интервала наибольшей близости, в вице сигнала, поступающего на вхоц блока 8 воэвецения в степень. Целое число К с5 выхоаа блока 8 воэвецения в степень поступает палее на второй вхоц блока 5 обработки для использования при окрецелении параметров безотказности и на вхоцы генераторов 2 и 3 коррелированных случайных чисел цля использования при1 генерировапи значений прочности и нагрузки в слепуюший момент сравнения.Когпа генерируются случайные числа в равноотстоящие моменты времени, то корреляционный момент межцу соседними случайными числами в послецовательностях постоянен. Если промежуток времени межцу цвумя сосецними моментами времени моцелирования меняется, то меняется и корреляционный момент межпу цвумя послеповательно генерируемыми числами.Целое положительное число К с выхоца блока 9 используется в первом и втором генераторах коррелированных случайных чисел при генерировании слецуюшего случайного числа цля изменения корреляционного момента межцу прецыцушими и послецуюшими случайными числами,Генерирование коррелированных случайных чисел описывается рекуррентным соотношением,гце ) - случайное число, генерируемоена шаге с номером 1ц - отрицательная константа (произвецение ОХ прецставляеткоэффициент црейфа);Ъ - коэффициент циффузии;Н - независимое нормальное число1с нулевой, средней и епиничной дисперсией.Генератор 2 работает слецующим образом.Прецыцушее число с выхоца сумматора 16 зацерживается в элементе 17 зацержки на опии такт и поступает обратно на вхоц сумматора 16. Прецыцущее же число, эацержанное в элементе 17, в умно- жителе 14 умножается на целое положительное число К с выхоца блока 8 возведения в степень, так что на выхоце умно жителя 14 образуется призвецение ОХ 1 КЬФ которое поступает на второй вхоп сумматора 16 (умножение на константу ОД 1 есть простое изменение масштаба). В генераторе 12 вырабатывается независимое нормальное число, которое в умножителе 15 умножается на кищратный корень из числа К с выхоца блока 11, так что на вьцоце умножителя 15 образуется проиэвецениеЬКЬ й 4, которое поступает на сумматор 16, Аналогично работаетвторой генератор 3 коррелированных слу- чайных чисел.В блоке 5 обработки вычисляется интенсивность отказов, Для этого число отказов, накапливаемое в счетчике 10, делится на сумму промежутков времени, получаемую путем послецовательного суммирования в интеграторе 9 целых положительных чисел с выхода блока возведения в степень. оТаким образом, изобретение позволяет ускорить моцелирование отказов и позволяет повышать эффективность использования вычислительной техники. формула изоб ре тен и яУстройство цля моцелирования отказов с изменяющимся временным шагом, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, блок обработки, сжтояший из интегратора, счетчика и делителя, выходы интегратора и счетчика подключены соответственно к входам целителя, выхоц которого является выходом устройства, и два генератора коррелирован ных случайных чисел, каждый из которых25 содержит датчик независимых случайных чисел, два умножителя, сумматор, элемент зацерики и блок извлечения квацратного корня, в кажцом генераторе коррелированных случайных чисел вход цатчика независимых случайных чисел подключен к выхоцу генератора тактовых импульсов, а выход цатчика независимых случайных чисел поцключен к первому вхоцу первого умнажителя, второй вход которого поцклюЗ чен к выходу блока извлечения квацрагного коря, вход которого соединен с первым входом второго умножителя, второй вход когорого подключен к выходу элемента задержки и первому входу сумматора, второй и третий входы которого соединены с выходами второго и первого умножителей соответственно, выхоц сумматора поцключен к вхоцу элемента задержки, выход блока сравнения соединен с входом счетчика блока обработки, а первый и второй входы блока сравнения подключены к выхоцам сумматоров первого и второго генераторов коррелированных случайных чисел соответственно, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ускорения процесса моделирования, оно дополнительно содержит послецовательно соединенные блок вычитания, амплитуцный дискриминатор и блок возвецения в степень, выход которого подключен к вхоцу интегратора блока обработки ивходам блоков извлечения квадратного корня обоих генераторов коррелированных случайных чисел, вхоцы блока вычитания соединены.соответственно с входами блока сравнения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свицетельство СССР% 813439, кл. 606 Г 15/20, 1978.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке3001862/18-24,кл. 6066 7/26, 1980.3. Авторское свидетельство СССР640304, кл. 606 С 15/20, 1976