Расчет среднего времени жизни избыточных систем с различными типами адаптивных восстанавливающих органов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Омск 2012

Расчет среднего времени жизни избыточных систем с различными типами адаптивных восстанавливающих органов

Разработчик:

Волчкова И.А.

1. Функциональное назначение программы, область применения, её ограничения

Программа расчета среднего времени жизни избыточных систем с различными типами адаптивных восстанавливающих органов (АВО) может применяться для обеспечения рационального использования на практике различных типов АВО путем предварительной оценки количественных характеристик эффективности различных типов АВО и расчета надежностных параметров систем с АВО на пороговых элементах. Это позволит на основании априорных данных о наиболее вероятной ситуации в процессе работы на входах АВО выбрать наиболее эффективную его структуру и алгоритм адаптации.

В зависимости от структуры и алгоритма адаптации АВО меняется его эффективность и корректирующая способность при наличии на входах отказов и сбоев обоих видов (1>0 и 0>1) в различных сочетаниях.

Под АВО понимаются пороговые логические элементы с переменными весовыми коэффициентами (l=1,2,…) входов Xi (i=1,2,..,n; n3) и переменным порогом B (=1,2,..,n), у которых в процессе работы в зависимости от ситуации на входах (от количества и видов отказов и сбоев) автоматически производится целенаправленное изменение параметров и B для достижения максимально возможной корректирующей способности, обеспечиваемой данным типом АВО.

При рассмотрении АВО с целью упрощения в расчетах в программе пренебрегается конечная надежность устройства контроля и адаптации, полагая, что его интенсивность отказов не менее чем на порядок ниже интенсивности отказов на входах АВО, и считается, что время контроля и адаптации равно нулю. Последнее обстоятельство справедливо для быстродействующих электронных устройств, имеющих, например, комбинационную схему контроля входных сигналов АВО и жесткий алгоритм адаптации. При этом полагается, что адаптация начинается сразу же после появления отказа или сбоя на входе АВО. Также считается, что одновременное появление на входах АВО двух и более отказов или сбоев исключено. Очередной отказ (сбой) может появиться только после адаптации АВО к предыдущему отказу.

Предполагается, что процесс возникновения отказов и сбоев на входах АВО - пуассоновский с соответствующими параметрами и , где - интенсивности отказов соответственно вида () и (), а - интенсивности сбоев вида () и ().

Программа реализует алгоритмы расчета среднего времени жизни избыточных систем с различными типами АВО с возможностью варьирования алгоритма адаптации, интенсивности отказов и сбоев обоих типов (0>1 и 1>0) на входах АВО и количества входов АВО.

Программа реализована в виде оконного приложения. Удобство работы с программой также определяют простота и понятность интерфейса. Интерфейс главного окна программы представлен на рис. 1.

Рис. 1 - Интерфейс главного окна программы

Вкладка «Исходные данные» содержит область выбора типа АВО и его алгоритма адаптации, поле для количества входов АВО, поля для интенсивностей отказов и сбоев обоих типов (0>1 и 1>0) на входах АВО.

В программе выбор типа АВО ограничен двумя возможными вариантами, т.к. в той или иной мере они включают в себя основные структурно-функциональные принципы практически всех известных АВО.

Первый из них - АВО1 характеризуется однонаправленным ступенчатым изменением порога B (от максимального к минимальному) и бинарным изменением весовых коэффициентов входов . Реализуемая им функция имеет вид:

Второй тип - АВО2 характеризуется однонаправленным (от максимального к минимальному) ступенчатым изменением порога B и реверсивным ступенчатым изменением весовых коэффициентов входов , а выражение для реализуемой им функции по форме совпадает с выражением для АВО1. Максимальное и минимальное значение порога B для обоих типов АВО зависит от алгоритма адаптации.

Принцип работы АВО1 заключается в следующем. Перед началом работы на всех n входах весовые коэффициенты равны , а порог B = max. При появлении любого вида отказа или единичного сбоя на k-м входе соответствующее резервируемое устройство автоматически отключается от АВО1, то есть , а порог B в зависимости от выбранного алгоритма либо остаётся без изменения, либо уменьшается на единицу. Индикатором отказа (сбоя) любого резервируемого устройства является рассогласование его выходного сигнала либо с сигналами на выходах неотключённых (работоспособных) резервируемых устройств, либо с сигналом на выходе АВО1.

Работа АВО2 осуществляется согласно следующему принципу. Перед началом работы на всех n входах весовые коэффициенты равны , а порог B = max. При каждом рассогласовании сигнала на выходе k-го резервируемого устройства с истинным значением весовой коэффициент k-го входа АВО2 уменьшается на единицу, а при каждом совпадении уменьшенный коэффициент увеличивается на единицу. Таким образом, если на k-м входе АВО2 число следующих подряд несовпадений истинным значением равно r m, а в следующих s r циклах работы имеют место совпадения, то весовой коэффициент принимает следующий ряд значений: , при этом порог B остаётся постоянным.

Если же на k-м входе АВО2 число следующих подряд несовпадений с истинным значением равно r>m, то (k-е резервируемое устройство отключается), а порог B в зависимости от выбранного алгоритма адаптации, либо остаётся без изменения, либо уменьшается на величину, равную m единицам весового коэффициента входа. Однажды отключённое резервируемое устройство больше не подключается.

Устройство контроля в АВО обоих типов в каждом цикле вычисления производит сравнение значений входных сигналов на неотключённых входах между собой, либо с сигналом на выходе и при наличии рассогласования выдаёт команду в устройство адаптации, которое в соответствии с выбранным алгоритмом изменяет параметры и B.

Выбор вида алгоритма адаптации обоих типов n-входовых АВО в программе ограничен двумя возможными вариантами, так как все алгоритмы адаптации могут быть сведены к двум видам N и M, разновидности которых N1, N2 и M1, M2 , начиная, для упрощения, с числа неотключённых входов n=5 приведены в табл. 1.

Таблица 1 Алгоритмы адаптации

В тех случаях, когда априори известно, что на входах АВО интенсивность отказов вида много больше, чем интенсивность отказов вида , при алгоритме адаптации типа N в последнем адаптивном состоянии (n=2) следует устанавливать B=1.

Графы состояний резервированных систем с n-входовыми АВО обоих типов, составленные исходя из алгоритмов адаптации, представлены на рис. 2 для алгоритмов вида N и на рис. 3 для алгоритмов вида M, где под дугами без квадратных скобок указаны вероятности переходов для АВО1, а в квадратных скобках - вероятности для АВО2, отличные от соответствующих переходов АВО1. На рисунках используются следующие обозначения: Еk - работоспособное состояние системы при наличии на k входах отказов и сбоев; Er - неработоспособное (поглощающее) состояние системы, соответствующее потере корректирующей способности АВО. Очевидно, что графы состояний для систем с обоими типами АВО топологически эквивалентны и отличаются лишь вероятностями перехода из состояния Еk в состояние Еk1 для первого графа в диапазоне и для второго - в диапазоне .

Рис. 2 - Граф состояний резервированных систем с n-входовыми АВО для алгоритмов вида N

Рис. 3 - Граф состояний резервированных систем с n-входовыми АВО для алгоритмов вида M

При эксплуатации избыточных систем длительного действия в малоизвестных условиях, доступ к которым исключен среднее время жизни системы , где - среднее время работы между k-м и (k+1)-м отказами резервируемых блоков, подключенных к входам АВО, является важным надежностным показателем.

Именно в связи с этим представляет теоретический и практический интерес исследование среднего времени жизни систем с АВО1 и АВО2 при алгоритмах адаптации типа N и M.

Расчет среднего времени жизни избыточной системы на основании введенных данных о наиболее вероятной ситуации в процессе работы на входах выбранного АВО в программе начинается по нажатию кнопки «Расчет».

При отсутствии каких-либо необходимых для расчетов данных программа выведет на экран сообщение об ошибке с рекомендацией ввода отсутствующих данных. Пример окна с сообщением об ошибке представлен на рис. 4.

Рис. 4 - Пример окна с сообщением об ошибке

Результаты расчетов записываются в таблицу с целью упрощения дальнейшего их анализа.

Ввиду структурной неоднородности графов на рис. 2 и рис. 3, представляется удобным разбить диапазон изменения k, равный для первого графа на участки , а для второго графа - на участки и сравнить внутри каждого участка. Поэтому в таблице с результатами кроме общего среднего времени жизни избыточной системы представлены также значения среднего времени жизни на различных участках.

Также для удобства работы с программой существует возможность по нажатию соответствующих кнопок очищать исходные данные и таблицу с результатами.

Таким образом, данная программа позволяет для каждого соотношения параметров интенсивности отказов и сбоев обоих типов (0>1 и 1>0) на входах, количества входов у АВО определить такие его тип и алгоритм адаптации, которые обеспечат резервированной системе максимальное среднее время жизни.

программа расчет система избыточный

2. Используемые технические средства

Для реализации программы расчета среднего времени жизни избыточных систем с различными типами адаптивных восстанавливающих органов использовались следующие аппаратные и программные средства:

1. Среда разработки - Microsoft Visual Studio 2010 Ultimate (Visual C#).

2. Операционная система - Windows 7 Home Premium.

3. Персональный компьютер на базе процессора Intel Core i3.

4. Объем оперативной памяти - 4 Гб.

3. Специальные условия применения и требования организационного, технического и технологического характера

Для функционирования программы расчета среднего времени жизни избыточных систем с различными типами адаптивных восстанавливающих органов на компьютере пользователя необходимы следующие аппаратные и программные средства:

1. Персональный компьютер на базе процессора Intel x86/64 или AMD 32/64.

2. Объем оперативной памяти от 512 Мб.

3. Операционная система - Windows XP/Vista/7.

Размещено на Allbest.ru