Browsing by Author "Волочій, Богдан Юрійович"

Now showing 1 - 2 of 2

Підвищення ефективності аналізу структур та алгоритмів функціональної і надійнісної поведінки радіоелектронних комплексів
(Національний університет "Львівська політехніка", 2008) Волочій, Богдан Юрійович
В дисертаційній роботі здійснено подальший розвиток методології аналітичного моделювання поведінки локальних радіоелектронних комплексів (РЕК) у вигляді дискретно-неперервних стохастичних систем (ДНСС) та методів розробки надійнісних моделей сіткових і ієрархічних структур інформаційних мереж регіональних РЕК для ефективного розв’язання задач аналізу, евристичного синтезу та оптимізації структур і алгоритмів функціональної та надійнісної поведінки на етапі системотехнічного проектування. Серйозним обмеженням при використанні теорії марковських процесів для створення моделей структури та поведінки таких складних об’єктів проектування, як РЕК, залишається проблема розробки моделі у вигляді графа станів і переходів. Використання логіко-імовірнісних методів для надійнісного аналізу сіткових та ієрархічних структур інформаційних мереж РЕК обмежує проблема формування функції працездатності. Вказані проблеми суттєво знижують можливості ефективного використання цих методів аналізу, а відтак евристичного синтезу та оптимізації, при розв’язанні задач системотехнічного проектування РЕК. Для вирішення першої проблеми запропоновано: формалізовані методи побудови моделей структури і поведінки об’єктів проектування у вигляді графа станів і переходів на основі базових подій або на основі блок-схеми алгоритму поведінки для їх аналізу як ДНСС марковського типу; метод трансформації моделі об’єкту проектування у вигляді графа станів і переходів для його аналізу як ДНСС немарковського типу; формалізований метод представлення структури і поведінки об’єкту проектування у вигляді логіко-імовірнісної моделі. Вирішення другої проблеми забезпечено розвитком методів аналізу структурної живучості інформаційних мереж регіональних РЕК з сітковою структурою та з несиметричною ієрархічною структурою складного підпорядкування і на їх основі створено методи надійнісного синтезу та надійнісної оптимізації структур.В диссертационной работе осуществлено дальнейшее развитие методологии аналитического моделирования поведения локальных радиоэлектронных комплексов (РЭК) в виде дискретно-непрерывных стохастических систем (ДНСС), а также методов разработки надежностных моделей сетевых и иерархических структур информационных сетей региональных РЭК для эффективного решения задач анализа, эвристического синтеза и оптимизации структур и алгоритмов функционального и надежностного поведения на этапе системотехнического проектирования. Серьезным ограничением при использовании теории марковских процессов для создания моделей структуры и поведения таких сложных объектов проектирования, как РЭК, остается проблема разработки модели в виде графа состояний и переходов. Использование логико-вероятностных методов для надежностного анализа сетевых и иерархических структур информационных сетей РЭК ограничивает проблема формирования функции работоспособности. Указанные проблемы существенно снижают возможности эффективного использования этих методов анализа, а затем эвристического синтеза и оптимизации, при решении задач системотехнического проектирования РЭК. Для решения первой проблемы осуществлено развитие методологии аналитического моделирования ДНСС, которое реализуют: а) предложенные формализованные представления структуры и поведения объекта проектирования в виде структурно-автоматных моделей и методы их разработки на основе: базовых событий и соответствующего описания условий и обстоятельств или блок-схемы алгоритма поведения; б) предложенный формализованный метод формирования моделей в виде графа состояний и переходов на основе структурно-автоматных моделей объекта проектирования. В отличие от известной методологии аналитического моделирования ДНСС, усовершенствованная методология обеспечивает: возможность контролировать полноту (адекватность) модели в виде графа состояний и переходов на основе анализа структурно-автоматных моделей; безошибочное построение функциональной, надежностной или комплексной модели поведения объекта проектирования в виде графа состояний и переходов; возможность объединения функционального и надежностного поведения использованной отказоустойчивой конфигурации в одной комплексной модели объекта исследования снимает проблему учета влияния ненадежности аппаратных средств на его функциональные показатели; существенное уменьшение затрат времени на решение задач эвристического синтеза в сравнении с известной методологией аналитического моделирования ДНСС. С использованием усовершенствованной методологии аналитического моделирования ДНСС для решения задач эвристического синтеза созданы: а) надежностные модели отказоустойчивых конфигураций с комбинированным структурным резервированием для подсистем ретрансляторов радиорелейных линий связи, в которых вместе с аппаратной избыточностью учтены особенности их надежностного поведения, обусловленного использованием средств контроля, диагностики и переключения, а также стратегий восстановления (технического обслуживания и ремонта); б) модель адаптивной процедуры выбора пакетов на обслуживание из совокупности буферных запоминающих устройств в бортовых телеметрических комплексах с иерархической структурой и модель цифровой системы коммутации ЕС-11 информационной сети при использовании протокола LAPD. Для объектов проектирования, математическое представление которых соответствует ДНСС немарковского типа, предложен новый метод трансформации модели в виде графа состояний и переходов (метод эквивалентной интенсивности потока), в основу которого положена аппроксимация немарковского процесса неоднородным марковским процессом. Предложен новый метод разработки логико-вероятностных моделей прицельных РЭК, представленных блок-схемой алгоритма поиска и обнаружения целей, на основе нового формализованного представления структуры и алгоритма поведения объекта проектирования в виде структурно-автоматной модели. Уровень формализации метода позволяет автоматизировать процесс разработки логико-вероятностных моделей и ее анализа. Решение второй проблемы обеспечено развитием методов анализа структурной живучести информационных сетей региональных РЭК с сетевой структурой, а именно: а) предложен метод формализованного построения логико-вероятностных моделей сетевых структур на основе логико-вероятностного траекторного моделирования; предложенный метод, в отличие от существующих, позволяет получать формулы для определения вероятности парной связности, в которых не отображаются члены, которые подлежат сокращению; благодаря высокому уровню формализации, метод позволяет автоматизировать процесс разработки логико-вероятностных моделей сетевых структур и дает выигрыш в скорости вычислений по сравнению с корреляционным методом и методом разложения структуры относительно ключевого элемента с маскировкой состояний более чем в 10 раз; б) усовершенствован метод разложения структуры относительно ключевого элемента, в котором предложена процедура маскировки состояний; в) предложен метод преобразования фрагмента структуры типа “многолучевая звезда” в “многоугольник”. Для информационных сетей региональных РЭК с несимметричной иерархической структурой со сложным подчинением предложен метод структурного анализа на основе логико-вероятностного траекторного моделирования, который позволил автоматизировать процес анализа. Получил дальнейшее развитие метод надежностной оптимизации состава структуры бортового телеметрического комплекса.In the thesis the subsequent development of the methodology of the analytical modelling the behaviour of local radio engineering complexes (REC) in the form of discrete-continuous stochastic systems (DCSS) and methods of the development the reliable models of net and hierarchic structures of the informational network of regional REC for the effective solving the analysis problems, the problems of heuristic synthesis and optimization the structures and algorithms of the functional and reliable behaviour at the stage of system designing is accomplished. During the usage of Markov process for creation the models of structure and behaviour of such complicated design objects as REC the significant limitation is the problem of development the model in the form of state transition diagram. The problem of formation the operability function limits the usage of logical-and-probabilistic methods for the reliable analysis of the net and hierarchic structures of the REC information networks. Mentioned problems substantially reduce the possibility of efficient working these analysis techniques then heuristic synthesis and optimization during solving the problems of system designing the REC. For solving the first problem the formalized methods of creation the models of structure and behaviour of the design objects in the form of state transition diagram on the basis of basic events or on the basis of block diagram of the behavior algorithm for their analysis as DCSS of Markov type, the method of transformation the model of design object in state transition diagram for its analysis as DCSS of non-Markov type, formalized method of representing the structure and behaviour of the design object in the form of logical-and-probabilistic model are presented. Solving the second problem is provided with the development the methods of analysis of the structural vitality of the informational networks the regional REC with the net structure and with asymmetric hierarchic structure of the complicated slaving and on their basis the methods of reliable synthesis and reliable optimization of the structures were developed.
Розвиток теоретичних засад для оцінювання показників функціональної безпечності радіоелектронних систем відповідального призначення
(Національний університет "Львівська політехніка", 2020) Озірковський, Леонід Деонісійович; Волочій, Богдан Юрійович; Національний університет "Львівська політехніка"; Толюпа, Сергій Васильович; Жук, Сергій Якович; Краснобаєв, Віктор Анатолійович
В дисертації розв’язано актуальну науково-прикладну проблему розвитку теоретичних засад комплексного забезпечення заданого рівня функціональної безпечності та надійності радіоелектронних систем відповідального призначення (РЕСВП). Розроблені засоби (методи, моделі, алгоритми та методики) дають змогу, на етапі системотехнічного проектування, визначати слабкі місця РЕСВП з точки зору функціональної безпечності. Це дає змогу проектанту обґрунтовано ввести необхідні види надлишковості (структурної, часової, функціональної), щоб підвищити, як функціональну безпечність, так і надійність РЕСВП. В дисертації, запропоновано новий метод для автоматизованого визначення різновидів непрацездатних станів. На основі цього методу запропоновано методику розроблення комплексних динамічних моделей РЕСВП у вигляді графа станів і переходів, які на відміну від існуючих, дають змогу без побудови дерева відмов, визначати як мінімальні січення, так і показники надійності РЕСВП. Для відображення взаємозв’язків між показниками функціональної безпечності і надійності відмовостійких структур, алгоритмів поведінки та стратегій технічного обслуговування запропоновано нові показники та характеристики функціональної безпечності: функція аварійності; частота потрапляння в аварійну ситуацію; ймовірність потрапляння в передаварійну ситуацію; середнє значення ймовірності існування мінімального січення. Розроблено нові моделі та методику синтезу стратегій технічного обслуговування, що дало змогу гарантовано підтримувати заданий рівень функціональної безпечності РЕСВП на етапі її експлуатації. В роботі запропоновано моделі відмовостійких РЕСВП з використанням мажоритарних структур, які на відміну від існуючих, дають змогу враховувати вплив на функціональну безпечність використання реконфігурації мажоритарної структури, дворівневої мажоритарної структури та технічного обслуговування і ремонту Розроблено методологію синтезу безпечних алгоритмів поведінки РЕСВП, в якій на відміну від існуючих, враховано вплив часової та функціональної надлишковості на функціональну безпечність РЕСВП. В диссертации решена актуальная научно-прикладная проблема развития теоретического базиса комплексного обеспечения заданного уровня функциональной отказобезопасности и надежности радиоэлектронных систем ответственного назначения (РЭСОН). Разработанные средства (методы, модели, алгоритмы и методики) позволяют на этапе системотехнического проектирования, определять слабые места РЭСОН с точки зрения функциональной отказобезопасности. Это дает возможность разработчику обоснованно вводить необходимые виды избыточности (структурной, временной, функциональной), чтобы повысить, как функциональную отказобезопасность, так и надежность РЭСОН. В диссертации, предложен новый метод для автоматизированного определения разновидностей неработоспособных состояний. На основе этого метода предложена методика разработки комплексных динамических моделей РЭСОН в виде графа состояний и переходов, которые в отличие от существующих, позволяют без построения дерева отказов, определять как минимальные сечения, так и показатели надежности РЭСОН. Для отображения взаимосвязей между показателями функциональной безопасности и надежности отказоустойчивых структур, алгоритмов поведения и стратегий технического обслуживания предложены новые показатели и характеристики функциональной безопасности: функция аварийности; частота попадания в аварийную ситуацию; вероятность попадания в предаварийное состояние; среднее значение вероятности существования минимального сечения. Разработаны новые модели и методика синтеза стратегий технического обслуживания, что позволило гарантированно поддерживать заданный уровень функциональной безопасности РЭСОН не этапе ее эксплуатации. В работе предложены модели отказоустойчивых РЭСОН с использованием мажоритарных структур, которые в отличие от существующих, позволяют учитывать влияние на функциональную отказобезопасность использование реконфигурации мажоритарной структуры, двухуровневой мажоритарной структуры и технического обслуживания. Разработана методология синтеза отказобезопасных алгоритмов поведения РЭСОН, в которой в отличие от существующих, учтено влияние временной и функциональной избыточности на функциональную отказобезопасность РЭСОН. This thesis presents the solution of the actual scientific problem of development the theoretical basis of complex maintenance of safety critical radio electronic system (SCRES) with a required level of functional safety and reliability. The developed means (methods, models, algorithms and techniques) enable an identifying the weaknesses in the SCRES design in terms of functional safety at the stage of system design. This allows an engineer to reasonably induce necessary types of redundancy (structural, temporary, functional) to increase both functional safety and reliability of SCRES. Thus, the developed tools give the opportunity to synthesize a fault-tolerant structure, behavior algorithm and maintenance strategy, which ensure that the SCRES will not fall into an emergency. Modern methods of assessing functional safety indexes are based on the determination of minimal cut sets, which show the weaknesses of the SCRES. To obtain minimal cut sets, these methods use fault trees, dynamic fault trees, event trees, or binary decision diagrams. However, the known methods don’t allow to take into account the impact on the SCRES functional safety of fault-tolerant majority structures with reconfiguration, fault-tolerant two-tier majority structures, maintenance strategies, temporary and functional redundancy in behavior algorithms. Also, a significant disadvantage of existing methods is that they don’t give the opportunity to obtain both functional safety indexes and reliability indexes on the basis of a single model. So, it can lead to the condition when the reliability of the SCRES is reduced with the induction of additional tools for increasing functional safety. Also, these methods aren’t suitable enough for solving synthesis tasks via multivariate analysis for a short period time, what is very important at the stage of system design. In the dissertation, a new method is proposed for automated definition of types of inoperable states. This method provides a classification of inoperable states of the SCRES according to the level of critical failures and allows obtaining trajectories of accidents. Based on this method, a new technique is proposed for development of complex dynamic models of SCRES in the form of a graph of states and transitions. This technique, unlike the existing ones, allows determining both minimal cut sets and reliability indexes of SCRES without constructing appropriate fault tree. To reflect the relationship between indexes of functional safety and reliability of faulttolerant structures, behavior algorithms and maintenance strategies, new indexes and characteristics of functional safety are proposed: the accident function; frequency of fall into an accident state; probability of fall into a pre-accident state; the average value of the probability of a minimal cut set existence. New models of strategies for planned and preventive maintenance and emergency recovery have been developed to take into account the impact of SCRES downtime on functional safety indexes during maintenance and repair procedures. These models enabled the development of method for synthesizing a maintenance strategy which guarantees to maintain a required level of functional safety of the SCRES. New method was developed to calculate the average value of the probability of the minimal cut set existence that gives an opportunity to solve the problem of minimizing impact of latent failures on the functional safety. This method makes it possible to obtain dependable values of the probabilities of the minimal cut sets existence for cases when the minimal cut set contains only latent failures or a combination of latent and active failures. New models of fault-tolerant SCRESs with majority structures were developed, which, in contrast to the existing ones, allow to take into account the impact of the use of reconfiguration of the majority structure, two-tier majority structure, maintenance and repair on the functional safety. The proposed models make it possible to solve the problem of synthesis of fault-tolerant systems for SCRES with a required level of functional safety and appropriate level of structural redundancy, that is especially important for onboard information and control systems of aircrafts, including unmanned vehicles, for which mass and size restrictions are critical. New methodology for the synthesis of safe behavior algorithms of the SCRES was developed, which, in contrast to the existing ones, takes into account the impact of time and functional redundancy on the functional safety of SCRES. This methodology shows the way to achieve a required level of probability of the task execution with the minimum value of the frequency of accidents.