فصل پنجم. افزونگی سیستم

در مرحله طراحی SES، به منظور اطمینان از قابلیت اطمینان مورد نیاز، در بسیاری از موارد لازم است حداقل عناصر منفرد و حتی سیستم های منفرد تکرار شوند. از رزرو استفاده کنید

افزونگی با این واقعیت مشخص می شود که به شما امکان می دهد قابلیت اطمینان سیستم را در مقایسه با قابلیت اطمینان عناصر تشکیل دهنده آن افزایش دهید. افزایش قابلیت اطمینان عناصر منفرد مستلزم هزینه های بالای مواد است. تحت این شرایط، افزونگی، به عنوان مثال، با معرفی عناصر اضافی، وسیله ای موثر برای اطمینان از قابلیت اطمینان مورد نیاز سیستم ها است.

اگر با اتصال سری عناصر، قابلیت اطمینان کلی سیستم (یعنی احتمال عملکرد بدون خرابی) کمتر از قابلیت اطمینان غیرقابل اعتمادترین عنصر باشد، با افزونگی، قابلیت اطمینان کلی سیستم ممکن است بالاتر باشد. از قابلیت اطمینان قابل اعتمادترین عنصر.

افزونگی با معرفی افزونگی انجام می شود. بسته به ماهیت دومی، رزرو به شرح زیر است:

ساختاری (سخت افزاری)؛

اطلاعاتی؛

موقت.

افزونگی ساختاریشامل این واقعیت است که عناصر اضافی، دستگاه ها به حداقل نسخه مورد نیاز یک سیستم متشکل از عناصر اساسی وارد می شوند یا حتی به جای یک سیستم از چندین سیستم یکسان استفاده می شود.

افزونگی اطلاعاتشامل استفاده از اطلاعات اضافی است. ساده ترین مثال آن انتقال چندگانه یک پیام از طریق یک کانال ارتباطی است. مثال دیگر کدهایی است که در کامپیوترهای کنترلی برای شناسایی و تصحیح خطاهای ناشی از خرابی و خرابی سخت افزار استفاده می شود.

رزرو موقتشامل استفاده از زمان اضافی است. از سرگیری عملکرد سیستم که در نتیجه خرابی قطع شده است، با بازیابی آن، در صورت وجود حاشیه زمانی مشخص، رخ می دهد.

دو روش برای بهبود قابلیت اطمینان سیستم از طریق افزونگی ساختاری وجود دارد:

1) افزونگی عمومی، که در آن سیستم به عنوان یک کل زائد است.

2) افزونگی جداگانه (عنصر به عنصر)، که در آن بخش‌های (عناصر) منفرد سیستم رزرو می‌شوند.

طرح‌های افزونگی ساختاری کلی و مجزا به ترتیب در شکل 1 ارائه شده‌اند. 5.3 و 5.4، که در آن n تعداد عناصر متوالی در مدار است، m تعداد مدارهای ذخیره (با افزونگی عمومی) یا عناصر ذخیره برای هر اصلی (با افزونگی جداگانه) است.

زمانی که m=1 تکرار می شود و وقتی m=2 سه برابر می شود. معمولاً سعی می‌کنند تا حد امکان از افزونگی جداگانه استفاده کنند، زیرا در این حالت، افزایش قابلیت اطمینان اغلب با هزینه‌های بسیار کمتری نسبت به افزونگی معمولی به دست می‌آید.

بسته به روش گنجاندن عناصر رزرو، بین رزرو دائمی، رزرو جایگزین و رزرو کشویی تمایز قائل می‌شود.

رزرو دائمی -این چنین رزروی است که در آن عناصر ذخیره به طور مساوی با عناصر اصلی در عملیات شیء شرکت می کنند. در صورت خرابی عنصر اصلی، هیچ دستگاه خاصی برای فعال کردن عنصر پشتیبان مورد نیاز نیست، زیرا به طور همزمان با عنصر اصلی راه اندازی می شود.

رزرو با تعویض -این چنین افزونگی است که در آن عملکردهای عنصر اصلی تنها پس از شکست عنصر اصلی به پشتیبان منتقل می شود. هنگامی که با جایگزینی اضافی انجام می شود، دستگاه های نظارت و سوئیچینگ برای تشخیص واقعیت خرابی عنصر اصلی و تغییر از اصلی به پشتیبان مورد نیاز است.

رزرو متوالی -نوعی افزونگی با جایگزینی است که در آن عناصر اصلی شی توسط عناصری رزرو می شوند که هر کدام می توانند جایگزین هر عنصر شکست خورده شوند.

هر دو نوع رزرو (دائم و جایگزین) مزایا و معایب خود را دارند.

مزیت افزونگی دائمی سادگی است، زیرا در این حالت، به هیچ دستگاه کنترل و سوئیچینگ نیاز نیست، که باعث کاهش قابلیت اطمینان سیستم به عنوان یک کل می شود و مهمتر از همه، هیچ وقفه ای در کار وجود ندارد. نقطه ضعف افزونگی دائمی نقض نحوه عملکرد عناصر پشتیبان در صورت خرابی عناصر اصلی است.

گنجاندن ذخیره با جایگزینی مزیت زیر را دارد: نحوه عملکرد عناصر ذخیره را نقض نمی کند ، قابلیت اطمینان عناصر ذخیره را تا حد زیادی حفظ می کند و امکان استفاده از یک عنصر ذخیره را برای چندین عنصر کار می دهد ( با افزونگی کشویی).

بسته به نحوه عملکرد عناصر ذخیره، یک ذخیره بارگذاری شده (گرم) و بدون بار (سرد) متمایز می شود.

آماده به کار بارگذاری شده (گرم).در مهندسی قدرت به آن چرخشی یا روشن نیز می گویند. در این حالت، عنصر پشتیبان در همان حالت اصلی قرار دارد. منبع عناصر ذخیره از لحظه ای که کل سیستم به بهره برداری می رسد شروع به مصرف می کند و احتمال عملکرد بدون خرابی عناصر ذخیره در این حالت به لحظه ای که آنها را به کار می گیرند بستگی ندارد.

آماده به کار سبک وزن (گرم).با این واقعیت مشخص می شود که عنصر پشتیبان در حالت بارگیری کمتر از حالت اصلی قرار دارد. بنابراین، اگرچه منبع عناصر ذخیره نیز از لحظه روشن شدن کل سیستم شروع به مصرف می کند، اما شدت مصرف منابع عناصر ذخیره تا لحظه روشن شدن آنها به جای عناصر شکست خورده بسیار کمتر از تحت شرایط عملیاتی این نوع ذخیره معمولاً روی واحدهایی که در حالت بیکار کار می کنند قرار داده می شود و بنابراین در این حالت در مقایسه با شرایط عملیاتی که واحدها بار را حمل می کنند، از منابع عناصر ذخیره کمتر استفاده می شود. احتمال عملکرد بدون خرابی عناصر ذخیره در مورد این نوع ذخیره هم به لحظه گنجاندن در کار و هم به تفاوت قوانین توزیع احتمال عملکرد بدون خرابی آنها در شرایط کار و آماده به کار بستگی دارد.

چه زمانی بدون بار (سرد) آماده به کارعناصر ذخیره از لحظه ای که به جای منابع اصلی به کار گرفته می شوند، شروع به مصرف منابع خود می کنند. در بخش انرژی، این نوع ذخیره معمولاً واحدهای خاموش است.

محاسبات قابلیت اطمینان سیستم هایی با عناصر متصل به صورت موازی به روش افزونگی بستگی دارد.

قابلیت اطمینان سیستم ها با رزرو عمومی دائمی

فرض می کنیم که عناصر اضافی و زائد به یک اندازه قابل اعتماد هستند، یعنی.
و
. برای راحتی، احتمال عملکرد بدون خرابی و وقوع خرابی عناصر جداگانه در این بخش و بخش های بعدی با حروف بزرگ نشان داده شده است.

با در نظر گرفتن مدار معادل (شکل 5.5) و فرمول (5.18)، احتمال خرابی سیستم با m مدارهای اضافی را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:

, (5.22)

جایی که (t) احتمال خرابی مدار اصلی است،
احتمال خرابی مدار پشتیبان i ام است.

بر این اساس، احتمال عملکرد بدون خرابی سیستم

(5.23)

مطابق با فرمول (5 8) داریم

(5.24)

با همان احتمال خرابی مدارهای اصلی و پشتیبان
فرمول های (5 22) و (5 23) به شکل زیر هستند:

, (5.25)

(5.26)

میانگین زمان کارکرد سیستم با افزونگی کل

(5.27)

جایی که - میزان خرابی سیستم،
، - میزان خرابی هر یک از مدارهای (m+1)، - میزان شکست عنصر i

برای یک سیستم از دو مدار موازی (m=1)، فرمول (5.27) به شکل زیر است:

(5.28)

میانگین زمان بازیابی سیستم به طور کلی با فرمول تعیین می شود

(5.29)

جایی که میانگین زمان بازیابی زنجیره i است.

برای حالت خاص m=1، فرمول (5.29) به شکل زیر است:

مثال 5.2.

محاسبه احتمال عملکرد بدون خرابی به مدت 3 ماه، میزان خرابی، میانگین زمان بین خرابی های یک خط هوایی تک مدار به طول l \u003d 35 کیلومتر، همراه با ترانسفورماتور کاهنده 110 / 10 کیلوولت و تجهیزات سوئیچینگ (شکل 5.6).

مدار معادل برای قابلیت اطمینان SES در نظر گرفته شده یک ساختار متوالی است (شکل 5.7)

نرخ شکست عناصر از جدول 3.2 گرفته شده است:

;

;

طبق فرمول (5.7) میزان خرابی مدار قدرت را تعیین می کنیم

این محاسبه نشان می دهد که آسیب خط هوایی تأثیر غالب بر خرابی مدار دارد. میانگین زمان بین خرابی مدار قدرت

احتمال عملکرد بدون خرابی مدار در طول t=0.25 سال

مثال 5.3.

تعیین کنید که شاخص های قابلیت اطمینان پست ترانسفورماتور کاهنده 110/10 کیلوولت با عملکرد مشترک ثابت هر دو ترانسفورماتور به مدت 6 ماه در مقایسه با پست ترانسفورماتور تک ترانسفورماتور چقدر بالاتر است. خرابی های سوئیچینگ دستگاه ها و خاموش شدن عمدی نادیده گرفته می شوند.

داده های اولیه از جدول گرفته شده است. 3.2 به شرح زیر است:

;

احتمال عملکرد بدون خرابی در مدت 6 ماه از یک ترانسفورماتور

میانگین زمان بین خرابی یک ترانسفورماتور

احتمال عملکرد بدون خرابی یک پست دو ترانسفورماتور، محاسبه شده با فرمول (5.20):

میانگین زمان بین خرابی یک پست دو ترانسفورماتور، محاسبه شده با فرمول (5.28):

سال ها

میزان خرابی یک پست دو ترانسفورماتور

میانگین زمان بازیابی یک پست دو ترانسفورماتور (به فرمول (5.30) مراجعه کنید)

تجزیه و تحلیل نتایج نشان می دهد که قابلیت اطمینان یک پست دو ترانسفورماتور بسیار بیشتر از قابلیت اطمینان پست یک ترانسفورماتور است.

مثال 5.4.

یک بخش تابلو برق 6 کیلو ولت را در نظر بگیرید که از آن 18 خط خروجی تغذیه می شود (شکل 5.8). میزان خرابی قطع کننده های مدار همراه با اتصال کوتاه با مقدار تخمین زده می شود. = 0,003
، میزان شکست با

اتصال کوتاه برای شینه ها در هر اتصال
(جدول 3 2 را ببینید). با فرض اطمینان مطلق انتقال خودکار ذخیره (ATS) و سوئیچ Q2 که منبع تغذیه بخش را پشتیبانی می کند، شدت خاموشی های کوتاه مدت بخش تابلو برق را تعیین کنید.

طبقه بندی روش های افزونگی.یکی از ابزارهای اصلی برای اطمینان از سطح مورد نیاز از قابلیت اطمینان و بالاتر از همه، قابلیت اطمینان یک شی یا ES با عناصر ناکافی قابل اعتماد، افزونگی است.

زیر رزروبه استفاده از ابزارها و قابلیت های اضافی به منظور حفظ وضعیت کارکرد سیستم الکتریکی در صورت خرابی یک یا چند عنصر آن اشاره دارد. افزونگی روشی موثر برای ایجاد سیستم های الکتریکی است که قابلیت اطمینان آن بالاتر از قابلیت اطمینان عناصر موجود در سیستم باشد.

رزرو متفاوت است. عناصر ضروریساختارهای لازم برای انجام عملکردهای مورد نیاز سیستم در صورت عدم خرابی عناصر آن و موارد پشتیبان،طراحی شده برای انجام عملکرد عناصر اصلی در صورت خرابی آنها.

نسبت تعداد عناصر ذخیره و غیرهسیستم ها به تعداد عناصر اساسی که ذخیره می کنند توسط،به عنوان یک کسر غیر کاهش یافته، نسبت ذخیره نامیده می شود

m p = n p / n o .

رزرو با نسبت ذخیره یک به یک متر p \u003d 1/1 نامیده می شود تکثیر. مضاعف شدن.

ابزارها و قابلیت های اضافی مورد استفاده در افزونگی شامل عناصر وارد شده به ساختار سیستم به عنوان پشتیبان، استفاده از ابزارها و قابلیت های کاربردی و اطلاعاتی، استفاده از زمان اضافی و ذخیره ظرفیت بار می باشد. بر این اساس، با توجه به نوع وجوه اضافی، آنها را تشخیص می دهند افزونگی ساختاریبا استفاده از عناصر ذخیره ساختار شی، کاربردیبا استفاده از ذخایر عملکردی، اطلاعاتیبا استفاده از ذخایر اطلاعاتی، موقتبا ذخایر زمانی و باربا استفاده از ذخایر بار (شکل 3.28).

در ES، افزونگی ساختاری بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و انواع دیگر افزونگی نیز استفاده می شود. بنابراین، با افزونگی عملکردی، گاهی اوقات از عناصر چند منظوره اتوماسیون استفاده می شود و در صورت عدم موفقیت، می توان از آنها در این سیستم برای مقاصد دیگر استفاده کرد، افزونگی عملکردی نیز برای حالت های مختلف عملکرد، به عنوان مثال، با انتقال اطلاعات در انواع مختلف انجام می شود. بسته به اینکه کدام یک از عناصر سیستم فعال باقی می مانند. افزونگی اطلاعات در سیستم‌هایی استفاده می‌شود که وقوع یک خرابی منجر به از دست رفتن یا تحریف بخشی از اطلاعات پردازش شده یا ارسال شده می‌شود. افزونگی موقت را می توان با افزایش بهره وری جسم، اینرسی عناصر آن، تکرار با تغییر زمان عملیات فردی انجام داد. افزونگی بار در ارائه حاشیه های بهینه برای توانایی عناصر برای تحمل بارهای وارده بر آنها یا در وارد کردن عناصر محافظ یا تخلیه اضافی به سیستم برای محافظت از برخی از عناصر اصلی سیستم در برابر بارهای وارده بر روی آنها بیان می شود. آنها را

با توجه به روش روشن کردن ذخیره، بین افزونگی دائمی و پویا تمایز قائل می‌شود. رزرو دائمبدون تغییر ساختار ساختار سیستم در صورت خرابی عنصر آن انجام می شود و افزونگی پویا- با بازسازی ساختار سیستم در صورت: خرابی عنصر آن.

در ساده ترین حالت، با افزونگی دائمی، المان ها به صورت موازی یا سری بدون وسایل سوئیچینگ به هم متصل می شوند و با افزونگی دینامیک، دستگاه های سوئیچینگی مورد نیاز است که به خرابی عناصر پاسخ دهند.

افزونگی پویا اغلب یک افزونگی است جایگزینیکه در آن توابع عنصر اصلی تنها پس از خرابی عنصر اصلی به پشتیبان منتقل می شود.

یک نوع متداول افزونگی جایگزینی، افزونگی لغزشی است که در آن گروهی از عناصر اصلی سیستم توسط یک یا چند عنصر اضافی پشتیبانی می‌شوند که هر کدام می‌توانند جایگزین هر عنصر اصلی شکست خورده در این گروه شوند.

با توجه به نحوه عملکرد عناصر ذخیره قبل از شکست عنصر اصلی، آنها متفاوت هستند ذخیره بارگیری شده(یک یا چند عنصر آماده به کار در حالت عنصر اصلی هستند)، ذخیره نور(یک یا چند عنصر پشتیبان در حالت بارگذاری کمتری نسبت به عنصر اصلی هستند) و ذخیره بیکار(یک یا چند عنصر ذخیره تا زمانی که عملکرد عنصر اصلی را شروع کنند در حالت بدون بار هستند).

مفاهیم نور بارگذاری شده و ذخیره بدون بار برای تمایز بین عناصر اضافی از نظر سطح اطمینان آنها استفاده می شود. عناصر ذخیره بارگذاری شده دارای همان سطح اطمینان (قابلیت اطمینان، دوام و ماندگاری) به عنوان عناصر اصلی شی ذخیره شده توسط آنها هستند، زیرا منبع عناصر ذخیره به همان روشی که عناصر اصلی مصرف می شود. عناصر ذخیره سبک وزن از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار هستند، زیرا شدت مصرف منابع عناصر ذخیره تا زمانی که به جای عناصر شکست خورده روشن شوند بسیار کمتر از موارد اصلی است. با ذخیره تخلیه نشده، منبع عناصر ذخیره عملاً از لحظه ای که به جای عناصر خراب روشن می شوند، شروع به مصرف می کنند.

شکل 3.28. طرح طبقه بندی انواع رزرو

با توجه به روش رزرو یک شی (یک عنصر از یک شی) رزروهای کلی و جداگانه وجود دارد. در رزرو عمومیشی به عنوان یک کل رزرو شده است، به جای یک شی، عملکرد همزمان دو یا چند شی از یک نوع یا مشابه از نظر عملکرد آنها ارائه می شود. این روش ساده است و به طور گسترده در عمل هنگام پشتیبان گیری از حیاتی ترین سیستم ها استفاده می شود. در رزرو جداگانهاضافی عناصر منفرد شی یا گروه‌های آن‌ها هستند که معمولاً در شی ساخته می‌شوند؛ هم عناصر منفرد سیستم و هم بخش‌های نسبتاً بزرگ آن (بلوک‌ها) را می‌توان به طور جداگانه رزرو کرد.

افزونگی دینامیکی می تواند جداگانه و رایج باشد و امکان استفاده از عناصر ذخیره را نه تنها در ذخیره بارگذاری شده، بلکه در ذخیره سبک و بدون بار می دهد، که به شما امکان می دهد منبع عناصر ذخیره را ذخیره کنید، قابلیت اطمینان سیستم الکتریکی را به طور کلی افزایش دهید و کاهش دهید. مصرف انرژی.

هنگامی که با جایگزینی زائد می شود، می توان از افزونگی لغزشی استفاده کرد که اطمینان از قابلیت اطمینان مورد نیاز سیستم را با هزینه کم و افزایش جزئی در وزن و ابعاد آن ممکن می سازد.

معایب افزونگی پویا با جایگزینی شامل نیاز به دستگاه های سوئیچینگ و وجود وقفه در عملکرد هنگام تعویض به عناصر اضافی و همچنین یک سیستم جستجو برای یک عنصر یا بلوک خراب است که قابلیت اطمینان کل سیستم اضافی را کاهش می دهد. رزرو با جایگزینی برای افزونگی واحدهای عملکردی به اندازه کافی بزرگ و بلوک های سیستم های الکتریکی پیچیده توصیه می شود.

افزونگی دائمی که شامل اتصال دائمی عناصر به عناصر اصلی است، ساده است و به دستگاه های سوئیچینگ نیازی نیست. اگر عنصر اصلی از کار بیفتد، سیستم به طور معمول بدون وقفه و بدون سوئیچ به کار خود ادامه می دهد. معایب افزونگی دائمی افزایش مصرف منابع عناصر اضافی و تغییر در پارامترهای گره اضافی در صورت خرابی عنصر است.

افزونگی دائمی در سیستم‌های بحرانی استفاده می‌شود که حتی یک وقفه کوتاه در عملکرد آنها غیرقابل قبول است، و در صورت اضافی بودن عناصر نسبتا کوچک - گره‌ها، بلوک‌ها و عناصر تجهیزات الکترونیکی ESA (مقاومت‌ها، خازن‌ها، دیودها و غیره).

افزونگی عناصر رادیویی الکتریکی موجود در ESA، که خرابی آن می تواند منجر به عواقب خطرناکی شود، با در نظر گرفتن احتمال اتصال کوتاه و قطع شدن عنصر انجام می شود. افزونگی در صورت قطع شدن المان با اتصال موازی و در صورت اتصال کوتاه - با اتصال سری المان ها انجام می شود، با این فرض که المنت از کار بیفتد، اما مدار الکتریکی سایر عناصر متصل به صورت سری با آن نقض نشود. به عنوان مثال، افزونگی دائمی جداگانه یک دیود با ذخیره بارگذاری شده در صورت خرابی به دلیل اتصال کوتاه (اتصال کوتاه)، مدار باز یا اتصال کوتاه و مدار باز به ترتیب با روشن کردن دیودهای ذخیره به صورت سری انجام می شود. به صورت موازی و سری به موازات اصلی (شکل 3.29، الف، در).

مجموع افزونگی یکسو کننده دائمی UDذخیره بارگذاری شده با اتصال موازی ذخیره انجام می شود و از دیودها برای جلوگیری از عبور جریان یکسو کننده پشتیبان از مدار خروجی مدار خراب استفاده می شود (شکل 3.29، ز).افزونگی عمومی یکسو کننده با ذخیره تخلیه نشده با استفاده از دستگاه انجام می شود آسوئیچینگ، که یک سیگنال CO در مورد خرابی دریافت می کند و یک سیگنال کنترلی US را به سوییچ می فرستد QWبرای خاموش کردن یکسو کننده ناموفق و روشن کردن پشتیبان (شکل 3.29، د).

رزرو دائم.چنین افزونگی را می توان با اتصال موازی یا سریال به عنصر اصلی (سیستم) یک یا چند عنصر اضافی که همان عملکردهای عنصر اصلی (سیستم) را انجام می دهند، انجام داد. چنین افزونگی، به عنوان مثال، در حین کار موازی ژنراتورها، رایانه ها، واحدهای ESA، مقاومت ها و غیره و همچنین هنگامی که دیودها، تماس های قطع، خازن ها و غیره به صورت سری متصل می شوند، انجام می شود. د

سیستم های الکتریکی با ذخیره روشن دائمی به گونه ای ساخته می شوند که عناصر خراب بر عملکرد سیستم به عنوان یک کل تأثیر نمی گذارد. عواقب خرابی المان با افزونگی دائمی در موارد شدید می تواند شامل: اتصال کوتاه یا شکستن یک یا چند عنصر باشد که در طراحی سیستم باید در نظر گرفته شود. برای این، مقاومت های محدود کننده معرفی شده اند

برنج. 3.29. طرح‌های افزونگی ساختاری معمولی:

a B C -دیود VDبه ترتیب، در صورت خرابی نوع اتصال کوتاه، مدار باز، اتصال کوتاه و مدار باز.

DD -یکسو کننده UDبه ترتیب با ذخیره بارگیری و تخلیه نشده

ترانسفورماتورهای تقسیم کننده و همچنین افزایش تحمل پارامترهای سیستم فردی و غیره.

افزونگی دائمی یک ذخیره بارگذاری شده را فراهم می کند و می تواند به اشتراک گذاشته و جدا شود. در بلوک دیاگرام برای محاسبه قابلیت اطمینان، عناصر اصلی و ذخیره به صورت موازی به هم متصل می شوند (شکل 3.30).

برنج. 3.30. طرح های کلی (الف) و جداگانه (ب) افزونگی دائمی

یک سیستم الکتریکی با افزونگی عمومی (شکل 3.30، الف) در حالی که عملکرد حداقل یکی از آنها را حفظ می کند، به طور عادی عمل می کند. t+1مدارهای موازی متشکل از عناصر متصل به سری. احتمال عملکرد بدون خرابی هر مدار i با پعناصر به صورت سری با در نظر گرفتن (3.68) در زمان متصل می شوند تی(برای سادگی، زمان بیشتری داده نمی شود)

پی =(3.95)

جایی که P ij- احتمال عملکرد بدون خرابی عنصر j از مدار iام. احتمال عملکرد بدون خرابی یک سیستم با افزونگی مشترک مدارهای موازی m + 1 با در نظر گرفتن (3.72) و (3.95) یافت می شود:

P s.o = (3.96)

با پایایی یکسان همه عناصر Р ij = Р e فرمول (3.96) شکل خواهد گرفت.

R s.o \u003d 1 - (1 - P e n) m +1. (3.97)

برای یک احتمال معین از عملکرد بدون خرابی سیستم الکتریکی بنابراین.بر اساس (3.97) می توان مقدار لازم را تعیین کرد تی،که تحت آن شرط c.o = P c.o برآورده می شود، یعنی.

t o =

با قانون توزیع نمایی برای عناصر سیستم P e = exp (- λ e t)احتمال عملکرد بدون خرابی (3.97) و میانگین زمان خرابی سیستم با فرمول تعیین می شود.

P c.o (t) = 1 - m +1;

کجا = pλ e -نرخ شکست مدار از پعناصر؛ T cf = 1/ - میانگین زمان خرابی یک مدار.

WPP با افزونگی جداگانه، گنجاندن ثابت عناصر پشتیبان در بخش های جداگانه سیستم را فرض می کند (شکل 3.30.6).

احتمال عملکرد بدون خرابی یک عنصر اضافی سیستم

و کل سیستم با افزونگی جداگانه

(3.99)

با پایایی یکسان همه عناصر (3.99) شکل می گیرد

Р с.р = n , (3.100)

از این رو، برای یک احتمال معین از عملکرد بدون خرابی سیستم، مقدار مربوطه تعیین می شود

با قانون نمایی توزیع عناصر به همان اندازه قابل اعتماد Р e = exp (-λ e t) احتمال عملیات بدون شکست

P s.p (t) = (1 - m +1 ) n (3.101)

و میانگین زمان خرابی سیستم

جایی که v i = (i + 1) / (m + 1); λ = λ e.

افزایش قابلیت اطمینان ES در نتیجه افزونگی را می توان با نسبت احتمال خرابی سیستم اصلی غیر زائد تخمین زد.

و سیستم اضافی

با همان قابلیت اطمینان سیستم های اصلی و پشتیبان

γ pe z \u003d l / Q i m \u003d l / Q o m.

یک نتیجه مهم از نسبت به دست آمده به دست می آید: هر چه احتمال خرابی سیستم بیشتر باشد (هرچه عملکرد بدون خرابی آن کمتر باشد)، اثر افزونگی کمتر می شود. از این نتیجه گیری، گاهی اوقات نامیده می شود پارادوکس رزرو،می توان موارد زیر را نتیجه گرفت:

امکان افزونگی وظیفه افزایش قابلیت اطمینان عناصر و سیستم های اضافی را از بین نمی برد.

افزونگی عمومی سیستم، با مساوی بودن سایر موارد، سود کمتری نسبت به افزونگی جداگانه دارد، بنابراین احتمال خرابی بخشی از سیستم کمتر از احتمال خرابی کل سیستم است.

با توزیع نمایی زمان تا شکست، احتمال خرابی سیستم اضافی

Q p (t)=Q o m+1 (t)= m+l،

که در آن λ o = const میزان شکست یک سیستم اضافی است.

در عمل معمولا λ حدود t< 0,1 тогда

Q o (t)≈ λ o t = t/T cpو

Q P (t) ≈ (λ o t) m +1 = (t/T cp) m +1،

که در آن T cf = 1/λ o - میانگین زمان شکست سیستم اضافی.

با در نظر گرفتن روابط فوق، سود حاصل از رزرو را می توان به صورت نمایش داد

γ res ≈ (T cf / t) m.

نتیجه این است که با افزایش زمان مورد نیاز، افزایش افزونگی کاهش می یابد. تیعملیات سیستم

قابلیت اطمینان ES اضافی تا حد زیادی تحت تأثیر بازیابی سیستم های اصلی یا پشتیبان (مدارها) بلافاصله پس از خرابی آنها است. در حالت پایدار، احتمال عملکرد مدار با میانگین زمان بازیابی T c. cf و میانگین زمان بین خرابی ها کهدر یک مقطع زمانی دلخواه (به استثنای دوره های برنامه ریزی شده که در طی آن استفاده مورد نظر از آن ارائه نمی شود) عامل در دسترس بودن زنجیره است.

به r =

از آنجایی که در اکثر مسائل عملی T v.sr / T about<< 1.

بر این اساس، احتمال خرابی مدار را می توان به عنوان احتمال ناکارآمدی تعریف کرد

Q o (t) \u003d 1 - K T ≈ T اینچ. cf /T o .

سپس افزایش قابلیت اطمینان ES اضافی با بازیابی بلافاصله پس از خرابی سیستم های اصلی یا پشتیبان

γ pe z \u003d l / Q o m ≈ (T o / T in. با p) m ≈ const.

همانطور که مشاهده می شود، تفاوت کیفی بین افزونگی با ترمیم و افزونگی بدون ترمیم در این واقعیت نهفته است که هنگام بازیابی، y، در اولین تقریب، به زمان عملیاتی بستگی ندارد. تیبنابراین، با افزایش زمان عملیاتی مورد نیاز، مزایای افزونگی اضافی نسبت به افزونگی غیر قابل تجدید افزایش می یابد. تیدر عین حال، باید در نظر داشت که بازیابی بلافاصله پس از خرابی را می توان با نظارت مداوم اجرا کرد، ابزارهای فنی آن باید دارای احتمال خرابی بسیار کمتر از یک سیستم کنترل شده باشد.

افزونگی مجزا از نظر افزایش قابلیت اطمینان ES به خصوص برای n بزرگ کارآمدتر است (شکل 3.31). این با این واقعیت توضیح داده می شود که برای خرابی سیستم با افزونگی عمومی، کافی است یک عنصر از هر مدار خراب شود و برای یک عنصر جداگانه، همه عناصر در هر گروه از کار بیفتند.

موضوع مورد علاقه عملی، انتخاب یک روش منطقی برای بهبود قابلیت اطمینان ES است: با کمک افزونگی یا با انتخاب عناصر بسیار قابل اعتماد. اگر از نظر جرم، ابعاد و هزینه هر دو راه معادل باشند، مهم ترین نکته در حل این موضوع مدت زمان لازم برای کارکرد مداوم سیستم است. تی

تاثیر زمان تیبرای عملکرد بدون مشکل P c . p(t) ES از دو بلوک یکسان، کار و ذخیره، با ذخیره بارگذاری شده را می توان با استفاده از فرمول های (3.98) با m = 1 و n = 1 تعیین کرد:

P s.p (t) = 2exp (-t/T cf.b)-اکسپ (-2t/T cp. 6);

T cf = 1.5 T cf. b, (3.103)

برنج. 3.31. وابستگی احتمال عملکرد بدون خرابی سیستم های الکتریکی با مشترک (1) و مجزا (2) افزونگی از تعداد عناصر ذخیره با تعداد عناصر متوالی متفاوت

برنج. 3.32. وابستگی احتمال عدم خرابی سیستم به موقع با ذخیره بارگذاری شده (1) و افزایش قابلیت اطمینان واحد (2)

که در آن T cf.b = 1/λ 6 - میانگین زمان شکست یک بلوک. λ ب- میزان خرابی یک واحد از سیستم اضافی.

برای یک سیستم الکتریکی غیر زائد از یک بلوک با افزایش قابلیت اطمینان با میانگین زمان تا خرابی یکسان T cf.همانطور که برای یک سیستم اضافی (3.103)، احتمال عملکرد بدون خرابی خواهد بود

P sn (t) \u003d exp [- t / (1.5T رجوع کنید به b)]. (3.104)

وابستگی های (3.103) و (3.104) نشان می دهد که افزونگی کارآمدتر از افزایش مستقیم قابلیت اطمینان بلوک در دوره اولیه عملیات سیستم t است.< 2Т ср.б, при t >> 2T c r.b، برعکس، برای افزایش قابلیت اطمینان بلوک مؤثرتر است (شکل 3.32).

اتصال سری-موازی ثابت عناصر متقابلاً اضافی در مواردی که امکان خرابی اتصال کوتاه و انواع شکستگی وجود دارد استفاده می شود. به عنوان مثال، یک خازن ممکن است به دلیل از دست دادن ظرفیت خازن به دلیل یک مدار باز یا به دلیل خرابی به دلیل اتصال کوتاه، از کار بیفتد. کنتاکت های رله ممکن است به دلیل اکسیداسیون (شکستن) یا به دلیل "جوشکاری" یا "چسبندگی" آنها (اتصال کوتاه) و غیره از کار بیفتند (جدول 3.7 را ببینید).

با در نظر گرفتن احتمال خرابی هایی مانند مدار باز و اتصال کوتاه، در بسیاری از موارد از یک اتصال موازی متوالی ثابت از چهار عنصر متقابل اضافی استفاده می شود (شکل 3.33). هنگامی که خرابی های عنصر از نوع اتصال کوتاه غالب باشد

Q kz (t) > Q o 6 (t)،

برنج. 3.33. اتصال موازی دائمی عناصر متقابل اضافی در صورت خرابی عمدتا: نوع اتصال کوتاه (آ)و شکستن (ب)

که در آن Q kz (t) و Q o 6 (t) -احتمال خرابی یک عنصر از نوع اتصال کوتاه و مدار باز، به ترتیب، از مدارهای کلیدزنی سری موازی بدون بلوز استفاده می شود (شکل 3.33، a)، و زمانی که خرابی های نوع مدار باز غالب است.

Q kz (t)< Q об (t) -

مدارهای سری موازی با جامپر (شکل 3.33، ب).

احتمال خرابی مدار اضافی در صورت خرابی از نوع باز Q r.ob (t) و نوع اتصال کوتاه Q r.kz (t)برای مدت زمان مورد نیاز عملیات تیتابعی از احتمالات خرابی عنصر است Q kz (t)و Q o b (t)و به طرح افزونگی مورد استفاده و نوع خرابی بستگی دارد (جدول 3.13).

از روی میز. 3.13 از روابط چنین است که با افزایش احتمال خرابی عنصر مدار، راندمان γ رزوندانسی موازی کاهش می یابد. در یک مقدار بحرانی خاص Q kz (t)یا Q در مورد (t) احتمال خرابی مدار اضافی بیشتر از احتمال خرابی یک عنصر می شود، سپس استفاده از افزونگی سری-موازی نامناسب می شود. با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان و دقت اطلاعات پیشینی در مورد قابلیت اطمینان عناصر، معمولاً در مواردی که احتمال خرابی عنصر مدار Q kz است، استفاده از افزونگی سریال موازی توصیه می شود. ت) 0,l و Q o 6 (t) 0,l.

جدول 3.13.

نسبت های طراحی برای اتصال سری-موازی

چهار عنصر

برنج. 3.34. طرح‌های افزونگی پویا عمومی (الف) و جداگانه (ب).

با دستگاه های سوئیچینگ

افزونگی پویابا چنین افزونگی، اگر وقفه در عملکرد ES لازم برای روشن کردن ذخیره قابل قبول باشد، می توان از یک ذخیره سبک یا بدون بار استفاده کرد و استفاده از عناصر اضافی - دستگاه های سوئیچینگ برای اتصال ذخیره ضروری می شود. گنجاندن عناصر ذخیره می تواند به صورت دستی یا خودکار انجام شود، دستگاه های سوئیچینگ می توانند برای عناصر یا مدارهای موازی متصل (بلوک) سیستم الکتریکی جداگانه یا مشترک باشند (شکل 3.34).

اگر از تأثیر دستگاه های سوئیچینگ غفلت کنیم و آنها را کاملاً قابل اعتماد در نظر بگیریم، با ذخیره بارگذاری شده، قابلیت اطمینان یک ES با افزونگی پویا برابر با قابلیت اطمینان یک سیستم با یک ذخیره روشن دائمی خواهد بود. با افزونگی سبک و بدون بار، افزونگی پویا قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می بخشد.

تأثیر قابلیت اطمینان دستگاه های سوئیچینگ بر قابلیت اطمینان یک سیستم اضافی به سادگی برای سیستم هایی با ذخیره بارگذاری شده در نظر گرفته می شود.

WPP با افزونگی عمومی و ذخیره بارگذاری شده در حالت عادی، تمام کلیدهای مدار روشن و مدارهای اصلی و پشتیبان از پعناصر تحت بار هستند در صورت خرابی مدار اصلی، کلید K . آن را خاموش می کند، در صورت خرابی اولین مدار پشتیبان، توسط کلید K1 و غیره خاموش می شود.

خرابی سیستم زمانی رخ می دهد که مدارهای اصلی و تمام پشتیبان، متشکل از پعناصر و سوئیچ بههر یک. با فرض اینکه سوئیچ ها و عناصر سیستم به طور مستقل از کار بیفتند، می توان احتمال عملکرد بدون خرابی یک مدار را از پعناصر

و احتمال عملکرد بدون خرابی کل سیستم m + 1 چنین مدارهای موازی

P s.o = ,(3.105)

جایی که پی کی- احتمال عملکرد بدون خرابی کلید مدار i-ام.

با همان قابلیت اطمینان همه پعناصر P e و همان قابلیت اطمینان کلیدها P k فرمول (3.105) شکل خواهد گرفت

P s.o \u003d 1 - (1 - P k P e n) m +1. (3.106)

از (3.106) برای یک مقدار معین P s.o = مقدار مورد نیاز تعداد مدارهای پشتیبان را بیابید

با قانون توزیع نمایی برای عناصر P e \u003d exp (- λ e t)و سوئیچ Р k = exp(- λkt)از سیستم، میانگین زمان خرابی و احتمال عملکرد بدون خرابی سیستم با فرمول (3.98) تعیین می شود که در این حالت میزان خرابی مدار با فرمول محاسبه می شود.

WPP با افزونگی مجزا و بارگذاری شده همه کلیدهای مدار را ذخیره می کند بهدر دوره اولیه عملیات سیستم روشن می شوند، در صورت خرابی هر عنصر اصلی یا پشتیبان، سوئیچ مربوطه این عنصر خراب را قطع می کند. خرابی سیستم زمانی رخ می دهد که هر عنصر اصلی j (یا سوئیچ آن K) و تمام عناصری که آن را رزرو می کنند از کار بیفتد من(یا تمام سوئیچ های آنها ک من).

احتمال عملکرد بدون خرابی کل سیستم با افزونگی جداگانه با در نظر گرفتن احتمال عملکرد بدون خرابی کلیدهای مدار

(3.107)

برای سیستمی با عناصر و سوئیچ های به همان اندازه قابل اعتماد، عبارت (3.107) شکل می گیرد

R s.r = n. (3.108)

با قانون توزیع نمایی برای عناصر λ e \u003d const و سوئیچ‌های λ k \u003d const، مقادیر T cf.r و P c.r با استفاده از فرمول‌های (3.101) و (3.102) محاسبه می‌شوند که در این مورد را می گیرند

λ \u003d λ e + λ k.

از فرمول های به دست آمده می توان دریافت که با افزونگی دینامیکی با ذخیره بارگذاری شده به دلیل وجود دستگاه های سوئیچینگ K، شاخص های قابلیت اطمینان سیستم در مقایسه با افزونگی دائمی کمتر است. توصیه می شود در مواردی که وقفه در عملکرد سیستم غیرقابل قبول است و عنصر خراب (سیستم) باید خاموش شود تا تغییر ناگهانی در نحوه عملکرد سیستم اضافی ایجاد نشود، استفاده از افزونگی پویا با ذخیره بارگذاری شده توصیه می شود. .

محاسبات طبق فرمول های (3.106) و (3.108)، که احتمال عملکرد بدون خرابی سیستم های نشان داده شده در شکل 3.34 را تعیین می کند، نشان می دهد که با همان قابلیت اطمینان عناصر و همان قابلیت اطمینان به اندازه کافی بالای کلیدها برای همان مقادیر پو تیاحتمال عملکرد بدون خرابی یک ES با افزونگی جداگانه و یک سوئیچ برای هر عنصر بیشتر از یک ES با افزونگی مشترک و یک سوئیچ در هر مدار است.

بنابراین، افزونگی جداگانه کارآمدتر از افزونگی عمومی در مورد افزونگی پویا است.

اثربخشی افزونگی پویا زمانی افزایش می‌یابد که به عنوان جایگزینی افزونگی با افزونگی نور یا نور اجرا شود. در زیر ما افزونگی را با جایگزینی با یک ذخیره خالی در نظر می گیریم. بدیهی است که شاخص های قابلیت اطمینان با ذخیره نور دارای مقادیر متوسطی بین شاخص های دارای ذخیره بارگیری و تخلیه شده خواهند بود.

در یک سیستم اضافی با افزونگی عمومی و ذخیره بدون بار، مدار اصلی با یک مدارشکن ابتدا کار می کند. به(شکل 3.34، آ)، در صورت خرابی، به جای آن توسط یک سوئیچ روشن می شود ک منیکی از مدارهای یدکی دیگر چنین جایگزینی نمی تواند وجود داشته باشد. T;(m + 1) - شکست منجر به شکست کل سیستم می شود.

برای ساده سازی تحلیل، سیستمی با قانون توزیع نمایی برای عناصر Р ij (t) = exp(-λ) در نظر می گیریم. jt)و سوئیچ ها پی کی (t)=exp(- λkit).سپس احتمال عملکرد بدون خرابی یک مدار از پعناصر دارای سوئیچ

P i (t) = (3.109)

جایی که λ i = λ j n + λ k -نرخ شکست مدار i-ام سیستم اضافی.

میانگین زمان خرابی مدار iام با در نظر گرفتن (3.109) خواهد بود

T cf. من =

در هر یک از فواصل تی منفقط یک مدار کار می کند و ممکن است خراب شود، بنابراین میانگین زمان خرابی کل سیستم خواهد بود

تی سی پی. o = T cp. i(m+1). (3.110)

احتمال عدم خرابی یک ES اضافی با ذخیره تخلیه نشده در طول زمان تیمی توان با این فرض تعیین کرد که اگر یک مدار از کار بیفتد، یک سوئیچ آنی به یکی از مدارهای پشتیبان وجود دارد و سیستم پس از خرابی مدار اصلی و همه از کار می افتد. تیمدارهای پشتیبان سپس احتمال اینکه یک زنجیره از پعناصر و سوئیچ به،داشتن نرخ شکست λ i در طول زمان تی ztimes شکست خورده (با در نظر گرفتن امکان جایگزینی آن با موارد ذخیره)، می تواند توسط قانون پواسون تعیین شود.

P z (t) = (λ i t) z /z! exp(-λ i t)، (3.111)

جایی که λ i tمیانگین تعداد خرابی مدار در طول زمان است تی

کل سیستم اضافی در طول زمان تیاگر حداقل یکی از رویدادهای ناسازگار زیر در این مدت اتفاق بیفتد بی عیب و نقص کار می کند: ج - همه مدارهای سیستم بدون نقص کار می کردند از 1 -یک مدار شکست خورد Cz-ناموفق zزنجیر از (t+1)؛ سی تی -رد تیزنجیر از (m+1).

بنابراین، احتمال عملکرد بدون خرابی کل سیستم اضافی با توجه به قضیه جمع شدن احتمالات گروه کامل رویدادهای ناسازگار C با در نظر گرفتن (3.111) تعیین می شود.

P s.o (t) = (3.112)

از مقایسه فرمول های به دست آمده (3.110) و (3.112) با فرمول های مربوطه برای ذخیره بارگذاری شده، نتیجه می شود که با ذخیره بارگیری نشده، احتمال عملیات بدون خرابی و میانگین زمان تا شکست افزایش می یابد.

در عین حال، به دلیل وجود تجهیزات سوئیچینگ و تجهیزات کمکی، دستیابی به افزایش میانگین زمان خرابی بیش از یک مرتبه بزرگی عملاً غیرممکن است. با افزایش تعداد عناصر اضافی (بلوک ها، سیستم ها)، جرم، ابعاد و هزینه تجهیزات کمکی به طور قابل توجهی سطح قابل دستیابی از قابلیت اطمینان در افزونگی را محدود می کند و در عمل امکان استفاده از افزونگی با m ≤ 2 ... 3 را فراهم می کند.

اگر ES از گروه هایی از عناصر یکسان تشکیل شده باشد، توصیه می شود از افزونگی لغزشی با جایگزینی، زمانی که یک یا چند عنصر ذخیره (بلوک) استفاده شود. تیسیستم ها می توانند هر یک از عناصر اصلی شکست خورده (بلوک) سیستم را جایگزین کنند (شکل 3.35).

برنج. 3.35. طرح رزرو رولینگ

اگر افزونگی لغزشی با ذخیره بارگیری نشده باشد، خرابی عناصر مستقل و دارای توزیع نمایی باشد، دستگاه جستجوی عنصر شکست خورده و روشن کردن پشتیبان به جای آن (سوئیچ) کاملا قابل اعتماد است، پس احتمال عملکرد ایمن سیستم در طول زمان t، یعنی احتمال خرابی در این زمان دیگر وجود ندارد تیعناصر، بر اساس قانون پواسون مشابه (3.112) تعیین می شود.

P c . c(t) = (3.113)

جایی که λ e -میزان شکست عنصر

میانگین زمان خرابی سیستم، یعنی انتظار ریاضی زمان خرابی (m + 1) به روش معمول تعیین می شود:

T cf \u003d 1 / (pλ e) + t / (pλ e) \u003d (t + 1) (pλ e).(3.114)

راندمان افزونگی لغزشی یک سیستم الکتریکی را می توان با مقایسه وابستگی های (3.113) و (3.114) برای یک سیستم با افزونگی لغزشی با وابستگی های مربوطه Pc \u003d exp (-) تخمین زد. nλ e t)و T cf \u003d 1 / (pλ e)برای سیستم غیر زائد

(t) = P c. c (t)/P c (t) = 1+ nλ e t + (nλ e t) 2/2! + . . .+ (nλ e t) m /m!;

(t) = T cp. c/T cp = (m+1).(3.115)

از (3.115) نتیجه می شود که از نقطه نظر افزایش احتمال عملکرد بدون خرابی و میانگین زمان تا خرابی ES، راندمان افزونگی لغزشی در مقایسه با سیستم غیر زائد مربوطه با افزایش در افزایش می یابد. تعداد عناصر ذخیره، افزایش زمان عملیات سیستم و تعداد عناصر اصلی اضافی (بلوک) سیستم.

افزونگی نورد می تواند از نظر اقتصادی سودآورتر باشد، زیرا با تعداد کمتری از عناصر ذخیره نسبت به عناصر اصلی اجرا می شود.

افزونگی بهینه در اجرای عملی افزونگی ES، مشکل افزونگی بهینه، یعنی اطمینان از قابلیت اطمینان سیستم مورد نیاز با کمترین هزینه ایجاد می‌شود.

تعداد و دامنه عناصر ذخیره (بلوک) ES را می توان بر اساس دو فرمول زیر از مسئله افزونگی بهینه تعیین کرد:

1) احتمال عملکرد بدون خرابی سیستم باید با حداقل هزینه تضمین شود با mi pروی عناصر ذخیره، یعنی در C دقیقه؛

2) در هزینه های معین برای عناصر ذخیره، لازم است از حداکثر احتمال ممکن عملکرد بدون خرابی سیستم Ps اطمینان حاصل شود. m ah، یعنی در R s. متر آه

برای حل هر دو مشکل، ابتدا تعداد عناصر (بخش) افزونگی سیستم را تعیین کنید، احتمال عملکرد بدون خرابی هر بخش و کل سیستم را محاسبه کنید و هزینه هر بخش را تعیین کنید.

سپس برای حل مسئله اول، حداقل تابع С = با توجه به اینکه P c \u003d جایی که با -هزینه یک سیستم اضافی، C i -هزینه یک عنصر ذخیره بخش i-ام سیستم؛ C 0 i - هزینه اولیه بخش i-ام سیستم. من -تعداد عناصر ذخیره در بخش i. P i (m i) -احتمال عملکرد بدون خرابی بخش i سیستم در صورتی که دارای عناصر ذخیره m i باشد.

حل مسئله دوم افزونگی بهینه به یافتن ماکزیمم تابع Pc = تحت شرط کاهش می یابد. C =

محاسبه ES اضافی بهینه یک فرآیند چند مرحله ای است. در مرحله اول، چنین بخش افزونگی یافت می شود، اضافه کردن یک بخش ذخیره به آن بیشترین افزایش احتمال عملکرد بدون خرابی سیستم را از نظر هزینه واحد می دهد. در مرحله دوم، بخش بعدی تعیین می شود (از جمله بخش رزرو شده قبلی) که اضافه کردن یک بخش ذخیره به آن بیشترین افزایش احتمال عملکرد بدون خرابی سیستم و غیره را می دهد. محاسبات به صورت جدولی انجام می شود. ; محاسبه در این مرحله متوقف می شود

M =،زمانی که شرط برای اولین کار برآورده می شود P c (M-1)< (М), а для второй задачи - С(М)

طبقه بندی روش های افزونگی موجود در شکل 1 نشان داده شده است.

رزرو

در بالا ماهیت انواع افزونگی را توضیح دادیم. توجه داشته باشید که در حال حاضر در سیستم های فنی، افزونگی ساختاری بیشترین استفاده را دارد.

ماهیت افزونگی ساختاری در این واقعیت نهفته است که یک یا چند عنصر اضافی (ذخیره) به عنصر اصلی (یعنی حداقل لازم برای انجام عملکردهای مشخص شده) متصل شده است که برای اطمینان از عملکرد شی در صورت خرابی طراحی شده است. عنصر اصلی).

با توجه به حجم رزرو، انواع زیر متمایز می شوند:

• - عمومی، ارائه رزرو کل شی
• - جداگانه، که در آن یک عنصر جداگانه یا گروه های آنها رزرو شده است
• - مخلوط، ترکیب انواع مختلف رزرو.

ذخیره مانند سیستم های فنی می تواند قابل بازیابی و غیرقابل بازیافت باشد. اولین مورد در سیستم‌های سرویس‌دهی شده استفاده خواهد شد و استراتژی بازیابی آن به گونه‌ای ساخته شده است که امنیت سیستم کمتر از یک سطح معین کاهش پیدا نکند. در سیستم های سرویس دهی شده (سفینه فضایی غیرقابل بازگشت، ایستگاه های آب و هوای خودکار و غیره)، ذخیره، به عنوان یک قاعده، به طور کامل استفاده می شود و قابل بازیابی نیست.

عناصر رزرو می تواند در حالت های مختلف باشد:

بارگیری، سبک و بی بار.

در حالت بدون بار، عناصر اضافی در همان حالت عنصر اصلی هستند، یعنی همه عناصر به طور همزمان تحت شرایط یکسان کار می کنند.

حالت آماده به کار نور به این معنی است که بار عناصر اضافی کمتر از عنصر اصلی است.

ذخیره تخلیه نشده به وضعیتی کاهش می یابد که در آن عناصر اضافی هیچ باری ندارند تا زمانی که عنصر اصلی از کار بیفتد.

با توجه به ماهیت اتصال، آنها متمایز می شوند:

• - افزونگی دائمی، که در آن عناصر ذخیره به طور مساوی با موارد اصلی در بهره برداری از تسهیلات شرکت می کنند:
• - جایگزینی، زمانی که عملکرد عنصر اصلی تنها پس از شکست اصلی به پشتیبان منتقل می شود
• - کشویی، که در آن هر عنصر شکست خورده را می توان با یک عنصر ذخیره جایگزین کرد.

کمیته دولتی استانداردهای اتحاد جماهیر شوروی
(Gosstandart اتحاد جماهیر شوروی)

انستیتوی تحقیقات علمی همه اتحادیه
در مورد عادی سازی در مهندسی
(VNIINMASH)

تایید شده

به سفارش VNIINMASH

شماره 260 مورخ 1367/09/22

این توصیه‌ها (R) برای دستگاه‌های فنی (محصولات) تولید شده توسط صنایع مختلف و دارای الزامات قابلیت اطمینان افزایش یافته است که فقط با انتخاب عناصر بسیار قابل اطمینان قابل ارائه نیست، اعمال می‌شود.

R اصول کلی و روش شناسی واحدی را برای انتخاب روش ها و روش های افزونگی ایجاد می کند، به استثنای مسائل مربوط به تشکیل و استفاده از قطعات یدکی. طراحی شده برای استفاده در فرآیند طراحی دستگاه های فنی و در توسعه اسناد هنجاری و فنی صنعت. طراحی شده برای کارکنان خدمات قابلیت اطمینان سازمانی و مهندسین توسعه که اصول تئوری قابلیت اطمینان را می دانند.

1 . مقررات اصلی

1.1. افزونگی روشی برای اطمینان از قابلیت اطمینان است که شامل استفاده از ابزارها و قابلیت های اضافی به منظور حفظ عملکرد یک شی در صورت خرابی یک یا چند عنصر آن یا نقض پیوندهای بین آنها است. بیشتر اوقات، افزونگی در مواردی استفاده می شود که سایر روش ها (کاهش میزان خرابی عناصر، بهبود قابلیت نگهداری) ناکافی هستند یا به دلیل محدودیت های ناشی از طراحی و عملکرد سیستم ها به طور کامل قابل استفاده نیستند.

1.2. اساس افزونگی معرفی افزونگی است: عناصر اضافی، زمان، اطلاعات، ذخایر محصول، ذخیره عملکرد، انعطاف پذیری الگوریتمی و غیره. عملکردی، اطلاعاتی، بار، الگوریتمی، نرم افزار، رژیم. معرفی افزونگی هنوز ذخیره ای ایجاد نمی کند و لزوماً منجر به افزایش قابلیت اطمینان نمی شود. برای اینکه معرفی افزونگی منجر به افزونگی شود، یکسری شرایط اضافی و اقدامات فنی باید رعایت شود:

نظارت بر عملکرد و وضعیت فنی تجهیزات و تجهیزات؛ نصب سوئیچ های ذخیره که شرایط خاصی را برای زمان پاسخگویی و قابلیت اطمینان برآورده می کنند. توزیع مجدد دینامیکی بار عملکردی عناصر هنگام تغییر ساختار سیستم، امکان موازی سازی کار در سیستم هایی با ساختار موازی را فراهم می کند. گنجاندن در سیستم های الگوریتم ها و ابزارهای پیکربندی مجدد (تجدید ساختار)، که به سازماندهی منابع کارآمد برای تکمیل کار اجازه می دهد.

1.3. افزونگی در همه سیستم ها با افزایش جریان کل خرابی ها همراه است. افزایش شاخص نرمال شده قابلیت اطمینان، منجر به افزایش نه تنها هزینه محصول، ویژگی های وزن کلی، مصرف انرژی و برخی ویژگی های دیگر می شود، بلکه منجر به افزایش هزینه های عملیاتی و مصرف قطعات یدکی، افزایش تعمیر و نگهداری می شود. و پرسنل تعمیر بنابراین، افزونگی باید به عنوان وسیله ای اجباری برای افزایش قابلیت اطمینان در نظر گرفته شود، زمانی که سایر امکانات قبلاً به پایان رسیده اند و امکان ارائه سطح مورد نیاز از قابلیت اطمینان را نمی دهند.

در سیستم هایی که با توجه به شرایط کاربرد، الزامات قابلیت اطمینان ممکن است در طول دوره بهره برداری بسته به نوع وظایف حل شده تغییر کند، توصیه می شود از حالت عملکرد با عمق افزونگی متغیر استفاده شود. این امکان استفاده منطقی تر از منابع اضافی و بهبود عملکرد فنی و اقتصادی سیستم را فراهم می کند.

1.4. برای هر نوع تجهیزات، احتمال افزونگی به عنوان وسیله ای برای افزایش قابلیت اطمینان تا حد زیادی توسط امکان فنی روش های افزونگی تعیین می شود. بنابراین، هنگام طراحی، تنها باید از چنین روش‌های افزونگی استفاده شود که امکان‌سنجی فنی آن توسط مدارهای شناخته شده و راه‌حل‌های تکنولوژیکی تضمین می‌شود یا می‌توان با کار طراحی آزمایشی در یک چارچوب زمانی قابل قبول تأیید کرد.

1.5. خرابی یک سیستم اضافی رویدادی است که شامل نقض حداقل یکی از الزامات تعیین شده برای ویژگی های خروجی سیستم (عملکرد، دقت، قابلیت اطمینان، مصرف مواد، شدت انرژی و غیره) است. تحت شرایط خاص، زمانی که امکان شناسایی حداقل مقادیر منابع مختلف لازم برای سیستم برای انجام وظیفه تعیین شده وجود داشته باشد، خرابی سیستم اضافی را می توان به عنوان یک رویداد متشکل از نقض الزامات مقدار تعریف کرد. و وضعیت تمام منابع لازم وقوع یک شکست با استفاده از معیارهایی که قوانین قطعی برای تصمیم گیری در مورد تعلق وضعیت سیستم به کلاس حالت های قابل اجرا یا غیرقابل اجرا هستند، ثابت می شود.

1.6. معیار اصلی خرابی یک سیستم زائد یک ویژگی عملکردی است که مرز منطقه را در فضای مشخصه های خروجی سیستم تعیین می کند که تقاطع آن به عنوان خرابی سیستم در نظر گرفته می شود.

1.7. در سیستم های پیچیده ای که چندین حالت کار و تعدادی عملکرد انجام می شود، مجاز است چندین معیار خرابی عملکردی - شکست در طول اجرای هر عملکرد - تشکیل شود. با گروه بندی معیارهای شکست برای هر تابع، معیارهای شکست عملکردی برای هر مجموعه ای از توابع تشکیل می شود. در یک سیستم پیچیده، چندین سطح از عملکرد را می توان تشخیص داد که هر یک از آنها با یک معیار عملکردی مطابقت دارد.

1.8. بر اساس معیار عملکردی، یک معیار خرابی سازه تشکیل می شود که تعیین می کند کدام حالت از مجموعه وسایل فنی با خرابی سیستم مطابقت دارد. اگر بتوان چنین معیاری را شکل داد، آنگاه مجموعه حالت های قابل اجرا و غیرقابل اجرا را می توان در قالب یک طرح ساختاری-قابلیت اطمینان یا یک تابع منطقی از عملکرد سیستم (عدم عملکرد) توصیف کرد.

1.9. برای سیستم‌هایی با چندین نوع افزونگی، همیشه نمی‌توان یک معیار ساختاری برای یک معیار عملکردی ایجاد کرد، زیرا وضعیت عملکرد سیستم نه تنها با کلیت حالت‌های عناصر آن تعیین می‌شود. در این مورد، نیاز به ایجاد یک معیار نقص فنی است که علاوه بر وضعیت عناصر، مقادیر ذخایر محصول و ذخایر بهره‌وری، زمان مجاز سپری شده در حالت نیمه قابل اجرا و وضعیت را شامل می‌شود. از سیستم نگهداری

زمان کارکرد بدون مشکل نصب شده t y;

احتمال عملکرد بدون خرابی P(t) در یک زمان عملیاتی معین.

ضریب آمادگی سیستم Kg;

ضریب استفاده فنی K ti;

ضریب آمادگی عملیاتی K og (t)؛

ضریب حفظ کارایی K e.

در یک سیستم اضافی، بسیاری از حالت های سالم وجود دارد که یکی از آنها کاملاً عملیاتی است. زمانی اتفاق می‌افتد که همه عناصر عملیاتی باشند و تمام منابع اضافی تخصیص داده‌شده برای افزونگی در سطح مقادیر استاندارد باشند که با پارامتر برداری A مشخص می‌شود. سایر حالت‌های عملیاتی زمانی رخ می‌دهند که برخی از عناصر از کار بیفتند یا منابع کمتر از مقادیر استاندارد کاهش یابند.

حالت عملیاتی که در آن مقادیر فعلی پارامترها در حدی است که خرابی یک عنصر می تواند منجر به خرابی سیستم شود، حالت پیش از شکست نامیده می شود. در توالی حالت های یک سیستم اضافی، معمولاً یک یا چند حالت میانی بین حالت کاملاً عملیاتی و حالت پیش از شکست وجود دارد. تعداد خرابی های المان که سیستم را از حالت کاملاً عملیاتی به حالت پیش از خرابی می رساند، مشخصه مهم درجه افزونگی در سیستم است. به طور کلی، این عدد بسته به ترتیب خرابی های المان و اینکه در کدام قسمت از سیستم رخ می دهد، متفاوت است. حداقل تعداد خرابی مربوط به تاسف بارترین ترکیب خرابی عناصر را می توان نه تنها به عنوان مشخصه سطح افزونگی، بلکه به عنوان یک شاخص اطمینان قطعی، به نام d - reliability استفاده کرد:

که در آن d i تعداد عناصر شکست خورده در طول انتقال از حالت کاملاً عملیاتی به حالت پیش از شکست در طول مسیر i است.

سطح افزونگی همچنین با حداکثر تعداد خرابی عناصر مشخص می شود که در آن سیستم هنوز از کار نمی افتد. این عدد را می توان به عنوان یک شاخص قطعی پایایی به نام m - reliability استفاده کرد:

که در آن m i تعداد خرابی عناصر در طول انتقال به حالت پیش از خرابی در امتداد مسیر i است. توجه داشته باشید که در اینجا مسیر ممکن است شامل چندین حالت پیش از شکست باشد.

مقایسه m و d ارزیابی ویژگی چابکی منابع مورد استفاده برای بهبود قابلیت اطمینان را ممکن می سازد. با اختلاف زیاد بین این اعداد، مانورپذیری منابع کم است، با یک تفاوت کوچک - زیاد. در m = d، قدرت مانور مطلق است.

1.11. نشانگر قابلیت اطمینان مورد استفاده برای سیستم‌های غیر زائد - میانگین زمان خرابی Tav - همچنین می‌تواند برای یک سیستم اضافی محاسبه شود. با این حال، این شاخص به خوبی ویژگی های اصلی دومی را منعکس می کند، زیرا رفتار سیستم را در کل بازه زمانی عملکرد مشخص می کند، زمانی که احتمال عملکرد بدون خرابی از صفر متفاوت است. برای سیستم های بسیار قابل اعتماد، مانند سیستم های معمولاً اضافی، این فاصله بسیار زیاد است و به طور قابل توجهی از زمان عملکرد استاندارد فراتر می رود. این بدان معنی است که Tcf همچنین بازه زمانی را که در آن سیستم دیگر کار نمی کند و جایی که به دلیل کاهش تدریجی افزونگی و تخریب سیستم، قابلیت اطمینان کاهش می یابد و ممکن است کمتر از سطح قابلیت اطمینان غیر زائد باشد را تعیین می کند. . بنابراین، بازده افزونگی، که با افزایش میانگین زمان عملیاتی تخمین زده می شود، معمولاً به طور قابل توجهی کمتر از زمانی است که با درجه کاهش احتمال شکست ارزیابی می شود. به همین دلیل، میانگین زمان تا شکست به عنوان معیاری برای قابلیت اطمینان یک سیستم اضافی توصیه نمی شود. در صورتی که زمان عملیاتی از بازه عملیاتی تجاوز نکند، به جای میانگین زمان عملیاتی، از میانگین زمان شرطی تا شکست استفاده می شود.

1.12. ضریب حفظ بهره وری بیانگر کاهش نسبی برخی از شاخص های کارایی (بازده، توان، توان، مقدار محصولات تولیدی) به دلیل خرابی عناصر سیستم است. ویژگی K e به عنوان شاخص قابلیت اطمینان این است که برای محاسبه آن نیازی به معرفی مفهوم و معیارهای خرابی سیستم نیست. بنابراین، K e در ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده ای استفاده می شود که در آنها امکان تقسیم همه حالت ها به دو کلاس (قابل اجرا و غیرقابل اجرا) وجود ندارد و دارای چندین سطح عملکرد هستند. با این حال، در صورتی که حالت های عملیاتی در مقادیر شاخص کارایی متفاوت باشد، می تواند در سیستم هایی که مفهوم و معیارهای شکست فرموله شده اند نیز استفاده شود. اگر آنها یکسان باشند، ضریب پایستگی کارایی از نظر کمی با ضریب استفاده فنی منطبق است.

1.13. هنگام محاسبه زمان آپلود تعیین شده t y، احتمال تامین آن به عنوان احتمال عملیات بدون شکست در طول t y تعریف می شود.

2 . طبقه بندی انواع رزرو

2.1. صرف نظر از هدف و زمینه فناوری، پنج نوع افزونگی را باید متمایز کرد: ساختاری، موقت، عملکردی، اطلاعاتی و باری. با توجه به این نوع افزونگی، پنج نوع افزونگی متمایز می شود. افزونگی های الگوریتمی و معنایی را باید به آنها اضافه کرد که به ترتیب می توان آنها را انواع افزونگی عملکردی و اطلاعاتی در نظر گرفت. با این حال، آنها ویژگی های خاصی دارند و می توان آنها را جداگانه در نظر گرفت.

2.2. افزونگی ساختاری با وارد کردن عناصر اضافی (ذخیره) به ساختار ابزار فنی انجام می شود که قادر به انجام وظایف عناصر اصلی در صورت شکست آنها هستند. حذف این عناصر از سیستم زمانی که عناصر اصلی در شرایط کار هستند، توانایی سیستم را برای انجام عملکردهای مورد نیاز در حالت ها و شرایط استفاده مشخص شده نقض نمی کند.

2.3. افزونگی عملکردی در سیستم‌های چند منظوره اتفاق می‌افتد که در آن عناصر یا گروه‌هایی از عناصر به‌طور مجزا می‌توانند عملکرد سایر عناصر شکست خورده را برای دوره بازیابی عملکرد خود بدون کاهش قابل توجهی در شاخص‌های فنی و اقتصادی سیستم به عهده بگیرند. با افزونگی عملکردی، بر خلاف افزونگی ساختاری، هیچ عنصر اضافی وجود ندارد، یعنی. چنین عناصری که می توانند برای همیشه بدون نقض الزامات مشخصات فنی سیستم خارج شوند.

افزونگی عملکردی توسط:

ایجاد پیوندهای اضافی بین عناصر؛

انعطاف پذیری و کارایی پیکربندی مجدد عناصر چند منظوره برای انجام یک عملکرد معین.

تغییر حالت عملکرد.

2.4. افزونگی موقت شامل تشکیل زمان اضافی برای عناصر منفرد، گروه‌های عناصر یا سیستم به عنوان یک کل است که می‌تواند برای بازیابی مشخصات فنی بدون نقض الزامات پارامترهای خروجی سیستم استفاده شود.

رزرو موقت ارائه شده است:

ایجاد حاشیه عملکرد با افزایش سرعت (خروجی) عناصر.

ایجاد حاشیه عملکرد با گنجاندن موازی در عملکرد دستگاه هایی با همان هدف؛

ایجاد انبارهای محصولات در فروشگاه های واسطه یا خروجی.

کاهش سرعت توسعه اثرات نامطلوب خرابی ها و میزان زوال پارامترهای خروجی سیستم.

2.5. افزونگی اطلاعات شامل تشکیل چندین منبع معنایی کافی از اطلاعات یا نسخه هایی از آرایه های اطلاعاتی، معرفی اطلاعات اضافی طراحی شده برای بازیابی اطلاعات اصلی در صورت تحریف آن است.

افزونگی اطلاعات توسط:

کدگذاری اطلاعات در برابر نویز؛

داده های تکراری در دستگاه های مختلف؛

همبستگی داده های اندازه گیری میدان های فیزیکی.

استفاده از داده های رضایت بخش از روابط ثابت؛

استفاده از افزونگی زبان الگوریتمی یا طبیعی.

2.6. افزونگی بار شامل ارائه حاشیه های عملکرد تحت تأثیر بارهای مختلف (الکتریکی، مکانیکی، حرارتی و غیره) در طول عملیات است. افزونگی بار توسط:

ایجاد حاشیه ایمنی به منظور محافظت در برابر افزایش بارهای شوک و ارتعاش؛

استفاده از عناصر با افزایش اتلاف توان الکتریکی مجاز.

استفاده از مواد مقاوم در برابر حرارت؛

کاهش ضریب اشتغال محصول با کار مفید.

2.7. ویژگی های اصلی انواع رزرو که اندازه منابع معرفی شده و قوانین استفاده از آنها را تعیین می کند عبارتند از:

نرخ افزونگی؛

حوزه استفاده از منابع ذخیره؛

نظم رزرو؛

رشته بازیابی منابع؛

تعداد سطوح در سلسله مراتب رزرو.

2.8. نسبت افزونگی به عنوان نسبت تعداد منابع ذخیره به تعداد منابع اصلی تعریف می شود. تعدد افزونگی ساختاری به صورت کسری غیر قابل تقلیل نشان داده می شود که در آن تعداد عناصر ذخیره در صورت شمار و تعداد عناصر اصلی در مخرج است. تعدد افزونگی عملکردی با تعداد روش‌های مختلفی که می‌توان یک تابع معین را انجام داد، تعیین می‌شود. تعدد رزرو موقت به عنوان نسبت زمان رزرو به زمان اصلی کار تعریف می شود. تعدد افزونگی اطلاعات با کدگذاری تصحیح خطا با افزونگی نسبی کد همزمان است، با کدگذاری آرایه - با تعداد نسخه های پشتیبان، و در حالت کلی، تعدد به عنوان نسبت تعداد واحدهای پشتیبان تعریف می شود. و اطلاعات اولیه نسبت افزونگی بار به عنوان نسبت حاشیه عملکرد برای نوع معینی از بار به مقدار اسمی بار که در همان واحدها اندازه‌گیری می‌شود، تعریف می‌شود.

2.9. با توجه به حوزه استفاده از منابع ذخیره، رزروهای عمومی، گروهی و عنصر به عنصر وجود دارد. ذخیره عمومی قادر به دفع خرابی در هر یک از عناصر سیستم است. ذخیره گروه فقط در عناصر این گروه از خرابی جلوگیری می کند و در صورت خرابی عناصر خارج از این گروه قابل استفاده نیست. ذخیره عنصر به عنصر برای جلوگیری از خرابی تنها عناصر یک نوع خاص طراحی شده است. هر یک از این روش های افزونگی را می توان با تعدد افزونگی مشخص کرد.

2.10. دیسیپلین افزونگی روشی را برای استفاده از منابع اضافی که برای اجرای روش‌های افزونگی مختلف به سیستم وارد می‌شوند، تعیین می‌کند و بستگی به این دارد که چه نوع و روش‌هایی از افزونگی در سیستم پیاده‌سازی شده و در چه حالتی سیستم در زمان خرابی کار می‌کند. افزونگی ساختاری معمولاً ابتدا از افزونگی عنصر به عنصر، سپس افزونگی گروهی و در نهایت افزونگی عمومی استفاده می کند. در صورت رزرو سازه ای و زمانی در برخی حالت ها ابتدا از ذخیره سازه و سپس ذخیره زمانی استفاده می شود. در سایر حالت های عملیات، ترتیب استفاده از ذخیره را می توان معکوس کرد، ذخیره عملکردی معمولاً پس از اتمام ذخیره سازه استفاده می شود، زیرا انتقال به روش دیگری برای انجام عملکرد اغلب با کاهش کیفیت همراه است. عملکرد از آنجایی که قابلیت اطمینان به دست آمده از یک سیستم افزونگی به رشته افزونگی بستگی دارد، جستجو برای رشته افزونگی بهینه ضروری است.

2.11. رشته بازیابی منابع ترتیب نگهداری، نظم بازیابی فنی و اطلاعات، پر کردن ذخایر محصول، ذخایر سلامت و ذخایر زمانی را تعیین می کند. رشته بازیابی باید تعریف کند:

لحظه آغاز بهبودی؛

تغییر حالت عملکرد سیستم در حین بازیابی؛

منبع پر کردن منابع؛

توالی کار برای بازیابی منابع؛

روش بازگشت به سیستم ابزارها و ابزارهای فنی نرم افزار و پشتیبانی اطلاعات پس از اتمام بازیابی آنها.

مقادیر هنجاری منابع که با رسیدن به آنها روند بازیابی متوقف می شود یا حالت عملکرد سیستم اصلی و سیستم تعمیر و نگهداری را تغییر می دهد.

استراتژی نگهداری و بازیابی

2.12. سلسله مراتب وسایل اضافی مطابق با سلسله مراتب وسایل فنی ایجاد می شود. در این راستا، چندین سطح از سلسله مراتب رزرو قابل تشخیص است:

سطح عنصری (I)؛

سطح ماژول ها و گره ها (II)؛

سطح دستگاه (III)؛

سطح زیر سیستم (IV)؛

سطح سیستم (V)؛

با توجه به اصل عملکردی، سطوح زیر از سلسله مراتب افزونگی قابل تشخیص است:

سطح عملیات میکرو (I)؛

سطح قطعات عملیات (II)؛

سطح عملیات (III)؛

سطح زیرکار (IV)؛

سطح وظیفه (V)؛

سطح عملکرد (VI)؛

سطح وظایف چند منظوره (VII).

با توجه به روش اجرای افزونگی، سه سطح سلسله مراتب وجود دارد:

فن آوری (I)؛

سازنده (II);

عملکردی (III).

تعداد سطوح سلسله مراتبی یک طبقه بندی و ویژگی فنی ابزارهای افزونگی است.

3 . انتخاب نوع رزرو

3.1. انتخاب نوع رزرو با موارد زیر تعیین می شود:

شرایط استفاده از سیستم؛

محدودیت در هزینه کل افزایش قابلیت اطمینان؛

محدودیت‌های ناشی از الزامات سایر مشخصات فنی (ابعاد، وزن، مصرف برق، هزینه‌های عملیاتی، زیرسیستم‌های سرویس)؛

بدتر شدن مجاز در کیفیت عملکرد و کاهش حجم عملکردهای انجام شده در هنگام تخریب سیستم.

امکان سنجی فنی روش های افزونگی؛

سطح توسعه ابزارهای نظارت و تشخیص؛

ویژگی های نگهداری؛

درجه یکسان سازی تجهیزات؛

سطح فناوری تولید و ویژگی های آن (ثبات، انعطاف پذیری، دقت).

3.2. افزونگی ساختاری در سیستم‌هایی که شرایط کاربرد آن‌ها با ویژگی‌های زیر مشخص می‌شود، مزیت پیدا می‌کند:

زمان قابل قبول کوچک وقفه در عملکرد؛

هزینه بالای شکست (عواقب شدید شکست)؛

عدم پذیرش کاهش کیفیت عملکرد در هنگام تخریب سیستم؛

سیستم کنترل و عیب یابی سخت افزاری توسعه یافته است که تاخیر قابل توجهی در تشخیص خرابی ها ایجاد نمی کند.

سازمان تعمیر و نگهداری، که در آن می توان یک دستگاه شکست خورده را خاموش کرد، آن را بازیابی کرد و بدون وقفه در عملکرد بقیه سیستم به کار انداخت.

روش‌های افزونگی ساختاری را می‌توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد:

افزونگی داخلی با گنجاندن دائمی ذخیره؛

افزونگی داخلی با جایگزینی با فعال سازی خودکار یا خودکار ذخیره؛

افزونگی تخلیه شده با جایگزینی عناصر غیرقابل استفاده با عناصر کاربردی از قطعات یدکی.

در مورد دوم، تعدد و روش افزونگی با نامگذاری و تعداد عناصر یدکی، ساختار قطعات یدکی و لوازم جانبی (تک، گروه) تعیین می شود.

3.3. افزونگی عملکردی زمانی استفاده می شود که افزونگی سازه به دلیل حجم زیاد تجهیزات یا دلایل دیگر غیرقابل قبول باشد. به عنوان یک قاعده، اقتصادی تر از افزونگی ساختاری است، اما صرفه جویی در هزینه کاهش کیفیت اجرای عملکردها به دست می آید، به عنوان مثال، به دلیل بدتر شدن دقت، افزایش زمان اجرای توابع، کاهش عملکرد، کاهش قابلیت استفاده از نتایج خروجی و غیره.

شکل دیگری از افزونگی عملکردی، بازیابی کامل عملکردهای اصلی با توقف عملکرد توابع ثانویه و انتقال منابع آزاد شده در این حالت برای انجام کارکردهای اصلی است.

ویژگی های افزونگی عملکردی:

قابلیت اطمینان سیستم بالاتر هنگام استفاده از روش پشتیبان گیری برای انجام عملکردها طبق الگوریتم های ساده شده.

سیستم مدیریت منابع توسعه یافته و تحرک بالای آنها، به این معنی که می توان منابع را با سرعت کافی و در پیکربندی های مختلف برای انجام عملکردهای اساسی به هم متصل کرد.

سیستم نظارت بر عملکرد توسعه یافته که به شما امکان می دهد وضعیت فنی همه منابع را به طور قابل اعتماد ارزیابی کنید و اطلاعات لازم را به موقع در اختیار سیستم مدیریت منابع قرار دهید.

امکان بازگشت سریع به نوع اصلی عملکرد عملکردها پس از بازیابی عملکرد دستگاه های خراب.

عدم وجود خرابی های استهلاکی؛

عدم وجود اساسی تکرار خطاهای طراحی در اجرای الگوریتم هایی برای عملکرد دستگاه هایی که یکدیگر را رزرو می کنند.

3.4. افزونگی موقت به عنوان روشی برای بهبود قابلیت اطمینان مؤثر می شود و نسبت به سایر انواع افزونگی در سیستم هایی با ویژگی های زیر برتری پیدا می کند:

این سیستم امکان وقفه در کار را برای مدتی بیش از زمان برای از بین بردن خرابی و عواقب آن فراهم می کند.

کیفیت عملکرد سیستم با ویژگی های یکپارچه برای یک دوره زمانی به اندازه کافی طولانی (تغییر، روز، هفته، ماه، سه ماهه، سال) ارزیابی می شود.

این سیستم دارای نرخ انتقال محدود و نسبتاً پایینی از حالت قابل اجرا به حالت غیرقابل اجرا در صورت خرابی عناصر جداگانه است.

سیستمی که جریان‌های مواد، انرژی یا اطلاعات را انتقال یا پردازش می‌کند، این توانایی را دارد که محصول را در مقادیر لازم در انبارهای میانی و خروجی جمع‌آوری کند تا خرابی‌ها و پیامدهای آن را جبران کند.

سیستم نمی تواند به طور کامل خرابی های استهلاک را از بین ببرد، و بنابراین بخشی از زمان عملیاتی نیاز به تکرار دارد.

دوره‌هایی از خرابی پنهان در سیستم وجود دارد که نیاز به تکرار بخشی از کار پس از تشخیص شکست دارد.

این سیستم امکان کاهش عملکرد کوتاه را فراهم می کند که با حاشیه عملکرد جبران می شود.

این سیستم دارای یک اثر تجمعی است که اجازه می دهد تا زمان بیشتری برای بهبود ویژگی های خروجی (دقت، قابلیت اطمینان، قدرت، پایداری، پایداری) که عملکرد آن را تعیین می کند، داشته باشد.

3.5. افزونگی اطلاعات نوع خاصی از افزونگی است که در ارتباطات، کنترل، اندازه‌گیری، اطلاعات، سیستم‌های محاسباتی و سایر سیستم‌ها برای جمع‌آوری و پردازش اطلاعات استفاده می‌شود.

زمانی اعمال می‌شود که پیامدهای از دست دادن و فساد اطلاعات شدید باشد و بنابراین چنین نقض‌هایی یا غیرقابل قبول هستند یا باید بعید باشند. شرایط و پیش نیازهای اصلی استفاده از افزونگی اطلاعات عبارتند از:

قابلیت اطمینان ناکافی حامل های اطلاعات؛

عدم امکان بازیابی سریع توسط ابزارهای الگوریتمی تحریف اطلاعات در طول پردازش؛

عدم امکان تجدید اطلاعات با کمک منابع اولیه؛

این سیستم سخت افزار و منابع زمانی لازم را برای پیاده سازی افزونگی اطلاعات فراهم می کند و الگوریتم های عملیات استفاده از اطلاعات اضافی را فراهم می کند.

افزونگی اطلاعات معمولاً در ترکیب با افزونگی ساختاری، عملکردی و زمانی استفاده می‌شود، زیرا ظرفیت‌های ذخیره‌سازی اضافی و تجهیزات اضافی برای پردازش اطلاعات برای ذخیره نسخه‌های آرایه‌های اطلاعات و اطلاعات اضافی با کدگذاری تصحیح خطا مورد نیاز است و زمان بیشتری برای خواندن نسخه‌ها مورد نیاز است. و با ابزارهای بازیابی اطلاعات کار کنید. یک روش متداول افزونگی اطلاعات، نصب حسگرهای اضافی در میدان اندازه گیری است که به شما امکان می دهد همزمان از افزونگی عملکردی (شکل اول) استفاده کنید.

3.6. افزونگی بار زمانی استفاده می‌شود که محصول بدون مراقبت باشد یا عیب‌یابی زمان‌بر و پرهزینه باشد. در عین حال، استفاده از افزونگی ساختاری به دلایل فنی یا اقتصادی دشوار یا غیرممکن است. افزونگی بار را می توان در مواقعی نیز مورد استفاده قرار داد که افزونگی سازه ای مؤثر نباشد و برای افزایش کارایی آن لازم است میزان خرابی محصول یا قطعه زائد آن کاهش یابد. شرایط اصلی برای اعمال موفقیت آمیز این نوع افزونگی:

در دسترس بودن عناصر مناسب که دارای حاشیه عملیاتی لازم برای پارامترهای مختلف نسبت به حالت اسمی عملکرد محصول هستند.

قابل قبول بودن درجه بهبود سایر مشخصات فنی و اقتصادی (ابعاد، مصرف انرژی، هزینه و غیره) در رابطه با نمونه اولیه، به دلیل ایجاد حاشیه ظرفیت کاری؛

امکان تخلیه همزمان همه یا اکثر عناصر به منظور ایجاد یک سیستم «معادل».

روش های افزونگی بار عبارتند از:

استفاده از عناصر با افزایش اتلاف توان مجاز؛

کاهش چگالی بسته بندی عناصر برای ایجاد یک رژیم حرارتی مطلوب.

کاهش سرعت حرکت عناصر مکانیکی برای کاهش بارهای مکانیکی.

کاهش شدت جریان اطلاعات ورودی در سیستم های اطلاعاتی به منظور جلوگیری از خرابی و خرابی.

تسهیل رژیم های فناورانه در سیستم های فناورانه به منظور گسترش حوزه عملکرد در صورت انحراف پارامترهای فناوری از مقادیر اسمی.

افزونگی بار اغلب در ترکیب با سایر انواع افزونگی استفاده می شود. امکان بارگذاری اضافی کوتاه مدت امکان استفاده از افزونگی عملکردی را فراهم می کند. هنگامی که بار اطلاعات کاهش می یابد، دوره های بیکاری می توانند به عنوان ذخیره زمان استفاده شوند. هنگام تخلیه نیرو، از یک اجبار کوتاه مدت حالت برای جبران جزئی یا کامل خرابی یا بدتر شدن پارامترهای خروجی سیستم به دلیل خرابی استفاده می شود.

4 . انتخاب روش ها و راه های رزرو سازه ای

4.1. روش ها و روش های افزونگی ساختاری

بسته به روش اتصال ذخیره، حالت و تعدد آن، افزونگی ساختاری می تواند: کلی و مجزا، با ذخیره دائمی فعال و با روش جایگزینی، با تعدد عدد صحیح و کسری باشد. این طبقه بندی از روش ها و روش های افزونگی ساختاری در جدول آورده شده است.

طرح های قابلیت اطمینان-عملکردی (RFS) افزونگی ساختاری تعدد mc در شکل نشان داده شده است. 1 .

علاوه بر انواع اصلی نشان داده شده در جدول و در شکل. 1 هنگامی که NFS به ساختار سری-موازی کاهش نمی یابد، افزونگی ساختاری می تواند مخلوط، کشویی و خاص باشد.

افزونگی مختلط زمانی شکل می‌گیرد که انواع و روش‌های مختلف افزونگی ساختاری دستگاه‌های جداگانه آن برای بهبود قابلیت اطمینان یک سیستم پیچیده استفاده شود.

رولینگ افزونگی زمانی است که یک یا چند دستگاه می توانند جایگزین هر یک از دستگاه های خراب در سیستم اصلی شوند.

برنج. 1. طرح های قابلیت اطمینان-عملکردی افزونگی ساختاری تعدد m c

در اجرای عملی افزونگی ساختاری، اغلب غیرممکن است که NFS نشان داده شده در شکل. 1 . این با این واقعیت توضیح داده می شود که در یک سیستم اضافی با تعداد زیاد عناصر، خرابی یکی از آنها می تواند منجر به تغییر در پارامترهای اصلی سایر عناصر شود که منجر به بدتر شدن عملکرد کل سیستم می شود. در چنین مواردی، خرابی چندین عنصر در مکان‌های مختلف سیستم می‌تواند منجر به چنین تغییراتی در ویژگی‌های خروجی شود، زمانی که سیستم از انجام وظایف خود با یک کارایی معین باز می‌ماند.

در اینجا، عملکرد سیستم به معنای قابلیت اطمینان آن به ساختار سری-موازی کاهش نمی یابد.

بیشتر اوقات این اتفاق زمانی رخ می دهد که مدارهای الکتریکی و الکترونیکی اضافی، عناصر منطقی، سیستم های ارتباطی، شبکه های کامپیوتری وجود داشته باشد.

4.2. روش‌هایی برای بهبود کارایی افزونگی.

یکی از معیارهای اصلی برای اثربخشی افزونگی، افزایش قابلیت اطمینان است. سود قابلیت اطمینان نسبت شاخص قابلیت اطمینان یک سیستم اضافی به همان شاخص قابلیت اطمینان یک سیستم غیر زائد است.

با دانستن ویژگی‌های روش‌ها و روش‌های مختلف افزونگی سازه، می‌توان اثربخشی آنها را ارزیابی کیفی کرد و همچنین نوع افزونگی را به‌طور منطقی انتخاب کرد.

افزونگی ساختاری دارای تعدادی ویژگی است که مهمترین آنها عبارتند از:

با افزایش تعدد افزونگی با ذخیره روشن دائمی، وزن، ابعاد و هزینه سیستم سریعتر از افزایش قابلیت اطمینان رشد می کند.

دستگاه‌های فنی زائد ساختاری دستگاه‌هایی قدیمی هستند که میزان خرابی آنها در طول زمان افزایش می‌یابد.

افزایش قابلیت اطمینان در?(t) = const در طول زمان کاهش می یابد.

افزایش قابلیت اطمینان در صورت افزونگی ساختاری اساساً به نوع قانون توزیع زمان تا خرابی دستگاه‌های اصلی و پشتیبان بستگی دارد: هرچه نرخ خرابی سریع‌تر افزایش یابد؟

نرخ خرابی سیستم زائد در t = 0 نیز برابر با صفر است و در طول زمان به میزان خرابی سیستم غیر زائد تمایل دارد.

راندمان افزونگی یک سیستم قابل بازیافت همیشه بالاتر از یک سیستم غیر قابل بازیابی است، اگر ترمیم عناصر خراب در طول عملیات سیستم امکان پذیر باشد.

هر چه زمان بازیابی کوتاهتر باشد، بازده افزونگی بالاتر است، ceteris paribus.

هر چه تعدد همان نوع افزونگی بیشتر باشد، هزینه، وزن، ابعاد سیستم بیشتر باشد، حجم قطعات یدکی و لوازم جانبی مورد نیاز، هزینه کارکرد و همچنین هزینه خرابی یک سیستم بیشتر باشد.

این ویژگی ها استفاده از افزونگی را برای بهبود قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده با استفاده طولانی مدت از آنها محدود می کند. شما می توانید کارایی افزونگی را به روش های زیر افزایش دهید.

1. استفاده از رزرو کشویی، با ساختار متغیر، با کنترل خودکار وضعیت ذخیره.

2. معرفی افزونگی با تعدد کسری برای بهبود قابلیت اطمینان فناوری گسسته در صورت وجود خرابی.

3. استفاده از طرح های اضافی اضافی که امکان تعمیر دستگاه های پشتیبان شکست خورده را بدون خاموش کردن سیستم فراهم می کند.

4. ساخت مدارها در مواقعی که خرابی عناصر اصلی یا پشتیبان (دستگاه ها) تغییر نکرده یا در محدوده قابل قبول، مشخصات خروجی اصلی سیستم را تغییر دهد.

5. استفاده از سیستم هایی برای نظارت مستمر و مطمئن بر قابلیت اطمینان سیستم و دستگاه های آن به منظور تشخیص خرابی و کاهش زمان بازیابی آن.

6. افزایش قابلیت نگهداری سیستم به منظور کاهش زمان بازیابی سیستم اضافی.

افزونگی لغزشی تحت شرایط خاص می تواند قابلیت اطمینان یک سیستم پیچیده را با افزایش جزئی در وزن، ابعاد و هزینه به طور قابل توجهی افزایش دهد. بنابراین، برای مثال، افزونگی کل تعدد mc هنگامی که با روش جایگزینی افزونگی دارد، از نظر قابلیت اطمینان معادل یک افزونگی لغزشی با تعداد عناصر اضافی برابر با تعداد سیستم‌های زائد است. چنین سود قابل توجهی را می توان تنها در صورتی به دست آورد که سیستم اصلی از همان نوع عناصر جایگزین تشکیل شده باشد.

افزونگی با تعدد کسری، به عنوان مثال، با توجه به طرح دو از سه، به شما امکان می دهد دو یا سه نتیجه اندازه گیری یا محاسبه را که به طور همزمان به دست آمده اند بدون از دست دادن زمان قابل توجه مقایسه کنید. این به شما امکان می دهد تا در صورت وجود خرابی در آنها، قابلیت اطمینان سیستم های اندازه گیری، رایانه ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهید. چنین افزونگی می تواند منجر به کاهش قابلیت اطمینان ناشی از خرابی های ناگهانی مانند خرابی، شکست و اتصال کوتاه در مدارهای الکتریکی شود.

قابل توجه ترین افزایش در قابلیت اطمینان سیستم های اضافی ساختاری زمانی حاصل می شود که طراحی سیستم امکان تعمیر دستگاه های خراب را بدون خاموش کردن سیستم فراهم کند. اگر زمان تعمیر در مقایسه با میانگین زمان بین خرابی ها کوتاه باشد، افزونگی با بازیابی به شما امکان می دهد زمان بین خرابی ها را صدها و هزاران بار در مقایسه با یک سیستم غیر زائد افزایش دهید، حتی با نسبت افزونگی mc = 1، که است، با تکرار.

4.3. مدل‌های قابلیت اطمینان سیستم‌ها برای افزونگی ساختاری

مدل‌های قابلیت اطمینان سیستم‌های فنی با افزونگی ساختاری عمدتاً بر اساس نوع افزونگی و نظم نگهداری تعیین می‌شوند.

4.3.1. مدل های قابلیت اطمینان سیستم های فنی غیر قابل بازیافت

در صورت عدم تعمیر عناصر خراب سیستم های اضافی ساختاری، در تعداد زیادی از موارد مفروضات زیر معتبر خواهند بود:

هیچ عواقبی از خرابی عناصر وجود ندارد.

همه عناصر به طور همزمان کار می کنند.

خرابی عناصر رویدادهای مستقلی هستند.

تحت این مفروضات، برای تمام روش‌ها و روش‌های افزونگی ساختاری نشان‌داده‌شده در شکل. 1 ، باید از مدل طرح های سری موازی برای محاسبه قابلیت اطمینان استفاده شود. چنین مدلی با استفاده از قضایای معروف نظریه احتمال (جمع، ضرب) و فرمول احتمال کل، احتمال عملکرد بدون خرابی یک سیستم زائد ساختاری را ممکن می سازد.

از طریق احتمال عملکرد بدون خرابی P(t)، سایر شاخص های قابلیت اطمینان را می توان با استفاده از فرمول های زیر بدست آورد:

زمان برای اولین شکست

احتمال شکست

Q(t) = 1 - P(t)، (2)

نرخ شکست (تراکم توزیع زمان تا شکست)

F(t) = Q"(t)، (3)

میزان شکست

این مدل همچنین می‌تواند در مورد سیستم‌های غیرقابل بازیابی زائد ساختاری که عملکرد آنها به مدارهای سری-موازی کاهش نمی‌یابد نیز اعمال شود.

4.3.2. مدل قابلیت اطمینان سیستم های فنی غیرقابل ترمیم سازه های پیچیده

اگر عملکرد یک سیستم زائد ساختاری به یک ساختار سری-موازی کاهش نیابد، برای ارزیابی قابلیت اطمینان آن، لازم است ماتریسی از فرضیه‌های مطلوب جمع‌آوری شود و مجموع احتمالات آنها محاسبه شود. اگر عملکرد سیستم با توابع جبر منطق توصیف شود، روش های محاسباتی ساده می شوند. استفاده از مدل‌های منطقی-احتمالی، رسمی‌سازی روش‌های محاسباتی و ساده‌سازی قابل‌توجه آنها را ممکن می‌سازد.

احتمال عملکرد بدون خرابی یک سیستم با ساختار پیچیده با فرمول محاسبه می شود

(5)

که در آن P i (t) احتمال i-امین فرضیه مطلوب است، n تعداد فرضیه های مطلوب است.

سایر شاخص های قابلیت اطمینان توسط فرمول ( 1 ) - (4 ).

4.3.3. مدل‌های قابلیت اطمینان برای سیستم‌های ساختاری اضافی قابل بازیافت.

رایج ترین مدل نوع صف است. در این حالت، جریان درخواست های تعمیر و نگهداری توسط سیستم هایی شکل می گیرد که در یک لحظه تصادفی از زمان خراب می شوند و بدنه تعمیر و نگهداری یک تعمیرگاه یا پرسنل تعمیر و نگهداری است.

در چنین مدلی، رشته های خدماتی مختلفی امکان پذیر است: با اولویت مستقیم، معکوس و اختصاص داده شده. با اولویت مستقیم، دستگاه های خراب به ترتیبی که برای تعمیر دریافت شده اند، سرویس می شوند، با اولویت معکوس، دستگاهی که آخرین بار از کار افتاده، ابتدا سرویس می شود. با اولویت اختصاص داده شده، توالی تعمیر دستگاه های خراب از قبل تعیین می شود.

مدل نوع صف تجزیه و تحلیل سیستم‌های زائد ساختاری با تعداد واحدهای خدمات متفاوت را ممکن می‌سازد. در این حالت، سیستم را می توان به راحتی با معادلات نوع صف عملیات سیستم برای هر روش و روش افزونگی توصیف کرد، در صورتی که جریان شکست و بازیابی ساده ترین باشد (مدل مارکوف). اگر جریان های شکست ساده ترین نباشند (مدل نیمه مارکوف)، آنگاه تحلیل قابلیت اطمینان عملاً فقط برای موارد افزونگی نسبتاً ساده امکان پذیر است، به عنوان مثال، افزونگی کل با تعدد اعداد صحیح.

هنگام تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده بسیار قابل اعتماد، معمولاً زمان بین خرابی ها به طور قابل توجهی از میانگین زمان بازیابی فراتر می رود. اگر کجا؟ - شدت بازیابی، سپس نظم و انضباط تعمیر و نگهداری تأثیر کمی بر قابلیت اطمینان سیستم دارد.

4.4. محاسبه قابلیت اطمینان سیستم های دارای افزونگی ساختاری.

4.4.1. شاخص های قابلیت اطمینان

شاخص های قابلیت اطمینان سیستم های زائد غیر قابل بازیابی می توانند عبارتند از:

Р(t) - احتمال عملکرد بدون شکست در طول زمان.

T 1 - میانگین زمان عملیات بدون خرابی (میانگین زمان تا اولین شکست).

F(t) - میزان شکست (چگالی توزیع زمان تا اولین شکست).

?(t) - میزان شکست.

شاخص های قابلیت اطمینان سیستم های اضافی قابل بازیافت عبارتند از:

Kr (t) تابع آمادگی است (احتمالی که در آن زمان سیستم در شرایط خوبی است).

فاکتور در دسترس بودن؛

T - زمان بین شکست.

?(t) - پارامتر نرخ شکست.

بین شاخص‌های مشخص شده قابلیت اطمینان هر دو سیستم غیرقابل بازیابی و بازیابی، وابستگی‌های واضحی وجود دارد، اگرچه ایجاد آنها برای انواع خاصی از افزونگی دشوار است. بنابراین، در عمل، نیازی به محاسبه قابلیت اطمینان سیستم برای همه شاخص ها نیست. یک یا دو شاخص کافی است.

ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم‌های غیرقابل بازیابی اضافی با احتمال Р(t) بسیار مناسب است. این شاخص امکان ارزیابی کامل ترین قابلیت اطمینان را فراهم می کند، محاسبه آن برای روش ها و روش های اصلی افزونگی نشان داده شده در شکل کاملاً واضح و نسبتاً آسان است. 1 .

میانگین زمان بین خرابی های T 1 نباید برای ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم های اضافی به دلایل زیر استفاده شود:

قانون توزیع زمان برای اولین شکست یک سیستم زائد چند پارامتری است. در این مورد، انتظار ریاضی T 1 از متغیر تصادفی - زمان تا اولین شکست - خود متغیر تصادفی را به طور کامل ارزیابی نمی کند.

T 1 یک شاخص انتگرال است و با فرمول محاسبه می شود

که نشان می دهد که احتمال عملیات بدون خرابی در کل محور زمانی یکپارچه شده است. اگر سیستم برای مدت زمان کوتاهی t طراحی شده باشد، فرمول ( 1 ) این را در نظر نمی گیرد.

نرخ شکست F(t) و میزان شکست؟(t) به اندازه کافی واضح نیستند، آنها در سایر شاخص های عمومی تر سیستم ها مانند کارایی، کیفیت گنجانده نشده اند، بنابراین این شاخص ها در محاسبات قابلیت اطمینان به عنوان شاخص های کمکی استفاده می شوند.

ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم‌های قابل بازیافت اضافی توسط تابع در دسترس بودن Kr(t) یا با ضریب در دسترس بودن Kr مناسب است. MTBF همچنین می تواند برای تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان سیستم های قابل بازیابی زائد طولانی مدت استفاده شود.

سیستم های پیچیده معمولا در حالت های مختلف عمل می کنند. در یک حالت، آنها ممکن است اجازه تعمیرات را ندهند، در حالت دیگر می توان آنها را تعمیر کرد. هنگام انجام برخی از عملکردها، سیستم ممکن است زائد نباشد، در هنگام انجام سایر عملکردها، ممکن است از نظر ساختاری زائد باشد. به عنوان مثال، سیستم کنترل هواپیما در پرواز عملاً غیر قابل تعمیر است و پس از فرود کاملاً قابل بازیابی است. در چنین مواردی، تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان باید بر اساس معیارهای مختلف انجام شود. به عنوان مثال، در مورد یک سیستم کنترل هواپیما، با احتمال عملیات بدون شکست در طول زمان پرواز و با ضریب در دسترس بودن. از آنجایی که همه شاخص‌های پایایی وابستگی‌های واضحی بین خود دارند، یکی از معیارهای متعددی وجود دارد که رضایت از آن منجر به ارائه همه شاخص‌های پایایی می‌شود.

در سیستم های چند معیاره، استفاده از معیارهای تعمیم یافته توصیه می شود. در مورد یک سیستم کنترل هواپیما، معیار قابلیت اطمینان تعمیم یافته می تواند این احتمال باشد که سیستم کنترل برای عملیات در هر زمان دلخواه t آماده است و در طول زمان پرواز از کار نمی افتد.

4.4.2. محاسبه قابلیت اطمینان سیستم‌های غیرقابل بازیابی اضافی

محاسبه قابلیت اطمینان سیستم های اضافی نشان داده شده در شکل. 1 ، طبق فرمول های زیر انجام می شود.

الف) افزونگی عمومی با ذخیره دائم:

(7)

(8)

جایی که T 0 - زمان تا اولین شکست یک سیستم غیر زائد.

P(t) - احتمال عملکرد بدون شکست در طول زمان t یک سیستم غیر زائد. م - تعدد رزرو.

ب) افزونگی عمومی با جایگزینی:

(9)

(10)

جایی که؟ - میزان خرابی یک دستگاه غیر زائد.

ج) افزونگی جداگانه با ذخیره روشن دائمی:

(11)

جایی که P i (t) - احتمال عملکرد بدون شکست در طول زمان t یکی از عناصر گره اضافی i-ام. m تعداد گره های اضافی است.

د) رزرو جداگانه با جایگزینی:

(12)

تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان دستگاه های غیر قابل بازیافت اضافی با انواع ترکیبی از افزونگی نیز با استفاده از فرمول ها انجام می شود. برای مواردی که نمودار بلوک عملکرد به یک فرمول سری-موازی کاهش می یابد، می توان آنها را با استفاده از قضایای معروف جمع و ضرب احتمالات و فرمول احتمال کل به دست آورد.

اگر عملکرد سیستم به یک مدار سری موازی کاهش نیابد، محاسبه احتمال عملکرد بدون خرابی باید طبق فرمول انجام شود.

که در آن P i (t) احتمال i-امین فرضیه مطلوب است.

N تعداد فرضیه های مطلوب است.

برای توصیف عملکرد سیستم در این مورد و محاسبه P(t)، توصیه می شود از روش های منطقی-احتمالی استفاده شود.

4.4.3. محاسبه قابلیت اطمینان سیستم های اضافی قابل بازیافت.

فرمول های محاسبه برای به دست آوردن شاخص های Kg (t)، Kg و T را فقط می توان برای موارد ساده افزونگی با تعدد محدود mc به دست آورد. به طور کلی از مدل صف استفاده می شود. در این حالت روش محاسبه به شرح زیر است.

1. نمودار بلوکی از محاسبه قابلیت اطمینان ترسیم شده است. میزان خرابی و نرخ بازیابی هر دستگاه نشان داده شده است.

2. نموداری از حالات سیستم با در نظر گرفتن رشته خدمات داده شده ساخته می شود.

3. یک سیستم معادلات دیفرانسیل از نوع صف تدوین شده است.

4. سیستم معادلات در کامپیوتر با استفاده از برنامه های استاندارد حل می شود.

در مواردی که تعداد حالت های سیستم بسیار زیاد است (چند صد یا بیشتر)، روش فوق امکان یافتن شاخص های قابلیت اطمینان با دقت مورد نیاز را نمی دهد. در چنین مواردی می توانید یکی از روش های زیر را اعمال کنید:

الف) ارتباط (بزرگ شدن) کشورهای سیستم؛

ب) اتحاد مسیرهای گراف حالت.

ج) کوتاه کردن نمودار حالت.

این تکنیک ها امکان ارزیابی قابلیت اطمینان یک سیستم پیچیده را از بالا و پایین فراهم می کند.

روش زیر نیز ممکن است موثر باشد.

1. نمودار بلوکی از محاسبه قابلیت اطمینان ترسیم شده است.

2. این طرح به بخش های جداگانه مستقل از بازسازی تقسیم می شود.

3. نمودار حالت ها برای تمام بخش های مستقل ساخته شده است.

4. سیستم معادلات دیفرانسیل از نوع صف بندی برای هر یک از بخش ها تدوین شده است.

5. سیستم معادلات در رایانه حل می شود، در حالی که شاخص های قابلیت اطمینان Kg (t)، Kg و T برای بخش های مستقل جداگانه یافت می شوند.

6. شاخص های قابلیت اطمینان سیستم با توجه به شاخص های شناخته شده قابلیت اطمینان بخش ها طبق فرمول ها محاسبه می شود.

(14)

جایی که K g i - ضریب آمادگی بخش مستقل i-ام.

T i - زمان بین خرابی های بخش مستقل i-ام.

K تعداد سایت های مستقل است.

اگر زمان بین خرابی های سیستم به طور قابل توجهی از میانگین زمان بازیابی بیشتر شود، پس . در ، می توانیم فرض کنیم که اولویت تعمیر و نگهداری عملاً تأثیری بر قابلیت اطمینان یک سیستم پیچیده ندارد. پس منطقی است که فرض کنیم تعمیر و نگهداری سیستم با اولویت معکوس انجام می شود.

با چنین نظم و انضباط خدماتی، عملکرد یک سیستم پیچیده توسط یک نمودار درختی توصیف می شود و راه حل را می توان در قالب عبارات تحلیلی به دست آورد. با تعداد زیادی حالت، راه حل را می توان با روش های عددی با استفاده از رایانه به دست آورد.

4.5. انتخاب ساختار سیستم تحت الزامات قابلیت اطمینان معین.

هنگام انتخاب ساختار سیستمی که الزامات قابلیت اطمینان را برآورده می کند، باید از اصل قدرت برابر سیستم به معنای قابلیت اطمینان آن استفاده کرد. بر اساس این اصل، بخش های پیچیده سیستم باید به همان اندازه قابل اعتماد باشند. از این نتیجه می شود که اگر سیستم الزامات قابلیت اطمینان را برآورده نمی کند، قبل از هر چیز لازم است که قابلیت اطمینان کمترین اطمینان بخش های سیستم افزایش یابد. در این مورد، لازم است محدودیت‌های امکان‌سنجی فیزیکی انواع و روش‌های افزونگی در نظر گرفته شود.

ساختار سیستم به دست آمده از این طریق از نظر وزن، هزینه و ابعاد بهینه نخواهد بود. برای به دست آوردن ساختار بهینه، باید یک مسئله بهینه سازی را فرموله و حل کرد. چنین مشکلی به یک مشکل افزونگی بهینه با محدودیت‌هایی در تحقق فیزیکی کاهش می‌یابد.

هنگام انتخاب ساختار یک سیستم اضافی در طول فرآیند طراحی، راهنمایی با دستورالعمل های زیر مفید است.

1. سود در قابلیت اطمینان سیستم برای هر نوع افزونگی ساختاری بیشتر باشد، دستگاه‌های قابل اطمینان‌تری پشتیبان‌گیری می‌شوند. از این تضاد اساسی افزونگی ساختاری نتیجه می‌شود که استفاده از آن در صورتی مفید است که تمام روش‌های دیگر افزایش قابلیت اطمینان عناصر و دستگاه‌های یک سیستم پیچیده پذیرفته شود.

2. بیشترین سود در قابلیت اطمینان توسط افزونگی لغزشی، سپس با جایگزینی جداگانه، جدا با یک ذخیره دائم روشن، و در نهایت، مجزای کل و کل با جایگزینی به دست می‌آید. این بیانیه بدون در نظر گرفتن امکان فیزیکی افزونگی سازه، که به وسایل فنی اضافی نیاز دارد، درست است. بنابراین، به عنوان مثال، افزونگی کشویی به همان نوع عناصر سیستم اصلی، نظارت مستمر بر وضعیت آنها نیاز دارد، که فقط با کمک کنترل خودکار و دستگاه های ارتباطی قابل اطمینان است. چنین خودکارهایی می توانند کاملاً پیچیده و غیرقابل اعتماد باشند و رزروهای کشویی می توانند کارایی کمتری نسبت به انواع دیگر داشته باشند.

با افزونگی ساختاری جداگانه با افزونگی همیشه روشن، اطمینان از پایداری ویژگی های خروجی سیستم می تواند دشوار باشد. ویژگی های خروجی در صورت خرابی عناصر اصلی یا ذخیره می تواند به قدری تغییر کند که خرابی سیستم رخ دهد. همه این موارد باید در انتخاب نوع رزرو در نظر گرفته شود. انتخاب منطقی نوع افزونگی ساختاری تنها در نتیجه تحلیل مقایسه ای گزینه های احتمالی امکان پذیر است.

3. برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده غیر قابل بازیافت طراحی شده برای کار برای مدت کوتاه (چند ساعت)، موثرترین روش برای اطمینان از قابلیت اطمینان، افزونگی با یک ذخیره روشن دائمی است. علاوه بر این، در تعداد زیادی از موارد کافی است سیستم را از هر گونه خرابی محافظت کنید، یعنی. تکرار جداگانه اعمال کنید. سیستم هایی از این نوع ممکن است سیستم های کنترل هواپیما، سیستم های حفاظتی و مانند آن باشند.

4. در سیستم های پیچیده با نرخ شکست بالا، و همچنین در سیستم های مختلف اندازه گیری، استفاده از افزونگی با تعدد کسری که معمولاً با استفاده از طرح های تصادفی ("رای گیری") اجرا می شود، برای افزایش قابلیت اطمینان مفید است.

5. برای بهبود قابلیت اطمینان سیستم‌های در حال بازیابی، بیش‌ترین مصلحت است که با امکان بازگردانی دستگاه‌های خراب بدون خاموش کردن سیستم، افزونگی ایجاد شود. در عین حال، موثرترین راه برای بهبود قابلیت اطمینان، کاهش زمان بازیابی عناصر خراب است.

5 . انتخاب راه ها و روش های رزرو موقت

5.1. روش ها و روش های اولیه رزرو موقت.

5.1.1. افزایش زمان کارکرد سیستم.

برای سیستم، یک ضرب الاجل T برای تکمیل یک کار مشخص تعیین می شود. فاصله زمانی بین لحظه دریافت وظیفه t o و دوره کنترل T اجرای آن، زمان عملیاتی سیستم t = T - t o است. مازاد زمان عملیاتی t بیش از حداقل مورد نیاز، ذخیره دوباره پر نشده زمان t p \u003d t - t z است. اگر میزان کار در حین اجرای کار را بتوان از قبل محاسبه کرد، آنگاه سستی یک مقدار شناخته شده است. اگر مقدار کار ناشناخته باشد و یک متغیر تصادفی باشد، آن slack یک متغیر تصادفی خواهد بود. افزایش زمان عملیاتی ویژگی های احتمالی کار را بهبود می بخشد، اما عملکرد واقعی را کاهش می دهد. تلفات مرتبط با این هزینه تضمین قابلیت اطمینان خواهد بود که باید با هزینه تجهیزات آماده به کار با افزونگی ساختاری مقایسه شود.

5.1.2. افزایش بهره وری.

اگر عملکرد سیستم C o به گونه ای باشد که مقدار کار برنامه ریزی شده دقیقاً در زمان عملیاتی اختصاص داده شده t انجام شود، ذخیره زمانی وجود ندارد. اگر بهره وری با مقدار DC = C o - C افزایش یابد، می توان همان مقدار کار را در زمان tc = t C / C o تکمیل کرد و سپس زمان باقی مانده t p = t - t c = tDC / C o را انجام داد. ذخیره زمانی را تشکیل می دهد. هزینه های افزونگی با استفاده ناقص از ظرفیت اسمی و افزایش احتمالی جریان کل خرابی های عنصر همراه است.

5.1.3. اتصال چند کاناله عناصر

چندین عنصر ساختاری سیستم که هر کدام ظرفیت C دارند، هنگام انجام یک کار مشترک می توانند به صورت موازی به هم متصل شوند. دو نوع اتصال موازی وجود دارد. با اتصال پشتیبان، برخی از عناصر به نام اصلی در کار مفید گنجانده شده و عملکردی را به سیستم ارائه می دهند. بخش دیگر عناصر، به نام عناصر ذخیره، برای حفظ عملکرد سیستم و تثبیت عملکرد اسمی در سطح C طراحی شده است. عناصر ذخیره پس از شکست عناصر اصلی در کار مفید گنجانده می شوند. نوع دیگری از اتصال موازی، اتصال چند کاناله است که در آن تمام عناصر سالم کار مفیدی را انجام می دهند و عملکرد سیستم را افزایش می دهند. حاشیه عملکرد یک ذخیره زمانی ایجاد می کند. سیستم های چند کاناله شامل خطوط اتوماتیک چند جریانی در مهندسی مکانیک، سیستم های حمل و نقل خط لوله چند خطی در بخش انرژی، سیستم های محاسباتی چند پردازنده، سیستم های ارتباطی چند کاناله، سیستم های اندازه گیری چند کاناله می باشد.

عملکرد یک سیستم با m کانال قابل اجرا با فرمول C o = K mc تعیین می شود، که در آن Km ضریب موازی است، با در نظر گرفتن تلفات عملکرد خود برای سازماندهی کار موازی و سازگاری کار با موازی سازی. (1 / m ? K m ? 1). حداکثر مقدار کاری که می توان در زمان عملیاتی t انجام داد برابر با V m = С o t است. اگر میزان کار V< V m , то образуется резерв времени t р = t (1 - V / V m).

اگر V / V m > (m - 1) K m-1 / mK m ، هیچ یک از عناصر کار موازی را نمی توان در تمام مدت کار از سیستم حذف کرد، حتی اگر بقیه بدون نقص کار کنند. این یکی از ویژگی های مشخصه ای است که اتصال چند کاناله را از یک اتصال اضافی متمایز می کند.

5.1.4. ایجاد سهام محصولات در درایوها.

در سیستم هایی که معیار اصلی عملکرد آنها دریافت محصولات نهایی در خروجی با ریتم معین است، می توان از ذخیره سازی میانی یا خروجی محصولات برای افزایش قابلیت اطمینان استفاده کرد. خرابی هر دستگاهی که بین ورودی سیستم و درایو دارای انباری از محصولات قرار دارد، منجر به خرابی سیستم نمی شود تا زمانی که موجودی در تمام درایوهای بین دستگاه خراب و خروجی سیستم تمام نشود. اگر فقط یک درایو در خروجی سیستم در سیستم نصب شده باشد، ذخیره زمانی برابر با فاصله زمانی ایجاد می کند که در طی آن کمبود محصولات در خروجی به دلیل خرابی می تواند توسط موجودی در درایو جبران شود. . چنین ذخیره ای از نظر میزان تأثیرگذاری بر قابلیت اطمینان سیستم معادل ذخیره عمومی غیر پر نشده زمان است که در بند 1 در نظر گرفته شده است. 5.1.1 . موجودی محصولات در فروشگاه میانی، ذخیره ای را برای گروهی از دستگاه های واقع بین فروشگاه و ورودی سیستم ایجاد می کند. بنابراین به آن ذخیره گروهی می گویند.

زیرسیستمی که بین ورودی سیستم سریال و نزدیکترین ذخیره سازی، بین ذخیره سازی مجاور، بین آخرین ذخیره سازی میانی و خروجی سیستم قرار دارد، فاز یا بخش سیستم نامیده می شود. سیستمی که حاوی حداقل یک ذخیره سازی میانی باشد، چند فازی (چند مقطعی) نامیده می شود. هر فاز می تواند تک کاناله یا چند کاناله باشد. انواع ساختارهای سیستم های چند فازی در شکل نشان داده شده است. 2 .

پر کردن به یکی از سه روش انجام می شود:

با توجه به تحویل دوره ای خارجی محصولات؛

با توجه به حاشیه عملکرد فاز ورودی؛

در صورت خرابی فاز خروجی به دلیل دریافت محصولات از فاز ورودی.

هزینه های رزرو با نصب درایوها، ذخیره انبارها در آنها، نگهداری درایوها، حذف موقت محصولاتی که سهام را از چرخه تولید تشکیل می دهند، مرتبط است.

برنج. 2. انواع سازه های سیستم های چند فازی.

برنج. 3. ساخت بازگشتی سازه های سیستم های چند فازی چند کاناله

5.1.5. ایجاد اینرسی عملکردی سیستم ها.

اینرسی عملکردی در این واقعیت نهفته است که در صورت خرابی عناصر منفرد، تغییر در وضعیت سیستم که توسط مجموعه ای از پارامترهای خروجی تعیین می شود و توسط یک نقطه در فضای چند بعدی مقادیر پارامتر مجاز نشان داده می شود، انتقال به یک حالت پایدار جدید فوراً اتفاق نمی‌افتد، بلکه با سرعت محدود مشخصی اتفاق می‌افتد. اگر حالت نهایی غیرقابل اجرا باشد، در حین انتقال به حالت جدید، از مرز منطقه عملیاتی عبور می کند که به عنوان خرابی سیستم تعبیر می شود. فاصله زمانی از لحظه از کار افتادن عنصر تا لحظه از کار افتادن سیستم، ذخیره زمانی را تشکیل می دهد. مقدار زمان ذخیره را می توان با ابزارهای فنی تنظیم کرد، به ویژه با سرکوب اختلالات خارجی که منجر به تغییر در پارامترهای خروجی سیستم می شود، با استفاده از الگوریتم های عملکرد مقاوم در برابر نویز، تغییر (تسهیل) حالت کار، فیلتر کردن. اجزای با فرکانس بالا حرکت سیستم، از جمله اقدامات اصلاحی که باعث کاهش سرعت تغییر پارامترها یا افزایش طول مسیر حرکت در منطقه کار می شود. از این نتیجه می شود که هزینه های سخت افزاری خاص و کنترل انعطاف پذیرتر عملکرد سیستم برای ایجاد ذخیره زمان مورد نیاز است. این هزینه ها را می توان با هزینه های سایر انواع و روش های رزرو مقایسه کرد. موثرترین کاربرد این روش در سیستم های کنترل فرآیندهای تکنولوژیکی پیوسته، سیستم های تامین حرارت، تثبیت حرارتی، سیستم های مکانیکی حامی عمر با خرابی های پارامتریک تدریجی و ... می باشد.از ذخیره زمانی می توان برای رفع خرابی المنت استفاده کرد. اگر خرابی قبل از انقضای زمان رزرو برطرف شود، به خرابی سیستم تبدیل نمی شود، که غربالگری جریان خرابی ها و افزایش قابلیت اطمینان را تضمین می کند.

5.1.6. استفاده از دوره های بیکاری سیستم و دستگاه های فردی آن برای بازیابی مشخصات فنی. بارگذاری جزئی سیستم یک نوع افزونگی بار است. دوره های بیکاری به عنوان ذخیره ای از زمان برای بازگرداندن عملکرد، اجرای روش های کنترل و بازگرداندن سهام به سطح استاندارد استفاده می شود. با نظم خاصی در دریافت درخواست کار، ارزش شلی به عملکرد سیستم نیز بستگی دارد. علاوه بر این می توانید ذخیره زمان را با استفاده از اتصال موازی عناصر افزایش دهید.

5.1.7. روش های ترکیبی تمام روش های ذکر شده قبلی برای افزونگی موقت را می توان در ترکیب های مختلف استفاده کرد. متداول ترین روش های مورد استفاده عبارتند از:

افزایش بهره وری و ایجاد اینرسی عملکردی؛

اتصال چند کاناله و انبار کردن محصولات؛

افزایش بهره وری و استفاده از دوره های بیکاری.

با روش اول و دوم، یک ذخیره ترکیبی از زمان در سیستم هایی با اجزای پر نشده و دوباره پر شده ایجاد می شود. با روش سوم، یک لقی ترکیبی نیز ایجاد می شود، اما قسمت پر شده فقط در مکث های بین فواصل اجرای کار استفاده می شود.

5.2. روش های افزایش کارایی زمان ذخیره

5.2.1. بهبود قابلیت نگهداری کاهش زمان ریکاوری به شما این امکان را می دهد که به طور متوسط ​​تعداد ریکاوری های انجام شده در هر زمان اسلک و احتمال بازیابی در هر زمان اسلک را افزایش دهید. بر این اساس، تعداد خرابی های شکسته افزایش می یابد و همه شاخص های قابلیت اطمینان افزایش می یابد.

5.2.2. کاهش سهم خرابی های استهلاکی و میزان زمان اجرا مستهلک شده.

کاهش ارزش زمان کار به دلیل اثرات نامطلوب برگشت ناپذیر خرابی ها رخ می دهد که منجر به از دست دادن برخی از کیفیت توسط شی (موضوع) پردازش (نقایص در حین ماشینکاری قطعات، نقض فناوری ذوب فلزات، تحریف ناشناخته اطلاعات) می شود. کاهش ارزش زمان عملیات منجر به نیاز به تکرار تمام یا بخشی از کار می شود. زمان مورد نیاز برای این کار از زمان رزرو کم می شود و اثربخشی رزرو موقت را کاهش می دهد. برای کاهش درصد خرابی‌ها، از ابزارهای حفاظتی مختلفی استفاده می‌شود: تله‌های خطا در پردازش اطلاعات که از گسترش کنترل نشده پیامدهای تحریف اطلاعات جلوگیری می‌کند. مسدود کردن دستگاه هایی که از آسیب مکانیکی به گره های پردازش شده جلوگیری می کنند. دستگاه هایی برای تغییر حالت های عملیاتی در سیستم کنترل فرآیند خودکار، انتقال فرآیند فن آوری به حالت غیر اضطراری قابل قبول در صورت خرابی در تجهیزات کنترل. برای کاهش میزان زمان عملیات مستهلک شده در سیستم های اطلاعاتی و محاسباتی، نقاط کنترلی تنظیم شده است که از آنجا امکان تکرار مرحله فعلی کار وجود دارد. هنگام تقسیم یک کار به تعداد زیادی از مراحل، زمان عملیات مستهلک شده می تواند چندین برابر کاهش یابد.

5.2.3. سازماندهی کمک متقابل و قابلیت تعویض کانال ها در یک سیستم چند کاناله.

ساده ترین شکل سازماندهی کار یک سیستم چند کاناله، تقسیم یک کار مشترک به چندین بخش مستقل است که توسط کانال های جداگانه انجام می شود. با این حال، اگر لینک ها از کار بیفتند، اجرای یک قسمت از کار می تواند به طور قابل توجهی به تاخیر بیفتد و تکمیل کل کار را به تاخیر بیندازد. می توانید با سازماندهی تعامل و کمک متقابل کانال ها، زمان تکمیل کار را کاهش دهید. سپس کانال هایی که اجرای بخشی از وظیفه خود را زودتر از سایرین به پایان رسانده اند می توانند در اجرای قسمت دیگری از کار شرکت کنند. با این قابلیت تعویض کانال ها، هیچ یک از کانال های سالم تا زمانی که کل کار تکمیل نشود، بیکار نخواهند بود.

5.2.4. ایجاد الگوریتم های کارآمد برای موازی سازی وظایف.

اگر یک الگوریتم موازی سازی کارآمد پیدا شود، کاری که به صورت متوالی در یک سیستم تک کانال اجرا می شود، می تواند در یک سیستم چند کاناله تحت شرایط افزونگی زمانی اجرا شود. در مطلوب ترین حالت، زمان اجرای کار به طور معکوس با تعداد کانال ها و بدون توجه به تعداد کانال ها کاهش می یابد. چنین وظیفه ای را بی نهایت قابل تقسیم می نامند. در بدترین حالت، زمانی که امکان ایجاد الگوریتم موازی وجود ندارد، زمان اجرای کار در مقایسه با سیستم تک کاناله (مورد کار غیرقابل تقسیم) کاهش نمی یابد. همه موارد دیگر بین این افراط ها قرار می گیرند. بازده موازی سازی با ضریب K برابر با نسبت اختلاف زمان اجرای کار در کمترین حالت مطلوب و در هنگام استفاده از این الگوریتم به تفاوت زمان اجرای کار در موارد مطلوب ترین و کمترین برآورد می شود. این ضریب از 0 تا 1 متغیر است. ذخیره زمانی حداکثر در K = 1 است.

5.2.5. سازمان کنترل و تشخیص موثر.

با کامل بودن محدود کنترل، دوره‌های شکست نهفته رخ می‌دهد، زیرا شکست‌هایی که با کنترل شناسایی نمی‌شوند، با تظاهرات ثانویه با کمی تاخیر شناسایی می‌شوند. این دوره ها باعث کاهش سستی می شود. علاوه بر این، عملیات با تجهیزات خراب می تواند منجر به استهلاک زمان عملیاتی و کاهش اضافی در زمان ذخیره شود. غیرقابل اطمینان بودن کنترل باعث درج نادرست روش های تشخیصی و مصرف اضافی زمان ذخیره می شود. از طرفی افزایش کامل و پایایی کنترل با استفاده از منابع اضافی حاصل می شود و باعث کاهش قابلیت اطمینان می شود. بر این اساس، زمان بازیابی کل و مصرف زمان ذخیره به طور متوسط ​​افزایش می یابد. برای افزایش کارایی افزونگی موقت، بهینه سازی پارامترهای ابزارهای مانیتورینگ و تشخیصی ضروری است. سپس کل مصرف زمان ذخیره حداقل خواهد بود.

5.2.6. بهبود قابلیت نگهداری

زمان بازیابی در بسیاری از سیستم ها بخش عمده ای از سستی صرف شده را تشکیل می دهد. بنابراین، بهبود قابلیت نگهداری معادل افزایش لقی است. اثربخشی افزونگی نه با مقدار مطلق زمان ذخیره، بلکه با نسبت آن به میانگین زمان بازیابی تعیین می شود.

5.2.7. استفاده از افزونگی مختلط خاصیت اصلی افزونگی در سیستم‌های دارای ذخیره زمان نیز مشاهده می‌شود: سود در قابلیت اطمینان از معرفی ذخیره زمان بیشتر است، قابلیت اطمینان سیستم اصلی بیشتر است. بنابراین می توان از افزونگی ساختاری برای بهبود کارایی افزونگی موقت استفاده کرد. سود کلی در قابلیت اطمینان از حاصلضرب سود به دست آمده به طور جداگانه برای هر دو نوع رزرو بیشتر است.

5.3. طبقه بندی سیستم های دارای ذخیره زمان و طرح هایی برای محاسبه قابلیت اطمینان.

5.3.1. طرح طبقه بندی اصلی شامل دو گروه از ویژگی های طبقه بندی است: نوع قانون توزیع و پارامترهای ساختاری.

5.3.2. برای نشان دادن نوع قانون توزیع از دو رقم استفاده می شود که در آن قوانین توزیع زمان کارکرد و زمان بازیابی مشخص شده است. از عناوین زیر برای نشان دادن توزیع های استاندارد استفاده می شود: M - نمایی، E - Erlangian، N - نرمال، W - Weibull-Gnedenko، D - degenerate، ?M - hyperexponential، G - pro5.3.3. تعداد کانال m و تعداد فاز n به عنوان پارامترهای ساختاری استفاده می شود. در این مورد، یکی از این پارامترها در براکت نوشته می شود، به این ترتیب مشخص می شود که کدام اتصال (موازی یا سریال) خارجی است. هنگام نوشتن m(n)، اتصال خارجی، اتصال موازی است (شکل 1). 3 ، a)، و هنگام نوشتن m(n) - متوالی (شکل 1). 3 ، ب).

5.3.4. هر کانال از هر یک از فازها به نوبه خود می تواند یک اتصال موازی سری از نوع m 1 (n 1) یا (m 1) n 1 داشته باشد. نشانه مشترک ساختار سیستم و ساختار کانال به ورودی‌های زیر منتهی می‌شود: )))n، (m((m 1)n 1))n (شکل. 3 ، ج - ه).

از انجیر 3 می توان دید که طرح m(n((m 1)n 1)) معادل m(nn 1 (m 1)) و طرح (m(m 1 (n 1)))n معادل طرح (mm 1 (n 1) )n. در صورت لزوم، عارضه بازگشتی سازه امکان پذیر است.

5.3.5. در هر کلاس، می توان پنج ویژگی کمکی را نیز نشان داد که طبق آنها زیر کلاس های X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 تشکیل می شوند. دسته X 1 به معنای نوع ذخیره زمانی (0 - غیر قابل تجدید، 1 - قابل تجدید، 2 - ترکیبی، 3 - با محدودیت های پیچیده)، دسته X 2 - نوع خرابی بر اساس پیامدها (0 - غیر مستهلک، 1 - مستهلک شونده) ، 2 - هر دو نوع). در رده X 3 وجود انواع دیگر افزونگی را برطرف کنید (0 - هیچ نوع دیگری از افزونگی وجود ندارد، 1 - افزونگی ساختاری وجود دارد، 2 - دیگر). در دسته X 4، نوع پایش سلامت مورد استفاده ذکر شده است (0 - مستمر، 1 - دوره ای، 2 - مختلط). ردیف X 5 نوع بارگذاری سیستم را نشان می دهد (0 - پیوسته، 1 - متغیر یا تصادفی). هنگام بزرگ کردن زیر کلاس ها در برخی از رتبه ها، علامت بی تفاوتی X تنظیم می شود.

بیایید دو نمونه از نامگذاری ها را در نظر بگیریم: ММ1(1)(00000) - سیستم تک فاز تک کانالی با توزیع نمایی زمان کارکرد و زمان بازیابی، ذخیره زمان غیرقابل تجدید، خرابی های غیر مستهلک، بدون انواع دیگر افزونگی، با نظارت مداوم و بارگذاری مداوم؛

WE m (1) (22111) - سیستم تک فاز چند کاناله با توزیع زمان عملیاتی Weibull، توزیع زمان بازیابی Erlang، زمان ذخیره ترکیبی، دو نوع خرابی، کنترل دوره ای و بارگذاری تصادفی.

در صورت لزوم، در رقم X 5، علاوه بر این با استفاده از شاخص های ij، می توانید تعداد مراحل کار (یا مدت مرحله) و نوع توزیع حجم کار یا مرحله کار را ثبت کنید.

5.4. داده های اولیه برای محاسبه قابلیت اطمینان و پارامترهای انتخاب در سنتز سیستم.

اطلاعات زیر به عنوان داده های ورودی برای محاسبه قابلیت اطمینان مورد نیاز است.

توزیع دلخواه

5.4.1. علائم طبقه بندی که مطابق با قوانین پاراگراف تنظیم شده است. 5.3 و دارای فرم GG mn (X 1 X 2 X 3 X 4 X 5).

5.4.2. ویژگی های قابلیت اطمینان و نگهداری. برای سیستمی از نوع MM mn، بردارهای L و M نرخ خرابی و بازیابی نشان داده شده است، برای سیستم EE mn - دو مجموعه از پارامترهای توزیع Erlang: (m i، ? i) و (ki، ? i) ، . پارامترهای سایر توزیع ها نیز به طور مشابه وارد می شوند.

5.4.3. عملکرد کانال که در آن i - شماره فاز، j - شماره کانال. اگر هر کانال ساختار پیچیده ای داشته باشد، تعداد شاخص ها و تعداد عناصر مجموعه افزایش می یابد.

5.4.4. ظرفیت ذخیره سازی که در آن i - شماره فاز، j - شماره کانال. به ویژه، ممکن است درایو با ظرفیت عملا نامحدود وجود داشته باشد. سپس نام را معرفی می کنیم

5.4.5. پر کردن اولیه آکومولاتورها بدیهی است که

5.4.6. مقدار کمتر مجاز عملکرد هر فاز C در. اگر فاز چند کاناله باشد، تعداد مجاز کانال های m i * به گونه ای تنظیم می شود که با وجود ذخیره زمانی، وقتی تعداد کانال های قابل اجرا کمتر از m i * باشد، فاز کاملاً عملکرد خود را از دست می دهد.

5.4.7. حداکثر شدت (سرعت) مجاز پر کردن و مصرف ذخایر در مخازن ذخیره و . خرابی دستگاه در ورودی ذخیره سازی نمی تواند به طور کامل با کمک ذخایر موجود در ذخیره سازی برطرف شود اگر C ij > q ij . به طور مشابه، اگر عملکرد دستگاه شکست خورده در خروجی درایو С ij > ? ij ، پس پر کردن ذخایر با شدت اتفاق می افتد؟ ij نه C ij . اگر سپس آنها در مورد پهنای باند نامحدود درایو صحبت می کنند.

5.4.8. مقدار ذخیره زمانی که فوراً پر می شود در حالت کلی، برای هر کانال از هر فاز به طور جداگانه تنظیم می شود، زیرا شرایطی را در نظر می گیرد که در صورت تاخیر در بازیابی ظرفیت کاری، نقص فناوری رخ می دهد. بنابراین، ذخیره فوری دوباره پر شده عنصر به عنصر است. اما در اصل می تواند t qij = t q باشد - همه مقادیر یکسان هستند.

5.4.9. حجم کار V s که با مقدار محصول خروجی که باید توسط سیستم تولید شود تعیین می شود. در موارد پیچیده تر، به جای V C، مقدار کار برای هر مرحله V C i یا هر دوره مشغول و هر مرحله V C ij تنظیم می شود. با توجه به مقادیر Vc و عملکرد، می توانید حداقل زمانی را که سیستم برای تکمیل کار در حالت کاملاً عملیاتی نیاز دارد، تعیین کنید. این زمان را مدت زمان کار می نامند. اگر حجم کار یک متغیر تصادفی باشد، تابع توزیع حجم کار D v (V) \u003d P (V 3< V).

5.4.10. کل ذخیره تجدید نشده زمان t p یا زمان عملیاتی t. اگر حجم کار ثابت و برابر با V 3 باشد، رابطه t = t 3 + t p برآورده می شود. اگر مقدار کار یک متغیر تصادفی باشد، یکی از مقادیر t p یا t داده می شود و دیگری نیز یک متغیر تصادفی خواهد بود.

5.4.11. سهم شکست های استهلاک . این مقدار در حالت کلی برای هر عنصر از سیستم تنظیم می شود و به گونه ای تفسیر می شود که هر شکستی که رخ می دهد با احتمال کاهش می یابد.

5.4.12. میزان تعویض کانال ها؟ i، جایی که i شماره فاز است. با قابلیت تعویض کامل؟ i = 1. در صورت عدم وجود قابلیت تعویض؟ i = 0. به طور کلی 0 ? ? من؟ 1. در من< 1 часть остатка задания? i t з i может быть выполнена другими работоспособными каналами, а другая часть (1 - ? i t з i) должна быть выполнена именно отказавшим каналом после восстановления работоспособности.

5.4.13. گزینه های ابزار کنترل و بازیابی:

کامل بودن کنترل سخت افزاری در کانال j ام فاز i (اگر خرابی ها مستهلک نمی شوند K = 1، در صورت استهلاک K = 2).

کامل بودن کنترل برنامه آزمون؛

t ij - دوره بین نقاط کنترل (نقاط بازگشت)؛

t kij - زمان صرف شده برای تشکیل نقطه کنترل.

Ij مدت مرحله ای است که با شمارش مکرر کنترل می شود.

t rij - زمان تست تحت کنترل برنامه.

5.5. روش های مهندسی برای تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان سیستم ها با ذخیره زمان.

5.5.1. شاخص های قابلیت اطمینان سیستم های دارای ذخیره زمان - ویژگی های احتمالی متغیرهای تصادفی زیر:

T o (A) - زمان کار تا خرابی سیستم.

T(A) - زمان کارکرد سیستم تا خرابی؛

T p (A) - زمان مفید برای خرابی سیستم.

T vz (t 3) - زمان مدت زمان کار t 3 .

تی (t) کل زمان عملیاتی در یک بازه زمانی معین (0، t)؛

T 1 (t 3) - کل زمان بیکاری قبل از تکمیل کار.

در اینجا A بردار پارامترهای سیستم است که مقدار ذخیره زمانی و شرایط استفاده و پر کردن آن را تعیین می کند. محتوای خاص این پارامترها در صفحه آورده شده است. 5.4 . در سیستم هایی با خرابی های غیر مستهلک T(A) = T n (A) و با مدت زمان کار ثابت Tvz (t 3) = T 1 (t 3) + t 3 .

شاخص اصلی قابلیت اطمینان، احتمال عملکرد بدون خرابی است

معادل ( 16 ) تعاریف هستند:

با توجه به ( 18 ) احتمال عملیات بدون خرابی را احتمال تکمیل کار نیز می گویند.

سایر شاخص های قابلیت اطمینان:

احتمال خرابی سیستم (احتمال شکست در تکمیل کار، احتمال خرابی عملکرد)

میزان شکست

(20)

به معنای زمان شکست

(21)

میانگین زمان تکمیل کار

عامل آمادگی

جایی که e حالت غیرقابل اجرا اولیه است. - زمان بازیابی مجاز؛ T در (e) - زمان بازیابی در حالت اولیه e. E 1 - مجموعه ای از حالت های غیرقابل اجرا. عامل آمادگی عملیاتی

(24)

جایی که P e (t 3، t p، A) - احتمال تکمیل کار در حالت اولیه e. E مجموعه ای از تمام حالات سیستم است.

5.3.2. روش محاسبه قابلیت اطمینان یک سیستم چند کاناله با خرابی های غیر مستهلک.

همه حالات سیستم به زیرمجموعه‌های Ei تقسیم می‌شوند که هر کدام با عملکرد Ci و عملکرد نسبی مشخص می‌شوند که در آن Co - عملکرد در حالت کاملاً عملیاتی است. فرآیند عملکرد به یک فرآیند نیمه مارکوف کاهش می یابد که توسط مجموعه توابع Рij(t) از احتمالات انتقال از حالت i به حالت j ارائه می شود. این سیستم یک کار را با مدت زمان t 3 در حضور یک ذخیره غیر قابل تجدید زمان t p انجام می دهد. معرفی احتمالات ( 17 ) شاخص حالت اولیه، سیستمی از معادلات انتگرال را تشکیل می دهیم

میانگین زمان تا شکست از سیستم معادلات تعیین می شود

(26)

میانگین زمان اجرای کار، مجموع مدت زمان انجام کار و میانگین کل زمان بیکاری تا تکمیل کار است که از سیستم معادلات تعیین می شود.

برای m = 1 ( 25 ) - (27 ) تبدیل به معادلات برای سیستم های تک کانال.

5.5.3. روشی برای محاسبه قابلیت اطمینان سیستم های چند کاناله با خرابی های مستهلک.

در سیستم مورد بحث در بخش قبل، خرابی های عدم اعتبار رخ می دهد، پس از آن کار دوباره راه اندازی می شود. شکست منجر به کاهش بهره وری می شود و با انتقال از مجموعه E k به E k+1 همراه است. سیستم معادلات شکل دارد

میانگین زمان شکست و میانگین زمان از کار افتادن برای تکمیل کار با فرمول های زیر بدست می آید:

5.5.4. روشی برای محاسبه قابلیت اطمینان یک سیستم چند کاناله با ذخیره ترکیبی زمان.

این سیستم از m کانال تشکیل شده است که هر کدام شامل N عنصر متصل به صورت سری است. برای تکمیل یک کار با مدت زمان t 3 , سیستم دارای یک ذخیره غیر قابل تجدید زمان t p = t - t 3 است . همچنین، آیا هر عنصر در کانال با نرخ شکست مشخص می شود؟ i، متوسط ​​زمان بهبودی است و ذخیره فوراً تکمیل شده خود را از زمان t qi، دارد. محاسبه قابلیت اطمینان در دو مرحله انجام می شود. در مرحله اول، احتمال عملکرد بدون خرابی یک کانال با فرمول محاسبه می شود

(30)

در مرحله دوم، معادلات ( 25 ) - (27 ، که در آن E k \u003d e k، یعنی. همه مجموعه ها هر کدام یک حالت و احتمال انتقال دارند

در اینجا z تعداد تیم های تعمیر است. R تا j (t) = 0 برای j ? k - 1، k + 1. برای m = 1، روش های شرح داده شده در Secs. 5.5.2 - 5.5.4 می توان برای محاسبه قابلیت اطمینان سیستم های تک کانال استفاده کرد.

5.5.5. روش محاسبه قابلیت اطمینان سیستم های تک کاناله دو فاز با ذخایر داخلی.

این سیستم دارای یک ساختار شبکه و یک دستگاه ذخیره سازی برای ذخیره سازی موجودی محصولات است. اگر مقدار محصول تولیدی بیش از میزان خروجی باشد، انبارها پر می شوند و در صورت کمبود محصول تولید شده مصرف می شوند. شدت پر کردن و مصرف ذخایر هم به عملکرد اسمی سیستم و برنامه مصرف و هم به وضعیت سلامت عناصر سیستم بستگی دارد. برای محاسبه قابلیت اطمینان، مدلی ایجاد می شود که در آن ایالت ها سلامت عناصر و سطح ذخایر در درایو را در نظر می گیرند. احتمالات Р i (t) را معرفی می کنیم که در لحظه t سیستم در حالت i-ام است و فضای ذخیره خالی یا پر است و چگالی احتمال P i (t, z) که سیستم در i است. حالت -ام در لحظه t، و انباشتگر تا سطح z، 0 پر می شود< z < z 0 , z 0 - емкость накопителя. Эти функции находятся из системы уравнении в частных производных, записанной в векторной форме:

(32)

شرایط مرزی: p (t، z o) \u003d c 1 P (t)، p (t، 0) \u003d c 2 p (t)؛

شرایط اولیه: P (0) = P 0، p (0، z) = P 0 (z)

عناصر بردارهای A, B, B 1 , c 1 , c 2 اعداد ثابتی هستند و قابلیت اطمینان عناصر سیستم و عملکرد سیستم را در حالت های مختلف مشخص می کنند.

هنگام یافتن احتمال عملیات بدون شکست، سیستم معادلات ( 32 ) فقط برای حالت های سالم گردآوری شده است. راه حل ( 32 ) به ما امکان می دهد تا احتمال مورد نظر را پیدا کنیم:

(33)

که در آن E 01 و E 02 زیرمجموعه ای از حالت های قابل اجرا با پر کردن مرزی و میانی درایو هستند.

هنگام محاسبه ضریب آمادگی معادله ( 32 ) برای همه حالت های سیستم، از جمله مواردی که غیر قابل اجرا هستند، هستند. برای t بزرگ، مشتقات زمانی ناپدید می شوند و در شرایط مرزی، احتمالات سمت راست به احتمالات نهایی تبدیل می شوند. سیستم حاصل از معادلات دیفرانسیل معمولی باید با توجه به احتمالات P i و چگالی احتمال P i (z) حل شود. فاکتور در دسترس بودن

(34)

5.6. نسبت های تخمینی برای طرح های اصلی افزونگی.

5.6.1. سیستم تک کاناله با خرابی های غیر مستهلک و شلی که فوراً جبران می شود.

یک سیستم تک کانال با اتصال سریال عناصر با میزان خرابی؟ i و توزیع زمان بازیابی F بر حسب (t)، یک ذخیره فوری از زمان T دارد د، با توزیع داده شده D(t). سپس احتمال عملیات بدون خرابی

(35)

MTBF

(36)

میانگین زمان بهبودی

(37)

فاکتور در دسترس بودن

5.6.2. سیستم تک کاناله با خرابی های غیر مستهلک و شلی غیر قابل تجدید.

سیستمی با اتصال سری عناصری که دارای مشخصات هستند؟ i و؟، برای تکمیل کار با مدت زمان t 3 دارای ذخیره غیرقابل تجدید زمان t p است. سپس احتمال تکمیل کار با فرمول های تقریبی تعیین می شود:

فرمول ها دقت تضمین شده 10 -4 را ارائه می دهند.

MTBF

(40)

میانگین زمان تکمیل کار

فاکتور در دسترس بودن

اگر عناصر دارای مقادیر متفاوتی باشند، احتمال تکمیل کار با استفاده از تخمین های بالا و پایین تخمین زده می شود:

1 - حل معادله x = a (1 - exp (- x))، P 0 (?، ?) با فرمول ( 39 ).

5.6.3. سیستم چند کاناله با کانال های قابل تعویض، خرابی های غیر مستهلک و شلی غیر قابل تجدید.

یک سیستم غیر قابل بازیابی دارای m کانال با نرخ خرابی است؟ و یک کار بی نهایت قابل تقسیم با مدت زمان انجام می دهد که ذخیره ای غیر قابل تجدید t 3 دارد. طبق شرایط عملیاتی، در صورت عدم استفاده از زمان ذخیره، مجاز است عملکرد سیستم را به صفر برساند. سپس احتمال تکمیل کار را می توان با فرمول پیدا کرد:

قسمت اول ( 44 ) برای مقادیر زیاد شل و دومی، برعکس، برای مقادیر کوچک مناسب است. MTBF

از فرمول چنین بر می آید که با افزایش ذخیره زمان، میانگین زمان کارکرد از 1/m افزایش می یابد؟ تا 1/?.

5.6.4. سیستم دو فاز با ظرفیت ذخیره سازی نامحدود و حاشیه عملکرد.

این سیستم از دو زیرسیستم با نرخ خرابی تشکیل شده است؟ 1،؟ 2 و متوسط ​​زمان بهبودی . یک درایو با ظرفیت نامحدود با عملکرد توزیع زمان عملیاتی بین زیرسیستم ها نصب شده است . ظرفیت زیرسیستم های 1 و c 2 به حدی است که حاشیه عملکرد زیرسیستم اول برای ایجاد ذخایر فراهم شده است. سپس احتمال عملکرد بدون خرابی در بازه زمانی معین (0, t) محاسبه می شود:

MTBF

با افزایش ذخایر، میانگین زمان بهره برداری از 1/? به 1/؟ 2n، یعنی درایو از خرابی زیرسیستم ورودی جلوگیری می کند.

با ظرفیت ذخیره سازی محدود V o = z o دقیقه (c 1 , c 2); a = 1; ?n = 0; "i = ?i، کجا؟" i - میزان خرابی زیرسیستم i-ام در زمان خرابی در شرایط کار، ضریب دسترسی با فرمول محاسبه می شود.

با افزایش ظرفیت ذخیره سازی، ضریب آمادگی از مقدار Kr1، Kr2 در z o = 0 به دقیقه (Kr1، Kr2) با ظرفیت ذخیره سازی نامحدود افزایش می یابد.

5.7. املاک رزرو موقت

5.7.1. رزرو زمان یک روش جهانی برای افزایش قابلیت اطمینان است. این از نمودارهای وابستگی احتمال تکمیل کار یک سیستم تک کاناله به مقدار داده شده زمان ذخیره به دست می آید؟ =؟ t p . با افزایش ذخیره زمان، می توان هر مقدار احتمال مورد نیاز را ارائه کرد (شکل 1). 4 ، آ). برای دستیابی به یک احتمال معین ضروری است؟ ذخیره زمان را می توان با توجه به نمودارهای شکل 1 تنظیم کرد. 4 ، ب. در = a t 3 ? 0.6 برای مقادیر احتمال؟ ? 0.995 slack چندین مقدار میانگین زمان بازیابی است. برای سیستم هایی که به سرعت قابل بازیابی هستند، تنها چند درصد از زمان اصلی است. مثل احتمال؟ = 0.99 هنگام تنظیم مدت زمان به دست می آید؟ t 3 \u003d 0.2 و 0.5، اگر ذخیره زمانی 8 و 4.4٪ از زمان اصلی باشد، زمانی که T cf / T در \u003d 200، و 1.6 و 0.88٪ زمانی که T cf / T در \u003d 1000 است.

5.7.2. با تعدد ثابت رزرو موقت m t = t p / t 3 با افزایش مدت زمان کار، ذخیره زمان نیز افزایش می یابد. بنابراین، وابستگی احتمال تکمیل کار به مدت زمان کار از نظر کیفی تغییر می کند. برای، احتمال به طور یکنواخت با افزایش و نزدیک شدن به صفر به کاهش خود ادامه می دهد. اما در ابتدا سقوط می کند، اما پس از رسیدن به حداقل، شروع به رشد می کند و به وحدت نزدیک می شود. بنابراین، حفظ نسبت افزونگی در یک سطح ثابت، مقدار تضمینی برای احتمال تکمیل کار فراهم می‌کند (شکل 2). 4 ، V):

این مقدار زمانی به دست می آید که . با دیگران؟ احتمال P > P o . با برخی از مقادیر شروع کنید؟، تعدد افزونگی مورد نیاز برای اطمینان از احتمال 1 - Q (شکل 1). 4 ، د) ضعیف به ? بستگی دارد. اگر ذخیره زمانی به هزینه حاشیه عملکرد و تعدد رزرو ایجاد شده باشد، با استفاده از نمودارهای فوق می توانید حاشیه عملکرد مورد نیاز را تعیین کنید.

برنج. 4. شاخص های قابلیت اطمینان SVR تک کانال با توزیع نمایی زمان اجرا و زمان بازیابی

7.3. خاصیت اصلی افزونگی که برای اولین بار در سیستم‌های دارای افزونگی ساختاری کشف شد، در سیستم‌های دارای سستی نیز مشاهده می‌شود. بیشترین سود در قابلیت اطمینان از معرفی یک ذخیره زمان G Q در سیستم های بسیار قابل اعتماد به دست می آید (شکل 2). 4 ، ه) ، یعنی در بزرگ؟ و کوچک؟ سپس کمی. با تعدد رزرو ثابت، بهره با افزایش ? افزایش می یابد، اگر (شکل 1). 4 ، ه). برای , سود حداکثر در مجاورت نقطه است .

5.7.4. ذخیره زمانی معادل ذخیره سازه ای را چنین مقدار t p e می نامند که برای همان مقادیر؟ و t 3 هر دو نوع رزرو احتمالات یکسانی را برای تکمیل کار فراهم می کنند. محاسبات نشان می دهد که مقدار کاهش یافته زمان ذخیره؟t p e، معادل کل تکرار بارگذاری شده، بزرگ نیست: در b = ? / = 100 و؟ ? 5، از 10 تجاوز نمی کند (شکل. 5 ، a، c)، و هر چه بزرگتر باشد، سیستم سریعتر بازیابی می شود (b بزرگتر). این به هیچ وجه به این معنی نیست که با بهبود قابلیت نگهداری، قدر مطلق ذخیره معادل افزایش می یابد. برعکس، هر چه b بزرگتر باشد، کوچکتر است (شکل. 5 ، ب ، د). تعدد ذخیره زمان m t e، معادل ذخیره ساختاری تعدد m c \u003d 1، در محدوده قابل توجهی؟ و b کمتر از یک است. با همین تعدد، یعنی وقتی m t = m c = 1، رزرو موقت موثرتر از ساختاری است، اگر؟ > ?* (ب)، کجا؟* (50) ? 0.7، ?* (100) ? 0.33، ?*(300) ? 0.14 (شکل. 5 , e, f).

برنج. 5. اوقات فراغت و تعدد افزونگی موقت، معادل تکرار بارگذاری شده

5.7.5. یکی از ویژگی‌های مهم افزونگی میزان تأثیر غیر نمایی قوانین توزیع زمان عملیاتی و زمان بازیابی بر شاخص‌های قابلیت اطمینان یک سیستم اضافی است. دانستن میزان این تأثیر به ما امکان می دهد دریابیم: نیاز به تعیین قانون توزیع هنگام جمع آوری داده های آماری یا توانایی محدود کردن خود به تخمین مقدار متوسط ​​یک متغیر تصادفی. امکان جایگزینی معادل فرمول های محاسبه با فرمول های ساده تر به دست آمده برای توزیع های نمایی. روند تغییر در شاخص های قابلیت اطمینان هنگام حرکت از بخش در حال اجرا به بخش عملکرد عادی و از دومی به بخش قدیمی. هنگام تقریب توزیع تجربی زمان عملیاتی با استفاده از توزیع Weibull F (t) = 1 - exp (-(?t) m)، وابستگی احتمال اجرای کار به پارامتر فرم m برای کارهای کوچک کوچک است و می توان آن را نادیده گرفت. . برای کارهای بزرگ (? > 0.4)، تفاوت ها بیشتر قابل توجه است، اما برای m< 1 и в этом случае можно пользоваться формулами для экспоненциального распределения, чтобы получить оценку снизу, т.к. ошибка идет в «запас расчета» (рис. 6 , a, b, c, e, Fig. 7 ، آ). انتقال به توزیع نمایی بر اساس برابری احتمالات تکمیل کار در غیاب ذخیره زمان رخ می دهد: P (t 3، 0، m) = P (t 3، 0.1) با توزیع Weibull و P (t 3، 0، K 1) = P (t 3، 0.1) با توزیع گاما زمان عملیاتی. از این رو پارامتر معادل؟ e \u003d - ln P (t 3, 0, m) / t 3. با این روش محاسبه؟ جایگزینی توزیع غیر نمایی با توزیع نمایی نیاز به ارزیابی مقدار پارامتر شکل m یا K1 را برطرف نمی کند. اگر شکل قانون توزیع مشخص نیست، پس پارامتر؟ e بر اساس برابری میانگین زمان عملیاتی تعیین می شود و سپس؟ e \u003d 1 / T رجوع کنید. برای تخمین تأثیر پارامتر شکل بر چنین جایگزینی، لازم است تاو را به شکل صریح بر حسب پارامترهای توزیع غیر نمایی بیان کنیم. به ویژه، تحت توزیع Weibull؟ e =؟ / Г (1 + 1/m). محاسبات نشان می دهد که هنگام استفاده از برابری میانگین زمان های عملیاتی، وابستگی به پارامتر شکل قابل توجه است و حتی در t 3 کوچک نیز نمی توان از آن چشم پوشی کرد (شکل 2). 6 ، G). معرفی یک ذخیره زمان به سیستم هایی با احتمالات یکسان P (t 3، 0) تمایلی را برای توزیع زمان برای شکست به "سن" ایجاد می کند (شکل 2). 6 ، f)، و هر چه بزرگتر باشد، پارامتر شکل کوچکتر است.

5.7.6. اگر محاسبه پارامترهای معادل بر اساس برابری احتمالات بازیابی برای زمان ذخیره باشد، وابستگی احتمال تکمیل کار به نوع قانون تمدید F در (t) ضعیف است:

با چنین انتقالی به یک توزیع نمایی، یک خطا در محاسبه منجر به تخمین بیش از حد قابلیت اطمینان حداقل برای کوچک می شود؟ (برنج. 7 ، ب). اگر قانون F در (t) معلوم نیست و محاسبه؟ e بر اساس برابری میانگین زمان بازیابی طبق فرمول انجام می شود، سپس تأثیر قانون بازیابی قابل توجه می شود (شکل 2). 7 ، V). خطا در احتمال شکست کار می تواند به 100٪ یا بیشتر برسد.

برنج. 6. ویژگی های قابلیت اطمینان SVR با توزیع زمان عملیاتی Weibull

برنج. 7. ویژگی های قابلیت اطمینان SVR با قوانین غیر نمایی توزیع زمان عملیاتی و زمان بازیابی:

a، b، c، e، f - گاما، د - Weibull

5.7.7. میانگین کل زمان بیکاری برای تکمیل کار T 10 و در نتیجه میانگین زمان تکمیل کار به پارامتر شکل توزیع زمان عملیاتی (m در توزیع Weibull و K 1 در توزیع گاما) بستگی دارد (شکل . 7 ، جایی که). محاسبه؟ e بر اساس برابری میانگین زمان عملیاتی خطا در تعیین T 10 می دهد که با افزایش افزایش می یابد. وابستگی میانگین زمان به خرابی یک سیستم با ذخیره زمان T cf (t p) به نوع قانون بازیابی ناچیز است و می‌توان آن را کاملاً نادیده گرفت (شکل 1). 7 ، ه).

5.7.8. افزونگی ساختاری عملکرد واقعی سیستم را تثبیت می کند و ضریب استفاده فنی Kti (؟) را به طور قابل توجهی افزایش می دهد، که با یک احتمال مشخص تضمین شده است. مقدار K ti (?) \u003d t 3 / t هنگام حل معادله پیدا می شود

که در آن t = t 3 + t p ، و عبارت P از فرمول ( 39 ). با توجه به نمودارهای شکل. 8 ، و برای b =؟ / = 20 و?t = 1 با احتمال؟ = 0.9 kti؟ 0.87 در صورت عدم وجود افزونگی ساختاری و Kti؟ 0.985 با کل تکرار (m c = 1). اگر؟ t = 5، پس تحت شرایط یکسان (b = 20، m c = 1، ? = 0.9) K ty؟ 0.993. با معرفی یک ذخیره زمانی، بازده افزونگی ساختاری به شدت افزایش می‌یابد، که با بزرگی افزایش قابلیت اطمینان تخمین زده می‌شود، درست همانطور که کارایی افزونگی موقت با معرفی یک ذخیره سازه افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، با b = 20 و?t = 1، تکرار بارگذاری شده افزایش قابل اعتمادی را بر حسب احتمال عدم تکمیل کار GQ 1 = 7.7 در صورت عدم وجود ذخیره زمانی به دست می‌دهد (شکل 1). 8 ، ب در؟ = 1)، بدون ذخیره ساختاری، ایجاد یک حاشیه عملکرد 5٪ (? = 0.95) می دهد.

افزایش G Q2 = 1.9. در حضور هر دو ذخایر، بهره G Q 3 = 25. آیا به طور قابل توجهی بیشتر از محصول G Q 1 است؟ G Q 2 \u003d 14.6.

برنج. 8. مشخصات قابلیت اطمینان سیستم با افزونگی ساختاری و موقت (- P exact, --- R pr طبق فرمول ( 39 )).

5.7.9. یک سیستم چند کاناله با کانال های قابل تعویض با مقادیر کوچک ضریب بار برنامه ریزی شده K z \u003d t 3 / t یک سیستم تقریباً کاملاً قابل اعتماد است ، زیرا احتمال شکست در تکمیل کار Q (t 3 ، t p) وجود دارد.< 0,1. Коэффициент К з, можно трактовать как гамма-процентный коэффициент технического использования, удовлетворяющий соотношению Р (К ти t, (1 - К ти) t, m) = ?. Чем больше число каналов m, тем больше диапазон значений К з, для которых выполняется неравенство Q < 0,01. При?t = 1 и b = 10 оно верно для К з? 0,6 при m = 2 и для К з? 0,75 при m = 6 (рис. 9 ، آ). در ناحیه بارهای زیاد، حتی یک افزایش کوچک در کار منجر به افزایش شدید احتمال شکست آن می شود. بنابراین در یک سیستم دو کاناله، افزایش Kz از 0.82 به 0.90 از 0.1 به 0.3 افزایش می یابد. 9 ، ب). اگر زمان عملکرد سیستم‌هایی با تعداد کانال‌های متفاوت یکسان باشد، برای Kz کوچک، سیستم‌هایی با تعداد کانال‌های زیاد از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردارند، اگرچه میزان کار بیشتری را انجام می‌دهند. برعکس، در Ks بزرگ (نزدیک به وحدت)، یک سیستم تک کانالی احتمال بیشتری برای تکمیل کار فراهم می کند.

5.7.10. عملکرد واقعی چندک سیستم m-channel بر حسب احتمال با فرمول محاسبه می شود اگر ضریب موازی Kn = 1، C 0 = mc، و کاهش عملکرد واقعی تقریباً به صورت خطی با تعداد کانال ها افزایش می یابد (شکل 2). 9 ، V). ضریب گاما-درصد استفاده فنی Kti (؟) که در این مورد برابر با بهره وری نسبی درصد گاما است، با رشد m به طور یکنواخت افزایش می یابد و به تدریج در سطحی نزدیک به فاکتور در دسترس بودن یک کانال Kg = تثبیت می شود. 1 / (1 + b)، و هر چه سریعتر، b بزرگتر باشد (شکل 1). 9 ، G).

برنج. 9. ویژگی های قابلیت اطمینان یک سیستم چند کاناله با خرابی های غیر مستهلک

5.7.11. مقایسه سیستم‌های m-channel و ساختاری زائد با تعداد دستگاه مشابه نشان می‌دهد که هنگام انجام یک کار با اندازه یکسان، سیستم چند کاناله به احتمال تکمیل کار ارائه شده توسط یک سیستم ساختاری زائد با تعدد افزونگی موقت mt = t p دست می‌یابد. / t 3، بسیار کمتر از m c = ( m - k) / k، که در آن k - تعداد اصلی، و m - k - تعداد دستگاه های پشتیبان.

به طور خاص، سیستم دو کاناله به احتمال تکمیل کار ارائه شده توسط سیستم تکراری (mc = 1) در m t = 0.26 برای؟ = ?t 3 = 0.1 و b = 50 و در m t = 0.08 برای ?t 3 = 0.5 و b = 50 (شکل. 9 , e, f).

5.7.12. با هزینه های کم برای یکپارچه سازی (مقدار ضریب موازی K p نزدیک به وحدت است)، یک سیستم چند کاناله با ساختار انعطاف پذیر و کانال های قابل تعویض همیشه شاخص های قابلیت اطمینان بالاتری را نسبت به یک سیستم با ذخیره سازه ای و ذخیره زمانی ارائه می دهد که کار می کند. همان کار در همان بازه زمانی عملیاتی، صرف نظر از بارگیری ذخیره (NR) یا تخلیه (NR) (شکل. 10 ، آ). در عین حال، اتصال چند کاناله به خودی خود هنوز برای مزیت نسبت به سیستم‌های زائد ساختاری کافی نیست. اگر در یک سیستم چند کاناله قابلیت تعویض کانال‌ها وجود نداشته باشد و همه کانال‌ها وظایف فردی (OT) را انجام دهند، آنگاه نسبت به یک سیستم اضافی قابل اعتمادتر می‌شود.

5.7.13. یک سیستم چند کاناله با ساختار صلب (FS) به طور قابل توجهی پایین تر از یک سیستم با ساختار انعطاف پذیر (FS) است. این را می توان از مقایسه نمودارها مشاهده کرد (شکل 2). 10 ، ب) برای سیستم های سه کاناله بدون ذخیره سازه و سیستم های دو کاناله با یک دستگاه در ذخیره بارگذاری شده محاسبه می شود.

برنج. شکل 10. ویژگی های قابلیت اطمینان سیستم های چند کاناله با روش های مختلف سازماندهی سازه (a, b - قابل بازیابی، c، d، e - غیر قابل بازیابی)

5.7.14. توزیع غیر نمایی زمان تا شکست کانال ها به طور قابل توجهی بر احتمال تکمیل یک کار توسط یک سیستم چند کاناله تأثیر می گذارد. این را می توان از نمودارها مشاهده کرد (شکل 2). 11 ، a، b) برای سیستم های دو و ده کانال با توزیع گامای زمان عملیاتی I (k، ?t) و انتقال به یک توزیع نمایی معادل بر اساس برابری میانگین زمان تا شکست بدون ذخیره زمانی محاسبه می شود. مقادیر بهره وری درصد گاما نسبی نیز برای توزیع های مختلف زمان عملیاتی به طور قابل توجهی متفاوت است (شکل 2). 11 ، V). اگر سیستم های مقایسه شده در صورت عدم وجود لقی، احتمال خرابی یکسانی داشته باشند، در این صورت روند تغییر احتمال شکست برای تکمیل کار با افزایش پارامتر فرم K با معرفی یک لقی حفظ می شود (هرچه K بیشتر باشد، Q کمتر است)، اما تفاوت در مقادیر احتمال بسیار کوچکتر است (شکل 1). 11 ، G). بنابراین، می‌توانیم به یک مدل نمایی معادل برویم، در نظر داشته باشیم که برای K> 1، چنین جایگزینی تخمین کمتری برای احتمال تکمیل کار ارائه می‌دهد.

5.7.15. تأثیر شکل قانون توزیع زمان بازیابی کانال بر احتمال شکست کار در طیف گسترده ای از مقادیر پارامتر کم است و با افزایش تعداد کانال ها به طور قابل توجهی کاهش می یابد (شکل 1). 11 , e, f). بنابراین، در برآوردهای قابلیت اطمینان، استفاده از فرضیه توزیع های نمایی کاملاً ممکن است، حتی اگر در واقع توزیع غیر نمایی باشد.

5.7.16. با ذخیره زمان ثابت، افزایش تعداد کانال ها منجر به کاهش میانگین زمان خرابی سیستم می شود (شکل 2). 11 ، و). این بدان معنی است که میانگین زمان کل همه کانال ها کندتر از تعداد کانال ها رشد می کند، به دلیل تشکیل یک صف برای بازیابی و افزایش میزان کل خرابی کانال. هنگام تغییر زمان ذخیره، میانگین زمان خرابی عمدتاً با مقدار کاهش یافته تعیین می شود و به طور ضعیفی به پارامتر توزیع نمایی زمان بازیابی بستگی دارد (شکل 1). 11 ، h).

برنج. 11. ویژگی های قابلیت اطمینان سیستم های چند کاناله با توزیع غیر نمایی زمان اجرا و زمان بازیابی

5.7.17. قابلیت اطمینان یک سیستم چند کاناله با روش گروه بندی کانال تعیین می شود. از مجموع N دستگاه یکسان، K گروه یکسان را می توان سازماندهی کرد، که هر کدام دارای m کانال موازی و n دستگاه اضافی هستند، به طوری که N = K (m + n). با رزرو گروهی، ذخیره سازه ای فقط در یک گروه معین قابل استفاده است. گروه ها بدون کمک متقابل کار می کنند و سپس هر گروه 1/Kth از کار را یا با کمک متقابل انجام می دهد و سپس گروه ها به عنوان کانال های درون گروه با یکدیگر تعامل می کنند. چنین سیستم هایی با سه پارامتر ساختاری مشخص می شوند: m، n، k. به طور خاص، برای چهار دستگاه، روش های زیر تشکیل گروه را می توان پیشنهاد کرد (شکل 1). 12 ): سیستم چهار کاناله با کمک متقابل کانال های (4, 0) c و بدون کمک متقابل (4, 0) b; سیستم چهار کاناله دو گروهی دو کاناله با کمک متقابل کانال ها در گروه و بدون کمک متقابل بین گروه ها (2، 0، 2) ج; سیستم سه کاناله با کمک متقابل کانال ها و یک دستگاه در ذخیره مشترک (3، 1) به سیستم های دو کاناله با کمک متقابل و مشترک (2، 2) در یا ذخیره جداگانه (2، 2) vr؛ بدون کمک متقابل با ذخیره جداگانه (2، 2) br; سیستم تک کانال با ذخیره مشترک (1، 3) o. مقایسه این گزینه ها در غیاب بازیابی نشان می دهد (شکل 1). 13 ، a، b، c) که گزینه (4، 0) b بدترین در کل محدوده حجم کار است V = ct" 3. با ذخیره بارگذاری شده، گزینه (3، 1) در صورت کار کوچک بهترین خواهد بود. حجم ها و گزینه (2، 2) به طور کامل. با ذخیره بدون بار، بهترین گزینه در کل محدوده حجم کار، گزینه (1، 3) o است. با این حال، باید در نظر داشت که یک سیستم تک کاناله هزینه می کند. طولانی ترین زمان برای تکمیل کار. با این حال، اگر به همه سیستم های مقایسه شده زمان عملیاتی یکسان اختصاص داده شود، بهترین سیستم (4، 0) اینچ خواهد بود. علاوه بر این، باید در نظر گرفت که در یک سیستم چند کاناله، بخشی از عملکرد صرف سازماندهی تعامل کانال ها می شود و این کارایی یک اتصال چند کاناله را کاهش می دهد. اگر این هزینه ها زیاد باشد، ممکن است سازماندهی چندین گروه بدون کمک متقابل یا انتقال چندین کانال به یک سازه مناسب باشد. با معرفی مرمت، الگوهای کلی هنگام مقایسه گزینه‌های سیستم‌های ساختمان حفظ می‌شوند، اما شاخص‌های قابلیت اطمینان به طور قابل توجهی بهبود می‌یابند. بنابراین، برای هشت دستگاه، افزایش تعداد گروه‌ها در یک سیستم چند کاناله، قابلیت اطمینان آن را بدتر می‌کند (شکل 2). 13

5.7.18. معرفی ذخایر محصول در سیستم‌های دو فازی با ذخیره‌سازی میانی، ضریب خرابی سیستم K pr = 1 - Kg را به دلیل کاهش زمان خرابی مرتبط با فناوری کاهش می‌دهد. با فازهای به همان اندازه قابل اعتماد، کاهش بیش از دو برابر اتفاق نمی افتد، زیرا زمان های خرابی مربوط به فن آوری از زمان های خاموشی خود فاز خروجی تجاوز نمی کند. با ظرفیت های فاز برابر، تأثیر ذخیره به طور قابل توجهی به پارامترهای b i = ? من / ؟ من و؟ = b 2 / ? 1 (شکل 14 ). سود نهایی در قابلیت اطمینان از نصب یک درایو با مقدار - نسبت مقادیر ضریب خرابی برای سیستم های بدون درایو و با درایو با ظرفیت نامحدود تخمین زده می شود. به دست آوردن G به حداکثر در؟ = 1 و با کاهش b افزایش می یابد.

برنج. 14. سیستم دو فاز با ظرفیت های فاز یکسان

برنج. 14 (ادامه دارد)

5.7.19. وجود حاشیه عملکرد در مرحله ورودی، استفاده از موجودی محصول را بهبود می‌بخشد و زمان خرابی مرتبط با فناوری و به همراه آن نسبت خرابی سیستم را کاهش می‌دهد. 15 ، آ). کاهش قابل توجه تر است، فاز ورودی کمتر قابل اعتماد است (شکل 2). 15 ، ب). از نمودارها برمی آید که ایجاد حاشیه عملکرد همیشه توصیه می شود.

5.7.20. اگر ایجاد حاشیه عملکرد در فاز ورودی یک سیستم دو فاز با کاهش قابلیت اطمینان همراه باشد، تنها در صورتی مناسب می‌شود که ظرفیت ذخیره‌سازی کافی باشد. مثلا با رابطه خطی؟ 1 از ایجاد حاشیه عملکرد 10 درصد فقط چه زمانی توصیه می شود؟ 2 z 0 > 1.7، یعنی. زمانی که ذخایر موجود در انبار کامل، عملکرد فاز خروجی را برای مدتی 1.7 برابر بیشتر از میانگین زمان بازیابی آن تضمین می کند (شکل 2). 16 ). طیف وسیعی از مقادیر پارامترهای a و z 0 وجود دارد که در آن یک سیستم دو فاز با ذخیره سازی نسبت به یک سیستم بدون ذخیره سازی و حاشیه عملکرد ضریب دسترسی کمتری دارد. روی انجیر 16 این مقادیر مربوط به بخش های منحنی بالای خط نقطه چین است.

5.7.21. احتمال عملکرد بدون خرابی یک سیستم دو فاز با ظرفیت ذخیره سازی نامحدود و عملکرد بدون خرابی فاز خروجی و کارهای کوچک نزدیک به احتمال عملکرد بدون خرابی یک سیستم غیر زائد است (شکل 1). 17 ). با افزایش کار، انبار انباشته محصولات در انبار شروع به تأثیر می کند و احتمال کندتر از یک سیستم غیر زائد کاهش می یابد. در تابع احتمال uptime هرگز کمتر از 0 نمی شود، بنابراین p 0 یک احتمال تضمین شده بدون توجه به مدت زمان کار است و بسیار زیاد است. مثلا با 10 درصد حاشیه عملکرد و؟ / = 100 احتمال p 0 = 0.9. با افزایش پارامتر a، که می تواند به عنوان کاهش تعدد رزرو موقت تفسیر شود (ص. 5.7.2

برنج. 17. احتمال عملکرد بدون خرابی سیستم دوفاز با ظرفیت های نابرابر

5.7.22. احتمال عملکرد بدون خرابی یک سیستم دو فاز، با در نظر گرفتن فاز خروجی برای z 0، a و t به اندازه کافی بزرگ، تقریباً با فرمول یافت می شود که در آن P 2 (t) احتمال خرابی است. -عملکرد آزاد فاز خروجی از این نتیجه می شود که در شرایط مشخص شده، نصب حلقه ذخیره سازی تقریباً به طور کامل از خرابی های فاز اول جلوگیری می کند.

6 . انتخاب راه ها و روش های رزرو عملکردی

6.1. مقررات عمومی

افزونگی عملکردی یک افزونگی با استفاده از ذخایر عملکردی است. با افزونگی عملکردی، معمول است که یک شی حاوی عناصر چند منظوره باشد، به طوری که شکست جزئی هر یک از آنها استفاده از آن را برای هدف اصلی خود با اجرای عملکرد اصلی حذف می کند، اما اجازه می دهد تا برای هدف دیگری استفاده شود. یکی دیگر از موارد معمولی زمانی رخ می دهد که در صورت خرابی یک عنصر، عملکردهای آن توسط یک عنصر چند منظوره دیگر انجام شود.

هنگام تجزیه و تحلیل احتمالات برای تجلی اثر افزونگی عملکردی، لازم است بین دو موقعیت تمایز قائل شد.

1. در صورت خرابی عناصر منفرد به دلیل افزونگی عملکردی، تغییر ناپذیری عملکرد شی تضمین می شود.

2. در صورت خرابی عنصر، افزونگی عملکردی به طور کامل خواص شی را بازیابی نمی کند و عملکرد آن باریک می شود.

در سیستم های فنی، حالت دوم بیشتر رایج است. افزونگی عملکردی ممکن است برای یک عنصر اعمال شود، سپس نتیجه چند کارکردی آن خواهد بود، اما می‌تواند برای شیئی که شامل چنین عناصری است نیز اعمال شود. در حالت دوم، افزونگی عملکردی معمولاً با انواع دیگر افزونگی ترکیب می شود و به صورت ترکیبی به عنوان مثال ساختاری-عملکردی، بار-عملکردی و غیره تبدیل می شود. چندین طرح معمولی افزونگی شناخته شده است. در یکی از آنها، عناصر سیستم دارای ویژگی های زیر هستند: آنها با وجود عملکردهای متفاوت در مکان های خاص قابل تعویض هستند و به میل آنها می توان هر گونه ارتباطی که مناسب یا ضروری به نظر می رسد برقرار کرد. در صورت خرابی یکی از عناصر، عناصر باقی مانده به گونه ای به هم متصل می شوند که امکان برآورده شدن کلیه الزامات سیستم را فراهم می کند. این ترتیب تعامل و بازآرایی عناصر را می توان به عنوان برخی از مدل های رسمی مطابق با رفتار واقعی سیستم ها در نظر گرفت. چنین مدل هایی برای توصیف ویژگی های قابلیت اطمینان اشیاء بیولوژیکی یا تیم هایی از کارگران با تخصص های بسیار مناسب هستند. مدل مشابهی برای سیستم های فنی متشکل از بلوک هایی ساخته شده است که از عناصر زیادی تشکیل شده است. اگر عناصر منفرد از کار بیفتند، عناصر باقی مانده را می توان بین بلوک ها مبادله کرد تا از عملکرد سیستم اطمینان حاصل شود. در این حالت تعداد بلوک ها حفظ یا کاهش می یابد. در مورد دوم، بلوک های شکست خورده از سیستم حذف می شوند و عناصر آنها به عناصری که به بلوک های دیگر منتقل می شوند، جدا می شوند. هنگام اجرای چنین سیستم هایی، لازم است تعدادی از مشکلات مربوط به تشخیص حالت ها، تغییر در اتصال عناصر، حرکت عناصر در فضا، نصب و رفع آنها در مکان های جدید حل شود.

6.2. روش های مهندسی افزونگی عملکردی.

در اکثر سیستم های فنی با افزونگی عملکردی، خرابی عناصر باعث باریک شدن عملکرد می شود. خرابی یک عنصر، شی یا سیستم را در حالت معیوب قرار می دهد، که در آن عملیات برای مدت محدودی مجاز است، زیرا عناصر باقی مانده با اضافه بار کار می کنند، که قابلیت اطمینان و سایر شاخص ها را بدتر می کند. از دست دادن عملکرد ناشی از انتقال به حالت معیوب معمولاً تنظیم نمی شود.

روش دیگر این است که در حالت اولیه، در غیاب عناصر خراب، سیستم عملکرد گسترده‌ای را اجرا می‌کند که ممکن است تنظیم نشود و در صورت خرابی، قابلیت‌های کاملاً مشخصی تضمین می‌شود که مطابق با مستندات نظارتی و فنی برای مدت زمان مشخص است. .

باریک شدن عملکرد در صورت خرابی عناصر می تواند با توجه به گروه های شاخص زیر رخ دهد.

1. با توجه به شاخص های مقصد. خرابی عناصر در یک شی چند منظوره (چند منظوره) منجر به عدم امکان انجام برخی عملکردها می شود.

2. با شاخص های کیفیت. هنگامی که عناصر خراب می شوند، دقت، سرعت و بهره وری ممکن است کاهش یابد.

3. با محدوده پارامترهای ورودی: مناطق هندسی، پارامترهای الکتریکی و غیره.

4. با توجه به محدوده تغییر عوامل موثر: دمای محیط، سطح تداخل الکترومغناطیسی، نوسانات ولتاژ تغذیه.

5. در سطح اتوماسیون. در صورت خرابی عناصر، بار بر روی پرسنل عملیاتی و تعمیر و نگهداری می تواند به میزان قابل توجهی افزایش یابد.

با در نظر گرفتن این جهت‌های تغییر در عملکرد، رایج‌ترین گزینه‌های زیر برای افزونگی عملکردی قابل تشخیص هستند.

1. افزونگی عملکردی در ماشین‌ها، سیستم‌ها و مجتمع‌های ساخته شده بر اساس اصل مجموع-مژولار یا بلوک-مژولار. طبق این اصل، تجهیزات تکنولوژیکی ساخته می شود، به عنوان مثال، ماشین های مدولار، تجهیزات کمکی سیستم های تولید. ربات های صنعتی، که در آنها ماژول ها را می توان در ترکیب های مختلف مونتاژ کرد، به طوری که تغییرات حاصل در ویژگی های هندسی منطقه کار و تعداد درجات آزادی متفاوت است. وسایل نقلیه، به ویژه وسایل نقلیه موتوری با تریلرهای مختلف؛ ماشین آلات کشاورزی (تراکتور با ضمیمه یا ابزار)؛ رایانه هایی با چندین بلوک حافظه و دستگاه های ورودی-خروجی مختلف؛ مجتمع های اندازه گیری و محاسباتی با مجموعه ای از مبدل های اندازه گیری و غیره. خرابی یک ماژول یا واحد به این معنی است که برخی از تغییرات تجهیزات را نمی توان مونتاژ کرد و در نتیجه عملکرد را محدود می کند، اما دستگاه، سیستم یا مجموعه همچنان می تواند برای هدف اصلی خود استفاده شود.

2. ماشین‌ها، سیستم‌ها یا مجتمع‌ها، علاوه بر اجزای اصلی که عملکرد عملکردهای اصلی را تضمین می‌کنند، دارای زیرسیستم‌ها یا دستگاه‌های کمکی مختلفی هستند که راه‌اندازی و تنظیم، انتخاب حالت‌های عملکرد، تشخیص شرایط، تعویض یا تعمیر عناصر خراب را تسهیل می‌کنند. . اینها شامل زیرسیستم های اتوماسیون، سیستم های داخلی برای عیب یابی خودکار، کنترل حالت های عملکرد دستگاه، بهینه ساز حالت، زیرسیستم های جستجو و غیره است. اما به طور کلی با هدف آن مطابقت دارد. عوارض به منظور تسکین اپراتور یا توانمند ساختن او برای سرویس تجهیزات بیشتر است. سپس شکست زیرسیستم سیستم جدید را از نظر عملکرد به نمونه اولیه می آورد و آن را از مزایای مشخصه توسعه جدید محروم می کند.

3. واحدهای تولیدی سطح بالا (مثلاً کارگاهی) با سازماندهی مناسب تولید، افزونگی عملکردی دارند و افزونگی عملکردی در آنها اجرا می شود.

این در این واقعیت بیان می شود که تجهیزات فن آوری وجود دارد که فقط به صورت دوره ای استفاده می شود و می توان آن را اضافه کرد. اغلب قدیمی تر است و عملکرد کمتری دارد، مانند دستگاه های معمولی معمولی در مقایسه با دستگاه های CNC. یا مثلاً وسایل نقلیه ابتدایی، به عنوان مثال، گاری ها در مقابل نوار نقاله ها یا روبات های حمل و نقل. زمانی امکان پذیر است که یک ماشین به جای یک ربات شکست خورده به کارگر تبدیل شود. در تمام مثال های ارائه شده، عملکرد عادی در صورت خرابی تجهیزات توسط چند کارکردی فردی که وظایف مدیریت، نگهداری یا تولید مستقیم را بر عهده می گیرد، تضمین می شود.

4. انعطاف پذیری بیشتر در صورت خرابی عناصر قسمت مرکزی تجهیزات خارجی را می توان با سیستم های محاسباتی نشان داد. بنابراین، در صورت خرابی پلاترهای گراف، خروجی اطلاعات گرافیکی بر روی دستگاه چاپ الفبایی عددی توسط آیکون های انتخاب شده با گام بزرگی از گسست انجام می شود. این تصاویر با تقریب خشن جایگزین نمودارها می شوند، اما اغلب دید مورد نیاز را ارائه می دهند. اطلاعات را می توان در صورت خرابی پلاتر گراف و به صورت عددی، اما با کاهش قابل توجه کیفیت نمایش داد. در فرآیند محاسبات، افزونگی تابعی به دلیل افزونگی الگوریتمی با کمک شاخه های اضافی الگوریتم ها و اتصالات اضافی بین آنها، با اصلاح برخی از انواع خطاها، روش های الگوریتمی برای بازیابی اطلاعات از دست رفته پیاده سازی می شود.

مثال‌های ارائه شده از استفاده از افزونگی عملکردی در کلاس‌های خاص سیستم‌های فنی به ما امکان می‌دهد تا برخی از روندهای کلی را ردیابی کنیم. احتمال افزونگی عملکردی معمولاً در سیستم‌ها و مجتمع‌های سطح بالا و با پیچیدگی زیاد بیشتر است. به عنوان مثال، در سیستم‌های تولید، افزونگی در سطح طبقه کارکرد بیشتر از سطح خط یا بخش است. ویژگی دوم این است که افزونگی عملکردی در سیستم‌هایی که خرابی‌ها نیازی به حرکت فیزیکی عناصر ندارند، آسان‌تر است و تغییرات در ساختار صرفاً با سوئیچینگ در سطح سیگنال انجام می‌شود. معمولی ترین موارد افزونگی عملکردی با حضور در سیستم یک فرد مرتبط است - انعطاف پذیرترین عنصر عملکردی هر سیستم فنی.

6.3. مشکلات توصیف رسمی سیستم‌ها با افزونگی عملکردی.

یک پیامد معمولی خرابی عناصر کاهش عملکرد سیستم است. توجه کمی به این عامل، ویژگی ساخت مدل‌های ریاضی قابلیت اطمینان سیستم‌های با افزونگی عملکردی است. این دو مشکل تا حد زیادی مستقل ایجاد می کند. اولین کار شامل توصیف احتمالی مجموعه ای از حالات سیستم است. هنگام حل آن، حالات زیر معرفی می شوند: S 0 - حالت کاملاً عملیاتی، زمانی که هیچ عنصری شکست نخورده است. S i - حالت زمانی که عنصر i ام شکست خورد، ; S lj - حالت هایی که در آن عناصر l و j ام شکست خوردند. هدف از حل مسئله اول تعیین احتمالات حالت های معرفی شده است: P 0 (t)، P i (t)، P lj (t). وظیفه دوم تعیین این است که در کدام یک از حالت های معرفی شده، شی به دلیل وجود یک ذخیره عملکردی، عملیاتی می ماند. اطلاعات در مورد این با توضیحات غیر رسمی اولیه از احتمال افزونگی عملکردی داده می شود یا با حل معادلات عملکردی مربوطه به دست می آید که به شما امکان می دهد مقادیر پارامترهای خروجی سیستم را تنظیم کنید و از آنها برای تعیین سطح عملکرد آن استفاده کنید. . مدل های فرآیند عملکرد پس از شکست عناصر، به عنوان یک قاعده، قطعی هستند و حاوی ویژگی های احتمالی نیستند.

تعیین احتمالات حالت را می توان با هر روش شناخته شده ای انجام داد: شمارش فرضیه، حل معادلات تئوری صف، تقریب داده های تجربی، و غیره. آنها را می توان با هر روشی که در تجزیه و تحلیل سیستم های ساختاری زائد استفاده می شود محاسبه کرد. ما مجموع احتمالات را به عنوان ویژگی های مستقل در نظر می گیریم که بعداً می توان از آنها برای محاسبه شاخص های عملکرد استفاده کرد.

ادبیات

1. قابلیت اطمینان سیستم های فنی: هندبوک / ویرایش. I.A. Ushakova - M.: رادیو و ارتباطات، 1985. - 608 ص.

2. قابلیت اطمینان و کارایی در فناوری: یک کتابچه راهنمای. V. 5. تجزیه و تحلیل طراحی قابلیت اطمینان / ویرایش. در و. پاتروشف - M.: Mashinostroenie, 1988. - 316 p.

3. قابلیت اطمینان و کارایی در مهندسی: یک کتابچه راهنمای. T. I. روش شناسی، سازماندهی، اصطلاحات. / اد. A.I. رمبزا. - M.: Mashinostroenie, 1986. - 224 p.

4. سوالات نظریه ریاضی پایایی / ویرایش. B.V. گندنکو. - م.: رادیو و ارتباطات، 1362. - 376 ص.

داده های اطلاعاتی

LPI آنها را توسعه داد. M.I. کالینین و VNIINMASH.

اجرا کنندگان: G.N. چرکسوف، A.M. پولوفکو، I.B. چلپانوف، A.I. کوبارف، V.L. ارشاکونی، یو.د. لیتویننکو

موضوع: "طبقه بندی روش های افزونگی"

طرح:

1. افزونگی و افزونگی

2. طبقه بندی روش های افزونگی

مطابق با GOST 27.002-89، افزونگی استفاده از ابزارها و (یا) قابلیت های اضافی به منظور حفظ وضعیت عملکرد یک شی در صورت خرابی یک یا چند عنصر آن است. بنابراین، افزونگی روشی برای افزایش قابلیت اطمینان یک شی با معرفی افزونگی است.

به نوبه خود، افزونگی ابزار اضافی و (یا) قابلیت هایی است که برای شیء برای انجام عملکردهای مشخص شده فوق حداقل ضروری است. وظیفه معرفی افزونگی اطمینان از عملکرد طبیعی شی پس از وقوع نقص در عناصر آن است.

روش های مختلف پشتیبان گیری وجود دارد. توصیه می شود آنها را بر اساس معیارهای زیر تقسیم کنید (شکل 1): نوع افزونگی، روش اتصال عناصر، تعدد افزونگی، روش روشن کردن ذخیره، نحوه عملکرد ذخیره، قابلیت بازیافت ذخیره.

تعریف عنصر اصلی به مفهوم حداقل بودن ساختار اصلی شی مربوط نمی شود، زیرا عنصری که در برخی از حالت های عملکرد اصلی است، می تواند در شرایط دیگر به عنوان پشتیبان عمل کند.

عنصر رزرو شده - عنصر اصلی که در صورت خرابی آن یک عنصر ذخیره در شی ارائه می شود

رزرو موقت با استفاده از ذخایر زمانی همراه است. در عین حال، فرض بر این است که زمان تخصیص یافته برای شیء برای انجام کار لازم آشکارا بیشتر از حداقل مورد نیاز است. ذخایر زمانی را می توان با افزایش بهره وری جسم، اینرسی عناصر آن و غیره ایجاد کرد.

افزونگی اطلاعات، افزونگی با استفاده از افزونگی اطلاعات است. نمونه‌هایی از افزونگی اطلاعات عبارتند از انتقال چندگانه یک پیام از طریق یک کانال ارتباطی. استفاده از کدهای مختلف در انتقال اطلاعات از طریق کانال های ارتباطی که خطاهایی را که در نتیجه خرابی تجهیزات و تأثیر تداخل ظاهر می شود، شناسایی و تصحیح می کند. معرفی نمادهای اطلاعات اضافی در پردازش، انتقال و نمایش اطلاعات. بیش از حد اطلاعات این امکان را فراهم می کند که تا حدودی بتوان تحریف اطلاعات ارسالی را جبران و یا از بین برد.

افزونگی عملکردی افزونگی است که در آن یک عملکرد معین را می توان به روش های مختلف و با ابزارهای فنی انجام داد. به عنوان مثال، عملکرد خاموش کردن سریع یک راکتور برق آب-آب را می توان با قرار دادن میله های حفاظتی اضطراری در هسته CPS یا با تزریق محلول بور اجرا کرد. یا عملکرد انتقال اطلاعات به ACS را می توان با استفاده از کانال های رادیویی، تلگراف، تلفن و سایر وسایل ارتباطی انجام داد. بنابراین، شاخص های معمول اطمینان متوسط ​​(میانگین زمان بین خرابی ها، احتمال عملکرد بدون خرابی و غیره) غیر اطلاعاتی می شوند و برای استفاده در این مورد به اندازه کافی مناسب نیستند. مناسب ترین شاخص ها برای ارزیابی قابلیت اطمینان عملکردی عبارتند از: احتمال انجام یک تابع معین، میانگین زمان تکمیل یک تابع، نرخ در دسترس بودن برای انجام یک تابع معین.

افزونگی بار، افزونگی با استفاده از ذخایر بار است. افزونگی بار اول از همه شامل حصول اطمینان از ذخایر بهینه توانایی عناصر برای تحمل بارهای وارده بر آنها است. با روش های دیگر افزونگی بار، می توان عناصر محافظ یا تخلیه اضافی را معرفی کرد

با توجه به روش گنجاندن عناصر ذخیره، رزرو دائمی، پویا، جایگزینی، کشویی و رزرو اکثریت وجود دارد. افزونگی دائمی افزونگی بدون تغییر ساختار یک شی در صورت خرابی عنصر آن است. برای افزونگی دائمی، ضروری است که در صورت خرابی عنصر اصلی، نیازی به دستگاه خاصی برای راه اندازی عنصر ذخیره نباشد و همچنین وقفه ای در کار وجود نداشته باشد (شکل 5.2 و 5.3).

افزونگی دائمی در ساده ترین حالت، اتصال موازی عناصر بدون سوئیچینگ است.

افزونگی پویا یک افزونگی با بازسازی ساختار شی در صورت خرابی عنصر آن است. افزونگی پویا دارای انواع مختلفی است.