Методы и способы функционального резервирования

Повышение надежности систем путем резервирования достигается за счет рационального применения избыточных элементов. Избыточные элементы могут приносить вред, снижая надежность системы. Вместе с тем с помощью избыточных элементов можно добиться значительного повышения надежности системы. При этом все зависит от способа соединения основных и избыточных элементов. Поэтому при резервировании основное внимание обращают на выбор рациональной схемы резервированной системы.

При поисках рациональных путей создания резервированных схем используются методы матемаческого, обычно вероятностного, исследования возможных резервных схем.

Будем считать систему резервированной, если при отказе одного или нескольких элементов она продолжает нормально функционировать. Оставшиеся элементы выполняют ту же функцию, что и нерезервированная система. Подобное применение избыточных элементов можно назвать функциональным резервированием. При функциональном резервировании системы отличаются одна от другой в первую очередь реакцией на появление отказа элемента. С этой точки зрения можно различать два пути создания резервированных систем, т.е. два метода резервирования. При одном из них система проектируется таким образом, что при появлении отказа элемента она перестраивается и восстанавливает свою работоспособность, т.е. происходит саморемонт системы. При этом система активно реагирует на появление отказа элемента, в силу чего данный метод называется методом активного резервирования.

· Активное резервирование обычно связано с применением переключателей, которые отключают поврежденный участок и включает резервный.

· Во многих случаях целесообразно применять метод пассивного резервирования. При этом методе система проектируется так, что отказ одного или нескольких элементов не влияет на ее работу. Система как бы пассивно сопротивляется появлению неисправности элемента. Т.к. при пассивном резервировании вышедший из строя элемент или блок не отключаются, то при создании подобных систем приходится учитывать различные последствия, к которым может привести отказ элемента, т.е. необходимо учитывать вид отказа элемента.

Можно различить пять способов резервирования:

1. Общее резервирование.

2. Автономное резервирование.

3. Раздельное резервирование.

4. Единичное резервирование.

5. Внутриэлементное резервирование.

Принципиального различия между способами резервирования нет. Для многих систем одни из них являются частными случаями других.

Общее резервированиесостоит в резирвировании всей системы кроме входных и выходных блоков.

1- Входной элемент

2- Рабочая цепь

3- Выходной элемент

4- Цепь переключателей

Автономное резервированиесостоит в применении нескольких независимых систем, выполняющих одну и ту же задачу. Каждая из этих систем имеет свой вход и выход и обычно независимые источники питания.

Примером систем с автономным резервированием может служить совокупность устройств телевещания, выполняющих одну и ту же задачу . Автономное резервирование обычно применяется при проведении ответственных эксперементов и эксплуатации систем ответственного назначения. Если все другие способы резервирования могут применяться как при активном, так и при пассивном методах, то автономное резервирование является только пассивнам.

Раздельное резервироавние состоит в резервировании системы по отдельным участкам. Систему с активным общим резервированием можно считать частным случаем системы с раздельным резервированием при одном участке резервирования.

Единичное резервирование состоит в замене элементов системы элементарным резервированными схемами. В сложных схемах с обратными связями очень трудно найти рациональную схему раздельного резервирования и кроме того схемы резервирования различных систем каждый раз приходится проектировать заново, что требует значительных материальных затрат. Поэтому единичное резервирование находит широкое применение из-за простоты построения сложных резервированных систем.

Внутриэлементное резервирование состоит в резервировании внутренних связей элементов (вплоть до молекулярных). Если при единичном резервировании используются схемы из существующих элементов (ячейки), то применение внутриэлементного резервирования связано с изменением конструкции элементов.

Системы с активным резервирование можно классифицировать так же по условиям работы резервных цепей. Обычно различают три вида условий работы резерва:

1. Нагруженный резерв – рабочие и резервные цепи находятся в одинаковых условиях рабты.

2. Облегченный резерв – резервные цепи находятся в облегченных условиях работы.

3. Ненагруженный резерв – резервные цепи включаются в работу после отказа рабочей цепи.

На практике в зависимости от структуры и условий работы машин или приборов применяются различные виды резервирования.

1. Резервирование путем переключения на запасной элемент.

В этом случае необходим дополнительный элемент (переключатель C), для которого необходимо знать:

· – надежность включения запасного элемента в момент времени, когда это требуется.

· – надежность невключения (в период, когда не требуется включение).

· – надежность контакта

Надежность схемы может быть определена следующим образом:

;

Эта формула получена в результате рассмотрения всех возможных случаев,при которых схема остается работоспособной.

1. Резервирование при наличии отказов как вследствие обрыва, так и короткого замыкания.

Пусть два одинаковых элемента А и В включены параллельно с целью резервирования. Если обозначить – вероятность короткого замыкания в элементе А или В, p – вероятность отсутствия отказов в элементе А или В, то

2. Резервирование по методу голосования .

При данном методе применяется так называемый кворум-элемент, формирующий свой выходной сигнал (0 или 1) в зависимости от состояния (0 или 1), в котором находится большинство элементов на входе. При этом число входов должно быть нечетное и минимально равно 3.

Надежность схемы резервирования для одной группы элементов (одного каскада) при надежности кворум-элемента p_m=1

при надежности кворум-элемента p_m 1

Функциональное резервирование отдельных деталей трудно осуществимо на практике. Чаще удается осуществить функциональное резервирование крупных блоков и узлов оборудования. Кроме функционального резервирования для повышения надежности электронных блоков и схем применяется резервирование элементов по нагрузке.