1.5 Достоинства и недостатки резервирования Теоретическое обоснование: Выбор метода резервирования

определяется балансом между выигрышем в надежности и сопутствующими затратами. Выделяются различия между постоянным резервированием и замещением. «Достоинства резервирования при постоянном включении резерва: простота, так как в этом случае не требуется никаких переключающих устройств; отсутствие перерывов в работе».

Однако «Недостатки резервирования при постоянном включении резерва: Нарушение режима работы резервных элементов при отказе основного элемента» [1, с. 4].

Для резервирования замещением характерны иные свойства. «Достоинства резервирования при включении резерва замещением: не нарушает режима работы резерва; сохраняет в большей степени надежность резервных элементов... Существенный недостаток...

заключается в необходимости наличия переключающих устройств».

Практический пример: Для системы FM-вещания 24/7 анализ достоинств и недостатков следующий:

1) Постоянное резервирование (горячий резерв)

Достоинства: В случае аварии переключение происходит мгновенно или вообще незаметно для слушателя (передатчики могут работать синхронно). Не требуется сложных автоматов ввода резерва (АВР).

Недостатки: Если два передатчика работают параллельно долгое время, оба стареют одновременно. При рассинхронизации или отказе одного из них возможны искажения сигнала в эфире до момента отключения неисправного. Также высокое энергопотребление.

2) Резервирование замещением (холодный резерв)

Достоинства: Резервный передатчик остаётся практически новым. При отказе основного (например, удар молнии), резервный включается в чистую цепь, что безопаснее для него.

Недостатки: Наличие «перерыва в эфире» (от нескольких секунд до

15

минут), необходимого для срабатывания переключающих устройств. Это время простоя недопустимо для ответственных эфиров.

1.6 Срок службы при резервировании Теоретическое обоснование: Влияние резервирования на срок службы

имеет двойственный характер. С одной стороны, введение резерва повышает вероятность безотказной работы, но с другой – увеличивает число элементов системы. «Характерная особенность сложных систем разового применения состоит в том, что большую часть времени они находятся в состоянии хранения... Так как число элементов резервированной системы всегда выше числа элементов нерезервированной системы, то первая всегда будет иметь большую опасность отказов» [1, с. 9].

Для систем длительного непрерывного использования основное положительное свойство резервирования – возможность продлить функциональную жизнь системы. «Резервирование как средство повышения надежности наиболее целесообразно применять для повышения надежности сложных систем, предназначенных для короткого времени непрерывной работы». Cтарение – необратимый процесс, который затрагивает и резервные элементы, даже если они не работают.

Практический пример: В контексте дублированного FM-передатчика:

–Функциональный срок службы системы в целом повышается. Если один передатчик выработает ресурс, второй продолжит вещание. Время непрерывной работы станции (Up-time) значительно превышает срок службы одиночного передатчика.

–Технический срок службы оборудования как физического объекта требует внимания. Наличие двух передатчиков означает наличие вдвое большего количества компонентов, которые подвержены старению даже в резервном состоянии. Например, электролитические конденсаторы в блоке питания резервного передатчика могут высохнуть за 10-15 лет, даже если он работал всего несколько раз. Следовательно, резервирование удорожает обслуживание с точки зрения замены стареющих элементов в обоих блоках,

16

но оправдывает себя критически важной функцией – непрерывностью эфира.

1.7 Ремонтопригодность при резервировании Теоретическое обоснование: Надёжность системы определяется не

только безотказностью, но и ремонтопригодностью. «Совместно с надежностью ремонтопригодность характеризует способность системы выполнить заданные функции в любой момент времени» [1, с. 10].

Применение резервирования меняет подход к ремонту. «Резервированием с восстановлением называется такое, при котором работоспособность любого основного и резервного элементов системы в случае возникновения отказов подлежит восстановлению в процессе эксплуатации системы» [1, с. 6]. Если в нерезервированной системе отказ требует немедленного восстановления (иначе система простаивает), то в резервированной системе появляется «окно» для ремонта. Однако для максимального эффекта требуется совершенная система контроля. «Если мы имеем дело с восстанавливаемыми объектами, то для получения максимального эффекта от применения резервирования необходима совершенная система контроля, которая в состоянии мгновенно обнаружить появление неработоспособного состояния любого элемента».

Практический пример: Для дублированного FM-передатчика ремонтопригодность можно реализовать по схеме «резервирование с восстановлением».

1)Снижение аварийности. Если основной передатчик выходит из строя, система автоматически переключается на резерв. Вещание продолжается, а у инженеров есть время (от нескольких часов до дней) для ремонта или замены неисправного блока без остановки эфира.

2)Роль контроля. Поскольку в примере с «холодным» или «тёплым»

резервом отказавший основной передатчик не влияет на работу системы, оператор может не сразу узнать о поломке. Систему стоит оснастить блоком телеметрии, который будет сигнализировать диспетчеру. Без этого сигнала существует риск, что и резервный передатчик выйдет из строя до того, как

17

будет отремонтирован основной, что приведёт к полному останову вещания.

1.8 Элемент расчета надежности Теоретическое обоснование: Для количественной оценки надёжности

сложных систем вводится понятие элемента расчёта. «Элементом расчета надежности называется устройство, имеющее количественную характеристику надежности, самостоятельно учитываемую при расчете надежности соединения» [1, с. 12].

Элементы расчёта могут соединяться последовательно (основное соединение) или параллельно (резервное соединение). «Основным соединением элементов расчета называется такое, при котором отказ любого элемента ведет к отказу всего соединения». «Резервным соединением элементов расчета называется такое, при котором отказ соединения наступает только в том случае, если отказали основной и все резервные элементы».

Отдельно отметим скользящее резервирование (рисунок 6) – «это резервирование замещением, при котором группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший элемент в данной группе» [1, с. 4].

Рисунок 6 – Скользящее резервирование

При расчете важно чётко формулировать понятие отказа: «прежде чем приступать к расчету надежности, необходимо четко сформулировать, что следует понимать под отказом системы» [4].

18

Практический пример:

При расчёте надёжности дублированной системы FM-вещания (схема 1+1) элементы расчета распределим следующим образом:

1)Формулировка отказа. Отказом системы считается отсутствие сигнала несущей частоты на выходе антенно-фидерного устройства (прекращение вещания).

2)Декомпозиция на элементы расчета:

–Элемент 1: Основной передатчик (П1). Характеристика: интенсивность отказов λ1;

–Элемент 2: Резервный передатчик (П2). Характеристика: интенсивность отказов λ2;

–Элемент 3: Переключающее устройство (антенный коммутатор). Характеристика: интенсивность отказов λП.

3) Схема соединения.

–Элементы 1 и 2 соединены параллельно (резервное соединение).

Система продолжит работу, если работает П1 ИЛИ П2.

–Полученный блок (П1 || П2) соединён с элементом 3 последовательно (основное соединение). Если откажет коммутатор (Элемент 3), сигнал не пойдет в антенну, даже если передатчики исправны.

4) Применение скользящего резервирования. В контексте радиовещания примером скользящего резервирования может служить радиопередающий центр с несколькими (например, двумя) работающими передатчиками, вещающими разные программы, и одним общим резервным передатчиком на складе. Этот один резервный аппарат может заменить любой из двух основных в случае его отказа, как на рисунке 7.

Элементы П1 и П2 соединены параллельно. Отказ системы на этом участке произойдет только при одновременном отказе обоих передатчиков.

Переключатель и передатчики соединены последовательно. Если переключатель выйдет из строя и не сможет коммутировать сигнал, система откажет, даже если передатчики исправны.

19

Такая схема экономически выгоднее, чем дублирование каждого передатчика (схема 1+1 для каждого), так как требует всего одного дополнительного устройства на группу, но требует более сложной системы коммутации.

Рисунок 7 – Схема скользящего резервирования (Схема 1+1 для FM-станции)

20