4.4. Расчет надежности невосстанавливаемых резервированных систем

Резервированием называется способ повышения надежности аппаратуры (см. п. 1.6) за счет введения в структуру дополнительных элементов, функциональных блоков и связей. В п. 4.1 такое логическое соединение объектов называют параллельным.

Из формулы (4.2) видно, что для резервированной системы вероятность отказа уменьшается по сравнению с вероятностью отказа любого элемента Q_i(t), следовательно, надежность резервированной системы повышается по сравнению с нерезервированной. Наиболее распространенные способы резервирования показаны на рис. 4.2.

Основной параметр резервирования – кратность. Под кратностью резервирования L понимается отношение числа резервных объектов к числу основных, необходимых для нормальной работы объекта.

При резервировании с целой кратностью величина L есть целое число, поскольку количество основных объектов равно 1 (например, если L = 2, то всего имеется 3 однотипных объекта: один основной и два резервных).

При резервировании с дробной кратностью получается дробное несокращаемое число. Например, при L = 4/2 резервных объектов 4, основных 2, общее число объектов 6. Сокращать дробь нельзя, так как новое отношение будет отражать совсем другой физический смысл.

При общем резервировании основной объект (система) резервируется в целом, а при раздельном - резервируются отдельные части (элементы) системы.

По способу включения резервных элементов в структуру системы резервирование разделяется на постоянное и резервирование замещением. При постоянном резервировании резервные объекты подключены к нагрузке постоянно в течение всего времени работы и находятся в одинаковых с основными объектами условиях.

Рис. 4.2. Способы резервирования

Недостаток постоянно включенного резерва состоит в том, что при отказах элементов соединения изменяются режимы работы оставшихся элементов, и это необходимо учитывать при расчетах надежности либо для сохранения постоянной нагрузки в электрическую схему системы должны быть включены специальные компенсирующие элементы.

При резервировании замещением резервные объекты замещают основные (подключаются к нагрузке) только после их отказа. Резервирование замещением возможно при включении в каждую параллельно работающую цепь специальных переключателей и устройств индикаторов отказа. При этом способе резервирования в зависимости от режима работы резервного (запасного) объекта до момента его включения вместо основного рассматривают нагруженный, облегченный и ненагруженный резерв.

При нагруженном резерве условия работы резервных элементов до момента их включения вместо основных такие же, как и у основных элементов.

При ненагруженном резервировании до момента замещения основного резервный элемент выключен.

Облегченный резерв является промежуточным вариантом.

Постоянное резервирование и резервирование замещением могут быть осу­ществлены путем применения либо общего, либо раздельного варианта резервирования.

Ненагруженное резервирование замещением с дробной кратностью называется скользящим, если используется небольшое число резервных элементов, которые могут подклю­чаться взамен любого из отказавших основных эле­ментов.

Постоянно включенное резервирование цифровых устройств с дробной кратностью называется мажоритарным резервированием, если в структуру системы помимо нескольких однотипных цифровых устройств (их число должно быть нечетным) включается также и избирательная схема (мажоритарный орган). Сигналы на выходе параллель­но работающих цифровых устройств поступают на избирательную схему, где сравниваются, и во внешнюю цепь системы избирательная схема выда­ет сигнал, отвечающий выходному у большинства из уст­ройств.

Логические схемы некоторых видов резерви­рования изображены на рис. 4-3.

Рис. 4.3. Логические схемы резервированных систем

а - постоянное общее резервирование с целой кратностью и неизменной нагрузкой;

б - постоянное раздельное резервирование с целой кратностью и неизменной нагрузкой;

в - общее резервирование замещением с целой кратностью и с абсолютно надежными переключателями;

г - общее резервирование замещением с учетом надежности переключателей (А – основной и резервные элементы; пер – цепи переключателя);

д - скользящее резервирование (кратность 1/2).