Расчет надежности невосстанавливаемых резервированных систем
Резервированием называется способ повышения надежности аппаратуры за счет введения в структуру дополнительных элементов, функциональных блоков и связей. Как указано в п. 4.1 такое логическое соединение объектов называют параллельным.
Из формулы (4.2) видно, что для резервированной системы вероятность отказа уменьшается по сравнению с вероятностью отказа любого элемента Qi (t), следовательно, надежность резервированной системы повышается по сравнению с нерезервированной.
Наиболее распространенные способы резервирования показаны на рис. 4.2.
Рис. 4.2. Способы резервирования
Основной параметр резервирования – кратность. Под кратностью резервирования L понимается отношение числа резервных объектов к числу основных, необходимых для нормальной работы объекта.
При резервировании с целой кратностью величина L есть целое число, поскольку количество основных объектов равно 1 (например, если L = 2, то всего имеется 3 однотипных объекта: один основной и два резервных).
При резервировании с дробной кратностью получается дробное несокращаемое число. Например, при L = 4/2 резервных объектов 4, основных 2, общее число объектов 6. Сокращать дробь нельзя, так как новое отношение будет отражать совсем другой физический смысл.
При общем резервированииосновной объект (система) резервируется в целом, а при раздельном - резервируются отдельные части (элементы) системы.
По способу включения резервных элементов в структуру системы резервирование разделяется на постоянное и резервирование замещением.
При постоянном резервировании резервные объекты подключены к нагрузке постоянно в течение всего времени работы и находятся в одинаковых с основными объектами условиях. Недостаток постоянно включенного резерва состоит в том, что при отказах элементов соединения изменяются режимы работы оставшихся элементов, и это необходимо учитывать при расчетах надежности, либо для сохранения постоянной нагрузки в электрическую схему системы должны быть включены специальные компенсирующие элементы.
При резервировании замещением резервные объекты замещают основные (подключаются к нагрузке) только после их отказа. Резервирование замещением возможно при включении в каждую параллельно работающую цепь специальных переключателей и устройств индикаторов отказа. При этом способе резервирования в зависимости от режима работы резервного (запасного) объекта до момента его включения вместо основного рассматривают нагруженный, облегченный и ненагруженныйрезерв.
При нагруженномрезерве условия работы резервных элементов до момента их включения вместо основных такие же, как и у основных элементов.
При ненагруженном резервировании до момента замещения основного резервный элемент выключен.
Облегченныйрезерв является промежуточным вариантом
Постоянное резервирование и резервирование замещением могут быть осуществлены путем применения либо общего, либо раздельного варианта резервирования.
Ненагруженное резервирование замещением с дробной кратностью называется скользящим,если используется небольшое число резервных элементов, которые могут подключаться взамен любого из отказавших основных элементов.
Постоянно включенное резервирование цифровых устройств с дробной кратностью называется мажоритарным резервированием, если в структуру системы помимо нескольких однотипных функциональных устройств (их число должно быть нечетным) включается также и избирательная схема (мажоритарный орган). Сигналы на выходе параллельно работающих устройств сравниваются избирательной схемой и во внешнюю цепь системы выдается сигнал, отвечающий выходному для большинства устройств.
Логические схемы некоторых видов резервирования изображены на рис. 4-3.
Рис. 4.3. Логические схемы резервированных систем.
а) – постоянное общее резервирование с целой кратностью и неизменной нагрузкой;
б) – постоянное раздельное резервирование с целой кратностью и неизменной нагрузкой;
в) – общее резервирование замещением с целой кратностью и с абсолютно надежными переключателями;
г) – общее резервирование замещением с учетом надежности переключателей (А – основной и резервные элементы; П – цепи переключателя);
д) – скользящее резервирование (кратность 1/2).