2. Понятие о структурных схемах надежности (ссн). Способы соединения элементов в ссн.

Под расчетом надежности понимают вычисление показателей надежности системы по известным вероятностным характеристикам элементов, входящих в состав системы, а также по известному виду соединений элементов с точки зрения их надежности и с учетом вида и способа используемого резервирования.

Каждому расчету надежности предшествует составление структурной схемы надежности (ССН), которая учитывает состав элементов и связи между ними. ССН составляется с использованием принципиальной или функциональной электрической схемы устройства или системы. При этом элементы любого типа обозначаются прямоугольником и нумеруются.

Все элементы в ССН имеют следующие способы соединения:

1) последовательное (используется при отсутствии резервирования в устройстве или системе);

2) параллельное (резервное);

3) смешанное (параллельно – последовательное).

Параллельное и смешанное используются в устройствах и системах с резервированием.

Рассмотрим показатели надежности для перечисленных способов соединения элементов.

При последовательном соединении элементов (рис. 1) отказ системы наступит тогда, когда откажет любой хотя бы один элемент, входящий в данную ССН.

Вероятность безотказной работы:

Р_c(t) = P₁(t) · P₂(t) · ... · P_N(t) = e ^{– λ}₁ ^t · e ^{– λ}₂^t · ... · e ^{– λ}_N^t = e ^{– (∑ λ}_i^{) t} = e ^{– λ}_c^t ,

где λ_с – интенсивность отказа системы.

При параллельном соединении элементов ССН имеет следующий вид (рис. 2):

Здесь 0 – основной элемент первого типа;

1÷ m – резервные элементы соответствующих типов (могут быть того же типа как и основной).

Если вероятностные характеристики у основного и резервных элементов одинаковые, то схема будет иметь вид:

В такой системе или устройстве отказ наступит в том случае, если откажут все элементы: и основной, и резервные. Поэтому вероятность отказа системы будет определяться произведением вероятностей отказа элементов:

Q_c (t) = q₁(t) · q₂(t) · ... · q_m(t) = [1-p₁(t)] · [1-p₂(t)] · ... · [1-p_m(t)] .

P_c(t) = 1 – Q_c(t).

При третьем способе соединения расчет надежности будет вычисляться следующим образом.:

1)ССН (рис. 3) разбивается на участки с однотипным соединением элементов;

1. определяются вероятности безотказной работы каждого из участков;

2. определяется вероятность безотказной работы всей схемы по следующей формуле:

P_c(t) =P_аб(t) · P_бв(t) ;

3. определяется средняя наработка до отказа схемы по следующей формуле:

.

3. Виды резервирования систем. Способы структурного резервирования.

Резервирование – это метод повышения надежности за счет введения избыточности определенного вида.

Различают следующие виды резервирования:

1) структурное – этот метод предусматривает использование избыточных структурных элементов. Резервироваться могут отдельные элементы, блоки и целые системы;

2) временное – предусматривает использование избыточного времени. Примеры:

- решение одной и той же задачи на ЭВМ дважды с последующим сравнением результатов решения;

- системы с повторением и накоплением сообщений в телемеханике;

3) информационное – предусматривает использование избыточной информации для повышения надежности (например: использование избыточных помехоустойчивых кодов).

Различают несколько способов структурного резервирования по следующим признакам:

1)по времени включения резервных объектов различают:

- постоянное резервирование.

При этом способе резервирования и основная и резервная системы подключены к нагрузке постоянно и работают в одинаковом режиме;

- резервирование способом замещения:

При этом способе под нагрузку включается сначала основной объект за счет включения элемента коммутации S1. При появлении отказа основного элемента в работу включается резервный элемент, а отказавший основной элемент отключается от нагрузки.

Управление работой элементов коммутации S1 и S2 осуществляет система встроенного контроля, которая контролирует работоспособное состояние работающего на данном интервале времени объекта.

Сравнивая способы Структурного резервирования (рис. 4 и рис. 5), можно сделать следующие выводы:

1)в схеме рис. 4 быстро истощается ресурс работы как основной, так и резервной системы;

2) в схеме рис. 5 ресурс работы системы увеличивается, но необходимостью использования систем встроенного контроля и элементов коммутации надежность системы уменьшается за счет сложности данной системы.

2) по функциональному уровню резервирования различают следующие способы:

- общее резервирование, то есть резервируется система в целом;

- раздельное резервирование, то есть резервируются отдельные элементы с различными кратностями резервирования m;

3) по состоянию резервированных объектов различают:

- нагруженный (горячий) резерв. При этом резервные объекты работают в том же режиме, что и основные;

- ненагруженный (холодный) резерв. При этом резервные объекты отключены от нагрузки;

- облегченный (дежурный) резерв. При этом резервные объекты подключены к маломощному эквиваленту нагрузки.