RU214231U1

RU214231U1 - Device for calculating the reliability index of redundant systems with recovery

Info

Publication number: RU214231U1
Application number: RU2022116494U
Authority: RU
Inventors: Константин Константинович Бессонов; Николай Анатольевич Букшин; Лев Николаевич Муравьев; Тамара Дмитриевна Путятина; Елена Львовна Тарасова; Мария Юрьевна Ечина
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2022-10-17

Abstract

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.The utility model relates to the field of automation and computer technology and can be used for scientific research in which it is necessary to calculate the reliability indicator - the failure rate of redundant systems with recovery.

Устройство предназначено для непосредственного вычисления значения интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением.The device is designed to directly calculate the value of the failure rate of a redundant system with recovery.

Цель создания полезной модели - создание технического средства, определенного назначения (вычисление показателя надежности - интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением).The purpose of creating a utility model is to create a technical tool for a specific purpose (calculation of the reliability indicator - the failure rate of a redundant system with recovery).

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.The implementation and use of the proposed utility model makes it possible to calculate the failure rate of a redundant system with restoration, taking into account data on the number of main elements of the system, the number of redundant elements of the system, the value of the failure rate of one element and the value of the intensity of restoration of one element of the system.

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.

The technical result of this utility model is that the implementation and use of this device provides an expansion of the arsenal of tools for a specific purpose, allowing the calculation of the reliability indicator - the failure rate of a redundant system with recovery.

Description

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.A device for linearly combining independent estimates of the reliability indicators of similar products with known dispersions is known (RF Patent for utility model No. 57478, published 10.10.2006, bull. No. 28). This device allows you to automate the integration of independent estimates of reliability indicators of similar products with known dispersions. However, this device is focused on combining performance estimates and does not allow you to calculate the failure rate of the system.

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.A device is known for solving the problem of determining the values of the reliability indicators of a radar station when operating in heat-stressed modes (RF Patent for utility model No. 210462, published 15.04.2022, bull. No. 11). This device allows solving the problem of automated determination of the values of the reliability indicators of the radar station when operating in heat-stressed modes. However, this device is focused on determining the reliability indicators of precisely radar stations and does not allow the calculation of the reliability indicator of redundant systems with restoration in a general form.

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

For redundant systems with arbitrary redundancy and unlimited recovery of failed elements, taking into account the scheme of sequential degradation of the system in case of failure of its elements, expressions for estimating the failure rate and mean time between failures of the system can be obtained as follows. All possible states of the system in which it is operable are considered. A system consisting of m items, of which k are operational and n are standby, is considered to be operational if k items out of m are operational. For each state of the system, the failure rates of the remaining serviceable products in this state are found

intensity of restoration of failed products

and quantities characterizing the failure rate of the redundant system

Интенсивности отказов изделий находятся путем умножения количества оставшихся в данном состоянии исправных изделий

на интенсивность отказов

одного изделия:Product failure rates are found by multiplying the number of good products remaining in a given state

on the failure rate

one item:

Интенсивности восстановления неисправных (отказавших) изделий рассчитываются путем умножения количества отказавших изделий

на интенсивность

восстановления изделия:Recovery rates for faulty (failed) products are calculated by multiplying the number of failed products

on intensity

product recovery:

Величина, характеризующая интенсивность отказов системы, находящейся в одном из работоспособных состояний, определяется путем деления интенсивностей отказов исправных изделий на интенсивность восстановления отказавших изделий:The value characterizing the failure rate of a system that is in one of the operational states is determined by dividing the failure rates of serviceable products by the recovery rate of failed products:

С учетом этого интенсивность отказов

резервированной системы находится по формуле:With this in mind, the failure rate

redundant system is found by the formula:

Рассмотрим пример резервированной системы, состоящей из двух элементов - основного и резервного. Резервный элемент находится в нагруженном режиме, восстановление неограниченное.Consider an example of a redundant system consisting of two elements - the main and the backup. The backup element is in loaded mode, recovery is unlimited.

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):If both elements are serviceable, then the system failure rate is equal to 2λ. If one of the elements fails, the failure rate of the second element is equal to λ, the restoration intensity of the element is μ, and the value characterizing the system failure rate is λ/μ. The system remains operational if two or one of its elements are operational. The failure rate of such a system is determined by formula (1):

Рассмотрим пример резервированной системы, состоящей из трех элементов - основного и двух резервных. Резервные элементы находятся в нагруженном режиме, восстановление неограниченное.Consider an example of a redundant system consisting of three elements - the main and two backup. Backup elements are in loaded mode, recovery is unlimited.

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:If all elements are serviceable, then the system failure rate is equal to 3λ. If one of the elements fails, the failure rate of two serviceable elements is 2λ, the element recovery rate is μ, and the value characterizing the system failure rate is 2λ/μ. If two elements fail, the failure rate of a serviceable element is equal to λ, the recovery rate of two elements is 2μ, and the value characterizing the system failure rate is λ/2μ. The system remains operational if at least one of its elements is serviceable. The failure rate of such a system, taking into account formula (1), is equal to:

Рассмотрим пример резервированной системы, состоящей из пяти элементов - трех основных и двух резервных. Резервные элементы находятся в нагруженном режиме, время восстановления неограниченное.Consider an example of a redundant system consisting of five elements - three main and two backup. Backup elements are in loaded mode, recovery time is unlimited.

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:If all elements are serviceable, then the system failure rate is equal to 5λ. If one of the elements fails, the failure rate of the remaining four elements is equal to 4λ, the restoration intensity of the failed element is a value that characterizes the failure rate of the system - 4λ/μ. In case of failure of two elements, the failure rate of serviceable three elements is equal to 3λ, the recovery rate of two failed elements is 2μ, the value characterizing the system failure rate is 3λ/2μ. The system remains operational if three elements are working. The failure rate of such a system, taking into account formula (1), is equal to:

Функционирование устройства реализовано в соответствии с представленным методическим подходом к определению интенсивности отказов системы.The operation of the device is implemented in accordance with the presented methodological approach to determining the failure rate of the system.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства.In FIG. 1 shows a block diagram of the device.

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.The device contains the first, second, third and fourth registers 1, 2, 3, 4, the adder 5, the unit increment block 6, the first and second exponentiation blocks 7, 8, the first and second factorial calculation blocks 9, 12, the subtraction block 10, the first, second and third blocks of elements AND 11, 16, 18, the subtraction block from unity 13, the first and second multiplication blocks 14, 17, the first and second division blocks 15, 19, the first, second, third and fourth information inputs 20 -23, information output 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.The first, second, third and fourth information inputs 20-23 are connected to the first, second, third and fourth registers 1-4, respectively, the output of the first register 1 is connected to the input of the adder 5, the output of the second register 2 is connected in parallel to the inputs of the adder 5, the increase block by one 6, the first exponentiation block 7, the first factorial calculation block 9 and the subtraction block 10, the output of the third register 3 is connected to the input of the second exponentiation block 8, the output of the fourth register 4 is connected to the input of the first exponentiation block 7, the output adder 5 is connected in parallel with the inputs of the second factorial calculation block 12 and the subtraction block 10, the output of the increment unit 6 block is connected to the input of the second exponentiation block 8, the outputs of the first exponentiation block 7 and the first factorial calculation block 9 through the first block of elements AND 11 are connected to the inputs of the first multiplication block 14, the output of the subtraction block 10 is connected to the input of the subtraction block from the unit initials 13, the outputs of the second factorial calculation block 12 and the unit subtraction block 13 are connected to the inputs of the first division block 15, the outputs of the first division block 15 and the second exponentiation block 8 through the second block of elements AND 16 are connected to the inputs of the second multiplication block 17, the outputs the first and second multiplication blocks 14, 17 are connected through the third block of elements AND 18 to the second division block 19, the output of the second division block 19 is the information output of the device 24.

В качестве блоков вычисления факториала возможно использование устройства для вычисления факториала [Патент СССР на изобретение №1297071].As blocks for calculating the factorial, it is possible to use a device for calculating the factorial [USSR Patent for Invention No. 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.The device functions as follows. The first, second, third and fourth information inputs 20-23 receive data on the number of main elements of the system, the number of reserve elements of the system, the value of the failure rate of one element (λ) and the value of the intensity of restoration of one element (μ), which are recorded in the first, second , third and fourth registers 1-4 respectively. From the first register 1, data on the number of basic elements of the system are sent to the adder 5. From the second register 2, data on the number of reserve elements of the system are sent to the adder 5, to the block of increase by one 6, to the first block of exponentiation 7, as the degree of the number being raised , to the first factorial calculation block 9 and to the subtraction block 10, as the number to be subtracted. From the third register, data on the value of the failure rate of one element is fed to the second block of exponentiation to the power of 8, as a number raised to a power. From the block of increase by one 6, the data is fed to the second block of exponentiation to the power of 8, as the degree of the number being raised. From the fourth register 4 data on the value of the intensity of the recovery of one element is supplied to the first block exponentiation 7, as a number raised to a power. From the adder 5, the data is fed to the second factorial calculation block 12 and to the subtraction block 10, as a reduced number. From the first exponentiation block 7 and the first factorial calculation block 9, data through the first block of elements AND 11 are sent to the first multiplication block 14. From the subtraction block 10, the data is sent to the subtraction block from unity 13. From the subtraction block from unity 13, data is sent to the first division block 15, as a divider. From the second factorial calculation block 12, the data is fed to the first division block 15 as a dividend. From the first division block 15 and the second exponentiation block 8, the data through the second block of elements AND 16 are fed to the second multiplication block 17. From the first multiplication block 14, the data through the third block of elements AND 18 are fed to the second division block 19, as a divisor. From the second multiplication block 17, the data through the third block of elements And 18 arrive at the second division block 19 as a dividend. The second division block 19 outputs the received value to the information output of the device 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.The value obtained at the information output of the device corresponds to the failure rate of a redundant system with recovery, taking into account the number of main elements of the system, the number of redundant system elements, the value of the failure rate of one element of the system and the value of the intensity of restoration of one element of the system.

Таким образом, при создании полезной модели решена техническая проблема создания средства определенного назначения (вычисление показателя надежности - интенсивности отказов резервированной системы с восстановлением).Thus, when creating a useful model, the technical problem of creating a tool for a specific purpose was solved (calculation of the reliability indicator - the failure rate of a redundant system with recovery).

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.The claimed utility model is a technical solution related to the device, since the formula of the utility model contains a set of essential features related to the device (namely, a list of the elements used and the relationships between them) sufficient to solve the specified problem and achieve a technical result. The above signs are essential, because. they affect the possibility of obtaining a technical result, i.e. are in a causal relationship with the specified result. The absence of one or more of the signs will lead to the inoperability of the device and will not allow you to get the claimed result.

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.The technical result of this utility model is that the implementation and use of this device provides an expansion of the arsenal of tools for a specific purpose, allowing the calculation of the reliability indicator - the failure rate of a redundant system with recovery.

Описанное устройство может быть осуществлено с применением известных в области радиоэлектроники узлов и блоков, соединенных между собой, обеспечивающих конструктивное и функциональное единство.The described device can be implemented using nodes and blocks known in the field of radio electronics, interconnected, providing structural and functional unity.

Claims

A device for calculating the reliability index of redundant systems with restoration, including the first, second, third and fourth registers, an adder, an increment unit, the first and second exponentiation blocks, the first and second factorial calculation blocks, a subtraction block, the first, second and third blocks of elements AND, block subtraction from unity, first and second multiplication blocks, first and second division blocks, first, second, third and fourth information inputs, information output, wherein the first, second, third and fourth information inputs are connected to the first, second, by the third and fourth registers, respectively, the output of the first register is connected to the input of the adder, the output of the second register is connected in parallel to the inputs of the adder, the unit increment block, the first exponentiation block, the first factorial calculation block and the subtraction block, the output of the third register is connected to the input of the second block exponentiation, the output of the fourth register is connected to the input ohm of the first exponentiation block, the output of the adder is connected in parallel with the inputs of the second factorial calculation block and the subtraction block, the output of the increase by one block is connected to the input of the second exponentiation block, the outputs of the first exponentiation block and the first factorial calculation block through the first block of elements And connected to the inputs of the first multiplication block, the output of the subtraction block is connected to the input of the block for subtracting from unity, the outputs of the second block for calculating the factorial and the block for subtracting from unity are connected to the inputs of the first division block, the outputs of the first division block and the second exponentiation block through the second block of elements And connected to the inputs of the second multiplication block, the outputs of the first and second multiplication blocks through the third block of elements And connected to the second division block, the output of the second division block is the information output of the device.