Устройство для вычисления показателя надежности резервированных систем с восстановлением

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована для научных исследований, в которых необходимо проведение вычисления показателя надежности - интенсивности отказов резервированных систем с восстановлением.
Устройство предназначено для непосредственного вычисления значения интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением.
Известно устройство для линейного объединения независимых оценок показателей надежности подобных изделий при известных дисперсиях (Патент РФ на полезную модель №57478, опубликовано 10.10.2006, бюл. №28). Данное устройство позволяет автоматизировать объединение независимых оценок показателей надежности подобных изделий при известных дисперсиях. Однако данное устройство ориентировано на объединение оценок показателей и не позволяет вычислять интенсивность отказов системы.
Известно устройство для решения задачи определения значений показателей надежности радиолокационной станции при работе в теплонапряженных режимах (Патент РФ на полезную модель №210462, опубликовано 15.04.2022, бюл. №11). Данное устройство позволяет решать задачу автоматизированного определения значений показателей надежности радиолокационной станции при работе в теплонапряженных режимах. Однако данное устройство ориентировано на определение показателей надежности именно радиолокационных станций и не позволяет осуществлять вычисление показателя надежности резервированных систем с восстановлением в общем виде.
Цель создания полезной модели - создание технического средства, определенного назначения (вычисление показателя надежности - интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением).
Для резервированных систем с произвольной кратностью резервирования и неограниченным восстановлением отказавших элементов, с учетом схемы последовательной деградации системы при отказах ее элементов, выражения для оценки интенсивности отказов и средней наработки на отказ системы могут быть получены следующим образом. Рассматриваются все возможные состояния системы, в которых она работоспособна. Система, состоящая из m изделий, из которых k являются рабочими и n резервными, считается работоспособной, если работоспособны k изделий из m. Для каждого состояния системы находятся интенсивности отказов оставшихся исправными изделий в этом состоянии  интенсивности восстановления отказавших изделий  и величины, характеризующие интенсивности отказов резервированной системы
Интенсивности отказов изделий находятся путем умножения количества оставшихся в данном состоянии исправных изделий  на интенсивность отказов  одного изделия:
Интенсивности восстановления неисправных (отказавших) изделий рассчитываются путем умножения количества отказавших изделий  на интенсивность  восстановления изделия:
Величина, характеризующая интенсивность отказов системы, находящейся в одном из работоспособных состояний, определяется путем деления интенсивностей отказов исправных изделий на интенсивность восстановления отказавших изделий:
С учетом этого интенсивность отказов  резервированной системы находится по формуле:
Рассмотрим пример резервированной системы, состоящей из двух элементов - основного и резервного. Резервный элемент находится в нагруженном режиме, восстановление неограниченное.
Если оба элемента исправны, то интенсивность отказов системы равна 2λ. При отказе одного из элементов интенсивность отказов второго элемента равна λ, интенсивность восстановления элемента - μ, величина, характеризующая интенсивность отказов системы - λ/μ. Система остается работоспособной, если исправны два или один из ее элементов. Интенсивность отказов такой системы определяется по формуле (1):
Рассмотрим пример резервированной системы, состоящей из трех элементов - основного и двух резервных. Резервные элементы находятся в нагруженном режиме, восстановление неограниченное.
Если все элементы исправны, то интенсивность отказов системы равна 3λ. При отказе одного из элементов интенсивность отказов двух исправных элементов равна 2λ, интенсивность восстановления элемента - μ, величина, характеризующая интенсивность отказов системы - 2λ/μ. При отказе двух элементов интенсивность отказов исправного элемента равна λ, интенсивность восстановления двух элементов - 2μ, величина, характеризующая интенсивность отказов системы - λ/2μ. Система остается работоспособной, если исправен хотя бы один из ее элементов. Интенсивность отказов такой системы с учетом формулы (1) равна:
Рассмотрим пример резервированной системы, состоящей из пяти элементов - трех основных и двух резервных. Резервные элементы находятся в нагруженном режиме, время восстановления неограниченное.
Если все элементы исправны, то интенсивность отказов системы равна 5λ. При отказе одного из элементов интенсивность отказов оставшихся четырех элементов равна 4λ, интенсивность восстановления отказавшего элемента - величина, характеризующая интенсивность отказов системы - 4λ/μ. При отказе двух элементов интенсивность отказов исправных трех элементов равна 3λ, интенсивность восстановления двух отказавших элементов - 2μ, величина, характеризующая интенсивность отказов системы - 3λ/2μ. Система остается работоспособной, если исправны три элемента. Интенсивность отказов такой системы с учетом формулы (1) равна:
Функционирование устройства реализовано в соответствии с представленным методическим подходом к определению интенсивности отказов системы.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства.
Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый регистры 1, 2, 3, 4, сумматор 5, блок увеличения на единицу 6, первый и второй блоки возведения в степень 7, 8, первый и второй блоки вычисления факториала 9, 12, блок вычитания 10, первый, второй и третий блоки элементов И 11, 16, 18, блок вычитания из единицы 13, первый и второй блоки умножения 14, 17, первый и второй блоки деления 15, 19, первый, второй, третий и четвертый информационные входы 20-23, информационный выход 24.
Первый, второй, третий и четвертый информационный входы 20-23 соединены с первым, вторым, третьим и четвертым регистрами 1-4 соответственно, выход первого регистра 1 соединен со входом сумматора 5, выход второго регистра 2 параллельно соединен со входами сумматора 5, блока увеличения на единицу 6, первого блока возведения в степень 7, первого блока вычисления факториала 9 и блока вычитания 10, выход третьего регистра 3 соединен со входом второго блока возведения в степень 8, выход четвертого регистра 4 соединен со входом первого блока возведения в степень 7, выход сумматора 5 параллельно соединен со входами второго блока вычисления факториала 12 и блока вычитания 10, выход блока увеличения на единицу 6 соединен со входом второго блока возведения в степень 8, выходы первого блока возведения в степень 7 и первого блока вычисления факториала 9 через первый блок элементов И 11 соединены со входами первого блока умножения 14, выход блока вычитания 10 соединен со входом блока вычитания из единицы 13, выходы второго блока вычисления факториала 12 и блока вычитания из единицы 13 соединены со входами первого блока деления 15, выходы первого блока деления 15 и второго блока возведения в степень 8 через второй блок элементов И 16 соединены со входами второго блока умножения 17, выходы первого и второго блоков умножения 14, 17 через третий блок элементов И 18 соединены со вторым блоком деления 19, выход второго блока деления 19 является информационным выходом устройства 24.
В качестве блоков вычисления факториала возможно использование устройства для вычисления факториала [Патент СССР на изобретение №1297071].
Устройство функционирует следующим образом. На первый, второй, третий и четвертый информационные входы 20-23 поступают данные о количестве основных элементов системы, количестве резервных элементов системы, значении интенсивности отказов одного элемента (λ) и значении интенсивности восстановления одного элемента (μ), которые записываются в первый, второй, третий и четвертый регистры 1-4 соответственно. С первого регистра 1 данные о количестве основных элементов системы поступают на сумматор 5. Со второго регистра 2 данные о количестве резервных элементов системы поступают на сумматор 5, на блок увеличения на единицу 6, на первый блок возведения в степень 7, в качестве степени возводимого числа, на первый блок вычисления факториала 9 и на блок вычитания 10, в качестве вычитаемого числа. С третьего регистра данные о значении интенсивности отказов одного элемента поступают на второй блок возведения в степень 8, в качестве числа, возводимого в степень. С блока увеличения на единицу 6 данные поступают на второй блок возведения в степень 8, в качестве степени возводимого числа. С четвертого регистра 4 данные о значении интенсивности восстановления одного элемента поступают на первый блок возведения в степень 7, в качестве числа, возводимого в степень. С сумматора 5 данные поступают на второй блок вычисления факториала 12 и на блок вычитания 10, в качестве уменьшаемого числа. С первого блока возведения в степень 7 и первого блока вычисления факториала 9 данные через первый блок элементов И 11 поступают на первый блок умножения 14. С блока вычитания 10 данные поступают на блок вычитания из единицы 13. С блока вычитания из единицы 13 данные поступают на первый блок деления 15, в качестве делителя. Со второго блока вычисления факториала 12 данные поступают на первый блок деления 15, в качестве делимого. С первого блока деления 15 и второго блока возведения в степень 8 данные через второй блок элементов И 16 поступают на второй блок умножения 17. С первого блока умножения 14 данные через третий блок элементов И 18 поступают на второй блок деления 19, в качестве делителя. Со второго блока умножения 17 данные через третий блок элементов И 18 поступают на второй блок деления 19, в качестве делимого. Второй блок деления 19 выдает полученное значение на информационный выход устройства 24.
Получаемое на информационном выходе устройства значение соответствует интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением с учетом количества основных элементов системы, количества резервных элементов системы, значения интенсивности отказов одного элемента системы и значения интенсивности восстановления одного элемента системы.
Таким образом, при создании полезной модели решена техническая проблема создания средства определенного назначения (вычисление показателя надежности - интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением).
Заявленная полезная модель является техническим решением, относящимся к устройству, т.к. формула полезной модели содержит совокупность относящихся к устройству существенных признаков (а именно, перечень используемых элементов и связей между ними) достаточную для решения указанной задачи и достижения технического результата. Приведенные признаки относятся к существенным, т.к. они влияют на возможность получения технического результата, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом. Отсутствие одного или нескольких признаков приведет к неработоспособности устройства и не позволит получить заявленный результат.
Реализация и использование предлагаемой полезной модели позволяет проводить вычисление интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением с учетом данных о количестве основных элементов системы, количестве резервных элементов системы, значении интенсивности отказов одного элемента и значении интенсивности восстановления одного элемента системы.
Технический результат данной полезной модели заключается в том, что при реализации и использовании данного устройства обеспечивается расширение арсенала средств определенного назначения, позволяющих проводить вычисление показателя надежности - интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением.
Описанное устройство может быть осуществлено с применением известных в области радиоэлектроники узлов и блоков, соединенных между собой, обеспечивающих конструктивное и функциональное единство.