Автореферат (Метод имитационного моделирования для проектной оценки показателей безотказности структурно-сложной радиоэлектронной аппаратуры), страница 3

окончательноопределить состояние РЭА после отказа (изменения состояния) одной из СЧможно только через некоторую функцию вида:(5)U R,  f  (U R, , U R, ) ,0.90100где f  - функция, преобразующая структуру РЭА и состояние СЧ всоответствии с алгоритмом функционирования на основе предыдущегосостояния U R , и произошедшего события U R , .Функция f  должна однозначно определить состав множества U R , τ1 , т.е.состояние всех составных частей РЭА после изменения состояния одной изних. На основе этого множества можно определить состояние РЭА в целом,задав для него аналогичную область определения:sR,  S R  {sR 0 , sR1 , sR 2 ...sRm } ,(6)(7)sR,  f s (U R, ) ,00111где S R - множество возможных состояний РЭА в целом;f s - функция, определяющая состояние РЭА sR , на основе множества состоянийСЧ U R , в соответствии с критериями отказов РЭА.В общем случае набор состояний для РЭА может быть вида: «отказало»,«работоспособно», «исправно».

Однако для реконфигурируемой РЭА вотдельных случаях целесообразно введение другого набора состояний, болеечетко описывающего специфику функционирования конкретной РЭА. Иногданеобходимо учитывать историю отказов. Это легко можно проиллюстрироватьна примере электромеханического компонента – релейного переключателя,отказы которого напрямую связаны с количеством переключений. В случае,если он осуществляет переключение компонентов и его использование связанос действиями реконфигураций, при моделировании его отказов необходимоучитывать полную историю действий реконфигурации.

Это приводит кнеобходимости учета всего жизненного цикла модели РЭА. Для соблюденияэтого требования функции (6) и (7) записываются в следующем виде:(8)U R,τ = f Δ (U R,τ , ΔU R,τ ,U R,τ ,U R,τ ,...U R,τ ) ,i+1iii 1i 2011s R , τi+1 = f s (U R , τ i+1 ),Uгде R , - множество состояний СЧ в i-ый промежуток времени;sR , - состояние РЭА в i-ый промежуток времени.ii10(9)Таким образом, можно последовательно определить состояние РЭА вкаждый момент времени, сформировать временную диаграмму состояний ииспользовать ее для определения показателей надежности, таких, какинтенсивность отказов, вероятность безотказной работы, наработка на отказ,коэффициент готовности и др.Для улучшения восприятия модели предложено объединениекомпонентов в группы с индивидуальными критериями отказов (рис 4).

Приэтом группа компонентов будет описываться теми же параметрами, что иотдельный компонент (режим, состояние), но без задания интенсивностипереходов – ее роль исполняют критерии состояния группы, аналогичнофункции f s для РЭА (рис. 2). Такая организация модели позволяет наиболееточно и близко к действительности отразить структуру исследуемой РЭА, атакже разбить функцию f s на подфункции и тем самым ее упростить безпотери точности моделирования реконфигураций.Рисунок 2 – Представление структуры РЭА в моделиВ качестве решения задачи преобразования действий реконфигураций икритериев отказов в формальный вид, пригодный для автоматизированнойобработки и расчета, был предложен специализированный языкмоделирования.

Его функцией в разработанном методе является однозначноесоздание формального описания СРН РЭА, по которому синтезируетсяпрограммная модель для проведения имитационных экспериментов.В третьей главе описывается способ формализации моделей в видеспециализированного языка описания отказов и реконфигураций РЭА. Языкмоделирования содержит средства для описания моделей компонентов втекстовом виде, определяющие вид диаграммы и интенсивности переходов (всоответствии с моделью, представленной на рис.

1).При этом каждыйкомпонент в модели определяется уникальным именем, с помощью которого11можно использовать его состояние в вычислительных операциях. В языквводится несколько основных конструкций: действие реконфигурации в видеконструкции условие-действие и критерий отказа в виде вычислительнойпроцедуры над локальными и глобальными переменными, а такжевстроенными операторами, определяющими состояние компонентов СРН.В условиях событий реконфигурации и в критериях отказов можноиспользовать стандартный набор логико-арифметических операций совместно,как над состояниями компонента, так и над переменными, локальными иглобальными.

Это позволяет учитывать не только текущее состояние модели,но и историю возникавших в ходе моделирования событий, т.е. формальнозадать функции f  (8) и f s (9) и реализовать определение ВДС РЭА. Также вусловиях событий реконфигурации возможно определять момент переходакомпонента из состояния в состояние; такой оператор позволяет более удобноописывать алгоритм функционирования и реконфигурации РЭА.Для выполнения имитационных экспериментов применена концепциядискретно-событийного моделирования, т.е.

функционирование РЭАпредставляется как набор событий, между которыми состояние РЭА и СЧостается неизменным, а изменения происходят скачкообразно и вызываютсяизменением состояния одной из СЧ. Для этого был разработан алгоритмимитационного эксперимента (рис. 3), который определяет последовательностьвызовов процедур и событий языка, учитывает возможность каскадноговыполнения событий, критериев отказа и позволяет осуществить корректныйперевод модели из одного состояния в другое, т.е.

программно реализоватьфункции f  (8) и f s (9). Результатом выполнения алгоритма являетсяреализация ВДС РЭА и всех СЧ, включая и группы компонентов.Рисунок 3 – Алгоритм имитационного экспериментаДля работы с формальными моделями разработана подсистемаАСОНИКА-К-РЭС. В главе отражены вопросы анализа основных требований кпрограммномукомплексу,разработкиструктурыиалгоритмафункционирования, а также его программной реализации.12В основе подсистемы лежат разработанные и описанные во второй главемодели и алгоритмы. Основными модулями АСОНИКА-К-РЭС являетсякомпилятор формальной модели, блок верификации и блок выполненияимитационных экспериментов. Таким образом, подсистема АСОНИКА-К-РЭСавтоматизирует разработанный метод расчетной оценки показателейбезотказности РЭА (рис.

4), объединяющий в себе разработанные в ходедиссертационного исследования модели, алгоритмы и язык моделированияотказов и реконфигураций.Рисунок 4 – Схема автоматизированного метода расчетной оценки показателейбезотказности РЭАПодсистема (П/С) АСОНИКА-К-РЭС реализовалась на объектноориентированном языке программирования Visual C++ и используетбиблиотеки платформы .Net. Пользователь вводит формальную модельисследуемого РЭА, которая преобразуется в программную модель в видемножества объектов.

В соответствии с принятой практикой имитационногомоделирования необходимо перед началом имитационного экспериментапровести верификацию модели на соответствие описанию РЭА. Дляверификации модели в П/С предусмотрена и возможность проведенияуправляемого эксперимента. В этом случае пользователь сам определяетпоследовательность отказов компонентов и контролирует состояние моделипосле каждого отказа.

В случае несоответствия реакции модели описаниюработы поиск ошибки можно осуществить при помощи анализа лог-файлавыполнения шага эксперимента, в котором содержится информация о том,какие условия каких событий реконфигурации были выполнены и какиеименно действия с компонентами модели ими были проведены.13В четвертой главе разрабатываются инженерные методики дляреализации проектной процедуры оценки показателей безотказностиструктурно-сложнойРЭА.Созданаметодикаоценкипоказателейбезотказности, включающая действия по разработке формальной модели, ееверификации и анализу результатов моделирования, а также методика анализапроектных решений по обеспечению безотказности (рис.

5).Рисунок 5 – Методика анализа проектных решений по обеспечениюбезотказности РЭА (IDEF3)Исходными данными для применения методики являются описаниятекущего варианта структуры РЭА и алгоритма ее функционирования. Вблоке 1 проводится анализ текущего варианта и синтезируется СРН РЭА, а вблоке 6 синтезируются СРН для альтернативных вариантов реализацииалгоритмов реконфигурации. В случае применения методики на ранних стадияхпроектирования, когда еще генерируются требования к надежности СЧ,необходимо задаться некоторыми значениями интенсивности отказов СЧ; приэтом наиболее важным является соотношение интенсивностей отказов вразличных режимах работы.По результатам синтеза СРН в блоке 2 формируются данные,необходимые для построения формальной модели: списки моделируемых СЧ,списки вводимых групп СЧ, критерии отказов для каждой группы и РЭА вцелом, а также действия реконфигурации в формате «условие-действие».

На14основе этих данных в блоке 3 создается формальная модель РЭА, котораяпреобразуется в программную и подвергается верификации.Верификация (блок 4) производится с использованием программногомодуля управляемых экспериментов и представляет собой проверку различныхсценариев отказов в составе РЭА, на каждый из которых модель должнасреагировать в соответствии с описанием. При обнаружении несоответствияпроизводится коррекция формальной модели (переход к блоку 5) и повторнаяверификация.