2.1.4 Методика оценки безотказности технических средств

Рассматриваемая здесь методика расчёта показателей безотказности технических средств (интенсивность отказов, вероятность безотказной работы, подчинённых экспоненциальному закону распределения) подготовлена в Институте проблем управления РАН.

Расчёт показателей безотказности системы проводится на этапе проектирования для выяснения принципиальной возможности достижения системой заданных требований по безотказности, выбора оптимального (по критерию безотказности) варианта построения системы, выявления слабых элементов, оказывающих значительное влияние на безотказность системы и разработки мероприятий по обеспечению необходимого уровня надёжности. По данной методике могут быть рассчитаны вероятность безотказной работы за заданное время, интенсивность отказов, среднее время наработки до отказа (на отказ). Расчёт показателей безотказности элементов производится методом « - характеристик», в котором используются значения интенсивности отказов элементов, и значения поправочных коэффициентов, учитывающих реальные условия и режимы эксплуатации. При этом приняты следующие допущения:

• отказы элементов являются случайными независимыми событиями и одновременно два и более элемента отказать не могут;

• интенсивность отказов элементов в течение срока службы в одних и тех же рабочих режимах и условиях является постоянной;

• отключённое состояние элементов приравнивается к режиму хранения;

• отказы элементов могут быть двух видов (обрыв и короткое замыкание).

Расчёт показателей безотказности производится сначала для элементов, а затем для системы в целом. Используются формулы расчёта показателей надёжности для основного соединения элементов.

2.2 Расчёт структурной надёжности резервированных систем

2.2.1 Классификация методов резервирования

Уровень надёжности современной элементной базы электроники, радиотехники, механических элементов электротехники характеризуется значениями интенсивности отказов . Скоро можно ожидать снижение значения до значения Если система состоит из элементов, которые равно надёжны

Для экспоненциального закона распределения времени наработки до отказа

При сроке службы этой системы часов вероятность безотказной работы системы

Очевидно, что без резервирования элементов сложных систем не может быть обеспечен необходимый уровень надёжности. В соответствии с ГОСТ 27.002-89 резервированием называется применение дополнительных элементов с целью сохранения работоспособного состояния системы при отказе ряда её элементов путём введения избыточности.

Разнообразные методы резервирования принято разделять по следующим признакам:

1. По виду резервирования (структурное резервирование, предусматривающее применение резервных элементов схемы; временное резервирование, возникающее за счёт производительности объекта и инерционности его элементов; информационное резервирование с применением избыточной информации; функциональное резервирование, при котором заданная функция может выполняться различными способами и разными техническими средствами; нагрузочное резервирование – это резервирование, заключающееся в обеспечении способности элементов выдерживать действующие на них нагрузки, либо введении дополнительных защитных или разгружающих элементов).

Примечание. Указанные выше виды резервирования могут быть применены либо к системе в целом, либо к отдельным элементам системы или к группам элементов. В первом случае резервирование называется общим, во втором – раздельным; сочетание различных видов резервирования в одном объекте называется смешанным.

2. По способу включения резервных элементов (постоянное резервирование, т.е. параллельное включение основного и резервного элементов без переключающих устройств; динамическое резервирование – это резервирование с перестройкой структуры объекта при возникновении отказа его элемента; резервирование замещением, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента посредством переключения; скользящее резервирование, когда группа основных элементов резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший элемент в группе; мажоритарное резервирование, которое широко применяется в системах контроля и защиты).

Ниже изображено мажоритарное резервирование «2 из 3».

ИЛИ

1 2

2 3

1 3

1

2

3

Рисунок 2.1 - Пример мажоритарного резервирования « 2 из 3»

Степень избыточности характеризуется кратностью резервирования – это отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими основных элементов, выражаемое несокращаемой дробью. Резервирование с целой кратностью – этот термин означает, что один основной элемент резервируется одним или более резервными элементами. Термин «резервирование с дробной кратностью» означает, что два или более однотипных основных элементов резервируются одним или более резервными элементами.

Нагруженный резерв – это резерв, работающий в одном режиме с основными элементами.

Облегчённый (недогруженный) резерв – резервные элементы работают в облегчённом режиме в сравнении с основными элементами, т.е. менее нагружены. Выделяют ненагруженный резерв.

Если в случае отказа резервных элементов они подлежат восстановлению, то такое резервирование называется резервированием с восстановлением, в противном случае имеет место резервирование без восстановления. Восстанавливаемость резерва обеспечивается при наличии системы контроля работоспособности элементов, так как число скрытых отказов может быть больше, чем при отсутствии резервирования.