Устройство для моделирования отказов

)4 С 06 Р 15/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ.Ц ПИС ЗОБРЕТЕНЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСНОМ И 48.Н.Миро ельство СССР 15/20, 1977. ьство СССР 15/36, 1975ОДЕЛИРОВАНИЯ носится к устрой- и может быть исктировании радиоеских, эргатически эксплуатационыработки предложе адежности систем. ни- й ем. 21) 4029178/24-24(57) Изобретение оствам моделированипользовано при проэлектронных, техниких систем для оценых показателей иний по повьппению н Цель изобретения - повьппение достоверности моделирования при отсутствии информации об условиях эксплуатации исследуемого объекта. Цель достигается введением в устройство блокапамяти весовых коэффгциентов, генератора тактовых импульсов, счетчикавремени моделирования, счетчика числа реализаций, блока умножения частоты и блока обработки результатов,включающего одновибратор, элемент И,группу счетчиков импульсов, группуделителей и группу регистров памяти.Устройство позволяет моделировать впроцессе проектирования отказы сложных систем при отсутствии или ограченном объеме статистических данныхоб условиях эксплуатации сист 5 ил1 136Изобретение относится к устройствам моделирования и может быть использовано при проектировании радиоэлектронных, технических, эргатических систем для оценки эксплуатационных показателей и выработки предложений по повышению надежности систем.Цель изобретения - повышение достоверности моделирования,На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схемаблока распределения сигналов; нафиг.3 - схема блока обработки результатов; на фиг.4 - схема блока хранения весовых коэффициентов; на фиг.5временная диаграмма, поясняющая работу устройства.Устройство для моделирования отказов содержит блок 1 управления, генератор 2 случайных сигналов, блок 3сравнения, блок 4 памяти весовых коэффициентов, блок 5 распределениясигналов, блок 6 обработки результатов, блок 7 регистрации, генератор 8тактовых импульсов, блок 9 умножениячастоты, счетчик 1 О времени моделироевания, счетчик 11 числа реализаций.Коммутатор содержит регистр 12сдвига, мультиплексор 13, первый дешифратор 14, счетчик 15 импульсов,второй дешифратор 16, элемент ИЛИ 17,группу элементов И 18,Блок обработки результатов содержит элемент И 19, одновибратор 20,осчетчики 21, делители 22 регистров23 памяти.Блок 4 памяти весовых коэффициентов содержит элементы И 24 и узлы 25памяти.В основу работы устройства положено определение функцией принадлежности отказов, принимающей значение изинтервала 0,13 и характеризующейстепень принадлежности каждого элемента нечеткому подмножеству, Значение функции принадлежности отказовдля каждого элемента нечетного подмножества, т.е. для каждого конкретного значения порогового уровня, количественно характеризует объективную возможность отказа системы припересечении параметром этого уровня.Результаты по определению моментаотказа системы будут в данном случаетакже нечеткими. Они представляются. в виде математического ожидания функции принадлежности момента отказарассматриваемому интервалу эксплуата 3231 2 40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 ции (аналог математического ожидания плотности распределения момента отказа, получаемого при представлении значений пороговых уровней с помощью математического аппарата теории случайных процессов). Значения математического ожидания функции принадлежности количественно характеризуют возможность отказа системы в каждый момент интервала эксплуатации.Устройство работает следующим образом.Леред началом работы по результатам квантования кривой, характеризующей степень принадлежности значений параметра к нечетному подмножеству пороговых уровней, определяются используемые затем при моделировании величины пороговых уровней и соответствующие им веса из интервала 0,1, На фиг.5 показан пример с квантованием по уровням 0; 0.25; 0.5; 0.75; 1. Значениям порогов, образованных абсциссами точек пересечения уровнейе квантования с кривой, приписываются веса, равные значению данных уровней квантования. С помощью блока управления (представляющего собой, например, наборное поле, набор осуществляется с помощью кнопок или переключателей) производится установка пороговых уровней в блоке 3 сравнения и запись импульсов, соответствующих весу каждого порогового уровня, в узлы 25 памяти блока 4. Для исключения неопределенности нулевому весу ставится в соответствие минимальное количество импульсов, равное выбранному числу реализаций параметра. Это же чис- ло реализаций записывается в блок 6 обработки результатов и устанавливает максимальную емкость счетчика 11 числа реализаций. С блока управления задаются также требуемые характеристики случайного процесса изменения параметра, моделируемого генератором 2 случайных сигналов. Весь интервал эксплуатации, на котором моделирует-. ся процесс изменения параметров, разбиваетсяна ряд подынтервалов (фиг.5) для последующего подсчета суммарного значения весов пороговых уровней, которые пересечет параметр в каждом подынтервале, и получения результирующей статистической характеристики. Коды, соответствующие граничным значениям подынтервалов, записываются в блок 5,з 136Устройство начинает процесс моделирования с появлением сигнала "Запуск" на выходе блока 1 управления. Этот сигнал запускает генератор 8 тактовых импульсов и генератор 2 случайных сигналов. Импульсы с выхода генератора 8 подсчитываются счетчиком 1 О времени, его содержимое определяет время, соответствующее времени эксплуатации с начала моделирования очередной реализации. Частота генератора 8 тактовых импульсов выбирается такой, чтобы подсчет времени производился в единицах, соответствующих принятым для учета времени эксплуатации моделируемого объекта . (секундам, минутам, часам и т.д.). 3231 45 50 55 Генератор 2 случайных сигналов начинает выдавать на выход аналоговое напряжение, соответствующее реализации моделируемого параметра.Предварительная установка характеристик случайного процесса для генератора заключается в установке с блока 1 управления значения коэффициента корреляции между начальным значением и скоростью изменения параметра. Сигнал с выхода генератора 2 поступает на блок 3 сравнения. В блоке 3 сравнения производится сравнение значения реализации параметра и записанных заранее пороговых уровнек. При пересечении параметром очередного порогового уровня на соответствующем выходе блока 3 появляется прямоугольный импульс.Импульс с выхода блока 3 сравнения разрешает считывание числа, пропорционального весу пересеченного порогового уровня, из блока 4 памяти в блок 5. При появлении импульса на входе блока 4 он проходит на вход соответствующего элемента И 24, разрешая прохождение через него импульсов с блока 9 умножения на вход узла 25 для управления считыванием. Блок 9 умножения выполняет функции умножителя частоты, поэтому считывание информации о весах пороговых уровней, записанной в узлах 25, происходит с большой скоростью. После каждого считывания содержимое соответствующего регистра восстанавливается. Длительность импульсов, формируемых в блоке 3, выбирается из условия достаточности для проведения описанной операции считывания. 5 10 15 20 25 30 35 40 Последовательность импульсов, количество которых пропорционально весу очередного пересеченного уровня, поступает с выхода блока 4 на вход блока 5 распределения сигналов.Число его информационных входов равно числу пороговых уровней, число выходов - числу подынтервалов, на которые разбит рассматриваемый интервал эксплуатации моделируемого объекта. Поступающая на вход блока 5 последовательность импульсов проходит на его выход, соответствующий тому подынтервалу, в котором произошло рассматриваемое пересечение порогового уровня.Блок 5 функционирует следующим образом (фиг.2)Первый дешифратор 14 соединен параллельно со счетчиком 10 времени. Высокий потенциал на любом из выходов дешифратора 14 и, соответственно, на любом из первых входов мультиплексора 13 появляется только при определенном содержимом счетчика 10. Выход мультиплексора 13 соединен с тем из входов, чей номер подается на его второй вход со сдвигового регистра 12. В сдвиговом регистре предварительно записаны последовательно один за другим коды, равные номерам выходов дешифратора 14, высокий потенциал на которых появляется, когда содержимое счетчика 10 равно Т ТТсоответственно (в дальнейшем будет называть указанные выходы дешифратора 14 первым,п-ным) . Для каждого кода в регистре 12 отводится одинаковое число разрядов. С вторым входом мультиплексора 13 соединены старшие разряды регистра 12, число которых равно разрядности одного кода. В начальный момент в них записан код первого выхода дешифратора 14,Содержимое счетчика 15 равно О, высокий потенциал присутствует на нулевомвыходе второго дешифратора 16, разрешая прохождение последовательностейимпульсов, несущих информацию о пересечении параметром пороговых уровней,через первый из элементов И 18 на выход блока 5, соответствующий первомуподынтервалу моделируемого интервалаэксплуатации. На остальных выходахдешифратора 16 - низкие потенциалы,запрещающие прохождение информациичерез другие элементы И. Как толькосодержимое счетчика 10 станет равнымТ, высокий потенциал с соответствуюла реализаций становится равным установленной, т.е. при переполнении емкости счетчика, установленной предва 15 20 регистрируются в блоке 7. Блок 6 обработки результатов функ 25 30 ствующее суммарному весу пересечен 35ных уровней в течение конкретногоподынтервала. Импульс переполненияс выхода счетчика 11 числа реализася достаточной для проведения обработки) разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода блока 9 умножения на счетчики 21. Зти импульсы 45 управляют считыванием информации иэсчетчиков в делители 22. Предварительно в делители через другие входы ное число реализаций процесса моделирования. На выходе делителей появится и запишется в регистры число, равное частному от деления содержимогонакопителей на число реализаций. Свыхода регистров 23 результаты обработки, соответствующие статистическим оценкаммаематического ожиданияфункции принадлежности момента отказа, поступают на блок 7 регистрации,Сюда же для привязки результатов мо 5 1363231 6щего выхода дешифратора 14 пройдет на четвертый вход генератора 2 случерез мультиплексор 13 на вход счет- чайных сигналов, переводя его в речика 15. Переход 0-1 фиксируется жим моделирования новой реализации.счетчиком и высокий потенциал те- Зтот же импульс поступает на счетчикФ5перь присутствует на первом выходе11 числа реализаций. Сам счетчик 10дешифратора 16, разрешая прохождение обнуляется. Устройство начинает нопоследовательностей импульсов через вый аналогичный цикл моделирования.второй из элементов И 18 на тот вы- Когда содержимое счетчика 11 чисход блока 5, который соответствуетвторому интервалу эксплуатации. Отрицательный перепад напряжения 1-0, который происходит на выходе мульти- рительно с пульта 1 управления, имплексора 13 при очередном изменении пульс переполнения с его выхода поссодержимого счетчика 10 на единицу тупает на вход генератора 2, прекра(и увеличении номера выхода дешифра- щая процесс моделирования, на входтора 14 с высоким потенциалом), про- генератора 8, останавливая выдачуходит на первый вход сдвигового ре- тактовых импульсов, и на четвертыйгистра 12, вызывая сдвиг на число вход блока 6 обработки результатов,разрядов, равное разрядности одного давая команду на обработку, Реэультаномера. Вытесненный из старших разря-ты обработки, производимой с помощьюдов код записывается вновь в освобо- импульсов с выхода блока 9 умножения,дившиеся младшие разряды, Теперь навтором (адресном ) входе мультиплексора 13 присутствует код второго выхо- ционирует следующим образом.да дешифратора 14. Описанный отрица- В процессе моделирования импульсытельный перепад на выходе мультиплек- с выхода коммутатора 5 проходят насора 13 не фиксируется счетчиком 15, тот или иной из счетчиков 21 в завии его состояние не меняется до тех симости от того, в каком из моделипор, пока содержимое счетчика 10 не руемых подынтервалов эксплуатациистанет равным Т. Цикл работы комму- . происходит пересечение уровня. Послетатара повторяется. окончания моделирования в каждом изПоследовательный сдвиг кодов в ре- счетчиков 21 записано число, соответгистре 12 приводит к тому, что вовремя моделирования изменения параометра в интервале Т , Т ) на выходео зрегистра присутствует код первого выхода дешифратора 12, и эта часть ком- ций запускает одновибратор 20. Прямомутатора уже готова к работе со сле- угольный импульс с выхода одновибрадующей реализацией. Как только содер- тора (длительность импульса выбирает 40жимое счетчика 10 времени становитсяравным Т , импульс переполнения сего выхода через третий вход коммутатора обнуляет счетчик 15. Блок 5,таким образом, переходит в первоначальное состояние и готов к работес новой .реализацией.Состав элементов блока 5 и связи записано с блока управления назначенмежду ними дают возможность при моделировании каждого конкретного параметра выбирать различные значенияграниц Т ТТв интересах более точногоисследования результирующих статистических характеристик вте периоды эксплуатации, когда отказмоделируемого объекта наиболее вероятен.Импульс переполнения с выходасчетчика 1 О времени проходит также13632 делирования ко времени эксплуатации подаются значения границ подынтервалов. Результаты обработки могут регистрироваться, например, в виде, показанном на фиг.5. Результат деления, выполняемого в блоке 6, больше истинного значения степени принадлежности во столько раз, во сколько раз количество импульсов, записываемое 10 в регистры блока 4, больше истинного значения весов пороговых уровней, Удобнее выбирать этот коэффициент пропорциональности равным 10 , где ш)ъ назначается в зависимости от требуе мой точности. Тогда при ш = 1 в процессе регистрации разделительный знак между целой и дробной частями результата деления необходимо перенести на один разряд влево, а значе ние функции принадлежности вычислять с точностью до первого знака; при ш = 2 разделительный знак нужно перенести на два разряда влево, а вычисления выполнять с точностью до второ го знака, и т.д.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет моделировать в процессе проектирования отказы сложных систем при отсутствии или ограничен ном объеме статистических данных об условиях эксплуатации систем. формула изобретенияУстройство для моделирования отка 35зов, содержащее генератор случайногосигнала, блок сравнения, блок распределения сигналов и блок управления,выполненный в виде датчика чисел,наборного поля и источника постоянного напряжения, соединенного с кнопкой "Пуск", выходы датчика чисел соединены соответственно с входами наборного поля, выход кнопки "Пуск"подключен к входу запуска генератора 45случайного сигнала, выходы наборногополя подключены соответственно к установочному входу генератора случайного сигнала и информационным входампервой группы олока сравнения, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повьппения достоверности моделирования при отсутствии информации обусловиях эксплуатации исследуемогообъекта, оно дополнительно содержит55блок памяти весовых коэффициентов,генератор тактовых импульсов, счетчик времени моделирования, счетчикчисла реализации, блок умножения час 31 8 тоты и блок обработки результатов,состоящий из одновибратора, элемента И, группы счетчиков импульсов, группы делителей и группы регистров памяти, разрядные входы которых соединены соответственно с выходами делителей . группы, а разрядные выходы регистров памяти группы являются выходами устройства, первые информационные входы делителей группы объединены и подключены к соответствующему выходу наборного поля блока управления, а информационные входы делителей второй группы соединены соответственно с разрядными входами счетчиков группы,входы считывания которых объединены и подключены к выходу элемента И, первый вход которого соединен с выходомодновибратора, вход которого подключен к выходу переполнения счетчикачисла реализаций, входу останова работы генератора случайного сигнала ивходу останова генератора тактовыхимпульсов, блок распределения сигналов содержит регистр сдвига, мультиплексор, первый и второй дешифраторы,счетчик импульсов, элемент ИЗП 1 игруппу элементов И, выходы которыхсоединены соответственно со счетнымивходами счетчиков импульсов группыблока обработки результатов, причемв блоке распределения сигналов выходы первого дешифратора соединены соответственно с информационными входами мультиплексора, управляющие входыкоторого соединены соответственно сс группой старших разрядов регистрасдвига блока распределения сигналов,а выход мультиплексора подключен квходу сдвига регистра сдвига и счетному входу счетчика импульсов блокараспределения сигналов, разрядныевыходы которого соединены соответственно с входами второго деширатора,выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов Игруппы блока распределения сигналов,вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ, входы которогоподключены соответственно к выходамблока памяти весовых коэффициентов,адресные входы которого соединены соответственно с выходами блока сравнения, информационный вход которогоподключен к выходу генератора случайного сигнала, вход перезапуска которого соединен с выходом переполнениясчетчика времени моделирования, счет 136323ным входом счетчика числа реализаций и входом обнуления счетчика импульсов блока распределения сигналов, входы первого дешифратора которого соединены соответственно с разрядными выходами счетчика времени моделирования, счетный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и входу блока умножения частоты, выход которого подключен к второму входу элемента И блока обра 1 1 Оботки результатов и входу считыванияинформации блока памяти весовых коэффициентов, выход кнопки Пуск блокауправления подключен к входу запускагенератора тактовых импульсов, а информационные входы блока памяти весовых коэффициентов, разрядные входырегистра сдвига коммутатора и счетчика числа реализаций подключены к соответствующим выходам наборного поляблока управления.,.Маковская еда орректор А,Тяск х 4 Заказ Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж б 71 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра