Резервування як метод підвищення надійності

Резервуванням називається спосіб підвищення надійності шляхом включення резервних блоків, здатних у разі відмови основного блоку виконувати його функції. Цей метод дає можливість отримання заданих рівнів надійності, і знайшов широке застосування в практиці.

У загальному випадку надійність не надмірною (НЕ резервованій) системи визначається як добуток надійності входять до неї елементів:

Це рівняння показує, що вихід з ладу будь-якого елемента призводить до відмови всього пристрою. Створення складних електронних пристроїв пов'язане із застосуванням широкого комплексу різних елементів, що розрізняються за своїми властивостями і характеристиками.

Поряд з високо надійними елементами в даний пристрій можуть входити і малонадійні, причому надійність НЕ зарезервованого пристрою не може перевищувати надійність самого ненадійного елемента.

Тому при синтезі високонадійних систем необхідно застосовувати резервування. Якщо є система з S паралельних елементів (рисунок 2.3), а ймовірність несправної роботи i-го елемента Qi. то ймовірність виходу з ладу системи

,

а ймовірність справної роботи

.

Резервування як метод підвищення надійності

Малюнок 2.3 - Паралельне включення елементів

Отже, чим більше елементів S, тим більше надійність Р, тобто зі збільшенням числа резервних елементів надійність системи підвищується.

Різноманітні методи резервування і способи включення резерву можуть бути зведені до трьох методів резервування:

Загальним називається таке резервування, при якому паралельно включаються ідентичні системи, роздільним називають резервування систем шляхом застосування окремих резервних пристроїв, а при комбінованому - в одній і тій же системі застосовують загальне і роздільне резервування.

На малюнку 2.4 представлена ​​система із загальним резервуванням.

Резервування як метод підвищення надійності

Малюнок 2.4 - Загальна резервування

На малюнку кожна система складається з w елементів, і паралельно підключено S систем.

При загальному резервуванні ймовірність відмови i-й дублюючої ланцюжка виражається наступною формулою

Рij - ймовірність справної роботи j-го елемента i-й ланцюжки.

При загальному резервуванні відмова системи виникне в разі відмови в основний і кожної резервної ланцюга. Звідси:

Імовірність справної роботи визначається за формулою: (32)

При однакових елементах (так само надійних)

де р - надійність кожного елемента.

На малюнку 2.5 представлена ​​система з роздільним резервуванням.

Резервування як метод підвищення надійності

Малюнок 2.5 - Роздільне резервування

Якщо при роздільному резервуванні система складається з w елементів, кожен з яких має надійність Pj і являє собою S паралельно з'єднаних елементів, то надійність системи виражається наступною формулою:

Імовірність відмови умовного елемента:

,

де Qij - це ймовірність виходу з ладу i-го елемента j-ї групи.

Тоді формула надійності системи з роздільним резервуванням набирає вигляду:

При одно надійних елементах ця формула набуде вигляду:

Головним способом включення резервної апаратури при відмовах основний є наступні:

- постійне резервування, при якому резервні одиниці з'єднані з основними протягом всього часу роботи і знаходяться в однаковому з ними робочому стані;

- резервування заміщенням, при якому резервні одиниця заміщають основні тільки після відмови.

При цьому резервні одиниці можуть перебувати в 3-х режимах роботи:

1 навантажений (в гарячому резерві), при якому резервні одиниці знаходяться в тих же умовах, що і основні.

2 Чи не навантаженому (в холодному резерві), при якому резервна одиниця не включена. Вважається, що елементи, що знаходяться в холодному резерві не відмовляють.

3 В полегшеному (теплом резерві), при якому резервна одиниця включена, але без навантаження, тобто надійність в резервному стані вище, ніж в робочому.

Оптимізація надійності ВС

На практиці при проектуванні складних систем виникає завдання створення такої системи, яка забезпечувала б максимальну або задану ефективну надійність. Показник якості функціонування складної системи покращують різними шляхами, в тому числі зміною структури і принципу її функціонування, а також за рахунок підвищення надійності елементів системи. У зв'язку з цим виникає завдання оптимального резервування системи.

Розглянемо її в такій постановці. Є складна багатофункціональна система, що складається з кінцевого безлічі елементів N, з'єднаних певним чином. Кожен елемент знаходиться або в стані відмови (позначимо його умовно xi = 0), або в стані працездатності (позначимо його через xi = 1). У довільний момент часу система опиняється в одному з 2 N різних станів х = [x1. x2, ..., xN].

Позначимо через P [y (i), x], приватну (умовну) ефективність системи (або якість виконання завдання), яка залежить від x. У свою чергу, розподіл x залежить від виду функції yi - розподілу резерву за елементами.

В якості критерію оцінки надійності складної системи вибирають ефективність в наступному вигляді:

де p (x) - ймовірність того, що система знаходиться в стані х.

Підсумовування проводиться по всіх x, що пробігає 2 N можливих значень.

Розглянемо постановку задачі в двох наступних формулюваннях:

А) Знайти такий закон розподілу обмежених коштів, при якому значення середньої ефективності системи (2.1) брало максимальне значення за умови, що

,

де y0 - задана надмірність системи.

С) Знайти такий закон розподілу мінімальних засобів, при якому значення середньої ефективності системи (2.1) досягло б заданої ефективності:

Схожі статті