Решение задачи повышения надежности резервирования с помощью эволюционного моделирования - Дипломная работа

Данная дипломная работа посвящена решению задачи повышения надежности резервирования компонентов стендовой информационно-управляющей системы для проведения огневых испытаний жидкостных ракетных двигателей. Актуальность данной тематики состоит в том, что не существует универсальных формализованных методов, алгоритмов, программ, позволяющих автоматизировать процесс управления надежностью для любой сложной технической системы на всех этапах ее жизненного цикла. Решение таких задач требует разработки специальных алгоритмов и методов решения, которые не всегда удается получить. Поэтому решение данной задачи было решено искать с помощью универсальных алгоритмов эволюционного моделирования, которое заключается в замене моделирования сложного объекта моделированием его эволюции.При проведении огневых испытаний жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) предъявляются особые требования к безотказности технических средств автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).В основу системы управления положена релейная автоматика. Основой релейной автоматики являются дискретные ключевые элементы, обеспечивающие подачу и снятие команд управления и имеющие состояния: «замкнут», «разомкнут». На рис.1 представлена структурная схема резервирования 1оо2 для ключевых элементов. Схема представленная на рис.1 б нечувствительна к отказам типа КЗ изза наличия блока переключения на резерв. Однако данной схеме также присущи недостатки: блок переключения на резерв должен быть абсолютно надежным (а он в общем случае также состоит из ключей), требуется достаточно информативный сигнал диагностики для определения момента возникновения отказа, имеется ограничение по времени переключения на резерв.Теория надежности - наука, изучающая закономерности отказов технических систем. · научные методы эксплуатации техники, обеспечивающие ее высокую надежность. Надежность является важнейшим параметром любой технической системы. Надежностью называется свойство технического объекта сохранять свои характеристики (параметры) в определенных пределах при данных условиях эксплуатации. Из этого определения следует, что надежность - понятие объективное, не зависимое от нашего сознания.Надежность зависит от многих внешних и внутренних факторов и оценивается многими критериями и показателями. Все это привело к появлению в теории надежности большого числа различных терминов и их определений. Элемент - объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом свойств, внутреннее строение (содержание) которого значения не имеет. В теории надежности под элементом понимают элемент, узел, блок, имеющий показатель надежности, самостоятельно учитываемый при расчете показателей надежности системы. Система - совокупность связанных между собой элементов, обладающая свойством (назначением, функцией), отличным от свойств отдельных ее элементов.На ее основе могут быть получены следующие показатели надежности невосстанавливаемого элемента: · P(t) - вероятность его безотказной работы в течение времени t; Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что технический объект не откажет в течение времени t или что время ? работы до отказа технического объекта больше времени его функционирования t: Вероятность безотказной работы является убывающей функцией во времени, имеющей следующие свойства: Вероятность отказа в течение времени t определяется следующим образом: Плотность распределения времени безотказной работы - это плотность распределения случайной величины . Интенсивностью отказов называется отношение плотности распределения к вероятности безотказной работы объекта: Интенсивность отказов является основным показателем надежности элементов сложных систем. Это объясняется следующими обстоятельствами: надежность многих элементов можно оценить одним числом, т.к. интенсивность отказа элементов - величина постоянная; по известной интенсивности наиболее просто оценить остальные показатели надежности как элементов, так и сложных систем. Средним временем безотказной работы называется математическое ожидание времени безотказной работы технического объекта: Как математическое ожидание случайной величины с плотностью среднее время безотказной работы вычисляется по формуле: Среднее время безотказной работы является интегральным показателем надежности.Экспоненциальное распределение применяется в областях, связанных с "временем жизни": в медицине - продолжительность жизни больных, в надежности - продолжительность безотказной работы устройства, в психологии - время, затраченное на выполнение тестовых задач. Таким образом, параметр характеризует число отказов элемента в единицу времени и называется интенсивностью отказов, он имеет размерность (время)-1, например, час-1 или лет-1. Плотность экспоненциального распределения задается как: Функция надежности определяет вероятность безотказной работы за время Обозначим как Ai - событие, означающее безотказную работу i-го элемента системы, а отказ как . A, означающее безотказную работу всей сис

Оглавление

Введение.

Глава 1. Суть проблемы повышения надежности резервирования компонентов стендовой информационно-управляющей системы для проведения огневых испытаний жидкостных ракетных двигателей

1.1 Общие сведения о надежности аппаратных средств и методах резервирования

1.2 Архитектура систем управления огневыми испытаниями ЖРД

Глава 2. Основы теории надежности

2.1 Теория надежности как наука, понятие надежности и отказа

2.2. Терминология теории надежности

2.3 Критерии надежности невосстанавливаемых систем

2.4 Экспоненциальное распределение времени до отказа.

Глава 3. Математическая модель выбора вариантов резервирования компонентов стендовой информационно-управляющей системы

Глава 4. Генетические алгоритмы.

4.1 Общая схема генетического алгоритма

4.2 Создание начальной популяции

4.3 Отбор (селекция)

4.4 Скрещивание (кроссовер)

4.5 Мутация

4.6 Формирование новой популяции.

Глава 5. Генетический алгоритм решения задачи выбора вариантов резервирования компонентов стендовой информационно-управляющей системы

Глава 6. Разработка приложения

6.1 Требования к приложению.

6.2 Особенности реализации.

6.3 Графический интерфейс

6.4 Тестирование приложения, определение оптимальных параметров

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Листинг программы

Данная дипломная работа посвящена решению задачи повышения надежности резервирования компонентов стендовой информационно-управляющей системы для проведения огневых испытаний жидкостных ракетных двигателей. Актуальность данной тематики состоит в том, что не существует универсальных формализованных методов, алгоритмов, программ, позволяющих автоматизировать процесс управления надежностью для любой сложной технической системы на всех этапах ее жизненного цикла. Основная сложность задачи обусловлена ее многокритериальностью. Решение таких задач требует разработки специальных алгоритмов и методов решения, которые не всегда удается получить. Поэтому решение данной задачи было решено искать с помощью универсальных алгоритмов эволюционного моделирования, которое заключается в замене моделирования сложного объекта моделированием его эволюции. Эволюционные методы в отличие от точных методов математического программирования позволяют находить решения, близкие к оптимальным, за приемлемое время

Таким образом, целью данной работы является реализация приложения, позволяющего с помощью алгоритмов эволюционного моделирования получать оптимальные или близкие к оптимальным решения.

Для достижения поставленной цели были выполнены следующие этапы: 1. Изучение сути проблемы данной задачи;

2. Изучение основы теории надежности;

3. Изучение математической модели данной задачи;

4. Разработка алгоритмов решения задачи;

5. Программная реализация;

6. Тестирование программы.