Резервирование как универсальный принцип обеспечения надежности

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

Надежность резервируемых систем

Постоянное резервирование

Динамическое резервирование

Классификация методов резервирования

Заключение

Список литературы

Введение

Во многих случаях требования надежности системы, обусловленные необходимостью обеспечить заданную ее безотказность, таковы, что на этапе проектирования методами и групп их обеспечить не удается. В этих случаях, как правило, вводят избыточность, или резервирование.

Резервирование является универсальным принципом обеспечения надёжности, широко применяемым в природе, технике и технологии, впоследствии распространившимся и на другие стороны человеческой жизни. резервирование резерв динамический

Надежность резервируемых систем

Резервирование - это применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

Термин резерв определяется как "совокупность дополнительных средств и (или) возможностей, используемых для резервирования".

Резервируемые системы отличаются одна от другой в первую очередь реакцией системы на появление отказа. С этой точки зрения различаются следующие два метода резервирования: постоянное резервирование и динамическое резервирование.

Постоянное резервирование - резервирование без перестройки структуры объекта при возникновении отказа его элемента.

Динамическое резервирование - резервирование с перестройкой структуры объекта при возникновении отказа его элемента.

Постоянное резервирование

Постоянное резервирование заключается в том, что отказ одного или нескольких элементов резервированной системы, в целом, не влияет на ее работу. Элементы соединены постоянно, перестроения схемы не происходит. При создании таких систем необходимо учитывать различные последствия, к которым приводит отказ элементов.

Схема этого метода резервирования представлена на рис. 1

Размещено на http://www.allbest.ru

Резервируемые элементы соединены параллельно с основным в течение всего периода работы. Элементы соединены постоянно. Отказавшие элементы не отключаются. Перестройки схемы не происходит.

ь Преимуществом данной схемы является ее простота и отсутствие перерывов в работе.

ь Недостатком - повышенный расход ресурса резервных элементов, т.к. они находятся в рабочем режиме постоянно.

Такой метод наиболее целесообразен при резервировании небольших элементов (реле, сопротивлений, небольших схем и т.д.)

Различают общее и раздельное резервирование.

Общее резервирование - это резервирование, при котором резервируемым элементом является объект в целом.

Схема общего резервирования представлена на рис. 2.

Раздельное резервирование - это резервирование, при котором резервируемыми являются отдельные элементы или их группы. Схема раздельного резервирования представлена на рис. 3.

Размещено на http://www.allbest.ru

В первом случае для отказа основной системы достаточно, чтобы в каждой цепи отказал один элемент. Во втором случае отказ системы наступает при отказе, какого либо элемента из основной цепи и всех резервных.

С целью сравнения различных методов резервирования и выбора оптимального с точки зрения получения наиболее надежной системы, либо количества элементов, либо другого критерия производится расчет и сравнение различных видов резервирования.

Сравним два вида резервирования системы, общее и раздельное. Примем, что все элементы одинаковые и имеют вероятность отказа равную q.

ь Тогда для общего резервирования.

Вероятность отказа основной системы определяется следующим образом

Вероятность отказа резервированной системы Q_ор будет равна

(6-2)

ь В случае раздельного резервирования.

 (6-3)

(6-4)

Если вероятность отказа очень мала то, разложив правые части формул в ряды по степеням n и пренебрегая членами с q в степени выше единицы, получим:

(6-

(6-6)

Определим выигрыш, по надежности получаемый при различных видах резервирования

(6-7)

Таким образом, раздельное резервирование дает больший выигрыш, чем общее в раз (по вероятности отказа).

Динамическое резервирование

Динамическое резервирование - это такое резервирование, когда при появление отказа элемента система перестраивается и восстанавливает свою работоспособность. Происходит как бы "саморемонт" системы. Такой метод связан с применением переключателей, которые отключают поврежденный участок и включают резервный.

Схема этого метода резервирования приведена на рис. 4.

Размещено на http://www.allbest.ru

Резервные элементы до момента включения могут находиться в различных состояниях. При отказе основного элемента, резервный подключается в работу с помощью переключателя.

При таком методе резервирования также может быть как общее, так и раздельное резервирование.

Преимущество - более высокая надежность системы по сравнению с постоянным резервированием.

Недостаток - наличие переключателей имеющих определенную надежность, которую необходимо учитывать.

В системах динамического резервирования определенное значение имеют условия работы резерва до появления отказа. Различают следующие условия работы резерва.

Нагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента.

Облегченный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной.

Ненагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функций основного элемента.

Одним из видов динамического резервирования является скользящее резервирование.

Скользящее резервирование - это резервирование, при котором группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе.

Скользящее резервирование применяется в системах, состоящих из одинаковых элементов. Оно заключается в том, что используется небольшое число резервных элементов, которые могут подключаться в замен любого из отказавших элементов основной системы. Схема скользящего резервирования представлена на рис. 5

Размещено на http://www.allbest.ru

Таким способом резервируют либо отдельные элементы, либо блоки, либо всю систему в целом.

Классификация методов резервирования

Классификация существующих методов резервирования представлена на рис.

Резервирование

Выше мы описали существо видов избыточности. Отметим, что в настоящее время в технических системах наибольшее распространение получила структурная избыточность.

Сущность структурного резервирования заключается в том, что к основному элементу (т.е минимально необходимому для выполнения заданных функций) присоединяют один или несколько дополнительных (резервных) элементов, предназначенных для обеспечения работоспособности объекта в случае отказа основного элемента).

По объему резервирования различают следующие виды;

- общее, предусматривающее резервирование объекта целиком

- раздельное, при котором резервируется отдельное элементы или их группы

- смешанное, совмещающее различные виды резервирования.

Резерв так же, как и технические системы, может быть восстанавливаемым и невосстанавливаемым. Первый из указанных применятся на обслуживаемых системах, причем стратегия его восстановления строится таким образом, чтобы безопасность системы не уменьшалась ниже заданного уровня. На обслуживаемых системах (невозвращаемые космические аппараты, автоматические метеостанции и др.) резерв, как правило, используется полностью и восстановлению не подлежит.

Резервирующие элементы могут находиться в различных режимах:

Нагруженном, облегченном и ненагруженном.

При ненагруженном режиме резервирующие элементы находятся в том же состоянии, что и основной элемент, т.е все элементы работают одновременно в одинаковых условиях.

Облегченный режим резерва означает, что нагрузка резервирующих элементов меньше, чем у основного элемента.

Ненагруженный резерв сводится к ситуации, в которой резервирующие элементы не имеют нагрузки до тех пор, пока не откажет основной элемент.

По характеру подключения различают:

- постоянное резервирование, при котором резервные элементы участвуют в функционировании объекта наравне с основными:

- замещением, когда функция основного элемента передается резервному только после отказа основного

- скользящее, при котором любой отказавший элемент может быть заменен резервным.

Заключение

Основой резервирования является введение избыточности: дополнительных элементов, времени, информации, запасов продукции, запасов производительности, алгоритмической гибкости и пр. В связи с этим по источнику и физической природе можно различать следующие виды избыточности: структурную, временную, функциональную, информационную, нагрузочную, алгоритмическую, программную, режимную. Введение избыточности еще не создает резерва и не обязательно приводит к повышению надежности.

Чтобы введение избыточности приводило к резервированию, требуется выполнение ряда

Дополнительных условий и технических мероприятий:

- проведения контроля работоспособности и технического состояния аппаратуры и оборудования;

- установки переключателей резерва, удовлетворяющих определенным требованиям по времени срабатывания и надежности;

- динамического перераспределения функциональной нагрузки элементов при изменении структуры системы, обеспечения возможности распараллеливания работ в системах с параллельной структурой;

- включения в состав систем алгоритмов и средств реконфигурации (перестройки структуры), позволяющих организовать работоспособные ресурсы для выполнения задания.

Резервирование во всех системах связано с ростом суммарного потока отказов. Повышая нормируемый показатель надежности, оно приводит к увеличению не только стоимости изделия, габаритно-весовых характеристик, энергопотребления и некоторых других характеристик, но и к росту эксплуатационных расходов и потребления запасных элементов, увеличению обслуживающего и ремонтного персонала. Поэтому резервирование следует рассматривать как вынужденное средство повышения надежности, когда и другие возможности.

Список литературы:

1. Ушаков И.А. Курс теории надежности систем / И.А. Ушаков - Учебное пособие. М.: Дрофа, 2008 г.

2. Острейковский В.А. Теория надежности: / В.А Острейковский - Учебное пособие. М.: Высшая школа, 2003г.

3. Н.А. Шишонка. Основы теории надежности./ Учебное пособие. 2000 г.

Размещено на Allbest.ru