автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Разработка и исследование метода функциональной поддержки работоспособности информационно-вычислительных систем

москсвския государственный технический унивенжег ' ' ^ о л гравданской авиаций

2 ? . пп-.

На правах рукописи СА1КАЛШО Игорь Анатольевич

УД{ 681.518.54

разработка и исследование метода функциональной поддешш работоспособности

иж»™ационно-вьиислигельшх систем

Специальность 05.13.13. - Вычислительные машиш, комплексы,

систем исети

Автореферат диссертации на соискание ученойстепени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете гражданской авиации

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

A.П.БУШИН

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

B.Л.ГОРБУНОВ

- доктор технических наук, доцент

Л.С.ЛОМАКИНА

Ведущая организация - НПО "Монтажавтоматика"

Защита состоится » ¿9 " (ШлЛЩ, 1994 г. в ' ча-

сов на заседании специализированного совета К.072.05.01 Московского государственного технического университета гражданской авиации по адресу: 125493, Москва, Кронвтадтский бул., 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " СШ^НЛ- 1994 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печать» учереждения, просим направлять по адресу: 125493, Москва, Кронштадтский бул., Ученоцу секретарю специализированного совета.

Ученый секрета!» специализированного совета

К.072.05.01 кандидат технических наук,

доцент Л.Г.РОМАНС®

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. С широким применением информационно-вычислительных систем (ИБС) в промышленности и научных исследованиях, с расши-ре!шем и усложнением круга решаемых ими задач, а также повышением их ответственности проблема обеспечения нормального функционирования системы в условиях отказов, сбоев и внешних воздействий становится доминирующей. Принцип обеспечения отказоустойчивости все более широко применяется при разработке ИБС, так как он оказывается экономически выгодным, а когда возможность обслуживания и ремонта исключена, является единственно возможным способом решения задачи обеспечения высокой надежности.

Методика проектирования отказоустойчивых ИБС разработанэ еще в недостаточной степени, что объясняется новизной используемой элементной базы, а также появлением новых задач проектирования - разработкой аппаратных и программных средств под^-ржки функционирования, оптимального их сочетания целью обеспечения требуемого уровня надежности.

Опыт эксплуатации ИБС показывает, что при отсутствии специальных средств поддержки функционирования и контроля основная часть времени восстановления затрачивается на поиск и локализацию отказа. Поэтому для уменьшения времени восстановления необходимо сократить время поиска неисправности, что ¡«ожет быть достигнуто специальными средствами и методами обработки диагностической информации с высоким быстродействием. Однако применение этих средств и методов может оказаться малоэффективным, если ИБС должным образом не приспособлена к контролепригодности и диагностируемости. Возможность диагностирования ИБС. а также разработку различных систем поддержки их функционирования необходимо предусматривать на стадии проектирования и разработки, то есть осуиествлять синтез технической системы и системы поддержки ее функционирования параллельно и взаимосвязано.

Актуальность проблемы определяется важностью решения задач анализа, синтеза и практической реализации систем поддержки функционирования сложных технических и технологических объектов с целью повышения их надежности, безопасности, эффективности и качества функционирования, определяемой на основе эксплуатационных и экономических оценок.

В связи с этим, разработка общих принципов синтеза контроле-

пригодных ИБС и систем поддержки их функционирования и контроля является необходимой и актуальной проблемой.

Целью работы является исследование и разработка метода построения систем поддержки функционирования ИБС на основе их структурного и алгоритмического анализа и практических рекомендаций по их использованию на этапах проектирования и эксплуатации.

Методы исследование Для теоретических исследований применялись методы теорий множеств, вероятностей, исследования операций, графов, булевых функций, бесконечнозиачной лотки. .

Объект исследования. В практическом плане объектами исследования являлись структурно-связанные ИВС, относящихся к классам объектов дискретного, непрерывного или комбинированного типа.

Научная новизна работы. Получен ряд новых теоретических результатов в теории контролепригодности и диагностируемое™, осуществлен синтез реляторных структур, позволяющих повысить надей-ность ИБС и снизить время локализации и устранения отказа.

Основные научные результаты.

1. Разработана обобщенная вероятностно-иадеяностная совместная модель функциошфования ИБС о встроенным функциональным автоматом контроля (АН) по принципу "алгоритм (программа) функционирования -структура".

2. Рассмотрены и исследованы различные режимы работы ИБС и системы поддержки ее функционирования. Разработаны методики по выбору оптимальных параметров для проектирования системы поддержки функционирования и контроля с учетом структурных и функциональных особенностей ИВС й взаимного функционального влияния системы поддержки функционирования в ИВС друг на друга. '

3. Теоретически обобщени и систематизированы различные встроенные средства диагностирования й методы организации функциональных контрольных точек (ФКТ).

4. разработана методика проектирования систем поддержки Функционирования (реляторных структур) На'базисе булевой и бесконечно^ значн^й логихи для дискретных, а также на базисе логических опредег лителей (ЛО) бесконечнозиачной логики (БЛ) и лорогово-депороговых операторов для аналоговьс ИВС.

5. Предложена обобщенная методика проектирования систем поддержки функционирования и организации ш.

Практическая ценность работы. Работа выполнялась по

- постановлению ГКНТ от 30.10.85 N555 (приложение «75). этая -"Разработать теорию и методы диагностического обеспечения электрических и электронных систем управлений на всех уровнях ГПС";

- проблеме Госстандарта 6.1.01 "Комплексная система управления качеством продукции";

- межвузовской целевой научно-технической программе КНП-2000 "Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения и технических средств обучения", п.04.04.

Разработанный в диссертации метод организации контролепригодности и диагностируемое™, а также алгоритмы и методы синтеза систем поддернки функционирования ИВС, предназначены для реального повышения надежности и эффективности этих систем в процессе технической эксплуатации.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены:

- на Авиационно-производственном объединении нк. Г. М. Бериева при выполнении хоздоговорной НИР "Разработка систем числового программного управления установкой по сверлению и клепке панелей изделия" (Н Госрегистрации 01.86.00094529);

- в специально!! конструкторском бюро опытного завода "Кристалл" при выполнении хоздоговорной НИР "Разработка макета вакуумной кйпульсноП термической установки с микропроцессорным управлением реадаами обработки полупроводниковых структур" (Н Госрегистрации 0031116.01.87);

- в Главном вычислительном центра' граадаиской авиации при выполнении хоздоговорной НИР "Исследование и анализ характеристик аппаратных средств Фрагмента езтн ИСК ГА и разработка сетевого автомата контроля функционирования сетевого фрагмента' (Шифр темы МИИГА И74-89);

- научная работа "Алгоритмический синтез систем контроля устройства управления кузначно-прессовой машины (КМЛ) - У-181". являющаяся чаотьв диссертации, представленная на конкурс работ молодых ученых и специалистов на лучшие разработки в области науки, и техники, удостоена диплома Всесоюзного совета научно-технических обществ в 1987 году и диплома первой премии Президиума центрального правления наумо-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова в 1908 году.

Основные положения н научные результаты ра-

боты докладывались и обсуждались на:

- межреспубликанской научно-технической конференции "Проблемы экономии энергетических, материальных и трудовых ресурсов" (НЭТИ, Новосибирск. 1986);

- республиканской научной конференции "Научные коллективы -развитию атомного машиностроения на Северной Кавказе" (РГУ, Ростов-на-Дону. 1987);

- VII Всесоюзной школе-семинаре научного актива радиотехнических специальностей (МИРЗА. Москва, 1937);

- Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы совершенствования процессов технической эксплуатации авиационной техники, инженерно-авиационного обеспечения полетов в условиях ускорения научно-технического прогресса" (МИИГА. Москва. 19б8):

- научно-технической конференции "Повышение эффективности программных и аппаратных средств контроля и диагностирования в ГПС приборостроения" (Крымское областное правление НТО имени академика А.Н.Крылова, Севастополь, 1989):

- 35-й научно-технической и научяо-кзтодической конференции профессорско-преподавательского состава Таганрогского радиотехнического института (ТРТИ, Таганрог. 1989);

- Всесоюзной научно-технической конференции "Проектирование вычислительных средств" (КПИ, Каунас. 1989);

- Всесоюзной научно-технической конференция "Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов" (КНИГА, Киев. 1989);

- Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения и технических средств обучения" (КПИ, куПбдаев, 1989);

- Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированные системы обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры" (ЛПИ. Москва-Львов, 1990);

- Всесоюзной научно-технической конференции "Диагностическое обеспечение РЭА на этапах проектирования и производства "Лиагностиг ка-90" (крымское областное правление НТО имени академика А.Н.Крылова. Севастополь. 1990);

- Всесоюзной . научно-технической конфеоенции "Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта" (МИИГА, Москва. 1990);

- 7-th INEC0 8упроз1шя on Technical Diagnostics (September,

1990, Helsinki Fair Centre, Finland./7-м Международном симпозиуме по технической диагностике (сентябрь 1990, Торговый центр Хельсинки. Финляндия):

- Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (МГТУ им Н.Э.Баумана, Москва. 1991).

Публикации. По темо диссертации опубликовано 19 работ: 2 Авторских свидетельства, 4 статьи, 13 тезисов докладов. Без соавторов опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников и приложений.

Объем диссертации: 207 страниц основного текста: 91 рисунок, расположенный на 76 страницах; 17 страниц списка используемых источников, состоящего из 188 наименований. В приложениях приведены данные потоков отказов и восстановлений станков с ЧПУ, программы обработки экспериментальных данных об отказах и сбоях классическим методом и методами прямоугольных и треугольных вкладов, акты об использовании и внедрении результатов диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

" Введение, Во введении обосновывается актуальность темы, сделан обзор по рассматриваемой проблеме, ' сформулирована цель и задачи исследования, приведена структура изложения материала в диссертационной работе.

Первая глава содержит основные положения, о роли и значении проблемы синтеза систем'поддержки функционирования и контроля и посвящена разработке и исследованию надежностных математических моделей ИВС с встроенными функциональными АК.

В надежностных вероятностных моделях ИВС расчет различных характеристик производится исходя из структурных особенностей и непрерывности работы составляюсь ИВС элементов, с учетом условий их эксплуатации. Такой подход к расчету надежностных характеристик дает существенно заниженные значения вероятностей достоверной реализации задач контроля и управления, поскольку в известных моделях не учтено влияние реализации алгоритмов задач, так как в реальных структурах при выполнении большинства команд принимает участие линь

часть элементов, объединенных в подструктуру, соответствующую только определенной задаче или классу задач.

Пусть микрооперация (команда) характеризуется вероятностью

поступления Р^ J-l.ro Будем считать, что поток команд, изменяющих функциональное состояние ИБС простейший, процесс смены состояний -стационарный и эргодический, а сама смена состояний происходит очень быстро. В этом случав справедлива формула оценки вероятности безопасной работы

в

РН) - ехр(- I X, Р, ъ ) (1)

где Р; - Рероятность пребывания системы в ¿-и состоянии. Сумму X р) будем рассматривать как среднаю интенсивность отказа ИБС в целом.

Для определения вероятности безотказной работы "ИВС-программа" выразим Р1 и Х} в (1) через вероятности появления управляющей программы и интенсивности отказов конкретных компонентов, вызванных к работе этой программой. Интенсивностью отказа системы в ,3-м состоянии ^ -

ч Р • :

И, .1 П) к, , (2)

• . г«1

где к,. - интенсивность отказа г-го элемента к-го типа, который используется при реализации ¿-го вида команды.

Вероятность пребывания системы в 3-м состоянии определяется

как •:'■"• ■'■:'■.

' .' V - . V / ■ :

*) ' <з>

' Т,

где ТЕ - суммарное время наработки всех команд ва общее время Т работы ИВС.

Суммарное время пребывания элемента системы в "рабочем состоянии Ц и количество его включений в "рабочее" состояние определяется как

»1 - * 2 Ми» : »•г

»

1, -- г р,а,,н . (4)

х ).*

где Р4 - статистическая вероятность (частота) появления 1-го вида команд в динамической последовательности за время Т; , - количество включений ¿-го элемента в 1-ой. команде; п - количество видов команд в динамической последовательности; Н - математическое ожидание общего количества реализованных команд в динамической последовательности за время Т.

Учитывая (1-4). получим формулы для расчета вероятности безотказной работы и среднего времени безотказной работы системы "ИВС-программа".

р(0 - охр

т Ч Р - X Пи 2 * ЬЛ

1»!

ИМ Г-1

I 2 р, а,, х3 н пзг

1-1 }М

л а -

I г р, <1,3 ^ н

(5)

ш ч р I Пи X 2 Х3к,.

)•! к-1 г-1

а ч -

I I Р, ди N ЩГ

1*1 14

П I» —

I г р, а,, т, н 1-1 1-1

(в)

где п - количество видов команд; р -количество компонентов одного типа, которые используются ¡при реализации ¿-го вида команд;* -время пребывания элемента системы в "рабочем" состоянии при реализации ¿-й команды; ч - количество типов элементов, используемых при реализации ¿-го вида команда;

■ [I

если Л-я команда не задействует г-ю компоненту если ¿-я команда задействует г-в компоненту

0. если 3-я команда не используется при реализации команды 1-го вида;

1. если ¿-я команда используется при реализации команды 1-го вида.

Выражения (5) и 16) являются функциями от вероятности поступления задач, числа эпемеитов в подструктурах, числа команд и микрокоманд в операциях, т.е. эти характеристики используются для оценки надежностных показателей ЙВС о позиции "программа-структура".

Для оценки эффективности обрабатываемых алгоритмов задач предлагается подвергать их графо-аналитическому анализу, учитывая количество однотипных команд, операций, циклов, повторений, ветвей для последующего учета при построении надежностных математических моделей.

Будем считать, что модель системы "ИБС-встроенный функциональный АКН может принимать конечное число состояний при простейшем входном информационном потоке с к-й степенью неординарности и простейшем потоке отказов. Состояния се функционирования в дискретние моменты времени могут Сыть записали:

Т1

^ —. .Б', -».Бг — Б'г — Б, ;

. 11 .

УПI

Б, Б," —' Б* -' Б,. к, £ УП, . 1-1.п;

где Б, - дежурное состояние системы; Б2 - рабочее состояние системы: Б', .Вг'- состояния Переключения системы; УП( - число управляющих программ, каждая из которых соответственна состоит из к!1,. к,1 команд; Т, - время еключения соответствующей программы.

рассмотрим функционирование системы при различных рекимах эксплуатации. Показано, что при Длительной эксплуатации (г—1 =0 предпочтителен стационарный режим исследования ' ап

(Р,-11ю Р, (и; 11в —- - 0;). а при эксплуатации на коротком ин-, в* ■

тервалв времени - нестационарный.

- И -

В отличим от идеальной модели, в реальной модели будут присутствовать особенности: существуют вероятность забраковать исправную систему. ' вероятность допустить к хранению (пребыванию в дежурном состоянии) неисправную систему, а также вероятности восстановления и невосстановления системы. С учетом этих вероятностей (ошибок первого и второго рода) изменится и функциональный граф - модели системы, исследовав который и сравнив результаты с результатами исследования идеальной модели, можно отметить, что при динаковых значениях интенсивностей восстановления, значения коэффициентов готовности, как в стационарном К-0, так и в Нестационарном Кг* режимах. будут иметь отличия. Модель, учитывающая ошибки первого и второго рода, наиболее четко описывает функционирование реальной системы. Рассмотрение совместных зависимостей ¡V* - Н/ц) и К..'-fit) для идеальной модели и для подели с учетом ошибок первого и второго рода при одинаковых значениях параметров системы (вероятность восстановления. интенсивность обслуживания, коэффициента загрузки н др.), приводят к выводам:

t. Возможен случай, когда по быстродействии достигается высокий уровень значения коэффициента готовности, а по интенсивности восстановления ¡ц, этот уровень достигнут Сыть не может;

2. Из анализа зависимостей Jie-f(t) можно выбрать необходимое, для частного случая, значение коэффициента готовности, удовлетворяющее обеим зависимостям Кгд - f(ji,) и йгл - f(t):

3. С течением времени значение интенсивности восстановления уменьшается, и это действительно так, поскольку система в рабочем состоянии занята обработкой пакета заявок, количество которых, не-обслужегашх системой, с течением времени уменьшается.

В процессе проектирования наиболее адекватной модели системы ИВС-АК. кроне рассмотрения состояний системы, целесообразно ввести промежуточное состояние необнаруженного отказа, которое не учитывалось в ранее используема моделях. Процесс перехода системы из состояния в состояние при этом хоросо согласуется с определенней полу-иаркопского процесса с тремя состояниями (трехмерный полумарковский процесс), характеристики которого исследованы и определены с учетом неидеальностн функционального контроля.

Во второй глзпе приводится обзор существующих метода i организации встроенных систем контроля. (ВСЮ и методов организации функциональных контрольное точек (СКТ). Производится сравнительная

оценка методов организации ФКТ. предлагается классификационный перечень широко используемых и перспективных методов организации ФКТ. оценивается влияние уменьшения времени локализации отказа на производительность системы поддержки функционирования и контроля. Рассмотрены алгоритмы обслуживания сигналов от ФКТ по различным стратегиям: последовательной, приоритетной временного разделения, приоритетной при начальных и временных сдвигах.

Одним из методов повышения надежности ИБС является введение в их структуру аппаретной и программной избыточности, позволяющей упорядочивать и динамически управлять информацией о состоянии ИБС. Поскольку процедура контроля и управления за состоянием ИБС предполагает динамически упорядоченный контроль, то возникает необходимость синтеза и использования реляторных процессорных структур.

Для определения задачи синтеза реляторных структур воспользуемся их представлением в виде модели "черного ящика", у которого X - (х,...,х„) - информационный вектор входных сигналов, поступающих от ФКТ. У- (У|..... у,) - вектор входных сигналов; и - (и,.... и») - вектор управляющих сигналов, задавая различные кодовые значения которого можно динамически изменять приоритет обслуживания вектора входных сигналов; Б - (з,.....в,) - вектор сигналов задания направления приоритетной рбработки, изменяя значения которого изменяется коммутация элементов реляторной структуры, а следовательно, приоритет обработки входного информационного вектора.

Синтез контролирующих опросных циклических реляторных структур.

Алгоритм функционирования опросной одноступенчатой циклической структуры может быть представлен системой логических уравнений:

у, - х, V х, ги 1-1

я ' .

у, - Хе V X, гхг о _

или У, - Х,-^,_Е • V X, ; J-i.il (7) •

..........................1-1.« »•!

К

„ - X, V X} 21п.

где Ц - вектор-столбец входных сигналов; - вектор-столбец вы-

ходных сигналов: V Х1 -условие запуска опросного устройства: Е-

диагональная матрица кодовых значений, генерируемая опросным устройством.

Алгоритм функционирования опросной циклической структуры для обработки многопозиционного информационного потока можно представить следующим образом.

Входной информационный вектор У условно разбивается на два подвектора: Угр. - выходной вектор группы Ш и У,в.- выходной вектор ФКТ в группе. На первом этапе работы структуры определяется номер наиболее приоритетной группы ФКТ. а на втором этапе - наиболее приоритетный сигнал запроса ФКТ в группе.

Информационный вектор-столбец Уи Г1>. приоритетной группы среди активных групп имеет вид: <

•и гр. I

в

1

V X,.

1 V 1 а г

- V хг1

г 1-1 г ъ

а

п

V х»,

п 3 «1 я п

' 2,» Б з

}-«7я

Аи

(8)

1 - 1,п: ^-1.П1,; й-!.!^: — 3.-1.и,.

где V X,, . 1-1,п - входные информационные вектора (квазиматрица);

V •

231аЕ - диагональная матрица, генерируемая опросным устройством;

п

V_ X,) - условие запуска группового опросного устройства.

1-ил. I 1*1. и

Далее определяется информационная вектор-строка Уиов. приоритетных активных ФКТ в группах, требующих обслуживания:

•».-I V',, .....*'„, 1.1-1.П: (9)

1 » __«в

Ji-i.ni: ^г" 1.111«; ....: 1.щ,:

где у„ - х„ '2,' )Е • хи: ^-ТГтГ:

1 1 .у.', « V1",

« « « 1В-»Л • V1

-Х.,-2,» _Сй, )Б V __ х13: Jb-1.iV

в в а 3 »!«■ ■ в ) м.в .

в я в в

' (Ъ] )Е: 2," )Е .....г/ (4, )Е - компактная матричная

1. > с > В»

1«-ГГ'. У171.

запись функционирования опросных устройств.

V _ : V _ ..... V __Хп} ; - условия запуска

V1'-! 1 1 °

для соответствующего опросного устройства.

Контролирувщие опросные циклические структуры по технической реализации просты и однородны, однако им присущи следующие недостатки: аппаратурная избыточность, отсутствие гибкости обработки информации, инерционность.

Математическая запись алгоритма функционировшшя структур с приоритетной стратегией обслуживания типа "деЯзи-цепочка" и "дейзи-кольцо" имеет вид:

для "дейзи-цепочки" -

у, - х, р,е v х, . 1-Т7п; з-Т7п. <м)

Г -I Р| -1:

I Р< -Л \ Р» -*1 х«:

^ Р> "Х| *» *Э •••Х(в-1),

V X] - общий входной дизъюнктивный сигнал; 3-1

- для "дейзи-кольца", с учетом (10):

У,- X, Р13 УХ, . 1-1. п; J-l.li . где

Х^ # Х3» Х4, X,. Х4. Хд,

.. ХЦ, Х(В.|)

*Э» •••< х(в-*>, *<»-!)

(11)

V X« - общий входной дизъюнктивный сигнал.

3-1 ■ . ■ 1

Для повышения эффективности обработки входного информационного вектора предлагается структура, изменяя кодовые значения вектора управления которой меняется приоритет обслуживания запросов. Математическая запись алгоритма функционирования такой структуры имеет вид: __ „

- И А и,г, | V | 1Щ. • V Х,НХ,|: (12)

1-1.1» з-1.г.....в

1-е.I.г.... (и-1)

1-1.п 3-1

ГД0 12^1 - II А и3г, | V | • V Х,]-|Х,|

3-1.л 1-1. е.....в 1-1.0 1-1

1-а. 1.1,...(п-1)

Математический синтез алгоритма функционирования структуры, у которой путем задания различных значений вектора направления коммутации 3 и вектора управления и. изменяется приоритетный порядок обслуживания входного информационного вектора, имеет вид:

13^1 - II А__

1-1.И 1-1.В

«12» | V I о,| • V гл| А_хл3|: <13)

3-1.» »•! 3-1.»

1«1. *

где 1X^1-11 А__ 1*1.в !•».»

I V | ■ V X,)- X, 8»:

4-1.В 1-1 1-1.В

1-1.1.«....(»-!>

14. 8

А_ Х]8|* 1-1.» 1-1.«

при 1-1 12^1-1-1.»

при 1-2 12^1-

1-1.в

*в X.

Назовем оператором реляторного процессора Грв процедуру, реализуемую логическим выражением (13), тогда

_1-Рр«<Х,__8,. (О,.....и,»

1-1,а 1-1.в 1-1.8

(14)

Основными недостатками такой структуры являются: при увеличении числа информационных входов (более 20+25) велика вероятность возникновения эффекта "гонки сигналов"; ограниченное число уровней приоритета; низкая разрешающая способность при управлении входным информационным вектором.

Для исключения вышеуказанных недостатков рассмотрим математический синтез алгоритма управляемо-перестраизаекой двухуровневой реляторной структуры.

Первый реляторный процессор РП, релизует операцию определения наиболее приоритетной группы среди активных групп:

1*,'_I- РМ1«№,-.1- V_СБ,«;^*};<и4«. ...Ц,')) (15)

1М.в 1-1.в 1-1. а

1-1.»

Второй реляторный процессор реализует операцию определения наиболее приоритетного сигнала запроса среди активных запросов в приоритетной группе, определенной первым реляторный процессом :

гр»*<ЧХ,ь_|- а_А^у.Чгсз,«:^«!: си,».....и.2)) (16)

1-1.■ )«1. ■ 1-1 ■ ч

1-1 . п

На выходах реляторной структуры, для каждого момента обработки входного информационного потока, будут появляться два кодовых значения: код наиболее приоритетной групт. среди активных и код наиболее приоритетного запроса в этой группе.

Рассмотрим математический синтез реляторной структуры, сочетающей достоинства "дейзи-цепочки" и реляторного процессора и осуществляющей поразрядное сравнение с помощью организации информационных обратных связей в каждом разряде. Каждая информационная группа обслуживается своим информационным блоком, которые функционируют согласно:

г„ - х,,«,, V Хи И,, ; i-i.il

| ——___ 1-1.п

1-г. в

__(17)

гг1 - х^п^д V V_ Х,2 М,, ;

1-1.п

" о (ХглМг1 Хи Мц 21 <}-());

1-гГв 1-1. и

м.1

г«» " V х,в м,, :

1-1.п

. ¿М-- Х„ м„ г,,,., ); 1-1.п: J-l.ni

1-1.и

где М|} . кодовая матрица векторов, индивидуальных для каждой информационной группы изменяя параме-ры которых, изменяется приоритетная значимость сигналов групп; (21а;2гв.....г,,,) - сигналы на

выходах соответственно 1-го. 2тго.,..,п-го информационных блоков, являющихся входным информационным вектором, подлежащим приоритетному обслуживанию реляторным процессором структуры.

В соответствии о (17), алгоритм функционирования реляторного процессора можно представить в виде

1-П>п {8,:%):<и|....',Ц)> (18)

1*1,в 1-ГГя

Порядково-логический синтез алгоритма функционирования реля-торной структуры- построенной по иерархическому принципу, имеет вид:

Информационный поток' ч-го уровня иерархии является входным вектором 1-го реляторного процессора, решающего задачу выявления наиболее приоритетного сигнала дерева из числа активных в структуре, функционирование которого можно представить в виде:

lV_J-Fpn» И tvtv_X* ,„.,,.,, j])

J-i.ll 1-fcjJL

1-1.в

(ViVJMV.....V)j

(vtv_x*,и,»}:

J-t.a

(19)

2-й реляторшй процессор решает задачу выявления наиболее приоритетной ветви, из числа активных, у приоритетного активного дерева реляторной структуры и алгоритм его функционирования может быть представлен:

К t |Y,»__| -Fpn* [[(VL(Uii).....(VL,^,..,)];

зч. i ^-i.K f1 • * (20)

{s2,.V>: (ü/,..u,e)]

3-й реляторный процессор решает задачу выявления наиболее приоритетной подветви, принадлежащей активной ветви, из числа активных, у приоритетного активного дерева и алгоритм его функционирования может быть представлен:

t К

lY^i - Fpn31[V Pi^...(V Р«^-,)]: {S^.Sg*}; <U,S.....Up3)) (21)

Ifi. Э. . . . tn-n .9, .... ln-1)

¡1-й реляторный процессор осуществляет операцию определения наиболее приоритетного сигнала запроса в данный момент времени, поступающего от ФКТ на обслуживание и алгоритм его функционирования Может быть представлен:

С С

|У,« ШУ М^.-ЛУ Мт1]; (3,«;5гч); (О,«.....и„«)1 (22)

!■«.»

1-1.Я. 1-1.И,

Достоинства иерархической реляторной структуры: повышенная информативность: широкий уровень управления приоритетами на всех уровнях иерархии; минимальные аппаратурные затраты.

В третьей главе рассматриваются математические основы и синтез реляторных структур аналоговых сигналов на базисе БЛ: ЛО БЛ; пороговых и депороговых операторов.

Каждый из контролируемых параметров аналогового тракта Х1 (Ь)» »{х, й),...,Хп(Ш, 1-1,п имеет определенную область значений, за. даваемую ограничительной эоной в виде допусковых уровней Х,доп е КХ/.Х,"} соответственно верхней и нишей границ. Таким образом, каждый контролируемый параметр задается текущим значением параметра Х,(и и допусковыми уровнями Х,в и Х1н. Объект контроля может быть отображен патрицей состояния |Х1(1),Хд0Л|. 1-1.п. Предполагая АК "Черным ящиком", входы которого отображаются матрицей состояния, а выходы - рядом последовательных упорядоченных значений

х,<"> Хг(г,>..1>Х1<г,>Хп«'1). (23)

Применим пороговый оператор к каждой строке матрицы состояния:

П{Х< Ъ). X", Xй )-

р,* при х1"<х,<х1в

р,* при X,н >х, <х, ■ __ (24)

р,* при х,и<х1<х,*: 1-1,п

Возможны два случая: первый - значение 1-го параметра X, (1) расположены за допусковыми уровнями: второй - задана приоритетность уровней РР (Х*.Хи)е (Х8»^ или Х,сХ").

С помощью пороговых операторов^ состояния параметров каждой строки матрицы состояниотображаются трехмерными кодовыми векторами {^»{р,1 Р,' р,3), 1-1,п с одной единичной координатой, положение

которой показывает характер отношения текущего значения параметра и его допусковых уровней:

Для каждого 1-го канала (для первого случая) определим индикатор выходных параметров для допусковых уровней

« .' _

Zj- vp,J -max (Pi'.Pi'.Pj3). 1-1,n, которые образуют Кодовый i-i

|nax{p1,,pi*....,p,3)|

вектор Z»* - I................чиело ненулевых координат

ImaxiPa'.p,8.....P„3)|

которого отображают число параметров, значения которых в текущий момент времени превышают допустимые уровни. Вектор Z,1 отображается неупорядоченной квазиматрицей-столбцом, которая может быть представлена о помощью ЛО An(,> в виде ряда упорядоченных последовательностей (Z,,,Z3t.....Z1<B)..i..Zn<,t»l,^l-ui; г-ТГк.

ЛО Л0<г> может быть раскрыт о помощью реляторной функции Ррв. Векторы упраляющих сигналов U и направления приоритетной обработки S определяются алгоритмом'задачи, проходящей через ИВС:

*„"•>- Fp, (Z.U,S)-(Z11.Z4i.,...Z1<*'.....V*M«Z' (25)

Построим в соответствии о каждой ситуацией Xt t-мерннй вектор Z' о единственной ненулевой координатой, номер которой равен lnd t(Xt) Тогда для любой ситуации выполняется равенство: D,(Z')«r(Xj). т.е. f(x)-px(Z'). Эту ситуацию можно изобразить двоичной матрицей О, строки которой соответствуют ситуации, а столбцы - координатам вектора Z':

IZ'lfZ'it.....z'itl |2'l,l

G- |2'ai.s'ci.---*z'ctl. где Z^- \z'si\; .....г',,1

I................ -I I — I

|г'„.2'»г.....Z',t| |Z',j| (26)

Иатрпца (26) однозначно определяет функцию С. Пороговый оператор П(х) сопоставляет непрерывно, меняицимся переменным п-мериыЯ

вектор Р: П(х)«В- (Р,,Рг.....р0). Эту зависимость можно изобразить

двоичной матрицей В. строки которой соответствуют ситуации, а

столбцы - координатам вектора В:

10м, Pit, . . ..Plal IPljl

в- lP«i Ai. . где |PZJ|; X^IPn.Pji.....PIe| (27)

......J-l.« ,..,[ IM.I

IP«i. P»e. ,...P»«I IP«jl

Рассмотрим столбцы p3, Jhl.m матрицы В как независимые булевы переменные, а строки К,. 1-1.3 - как различные наборы этих переменных. Каждый столбец Z\ J-l.t матрицы G определяет булеву функцию переменных р^. ..р,. .которая по наборам ри.....р,. принимает значения Zj, 1-1.3. При S<2™ на наборах значений переменных Pi.... ,Р». не вошедших в матрицу В, Функция считается равной нулю. По табличному заданию булевой функции можно построить ее ДНФ (КНФ). сделав

это для всех J. получим выражения переменных z',.....z't через

Z'j-^jtp,.....?,,), J-l.t. Учитывая, что f(x)-D(Z'>:П(х>-"(Pi,....Pa) получим

fCX)-D,(^(p,....Ah (28)

т.о. любую функцию БЛ Г(X) можно реализовать с помощью последовательного применения операторов П(х) и О,(z) и преобразования двоичных векторов. ___

В момент времени tj (tjtT*-Atn. J-l. t; ten; At - временной отрезок преобразования П(х); 0,(2'), где t •». число ненулевых координат вектора 2. формируется максимальный элемент ряда (23):

|0ц(2',)| 1х» I

maxID^isС2'й>| - max (x^f -x,(I)(t»), J-l.t, (29)

1•1.e | | t«l. в j |

; ID«n'(Z^)| IXnlt,

\ С помощью поканального применения DjjU'j) в момент tk и операции раскрытия ЛО выделяется экстремальный (максимальный) контролируемый параметр Xji'Mtj). Поскольку кодовый вектор V имеет только один ненулевой элемент X,(t,)«maxix, (t*)...., х„ (t„)). Координаты искомого х,(Ц) параметра определяются ненулевой координатой вектора 2'или единичным элементом матрицы G в (26) как

-221.4__ХЛ(Ц) (30)

Для удобства представления и преобразования А^ г £¿14) представляется двоичным вектором размерности т>1о&п о помощь» кодопре-образования Гсв:

.....о^}-ГСв(г'): а,е(0.1). 1-Тйп. (¿1)

1-1. ■

По окончаний преобразований П(х1.х1,,х1н); (г'и): АсЗгх^^): в момент времени и3+Ди производят операцию

исключения хл{I) из дальнейшего преобразования, предварительно сформировав первый элемент ряда х/. Далее алгоритм формирования и преобразования остальных элементов ряда (23) аналогичен.

Взяв за основу вышеописанный алгоритм и применяя его для различного вида представления входного информационного вектора и алгоритмов его обслуживания, синтезированы реляторные структуры аналоговых сигналов: с одноуровневым, двухуровневым (эквивалентным и неравнозначным) допусковым контролем, а также трехранговая иерархическая реляторная структура.

Четвертая глава посвящена разработке и практической реализации методики синтеза встроенных.систем поддержки функционирования ИБС.

Проанализировав архитектурно-схемотехнические особенности системы управления (СУ) работой кузнечно-прессового робота и данные из эксплуатационных журналов об отказах и сбоях, получены математические ожидания наработки на отказ Т'ср. среднего времени восстановления работоспособности Гср, а также их, дисперсии.

Работа СУ, как контроллера, связана с рядом специфических особенностей: контроллер в текущее время может выполнять одну из управляющих программ, каждая из которых состоит из набора команд, причем число команд в программах переменно: в зависимости от производственного цикла поступление программ производится с различной интенсивностью: каждая управляющая программа сопровождается набором данных, которые влияют на длительность работы СУ как при выполнении разных программ, так и при выполнении одной и той же. СУ является перепрограммируемым устройством, изменяющим динамическую структуру в зависимости от поступления управляющей программы, поэтому возни-

кает необходимость оценки функциональной надежности системы "СУ-уп-равляющая программа". Для наиболее часто употребляемых программ построены надежностные структурно-последовательные схемы соединения модулей, задействованных в выполнении той или иной управляющей программы. Выход из строя любого из модулей влечет за собой отказ системы в целом. Информация о поступлении управляющих программ м объемах данных определены из анализа и обработки статистической производственной информации.

Исходя из требований заказчика и экономических возможностей выбирается значение глубины диагностирования и контроля. Из структурного анализа СУ делается вывод о наделении приоритетными номерами обслуживания, при возникновении отказа или сбоя, каждого уровня, блока, платы, элемента. В связи с этим, предлагается применение аппаратного одновременного контроля конструктивных модулей СУ. который основывается на возвращении составляющих элементов после выполнений команды или программы в исходное положение. Контроль комбинационных элементов и построение различных схем организации ФКТ основан на специфике и особенностях их функционирования.

Предлагается организация функциональной схемы АК платы центрального процессора, построенной на основе реляторного процессора, а также функциональная схема системы поддержки функционирования СУ. построенная по иерархическому принципу.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основные теоретические и практические результаты работы можно представить следующим образом.

1. Разработана обобщенная вероятностно-надежностная математическая модель ИВС, оказывающая зависимость надежности системы от импульсного режима использования составляющих элементов и суммарной наработки на отказ. Предложена методика "алгоритм-структура" оценки надежности модели совместного функционирования ИВС с встроенным АК.

2. Рассмотрены и исследованы различные режимы работы ИВС и системы поддержки ее функционирования. Разраб>. аны методики по выбору оптимальных параметров для проектирования системы контроля с учетом структурных и функциональных особенностей ИВС и взаимного функционального влияния системы поддержки функционирования и ИВС.

3. Теоретически обобщены и систематизированы различные астро-

енныз средства диагностирования и контроля и методы организации ФКТ Предлагается классификационный перечень используемых и перспектив-' них методов организации ФКТ.

4. Разработана методика структурно-алгоритмического синтеза систем поддержки функционирования дискретных ИБС - реляторных структур, реализующих различные виды стратегий обслуживания дискретной контролирующей информации.

5. Разработана методика проектирования реляторных структур аналоговых сигналов на базисе логических определителей бесконечноз-начной логики и порогово-депороговых операторов для повышения функциональной надокности аналоговых ИБС.

6. Предложена обобщенная методика проектирования систем поддержки функционирования ИБС. Приводятся разнообразные схемные реализации организации ФКТ.

7. Научная работа "Алгоритмический синтез системы контроля устройства управления кузнечно-прессовой машины (КПМ) У-181", являющаяся часть» диссертации, представленная на конкурс работ молодых ученых и специалистов на лучшие разработки в области науки и техники удостоена диплома Всесоюзного совета научно-технических обществ в 1987 г. и диплома и первой премии Президиума центрального правления научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им.А.С.Попова в 1988 Г.

8. Полученные результаты были использованы и внедрены на Авиа-ционно-произзодственном объединении им. Г. Н. Бериева; в специальном конструкторском бюро опытного завода "Кристалл"; в Главном вычислительном центре гражданской авиации.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Самойленко И.А. Адаптивный блок контроля и управления входной информацией // Проблемы экономии энергетических, материальных я трудовых ресурсов:Тез.докл.научно-техн.конф. 8-ю апреля 1986 г.Новосибирск, 1966.- С.33.

2. Самойленко И.А. Логический синтез перестраиваемых структур в системах контроля. Известия СКНЦ Ш. Технические науки. ¡12, 1989.

3. Буркин а.П.. Самойленко И.А.. Комаров С.И. Метод мажоритарно-динамического контроля многопроцессорных систем // Актуальные проблемы фундаментальных наук: Тез. докл. Неидуиародн.научно-техшч. конференции 28 окт.-3 ноябр. 1991 г. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1991.- Т.7,- С. 134-137.

4. Самойленко И.А., Котеленко С.А. Синтез автомата контроля микропроцессорных систем управления на базисе порядковых статистик // Актуальные проблемы фундаментальных наук: Тоз. докл.Межлународн. научно-техн.конф. 28 окт.-3 ноябр. 1991 г. - М.: МГТУ им. н.э.Баумана. 1991'.- Т. 7,- С. 125-128.

5. Samoylenko I.A.. Vaslljev v.l. MCS Testing Algorithm //Proc. 7-th IMEKO Simp, on Technical Diagnostics, 17-20 September 1990.session "Electronics and Computers 2", Helsinki. Finland, 1990

6. Самойленко H.A. Структурные и алгоритмические особенности автомата контроля микропроцессорной системы управления //Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения: Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн. конф. 19-21 сентября 1989г.- Куйбышев, 1989.- С.246-247;

7. Самойленко И.А. Синтез системы контроля устройств передачи данных в системах ГА // Проблемы совераенствования процессов технической эксплуатации авиационной техники, инженерно-авиационного обеспечения полетов в условиях ускорения научно-технического прогресса: Труды Всесоюзн.' НТК. - М.: МИИГА, 1988.- С. 104-109.

8. Самойленко И.А.. Колесников A.A. Адаптивное управление потоками данных // Труды VII Всесоюзной школы по радиоэлектронике.-м.: МИРЭА, 1987.- С. 92-95.- ДеП. в ВИНИТИ 03.12,87. N 8471-В87.

9. Самойленко И. А. Принципы разработки диагностического модуля для ИУС в ГА // Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов: Тез. докл. Всесоюзной научно-техн. конф. 13-15 сентября 1989 К - Киев.: КИИГА. 1989.-С.54-55

10. А. С. Н 1383353 (СССР) ЙКИ G06F 9/46. Устройство переменного приоритета / А. П. Самойленко. И. А. самойленко. Ф.Г.Яцко. - Опубл. 1988. -Бюл. изобр. N 11.

11. A.C. N 1441483 (СССР) МКИ НОЗМ 7/00. Устройство для кодирования информации /И.А.Самойленко. - Опубл. 1988.- Бюл. изобр.N44.

12. Самойленко И.А. Алгоритм контроля многоканальной системы обработки Сигналов // Повышение эффективности программных и аппаратных средств контроля и диагностирования в ГПС приборостроения: Тез.докл.научно-техн. конф. (июль. 1988 г.). Л.: судостроение, 1988. С. 37-38.

13. Самойленко И.А.. Буркин А.П. Проектирование коммутационных структур управляющего вычислительного комплекса >/ Проектирование вычислительных средств: Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн. конц/. 6-8

июня 1989 г.- Каунас, 1989.- С. 14-16.

14. Самойленко И.А. Синтез системы контроля устройств передачи данных в системах ГА // Проблемы совершенствования процессов технической эксплуатации авиационной техники, инженерно-авиационного обеспечения полетов в условиях ускорения научно-технического прог-ресса:Тез.4ок. Всесоюзн. НТК.- М.: МИИГА. 1988.- С. 144.

15. Самойленко И.А. Алгоритмический синтез системы контроля устройства управления // Таганрог, 1988.- Деп. в ВИНИТИ 28.12.88. N 9107-В88.- 39 С.

16. Самойленко И.А., Буркин А.П. Порядково-логический принцип проектирования структур автомата контроля // Диагностическое обеспечение РЭА на этапах проектирования и производства : Тез. докл. научно-техн.конф. (апрель 1990 г.).-Л.: Судостроение,1990.-С. 48-50.

17. Самойленко И.А. Перестраиваемый автомат контроля управляющего вычислительного комплекса в гражданской авиации // Диагностическое обеспечение РЭА на этапах проектирования и производства: Тез.докл.научно-техн. конф. (апрель 1990 г.).-л.: Судостроение. 1990.- С. 50-52. -

18. Самойленко И.А.. Котеленко С. А. Алгоритм обработки потоков отказов укороченной выборки // Автоматизированные системы обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры : Тез. докл.Всесоюзн. научно-техн.конф.(Февраль 1990 г.). - Иосква-Львов, 1990.-С. 135-136.

19. Самойленко И.А. Синтез алгоритмов обработки массивов укороченной выборки данных // Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта: Тез,докл. Всесоюзн. научно-техн.конф. (апрель 1990 г.).- И.: КИИГА. 1990.- С. 139-140.

JIP » 020580 Подписано в печать 13.06.94 г. Формат 60x84/16 Печать офсетная 1,75 уч.-изд.л. 1,63 уол.печ.л. Заказ Л 633//S?-

Тираж 100 акз.

Московский государственный технический университет ГА

Редакционно-издательскиЙ отдел 125493 Москва, ул.Пулковская, д.ба