Устройство для определения работоспособных состояний структурно-сложной системы

(21) 4857404/24 (22) 30.05.90 (46) 30,12,92. Б (72) А.И. Кулдыш (56) Авторское с В 1416977, кл.Авторское с М 1460728, кл. ПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЙ ИСТЕМЫ устройство соформирователь нения, блок па- ),4 элемента И, адержки, тригпереключения ешения считыд остановки, 1 юл. М 48ев и С.Н,Ретюнскихвидетельство СССР .6 06 Р 15/46, 1987.видетельство СССР6 06 Р 15/46, 1987,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам для определения надежности сложных систем,В известных устройствах (1, 21 для определения вероятности работоспособности структурно-сложной системы из и элементов код состояния представляется ввиде и-раэрядного двоичного слова, значение -каждого из разрядов которого отражает состояние работоспособности элемента: 1 - работоспо собное, 0 - неработоспособное, Модель надежности представляется в виде и-разрядных двоичных слов, отражающих минимальные пути работоспособности системы.По результатам сравнения кодов моделй надежности с полученным кодом состояйия" принимается решение об отнесении его к работоспособному или неработоспособному.Недостатками устройства (1) являются низкое быстродействие из-за повторного формирования одинаковых кодов состояний, а также невозможность использования модели надежности в виде кодов минимальных сечений отказов. 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .О РАБОТОСПОСОБН.ЫХ СТРУКТУРНО-СЛОЖНОЙ С (57) Сущность изобретения: держит: счетчик состояний, сигналов сброса, 2 узла срав мяти эталонов, коммутатор (6 2 элемента ИЛИ;2 элемента э гер, установочный вход, вход режима работы, выход разр вания, кодовую шину, выхо 3;п,ф-лы, 3 ил. Наиболее близким к изобретению является устройство 2), содержащее счетчик состояний, узел сравнения, группы элементов И, ИЛИ и элементов задержки; триггер, блок 3 памяти, группа выходов которого подключе. на к первой группе входов узла сравнения, вторая группа входов которого соединена с группой информационных выходов счетчика состояний и блоком элементов И, осуществ ляющим остановку устройства, По сигналу (Я начала работы, подаваемому на устройство, С) счетчик состояний перебирает последова- С) тельно все двоичныечисла от(2" -1) до О, ( 1 каждое иэ которых является кодом состояния системы, Сформированный код состоянй 11 "сравнивается узлом сравнейия с а хранящимися в блоке памяти кодами модели надежности, представленной в виде минимальных путей работоспособности. Если всем единицам хотя бы одного кода модели надежности соответствуют единицы в тех же позициях сформированного кода состояния, то оно признается работоспособным, и узел сравнения вырабатывает сигнал, разрешающий дальнейший анализ сформированного кода,.Недостатками устройства 21 являются низкое быстродействие из-за необходимости формирования кодов всех возможных состояний, а также невозможность использования модели надежности в виде кодов минимальных сечений отказов,Целью изобретения является повышение быстродействия устройства путем исключения формирования части неработоспособных состояний и расширение его функциональных возможностей путем реализации режима работы с использованием модели надежности в виде минимальных сечений отказов.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения работоспособных состояний структурно-сложной системы, содержащее счетчик состояний, первый узел сравнения, блок памяти эталонов, с первого по четвертый элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы задержки и триггер, инверсный выходкоторого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, а установочный вход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ иявляется входом "начала работы устройства, выход четвертого элемента И подключен к перво. му входу второго элемента И и входу первого элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента И и входу второго элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента И, выход второго элемента И соединен со входом сброса триггера, инверсный выход первого элемента ИЛИ является выходом остановки устройства, прямой выход соединен со вторым входом первого элемента И, а его группа входов и первая группа входов первого узла сравнения связаны с группой информационных выходов счетчика состояний, вторая группа входов первого узла сравнения подключена к первой группе выходов блока памяти эталонов, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика состояний, информационная группа выходов которого является выходом задания кода устройства, предназначенным для подключения объекта испытаний, введены формирователь сйгналов сброса, коммутатор и второй узел сравнения, первая и вторая группы входов которого соединены со вторыми группами выходов блока памяти эталонов и счетчика состояний соответственно, а выход соединен с первым информационным входом коммутатора, второй информационный вход которого соединен с выходом первого узла сравнения, выход - с входом запуска формирователя сигналов 5 сброса и вторым входом второго элементаИ, а адресный вход является входом переключения режима работы устройства, информационная группа входов формирователя сигналов сброса соединена с выходами пер вой и второй группы счетчика состояний,группа входов сброса которого соединена с группой выходов сброса формирователя сигналов сброса, причем формирователь сигналов сброса содержит с первого по (и - 1)-й 15 элементы И, где и - разрядность кодовойкоммутации, характеризующей состояние объекта испытаний, первый вход первого элемента И является входом запуска форми. рователя сигналов сброса, выходы элемен тов И с первого по (и - 2)-й соединены спервыми входами элементов И со второго по (и - 1)-й, вторые входы элементов И образуют группу информационных входов формирователя сигналов сброса, выходы - 25 группу выходов сброса формирователя сигналов сброса, второй узел сравнения содержит элемент И и гп каналов, каждый из которых содержит первый и.второй элементы ИЛИ и с первого по п-й элементы И, 30 первые входы которых образуют первуюгруппу входов узла, вторые входы элементов И и входы элементов ИЛИ каждого канала образуют вторую группу входов узла, выходы элементов И и инверсный выход 35 второго элемента ИЛИ каждого кайала соединены с входами первого элемента ИЛИ в каждом канале, выходы первых элементов ИЛИ являются выходами каналов, которые соединены с входами элемента И, выход 40 которого является выходом узла.Повышение быстродействия устройствадостигается за счет исключения форми рования и анализа части неработоспособных состояний. Исходя из установленното 45 соответствия работоспособности системыкодам Состояний и принципа работы счетчика состояний, выявлено, что вслед за кодом неработоспособного состояния, в 1 младших разрядах которого имеются подряд 50 расположенные единицы, последовательноследует группа кодов неработоспособных состояний в количестве (2 - 1). При этом последний код группы отключается от перйого тем, что все единицы в 1 младших раз рядах заменены нулями.Для выполнения такой замены в устройство введен дополнительный узел - формирователь сигналов сброса. В результате его срабатывания принудительно уменьшается значение счетчика на (2 - 1), исключая тем: самым формирование группы кодов неработоспособных состояний,Расширение функциональных возможностей устройства достигается тем, что на. ряду с моделью надежности в виде кодов 5минимальных путей работоспособностиобеспечивается возможность использования более компактной модели надежностив виде в кодов минимальных сечений отказов. Под минимальным сечением отказов 10системы понимается такой минимальныйнабор ее элементов, работоспособность хотя бы одного из которых обеспечивает работоспособность системыпри благоприятномсочетании работоспособных элементов в других асечениях. Неработоспособность всехэлементов хотя бы одного минимального сечения приводит к неработоспособности системы в целом.Для реализации указанного решения в 20устройство введены второй узел сравнения,коммутатор. Второй узел сравнения осуществляет проверку: если всем единицам хотябы одного кода модели надежности, представленной в виде минимальных сечений 25отказов, соответствуют нули в тех же позициях сформированного кода состояния, тооно признается неработоспособным и вто рой узел сравнения вырабатывает сигнал,запрещающий дальнейший анализ сформированного кода. Коммутатор предназначендля выбора рабочего узла сравнения в. зависимости от используемого типа модели надежности системы;. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройствоотличается исключением формирования ианализа части неработоспособных состояний, а также обеспечением возможности использования модели надежности в .виде 40минимальных сечений отказов. Таким образом, заявляемое устройство соответствуеткритерию "новизна", В результате сравнения заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими 45решениями в данной области техники в нихне выявлены признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, Это позволяетсделать вывод о соответствии заявляемогорешения критерию "существенные отличия".На фиг, 1 представлена структурнаясхема устройства; на фиг, 2 - схемы счетчика состояний и формирователя сигналов .сброса; нэ фиг. 3 - . схемы первого и второго 55узлов сравнения, блока памяти эталонов икоммутатора.Устройство (фиг, 1) содержит счетчик 1состояний, формирователь сигналов сброса2, первый 3 и второй 4 узлы сравнения, блок 5 памяти эталонов, коммутатор 6, первый 7,второй 8, третий 9 и четвертый 10 элементыИ, первый 11 и второй 12 элементь 1 ИЛИ,первый 13 и второй 14 элементы задержки,триггер 15. На схеме обозначены установочный вход 16, вход 17 йереключения режимаработы, выход 18 разрешения считывания,кодовая шина 19 и выход 20 остановки,Счетчик состояний (фиг. 2) содержитгруппу 211 - 21 о триггеров разрядов. Формирователь сигналов сброса 2 (фиг, 2) содержит группу 221-22 м элементов И. На схемеобозначены вычитающий счетный 23 входсчетчика и вход 24 включения формирователя сигналов сброса,Узел 3 сравнения (фиг. 3) содержит группы 251 - 25 элементов ИЛИ каналов, элементы И 261 - 26 д каналов, элементы ИЛИ271- 27 п каналов и элемент ИЛИ 28, Узел 4сравнения (фиг. 3) содержит группы 291 -29 П элементов И каналов, элементы ИЛИ 30- 30 п 1 каналов, элементы ИЛИ 311 - 31 спканалов и элемент И 32. Блок 5 памяти эталонов (фиг. 3) включает регистры 331 - 33 п 1каналов. Коммутатор 6 (фиг, 3) содержиттриггер 34, первый 35 и второй 36 элементыИ и элемент ИЛИ 37,Работа устройства в целом состоит вформировании на счетчике 1 состояний двоичных чисел, отображающих коды возможных состояний системы, отбора из них спомощью первого 3 или второго 4 узла сравнения кодов работоспособных состояний, атакже в переключении формирователем сигналов сброса 2 счетчика 1 на число, соответствующее коду последнего из выявленнойгруппы неработоспособных состояний.В исходном состоянии выбранная модель надежности заносится в блок 5 памятиэталонов, в п младших разрядов счетчика 1состояний записываются единйцы, Крометого, задается режим работы устройства взависимости от типа выбранной модели надежности системы, Это осуществляется спомощью коммутатора 6, который послевключения устройства пропускает со своеговхода сигнал от первого 3 узла сравнения.При поступлении на вхсд 17 сигнала изменения режима работы в виде одиночногоположительного импульса коммутатор 6 переключается на работу со вторым 4 узломсравнения,Сигнал начала работы устройства поступает на вход 16, устанавливает в нулевоесостояние триггер 15 и проходит на входэлемента ИЛИ 12, С выхода элемента ИЛИ12 сигнал проходит через открытый потенциалом с выхода триггера 15 элемент И 10,поступает на вход элемента И 8 и с задержкой на элементе 13 (время задержки должнобыть больше суммы времени переходных раций в известных устройствах для опредепроцессов счетчика 1 и формирователя сиг- ления показателя надежности системы сигналов сброса 2) поступает на входэлемен- вал с выхода элемента И 8 временно та И 9. Это необходимо для обеспечения приостанавливает процесс формирования следующих действий, Если сформирован кода очередного состояния путем перевода ное счетчиком 1 число соответствует коду триггера 15 в единичное состояние. Работа работоспособного состояния системы, тона устройства возобновляется с поступлением выходекоммутатора 6 формируется единич-сигкала начала работы на вход 16.ный потенциал. Тогда сигнал с выхода эле- Формировательсигналовсброса 2 фиг. 2) мента И 10 проходит через открытый этим 10 работаетследующим образом. Если на счет- потенциалом элемент И 8 и перебрасывает . чике 1 состоянйй (Фиг, 1) последователь- триггер 15 в едийичное состояние, чем обес- но формируются числа, соответствующие печивается запрет прохождения задержан- кодам работоспособных состояний, то на ного на элементе 13 сигйалачерезэлемент выходе рабочего узла сравнения поддержи- . И 9. Если же чйсло на выходе счетчика 1 15 вается единичййй потекциал, кбторый чесостояний соответствует коду неработоспо- рез коммутатор 6 поступает на вход .собкого состояйия, то на выходе коммутато- элемента И 221 (фйг. 2) формирователя сигра 6 формируется нулевой потенциал, чем налов сброса 2. Пусть на счетчике 1 состоя- включается формирователь сигналов сбро- ний получек код неработоспособного са 2, который обнуляеттриггеры разрядов 20 состояния. За время срабатывания рабоче- счетчика 1, начиная с младшего, до первого го узла сравнения нзчийается процесс, заразряда, имеющего нулевое значение. Этим ключающийся в йрохождении единичного осуществляется переключение- счетчика 1 потенциала последовательно на выходы начйсло, соответствующеекоду последнегоэлементов И 221, , Й 22 и формирователя из выявленной группы неработоспособных 25 сйгйалоа Сброса 2, открытых единичными состояний. Крометого,потенциалс выхода потенциалами с информацйонных выходов коммутатора 6 закрывает элемейт И 8. Тогда триггеров 21 .21 счетчика 1 доэлемента сигнал с вйхода элемента И 10, задержан- И 22 й+1, заКрйтогонулевым потенциалом с ныйна элементе 13; проходит элемент И 9, инФормационного выхода триггера 21 к + 1 так как триггер 15 находится в нулевом со фиг. 2). Кроме того, единичные сигналы с стбянии, поступаетчерез открытый элеменг выходов элементов И 221 И 22 постуйят И 7 на вычитаащий счетный вход счетчика ка входыустановкинулягриггеров 211, 21 М 1, уменьшая на единицу запйсакноев нем счетчика 1, После срабатывания- рабочего число иформируя тем самйм новый код со- уеласравйекия на его выходе сформируется стояниясистемы. Этот же сйгнал, задер нулевой потейциал; которыйпоступит на жанный на-элементе 14 (время задержкй вход 24 формиРОвателясигкалов сброса,- должно быть большесуммарного времени последователЬно закроет все элементы И переходных процессов счетчика 1, первого 221, 22 к й изменит единичные потенциа узла сравнения и коммутатора 6), прохо- лы ка входах устаковкй куля .трйггеров дитчерезоткрытый элементИЛИ 12,откры 211, , 21 к счетчика 1 йа нулевые, В ретый элемент И 10 и выполняет описанные зультате этого триггеры 211.21 к пе-, действия, т.е. проходит на элемент 8, если . рейдут в нулевое состояние, что. кодсостояйия окажется работоспособным, . соответствует переключению счетчика 1 или на выход элемеита И 9 и далее на фор- на число, соответствующее коду последнегомирование кода навсего состояния. Этот 4 из выявленной группо неработоспособных процесс заканчивается тогда; когда счетчик состояний, С поступлением на вычитающий 1 состояний окажется в нулевом состоянии, счетный.ахоД счетчика 1 сигнала с элемента чем будут обеспечены выдача на выход 20 И 7(Фиг 1) он переключится на новое число сигнала остановки и запрещейие инверс- и начнется следующий цикл работы устройным ему сигналом прохождения импульса 50 ства.черезэлементИ 7 навычитающийвходсчет- Работа первого узла 3 сравнения (фиг, чика 1 состояний 3) приведена в Я Принцип действия второТаким образом, работа устройства го узла 4 сравйенйя (фиг, 3) рассмотрим на обеспечивает формировакйе кодов работо- примере работы его первого канала, Потен- .способных состояний системы, после каж циалы разрядов кода минимального сечедого из которых на выходе 18 появляется ния отказов, записанного в регистр первого единичный сигнал. Этот сигнал является канала блока 5 памяти эталонов фиг. 3), разрешающимдлясчитыванияс выхода 19 поступают напервые входы группы элекода работоспособного состояния, С целью ментов И 291 - 29 п первого канала узла 4 обеспечения выполнения этой и других опе- сравнения, На вторые входы этих элементовподаются потенциалы разрядов кода анали переключится в нулевое состояние, Тогдазируемого состояния системы. Так как от- сигнал с выхода второго узла 4 сравнения крытыми будут только те элементы И 29 - пройдет через открытый элемент И 35 и 29, на первые входы которых поступят через элемент ИЛИ 37 поступит на выход единичные разряды кода минимального 5 24 коммутатора. При этом элемент И 36 сечения, то только через эти элементы еди- закрыт.ничные потенциалы кода состояния могут Формула изобретен ия , пройти.на вход элемента ИЛИ 30 первого 1, Устройство для определения работоканала. Значит, если хотя бы одной единице способных состояний, структурно-сложной первого кода минимального сечения отка системы, содержащее счетчик состояний, эов соответствует единица в аналогичном первый узел сравнения, блок памяти эталоразряде кода анализируемого состояния, нов, с первого по четвертый элементы И, то на выходе элемента ИЛИ 30 будет сфор- первый и второй элементы ИЛИ, первый и мирован единичный потенциал, характе- второй элементы задержки и триггер, инризующий работоспособность данного 15 версный выход которого соединен с персостояния по первому минимальному се-ными входами третьего и четвертого чению. В противном случае на выходе эле- . элементов И, а установочный вход соединен мента ИЛИ 30 сформируется нулевой с первым входом второго элемента ИЛИ, и потенциал и сформированный код состоя- является входом начала работы устройства, ния будет отнесен к неработоспособному. 20 выход четвертого элементаИ подключен к Аналогично работают и остальные каналы первому входу второго элемента И и входу.узла 4 сравнения, Если хотя бы по одному первого элемента задержки, выход которого минимальному сечению анализируемое со- соединен с-вторым входом третьего элеменстояние признано неработоспособным,то та И, выход которого подключен к первому нулевойпотенциал с элемента ИЛИ ЗОсоот входу первого элемента И и входу второго ветствующего канала закроет элемент И,З 2 элемента задержки, выход которого соеди. и.навыходеузла 4 сравнениябудетсформи- нен с вторым входом второго элементарован нулевой потенциал, Состояние будет ИЛИ, выход которого подключен к второму признано работоспособным и на выходе уз- входучетвертого элемента И, выход второгола 4 сравнения будет сформирован единич элемента И соединен с входом сброса тригный потенциал, если со всех элементов ИЛИ гера, инверсный выход первого элемента 301 - 30 каналов на вход элемента И 32 ИЛИявляетсявыходомостановкиустройстпоступят единичные потенциалы, Для иск- ва, прямой вйход соединен с вторым вхолючения из работы не используемых кана- дом первого элементаИ, а его группа входов . лов блока 5 памяти эталонов во все разряды 35 и первая группа входов первого узла сраврегистров 33 этих каналов заносятся нули. нения связаны с группой информационных . Тогда на,инверсных выходах элементов выходов счетчика состояний, вторая группа "ИЛИ 31 соответствующих каналов узла 4 входов первогоузла сравнения подключенасравнения будут сформированы единичные к первой группе выходов блока памяти эта,.:потенциалы, которые проходят на выходы 40 лонов, выход первого элемента И соединенэлементов ИЛИЗОканалов,чтосоответству- со счетным входом счетчика состояний, инет работоспособности анализируемого со- формационная группа выходов которого явстояния системы по данным каналам. ляется выходом заданйя кода устройства,Коммутатор 6 фиг. 3) функционирует предназначенным для подключения объекследующим образом. Сигнал с инверсного 45 та испытаний, отл и ча ю ще е с я тем, что, выхода триггера 34 поступает на первый с целью повышения быстродействия путем вход элемента И 35, а с прямого выхода- на исключения формирования части нерабопервый вход элемента И 36. На вторые вхо- тоспособных состояний, в устройство введы элементов И 35 и 34 подаются выходные дены формирователь сигналов сброса, сигналы соответственно со второго 4 и пер коммутатор и второй узел сравнения, первого 3 узлов сравнения. Сигналы с выходов вая и вторая группы входов которого соедиэлементов И 35 и И 36 поступают на вход нены со вторыми группами выходов блока элемента ИЛИ 37. В исходном положении памяти эталонов и счетчика состояний сотриггер 34 находится в единичном состоя- ответственно, а выход соединен с первым нии и сигнал с выхода первого 3 узла срав информационным входом коммутатора, втонения проходит через открытый элемент И рой информационный вход которого соеди и через элемент ИЛИ 37 подается на нен с выходом первого узла сравнения, выход 24 коммутатора. При этом элемент И выход - с входом запуска формирователя 35 закрыт. В случае поступления на вход 17 сигналов сброса и вторым входом второго сигнала измененйя режима работы триггер элемента И, а адресный вход является вхо1785003 12 161 дом переключения режима работы устройства, информационная группа входов формирователя сигналов сброса соединена с выходами первой и второй групп счетчика состояний, группа входов сброса которого 5 соединена с группой выходов сброса формирователя сигналов сброса, причем формирователь сигналов сброса содержит с первого по (и - 1)-й элементы И, где и - разрядность кодовой коммутации, характе ризующей состояние объекта исйытаний, первый вход первого элемента И является входом запуска формирователя сигналов сброса, выходы элементов И с первого по (и - 2)-й соединены с первыми входами 15 элементов И с второго по (и - 1)-й, вторые входы элементов И образуют группу информационных входов формирователя сигналов сброса, выходы - группу выходов сброса формирователя сигналов сброса. 20 2.Устройство по п.1, о тл и ч а ю щее-. с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем реализации режима работы с использованием модели надежности в виде минимальных сечений отказов, второй узел сравнения содержит элемент И и а каналов, каждый из которых содержит первый и второй элементы.ИЛИ и с первого по и-й элементы И, первые входы которых образуют первую группу входов узла, вторые входы элементов И и входы элементов ИЛИ каждого канала образуют вторую группу входов узла. выходы элементов И и инверсный выход второго элемента ИЛИ каждого канала соединены с входами первого элемента ИЛИ в каждом канале, выходы первых элементов ИЛИ являются выходами каналов, которые соединены с входами элемента И, выход которого является выходом узла,, ул,Гагарина, 1 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, У Заказ 4366 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям п 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5