Исследование динамики вероятностей состояний информационных систем

В лабораторной работе «Исследование динамики вероятностей состояний информационных систем» мною была рассмотрена система, состоящая из Монитора, системного блока, плоттера и клавиатуры.

Структурная схема ИС выглядит следующим образом:

 

 

 

 

 

Расчеты показали, что наибольшую вероятность отказа имеет клавиатура. Но это объясняется просто - прямое физическое воздействием на ее элементы. Наиболее частой причиной выхода из строя клавиатур являются физические повреждения. Второе место по вероятности отказа занял монитор. Так как наша система является восстанавливаемым объектом, то выбираем только один элемент системы, а именно монитор.

Постепенно, но мы уже отвыкли от старых и громоздких ЭЛТ мониторов для персональных компьютеров. На смену пришли новые, тонкие, легкие и удобные жидкокристаллические мониторы (ЖК LCD мониторы).

 

Напомню, что в данной ИС используется монитор Samsung S27D590CS. 
Ниже приведены его технические характеристики:

Тип матрицы	VA со светодиодной (WLED) подсветкой
Диагональ	68 см (27 дюймов)
Отношение сторон	16:9 (597,9×336,3 мм)
Разрешение	1920×1080 пикселей (Full HD)
Шаг пикселей	0,3114 мм
Яркость	Нет данных
Контрастность	Статическая 3000:1, динамическая Mega ∞
Углы обзора	178° (гор.) и 178° (верт.)
Время отклика	4 мс (от серого к серому — GTG)
Количество отображаемых цветов	16,7 млн. (24 бита)
Интерфейсы	Видео/аудиовход HDMI Видео/аудиовход DisplayPort Видеовход VGA Аудиовход (гнездо 3,5 мм миниджек) Выход на наушники (гнездо 3,5 мм миниджек)
Совместимые видеосигналы	VGA — до 1920×1080/60 Гц (Отчет MonInfo)   HDMI — до 1920×1080/60 Гц (Отчет MonInfo)   DisplayPort — до 1920×1080/60 Гц (Отчет MonInfo)
Акустическая система	Встроенные громкоговорители, 2×5 Вт
Особенности	Вогнутый экран Подставка: наклон 2° (±2,0°) вперед и 20° (±2,0°) назад Режим для игр Разъем для кенсингтонского замка 100×100 мм площадка VESA для настенного монтажа
Размеры (Ш×В×Г)	623,5×366×59,5 мм без подставки  623,5×463×182 мм с подставкой
Масса	5,0 кг без подставки  5,6 кг с подставкой
Потребляемая мощность	24 Вт  0,3 Вт в режиме ожидания и выключенном состоянии
Напряжение питания	100—240 В, 50/60 Гц

 

 

Принцип работы

 

Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. 

 

Работа ЖКД основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы "просеивает" свет, данный эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.  
Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в электронных часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-дисплеи для настольных компьютеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А) напряжения нет

Б) напряжение есть

В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD монитора, и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади, таким образом, чтобы свет исходил из задней части LCD дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет. 

 

Для работы ЖК панели первостепенное значение имеет источник света, световой поток которого, пропускаемый через структуру жидкого кристалла, формирует изображение на экране монитора. Для создания светового потока используются люминесцентные лампы подсветки с холодным катодом (CCFL), которые располагаются на краях монитора (как правило, сверху и снизу) и с помощью матового рассеивающего стекла равномерно засвечивают всю поверхность ЖК матрицы. «Поджиг» ламп, а также их питание в рабочем режиме обеспечивают инверторы. Инвертор должен обеспечить надежный запуск ламп напряжением свыше 1500 В и их стабильную работу в течение длительного времени при рабочих напряжениях от 600 до 1000 В. Подключение ламп в ЖК мониторах осуществляется по емкостной схеме. Рабочая точка стабильного свечения (РТ - на графике) располагается на линии пересечения нагрузочной прямой с графиком зависимости тока разряда от напряжения, приложенного к лампам. Инвертор в составе монитора создает условия для управляемого тлеющего разряда, а рабочая точка ламп находится на пологой части кривой, что позволяет добиться постоянства их свечения в течение длительного времени и обеспечить эффективное управление яркостью.

 
 График положения рабочего  тока стабильного свечения ламп

Инвертор выполняет следующие функции:  
• преобразует постоянное напряжение (обычно +12 В) в высоковольтное переменное;  
• стабилизирует ток лампы и при необходимости регулирует его;  
• обеспечивает регулировку яркости;  
• согласует выходной каскад инвертора со входным сопротивлением ламп;  
• обеспечивает защиту от короткого замыкания и перегрузки.

 

 

Итак, мы определили ведущий параметр x(t) – напряжение.

Напряжение x(t) = 240 В.

Назначим линейный характер изменения ведущего параметра

x(t) = x0 +at,  
где x0 – номинальное значение параметра при нулевой наработке 
         x0 = 240; a – угловой коэффициент, а = -0,005;

t – время работы объекта в часах.

x(t) = 240 - 0,005t

Назначаем предельное ограничение на величину ведущего параметра

 xогр = 100 B.

Определяем ресурс R по параметру x(t) путем решения уравнения

x0 +at = xогр относительно t. Найденное значение и будет R.

240 - 0,005t = 100

0,005t = 140

t = 28000 ч.=R 

Построим график по значениям двух точек.

 

Назначаем временной интервал наблюдения от начала временной оси до некоторого контрольного времени tk < R, tk = R/2 = 14 000ч.

 

 

А теперь смоделируем случайную реализацию значений параметра от t=0 до t=, где – нормальнораспределенная случайная составляющая. Значения найдем с помощью функции excel «нормраспр». Математическое ожидание рассчитаем по формуле:

 

 

А дисперсию найдем исходя из правила «трех сигм». Т.е. вероятность того, что случайная величина отклонится от своего математического ожидания на величину, большую чем утроенное среднее квадратичное отклонение, практически равна нулю.

 

 

В результате использования функции «нормраспр», мы получим следующие значения:

x*(t) 241,00000 234,00000 231,00000 224,00000 221,00000 214,00000 211,00000 204,00000 200,99999 194,00002 190,99994 184,00013 180,99970 174,00064 170,99867