Ключевой элемент резервирования систем использование. Резервирование: общее и раздельное

Рассматривая систему, состоящую из n последовательно соединенных элементов, можно предложить несколько вариантов ее резервирования.

Общее резервирование (рис. 6.9,а) предполагает, что при отказе любого элемента основной цепи включается резервная цепь, которая полностью заменяет основную.

Вероятность безотказной работы j-й цепи

,

где
- вероятность безотказной работыi-го элемента j-й цепи, отнесенная к рассматриваемому моменту времени t.

Вероятность безотказной работы системы из m параллельных цепей (для простоты анализа резервирование считаем нагруженным)

. (6.26)

. (6.27)

Пример 1. Вероятность безотказной работы системы с общим резервированием при n=4; m=3; p=0,8 составит: P(t)=1–(1–0,8 4) 3 =0,7942. При отсутствии резерва вероятность безотказной работы последовательной системы из n=4 элементов при p=0,8 составит:

P(t)=p n = 0,8 4 =0,4096.

Раздельное резервирование (рис. 6.9,б) обеспечивает возможность включения очередного резервного элемента при отказе любого элемента основной цепи. Разновидностью раздельного резервирования является скользящее резервирование , когда резервный элемент (элементы) может заменить любой отказавший элемент основной цепи.

При раздельном резервировании вероятность безотказной работы i-го элемента с учетом m - 1 резервных элементов (резервирование считаем нагруженным) составит:

.

Вероятность безотказной работы системы с раздельным резервированием

. (6.28)

Если все элементы имеют одинаковую безотказность, т.е. P ij (t)=p, то

. (6.29)

Пример 2. Вероятность безотказной работы системы с раздельным резервированием при n=4; m=3; p=0,8 составит:

P(t)= 4 = 0,9684.

Сравнение результатов расчетов, приведенных в примерах 1 и 2, показывает, что раздельное резервирование обеспечивает более высокий уровень безотказности по сравнению с общим резервированием при одном и том же количестве резервных элементов (кратности резервирования). Следует отметить, однако, что раздельное резервирование приводит к усложнению всей системы, вызванному необходимостью применения большого числа контролирующих и переключающих устройств, что на практике снижает эффект от его применения.

Применяют также смешанное резервирование - комбинацию общего резервирования отдельных цепей с раздельным резервированием наиболее ответственных и наименее надежных элементов. Сравнение вариантов резервирования в этом случае можно произвести аналогичными методами.

6.3. Резервирование как метод обеспечения надежности технологических систем на стадии их создания

Резервирование - применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособности (повышения надежности) объекта.

Виды резервирования:

1. Структурное резервирование - резервирование с применением резервных элементов структуры объекта. Структурное резервирование реализуется введением в систему резервных (избыточных) элементов, которые при абсолютной надежности элементов исходной системы не являются функционально необходимыми. При структурном резервировании элементов (или цепей) системы показатели надежности повышаются дискретно (скачками). Различные варианты структурного резервирования рассмотрены в п. 6.2.2-6.2.3.

2. Функциональное резервирование - резервирование с применением функциональных резервов. При этом способе резервирования система строится таким образом, что заданная функция может выполняться различными способами и (или) техническими средствами. Например, в некоторых устройствах ЧПУ станками функция интерполяции траекторий движения рабочих органов может выполняться программными средствами и аппаратно, с помощью специального устройства - интерполятора (линейно-кругового, параболического и др.).

3. Временное резервирование - резервирование с применением резервов времени. Резервы времени могут быть использованы для устранения отказов, технического обслуживания и пр. Резерв времени в технологических системах может быть обеспечен различными способами:

а) увеличением оперативного времени (за счет уменьшения времени на обслуживание, планируемых простоев, повышения сменности работы и др.);

б) созданием запаса производительности;

в) приданием системе свойства функциональной инерционности. Функциональная инерционность - свойство системы, характеризующее ее способность допускать перерывы в работе без потери выходного эффекта. Функциональная инерционность технологической системе может быть придана применением межоперационных накопителей (буферирование).

4. Информационное резервирование - резервирование с применением резервов информации. Реализуется введением избыточных кодов и символов при передаче, обработке и отображении информации (например, дополнительные единицы информации, позволяющие обнаруживать и устранять ошибки в передаче информации: корректирующие коды, контрольные суммы, проверки на четность и др.).

5. Нагрузочное резервирование - резервирование с применением нагрузочных резервов. Суть принципа нагрузочного резервирования (параметрической избыточности) состоит в расширении области работоспособности объекта; при этом область состояний объекта удаляется от границ области работоспособности, определяемых предельными допустимыми значениями выходных параметров объекта. Это реализуется за счет создания запасов прочности, износостойкости (увеличение допусков на износ, увеличение площади опорных поверхностей, применение износостойких материалов и др.), жесткости, виброустойчивости, теплостойкости и т.п. Нагрузочное резервирование позволяет непрерывно повышать надежность систем до необходимого уровня за счет повышения работоспособности и устойчивости к отказам отдельных элементов систем. В системах со связанной или комбинированной структурой для установления этого уровня необходимо рассматривать работу всей системы с учетом взаимодействия ее элементов и подсистем и участия отдельных элементов и подсистем в формировании выходных параметров системы в целом.

Рассмотрим оценку надежности для основных структурных моделей надежности систем, представимых в виде параллельно-последовательного соединения элементов }