системы с отказами и системы с ожиданием.

В системах с отказами заявка, поступившая в момент времени, когда все каналы обслуживания заняты, немедленно получает отказ, покидает систему, и в дальнейшем процессе обслуживания эта заявка не участвует.

В системах с ожиданием заявка, заставшая все каналы занятыми, становится в очередь и ожидает, пока не освободится какой-нибудь канал, т. е. заявка систему не покидает.

Область применения математических моделей и методов теории массового обслуживания непрерывно расширяется. Многие задачи, связанные с системами радиосвязи, исследования их эффективности и надежности, определяются методами, заимствованными из теории массового обслуживания.

Модели надежности

Требования к надежности систем радиосвязи постоянно возрастают. В значительной степени это определяется усложнением систем, увеличением числа выполняемых функций, расширением области применения и т.д. Математические модели надежности необходимы при проектировании РЭС для выбора варианта, который будет обеспечивать ее эффективное функционирование в процессе реальной эксплуатации. Кроме того, модели надежности требуются при решении задач диагностики неисправностей, планирования ремонтно-профилактических работ и комплектования запасными частями.

При построении модели надежности системы в первую очередь требуется определить:

• состояния, которые являются отказами системы (отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта, т. е. когда не обеспечивается нормальное функционирование при выполнении поставленных задач), факт возникновения отказа устанавливается критериями отказа согласно нормативно-технической документации;

• характер процессов возникновения отказов компонентов исследуемой системы, эти процессы описывают с помощью вероятностных законов и дифференциальных уравнений;

• конфигурацию (структуру) системы, в том числе характер соединения компонентов, правила работы, наличие резервирования, схему обслуживания и т. п.

Важную роль для построения модели надежности играет выделение класса системы по отношению к ремонту и восстановлению.

Восстановление — это процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) с целью восстановления его работоспособности (исправности). Объект называется восстанавливаемым, если работоспособность его в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях, и невосстанавливаемым — если не подлежит. Один и тот же объект в зависимости от ситуации может быть восстанавливаемым или невосстанавливаемым. Например, электронная аппаратура спутника на этапе хранения иподготовки к старту — восстанавливаемая, а во время полета — ^восстанавливаемая. Ремонт представляет собой комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности объекта и восстановлению ресурса объекта или его элементов. Заметим, что ресурс (технический ресурс) — это наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта (среднего, капитального) до наступления предельного состояния. Под наработкой понимается продолжительность или объем работы объекта. Предельным называется состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению должно быть прекращено из-за неустранимого нарушения требований безопасности или неустранимого отклонения заданных параметров за установленные пределы, недопустимого увеличения эксплуатационных расходов или необходимости проведения капитального ремонта. Признаки (критерии) предельного состояния устанавливают в соответствии с требованиями нормативно-технической документации (НТД) на систему. Ремонт объекта может выполняться заменой или восстановлением отдельных элементов и сборочных единиц. Объект называется ремонтируемым, если его работоспособность в случае возникновения отказа или повреждения подлежит восстановлению, проведение ремонта объекта предусматривается в НТД. Объект, исправность и работоспособность которого в случае возникновения отказа (повреждения) не подлежит восстановлению, — неремонтируемый. Таким образом, ремонт предусматривает возможность замены отказавших частей и не увязывается с рассматриваемыми условиями (ситуацией). Классификация объектов по отношению к ремонту и восстановлению приведена на рис. 4.26.

МЕТОДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Применительно к этапам проектирования РЭС можно выделить четыре группы задач:

 системотехнического,

 схемотехнического,

 конструкторско-технологического проектирования и

испытания РЭС.

В процессе решения системотехнических задач определяются цели проектирования, выполняется краткое технико-экономическое обоснование, формулируются задачи проектирования сначала на качественном уровне, и затем на основе количественных данных разрабатывается план выполняемых работ. Во многих случаях план включает выполнение научно-исследовательских работ с решением задач структурной оптимизации и др.

Основные особенности задач этой группы: высокая степень ответственности за получение правильных результатов, большая неопределенность используемых данных, недостаточность разработанных методик и математических методов решения таких задач. В связи с этим при решении системотехнических задач широкое применение находят ИТ управления рисками, поддержки принятия решений, управления проектами и др. При проектировании важно помнить, что ошибки, допущенные на начальных этапах проектирования и обнаруженные на последующих этапах, требуют на порядок больше затрат по сравнению с затратами на их своевременное устранение на соответствующем этапе (правило «десятикратных затрат»).

Для решения задач схемотехнического проектированияразработано большое число математических методов, которые используются в математическом обеспечении современных САПР. Результаты решения схемотехнических задач служат исходными данными для конструкторско-технологического проектирования, а также для разработки испытательной аппаратуры.

Решение задач конструкторско-технологического проектированияво многом регламентировано существующими нормативно техническими документами. Вместе с тем широко используются методы оптимизации, позволяющие вырабатывать оптимальные проектные решения, как по конструктивно-технологическим, так и экономическим показателям. При автоматизированном решении задач конструкторского проектирования важное место занимают

задачи компоновки (объединения модулей низшего уровня структурной иерархии элементов конструкции в модули более высокого уровня),

размещения (оптимального расположения элементов в монтажном пространстве) и

трассировки (определения линий, соединяющих эквипотенциальные контакты компонентов проектируемых устройств).

Все группы задач тесно взаимосвязаны, и во многих случаях при решении задач одной группы приходится возвращаться к решению предшествующих задач. Например, при выполнении конструкторско-технологического проектирования может возникнуть необходимость пересмотра решений схемотехнических задач и даже принципа действия РЭС, т. е. в схеме процесса проектирования имеют место обратные связи и отдельные итерации могут выполняться многократно.

Во многих случаях задачи проектирования РЭС и технологической подготовки производства формулируются как оптимизационные. При этом общая задача проектирования декомпозируется на ряд частных задач. Постановка задачи оптимизации включает несколько этапов, основными из них являются следующие:

• выделение (описание) объекта и формулировка цели проектирования;

• построение математической модели объекта, которая характеризует связь варьируемых конструктивных параметров с показателями эффективного достижения намеченных целей;

• задание ограничений на изменение варьируемых параметров, а также на значения других переменных и параметров, т. е. формирование области поиска возможных решений;

• строгая математическая постановка задачи, содержащая модель объекта, критерий оптимальности, варьируемые переменные (параметры), возможные ограничения и другие особенности задачи. Задачи оптимизации классифицируются по разным признакам.

В зависимости от вида критерия оптимальности различаютзадачи со скалярным критерием и задачи с векторным критерием.

По виду математической модели выделяют задачи линейного и нелинейного программирования, с непрерывным или целочисленным изменением варьируемых параметров.

В зависимости от степени определенности исходных данных (параметров модели, внешних воздействий и т. п.) различают детерминированные и стохастические задачи, задачи в условиях неопределенности.

При создании новых РЭС и используемых в них информационных технологий (программных продуктов) наибольшее распространение получили два вида моделей выполнения проектов: каскадная («водопад») и спиральная.

Для каскадной модели пунктиром показаны обратные связи, т. е. возможные коррекции по результатам принятия решения после окончания очередного этапа.

Рис.5.1,а. Модель выполнения проектов по созданию новых РЭС. Каскадная модель

Спиральная модель предполагает итерационный процесс выполнения проекта. Каждая итерация представляет собой определенный цикл разработки, приводящий к созданию действующего образца проектируемого объекта или версии программного обеспечения.

Рис.5.1,б. Модель выполнения проектов по созданию новых РЭС.

Спиральная модель

В условиях обостряющейся конкурентной борьбы на рынке электронных средств роль оперативного принятия обоснованных решений постоянно возрастает. Руководству предприятий электронного профиля приходится принимать исключительно ответственные решения по разработке стратегии развития предприятия, созданию благоприятного конкурентного положения, выбору новых видов продукции для производства, увеличению доли рынка и т. д.

Принятие обоснованного решения в основном определяется тремя факторами:

1) правильной постановкой задачи исследования, т. е. определением модели рассматриваемой задачи;

2) выбором наиболее эффективного метода (группы методов) решения задачи;

3) использованием компьютерных технологий для оперативной обработки данных в процессе решения и представления результатов.

В табл. 5.2 приведены методы, наиболее часто используемые на разных этапах проектирования и в различных условиях, связанных с достаточностью информации для принятия проектных решений. Распределение методов в таблице условно, один и тот же метод может применяться на разных этапах и в разных условиях.

С позиций системного подхода выделяют задачи системного анализа и системного синтеза.

В результате решения задач системного синтеза разрабатывается, например, структура проектируемой системы, которая удовлетворяет требованиям технического задания.

Задачи анализа в основном заключаются в определении свойств системы при конкретной структуре и значениях параметров системы. Для каждого этапа проектирования характерны свои задачи анализа и синтеза. В большинстве случаев они решаются как оптимизационные и тесно взаимосвязаны, так как для решения одних задач в качестве исходных данных используются результаты решения других. Например, в результате анализа свойств и характеристик прототипа решается задача структурного синтеза проектируемого объекта, а полученные варианты структуры анализируются с целью выбора наиболее предпочтительной.

В общем случае математическая формулировка оптимизационной задачи проектирования РЭС может быть записана следующим образом:

Q (L, U) —>extr,

где U ∈ S , Q — экстримизируемый функционал; L — условия функционирования объекта; U — вектор (массив) варьируемых переменных (параметров); S — область значений U, при которых они удовлетворяют требуемым ограничениям,

Эти ограничения в форме равенств и неравенств связаны с необходимостью удовлетворения различных требований, предъявляемых к проектируемой РЭС. В процессе проектирования определяются варианты структуры W системы и вектора ее параметров С = (с_і,...,с _n ),включающего параметры элементов электрических схем, характеристики модулей и т.п., таким образом,

U = ( W , C ).

Оптимальные структура W*и вектор параметровС*РЭС находятся в результате решения оптимизационной задачи

где S_w,S_c — множества допустимых структур и параметров. На различных этапах проектирования задача оптимизация формулируется с учетом вида критерия Q, состава варьируемых переменных и других особенностей исходных данных.