|
|
Второй подзадачей решенной в разделе является разработка надежностных моделей отказоустойчивых систем с мажоритарной структурой, способных к реконфигурации. Система с МС состоит из 2N+1 однотипных модулей рабочей конфигурации, которые обеспечивают реализацию алгоритма функционирование подсистемы с заданным уровнем качества, и резервной группы - скользящего резерва, который состоит из S модулей. После исчерпания резерва и отказа (2N+1)/2 модулей основной конфигурации предусмотрена реконфигурация МС. Практический интерес представляют два варианта реконфигурации. В первом варианте рабочими остаются два модуля, которые работают в режиме сравнения. Во втором варианте рабочим является один модуль. В обоих вариантах мажоритарный элемент отключается, а высвобожденные после реконфигурации исправные модули переводятся в резерв.
Входными данными для построения структурно-автоматной надежностной модели отказоустойчивых систем с МС являются: количество модулей в рабочей конфигурации до реконфигурации – NP; количество модулей в рабочей конфигурации после реконфигурации - NN; исходное количество модулей в резерве - K; интенсивности отказов модулей рабочей конфигурации (lо) и модулей, которые находятся в резерве - (lр); показатели качества средств автоматического восстановления работоспобности заданные вероятностями правильного обнаружения, распознавание и локализации отказа (РВРЛ) и правильного восстановления работоспособности после отказа (РВП), правильной реконфигурации (РРК), интенсивности восстановления модулей, которые вышли из строя (m); вероятности восстановления (ремонта) модуля (PВ).
Для представления всех возможных состояний подсистемы с обслуживанием кроме компонент V1 и V2, необходимо ввести третью - V3- количество неисправных модулей в рабочей конфигурации и в резерве. Если восстановление ограничено, то нужно ввести в множество формальных параметров максимальное количество восстановлений KV, а в ВС счетчик количества восстановлений - V4:=KV. САМ для этого класса отказоустойчивых систем представлен в табл.6.
Таблица 6.
Структурно-автоматная модель обслуживаемой системы с мажоритарной структурой с непрерывным ограниченным восстановлением
События
Условия
ФРИП
ФРИАП
ПМВС
1
2
3
4
5
Отказ модуля
V2>0
V1*lO
РВРЛ*РВР
V2:=V2-1; V3=V3+1
рабочей конфигурации
V2=0 and V1>(NP+1)/2
V1*lO
РВРЛ
V1:=V1-1; V3=V3+1
V2=0 and V1=(NP+1)/2
V1*lO
РВРЛ*РРК*РВР
V1=NN; V2:=V1-NN-1; V3=V3+1
V2=0 and V1=NN
V1*lO
РВРЛ
V1:=V1-1; V3=V3+1
Отказ модуля резервной группы
V2>0
V2*lР
____
V2:=V2-1; V3=V3+1
Восстановление модуля
V3>0 and V4<KV
V3*m
PВД* РРК
V2:=V2+1;V3=V3-1 ;V4:=V4+1
Критерий отказа: V1>NN.
Если восстановление модулей неограниченное или ограниченное по вызову, то в таблицах интенсивность восстановления m равна 1/(Твик+Трем), где Твик - время необходимое для вызова и прибытия ремонтной бригады, Трем - время проведения ремонта неисправных модулей. САМ необслуженной отказоустойчивой системы с мажоритарной структурой способной к реконфигурации можно получить из модели представленной в табл.6 путем соответствующей настройки.
В связи с тем, что оценка надежности в процессе проектирования должна занимать как можно меньше времени, проектировщику необходим «быстрый» инструмент для расчета показателей надежности. Для этого разработан программный пакет, предназначенный для построения и анализа надежностных математических моделей рассмотреных отказоустойчивых структур.
В разделе 4 решена задача разработки математических моделей отказоустойчивых радиоэлектронных систем, которые бы учитывали эффект старения аппаратуры и реальные законы распределения продолжительности процедур технического обслуживания и ремонта, т.е. надежностное поведение системы, которое описывается немарковським дискретно-непрерывным случайным процессом.
Для уменьшения размерности модели при сохранении достаточно высокой точности расчета показателей показана целесообразность применения метода эквивалентной интенсивности потока (ЭИП). Для этого проведен сравнительный анализ метода ЭИП, метода стадий (фаз Эрланга (ФЭ)) и метода экспоненциальной аппроксимации (ЭА). Модель построена методом стадий служит эталоном. Кривая полученная методом ЭИП дает довольно точную качественную картину в сравнении с методом ЭА. Оценка эффективности метода базируется на сравнении порядков систем дифференционных уравнений, которые формируются при решении тестовой задачи методом ЭИП и методом стадий. С увеличением количества фаз от 3-х к 5-ти порядок системы дифференционных уравнений для метода ЭИП возрос с 41 до 49 , в то время как для метода ФЭ - с 93 до 245. При количественном анализе относительная погрешность метода ЭИП для 3-х фазного моделирующего pН-распределения при t<Tсер. не превышает 2.5%, а при t>Tсер не превышает 7%, в то время как относительная погрешность метода ЭА при таких же значениях t достигает 12% и 230% соответственно.
Для практического применения метода ЭИП формализована процедура перехода от немарковской надежностной модели РЭС к системе уравнений Колмогорова-Чепмена с использованием метода ЭИП. Суть метода формализации состоит в отображении не только поведения моделированной системы в виде графа состояний и переходов, но и в одновременном отслеживании протекания вспомогательных процессов. Поэтому осуществлено расширение описание состояния, в котором находится система. Описание состояния системы состоит из двух частей - основной и вспомогательной. В основной части отображена структура моделируемой системы, во вспомогательной части - вспомогательные процессы, которые запускаются в процессе формирования модели и с помощью которых аппроксимируются не экспоненциальные переходы. Перед формированием описания состояния конкретной отказоустойчивой системы нужно определить количество вспомогательных процессов, которые необходимы при моделировании конкретной отказоустойчивой системы.
В отличие от САМ, примененных в разделах 2,3 часть событий касается вспомогательных процессов, а часть - изменения структуры системы, то необходимо множество условий реализации данных событий, которое необходимо проверять перед реализацией каждого события. В результате реализации события происходит первичное изменение состояния или основной, или вспомогательной, части описания состояния моделируемой системы. Если в результате первичного изменения состояния состоялся запуск вспомогательного процесса, то проверяется критерий отказа и рассматривается соответствующее условие реализации события. В случае если в результате первичного изменения состояния состоялось окончание вспомогательного процесса или отказ модуля с распределенной продолжительностью времени безотказной работы, то необходимо рассмотреть множество условий запуска вспомогательных процессов. Если условие запуска выполняется, то необходимо выполнить согласно описанному правилу модификацию основной части ВС и установить направление, интенсивность перехода и вспомогательную часть в описании состояния (осуществить запуск очередного вспомогательного процесса) и установить эквивалентную интенсивность перехода. Правило запуска не допускает одновременного запуска нескольких процессов. Если условие запуска не выполняется, то осуществляется переход к следующему условию реализации события. После исчерпания множества событий процедура построения фазового пространства завершается.
В результате применения такого метода формализации получается граф состояний и переходов моделируемой системы с обозначенными эквивалентными интенсивностями перехода.
На основе формализованного метода перехода от немарковской модели отказоустойчивой РЭС к системе уравнений Колмогорова-Чепмена, разработана методика построения моделей отказоустойчивых систем, надежностное поведение которых отображается немарковським дискретно-непрерывным процессом.
Для программной реализации метода формализации перехода в работе применен усовершенствованный подход построения математических моделей на основе представления САМ в классе Е - сетей Петри.
Методика построения САМ предусматривает выполнение следующей последовательности действий:
1. Формирование вектора состояния.
2. Формирование множества формальных параметров.
3. Формирование цепочек “событие-переход”. Формирование цепочек “условие-переход”.
4. Формирование формул расчета интенсивностей переходов. Номер формулы отвечает номеру события для которой проводится расчет интенсивности перехода.
5. Формирование матрицы инцидентности. Матрица инцидентности указывает на то, существует ли связь между определенными двумя цепочками. Элементы матрицы инцидентности могут принимать следующие значения: 0 - если переход входной цепочки не влияет на условие выходной цепочки; 1- если переход входной цепочки влияет на условие выходной цепочки.
6. Формирование критерия отказа.
7. Формирование множества формул расчета вероятностей альтернативных переходов.
8. Построение графа состояний и переходов для моделируемой системы.
Результаты решения ряда задач с использованием разработанной методики показывают принципиальную возможность получения необходимой для потребностей системотехнического проектирования РЭК точности при значительном уменьшении размерности модели и вычислительных затрат на числовой расчет параметров.
В приложениях приведены программная реализация структурно-автоматной модели алгоритма поиска и обнаружения целей прицельным РЭК «Афалина» - марковская модель, программная реализация структурно-автоматной модели алгоритма поиска и обнаружения целей прицельным РЭК «Афалина» - логико-вероятностная модель, вектор состояния и матрица интенсивностей переходов прицельного РЭК «Афалина», акты внедрения результатов диссертационной работы.
ВЫВОДЫ
В диссертационной работе решена задача разработки средств оценки эффективности алгоритмов поиска и обнаружения целей прицельных радиоэлектронных комплексов, а именно: созданы математические модели, методики и программные средства для автоматизации процедуры анализа алгоритмов. В рамках данной задачи получены следующие результаты:
1. В работе получили дальнейшее развитие метод пространства состояний и метод логико-вероятностного траекторного моделирования применительно к построению математических моделей алгоритмов поиска и обнаружения целей прицельных радиоэлектронных комплексов. Усовершенствованные методы, в отличие от существующих, позволяют учесть в моделях как функциональный так и надежностный аспекты проектирования радиоэлектронных комплексов.
2. В работе решена задача создания программных средств оценки эффективности алгоритмов поиска и обнаружения целей прицельных радиоэлектронных комплексов. Созданные средства охватывают функциональный и надежностный аспекты системотехнического проектирования алгоритмов поиска и обнаружения целей и позволяют выполнять сравнительный анализ вариантов построения алгоритмов. Использование этих средств позволяет сократить длительность системотехнического этапа проектирования прицельных радиоэлектронных комплексов.
3. Разработана методика построения математических моделей алгоритмов поиска и обнаружения целей и исследования их эффективности. Методика формализует процесс получения математической модели для чего предусматривает создание промежуточных моделей, которые трансформируются с одного вида в другой и в конечном счете позволяют сформировать систему дифференционных уравнений Колмогорова-Чепмена. Вместе с марковской моделью формируется логико-вероятностная модель, чем обеспечивается контроль достоверности полученных результатов анализа эффективности алгоритмов поиска и обнаружения целей.
4. Разработаны новые математические модели отказоустойчивых структур с комбинированным структурным резервированием и мажоритарной структурой способной к реконфигурации, которые применяются при построении радиоэлектронных систем комплекса. Эти модели в отличие от существующих адекватно отображают надежностное поведение системы при появлении отказов, что обеспечивается учетом: параметров средств контроля, диагностики и коммутации, логики использования резерва, стратегии технического обслуживания, наличия ЗИПа. Разработаны программные средства, которые разрешают проектировщику настраивать предложенные структурно-автоматные модели рассмотренных типов отказоустойчивых структур на заданные исходные данные.
5. Разработан метод формализации перехода от немарковських моделей отказоустойчивых структур к марковським на основе метода эквивалентной интенсивности потока. Автоматизирована громоздкая процедура такого перехода. На основе метода формализации разработана методика построения математических моделей отказоустойчивых структур, надежностное поведение которых отображается немарковським дискретно-непрерывным случайным процессом. Построенные по методике модели разрешают проводить надежностный анализ отказоустойчивых структур с учетом эффектов старения и произвольных законов распределения для продолжительности процедур технического обслуживания.
6. Результаты разработок приняты к использованию проектировщиками прицельных радиоэлектронных комплексов. Практическая ценность результатов работы состоит в следующем:
· Благодаря применению разработанных математических моделей уменьшаются затраты времени на выполнение работ системотехнического этапа проектирования прицельных радиоэлектронных комплексов.
· Математические модели алгоритма поиска и обнаружения целей прицельного радиоэлектронного комплекса дают возможность получить значение его показателей эффективности для заданной логики использования радиоэлектронных систем при определенных проектировщиком функциональных и надежностных параметрах систем, с учетом неточности задания целеуказания и уровня квалификации оператора.
· Автоматизирован процесс проектирования радиоэлектронных систем с заданным уровнем надежности в классе отказоустойчивых структур с комбинированным структурным резервированием и мажоритарной структурой способной к реконфигурации благодаря разработке универсальных структурно-автоматных моделей.
Список основных работ опубликованных за темой диссертации
1. Беляев В.П., Волочий Б.Ю., Грабчак А.В., Миськив М.В., Озирковский Л.Д. Моделирование и оценка эффективности локального радиоэлектронного комплекса // Межведомственный сборник научных работ “Отбор и обработка информации”. - Львов: Изд-во ФМИ НАНУ.-1999.-Вып.13(89) - С.65-70.
2. Беляев В.П., Волочий Б.Ю., Озирковский Л.Д., Павлив Н.В. Оценка эффективности методов расчета показателей связности в структурном анализе радиоэлектронных комплексов// Межведомственный научно-технич. сборник “Теоретическая электротехника”. - Львов: Изд-во “Світ”.-1998. - Вып. 54. - С.8-14.
3. Озирковский Л.Д. Надежностные модели систем со сложным комбинированным резервированием и систем с мажоритарной структурой произвольной конфигурации с деградацией // Вестник государственного университета “Львовская политехника” “Радиоэлектроника и телекоммуникации”. - Львов: Изд - во гос. ун - та “Львовская политехника”. - 1999 - № 367 - С. 136-138.
4. Беляев В.П., Волочий Б.Ю., Озирковский Л.Д. Построение математических моделей поведения радиоэлектронных комплексов по методу эквивалентной интенсивности потока // Вестник государственного университета “Львовская политехника” “Теория и проектирование полупроводниковых и радиоэлектронных устройств”. - Львов: Изд - во гос. ун - та “Львовская политехника”. - 1998 - № 343. - С. 74-77.
5. Беляев В.П., Волочий Б.Ю., Грабчак А.В., Миськив М.В., Озирковский Л.Д. Оценка эффективности эргатических систем с учетом влияния дестабилизирующих внешних факторов // Тезисы докладов 4-й научно-технической конфер. “Опыт разработки и применения приборо-технологических САПР микроэлектроники”, ч.1 – Львов, 1997.-С.13-14.
6. Беляев В.П., Волочий Б.Ю., Озирковский Л.Д. Средства автоматизации проектирования алгоритмов функционирования систем управления // Труды 4-й украинской конфер. по автоматическому управлению “АВТОМАТИКА - 97”, т. 2. - Черкассы. - 1997. - С. 37.
7. Мандзий Б.А., Беляев В.П., Волочий Б.Ю., Озирковский Л.Д. Надежностные модели мажоритарных деградирующих структур и структур со сложным комбинированным резервированием // Труды междунар. симпозиума “Надежность и качество '99”. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та. - 1999. - С. 24-26.
8. Беляев В.П., Волочий Б.Ю., Озирковский Л.Д. Структурно-автоматные модели двух отказоустойчивых структур радиоэлектронных систем // Тезисы докладов 3-й международной научно - техн. конф. “Математическое моделирование в электротехнике, электронике и электроэнергетике”. - Львов. - 1999. - С. 22.
9. Озирковский Л.Д., Лемишовская Л.В. Применение комбинированного структурного резервирования в надежностном проектировании отказоустойчивых радиоэлектронных систем // Работы 15-й открытой научно - техн. конф. молодых ученых и специалистов Физико-механического института им. Г.В. Карпенка НАН Украины “КМН-2000”. – Львов: ФМИ. - 2000. - С. 126-127.
10. Беляев В.П., Озирковский Л.Д., Якубенко У.В. Исследование эффективности и точности анализа отказоустойчивых систем методом эквивалентной интенсивности потока // Труды междунар. научно - техн. конф. “Современные проблемы автоматизированной разработки и производства радиоэлектронных средств и подготовки инженерных кадров”. - Львов. - 1996. - ч. 2. - С. 157.
11. Беляев В.П., Волочий Б.Ю., Озирковский Л.Д. Построение математических моделей радиоэлектронных комплексов методом эквивалентной интенсивности потока // Работы международной научно-технической конфер. TCSET'98 “Современные проблемы средств телекоммуникации, компьютерной инженерии и подготовки специалистов”. - Львов. - 1998. - С. 26-27.
АННОТАЦИИ
Озирковский Л.Д. Разработка средств оценки эффективности алгоритмов поиска и обнаружения целей прицельных радиоэлектронных комплексов. – Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 - радиотехнические и телевизионные системы.
Национальный университет “Львовская политехника”, г.Львов, 2002 г.
Диссертационная работа посвящена постановке и решению научных задач оценки показателей эффективности алгоритмов поиска и обнаружения целей прицельных радиоэлектронных комплексов, а именно созданию средств оценки, пригодных для использования на этапе системотехнического проектирования, которые позволят уменьшить объем натурных испытаний и соответственно снизить затраты времени и материальных ресурсов.
В работе решены следующие задачи. Разработаны структурно-автоматная модель, марковская модель и логико-вероятностная модель алгоритма поиска и обнаружения целей прицельного радиоэлектронного комплекса. Создана методика анализа эффективности вариантов построения алгоритмов поиска и обнаружения целей прицельного радиоэлектронного комплекса. Для получения достоверных показателей надежности для математических моделей алгоритма поиска и обнаружения целей разработаны надежностные математические модели отказоустойчивых радиоэлектронных систем с комбинированным структурным резервированием и систем с мажоритарной структурой способной к реконфигурации, которые входят в состав прицельных радиоэлектронных комплексов. Осуществлен выбор и сравнительный анализ методов для построения математических моделей отказоустойчивых систем с учетом эффекта старения и произвольного распределения продолжительности процедур технического обслуживания.
Полученные результаты внедрены во Львовском научно-исследовательском радиотехническом институте и в учебный процесс подготовки специалистов, будущих проектировщиков радиоэлектронных комплексов и систем.
Ключевые слова: радиоэлектронный комплекс, алгоритм, радиоэлектронная система, системотехническое проектирование, математическая модель, надежность.
Озірковський Л.Д. Розробка засобів оцінки ефективності алгоритмів пошуку і виявлення цілей прицільних радіоелектронних комплексів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.17 - радіотехнічні та телевізійні системи.
Національний університет “Львівська політехніка”, м.Львів, 2002 р.
Дисертаційна робота присвячена постановці та вирішенню наукових задач оцінки показників ефективності алгоритмів пошуку і виявлення цілей прицільних радіоелектронних комплексів, а саме створенню засобів оцінки, придатних для використання на етапі системотехнічного проектування, які дозволять зменшити об’єм натурних випробовувань і відповідно знизити затрати часу та матеріальних ресурсів.
В роботі вирішені наступні задачі. Розроблені структурно-автоматна модель, марковська модель та логіко-імовірнісна модель алгоритму пошуку і виявлення цілей прицільного радіоелектронного комплексу. Створено методику аналізу ефективності варіантів побудови алгоритмів пошуку і виявлення цілей прицільного радіоелектронного комплексу. Для одержання достовірних показників надійності для математичних моделей алгоритму пошуку і виявлення цілей розроблені надійнісні математичні моделі відмовостійких радіоелектронних систем з комбінованим структурним резервуванням та систем з мажоритарною структурою здатною до реконфігурації, які входять в склад прицільних радіоелектронних комплексів. Здійснено вибір і порівняльний аналіз методів для побудови математичних моделей відмовостійких систем з врахуванням ефекту старіння та довільного розподілу тривалості процесу технічного обслуговування.
Отримані результати впроваджено у Львівському науково-дослідному радіотехнічному інституті та в навчальний процес підготовки фахівців, майбутніх проектантів радіоелектронних комплексів та систем.
Ключові слова: радіоелектронний комплекс, алгоритм, радіоелектронна система, системотехнічне проектування, математична модель, надійність.
L. Ozirkovsky. The Development Of Tools For Efficiency Estimation Of Target Search And Detection Algorithms At Radio-Electronics Sighting Complexes .
Thesis devotes to the formulation and solution of scientific problems for the efficiency estimation of target search and detection algorithms at radio-electronics sighting complexes, i.e.: development of estimation tools for system design. These tools will cut down the expenses of time and material resources.
In thesis the following problems are solved. The structurally-automatic model, the Marcov model and logical-probability model of target search and detection algorithms are developed. The technique for efficiency estimation of target search and detection algorithms at radio-electronics sighting complexes are created. For modeling of a target search and detection algorithms at radio-electronics sighting complexes are created models of fault-tolerance systems with combined structural redundancy and with majority structure capable to reconfiguration. Choice and comparative analysis of methods for construction of mathematical models of fault-tolerance systems with taking into account of aging effect and arbitrary process duration distribution of technical service are executed .
Obtained results were implemented in Lviv Radio Engineering Institute and into training process for the experts engaged in the designing of radio-electronics systems and complexes.
Key words: radio-electronics complex, radio-electronics system, algorithm, system design, mathematical model, reliability.
Підписано до друку 21.01.2002 р. Формат 60*84/16
Папір офсетний. Умовн. друк. арк. 0,95.
Друк на різографі. Наклад 100 прим.
Зам. №25. НВП “Компіс”
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.