Устройство для решения задачи прогнозирования технического уровня сложной технической системы

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована для решения задачи прогнозирования технического уровня сложной технической системы (СТС).

Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей прототипа по прогнозированию технического уровня сложной технической системы в зависимости от значений безразмерных единичных показателей свойств СТС.

Устройство для решения задачи прогнозирования технического уровня сложной технической системы содержит блок управления, два блока возведения в квадрат, два блока извлечения из кубического корня, три блока умножения, блок суммы.

Новым является введение новых блоков и организация связей между блоками.

Применение предлагаемого устройства позволит избежать рутинной вычислительной работы, связанной с решением задач по прогнозированию технического уровня сложной технической системы в зависимости от значений безразмерных единичных показателей свойств СТС.

Устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано для прогнозирования технического уровня сложной технической системы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому (прототип) является устройство для решения задачи оценки качества ракетно-артиллерийского вооружения (свидетельство на полезную модель 31012, 2003 г. /1/), содержащее блок управления, четыре блока памяти, блок коммутации, 2m блоков памяти, m блоков сравнения (по минимуму), n+3 блоков суммы, один блок вычитания, один блок деления, m блоков умножения, один блок сравнения (по максимуму).

Однако это устройство не позволяет решать задачу по прогнозированию технического уровня сложной технической системы.

Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей прототипа по прогнозированию технического уровня сложной технической системы в зависимости от значений безразмерных единичных показателей свойств СТС.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для решения задачи оценки качества ракетно-артиллерийского вооружения, содержащее блок управления, четыре блока памяти, блок коммутации, 2m блоков памяти, m блоков сравнения (по минимуму), n+3 блоков суммы, один блок вычитания, один блок деления, m блоков умножения, один блок сравнения (по максимуму), отличающееся тем, что с целью расширения его функциональных возможностей по прогнозированию технического уровня сложной технической системы, в него дополнительно введены два блока возведения в квадрат, три блока умножения, два блока извлечения кубического корня, блок суммы и удалены четыре блока памяти, блок коммутации, 2m блоков памяти, m блоков сравнения (по минимуму), n+3 блоков суммы, один блок вычитания, один блок деления, m блоков умножения, один блок сравнения (по максимуму), причем вход П устройства соединен с управляющим входом блока 1 управления, вход K₀ устройства соединен с первым информационным входом блока 9 умножения, вход r₁ устройства соединен с информационным входом блока 2 возведения в квадрат и со вторым информационным входом блока 5 умножения, вход r₂ устройства соединен с информационным входом блока 3 возведения в квадрат и со вторым информационным входом блока 4 умножения, первый выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 2 возведения в квадрат, второй выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 3 возведения в квадрат, третий выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 4 умножения, четвертый выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 5 умножения, пятый выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 6 извлечения кубического корня, шестой выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 7 извлечения кубического корня, седьмой выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 8 суммы, восьмой выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 9 умножения, выход блока 2 возведения в квадрат соединен с первым информационным входом блока 4 умножения, выход блока 3 возведения в квадрат соединен с первым информационным входом блока 5 умножения, выход блока 4 умножения соединен с информационным входом блока 6 извлечения кубического корня, выход блока 5 умножения соединен с информационным входом блока 7 извлечения кубического корня, выход блока 6 извлечения кубического корня соединен с первым информационным входом блока 8 суммы, выход блока 7 извлечения кубического корня соединен со вторым информационным входом блока 8 суммы, выход блока 8 суммы соединен со вторым информационным входом блока 9 умножения, выход блока 9 умножения соединен с выходным устройством Э.

Устройство реализует следующие теоретические положения.

Целям прогнозирования технического уровня сложной технической системы (СТС) в наибольшей степени отвечают методы, основанные на получении обобщенного показателя путем агрегирования единичных показателей с соответствующими коэффициентами весомости. Наиболее распространенной такой оценкой является аддитивная функция вида

где N - число единичных показателей, характеризующих АНО РК;

K_i - коэффициент весомости единичного показателя i-го свойства.

При этом каждое свойство образца СТС характеризуется одним или несколькими единичными показателями.

Задача заключается в том, чтобы выразить в обобщенном показателе определенные количества различных по сущности свойств. Для того чтобы сравнить различные количества разнородных показателей, их необходимо привести к безразмерной шкале, т.е. каждому показателю a_i, имеющему размерность и свою шкалу измерения, требуется поставить в соответствие безразмерный показатель r_i. Такой переход нетрудно осуществить, если принять во внимание следующие рассуждения.

При эксплуатации СТС каждый i-й единичный показатель может оставаться постоянным (показатели патентоспособности), принимать ряд дискретных значений (показатели ремонтопригодности) или изменяться непрерывно (мощность на валу двигателя)

где m - число дискретных значений, которые единичный показатель принимает в процессе эксплуатации;

- предельные значения единичного показателя, определяемые техническими условиями (возможностями);

a _ij - j-тое значение i-го единичного показателя.

В диапазоне каждому j-му значению i-го единичного показателя соответствует вероятность того, что он реализуется в процессе эксплуатации АНО РК. Эта вероятность описывается функцией плотности распределения вероятностей _i(a_ij).

В общем случае диапазон изменения i-го единичного показателя может быть меньше, чем диапазон , т.е. a_iн>a_imin, a_iв <a_imax,

где a_iн, a _iв - предельные (нижнее и верхнее) значения единичных показателей i-го свойства СТС.

Тогда безразмерный единичный показатель r_i, выражающий соотношение достигнутого значения к необходимому, будет определяться из выражения

.

Очевидно, что диапазон изменения безразмерного единичного показателя заключен в интервале от нуля до единицы

0r_i1.

В случае равномерного распределения способы перехода к безразмерным единичным показателям имеют вид

При определении K_i следует считать, что коэффициент весомости любого i-го единичного показателя отражает относительную важность одной единицы r_i по отношению к другим безразмерным единичным показателям. Произведение под знаком суммы обобщенного показателя показывает количественный вклад каждого свойства в комплексное свойство. Любое свойство становится реальностью, будучи отраженным в каком-либо единичном показателе. Следовательно, весомость, характеризующая важность i-го свойства по отношению к совокупности других свойств, зависит от показателей этих свойств, т.е. можно записать, что

K_i=F(r₁, r₂, r_N).

Естественно, что для конкретной СТС произведение K_ir_i есть величина постоянная. Сомножители произведения (K_ir_i) принимают любые значения в зависимости от выбора системы координат, но такие, что при любых преобразованиях всегда будет справедливо соотношение

где j_k - номер системы координат или номер преобразования.

Выражение (1.1) иллюстрирует инвариантность количественной оценки свойства K_ir _i относительно введенных преобразований.

Если рассматривать с позиций инвариантности формулы (1.1) вклад каждого из двух свойств, входящих в комплексное свойство, то очевидно, что этот вклад в общем случае будет различен. Неравноценность вклада R также инвариантна относительно уравнений преобразования

Как видно, она обусловлена одним из трех сочетаний единичных показателей и весомостей, в частности, сочетаниями вида

Представляется целесообразным исследовать выражение (1.3) в каждом из трех случаев. Для этой цели необходимо взять систему координат (K, r), в которой обобщенный показатель R₀ определяется суммой показателей r_j0, имеющих весомость K₀. Тогда можно записать известное равенство

Из условия инвариантности вытекает формула для определения K_i, т.е.

Чтобы найти связь между равновесомыми r_i и имеющими равные весомости r_i0 и далее определить по выражению (1.5) K_i, требуется рассмотреть один частный случай. Пусть N=2, a R>0, т.е. r₁<r₂ и r₁₀ <r₂₀, тогда равенство (1.2) примет вид

Неравноценность, выраженная в разности весомостей каждого из свойств, описываемых показателями r ₁₀ и r₂₀, определяется с помощью следующих зависимостей

Неравноценность равновесомых показателей определяется выражением

Подставив значение R из формулы (1.6) в зависимости (1.7) и (1.8), получаем два элементарных равенства, имеющих вид

Сравнивая формулы (2.19) и (2.20), можно получить элементарное уравнение

из которого, в силу условия (1.7), следуют очевидные равенства

Так как все коэффициенты и показатели связаны инвариантностью (1.1), то определение показателей r ₁₀ и r₂₀, приведенных к весомости K₀ , должно осуществляться путем решения системы из четырех уравнений

Решая систему (1.13) относительно r ₁₀ и r₂₀, нетрудно получить соотношения для их расчета, в частности, они выглядят следующим образом

Уравнения (1.12) в этом случае будут иметь достаточно простой вид

В (1.15) весомости K₁ и K₂ выражены через безразмерные единичные показатели свойств СТС r₁ и r₂, которые известны по условию, и неизвестную постоянную K₀, которая задается разработчиками при прогнозировании технического уровня СТС. Тогда обобщенный показатель запишется как произведение K₀ и соответствующей суммы кубических уравнений

где R₀ - прогнозируемый технический уровень СТС;

r₁ и r ₂ - значения безразмерных единичных показателей свойств СТС;

K₀ - неизвестная постоянная (задается разработчиками при прогнозировании технического уровня СТС)

Устройство, реализует представленные теоретические положения и представлено на фигуре 1.

Оно содержит блок управления, два блока возведения в квадрат, два блока извлечения из кубического корня, три блока умножения, блок суммы.

Устройство для решения задачи прогнозирования технического уровня сложных технических систем функционирует следующим образом.

Работа устройства осуществляется в определенной последовательности, задаваемой тактовыми импульсами блока 1 управления.

Начальная установка блоков устройства происходит при подаче импульса на вход П, в результате чего запускается блок 1 управления, происходит обнуление блоков устройства и на информационные входы устройства подаются значения характеристик r₁, r₂, K₀.

Первый тактовый импульс с первого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 2 возведения в квадрат и инициирует его работу. В результате чего на информационный вход блока 2 возведения в квадрат поступает значение r₁, на выходе блока 2 возведения в квадрат формируется значение ,

Второй тактовый импульс со второго выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 3 возведения в квадрат и инициирует его работу. В результате чего на информационный вход блока 3 возведения в квадрат поступает значение r₂ , на выходе блока 3 возведения в квадрат формируется значение .

Третий тактовый импульс с третьего выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 4 умножения и инициирует его работу. В результате чего на первый информационный вход блока 4 умножения с выхода блока 2 возведения в квадрат поступает значение , на второй информационный вход блока 4 умножения поступает значение r₂, на выходе блока 4 умножения формируется значение r₂.

Четвертый тактовый импульс с четвертого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 5 умножения и инициирует его работу. В результате чего на первый информационный вход блока 5 умножения с выхода блока 3 возведения в кавдрат поступает значение , на второй информационный вход блока 5 умножения поступает значение r₁, на выходе блока 5 умножения формируется значение r₁.

Пятый тактовый импульс с пятого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 6 извлечения кубического корня и инициирует его работу. В результате чего на информационный вход блока 6 извлечения кубического корня с выхода блока 4 умножения поступает значение r₂, на выходе блока 6 формируется значение .

Шестой тактовый импульс с шестого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 7 извлечения кубического корня и инициирует его работу. В результате чего на информационный вход блока 7 извлечения кубического корня с выхода блока 5 умножения поступает значение r₁, на выходе блока 7 формируется значение .

Седьмой тактовый импульс с седьмого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 8 суммы и инициирует его работу. В результате чего на первый информационный вход блока 8 суммы с выхода блока 6 извлечения кубического корня поступает значение , на второй информационный вход блока 8 суммы с выхода 7 извлечения кубического корня поступает значение , на выходе блока 8 суммы формируется значение

Восьмой тактовый импульс с восьмого выхода блока 1 управления поступает на управляющий вход блока 9 умножения и инициирует его работу. В результате чего на первый информационный вход блока 9 умножение поступает значение K₀, на второй информационный вход блока 9 умножения с выхода блока 8 суммы поступает значение , таким образом, вычисленное в блоке 9 умножения значение K₀, поступает на выходное устройство Э.

Таким образом, использование устройства позволит избежать рутинной вычислительной работы, связанной с решением задач по прогнозированию технического уровня сложных технических систем.

Список использованных источников

1. Филюстин А.Е., Филатов И.Н., Россошанский П.В., и др. Устройство для решения задачи оценки качества ракетно-артиллерийского вооружения // Свидетельство на полезную модель 31012. - М.: РАПТЗ, 2003.

2. Филюстин А.Е., Гасюк Д.П., Бочков А.П. Модели и методы управления развитием технических систем. Учебное пособие: - СПб.: Издательство «Союз», 2003. - 288 с. (Высшая школа)

Устройство для решения задачи прогнозирования технического уровня сложной технической системы, содержащее блок управления, два блока возведения в квадрат, два блока излечения кубического корня, три блока умножения, блок суммы, отличающееся введением новых блоков, организацией связи между блоками, причем вход П устройства соединен с управляющим входом блока 1 управления, вход K₀ устройства соединен с первым информационным входом блока 9 умножения, вход r₁ устройства соединен с информационным входом блока 2 возведения в квадрат и со вторым информационным входом блока 5 умножения, вход r₂ устройства соединен с информационным входом блока 3 возведения в квадрат и со вторым информационным входом блока 4 умножения, первый выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 2 возведения в квадрат, второй выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 3 возведения в квадрат, третий выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 4 умножения, четвертый выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 5 умножения, пятый выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 6 извлечения кубического корня, шестой выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 7 извлечения кубического корня, седьмой выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 8 суммы, восьмой выход блока 1 управления соединен с управляющим входом блока 9 умножения, выход блока 2 возведения в квадрат соединен с первым информационным входом блока 4 умножения, выход блока 3 возведения в квадрат соединен с первым информационным входом блока 5 умножения, выход блока 4 умножения соединен с информационным входом блока 6 извлечения кубического корня, выход блока 5 умножения соединен с информационным входом блока 7 извлечения кубического корня, выход блока 6 извлечения кубического корня соединен с первым информационным входом блока 8 суммы, выход блока 7 извлечения кубического корня соединен со вторым информационным входом блока 8 суммы, выход блока 8 суммы соединен со вторым информационным входом блока 9 умножения, выход блока 9 умножения соединен с выходным устройством Э.