Моделі та методи підвищення безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС
Математичні моделі розрахунку безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС в класі лишків та дослідження методів її підвищення. Характеристика розробки матричного методу обробки інформації на основі використання кодів у класі лишків.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | автореферат |
Язык | украинский |
Дата добавления | 24.07.2014 |
Размер файла | 51,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Міністерство освіти і науки України
Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського
„Харківський авіаційний інститут”
УДК 681.034
МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ БЕЗВІДМОВНОСТІ СИСТЕМИ ОБРОБКИ ІНФОРМАЦІЇ ТУРБОАГРЕГАТУ АЕС
05.13.06 - інформаційні технології
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Деренько Микола Семенович
Харків 2008
АНОТАЦІЯ
Деренько М.С. Моделі та методи підвищення безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, Харків, 2007.
Дисертація присвячена розробці моделей й методів підвищення безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
Науковими результатами є: вперше розроблено матричний метод обробки інформації на основі більш повного урахування властивостей симетрії в якому, на відміну від існуючих, використовується спеціальний код матричного представлення операндів, що дозволяє підвищити безвідмовність і продуктивність функціонування мікропроцесорної системи обробки інформації турбоагрегату АЕС; удосконалено математичні моделі розрахунку й оцінки безвідмовності мікропроцесорної системи обробки інформації в класі лишків за рахунок можливості більше повного урахування надійності контрольних трактів обробки інформації, що дає можливість більш точно оцінити безвідмовність СОІ турбоагрегату АЕС; подальший розвиток одержав метод підвищення безвідмовності системи обробки інформації в класі лишків на основі використання принципів активної й пасивної відмовостійкості, шляхом урахування одночасно всіх основних властивостей модулярної арифметики, що дає можливість підвищити безвідмовність СОІ турбоагрегату АЕС.
Ключові слова: система обробки інформації турбоагрегату, безвідмовність, клас лишків, табличний метод обробки інформації.
АННОТАЦИЯ
Деренько Н.С. Модели и методы повышения безотказности системы обработки информации турбоагрегата АЭС. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - информационные технологии. Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “Харьковский авиационный институт”, Харьков, 2007.
Диссертация посвящена разработке моделей и методов повышения безотказности системы обработки информации турбоагрегата АЭС на основе использования непозиционных кодовых структур в классе вычетов.
В диссертации решена важная и актуальная научно-прикладной задача разработки и совершенствования моделей и методов повышения безотказности системы обработки информации (СОИ) турбоагрегата (ТА) К-1000-60/1500 АЭС на основе использования кодов в классе вычетов.
Необходимость обработки СОИ ТА АЭС в реальном времени больших массивов информации за короткий промежуток времени приводит к возможному старению или даже потери важной информации. Кроме этого, большой объем информации, при ее несвоевременной обработке СОИ, ведет к потери части информации о состоянии ТА, что снижает общую эффективность использования ТА в целом. Это свидетельствует о том, что для СОИ ТА АЭС характерно то, что безотказность функционирования тесно связана с производительностью обработки информации в реальном времени.
Целью исследования является повышение безотказности функционирования системы обработки информации турбоагрегата АЭС.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем. 1. Впервые разработан матричный метод обработки информации в классе вычетов на основе полного учета свойств симметрии таблиц реализации модульных операций в котором, в отличие от известных, используется специальный код матричного представления операндов, что позволяют повысить безотказность и производительность функционирования микропроцессорной системы обработки информации турбоагрегата АЭС. 2. Усовершенствованы математические модели расчета и оценки безотказности микропроцессорной системы обработки информации в классе вычетов за счет возможности более полного учета надежности контрольных трактов обработки информации, что дает возможность более точно оценить безотказность МСОИ турбоагрегата АЭС. 3. Получил дальнейшее развитие метод повышения безотказности микропроцессорной системы обработки информации в классе вычетов на основе использования принципов активной и пассивной отказоустойчивости, путем учета одновременно всех основных свойств модулярной арифметики, что дает возможность повысить безотказность СОИ ТА АЭС.
Практическое значение полученных результатов. Разработанные в диссертационной работе модели и методы повышения безотказности и производительности СОИ, методика оценки и расчета безотказности, метод и алгоритмы оптимизации оснований класса вычетов, а также матричный метод реализации арифметических операций являются научно-методической основой для практического создания микропроцессорной системы обработки информации турбоагрегата АЭС. Использование разработанного метода позволяет значительно повысить производительность, надежность, отказоустойчивость и живучесть функционирования систем обработки информации без снижения пользовательской производительности обработки информации за счет значительно меньшего количества дополнительно введенного оборудования, чем в ПСС. Расчеты и сравнительная оценка надежности, проведенные в диссертационной работе, показали, что с увеличением числового диапазона обработки информации (это характерно для современной тенденции развития СОИ ТА) эффективность применения непозиционных кодовых структур в классе вычетов значительно возрастает.
Ключевые слова: система обработки информации турбоагрегата, безотказность, класс вычетов, табличный метод обработки информации.
ABSTRACT
Derenko N.S. Models and methods of increase faultless the system treatment information for turboaggregate AES. - Manuscript.
Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate of engineering sciences after speciality 05.13.06 - information technologies. National aerospace university "Kharkov aviation institute", Kharkov, 2007.
Dissertation is devoted to development of models and methods of increase of faultless of the microprocessor system of treatment of information of turboaggregate of AES on the basis of application of no position code structures in the class of tailings.
Scientific results are: the matrix method of treatment of information is first developed on the basis of more complete account of properties of symmetry in which, unlike existing, the special code of matrix presentation of operands is used, that allows to promote faultless and productivity of functioning of the microprocessor system of treatment of information of turboaggregate of AES; the mathematical models of calculation and estimation of faultless of the microprocessor system of treatment of information in the class of tailings due to possibility are improved more of complete account of reliability of control highways of treatment of information, that possibility gives more precisely to estimate faultless of STI turboaggregate of AES; development got the subsequent method of increase of faultless of the microprocessor system of treatment of information in the class of tailings on the basis of the use of principles of active and passive fault-tolerance, by an account simultaneously of all basic properties of moduler arithmetic, that enables to promote faultless of MSTI turboaggregate of AES.
Keywords: system treatment information for turboaggregate AES, faultless, class of tailings, tabular method of treatment of information.
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського „Харківський авіаційний інститут”, Міністерство освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Ілюшко Віктор Михайлович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", завідуючий кафедрою виробництва радіоелектронних систем літальних апаратів.
Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Лисенко Едуард Вікторович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського „Харківський авіаційний інститут”, професор кафедри інформаційних управляючих систем;
- кандидат технічних наук, доцент Рубан Ігор Вікторович, Харківський університет Повітряних Сил ім. Івана Кожедуба, начальник кафедри математичного та програмного забезпечення АСУ.
Захист відбудеться „22” лютого 2008 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.062.01 у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського „Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.
З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічної бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського „Харківський авіаційний інститут” (61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17).
Автореферат розісланий „14” січня 2008 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої радиЛаткін М.О.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми роботи. Досвід експлуатації турбоагрегатів на ряді українських (ЗАЕС, ЮуАЕС, РАЕС, ХАЕС) і закордонних АЕС підтвердив економічну доцільність підвищення їхньої потужності за умовами оснащення досить ефективними системами обробки інформації (СОІ), управління та контролю. Збільшення строку їхньої експлуатації, розширення міжремонтних інтервалів, скорочення строків виконання ремонтів, підвищення безвідмовності функціонування та підвищення продуктивності систем обробки інформації на сьогоднішній день є актуальними завданнями, рішення яких прямо пов'язане зі створенням і впровадженням високонадійних турбоагрегатів (ТА) АЕС. Наприклад, використання засобів спеціального аналізу вібросигналів ТА К-1000-60/3000 ЛМЗ, К-1000 60/1500, К-220-44/3000, К-240-4,0 ОАО “Турбоатом” для цілей діагностики в складі апаратури неперервного експлуатаційного контролю стримується недостатньою надійністю функціонування та швидкодією СОІ ТА АЕС.
Складність, масштаби й обсяги розв'язуваних задач керування вимагає розширення функцій і можливостей СОІ ТА АЕС, що спричиняє необхідність збільшення кількості устаткування обчислювальних засобів і систем, ускладнює структуру та їх математичне забезпечення, а також зниження продуктивності обробки інформації. Це у свою чергу викликає необхідність вживання додаткових заходів, щодо забезпеченню високої надійності та швидкодії функціонування СОІ. Ця обставина обумовлює необхідність розробки та застосування принципово нових методів підвищення продуктивності та безвідмовності СОІ ТА АЕС. Зокрема, методів модулярної арифметики (МА) заснованих на застосуванні кодів в непозиційній системі числення - в класі лишків (КЛ). Значний вклад в розвиток теорії непозиційного кодування в КЛ для створення СОІ внесли такі вчені: Акушський І.А., Юдицький Д.І., Синьков М.В., Євдокимов М.Ф., Вишинський В.А., Амбербаєв В.М., Краснобаєв В.А., Торгашов В.А., Пак І.Т., Коляда А.А., Черв'яков М.І. та інші.
Таким чином, важливою та актуальною науково-прикладною задачею є розробка та удосконалювання моделей і методів підвищення безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких викладені в дисертації, проводилися відповідно до державних планів НДР, програм та договорів, які виконувалися в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” та в інших організаціях:
- “Аналіз методів і моделей підвищення надійності систем обробки інформації спеціалізованих автоматизованих систем управління” (Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, шифр “Надійність”, Д2/2006);
- „Дослідження і розробка високоефективних мікроелектронних обчислювальних і управляючих пристроїв з нетрадиційною архітектурою” (Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, ДР № 0104U005149);
- „Розробка та дослідження надшвидкодіючих і надійних систем і засобів обробки цифрової інформації на основі використання непозиційних кодових структур модулярної арифметики” (Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, ДР № 0107U001631).
- “Розробка сучасних мікропроцесорних засобів та програмно-апаратного проекту системи моніторингу та діагностики технічного стану головних циркуляційних насосів атомних електростанцій” (ДП ХПЗ ім. Т.Г. Шевченка, договір № Х-956, 2006 р.);
- “Розробка технічного проекту створення математичного забезпечення систем регулювання технологічних параметрів турбінного та реакторного відділень для ефективного використання енергоблоків АЕС з реактором у маневрених режимах та програмно-математичного забезпечення системи моніторингу головного циркуляційного насмокчу” (ДП ХПЗ ім. Т.Г. Шевченка, договір № Х-3-527, 2007р.);
Участь автора в зазначених науково-дослідних темах та проектах, у яких дисертант був безпосереднім виконавцем, полягає в розробці та удосконалюванні моделей і методів підвищення безвідмовності СОІ ТА АЕС на основі використання непозиційних кодових структур у КЛ.
Мета та задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення безвідмовності функціонування системи обробки інформації турбоагрегату АЕС. математичний турбоагрегат матричний інформація
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні часткові задачі досліджень:
- провести дослідження методів підвищення безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС без зниження продуктивності обробки інформації;
- розробити математичні моделі розрахунку безвідмовності системи обробки інформації в класі лишків;
- розробити метод підвищення безвідмовності системи обробки інформації в класі лишків без зниження продуктивності обробки інформації;
- розробити методику розрахунку безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС, що функціонує в класі лишків;
- розробити матричний метод обробки інформації на основі використання кодів у класі лишків.
Об'єкт дослідження - система обробки інформації турбоагрегату АЕС, що функціонує в непозиційній системі числення.
Предмет дослідження - моделі та методи оцінки та підвищення безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС на основі використання непозиційних кодових структур у класі лишків.
Методи дослідження. В основу проведених у роботі досліджень були покладені принципи системного аналізу. При рішенні загальної науково-прикладної задачі використовувалися: методи аналізу та синтезу; методи теорії чисел при розробці матричного методу обробки інформації в класі лишків і при розробці алгоритму оптимізації основ КЛ; методи теорії імовірності та теорії надійності при розробці математичних моделей і методів підвищення безвідмовності й методики оцінки безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
Наукова новизна одержаних результатів.
1. Вперше розроблено матричний метод обробки інформації в класі лишків на основі повного урахування властивостей симетрії таблиць реалізації модульних операцій в якому, на відміну від існуючих, використовується спеціальний код матричного представлення операндів, що дозволяє підвищити безвідмовність і продуктивність функціонування системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
2. Удосконалено математичні моделі розрахунку безвідмовності системи обробки інформації в класі лишків за рахунок можливості більше повного урахування надійності контрольних трактів обробки інформації, що дає можливість більш точно оцінити безвідмовність системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
3. Дістало подальший розвиток метод підвищення безвідмовності системи обробки інформації в класі лишків на основі використання принципів активної та пасивної відмовостійкості, шляхом урахування одночасно всіх основних властивостей модулярної арифметики, що дає можливість підвищити безвідмовність турбоагрегату АЕС.
Практичне значення одержаних результатів. Розроблені в дисертаційній роботі моделі і методи підвищення безвідмовності та продуктивності СОІ, методика розрахунку безвідмовності, метод і алгоритми оптимізації основ класу лишків, а також матричний метод реалізації арифметичних операцій є науково-методичною основою для практичного створення системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
Результати дисертаційної роботи впроваджено в державне підприємство ХПЗ ім. Т.Г. Шевченко (акт впровадження від 15.05.2007), товариство обмеженої відповідальності “Оріон” (акт впровадження від 4.09.2007), державне підприємство НДТІП (акт впровадження від 14.08.2007).
Достовірність одержаних результатів. Достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій, наведених у дисертації, підтверджуються:
-коректністю прийнятих припущень, що базувались на аналізі реальних процесів турбоагрегату К-1000-60/3000 ЛМЗ та сублока МПАС-209;
- співпадінням результатів оцінки безвідмовності функціонування та продуктивності обробки інформації СОІ ТА АЕС при використанні різних розрахункових моделей та методів;
- результатами впровадження науково-практичних положень при проектуванні системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
Особистий внесок здобувача. Всі основні наукові та практичні результати дисертації одержані особисто автором. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належать: математична модель надійності СОІ в класі лишків на основі принципу активної відмовостійкості [1, 15]; математична модель надійності СОІ в класі лишків на основі принципу пасивної відмовостійкості [2]; метод оптимального резервування в класі лишків [3]; матричний метод обробки інформації в класі лишків [4, 16]; табличний метод обробки інформації в класі лишків [5]; результати аналізу впливу системи числення на безвідмовність і продуктивність СОІ турбоагрегату АЕС із урахуванням вимог продуктивності [6, 18]; метод реалізації криптографічних перетворень [7]; метод реалізації арифметичних операцій у модулярной арифметиці [8]; вплив системи числення на безвідмовність систем обробки цифрової інформації [9]; методика розрахунку та порівняльної оцінки безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС, що функціонує в класі лишків [10, 17]; розробка методів обробки інформації в класі лишків [11]; метод оптимізації сукупності основ класу лишків [12]; розробка патентоспроможного пристрою для модульного множення в класі лишків [19].
Апробація результатів дисертації. Результати наукових досліджень доповідалися, обговорювалися та були схвалені на міжнародних науково-технічних семінарах, науково-технічних конференціях і симпозіумах: “Проблеми інформатики й моделювання” (м. Харків, 2004-2007р.р.); “Гарантоздатні (надійні та безпечні) системи, сервісі та технології ” (м. Полтава, 2006р.; м. Кіровоград, 2007р.); “Нові технології в машинобудуванні” (м. Харків, 2005, 2006р.р.); “Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України” (м. Харків, 2004-2007р.р.); “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2006” (м. Харків, 2006р.).
Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 19 друкованих працях, серед яких 8 статей у наукових журналах та 4 статті у збірниках наукових праць, що включені в перелік ВАК України, 1 патент України, а також 6 тез доповідей у збірниках наукових міжнародних конференцій.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків по дисертації, трьох додатків і списку використаної літератури. Повний обсяг дисертації становить 245 сторінок, у тому числі: 19 рисунків на 19 окремих сторінках, 9 таблиць на 9 окремих сторінках, 3 додатка на 65 сторінках; список з 121 використаних літературних джерел на 13 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вступ дисертаційної роботи містить: обґрунтування актуальності теми та науково-прикладної задачі досліджень; інформацію про зв'язок дисертаційної роботи з науковими програмами; мету роботи та часткові задачі досліджень; об'єкт, предмет і методи дослідження; характеристику наукової новизни та практичного значення одержаних результатів досліджень, а також особистого внеску здобувача; дані щодо реалізації, апробації та публікації наукових та практичних результатів дисертації.
В першому розділі була вирішена перша задача досліджень. Розглянуто основні принципи побудови системи обробки інформації турбоагрегату К-1000-60/1500 АЕС та задачі, що вирішуються СОІ в процесі функціонування ТА. Були проведені дослідження, щодо стану та перспектив розвитку СОІ ТА. Було встановлено, що одним з ефективних засобів підвищення ефективності застосування ТА АЕС є створення та впровадження системи обробки інформації, що функціонує у класі лишків - непозиційній системі числення.
Теоретичні основи побудови числової системи в КЛ є розвитком розділу порівнянь теорії чисел. Задача відновлення числа Ak по сукупності його залишків ai відома давно як “Китайська теорема про лишки” і інтерес до неї викликаний практичними дослідженнями, присвяченими пошукам шляхів ефективного підвищення, в першу чергу, продуктивності обробки інформації. Коди в КЛ є подальшим удосконаленням відомих арифметичних багатомодульних кодів та кластерних систем обробки інформації в позиційної системі числення (ПСЧ). Багатозалишковий код представимо у вигляді:
(Ak, Ak(mod m1), Ak(mod m2), … ,…, Ak(mod mi), … , Ak(mod mn-1), Ak(mod mn)),
тобто ( Ak, a1, a2, …, an), де ai = Ak - [Ak/mi]mi.
При сукупність залишків ai однозначно визначає операнд Ak і багатозалишковий код приймає вид коду КЛ (a1, a2,…,an), що дозволяє реалізувати процес обробки інформації по окремим незалежним обчислювальним трактах (ОТ), оперуючи тільки з залишками ai. Таке кодування чисел дозволяє побудувати СОІ в якій обробка всіх розрядів числа (залишків ai ) виконується незалежно та паралельно у часі. В цьому випадку структурна схема СОІ в КЛ представляє собою набір окремих ОТ обробки інформації, що функціонують незалежно друг від друга і паралельно у часі, причому кожна по своєму визначеному модулю mi. В цьому випадку, пристрої введення та виведення інформації СОІ вирішують також задачу перетворення вхідної інформації з позиційного коду в код КЛ та навпаки.
В результаті проведеного аналізу сучасних та дослідженні перспективних методів підвищення безвідмовності СОІ ТА без зниження продуктивності обробки інформації, в першому розділі дисертації була сформульована загальна наукова-прикладна задача дисертації. В даному розділі також сформульовані часткові задачі досліджень та обрано показники для оцінки безвідмовності СОІ ТА АЕС.
В другому розділі було проведено дослідження впливу основних властивостей класу лишків на структуру побудови та принципи реалізації арифметичних операцій системи обробки інформації ТА АЕС. Розроблено метод оптимізації основ {mj} КЛ для 4 принципів технічної реалізації арифметичних операцій: суматорного, кільцевого зсуву, використання логічних функцій та матричного. При цьому безвідмовність СОІ підвищується за рахунок скорочення збиткового обладнання матричного пристрою, шляхом зменшення інтенсивності відмов. Одержані сукупності оптимальних основ {mj} КЛ, що представлені в табл. 1, було використано у подальшому в дисертації.
Таблиця 1
Результати оптимізації основ класа лишків
l (n) |
ПСЧ (двійкова) |
Клас лишків |
Виграш в кількості обладнання |
|||||
Інформаційні основи |
Контрольні основи |
|||||||
1 (4) |
8 |
24 |
m1=3, m2=4, m3=5, m4=7 |
m5=11, m6=13, m7=17 |
10 |
23 |
4 |
|
2 (6) |
16 |
48 |
m1=2, m2=5, m3=7, m4=9, m5=11,m6=13 |
m7=17, m8=19, m9=23. |
19 |
34 |
29 |
|
3 (8) |
24 |
72 |
m1=3, m2=4, m3=5, m4=7, m5=11, m6=13, m7=17, m8=19 |
m9=23, m10=29, m11=31. |
28 |
43 |
40 |
|
4 (10) |
32 |
96 |
m1=2, m2=3, m3=5, m4=7, m5=11, m6=13, m7=17, m8=19 m9=23, m10=29 |
m11=31,m12=37, m13=41. |
37 |
54 |
43 |
|
8 (16) |
64 |
192 |
m1=2, m2=3, m3=5, m4=7, m5=11, m6=13, m7=17, m8=19 m9=23, m10=29 m11=31, m12=37, m13=41, m14=43, m15=47, m16=51. |
m17 = 53, m18 = 57, m19 = 59. |
67 |
82 |
57 |
Було проведено аналіз процесу функціонування СОІ у режимах заміни та деградації ОТ СОІ ТА (рис. 1) та розрахунок ефективності застосування кодів у КЛ.
Проведений розрахунок ефективності Кэф (відношення кількості можливих працездатних станів СОІ у КЛ до кількості можливих працездатних станів СОІ штатного ТА) показав, що заданих вихідних даних Кэф = 2,2. Тобто, застосування КЛ для однобайтової СОІ ТА більш чим у два рази ефективніше чим ПСЧ.
В третьому розділі дисертації було вирішено другу та третю задачі дослідження і одержано перший та другий результати наукової новизні.
При розробці математичних моделей безвідмовності СОІ ТА у КЛ в дисертації було застосовано теорію Марковських процесів, а також результати аналізу впливу основних властивостей класу лишків на структуру і принципи функціонування системи обробки інформації реального часу. На основі цього розроблено математичні моделі безвідмовності СОІ ТА без урахування надійності автомата надійності (АН) (1) та з його урахуванням (2)
. (1)
Математична модель безвідмовності СОІ ТА (1) була розроблена для випадку ковзного резервування з навантаженим резервом.
Формула (1) застосовується в наступних випадках:
- відмови ОТ СОІ ТА відповідають умовам простішого потоку, тобто, для розрахунку ймовірності безвідмовної роботи застосовується експоненційний закон розподілу;
- надійність АН не враховується;
- інформаційні та контрольні ОТ рівнонадійні; при цьому ймовірність безвідмовної роботи окремого ОТ СОІ дорівнює ймовірності безвідмовної роботи ОТ по найбільшому модулю mn+k КЛ, що має найменшу ймовірність безвідмовної роботи;
- не враховується можливість відновлення ОТ СОІ.
. (2)
З огляду на те, що ймовірність безвідмовної роботи обчислювального тракту СОІ в КЛ дорівнює ; ймовірність безвідмовної роботи АН - , а частота відмовлень дорівнює 1(t)=, де - інтенсивність відмовлень одного ОТ; - інтенсивність відмовлень АН; - інтенсивність відмовлення перемикаючого пристрою; 21 - інтенсивність відмовлень контрольних ОТ. Математична модель безвідмовності СОІ ТА (2) була розроблена для випадку ковзного резервування з не навантаженим резервом.
Вираз (2) може враховувати вплив функціонального резервування на надійність СОІ у КЛ , тобто здатність одного працездатного ОТ взяти на себе функції до r ОТ, що одночасно відмовили за умови виконання співвідношення . При цьому в формулі (2) необхідно зробити заміну .
Представлена математична модель безвідмовності (2) дає можливість розраховувати показники надійності СОІ ТА у КЛ за допомогою простих співвідношень. в теоретичному плані ця математична модель надійності дозволяє досліджувати всі основні види резервування (структурне, інформаційне та функціональне), обумовлені властивостями класу лишків. На основі удосконалених математичних моделей в дисертації отримав подальший розвиток метод підвищення безвідмовності СОІ ТА у класі лишків. Схема реалізації даного методу представлено на рис. 2.
В даному розділі було проведено порівняння безвідмовності штатної тройованої мажоритарної структури сублока МПАС-209 ТА К-1000-60/3000 ЛМЗ та СОІ в КЛ для однобайтових операндів при к =1 та к =2. Результати порівняння показали високу ефективність застосування КЛ.
У четвертому розділі дисертації вирішені четверта та п'ята задачі і одержано третій результат наукової новизни. В розділі розроблено матричний метод обробки інформації на основі доказаних аналітичних співвідношень (3) - (8)
При цьому для скорочення елементів матриць даних результатів виконання модульних операцій складання, віднімання та множення введено спеціальній код матричного представлення операндів (СКМПО), що визначається виразами (9) - (14).
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
До цього часу питання матричної реалізації арифметичних операцій додавання, віднімання та множення з використанням СКМПО в літературі або не розглядалися, або така реалізація вважалася дослідниками неможливою. Основні труднощі полягають в тім, що досить складно синтезувати табличні алгоритми виконання цих модульних операцій, тому що таблиці реалізації модульних операцій додавання та віднімання в КЛ різні по своїй цифровій структурі. Внаслідок чого вони не мають всіх тих властивостей симетрії, якими володіє таблиця модульного множення. Однак зовсім інші результати можна одержати, досліджуючи можливості реалізації однієї модульної операції за допомогою таблиць, що реалізують зворотну їй операцію та навпаки.
Розроблений матричний метод, що засновано на використанні СКМПО, незважаючи на розходження властивостей цифрових даних структур таблиць, що реалізують модульні операції (ai i) modmi, дозволяють реалізовувати всього 0,25 частини кожної з повних таблиць що раніше передбачалося неможливим. Таким чином, при використанні матричного методу вдалося скоротити до 70% устаткування матричних комутаторів за допомогою яких реалізуються дані операції. Це в свою чергу (як показали розрахунки) в залежності від довжини машинного слова, дозволило скоротити до (50-60)% устаткування табличного операційного пристрою СОІ. Відзначимо, що зі збільшенням довжини розрядної сітки СОІ (що характерно для сучасної тенденції розвитку ТА), ефективність застосування запропонованого матричного методу істотно зростає. На рисунку 3 представлена схема реалізації матричного методу обробки інформації в класі лишків.
В дисертації була розроблена методика розрахунку безвідмовності СОІ в КЛ. Результати розрахунку та порівняльного аналізу показали, що застосування непозиційної системи числення у залишкових класах забезпечує більше значення ймовірності безвідмовної роботи чим застосування звичайної позиційної двійкової системи числення.
На рисунках 4-7 представлено у вигляді графіків функцій деякі розрахункові дані ймовірності безвідмовної роботи СОІ ТА К-1000-60/1500 та СОІ у класі лишків.
У додатку наведено акти реалізації дисертаційних досліджень (додаток А), а також результати розрахунків і порівняльного аналізу безвідмовності системи обробки інформації в класі відрахувань і СОІ штатного турбоагрегату К-1000-60/1500 АЕС (додатки Б та В).
ВИСНОВКИ
1. В дисертації наведено теоретичне обґрунтування та нове вирішення важливої, актуальної науково-прикладної задачі розробки та удосконалення моделей і методів підвищення безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
2. Результати проведених досліджень методів підвищення безвідмовності СОІ ТА з урахуванням вимог щодо користувальницької продуктивності обробки інформації показали, що можливі сучасні та перспективні шляхи вирішення даної науково-прикладної задачі, які базуються на використанні двійкових позиційних систем числення, не можуть остаточно вирішити дану задачу без суттєвого погіршення технічних характеристик турбоагрегату АЕС.
3. Вперше розроблено матричний метод обробки інформації в класі лишків на основі повного урахування властивостей симетрії таблиць реалізації модульних операцій в якому, на відміну від існуючих, використовується спеціальний код матричного представлення операндів, що дозволяє підвищити безвідмовність і продуктивність функціонування системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
4. Удосконалено математичні моделі розрахунку й оцінки безвідмовності системи обробки інформації в класі лишків за рахунок можливості більше повного урахування надійності контрольних трактів обробки інформації, що дає можливість більш точно оцінити безвідмовність СОІ турбоагрегату АЕС.
5. Одержав подальший розвиток метод підвищення безвідмовності системи обробки інформації в класі лишків на основі використання принципів активної й пасивної відмовостійкості, шляхом урахування одночасно всіх основних властивостей модулярної арифметики, що дає можливість підвищити безвідмовність СОІ турбоагрегату АЕС.
6. Розроблені в дисертаційній роботі моделі та методи підвищення безвідмовності й продуктивності СОІ ТА, методика оцінки й розрахунку безвідмовності, метод і алгоритми оптимізації основ класу лишків, а також матричний метод реалізації арифметичних операцій є науково-методичною основою для практичного створення системи обробки інформації турбоагрегату АЕС.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Деренько М.С., Краснобаєв В.А. Розробка та дослідження математичної моделі надійності системи обробки інформації в класі лишків // Системи озброєння та військова техніка. - 2005. - №3 (4). - С. 20-21.
2. Деренько М.С., Краснобаєв В.А. Постановка та розв'язання задачі оптимального резервування в класі лишків // Системи озброєння та військова техніка. - 2006. - №3 (6). - С. 61-65.
3. Кошман С.А., Деренько Н.С. Задача оптимального резервування в класі залишків // Вісник ХНТУСГ імені Петра Василенка. - 2006. - вип. 43. Том 2. - С. 153-156.
4. Деренько М.С., Краснобаєв В.А., Зефірова О.В. Метод стиску матриць даних в операційних пристроях інформаційно-керуючих систем реального часу на основі використання кодів модулярної арифметики // Системи озброєння та військова техніка. - 2007. - №1 (9). - С. 81-86.
5. Кошман С.А., Деренько Н.С., Краснобаев В.А. Табличный метод обработки цифровой информации в классе вычетов // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - 2006. - № 5 (17). - С. 171-175.
6. Деренько М.С., Зефірова О.В., Краснобаєв В.А. Вибір і обґрунтування системи числення інформаційно-керуючого комплексу АСК ТП // Вісник ХНТУСГ імені Петра Василенка. - 2007. - Вип. 57. Том 2. - С. 87 - 91.
7. Илюшко В.М., Краснобаев В.А., Деренько Н.С., Илюшко Я.В., Khery A. Abdullah. Методы реализации криптографических преобразований с открытым ключом на основе использования кодов модулярной арифметики // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - 2006. - №4 (16). - С. 31-39.
8. Кошман С.А., Деренько Н.С. Метод реализации арифметических операций в модулярной арифметике на основе использования малоразрядных двоичных сумматоров // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - 2007. - №7 (26). - С. 219-221.
9. Краснобаев В.А., Деренько Н.С., Зефирова О.В. Исследование влияния системы счисления на отказоустойчивость систем обработки цифровой информации // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - 2006. - Вип. 43. - С.11-19.
10. Мохаммед Джасим Мохаммед, Краснобаев В.А., Деренько Н.С., Зефірова О.В. Методика оценки надежности системы обработки информации реального времени в модулярной арифметике // Системи обробки інформації. - Харків: НАНУ ПАНМ, ХВУ, 2007. - Вип. 1. (59). - С. 75 - 77.
11. Мохаммед Джасим Мохаммед, Луханин М.И., Краснобаев В.А., Деренько Н.С. Методы и алгоритмы обработки информации в модулярной арифметике // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т “ХАИ”, 2006. - Вып. № 30. - С. 139-150.
12. Илюшко Я.В., Деренько Н.С., Краснобаев В.А., Khery A. Abdullah. Метод и алгоритмы оптимизации совокупности оснований системы обработки информации АСУ ТП реального времени, функционирующей в модулярной арифметике // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т “ХАИ”, 2006. - Вып. № 32. - С. 119-123.
13. Деренько Н.С. Обоснование требований к выбору показателей для оценки надежности специализированной системы обработки информации АСУ ТП // Труды 16-й международной конференции “Новые технологии в машиностроении”. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т “ХАИ”, 2006. - С.27.
14. Деренько Н.С. Результаты исследования математической модели надежности управляющего вычислительного комплекса АСУ ТП, функционирующего в классе вычетов // Материалы шестой международной научно-технической конференции “Проблемы информатики и моделирования”. - Харьков: Нац. техн. ун-т “ХПИ”, 2006. - С. 27.
15. Краснобаев В.А., Н.С. Деренько. Решение задачи динамического резервирования в модулярной арифметике // Матеріали другої наукової конференція Харківського університету Повітряних Сил імені Івана Кожедуба. - Харків: ХУ ПС, 2006. - C. 22.
16. Илюшко В.М., Деренько Н.С. Обоснование возможностей эффективного использования кодов в классе вычетов для создания средств обработки информации АСУ ТП // 5 Міжнародна науково-практична конференція “Сучасні проблеми екологічної та техногенної безпеки регіонів”. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т “ХАИ”, 2006. - С. 15-16.
17. Деренько Н.С., Илюшко В.М. Обоснование требований к выбору показателей для оценки надежности СОИ АСУ ТП, представленной в классе вычетов // Міжнародна науково-технічна конференція “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2006”. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т “ХАИ”, 2006. - С. 274-275.
18. Илюшко В.М., Деренько Н.С. Исследование влияния надежности системы обработки информации на производительность обработки информации АСУ ТП в классе вычетов // Труды 4-й международной научно-практической конференции “Современные информационные технологии в экономике и управлении предприятиями, программами и проектами”. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т “ХАИ”, 2006. - С. 54.
19. Патент України № 27631, G06F 7/52. Пристрій для множення у системі залишкових класів по модулю Р. С.О. Кошман, М.С. Деренько, О.В. Зефірова, В.А. Краснобаєв, Хері Алі Абдуллах. - № 200706918. Заявл. 19.06.2007. Опубл. 12.11.2007, Бюл. № 18.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Шляхи підвищення ефективності механічної обробки деталей. Розробка математичної моделі технологічної системи для обробки деталей типу вал як системи масового обслуговування. Аналіз результатів моделювання технологічної системи різної конфігурації.
реферат [48,0 K], добавлен 27.09.2010Технологічна схема процесу обробки текстової та образотворчої інформації. Зображення цифрового оригіналу. Обґрунтування вибору способу друку. Аналіз оригіналу і вироблення стратегії обробки. Верстка та кольоропроба. Виготовлення друкарських форм.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 11.12.2012Ознайомлення з технологічним процесом, конструкцією і принципом дії основного технологічного обладнання та методикою розрахунку характеристик електроерозійної обробки. Теоретичні основи електроерозійної обробки. Призначення електроерозійного верстату 183.
практическая работа [43,9 K], добавлен 27.01.2010Наукова-технічна задача підвищення технологічних характеристик механічної обробки сталевих деталей (експлуатаційні властивості) шляхом розробки та застосування мастильно-охолоджуючих технологічних засобів з додатковою спеціальною полімерною компонентою.
автореферат [773,8 K], добавлен 11.04.2009Експертні системи - застосування штучного інтелекту. Будівля, функції та порівняння експертних систем. Домінуюча роль знань в експертних системах. Способи одержання знань про аналізовану систему. Спосіб самостійного і звичайного прийому інформації.
реферат [34,4 K], добавлен 18.07.2010Сутність електроерозійних методів обробки металу, її різновиди; фізичні процеси, що відбуваються при обробці. Відмінні риси та основні, технологічні особливості і достоїнства електрохімічних методів. Технологічні процеси лазерної обробки матеріалів.
контрольная работа [2,0 M], добавлен 15.09.2010Загальна характеристика методів дослідження точності обробки за допомогою визначення складових загальних похибок. Розрахунки розсіяння розмірів, пов'язані з помилками налагодження технологічної системи. Визначення сумарної похибки аналітичним методом.
реферат [5,4 M], добавлен 02.05.2011Основні принципи здійснення електроерозійного, електрохімічного, ультразвукового, променевого, лазерного, гідроструменевого та плазмового методів обробки матеріалів. Особливості, переваги та недоліки застосування фізико-хімічних способів обробки.
реферат [684,7 K], добавлен 23.10.2010Вибір ефективної моделі брюк. Обґрунтування вибору матеріалів для виготовлення моделей. Послідовність технологічної обробки виробів. Розрахунок ефективно вибраних методів обробки. Технологічна характеристика устаткування. Управління якістю продукції.
курсовая работа [730,9 K], добавлен 05.12.2014Характеристика сучасного і перспективного напрямку моди. Історія появи піжами. Вибір і характеристика матеріалів для пошиття піжами. Основні виміри фігури, опис моделі. Характеристика методу побудови креслення. Технологічна послідовність обробки піжами.
дипломная работа [754,4 K], добавлен 11.09.2014