12. Виды и параметры резервирования

Резервирование технических систем – метод повышения надежности, обычно введением избыточности, которое означает введение дополнительных средств и вспомогательных средств и возможностей сверх минимально-необходимого для выполнения объектом заданных функций при отказе одного или нескольких элементов.

Приято выделять три типа резервирования:

• структурное;

• информационное;

• временное.

Структурное(аппаратное) резервирование предусматривает использование избыточных элементов объекта, когда в основную вариацию системы вводятся дополнительные элементы, либо полностью система.

Информационноерезервирование предусматривает использование избыточной информации, например: многократная передача одного и того же сообщения, корректирующие коды в цифровых системах для обнаружения и исправления ошибок. Приводит к избыточности элементов.

Временноерезервирование предусматривает использование избыточного времени. Предполагает возможность возобновления прерванного в результате отказа функционирования аппаратуры путем ее восстановления.

Аппаратное резервирование различается на:

• общее или раздельное

• постоянное или замещением

Резервирование замещением: горячий (нагруженный), теплый (обменный), холодный (не нагруженный) резервы.

Основным параметром структурного резервирования является его кратность, выражаемая через число резервных и число резервируемых элементов:гдеl– общее число элементов системы,h– число резервируемых.

Элемент расчета – элемент, который имеет свою количественную характеристику, самостоятельно учитываемую при расчете надежности сложного объекта.

Основное соединение элементов расчета – соединение, отказывающее при отказе любого из его элементов.

Резервное соединение элементов расчета – соединение, отказывающее при отказе всех резервов любого элемента.

13. Общее резервирование систем замещением при холодном резерве

Исследование системы с холодным резервом производится с помощью графа состояний. Переключающее устройство (П) считается идеальным.

№ сост А1 А2 П 1 1 1 1 2 0 1 1 3 0 0 1

Вероятность безотказной работы:

Для ее нахождения можно применить операторный метод с учетом начальных условий: .

Используются преобразования:

• 

• 

• 

Таким образом, первые два уравнения переходят в следующие:

Откуда ,, значит.

Время наработки до первого отказа есть интеграл вероятности безотказной работы: .

Разбивая на простейшие дроби: .

14. Анализ надежности объектов с раздельным резервированием. Влияние обрывов и коротких замыканий на качество раздельного резервирования

Условия:

• поток отказов элементов – простейший

• все устройства равнонадежны

• ремонт не производится

• переключающее устройство отсутствует или идеально

• отказ системы = отказ основного элемента и всех резервных

– вероятность безотказной работы элемента подчиняется экспоненциальному закону

– вероятность отказа элемента и его резервов

– вероятность безотказной работы системы

Конечный результат:

Если вероятность безотказной работы каждого элемента за заданное время велика (, при подстановке формула упрощается:.

На практике используется усредненная интенсивность отказов:

Среднее время наработки до первого отказа:

где

Если N– велико,, приходим к конечной формуле:

где

То есть такое соединение образует простейший поток отказов.

Влияние обрывов и КЗ на качество резервирования

Параллельное соединение Pо – вероятность отсутствия обрыва Pз – вероятность отсутствия замыкания

Отказ всего соединения наступит при обрыве в обоих элементах, а в случае КЗ – при отказе любого одного.

Вывод: параллельное соединение уменьшает вероятность выхода из строя из-за возникновения обрывов, но увеличивает вероятность возникновения КЗ.

Среднее время наработки до отказа:

Для одного элемента

Выигрыш в надежности: где.

Таким образом, толк в резервировании будет только если K> 2.

Последовательное соединение

Модель схемы представляет предыдущий случай с заменой Pз наPо и наоборот. Таким образом, выигрыш будет приK< 2.