Схема резервирования замещением

Схема постоянного резервирования

Э0 При постоянном резервировании резервные элементы соединены параллельно с основными элементами в течении всего времени работы и находятся в одинаковых условиях Э1 работы с основными элементами.

Все элементы соединены постоянно, перестройка схемы при отказах элементов не происходит, отказавший элемент не отключается.

Эm Плюсы постоянного резервирования - простота, отсутствие перерывов в работе, возможных при других способах резервирования.

Недостатки постоянного резервирования - повышенный расход ресурса резервных элементов, так как резервные элементы находятся в рабочем нагруженном режиме.

При резервировании замещениием отключается основной элемент и включается резервный элемент. Эта операция может выполняться автоматически или вручную.

Схема резервирования замещением

В зависимости от использования резервных элементов до Э0 момента их включения в работу различают три типа режимов резервирования:

1) Режим нагруженного (горячего) резерва;

2) Режим облегченного (тёплого) резерва;

3) Режим ненагруженного (холодного) резерва;

Режим нагруженного (горячего) резерва.

В этом случае резервные элементы находяться в том же режиме, что и основной элемент. Надёжность резервного элемента совпадает с надёжностью основного элемента.

Режим облегченного (тёплого) резерва.

В этом случае резервные элементы находятся в облегченном режиме до момента их включения в работу. Надёжность резервного элемента в этом случае выше надёжности основного элемента.

Режим ненагруженного (холодного) резерва.

В этом случае резервные элементы находяться в выключенном состоянии до момента их включения в работу вместо основного элемента.

Заметим, что при способе постоянного резервирования резервные элементы находятся только в режиме нагруженного резерва. При резервировании замещением резервные элементы могут находиться в любом из трёх режимов.

Резервирование замещением требует дополнительных устройств для контроля состояния элементов, выключения отказавших элементов и включения резервных элементов.

Эта группа устройств называется переключателями.

Переключатели обладают некоторой ненадёжностью. Поэтому при оценке надёжности системы надо учитывать это факт.

Резервирование называется общим, если резервируется вся система.

№13 Независимо от назначения и области техники следует различать пять видов резервирования: структурное, временное, функциональное, информационное, нагрузочное.

Структурное резервирование осуществляется введением в структуру технических средств дополнительных (резервных) элементов, способных выполнять функции основных элементов при их отказе. Удаление этих элементов из системы при работоспособном состоянии основных не нарушает способности системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Функциональное резервирование имеет место в многофункциональных системах, в которых отдельные элементы или группы элементов обладают способностью принимать на себя функции других отказавших элементов на время восстановления их работоспособности без существенного снижения технико-экономических показателей системы. При функциональном резервировании в отличие от структурного резервирования нет резервных элементов, т.е. таких элементов, которые могут быть изъяты постоянно без нарушения требований к техническим характеристикам системы.

Функциональное резервирование обеспечивается:

- установлением дополнительных связей между элементами;

- гибкостью и оперативностью перенастройки многофункциональных элементов на выполнение заданной функции;

- изменением режима функционирования.

Временное резервирование состоит в образовании для отдельных элементов, групп элементов или системы в целом некоторого дополнительного времени, которое может быть использовано для восстановления технических характеристик без нарушения требований к выходным параметрам системы.

Временное резервирование обеспечивается:

- созданием запаса производительности путем увеличения быстродействия (пропускной способности) элементов;

- созданием запаса производительности путем параллельного включения в работу устройств одинакового назначения;

- созданием запасов продукции в промежуточных или выходных накопителях;

- снижением скорости развития неблагоприятных последствий отказов и скорости ухудшения выходных параметров системы.

Информационное резервирование состоит в образовании нескольких семантических адекватных источников информации или копий массивов информации, введении дополнительной информации, предназначенной для восстановления основной в случай ее искажения.

Информационное резервирование обеспечивается путем:

- помехоустойчивого кодирования информации;

- дублирования данных на различных устройствах;

- коррелированности данных измерений физических полей;

- использования данных, удовлетворяющих инвариантным соотношениям;

- использования избыточности алгоритмического или естественного языка.

Нагрузочное резервирование состоит в обеспечении запасов работоспособности при воздействии различных нагрузок (электрической, механической, термической и пр.) в процессе эксплуатации. Нагрузочное резервирование обеспечивается путем:

- создания запаса прочности с целью защиты от повышенных ударных и вибрационных нагрузок;

- использования элементов с повышенной допустимой рассеиваемой электрической мощностью;

- использования термостойких материалов;

- снижения коэффициента занятости изделия полезной работой.

Несколько структурных элементов системы, каждый из которых имеет производительность С, могут быть соединены параллельно при выполнении общего задания. Параллельное соединение имеет две разновидности. При резервном соединении часть элементов, называемых основными, включается в полезную работу и обеспечивает системе некоторую производительность С_о. Другая часть элементов, называемых резервными, предназначена для поддержания работоспособности системы и стабилизации номинальной производительности на уровне С_о. Резервные элементы включаются в полезную работу после отказа основных элементов. Другой разновидностью параллельного соединения является многоканальное соединение, при котором все работоспособные элементы выполняют полезную работу, увеличивая производительность системы. Запас производительности создает резерв времени. К многоканальным системам относятся многопоточные автоматические линии в машиностроении, многониточные трубопроводные транспортные системы в энергетике, многопроцессорные вычислительные системы, многоканальные системы связи, многоканальные измерительные системы.

№14 Структурное резервирование приобретает преимущество в системах, условия применения которых характеризуются следующими особенностями:

- малое допустимое время прерывания функционирования;

- высокая цена отказа (тяжелые последствия отказов);

- отсутствие обесценивающих отказов;

- недопустимость снижения качества функционирования при деградации системы;

- развитая система аппаратурного контроля и диагностирования, не допускающая значительной задержки в обнаружении отказов;

- организация технического обслуживания, при которой возможно отключение отказавшего устройства, его восстановлений и включение в работу без прерывания функционирования остальной части системы.

Методы структурного резервирования можно подразделить на три основные группы:

- встроенное резервирование с постоянным включением резерва;

- встроенное резервирование замещением с автоматическим или автоматизированным включением резерва;

- ненагруженное резервирование путем замены неработоспособных элементов на работоспособные из ЗИП.

В последнем случае кратность и способ резервирования определяются номенклатурой и количеством запасных элементов, структурой ЗИП (одиночный, групповой).

№15 Кратность резервирования определяется как отношение количества резервных ресурсов к количеству основных ресурсов. Кратность структурного резервирования представляется в виде несокращаемой дроби, в которой в числителе находится число резервных элементов, а в знаменателе число основных элементов. Кратность функционального резервирования определяется числом различных способов, которыми может быть выполнена заданная функция. Кратность временного резервирования определяется как отношение резервного времени к основному времени выполнения задания. Кратность информационного резервирования при помехоустойчивом кодировании совпадает с относительной избыточностью кода, при кодировании массивов - с числом резервных копий, а в общем случае кратность определяется как отношение числа единиц резервной и основной информации. Кратность нагрузочного резервирования определяется как отношение запаса работоспособности по данному виду нагрузки к номинальному значению нагрузки, измеряемых в одних и тех же единицах.Расчет надежности восстанавливаемых резервированных систем.

Расчетные формулы для получения показателей К_г(t), К_г и Т можно получить лишь для простых случаев резервирования с ограниченной кратностью m_c. В общем случае используют модель массового обслуживания. При этом методика расчета заключается в следующем.

1. Составляется структурная схема расчета надежности. Указываются интенсивности отказов и интенсивности восстановления каждого устройства.

2. Строится граф состояний системы с учетом заданной дисциплины обслуживания.

3. Составляется система дифференциальных уравнений типа массового обслуживания.

4. Решается система уравнений на ЭВМ по стандартным программам.

В случае, когда число состояний системы очень большое (несколько сот и более), приведенная методика не позволяет с необходимой точностью найти показатели надежности. В таких случаях можно применить один из следующих приемов:

а) объединение (укрупнение) состояний системы;

б) объединение путей графа состояний;

в) укорочение графа состояний.

Эти приемы дают возможность оценить надежность сложной системы сверху и снизу.

№16 Интенсивность отказов- отношение числа отказавших объектов в 1 времени к ср. числу объектов, продолжающих исправно работать

λ(t)=Δn(Δt)/N(t)Δt; где

Δn(Δt)-число отказов объекта за промежутов времени;

N- число исправно работающих в начале интервала Δt.

Интенсивность отказа- α характеристика, она показывает какая часть объекта выходит из строя в единицу времени.

λ(t)