Главная » 2014»Сентябрь»22 » Скачать Анализ структурной надежности при проектировании сложных систем передачи информации с применением логико-вероятностных методов. бесплатно
2:38 AM
Скачать Анализ структурной надежности при проектировании сложных систем передачи информации с применением логико-вероятностных методов. бесплатно
Анализ структурной надежности при проектировании сложных систем передачи информации с применением логико-вероятностных методов
Диссертация
Автор: Чертков, Роман Александрович
Название: Анализ структурной надежности при проектировании сложных систем передачи информации с применением логико-вероятностных методов
Справка: Чертков, Роман Александрович. Анализ структурной надежности при проектировании сложных систем передачи информации с применением логико-вероятностных методов : диссертация кандидата технических наук : 05.13.12 Воронеж, 2004 115 c. : 61 04-5/3938
Объем: 115 стр.
Информация: Воронеж, 2004
Содержание:
ГЛАВА 1 ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ И СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
11 Необходимость расчета надежности и структурного анализа
12 Автоматизированное проектирование сложных систем и повышение его эффективности
13 Существующие средства и методы расчета надежности и структурного анализа
14 Цель и задачи исследования
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ РШФОРМАЦИИ
21 Состав и структура математического обеспечения процесса проектирования СПИ
22 Формализация условий работоспособности системы с точки зрения алгебры логики
23 Расчет надежности системы с помощью алгоритма ортогонализации
24 Описание условий работоспособности системы через минимальные сечения отказов
25 Учет восстановления элементов при расчете надежности
26 Анализ структуры системы и определение эффективности резервирования
27 Модификация логико-вероятностного метода для расчета надежности двухполюсных систем
28 Основные выводы второй главы
ГЛАВА 3 РШФОРМАЦИОННОЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ СТРУКТУРНО-СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
31 Информационное обеспечение автоматизированного проектирования структурно-сложных систем
32 Общий алгоритм расчета и анализа надежности сложной системы
321 Расчет надежности без учета восстановления элементов
322 Расчет надежности с учетом восстановления элементов
33 Определение эффективности резервирования
34 Общий алгоритм надежностного анализа СПИ и рекомендации по использованию его результатов
35 Основные выводы третьей главы
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АНАЛИЗА СТРУКТУРНОЙ НАДЕЖНОСТИ
41 Общая характеристика программного обеспечения
42 Организация пользовательского интерфейса
43 Анализ эффективности программного обеспечения
44 Основные выводы четвертой главы
Введение:
Актуальность темы. Процесс автоматизированного проектирования технических систем различного назначения, включая системы связи и передачи информации (СПИ), на современном этапе его развития предполагает использование как универсального, так и специализированного программного обеспечения (ПО).С учетом того, что распространение сложных систем передачи информации, обладающих разветвленной структурой и включающих огромное количество элементов приобретает в последние годы глобальный характер, становится очевидной необходимость применения средств автоматизации проектирования и в этой относительно новой области.Помимо этого в настоящее время информация, а также ее стабильное и своевременное получение становятся определяющим фактором не только в развитии отдельно взятых предприятий и систем, но и на межгосударственном уровне. Перебои со связью, отключения телефонов и Internet приносят миллионные убытки в течение считанных часов. А причиной этих отключений часто является непродуманное построение топологии сетей, неправильное распределение нагрузок на узлы и линии связи, нерациональная последовательность сервисного обслуживания.Большинство работ, касающихся данной тематики, построены на классических последовательных схемах отказов или использовании "деревьев отказов", которые опять-таки подразумевают последовательную структуру и не позволяют учесть взаимовлияния элементов системы, а также извлечь количественные характеристики, позволяющие определить степень значимости того или иного элемента и соотнести затраты на повышение его надежности с потерями при выходе данного элемента из строя.Из сказанного следует вывод о необходимости разработки и применения систем автоматизации проектирования (САПР) при использовании современной информационной технологии проектирования сетей связи и передачи информации, что определяет актуальность диссертационной работы.Диссертационная работа выполнена в соответствии с ГБ НИР 2000.17 «Проектирование и технология электронных средств» в рамках одного из основных направлений Воронежского государственного технического университета «САПР и системы автоматизации производства».Цель и задачи исследования. Целью работы является обоснование и разработка математических моделей, алгоритмов, программного и информационного обеспечения комплекса надежностного и структурного анализа при проектировании СПИ. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи: -разработка оптимального метода представления условий работоспособности системы с точки зрения достоверности результата и ориентации на последующее проведение машинных расчетов надежности в условиях недостаточного объема априорной информации; -разработка математического и алгоритмического обеспечения автоматизированного расчета надежности систем на ранних этапах проектирования; -разработка программных модулей формирования матрицы работоспособности системы и моделей, позволяющих определять дифференциальные характеристики элементов технической системы, на основании которых формируются рекомендации по ее проектированию и эксплуатации; -учет в перечисленных выше моделях и алгоритмах возможности восстановления элементов систем; -реализация предложенных алгоритмов и моделей при создании специализированной подсистемы, проблемно-ориентированной на расчет и анализ структурной надежности сложных систем передачи информации.Методы исследования основаны на использовании элементов теории вероятностей, алгебры логики, логико-вероятностных методах структурного анализа, а также методах вычислительной математики, математического моделирования и оптимизации, структурного программирования.Научная новизна. В работе получены следующие результаты, отличающиеся научной новизной: 1. Проектные процедуры анализа структурной надежности, схема их взаимодействия в процессе проектирования сложных систем, а также структура соответствующего математического обеспечения, отличающиеся возможностью описания условий работоспособности системы через минимальные сечения отказов и кратчайшие пути успешного функционирования, а также учета преобладающего типа отказов в системе.2. Модели работоспособности системы и алгоритмы анализа показателей надежности, основанные на представлении ортогональной дизъюнктивной формы функции работоспособности в уплотненном виде, позволяющие существенно уменьшить объем вычислений при обработке матрицы работоспособности.3. Алгоритмы вычисления дифференциальных характеристик элементов ССС, отличающиеся возможностью оценки степени значимости того или иного элемента для работоспособности системы в целом, на базе чего появляется возможность сделать выводы о целесообразности ввода резерва.4. Алгоритм анализа надежности, позволяющий учитывать восстановление элементов, отличающийся использованием теории случайных импульсных потоков в рамках логико-вероятностных методов.Практическая ценность работы заключается в том, что на основе предложенных моделей и алгоритмов разработано информационное и программное обеспечение комплекса надежностного проектирования СПИ, использование которого позволяет не только значительно сократить затраты труда при проектировании, но и получить значительную экономию в эксплуатации систем за счет оптимизации структуры на ранних этапах разработки и внедрения.Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований использовались в ГБ НИР 2000.17 «Проектирование и технология электронных средств», а также легли в основу нового курса: лабораторных работ для студентов специальности 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» ВГТУ. Программа расчета надежности структурносложных систем была использована при проектировании топологии системы сбора информации для модульных котельных и тепловых пунктов в Орловской области по заказу ОАО «Промгаз» в 2003 году, и внедрена на ЗАО «Сотовая связь Черноземья», о чем свидетельствуют прилагаемые акты внедрения.Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Всероссийской научно - технической конференции молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, КГТУ, 2001, 2003, 2004), международной конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий» (Сочи, 2001, 2003), Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2001), всероссийском совещании-семинаре «Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине» (Воронеж,.1997). Разработанное программное обеспечение зарегистрировано в Государственном фонде алгоритмов и программ Российской Федерации.Публикации: По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежит: в [90, 91, 100] - методика анализа структурной надежности, требования к математическим моделям; в [92, 99] - расчетные процедуры для определения дифференциальных характеристик злементов; в [93, 97] алгоритмы определения количественных характеристик резервирования, в [42, 98, 102] - математические расчеты, в [96] - разработка программного обеспечения.Структура и объем работы; Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 115 листах машинописного текста, содержит 20 рисунков и 3 таблицы, а также список использованных источников, включающий 129 наименований, и четыре приложения.В первой главе определены основные понятия, касающиеся расчета надежности сложных систем, обоснована необходимость расчета надежности и структурного анализа при проектировании СПИ, а также необходимость применения специализированных программных комплексов.Проанализированы возможности современных программных средств расчета надежности и предъявляемые к ним требования, на основе чего отмечены существенные недостатки существующих разработок, а именно: - сложность учета всех взаимосвязей элементов системы, связанная с проведением многократных повторных расчетов для выявления степени влияния надежности элемента на надежность системы в целом; - отсутствие возможности структурного анализа из-за отсутствия параметров, количественно определяющих зависимость эффективности функционирования системы от состояния элементов; - трудность формализации, особенно для разветвленных систем с обширным резервированием; - сложность учета изменения динамики отказов вследствие изменения степени нагруженности элементов при отказе некоторьрс из них и введении резервных ветвей, т.е. учета корреляции отказрв.На основе изложенной информации обоснован выбор логиковероятностных методов в качестве основы для создания проблемноориентированного программного комплекса, сформулированы основные задачи, решаемые в рамках исследования, и поставлена цель диссертационной работы разработка математических моделей, алгоритмов, программного и информационного обеспечения комплекса надежностного и структурного анализа при проектировании СПИ, Во второй главе сформирован состав и структура математического обеспечения анализа структурной надежности, определены требования к используемым математическим моделям. Рассмотрена методика построения функции работоспособности системы (ФРС), приведены расчетные формулы для определения надежности системы в целом и дифференциальных характеристик элементов.На основе расчетных выражений разработаны алгоритмы расчета указанных характеристик, ориентированные на машинный расчет и построенные на процедурах обработки многомерных массивов данных.На примере простой системы изложена методика использования дифференциальных характеристик элементов системы для определения формы и эффективности резервирования.Также изложена возможность расчета надежности систем с учетом восстановления на основе использования теории случайных импульсных потоков и модификация логико-вероятностного метода для расчета надежности двухполюсных систем, которая может быть полезна при анализе отдельных ветвей сети.В третьей главе предложено информационное обеспечение анализа структурной надежности СПИ. Обоснован выбор многоуровневой иерархической структуры базы данных (БД) для проектирования, а также описаны информационные структуры, входяш;ие в цнформационное обеспечение системы расчета и анализа надежности ССС. Приведены блок-схемы расчетных алгоритмов с описанием их функционирования, описаны используемые в программном обеспечении структуры данных.Разработан общий алгоритм анализа структурной надежности и изложены основные рекомендации по выбору показателей надежности, типа резерва и определению эффективности резервирования.Четвертая глава посвящена описанию программного обеспечения, реализующего описанные ранее модели и алгоритмы, разработанного для операционной системы Windows в среде Borland Delphi 6. Программа построена на основе модульного принципа и работает в диалоговом режиме. В соответствии с пожеланиями пользователя из основного окна программы вызываются те или иные проектные процедуры, обмен информацией между которыми осуществляется путем постоянных или временных баз данных.Предусмотрена возможность сохранения результатов расчетов в отдельный файл или вывод их на печать.В заключении изложены основные результаты, полученные в процессе работы над диссертацией.
