2.1.8. Учет цикличности работы аппаратуры

Принято считать, что увеличение числа включений и выключений системы увеличивает число отказов аппаратуры. Имеется эмпирическая формула

_с = _о + _ц f, (2.28)

где _о – интенсивность отказа без учета цикличности; _ц – интенсивность отказа за цикл «включение-выключение»; f – число включений за 1 ч не­прерывной работы.

Отношение (ч/цикл) обычно принимается в определен­ных пределах измененияf постоянным, исходя из этого можно записать:

, _с = _о(1 + с_ц f ). (2.29)

В электротехнике при f = 01,3 цикл/ч с_ц можно принять равной  8 ч/цикл.

2.2. Надежность невосстанавливаемых систем с резервированием

2.2.1. Пути повышения надежности

Мероприятия по повышению надежности могут и должны прово­диться на всех этапах жизни системы при проектировании, производстве и эксплуатации.

Основные меры для повышения надежности должны приниматься на этапе проектирования. На практике встречаются примеры, где стоимость эксплуатации системы в 10–100 раз превышает стоимость ее разработки. Поэтому выгоднее направить усилия на создание надежных устройств, чем пытаться поддерживать работоспособность ненадежной аппаратуры.

Методы повышения надежности делятся на конструктивные и схем­ные.

К конструктивным методам относятся:

1. Создание надежных элементов.

2. Создание благоприятных режимов работы.

3. Правильный подбор параметров.

4. Микроминиатюризация.

5. Меры по облегчению ремонта.

6. Унификация.

К схемным методам относятся:

1. Упрощение схем.

2. Создание схем с широкими допусками.

3. Создание схем с ограниченным последействием отказов.

4. Резервирование.

Наиболее сложны в реализации методы группы схемных методов. Они применяются, как правило, в системах, отказы которых ведут к серь­езным авариям. Отказы таких систем делятся на две группы:

а) с опасными последствиями;

б) без опасных последствий.

Схемные методы направлены на перевод отказов из группы «а» в группу «б», что достигается, как правило, за счет введения в систему средств встроенного функционального контроля. Встроенный функцио­нальный контроль не повышает собственно надежность системы, однако повышает достоверность информации на выходе системы. Основным же средством повышения надежности системы является резервирование.

2.2.2. Методы резервирования

Система без резервирования имеет существенный недостаток – ее надежность всегда меньше надежности самого ненадежного элемента сис­темы.

Резервирование – это метод повышения надежности введением за­пасных (резервных) элементов, являющихся избыточными по отношению к минимальной структуре системы.

Аппаратуру с избыточными элементами называют резервированной. Эффективность резервирования определяется тем, что за счет избыточно­сти можно создать надежную аппаратуру даже из относительно ненадеж­ных элементов.

Кратностью резервирования называют число резервных элементов на один резервируемый.

Эффективность резервирования оценивается с помощью коэффици­ентов повышения надежности, определяемых как отношение показателя надежности до и после преобразования системы:

• коэффициент безотказности:

; (2.30)

• коэффициент долговечности:

(2.31)

Классическими методами являются постоянное резервирование и ре­зервирование замещением.

При постоянном резервировании резервные элементы соединяются с основными через элементы связи (ЭС). Резервные элементы работают в том же режиме, что и основные, в течение всего периода работы системы. Это способ резервирования элементов и простых узлов (рис. 2.10).

При резервировании замещением функции основного элемента пере­даются резервному только при отказе основного элемента (рис. 2.11). Этот способ применяется при резервировании крупных блоков или целых сис­тем.

Рис. 2.10. Постоянное резервирование Рис. 2.11. Резервирование замещением

В последнее время получило распространение функциональное ре­зервирование. Функциональное резервирование может работать как в ре­жиме постоянно включенного резерва, так и в режиме резервирования за­мещением. Функциональное резервирование основано:

– на способности отдельных элементов системы выполнять, помимо основных, еще и дополнительные функции;

– возможности различных элементов системы выполнять одина­ко­вые функции, но разными физическими способами.

К первому направлению можно отнести методы синтеза избыточных схем из однотипных модулей или многофункциональных элементов, до­пускающих перестроение своей структуры в случае отказа отдельных эле­ментов, например однотипные структуры.

Ко второму направлению можно отнести, например, дублирование одних блоков аппаратуры другими с различными физическими действия: электропривод самолета дублируется гидроприводом, магнитный компас на корабле дублируется радиокомпасом.