Устройство для моделирования отказов с изменяющимся временным шагом

 

Оll ИСАНИЕ < 991433

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социапистичесник

Республик (6 l ) Допол интел ьное к авт. санд-ву— (22) Заявлено 07.07.81 (21) 3322417/18-24 (51) М. Кл.

3 с присоединением заявки,%—

О06г 15/20

Гееударстеелкмй кемитет (23) П риоритет—

СССР

Опубликовано 23.01.83.Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 23.01.83 ве делам лэебретеиий и втермтий (53) УДК681,3 (088.8) (72) Автор изобретения

А. А. Коорт (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ

С ИЗМЕНЯЮЦ.;ИМСЯ ВРЕМЕННЫМ ШАГОМ

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение при разработке элементов технических систем, при исследовании влияния на надежность элементов внешней нагрузки и внутреннего строения, обуславливаюшего

5 их прочность, при вероятностной оценке возможности перегрузки систем.

Известно устройство цля моцелирования отказов, соцержашее генератор тактовых импульсов, первый и второй генераторы случайных чисел, блок сравнения, статистический анализатор, первый и второй цатчики чисел, первый и второй блоки эацания параметров закона распрецеления вероятностей, блок памяти и блок. сравнения (1 ) .

Оцнако это устройство не позволяет опрецелить абсолютные значения интенсивности отказов. 20

Известен также генератор экстремальных коррелированных случайных чисел, соцержаший генератор тактовых импульсов, генератор независимых случайных чисел, 2 первый и второй умножители, сумматор, первый, второй и третий преобразователи, блок памяти, элемент зацержки, цатчик постоянных чисел и амплитуцный цискриминатор. Этот генератор прецназначен цля ускорения получения экстремальных значений в коррелированной последовательности случайных чисел. Отказ элемента трактуется как превышение мгновенным значением изменяюшейся во времени нагрузки мгновенного значения изменяющейся во времени прочности. Это происходит при малых мгновенных значениях прочности и при больших мгновенных значениях нагрузки (.2) .

Оцнако известный генератор непосредственно неприменим ни цля моделирования отказов, ни цля ускорения моделирования отказов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования отказов, соцеркашее генератор тактовых импульсов, первый, второй генераторы коррелированных слу091433 чайных чисел, первые входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы с входами узла сравнения, и узел обработки цанных, первый вхоц когорого соецинен с выходом узла сравнения, а выход - с выходной клеммой устройства (3) .

Это устройство позволяет получить путем моцелирования не только значения относительно интенсивности отказов по 10 отношению к интенсивности отказов в некоторых опорных условиях температуры и нагрузки, но и ее .абсолютное значение.

Полезную информацию о безотказности дают те моменты сравнения прочности и нагрузки, где обнаружилось, что вторая величина больше или равна первой. Остальные моменты сравнения по сути цела лишние. Поэтому возникает зедача уменьшения количества тех моментов сравнения, когорые не дают полезной информации, причем таким образом, чтобы их уменьшение не влияло на численные значения параметров безотказности, опрецеляемые путем моцелирования. Такое уменьшение количества моментов сравнения равноцен«о ускорению моделирования и при больших мгновенных значениях нагрузки.

Цель изобретения — ускорение процесса м оаел и рован ия.

1.!ель цостигается тем, что в устройсъво, содержашее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, блок обработки, состояший из интегратора, счетчика и целителя, выхоцы интеграгора и счетчика поцключены соответственно к входам цепителя, Bblxotl которого является BblxogoM устройства, и цва генератора коррелирована0 ных случайных чисел, каждый из которых содержит цатчик независимых с учайных чисел, цва умножителя, сумматор, элемент задержки и блок извлечения квацратного корня, в каждом генераторе коррели45 рованных случайных чисел вход датчика независимых случайных чисел поцключен к выхоцу генератора тактовых импульсов, а выхоц датчика независимых случайных чисел подключен к первому вхоцу первого умножителя, второй вхоц которого поцключен к выходу блока извления квацратного корня, вхоц которого соединен с первым вхоцом вгорого умножителя, второй вход второго умножителя поцключен к выхоцу элемента задержки и первому входу сумматора, второй и третий вхоцы которого соецинены с выхоцами второго и первого умножителей соответственно, выхоц сум- матора подключен к входу элемента зацержки, выход блока сравнения соецинен с входом счетчика блока обработки, а первый и второй вхоцы блока сравнения поцключены г выходам сумматоров первого и второго генераторов коррелированных случайных чисел соответственно, дополнительно ввецены последовательно соециненные блок вычитания, амплитуцный цискриминатор и блок возведения в степень, выход которого поцключен к входу интегратора блока обработки и вхоцам блоков извлечения квацратного корня обоих генераторов коррелированных случайных чисел, входы блока вычитания соецинены соответственно с входами блока сравнения.

На чертеже привецена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, генераторы 2-3 корре» лированных случайных чисел, блок 4 сравнения, блок 5 обработки, блок 6 вычитания, амплитуцный цискриминатор 7, блок

8 возвецения в степень.

Блок 5 обработки соцержит интегратор 9, счетчик 10 и целитель 11.

Генератор 2 соцержит цатчик 12 независимых случайных чисел, блок 13 извлечения квацратного корня, второй умножитель 14, первый умножитель 15, сумматор 16, элемент 17 зааержки.

Генератор 3 соцержит аатчик 18 независимых случайных чисел, блок 19 извлечения квадратного корня, второй умножитель 20, первый умножитель 21, сумматор 22, элемент 23 зацержки.

Устройство работает слецуюшим образом.

Прочность, нагрузка и возникновение или отсутствие отказов моделируются в моменты времени, кратные некоторому промежутку времени Д, Прочность и нагрузка рассматриваются как случайный процесс, слецовательно, значения прочности и нагрузки в эти моменты прецставляют собой послецовательности коррелированных случайных чисел. Вслецс вие коррелированности каждое число в послецовательности, моцелируюшей прочность или нагрузку, зависит опрецеленным образом or предыдущего числа. В частности, если прецыдушее число в послеаовательности, моцелируюшей нагрузку, велико, то маловероятно ожидать ее малое значение на слецуюшем шагу. Точно так же, если предыдушее число, моцелиру991433 юшее прочность мало, то маловероятно ожицать ее большое значение на следую» шем шагу. Поэтому в том случае, когда предыпушее число в послецовательности, моцелируюшей прочность, не мало и пре- $ цьщушее число в послецовательности, мо» целируюшей нагрузку, невелико, моделируется прочность и нагрузка не в следукьший момент времени, отстояший от прецыдушего на момент времени, а в некоторый более позцний момент времени

lEQt, гце К- целое положительное число, большее единицы. Во избежание искажения численного результата моцелирования число К должно ввоциться в узел обработ- $ ки.

При поступлении импульса с выхода генератора 1 тактовых импульсов в генераторе 2 вырабатывается случайное число, моцелируюшее значение прочности в 20 опрецеленный момент времени, а во вто " ром генераторе 3 вырабатывается случайное число, моцелируюшее значение нагрузки в тот же момент времени. B блоке 4 эти числа сравниваются. Если число с вы-2$ хода генератора 3 больше или равно числу с выхоца генератора 2, что моцелирует возникновение отказа, то на выходе блока- 4 вырабатывается сигнал одной полярности. Если же число с выхода ге- 30 нератора 3 меньше числа с выхоца генератора 2, что моцелирует отсутствие от» каза, то на выхоце блока 4 вырабатывается сигнал другой полярности. Эти сигналы поступают на первый вхоц блока 5 цля обработки совместно с цругими car налами, Случайные числа с выходов генераторов 2 и 3 поступают также на два вхоца блока 6 вычитания. Полученное число характеризует близость числа с выхода генератора 3, мопулируюшего нагрузку, к числу с выхоца генератора 2, моде.лируюшего прочность. В амплитупном дискриминаторе 7 числа классифицируются .цо величине. Амплитуцный QHcKриминатор

7 устанавливает, в какой из интервалов, покрываюших без перекрытий весь диапазон возможных его значений, попааает, число с выхода блока 6 и вырабатывает поряцковый номер интервала, считая с интервала наибольшей близости, в виде сигнала, поступаюшего íà вход блока 8 возведения в степень. Целое число К с

$$ выхоаа блока 8 возведения в степень поступает аалее на второй вход блока 5 обработки для использования при окрецелении параметров безотказности и на вхоцы генераторов 2 и 3 коррелированных случайных чисел цля использования при

6 генерирова п и значений прочности и нагрузки в слецуюший момент сравнения.

Когда генерируются случайные числа в равноотстояшие моменты времени, то корреляционный момент межцу соседними случайными числами в послеповательностях постоянен. Если промежуток времени между авумя соседними моментами времени моцелирования меняется, то меняется и корреляционный момент межпу двумя последовательно генерируемыми числами.

Белое положительное число К с выхоца блока 9 используется в первом и втором генераторах коррелированных случайных чисел при генерировании слецуюшего случайного числа цля изменения корреляционного момента межцу прецыаушими и послецуюшими случайными числами.

Генерирование коррелированных случайных чисел описывается рекуррентным соотношением, гце )(„- случайное число, генерируемое на шаге с номером

О - отрицательная константа (произвецение 0Х „. представляет коэффициент црейфа);

Ъ - коэффициент диффузии;

Я . — независимое нормальное число

1 с нулевой, средней и единичной дисперсией.

Генератор 2 работает слецуюшим образом.

Прецыцушее число с выхода сумматора

l6 задерживается в элементе 17 зацержки на один такт и поступает обратно на

BxoQ сумматора 16. Прецыаушее же число, эацержанное в элементе 17, в умножителе 14 умножается на целое положительное число К с выхода блока 8 возведения в степень, так что на выхоае умно-жителя 14 образуется призвецение 0Х КЬ, которое поступает на второй вход сумматора 16 (умножение на константу ДИ есть простое изменение масштаба). B

Ъ генераторе 12 вырабатывается независимое нормальное число, которое в умножителе 15 умножается на квадратный корень из числа К с выхода блока 11, так что на выходе умножителя 15 образуется проиэвецениеЩК M„,, которое поступает на сумматор 16. Аналогично работает

М1433 второй генератор 3 коррелированных слу- чайных чисел.

В блоке 5 обработки вычисляется интенсивность отказов. Для этого число отказов, накапливаемое в счетчике 10, делится на сумму промежутков времени, получаемую путем послецовательного суммирования в интеграторе 9 целых положительных чисел с выхода блока возведения в степень. о

Таким образом, изобретение позволяет ускорить моцелирование отказов и позволяет повышать эффективность использования вычислительной техники.

Формула изоб ре тен и я

Устройство цля моцелирования отказов с изменяющимся временным шагом, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, блок обработки, состоящий из интегратора, счетчика и целителя, выходы интегратора и счетчика подключены соответственно к вхоцам целителя, выхоц которого является выходом устройства, и цва генератора коррелирован» ных случайных чисел, кажцый из которых

2S содержит датчик независимых случайных чисел, два умножителя, сумматор, элемент зацерики и блок извлечения квацратного корня, в кажцом генераторе коррелированных случайных чисел ахоп цатчика независимых случайных чисел поцключен к выхоцу генератора тактовых импульсов, а выхоц цатчика независимых случайных чисел поцключен к первому вхоцу первого умнажителя, второй вход когорого поцклю- чен к выходу блока извлечения квадрат ного ко ня, вход которого соединен с первым вхоцом второго умножителя, втсърой exode когорого подключен к выходу элемента задержки и гервому sxoay сумматора, второй и третий вхоцы которого соединены с выходами второго и первого умножителей соответственно, выхоц сумматора поцключен к вхоцу элемента задержки, выход блока сравнения соединен с входом счетчика блока обработки, а первый и второй входы блока сравнения подключены к выхоцам сумматоров первого и второго генераторов коррелированных случайных чисел соответственно, о тличающееся тем,что,спелью ускорения процесса моделирования, оно дополнительно содержит послецовательно соединенные блок вычитания, амплитуцный цискриминатор и блок возвецения в степень, выхоц которого подключен к вхоцу интегратора блока обработки и вхоцам блоков извлечения квацратного корня обоих генераторов коррелированных случайных чисел, вхоцы блока вычитания соединены .соответственно с вхоцами блока сравнения, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свицетельство СССР № 813439, кл. 506 F 15/20, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 3001862/18-24, кл. G06G 7/26, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР № 640304, кл. 606С 15/20, 1976 (прототип ).