Устройство для вычисления показателей 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 вычислений таких показателей надежности, как интенсивность отказов резервированной системы с восстановлением и средняя наработка на отказ данной системы.
Устройство предназначено для непосредственного вычисления значения интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением и средней наработки на отказ данной системы.
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 известных дисперсиях. Однако данное устройство ориентировано на объединение оценок показателей и не позволяет вычислять такие показатели надежности, как интенсивность отказов системы и средняя наработка на отказ.
Наиболее близким по технической реализации и выполняемым функциям аналогом (прототипом) к заявленному решению является устройство для вычисления показателя надежности резервированных систем с восстановлением (Патент РФ на полезную модель №214231, опубликовано 17.10.2022 Бюл. №29), включающее первый, второй, третий и четвертый регистры, сумматор, блок увеличения на единицу, первый и второй блоки возведения в степень, первый и второй блоки вычисления факториала, блок вычитания, первый, второй и третий блоки элементов И, блок вычитания из единицы, первый и второй блоки умножения, первый и второй блоки деления, первый, второй, третий и четвертый информационные входы, информационный выход, причем первый, второй, третий и четвертый информационный входы соединены с первым, вторым, третьим и четвертым регистрами соответственно, выход первого регистра соединен со входом сумматора, выход второго регистра параллельно соединен со входами сумматора, блока увеличения на единицу, первого блока возведения в степень, первого блока вычисления факториала и блока вычитания, выход третьего регистра соединен со входом второго блока возведения в степень, выход четвертого регистра соединен со входом первого блока возведения в степень, выход сумматора параллельно соединен со входами второго блока вычисления факториала и блока вычитания, выход блока увеличения на единицу соединен со входом второго блока возведения в степень, выходы первого блока возведения в степень и первого блока вычисления факториала через первый блок элементов И соединены со входами первого блока умножения, выход блока вычитания соединен со входом блока вычитания из единицы, выходы второго блока вычисления факториала и блока вычитания из единицы соединены со входами первого блока деления, выходы первого блока деления и второго блока возведения в степень через второй блок элементов И соединены со входами второго блока умножения, выходы первого и второго блоков умножения через третий блок элементов И соединены со вторым блоком деления, выход второго блока деления является информационным выходом устройства.
Устройство предназначено для непосредственного вычисления значения интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением.
Однако данное устройство не позволяет проводить вычисление средней наработки на отказ резервированной системы с восстановлением.
Цель создания полезной модели - создание технического средства, определенного назначения (вычисление показателей надежности -интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением и средней наработки на отказ данной системы).
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в расширении области применения устройства за счет возможности вычисления такого показателя надежности резервированной системы восстановления, как средняя наработка на отказ.
Для достижения этого технического результата в известном устройстве для вычисления показателя надежности резервированных систем с восстановлением, содержащем первый, второй, третий и четвертый регистры, сумматор, блок увеличения на единицу, первый и второй блоки возведения в степень, первый и второй блоки вычисления факториала, блок вычитания, первый, второй и третий блоки элементов И, блок вычитания из единицы, первый и второй блоки умножения, первый и второй блоки деления, первый, второй, третий и четвертый информационные входы, информационный выход, причем первый, второй, третий и четвертый информационный входы соединены с первым, вторым, третьим и четвертым регистрами соответственно, выход первого регистра соединен со входом сумматора, выход второго регистра параллельно соединен со входами сумматора, блока увеличения на единицу, первого блока возведения в степень, первого блока вычисления факториала и блока вычитания, выход третьего регистра соединен со входом второго блока возведения в степень, выход четвертого регистра соединен со входом первого блока возведения в степень, выход сумматора параллельно соединен со входами второго блока вычисления факториала и блока вычитания, выход блока увеличения на единицу соединен со входом второго блока возведения в степень, выходы первого блока возведения в степень и первого блока вычисления факториала через первый блок элементов И соединены со входами первого блока умножения, выход блока вычитания соединен со входом блока вычитания из единицы, выходы второго блока вычисления факториала и блока вычитания из единицы соединены со входами первого блока деления, выходы первого блока деления и второго блока возведения в степень через второй блок элементов И соединены со входами второго блока умножения, выходы первого и второго блоков умножения через третий блок элементов И соединены со вторым блоком деления, выход второго блока деления является информационным выходом устройства, дополнительно введены пятый регистр, четвертый блок элементов И, третий блок деления, элемент задержки, пятый информационный вход и второй информационный выход, причем пятый информационный вход соединен в пятым регистром, выход пятого регистра параллельно соединен со входами четвертого блока элементов И и третьего блока деления, выход второго блока деления соединен со входом элемента задержки, выход элемента задержки является первым информационным выходом устройства, выход третьего блока деления является вторым выходом устройства.
рс
Предложенное устройство позволяет осуществлять вычисление таких показателей надежности резервированных систем с восстановлением, как интенсивность отказов системы (λ) и средняя наработка системы на отказ
рс
Определение интенсивности отказов (λ) резервированной системы осуществляется по формуле:
где N - количество элементов системы;
n - количество резервных элементов системы;
ии
λ - интенсивность отказов одного элемента системы;
ои
μ - интенсивность восстановления одного элемента системы. Также в устройство реализовано вычисление дополнительного показателя надежности резервированных систем с восстановлением -средней наработки на отказ  которое осуществляется по формуле:
На рисунке фиг. 1 представлена структурная схема устройства.
Устройство содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый регистры 1, 2, 3, 4, 5 сумматор 6, блок увеличения на единицу 7, первый и второй блоки возведения в степень 8, 9, первый и второй блоки вычисления факториала 10, 13, блок вычитания 11, первый, второй, третий и четвертый блоки элементов И 12, 17, 19, 20, блок вычитания из единицы 14, первый и второй блоки умножения 15, 18, первый, второй и третий блоки деления 16, 21, 22, элемент задержки 23, первый, второй, третий, четвертый и пятый информационные входы 24-28, первый и второй информационные выходы 29, 30.
Первый, второй, третий и четвертый информационный входы 24-28 соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым регистрами 1-5 соответственно, выход первого регистра 1 соединен со входом сумматора 6, выход второго регистра 2 параллельно соединен со входами сумматора 6, блока увеличения на единицу 7, первого блока возведения в степень 8, первого блока вычисления факториала 10 и блока вычитания 11, выход третьего регистра 3 соединен со входом второго блока возведения в степень 9, выход четвертого регистра 4 соединен со входом первого блока возведения в степень 8, выход пятого регистра 5 параллельно соединен со входами четвертого блока элементов И 20 и третьего блока деления 22, выход сумматора 6 параллельно соединен со входами второго блока вычисления факториала 13 и блока вычитания 11, выход блока увеличения на единицу 7 соединен со входом второго блока возведения в степень 9, выходы первого блока возведения в степень 8 и первого блока вычисления факториала 10 через первый блок элементов И 12 соединены со входами первого блока умножения 15, выход блока вычитания 11 соединен со входом блока вычитания из единицы 14, выходы второго блока вычисления факториала 13 и блока вычитания из единицы 14 соединены со входами первого блока деления 16, выходы первого блока деления 16 и второго блока возведения в степень 9 через второй блок элементов И 17 соединены со входами второго блока умножения 18, выходы первого и второго блоков умножения 15, 18 через третий блок элементов И 19 соединены со вторым блоком деления 21, выход второго блока деления 21 параллельно соединен со входами элемента задержки 23 и четвертого блока элементов И 20, выход четвертого блока элементов И 20 соединен с третьим блоком деления 22, выход элемента задержки 23 является первым информационным выходом устройства 29, выход третьего блока деления 22 является вторым информационным выходом устройства 30.
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 24-27 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. При необходимости вычисления средней наработки системы на отказ  на пятый информационный вход 28 подается единичный сигнал. При отсутствии единичного сигнала на информационном входе 28 вычисление средней наработки системы на отказ осуществляться не будет. С первого регистра 1 данные о количестве основных элементов системы поступают на сумматор 6. Со второго регистра 2 данные о количестве резервных элементов системы поступают на сумматор 6, на блок увеличения на единицу 7, на первый блок возведения в степень 8, в качестве степени возводимого числа, на первый блок вычисления факториала 10 и на блок вычитания 11, в качестве вычитаемого числа. С третьего регистра 3 данные о значении интенсивности отказов одного элемента поступают на второй блок возведения в степень 9, в качестве числа, возводимого в степень. С блока увеличения на единицу 7 данные поступают на второй блок возведения в степень 9, в качестве степени возводимого числа. С четвертого регистра 4 данные о значении интенсивности восстановления одного элемента поступают на первый блок возведения в степень 8, в качестве числа, возводимого в степень. С сумматора 6 данные поступают на второй блок вычисления факториала 13 и на блок вычитания 11, в качестве уменьшаемого числа. С первого блока возведения в степень 8 и первого блока вычисления факториала 10 данные через первый блок элементов И 12 поступают на первый блок умножения 15. С блока вычитания 11 данные поступают на блок вычитания из единицы 14. С блока вычитания из единицы 14 данные поступают на первый блок деления 16, в качестве делителя. Со второго блока вычисления факториала 13 данные поступают на первый блок деления 16, в качестве делимого. С первого блока деления 16 и второго блока возведения в степень 9 данные через второй блок элементов И 17 поступают на второй блок умножения 18. С первого блока умножения 15 данные через третий блок элементов И 19 поступают на второй блок деления 21, в качестве делителя. Со второго блока умножения 18 данные через третий блок элементов И 19 поступают на второй блок деления 21, в качестве делимого. Со второго блока деления 21 данные через элемент задержки 23 поступают на первый информационный выход устройства 29.
При поступлении на пятый информационный вход 28 единичного сигнала в пятый регистр 5 записывается значение единицы. С пятого регистра 5 данные поступают на вход третьего блока деления 22, в качестве делимого, и на вход четвертого блока элементов И 20, при этом со второго блока деления 21 результат вычисления поступает через четвертый блок элементов И 20 на третий блок деления 22, в качестве делителя. С третьего блока деления 22 данные поступают на второй информационный выход устройства 30.
Получаемое на первом информационном выходе устройства 29 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. Получаемое на втором информационном выходе устройства 30 значение соответствует средней наработке на отказ резервированной системы с восстановлением с учетом значения интенсивности отказов системы.
Таким образом, при создании полезной модели решена техническая проблема создания средства определенного назначения (вычисление показателей надежности - интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением и средней наработки на отказ данной системы).
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, а также вычисление средней наработки на отказ с учетом значения интенсивности отказов 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 показателей надежности 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.