9.1. Избыточность как основной метод повышения надежности систем

Принцип избыточности заключается в удалении области состояния изделия от предельных значений параметров. Это выражается в установлении запасов: прочности, износостойкости, жесткости, устойчивости, теплостойкости, хладостойкости, виброустойчивости и др. Как следствие создается запас надежности. Графическая модель избыточности отражена на рисунке 10.

Рисунок 10. Модель создания избыточности

Таким образом, избыточность проявляется в том, что ресурс технической системы устанавливается много меньше среднего срока службы. Недоиспользование потенциальной долговечности – гарантия безотказной работы оборудования. Избыточность позволяет непрерывно повышать надежность до необходимого уровня за счет повышения работоспособности отдельных элементов. Дискретное повышение надежности обеспечивается частным вариантом создания избыточности – резервированием.

9.2. Понятие о резервировании

Резервирование – способ создания избыточности, основанный на введении в систему дополнительных элементов, не требующихся для ее работы в штатном режиме. Примеры резервирования (создания резервных элементов) весьма часто встречаются в окружающей нас действительности. Это ручной тормоз на автомобиле, запасное колесо, сдвоенные колеса на грузовых автомобилях – примеры ненагруженного и нагруженного резервирования. Параллельные технологии в автоматизированных поточных линиях, многоходовые золотники в гидросистемах.

Как видим, резервированию могут подвергаться системы (оборудование в технологических цепочках), отдельные элементы (колеса, тормоза), а также рабочие поверхности деталей (например, сдвоенные эксцентрики, имеющие две рабочих поверхности при действующей ‑ одной). В случае, когда имеет место только один резервный элемент кроме основного, такое резервирование называют дублированием.

При разработке схем резервирования следует обязательно исходить из природы возможных (потенциальных) отказов. Рассмотрим конкретный пример. В гидравлической системе с целью повышения надежности фильтрации рабочей жидкости установлен дополнительный (резервный) фильтр. Конструктивная схема такого резервирования представлена на рисунке 11.

Рисунок 11. Конструктивная схема резервирования

Если воспроизводить структурную схему надежности, то модель, отображающая конструктивное соединение, будет определяться физикой отказа. Полагая, что фильтрующий элемент представляет собой мелкоячеистую сетку, можно предположить два вида отказов: засорение сетки или ее разрыв. Модели структур надежности при двух вариантах отказов представлены на рисунке 12.

а) б)

Рисунок 12. Структурные модели надежности

а – при засорении сетки, б – при разрыве сетки

Как видно при возможном засорении сетки конструктивное последовательное соединение фильтров не обеспечивает повышение надежности фильтрации. Такое конструктивное решение эффективно в случае разрыва сетки. Для повышения надежности фильтрации при возможном засорении фильтра последние конструктивно должны быть соединены параллельно, как это показано на рисунке 13.

Рисунок 13. Эффективное резервирование

при возможном отказе засорении фильтра