Резервирование

III. 5. Резервирование Для повышения надежности сложных систем часто применяют структурное резервирование, т.е. введение в структуру объекта дополнительных элементов выполняющих функции основных элементов в случае их отказа. III. 5. 1. Классификация резервирования Различные способы резервирования классифицируются по следующим признакам: a) по схеме включения резерва: • общее резервирование, при котором резервируется объект в целом; • раздельное резервирование, при котором резервируются отдельные элементы или их группы; • смешанное резервирование, при котором различные виды резервирования сочетаются в одном объекте; b) по способу включения резерва: • постоянное резервирование, без перестройки структуры объекта при возникновении отказа его элементов; • динамическое резервирование, при котором при отказе элемента происходит перестройка структуры системы. В свою очередь оно подразделяется на: 1) резервирование замещением, при котором функции основного элемента передаются резервному, только после отказа основного; 2) скользящее резервирование, при котором несколько основных элементов резервируется одним или несколькими резервными, каждый из которых может заменить любой основной (т.е. группы основных и резервных элементов идентичны). c) по состоянию резерва: • нагруженное (горячее резервирование), при котором резервные элементы или один из них постоянно присоединены к основным и находятся в одинаковом с ними режиме работы. Оно применяется тогда, когда не допускается прерывание функционирования системы во время переключения отказавшего элемента на резервный; • облегченное резервирование, при котором резервные элементы (по крайне мере один из них) находятся в менее нагруженном режиме по сравнению с основными и вероятность их отказа в этот период мала; • ненагруженное (холодное резервирование), при котором резервные элементы до начала выполнения ими функций находятся в ненагруженном режиме. В этом случае для включения резерва необходимо соответствующее устройство. Отказ ненагруженных резервных элементов до включения вместо основного элемента, невозможен. III. 5. 2. Характеристики резервирования. Основной характеристикой структурного резервирования является кратность резервирования, это отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими основных элементов выраженное несокращаемой дробью вида (4:2; 2:1; 1:1). Резервирование одного основного элемента одним резервным, т.е. с кратностью 1:1 называется дублированием. Количественно повышение надежности системы в результате резервирования или применения высоконадежных элементов можно оценить по коэффициенту выигрыша надежности , определяемому как отношение показателя надежности после преобразования системы к показателю надежности до преобразования системы. Например, для системы из n-соединенных последовательно элементов после резервирования одного из элементов аналогичным по надежности элементом коэффициент выигрыша надежности составит: Предположим, что ; тогда ; Если ; тогда . Из этого следует, что эффективность резервирования или другого приема повышения надежности, тем больше, чем меньше надежность резервируемого элемента. Следовательно, при структурном резервировании или применении другого приема повышения надежности максимального эффекта можно добиться при резервировании самых ненадежных элементов. III. 5. 3. Cхемная надежность при различных видах резервирования Расчет количественных характеристик надежности систем с резервированием отдельных элементов или групп элементов во многом определяется видом резервирования. При этом расчетные зависимости получены без учета надежности переключающих устройств, обеспечивающих перераспределение нагрузки между основными и резервными элементами. В реальных условиях введение переключателей в структурную схему необходимо учитывать и в расчете надежности системы. Расчет систем с нагруженным резервированием осуществляется по формулам последовательного и параллельного соединения элементов. При этом считается, что резервные элементы работают в режиме основных как до, так и после их отказа, поэтому надежность резервных элементов не зависит от момента их перехода из резервного состояния в основное и равна надежности основных элементов. При ненагруженном резервировании резервные элементы последовательно включаются в работу при отказе основного, затем первого резервного и т.д. элементов, поэтому надежность резервных элементов зависит от момента их перехода в основное состояние. Такое резервирование в различных сложных системах встречается наиболее часто т.к. оно, по сути, аналогично замене отказавших элементов на запасные. Облегченное резервирование используется при большой инерционности переходных процессов происходящих в элементе, при его переходе из резервного в основной режим и нецелесообразности применения нагруженного резервирования из-за недостаточного выигрыша в надежности. Очевидно, облегченный резерв занимает промежуточное положение между нагруженным и ненагруженным. Скользящее резервирование используется для резервирования нескольких одинаковых элементов одним или несколькими одинаковыми резервными. В этом случае отказ системы произойдет, если из общего количества идентичных элементов (основных и резервных) число отказавших превышает число резервных. Метод резервирования для механических систем в чистом виде применяется сравнительно редко. Для механических систем более характерно для повышения надежности применения принципа избыточности, который является более общим, чем резервирование. При создании надежных систем принцип проявляется в том, что ресурс изделия устанавливается намного ниже среднего срока службы до отказа. Недоиспользование потенциальной долговечности изделия дает гарантию его безотказной работы.