Аналоговый оптимизатор числа запасных блоков

115022 3 1 1Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при определении комплектазапаса сложных технических устройствИзвестен аналоговый оптимизатор,содержащий блоки установки затрат,блок суммирования, переключатель,блоки нелинейности, блоки перемещения, блоки умножения на постоянныйкоэффициент, блок развертки, блокизмерения градиента, дополнительныеблоки суммирования и переключатели13.Недостатком этого устройстваявляется завышение количества запасных блоков для сложных техническихустройств, характеризующихся частичным снижением эффективности функционирования при отказах отдельныхблоков, входящих в состав этихустройств.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяаналоговый оптимизатор числа запасных блоков, содержащий блоки установки затрат, блок суммирования,переключатель, блоки формированияприращения целевой функции, блокиумножения на постоянный коэффициент,два блока сравнения, блок формирования коэффициента простоя и релевремени 23,Недостатком известного устройстватакже является завышение потребногочисла запасных блоков в процессеоптимизации комплекта запаса. Этообусловлено тем, что конструкцияустройства не содержит эелементов,предназначенных для оптимизации технических объектов, отказ блоков которых не приводит к полному отказуобъекта, а,порождает лишь егофункционирование с заниженной эффективностью. Вследствие этогочисло оптимизированных устройствомблоков является завышенным и неоптимальным для сложных техническихустройств.Цель изобретения - уменьшение количества запасных блоков, включаемыхв комплект запаса сложных технических устройств,Поставленная цель достигаетсятем, что аналоговый оптимизатор числа запасных блоков, содержащий блокзадания приращения целевой функции,первый и второй блоки сравнения,реле времени, блоки установки затратрезервирования, группу первых блоков умножения на постоянный коэффициент,блок задания градиента, первый блоксуммирования, содержит также блокинтегрирования, второй и третий блоки умножения на постоянный коэффициент, второй блок суммирования, блоквычитания, первый и второй переключатели и группу блоков задания величин эффективности использования, выходы которых через первый переключатель соединены с входом второго блока суммирования и входом блока вычитания, выход второго блока суммирования связан с вторым .входом. второгоблока умножения на постоянный коэффициент, выход которого соединен спервым входом первого блока сравненияпервый выход второго блока умножения на постоянный коэффициент соединен с выходом блока задания градиента, выход блока вычитания связан свторым входом третьего блока умножения на постоянный коэффициент, первый вход которого подсоединен к второму информационному входу блока задания приращения целевой функции,выход третьего блока умножения напостоянный коэффициент подсоединенк информационному входу блока интегрирования, первый информационныйвыход блока задания приращения целевой Функции соединен с вторым входом блока сравнения, выход которогоподключен к входу запуска реле вре 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мени,. выходы блоков установки затрат резервирования подсоединены к входам соответствующих первых блоков умножения на постоянный коэффициент и через второй переключатель связаны с входом блока задания градиента, выход каждого первого блока умножения на постоянный коэффициент соединен с соответствующим входом первого блока суммирования, выход которого связан с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с входом задания устройства а выход - с выходом устройства, выход реле времени подключен к запускающему входу блока интегрирования.На Фиг. 1 представлена функционарьная схема устройства; на фиг.2- схема выполнения блока задания приращений целевой функции.Устройство содержит блок 1 задания приращений целевой функции, первый блок 2 сравнения (с индикацией ".Установить й "), реле 3 времени, блоки 4, - 4 м установки затрат резер111503вирования, группу первых блоков5 - 5 м умножения на постоянный коэффициент, второй переключатель 6,блок 7 задания градиента, первыйблок 8 суммирования, второй блок 9сравнения, группу блоков 10 - 10 мзадания величин эффективности использования, первый переключатель11, второй блок 12 суммирования,блок 13 вычитания, второй 14 и третий 15 блоки умножения на постоянныйкоэффициент и блок 16 интегрирования,состоящий из операционного усилителя 17 в режиме интегрирования, кнопки 18 сброса и вольтметра 19.Блок 1 задания приращений целевой функции (фиг. 2) содержит контакты 20-34, узел 35 задания параметра обслуживания о, масштабный узел36, узел 37 суммирования, узел 38деления, узел 39 вычитания, переключатель 40, кнопку 41, обмотку 42 реле, управляющую контактами 20-34,узлы 43-48 памяти, операционный усилитель 49, входящий в узел 48, резисторы 50-53 и операционный усилитель 54, входящие в узел 36, резисторы 55 и 56, конденсатор 57 и операционный усилитель 58, входящие всостав узла 43, резисторы 59 и 60,конденсатор 61 и операционный усилитель 62, входящие в состав узла 44,резисторы 63 и 64, конденсатор 65и операционный усилитель 66, входящие в состав узла 45, резисторы 67и 68, конденсатор 69 и операционныйусилитель 70, входящие в состав узла46, резисторы 71 и 72, конденсатор73 и операционный усилитель 74, входящие в состав узла 47, и резисторы75 и 76 и конденсатор 77, входящиев состав узла 48.Блок 16 интегрирования (фиг. 1)содержит конденсатор 78 и ключ 79.Математически задача выбора оптимального комплекта запасных блоковзаключается в нахождении такогокомплекта запасных блоков,чтобыобеспечитьпри условии55(3) 22 4где Р (О ) - вероятность использова 3 3ния технического устройства с отказавшим -ымблоком из-за Недостаточ"ности запасных блоков-го типа;С - стоимость запасного блока-го типа;с - параметр обслуживания;3 - эффективность использодвания технической системы с отказавшим блокомД-го типа.Уравнения (1) и (3) относятся к классу задач дискретного программирования. Одним из наиболее приемлемых методов для практического решения этих задач является метод наискорейшего спуска (градиентный метод)Процесс поиска решения (1) и (3) градиентным методом заключается в выборе для каждого-го типа блока такого наименьшего значения о, для которого впервые выполняется условиеРбч-Р( )йЪСЙ+Эо, (4) где и - произвольно выбранный градиент.Сомножители (1 - Эо ) в (1) и (1 + +Во ) в (4) учитывают особенности функционирования сложных, технических устройств. Для простых технических устройств Эо = О, выражения (1) и (4) трансфоримруются в (1) и (4), приведенные в описании известного устройства.Устройство работает следующим образом.Устанавливается произвольное значение градиента 00 и для каждого типа блока подбирается наименьшее ,значение И, для которого впервые выполняется условие (4) . Если условие (4) не выполняется, то необходимо увеличить значениедо тех пор, пока не будет выполнено это условиеПеред решением задачи на блоках 4 - 4 н устанавливаются напряжения, пропорциональные затратам на один блок С, а на блоке 9 - опорное напряжение 0 р , пропорциональное величине Со. Переключатели 6 и 11 устанавливаются в положение 1, переключатель 40 блока 1 устанавливается в нулевое положение, а на узле 35 (фиг. 2) устанавливается параметр обслуживания К для первого типа запасных блоков. На блоках 10 - 10 устанавливается напряж 6 ние, пропор 5 11150циональное величине эффективностииспользования технического устройст".ва при отказе"го блока.Выполняется нулевой шаг решения.При нажатии кнопки 41 срабатываетсхема блока 1, и на его,выходе (навыходе узла 45) получают значениепеременного сомножителя целевой функции Р (О). Затем выполняется первый,шаг решения. Переключатель 40 пере Оводится в положение 1 (Фиг 2)тс первого выхода блока 1,снимаетсянапряжение, пропорциональное.Р (О),Напряжение с выхода блока 14, пропорциональное величинеС(1 +и.)и напряжение с выхода блока 1, пропорциональное ь Р (О), сравниваются вблоке 2, При этом, если эффективностьиспользования технического устройства при отказе любого блока равна нулю, то на выходе блока 14 напряжениепропорционально значениюС (т.е.для случая, когда техническое устройство является простой системой),для всех других случаев, когда Зо - 25- (О, 1), напряжение на выходе блока14 будет больше ИС, и для выполне-ния условия (4) потребуется меньшеечисло шагов, т,е. резервных блоков.Блок 2 сработает, если выполнитсяусловие (4) и при этом загоритсятранспарант "Установить". Еслитранспарант "Установить и " не загорится,переключатель 40 переводитсяв положение Й (Фиг. 2), т.е, ь = 2и т.д. При срабатывании блока 2 реле,353 подключает выход блока 15, напряжение на выходе которого пропорционально величине Р (О) (1 -Эо ), квходу блока 16. На блоках 5 - 5 мустанавливается коэффициент, равныйномеру положения переключателя 40,а сам переключатель 40 возвращаетсяв исходное положение,Затем переключатели б и 11 устанавливаются в положение 1 (Фиг. 1)45(второй блок технического устройства) и выполняется пошаговое решениес помощью переключателя 40. Послевыполнения процедуры для всех М положений переключателей 6 и 11 напряжение на выходе блока 8 может быть"ьр (положенное ограничение израсзодовано точно), либо больше Ооп(перерасход). В последнем случае наблоке 7 устанавливается новое (боль-55шое) значение градиента. Схема возвращается в исходное состояние, ипроцедура поиска повторяется, начиная 22с нулевого шага решения. В результате решения задачи напряжение навыходе блока 16 соответствует достиг"нутому значению целевой функции, азафиксированные коэффициенты каждогоблока 5 - числу выбранных запасныхблоков.Блок 1 задания приращения целевойФункции работает следующим образом.Перед началом работы переключатель40 установлен в нулевое положение.На узле 35 устанавливается параметробслуживания с, соответствующийвыбранному типу запасных блоков.При нажатии кнопки 41 начальное напряжение Ощщ подается на входы узлов35 и 37. С выхода узла 35 снимаетсянапряжение, пропорциональное , ичерез переключатель 40 подается навход узла Зб, выходное напряжениекоторого пропорциональное б., подается на входы узла 43 и 37. С выходаузла 37 снимается напряжение, пропорциональное (1 + о), и подается навход узла 45. Выходные напряженияс узлов 43 и 45 через переключающиеконтакты 26 и 27 подаются на входузла 38, с выхода которого снимаетсянапряжение, пропорциональное 0 /(1 ++ б.), и запоминается в узле 47. Этонапряжение соответствует значениюпеременного сомножителя целевой функции, когда количество запасных блоков равно нулю,На втором шаге переключатель 40переводится в положение 1, при этомсрабатывает реле 42 и перебрасываетвсе контакты в противоположное положение, Напряжения, пропорциональныес. и (1 + о), с выходов узлов 43 и45 через переключающие контакты 23 и24 подаются на входы узлов 35 и 37соответственно. С выхода узла 35снимается напряжение, пропорциональное од, и через переключатель 40подается на вход узла 36, с выходакоторого снимается напряжение, пропорциональное/2, Выходное напряже 2ние с узла 36 подается на вход узла44 и на первый вход узла 37, С выхода узла 37 снимается напряжение,пропорциональное (о 8/2 + 1 + ОС) и подается на вход узла 46. Напряжение,пропорциональное 0 Р/2 + (ОР/2 + 1 ++ ос), свыходов узлов 44 и 46 черезпереключающие контакты 26 и 27 подается на узел 38, с выхода которогоснимается сигнал, пропорциональныйб.2/2(ю/2 + 1 +сА), что соответству111 ет значению переменного сомножителя целевой функции, когда количество .запасных блоков данного типа равно единице. Это напряжение подается на вход узла 48. Напряжение с выхода .узла 47 (соответствующее предыдущему значению целевой функции) и напряжение с выхода узла 48 подаются на вход узла 39, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное приращению переменного сомножителя целевой функции ьР (О), В дальнейшем работа схемы аналогична. Таким образом, с выходов узлов 43 и 44 снимается напряжение, пропорциональное 1 (И + 1)/, что соответствует реализации первого сомножителя в формуле (2), а с выходов узлов 45и 46 Е с, что соответствует1 1:0 5022 8реализации второго сомножителя этойформулы,Техническое преимущество предлагаемого изобретения по сравнению сбазовым заключается в том, что оноучитывает особенности функционирова"ния сложных технических устройств ина этой основе позволяет уменьшить обьем запасных блоков без10 увеличения значения целевой функции,Экономический эффект от применения устройства состоит в уменьшении 15 количества запасных блоков. С увеличением уровня, на котором идет оптимизация запасных блоков, экономический эффект возрастает и можетсоставить десятки процентов от стои 1 20 мости технических устройств, для которых подбирается комплект запаса.1115022 Составитель С.Демиденкоа Техред Т.Фанта Корректор Г.Решетни дактор Т. Ку акаэ тент",. г, Ужгород) ул. Проектна 69/34 Тираж 84 ВНИИПИ Государственно по делам иэобретен 13035, Москва, Ж-Э 5, Раушкоми и окая Подписита СССРытий