Лекция Надежность объектов с учетом резервирования

Вопрос 1.Методы повышения надежности

Расчетные зависимости для определения основных характеристик надежности ТС показывают, что надежность системы зависит от ее структуры (структурно - логической схемы) и надежности элементов. Поэтому для сложных систем возможны два пути повышения надежности: повышение надежности элементов и изменение структурной схемы.

Повышение надежности элементов на первый взгляд представляется наиболее простым приемом повышения надежности системы. Действительно, теоретически всегда можно указать такие характеристики надежности элементов, чтобы вероятность безотказной работы системы удовлетворяла заданным требованиям. Однако практическая реализация такой высокой надежности элементов может оказаться невозможной. Рассмотрение методов обеспечения надежности элементов ТС является предметом специальных технологических и физико-химических дисциплин и выходит за рамки теории надежности. Однако, в любом случае, высоконадежные элементы, как правило, имеют большие габариты, массу и стоимость. Исключение составляет использование более совершенной элементной базы, реализуемой на принципиально новых физических и технологических принципах (например, в РЭС - переход от дискретных элементов на интегральные схемы).

Изменение структуры системы с целью повышения надежности подразумевает два аспекта.

С одной стороны, это означает перестройку конструктивной или функциональной схемы ТС (структуры связей между составными элементами), изменение принципов функционирования отдельных частей системы (например, переход от аналоговой обработки сигналов к цифровой). Такого рода преобразования ТС возможны исключительно редко, так что этот прием, в общем, не решает проблемы надежности.

С другой стороны, изменение структуры понимается как введение в ТС дополнительных, избыточных элементов, включающихся в работу при отказе основных. Применение дополнительных средств и возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов называется резервированием.

Вопрос 2. Классификация методов резервирования

Для повышения надежности систем применяют различные методы резервирования. Различают структурное, функциональное, временное и информационное резервирование (рис.124).

Рис124. Способы резервирования

Структурное резервирование, называемое также аппаратным, предусматривает использование избыточных элементов структуры объекта. При этом вводимые в дополнение к основным избыточные резервные структурные элементы имеют единственное назначение - взять на себя выполнение рабочих функций при отказе соответствующих основных элементов. Такое резервирование - своеобразный метод автоматизации процесса замены отказавшего элемента.

Из многочисленных способов структурного резервирования можно выделить:

• общее резервирование - резервируется весь объект в целом;

• раздельное резервирование — резервируются отдельные элементы;

• резервирование замещением — когда функции основного элемента передаются резервному только при отказе основного элемента;

• скользящее резервирование - когда группа основных элементов резервируется с использованием специальных переключающих устройств одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент).

По степени нагруженности резервного элемента до наступления отказа принято различать:

• нагруженный ("горячий") резерв - когда резервные элементы находятся в том же режиме, что и основной элемент;

• облегченный ("теплый") резерв - резервные элементы находятся в менее нагруженном режиме, чем основной;

• недогруженный ("холодный") резерв - резервные элементы не несут нагрузок до момента подключения их вместо основных.

Структурное резервирование в СЖАТ применяется не только для того, чтобы повысить безотказность СЖАТ, но также и для безопасности микропроцессорных и компьютерных систем. Повышение достоверности результатов обработки информации обеспечивается резервированием аппаратных средств с применением многоканальных систем с жесткой или мягкой синхронизацией каналов и сравниванием результатов на выходе каналов с помощью безопасных схем сравнения. Обычно используют два канала. Такое резервирование называется дублированием.

Функциональное резервирование обеспечивает использование способности элементов выполнять дополнительные функции, а также возможность выполнять заданную функцию дополнительными средствами.

Временное резервирование предусматривает использование избыточного времени. При этом время выполнения аппаратурой требуемой paботы заведомо больше времени, необходимого для выполнения какой-то операции, например, на установку маршрута по станции или открытие проходного сигнала АБ после освобождения ограждаемого этим сигналов блок-участка на железнодорожных участках, где пропускная способности используется не полностью.

Информационное резервирование предусматривает использование избыточной информации. Его простейшим примером является многократная передача одного и того же сообщения по каналу связи

Основным параметром резервирования является его кратность. Под кратностью резервирования m понимается отношение числа резервных изделий к числу резервируемых (основных). Различают резервирование с целой и дробной кратностью. При резервировании с целой кратностью величина m есть целое число, при резервировании с дробной кратностью величина m есть дробное несокращаемое число. Например, m=4/2 означает наличие резервирования с дробной кратностью, при котором число резервных элементов равно 4, число основных 2, а общее число элементов равно 6.

Р и с.125. Схемные обозначения способов резервирования

а – общее постоянное с целой кратностью; б – раздельное постоянное с целой кратностью; в – общее замещением с целой кратностью; г – раздельное замещением с целой кратностью; д – общее постоянное с дробной кратностью; е – раздельное замещением с дробной кратностью

ЛИТЕРАТУРА

1. Бурлаков

3. Матвиевский В.Р. Надежность технических систем. Уч. пособие. – М.: Московский государственный институт электроники и математики, 2002

4. Кучер

9. Когге

10. Голего

Греческий алфавит Α α — альфа Β β — бета Γ γ — гамма Δ δ — дельта Ε ε — эпсилон Ζ ζ — дзета Η η — эта Θ θ — тета Ι ι — йота Κ κ — каппа Λ λ — лямбда Μ μ — мю (ми) Ν ν — ню (ни) Ξ ξ — кси Ο ο — омикрон Π π — пи Ρ ρ — ро Σ σ ς — сигма Τ τ — тау Υ υ — ипсилон Φ φ — фи Χ χ — хи Ψ ψ — пси Ω ω — омега