Устройство для решения задач планирования экспериментов

54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЭКСПЕРИМЕНТОВ НИРОВАНИЯи м :в и Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для решения задач планирования экспериментов, проводимых при исследовании сложных систем, а также для решения задач имитации исходной информации при проведении испытаний сложных систем в реальном масштабе времени.Известно решение подобных задач на универсальных цифровых вычислительных машинах, При этом планирова ние экспериментов основано на использовании логических алгоритмов перебора различных значений исходных араметров, а также на решении оптиизационных задач. Использование уни.ерсальных цифровых машин не всегда возможно из-за их высокой стоимости. Кроме того, решение подобных задач на универсальных ЭВМ требует значительных затрат времени и оперативной амяти,что не позволяет использовать их для решения задач подыгрыша исходнойыта рои лаинформации при проведении исп нийразличных систем в реальном масштабевремени И .Известно устройство для решения %задач перебора сочетаний, содержащееузел блокировки, триггер, элементыИЛИ задержки и последовательно соединенные кольцевые счетчики с числом состояний, изменяющимся на еди- Фницу, и соответствующие связи 121.-сйОднако это устройство имеет сложную конструкцию, а аппаратурйые затраты на его реализацию пропорцио-нальны количеству. элементов в сочетаниях. Кроме того, данное устройство не может быть использовано длярешения задач планирования экспериментов в случаях, когда хотя бы одиниз исходных параметров имеет более двух уровней варьирования 21.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устство, позволяющее решать задачи инирования экспериментов и содержащее58 6го блока ч регистров памяти и блока5 памяти, а также с входом второгоблока 6 регистров памяти, выход кото;рого соединен с входом первого блока7 умножения, Второй выход счетчика 2соединен со вторым входом генератора1 импульсов, Блок 5 памяти и блокирегистров ч и 6 памяти представляютсобой быстродействующую память, Пер"вый блок 1 регистров памяти представ.ляет собой матрицу регистров, коли"чество строк которой равно К и соответствует числу факторов в планируемом эксперименте, а число столбцовравно й: ф, . Второй блок 6 ре 1 г 1,(гистров памяти представляет собойнабор М регистров, в каждом иэ которых записывается число, равное ко"личеству уровней варьирования соответствующего фактора. Блок 5 памятисодержит К ячеек и предназначен дляхранения значений факторов формируемой точки плана. Выход первого блока7 умножения соединен со вторым входомгруппы ключей 3 и с первыми входамивторого блока 8 умножения и первогоблока 9 деления, Выход группы ключей 3 соединен с входом первого регистра 10 памяти, выход которогосоединен с первым входом второгоблока 11 деления, Второй вход первого блока 9 деления соединен с выходом второго регистра 12 памяти ивторым входом блока 13 вычитания. Второйрегистр 12 предназначен для хранения номера точки плана эксперимента,.-Выход первого блока 9 деления соеди-нен с входом первого блока 1 ч округления чисел, выход которого соединенсо вторым входом второго блока 8умножения, Выход второго блока 8умножения соединен с первым входом .блока 13 вычитания, выход которогосоединен со вторым входом второгоблока 11 деления, Выход второго блока 11 деления соединен со входом второго блока 15 округления чисел, выходкоторого соединен со вторым входомпервого блока ч регистров памяти.Блоки 1 ч и 15 округления представляют собой узлы арифметического уст"ройства, с помощью которых производится округление результатов опера-ций, Выход первого блока Й регистров памяти соединен со вторым входом блока 5 памяти.Устройство работает следующимобразом,установлен факторФ в 1 -ом1опыте эксперимента; х , х- константы определяемые 3для каждого фактора выражениями3-1ХдП т,Х= тъ5 М,1340 Е.13 - целая часть отдДоказана универсальность данного алгоритма для решения задач планирования полных факторных экспериментов, содержащих любое заданное количество факторов, каждый из кото.- рых варьируется на определенном количестве уровней.Блок-.схема устройства приведена на чертеже.Устройство содержит генератор 1 импульсов, первый вход которого является входом устройства. Выход генератора 1 импульсов соединен со входом счетчика 2 и первым входом группы ключей 3. Счетчик 2 предназначен для.М подсчета количества факторов и может считать от 1 до К.Первый выход счетчи ка 2 соединен с первыми входами перво 5 вым входом блока вычитания, выход1 первого блока деления соединен с входом первого блока округления чисел, выход которого соединен со вторым входом второго блока умножения,выход которого соединен со вторым входом блока вычитания, выход с которого соединен со вторым входом второго блока деления, выход которого соединен с входом второго блока. 1 О округления чисел, выход которого соединен с вторым входом первого блока регистров памяти, выход которого соединен со вторым входом блока памяти, вход второго регистра памяти является вторым входом устройства.Новый алгоритм планирования многоуровневых полных факторных экспериментов позволяет независимо друг от друга,задавать любую точку 12) плана полного факторного эксперимента, В соответствии с данным алгоритмом любой-й элемент 1 -ой точки плана эксперимента может быть определен следующим образом иХ. =Ц, = 1 = , 0, где, 1 фЪ ,.1 Ь" . - номер уровня,1 И"3 ч " на котором е должен быть Эе7 9227Перед началом работы в каждый ре гистр первого блока 4 регистров заносится информация об уровнях варьирования факторов. При этом в Г -йрегистр 1 -ой строки заносится значениег , которое должен приниматьфактор ф на г -ом уровне варьирования, В каждый 1 -й регистр второгоблока 6 регистров заносится величина , равная количеству уровней . 10варьирования фактора ф . На выходной регистр первого блока 7 умножения заносится единица, Во второйрегистр заносится величина 1 -1на единицу меньшая номера генерируемой точки плана эксперимента, Счет.чик 2 и первый регистр 10 устанавливаются в ноль.Сигналом "Пуск" включаются генератор 1 импульсов, первый импульс урс которого поступает на счетчик 2 ина группу ключей 3. При этом происходит копирование содержимого выходного регистра первого блока 7 умножения на первый регистр 1 О, а к счетчи- дку 2 добавляется единица, и происходит считывание содержимого первогорегистра второго блока 6 регистров 1на вход первого блока 7 умножения. В первом блоке 7 умножения производится умножение предыдущего результата на число п, поступившее из второго блока 6 регистров. В результате в первом регистре формируется значение Х , а на выходном регистре первого блока умножения значение Х ( В первом цикле 1 = Ц . В первом блоке 9 деления происходит деление содержимого второго регистра 12 на результат полученный в первом блоке 7 умножения Результат деления после выделения целой части числа в первом блоке 14 округления чисел поступает на вход второго блока 8 умножения, где производится его перемножение с содержи" мым выходного регистра первого блока 7 умножения, Результат, полученный во втором блоке 8 умножения, поступает на блок.33 вычитания, где вычитается из содержимого второго регистра 12, После этого во втором блоке 11 деления производится деление результата, полученного вовтором блоке 13 вычитания, на содержание первого регистра 10, Результат деления через55 второй блок округления чисел, где осуществляется округление до ближайшего большего целого, поступает на вход первого блока регистров и служит для выбора нужного столбца ) матрицыОдновременно на вход первого блокарегистров со счетчика 2 поступаетадрес строкиматрицы. В первомблоке 4 регистров производится вы"барка содержимого Ог регистра с указанным адресом, Результат. выборкипоступает на вход блока 5 памяти,где записывается в соответствующую-ю ячейку, определяемую содержимым счетчиком 2, которое также поступает на вход блока 5 памяти. Таким образом, закончено формированиепервого элемента 1 -ой точки планаэксперимента. После этого генераторимпульсов вырабатывает очередной им"пульс, который увеличивает содержимое счетчика 2 на единицу и тем самым начинается формирование второгоэлемента 1 -ой точки плана эксперимента, осуществляемое аналогичнопервому элементу,Признаком окончания работы является достижение содержимого счетчика 2 значения, равного К. Очереднойсигнал с генератора 1 импульсов вызывает переполнение счетчика 2, асигнал переполнения счетчика 2, всвою очередь,.останавливает работугенератора 1 иипульсов. После этого,устройство должно быть установлено висходное состояние и ожидать поступления на второй регистр 12 номераочередной точки плана эксперимента,Технико"экономическая оценка эффективности предлагаемого устройствапроводилась теоретически и методомматетического моделирования.Результаты теоретического расчета и математического моделированияпоказали, что изобретение позволяет решить задачу планирования экспериментов значительно эффективнее,чем при использовании известных алгоритмов на универсальных ЭВИ. Времярешения таких задач на ЭВИ БЭСИ"6не менее, чем в 100 раз больше, чемна предлагаемом устройстве, что позволяет планировать имитирующую информацию для систем, работающих вреальном масштабе времени, Наример,задача планирования эксперимента,включающего 20 факторов, каждый изкоторых изменяется на 6 уровнях,решается с помощью известных методов на ЭВИ БЭСМоколо 3 мин, Использование предлагаемого устройства позволяет решить эту задачу менее, чем за 100 и с.формула изобретения Устройство для решения задач пла.-, нирования экспериментов, содержащее два регистра памяти, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расшире.- ния функциональных воэможностей за счет. независимого планирования каждой точки плана многоуровневого полного факторного эксперимента, оно содержит блок памяти два блока регистров памяти, генератор импульсов, группу ключей,два блока умножения, два блока деления, два блока округления чисел, блок вычитания, причем первый вход генератора импульсов является первым входом устройства, выход генератора импульсов соединен с входом счетчика и первыми входами группы ключей, первые входы первого блока регистров памяти и блока памяти соединены между собой, .а также с первым выходом счетчика и входом вто"рого блока регистров памяти, выход которого соединен с входомперво гоблока умножения, выход которого соединен со вторымГ входами группы ключей и первыми входами второго блока умножения и первого блока деления, второй выход счетчика соединен со вторым входом генератора импульсов, выход группы ключей: соединен с входомпервого регистрапамяти, выход которого соединен спервым входом второго блока деления,выход второго регистра памяти соединен со вторым входом первого блокаделения и первым входом блока вычитания, выход первого блока деления,соединен с входом первого блока округления чисел, выход которого соединен1 ф со вторым входом второго блока умножения, выход которого соединен со вторымвходом блока вычитания, выход которогосоединен со вторым входом второгоблока деления, выход которого соеди 15, нен со входом второго блока округле-.ния чисел, выход которого соединенсо вторым входом первого блока регистров памяти, выход которого сое"динен со вторым входом блока памяти,211 вход второго регистра памяти являетсявторым входом устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеХартман К., Лецкий Э., Шефер В,2 З "Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов",И., изд. Иир, 1977, с.711.2. Авторское свидетельство СССРйф 525100, кл. С 06 Г 15/32, 1975 гуф 3. Авторское свидетельство СССРФГ 631285, кл. 6 06 ГЧ 5/32, 1976 г1 прототип),1