Технических систем. Резервирование предполагает повышение надежности путем включения резерва, предусмотренного при разработке системы или в процессе ее эксплуатации

Резервирование предполагает повышение надежности путем включения резерва, предусмотренного при разработке системы или в процессе ее эксплуатации. Это один из эффективных методов, позволяющий создавать системы, надежность которых может быть выше надежности входящих в них элементов. С этой точки зрения можно говорить о построении надежных систем из ненадежных элементов.

Однако практическая реализация резервирования связана с усложнением системы, увеличением ее веса, габаритов, потребляемой энергии и повышением стоимости. Это ограничивает возможности применения резервирования.

Любой метод резервирования основан на принципе избыточности. Это означает, что наряду с единицами (системами, устройствами, элементами), выполняющими основную функцию, должны быть предусмотрены резервные единицы, которые не являются функционально необходимыми, а предназначены лишь для замены соответствующих основных единиц в случае их отказа

1. Резервирование замещением. Система проектируется таким образом, что при появлении отказа элемента она перестраивается и восстанавливает свою работоспособность путем замещения отказавшего элемента резервным. Для этого применяют переключатели для отключения поврежденного рабочего элемента и включения резервного. Замещение может осуществляться автоматически или вручную. К достоинствам данного способа относится:

- отсутствие необходимости регулировки входных и выходных параметров в момент отказа основного и включения резервного оборудования;

- облегченное или ненагруженное состояние резервной части системы до момента включения ее в работу, что сохраняет ресурс устройств, повышает общую надежность системы и уменьшает расход энергии источников питания;

- использование для замены любого из однотипных основных элементов одного или небольшого числа резервных элементов, что позволяет повышать надежность при малых затратах и незначительном увеличении веса, габаритов и объема резервируемой части. В последнем случае резервирование называется скользящим.

К недостаткам данного способа можно отнести наличие переключающих устройств, системы контроля работоспособности и отыскания неисправного сменного узла, а также исполнительных устройств для включения резерва. Все эти дополнения понижают общую надежность системы и повышают ее стоимость. Практическая целесообразность применения резервирования замещением определяется надежностью переключающих устройств. При большом числе и невысокой надежности дополнительных элементов надежность системы при резервировании может даже понизиться по сравнению с нерезервированной.

2. Постоянное резервирование. Резервные элементы присоединены к основным в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ними рабочем режиме. Постоянное включение резерва является единственно возможным в системах, где недопустим даже кратковременный перерыв в работе, необходимый для перехода с основного элемента на резервный.

Система с постоянным резервированием проектируется таким образом, чтобы отказ одного или даже нескольких элементов не влиял на ее работу. Элементы соединены постоянно, перестройки схемы при отказах не происходит, и вышедший из строя элемент не отключается. Поэтому при создании систем с постоянным резервированием приходится учитывать последствия, к которым может привести отказ элемента, учитывать вид отказа..

Достоинство постоянного резервирования состоит в простоте и отсутствии даже кратковременных перерывов в работе, необходимых для переключения при резервировании замещением.

Основным недостатком является повышенный расход ресурса резервных элементов. Выход из строя одного из них приводит к изменению выходных параметров резервируемого узла, что в свою очередь ведет к изменению режимов остальных параллельно включенных элементов. Диапазон изменений выходных и входных параметров при отказе одного из резервированных элементов может быть сведен к допустимым значениям при помощи специальных схем и цепей обратной связи.

Область использования постоянного резервирования ограничивается тем, что одновременная параллельная работа допускается только в некоторых типах устройств. Постоянное включение резерва удобнее всего при резервировании сравнительно мелких элементов.

Рассмотренные методы резервирования могут быть осуществлены путем применения общего, раздельного или смешанного соединений резервных элементов.

1. Общее резервирование состоит в резервировании всей системы в целом. Благодаря простоте этот способ наиболее широко распространен, т.к. возможно автономное и неавтономное включение резервных систем.

При автономном включении каждая система имеет свой вход и выход и независимые источники питания, применяется в системах наиболее ответственного назначения. Если все другие способы могут применяться как при резервировании замещением, так и при постоянном резервировании, то автономное резервирование всегда является постоянным.

2. Раздельное резервирование состоит в резервировании системы по отдельным участкам. Систему с общим резервированием замещением можно считать частным случаем системы с раздельным резервированием, имеющей один участок резервирования. Раздельное резервирование может быть осуществлено как в виде резервирования сравнительно крупных узлов системы, так и ее отдельных элементов или даже внутриэлементных связей. В первом случае резервирование называют одиночным, во втором - внутриэлементным.

3. При смешанном резервировании в системе резервируются как отдельные устройства, так и некоторые первичные элементы.

Различают три вида условий работы резервных элементов до момента их включения в работу.

1. Нагруженный (горячий) резерв характеризуется тем, что внешние условия резерва полностью совпадают с теми, в которых находится рабочая система. Ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения в работу всей системы. Вероятность безотказной работы резервной системы при нагруженном резерве не зависит от того, в какой момент времени она включается в работу, так как при этом законы распределения вероятностей времени ее безотказной работы остаются неизменными.

2. Облегченный (теплый) резерв характеризуется облегченными внешними условиями, воздействующими на систему до момента ее включения в работу. Ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения всей системы в работу, однако интенсивность расхода ресурса резервной части системы до момента включения ее вместо отказавшей значительно ниже, чем в обычных рабочих условиях. Вероятность безотказной работы резервных элементов за период работы системы будет зависеть как от момента включения их в работу, так и от того, насколько отличаются законы распределения вероятностей времени безотказной работы элементов в рабочих и резервных условиях.

3. Ненагруженный (холодный) резерв характеризуется условиями настолько легче рабочих, что практически резервные элементы начинают расходовать свой ресурс только с момента включения их в работу взамен отказавших.

При ненагруженном резерве включение способом замещения должно увеличить вероятность безотказной работы системы, так как вероятность безотказной работы резервных элементов за тот же промежуток времени повышается.