Kapittel V. Systemredundans

På designstadiet av et solkraftverk, for å sikre den nødvendige påliteligheten, er det i mange tilfeller nødvendig å minst duplisere individuelle elementer og til og med individuelle systemer, dvs. bruk reservasjon.

Redundans er preget av det faktum at det tillater å øke påliteligheten til systemet sammenlignet med påliteligheten til dets bestanddeler. Å øke påliteligheten til enkeltelementer krever store materialkostnader. Under disse forholdene er redundans, for eksempel gjennom innføring av tilleggselementer, et effektivt middel for å sikre den nødvendige påliteligheten til systemene.

Hvis, ved seriekobling av elementer, den totale påliteligheten til systemet (dvs. sannsynligheten for feilfri drift) er lavere enn påliteligheten til det mest upålitelige elementet, så med redundans, kan den generelle påliteligheten til systemet være høyere enn påliteligheten til det mest pålitelige elementet.

Redundans oppnås ved å innføre redundans. Avhengig av arten av sistnevnte, er reservasjonen:

Strukturell (maskinvare);

Informasjonsinformasjon;

Midlertidig.

Strukturell redundans ligger i det faktum at tilleggselementer, enheter er introdusert i den minste nødvendige versjonen av et system som består av grunnleggende elementer, eller til og med i stedet for ett system, er det gitt bruk av flere identiske systemer.

Sikkerhetskopiering av informasjon innebærer bruk av overflødig informasjon. Det enkleste eksemplet er gjentatt overføring av samme melding over en kommunikasjonskanal. Et annet eksempel er kodene som brukes i kontrolldatamaskiner for å oppdage og korrigere feil som følge av maskinvarefeil og feil.

Midlertidig reservasjon innebærer bruk av overflødig tid. Å gjenoppta funksjonen til systemet, avbrutt som følge av en feil, skjer ved å gjenopprette det hvis det er en viss tid.

Det er to metoder for å øke systemets pålitelighet gjennom strukturell redundans:

1) generell redundans, der systemet som helhet er redundant;

2) separat (element-for-element) redundans, der individuelle deler (elementer) av systemet er reservert.

Ordninger med generell og separat strukturell redundans er presentert i henholdsvis fig. 1. 5.3 og 5.4, hvor n er antall påfølgende elementer i kretsen, m er antall reservekretser (med generell redundans) eller reserveelementer for hver hoved (med separat redundans)

Når m=1 er det duplisering, og når m=2 er det tredobling. Vanligvis tilstreber de å bruke separat redundans når det er mulig, siden gevinsten i pålitelighet ofte oppnås til betydelig lavere kostnader enn ved generell redundans.

Avhengig av metode for inkludering av reserveelementer skilles det mellom permanent reservasjon, erstatningsreservasjon og skyvereservasjon.

Permanent reservasjon – Dette er en reservasjon der backup-elementer deltar i driften av anlegget sammen med de viktigste. Ved svikt i hovedelementet er det ikke nødvendig med spesielle enheter for å aktivere backup-elementet, siden det settes i drift samtidig med hovedelementet.

Reservasjon ved erstatning – Dette er en redundans der funksjonene til det primære elementet overføres til backup-en bare etter feil i hovedelementet. Når det er overflødig ved utskifting, er det nødvendig med overvåkings- og bytteenheter for å oppdage svikt i hovedelementet og bytte fra hovedelementet til backup.

Rullende reservasjon – er en type reservasjon ved erstatning, der hovedelementene til et objekt er sikkerhetskopiert av elementer, som hver kan erstatte ethvert mislykket element.

Begge typer reservasjoner (permanent og erstatning) har sine fordeler og ulemper.

Fordelen med permanent reservasjon er dens enkelhet, fordi i dette tilfellet er det ikke nødvendig med overvåkings- og koblingsenheter, noe som reduserer påliteligheten til systemet som helhet, og viktigst av alt er det ingen driftsavbrudd. Ulempen med konstant redundans er forstyrrelsen av driftsmodusen til backup-elementene i tilfelle svikt i de viktigste.

Å aktivere en reserve ved utskifting har følgende fordel: det forstyrrer ikke driftsmodusen til reserveelementer, bevarer påliteligheten til reserveelementer i større grad, og tillater bruk av ett reserveelement for flere arbeidere (med glidende reservasjon).

Avhengig av driftsmodusen til reserveelementene skilles det mellom lastet (varm) og ubelastet (kald) reserve.

Lastet (varm) reserve i energibransjen kalles det også roterende eller slått på. I denne modusen er backup-elementet i samme modus som hovedelementet. Ressursen til reserveelementer begynner å bli forbrukt fra det øyeblikket hele systemet settes i drift, og sannsynligheten for feilfri drift av reserveelementer i dette tilfellet avhenger ikke av på hvilket tidspunkt de settes i drift.

Lettvekt (varm) reserve kjennetegnet ved at reserveelementet er i en mindre belastet modus enn hovedelementet. Derfor, selv om ressursen til reserveelementene også begynner å bli forbrukt fra det øyeblikket hele systemet slås på, er hastigheten på ressursforbruket til reserveelementene til de slås på i stedet for de mislykkede betydelig lavere enn under driftsforhold . Denne typen reserve plasseres vanligvis på enheter som opererer på tomgang, og derfor, i dette tilfellet, brukes ressursen til reserveelementene mindre sammenlignet med driftsforhold når enhetene bærer en belastning. Sannsynligheten for feilfri drift av reserveelementene i tilfelle av denne typen reserver vil avhenge både av tidspunktet for deres inkludering i arbeid, og av hvor forskjellige lovene for sannsynlighetsfordeling for deres feilfrie drift er i arbeids- og beredskapsforhold.

Når losset (kald) reserve backup-elementer begynner å forbruke ressursene fra det øyeblikket de settes i drift i stedet for de viktigste. I energisektoren brukes denne typen reserve vanligvis av frakoblede enheter.

Pålitelighetsberegninger for systemer med parallellkoblede elementer avhenger av redundansmetoden.

SYSTEMPÅLITELIGHET MED KONSTANT GENERELL REDUNDANS

Vi vil anta at de reserverte og backup-elementene er like pålitelige, dvs.
Og
. For enkelhets skyld er sannsynligheten for feilfri drift og forekomsten av feil på individuelle elementer angitt med store bokstaver i dette og de følgende avsnittene.

Tatt i betraktning den ekvivalente kretsen (Figur 5.5) og formelen (5.18), kan sannsynligheten for feil i et system med m backup-kretser beregnes som følger:

, (5.22)

Hvor (t) - sannsynlighet for svikt i hovedkretsen,
– sannsynlighet for svikt i den i-te sikkerhetskopikretsen.

Følgelig er sannsynligheten for feilfri drift av systemet

(5.23)

I samsvar med formel (5 8) har vi

(5.24)

Med like sannsynligheter for feil i hoved- og backupkretsene
formlene (5 22) og (5 23) har formen:

, (5.25)

(5.26)

Gjennomsnittlig systemoppetid med generell redundans

(5.27)

Hvor – systemfeilfrekvens,
, – feilfrekvens for noen av (m+1) kretsene, – feilrate for det i-te elementet

For et system med to parallelle kretser (m=1), har formel (5.27) formen:

(5.28)

Den gjennomsnittlige systemgjenopprettingstiden i det generelle tilfellet bestemmes av formelen

(5.29)

Hvor – gjennomsnittlig restitusjonstid for den i-te kjeden.

For det spesielle tilfellet m=1, har formelen (5.29) formen:

Eksempel 5.2.

Beregn sannsynligheten for feilfri drift i 3 måneder, feilraten, gjennomsnittlig tid mellom feil på en luftledning med en krets med en lengde på l = 35 km sammen med en 110/10 kV nedtrappingstransformator og koblingsutstyr (Figur 5.6).

Pålitelighetsekvivalentkretsen til SES-en som vurderes er en sekvensiell struktur (figur 5.7)

Feilrater for elementer er hentet fra tabell 3.2:

;

;

I henhold til formel (5.7) bestemmer vi feilfrekvensen til strømforsyningskretsen

Denne beregningen viser at den dominerende påvirkningen på kretssvikt er skaden på luftledningen. Gjennomsnittlig tid mellom feil i en strømforsyningskrets

Sannsynlighet for feilfri drift av kretsen i t=0,25 år

Eksempel 5.3.

Bestem hvor mye høyere pålitelighetsindikatorene for en 110/10 kV er med konstant fellesdrift av begge transformatorene i 6 måneder sammenlignet med en enkelttransformatorstasjon. Vi ser bort fra feil ved bytte av enheter og tilsiktede nedstengninger.

Opprinnelige data hentet fra tabell. 3.2 er som følger:

;

Sannsynlighet for feilfri drift for én transformator i 6 måneder

Gjennomsnittlig tid mellom feil på en transformator

Sannsynlighet for feilfri drift av en to-transformatorstasjon, beregnet ved hjelp av formel (5.20):

Gjennomsnittlig tid mellom feil i en transformatorstasjon med to transformatorer, beregnet i henhold til formel (5.28):

år

Feilrate for en transformatorstasjon med to transformatorer

Gjennomsnittlig gjenopprettingstid for en transformatorstasjon med to transformatorer (se formel (5.30))

Analyse av resultatene viser at påliteligheten til en transformatorstasjon med to transformatorer er mye høyere enn påliteligheten til en transformatorstasjon med én transformator.

Eksempel 5.4.

La oss vurdere en 6 kV bryterseksjon, hvorfra 18 utgående linjer får strøm (fig. 5.8) Feilfrekvensen for brytere ledsaget av kortslutninger estimeres av verdien = 0,003
, feilprosent med

kortslutninger for samleskinner per kobling
(se tabell 3 2). Bestem intensiteten av kortsiktige innløsninger av bryterutstyrsdelen, forutsatt den absolutte påliteligheten til den automatiske overføringsbryteren (ATI) og Q2-bryteren som reserverer strøm til seksjonen.

Klassifisering av reservasjonsmetoder. En av hovedmidlene for å sikre det nødvendige nivået av pålitelighet og fremfor alt feilfri drift av et objekt eller et elektrisk system med utilstrekkelig pålitelige elementer er redundans.

Under reservasjon refererer til bruken av ytterligere midler og evner for å opprettholde driftstilstanden til det elektriske systemet i tilfelle feil på ett eller flere av dets elementer. Redundans er en effektiv måte å lage elektriske systemer hvis pålitelighet er høyere enn påliteligheten til elementene som inngår i systemet.

Når du gjør en reservasjon er de forskjellige essensielle elementer strukturer som er nødvendige for at systemet skal utføre de nødvendige funksjonene i fravær av feil i elementene, og reserveelementer, designet for å utføre funksjonene til hovedelementene i tilfelle feil.

Forhold mellom antall reserveelementer etc systemer til antall grunnleggende elementer de reserverer Av, uttrykt som en ikke-redusert brøk kalles reserveforholdet

m p = n p /n o.

Redundans med et reserveforhold på én til én m р = 1/1 kalles duplisering.

Ytterligere verktøy og muligheter som brukes i redundans inkluderer elementer lagt til systemstrukturen som backup, bruk av funksjons- og informasjonsverktøy og muligheter, bruk av overflødig tid og reserver av lastekapasitet. Følgelig, i henhold til typen tilleggsmidler, skiller de strukturell redundans ved å bruke reserveelementer i objektstrukturen, funksjonelle ved bruk av funksjonelle reserver, informativ ved hjelp av informasjonsreserver, midlertidig bruke tidsreserver og laste ved bruk av lastreserver (fig. 3.28).

I ES brukes oftest strukturell redundans, andre typer redundans brukes også. Med funksjonell redundans brukes derfor noen ganger multifunksjonelle elementer av automasjonsutstyr, og hvis de svikter, kan de brukes i et gitt system til andre formål; funksjonell redundans utføres også med forskjellige operasjonsmetoder, for eksempel ved å overføre informasjon på forskjellige måter avhengig av hvilke elementer i systemet som forble operative. Informasjonsredundans brukes i systemer der forekomsten av en feil fører til tap eller forvrengning av en del av den behandlede eller overførte informasjonen. Midlertidig reservasjon kan utføres ved å øke produktiviteten til objektet, tregheten til elementene og gjenta individuelle operasjoner med en tidsforskyvning. Lastredundans kommer til uttrykk ved å sikre optimale reserver av elementenes evne til å motstå belastningene som virker på dem eller ved å innføre ytterligere beskyttelses- eller losseelementer i systemet for å beskytte noen av hovedelementene i systemet fra belastningene som virker på dem.

Ut fra metoden for innkobling av reserven skilles det mellom permanent og dynamisk reserve. Permanent reservasjon utføres uten å restrukturere strukturen til systemet når det oppstår en feil i elementet, og dynamisk reservasjon- med restrukturering av systemstrukturen i tilfelle: svikt i elementet.

I det enkleste tilfellet, med konstant redundans, utføres parallell eller seriell tilkobling av elementer uten koblingsenheter, og med dynamisk redundans kreves svitsjenheter som reagerer på elementfeil.

Dynamisk redundans er ofte en redundans substitusjon, der funksjonene til hovedelementet overføres til backup-en først etter svikt i hovedelementet.

En vanlig type erstatningsredundans er rullende redundans, der en gruppe primære systemelementer er sikkerhetskopiert av ett eller flere redundante elementer, som hver kan erstatte ethvert mislykket primærelement i gruppen.

Driftsmodusen til reserveelementene før svikt i hovedelementet er forskjellig lastet reserve(ett eller flere sikkerhetskopielementer er i primærelementmodus), lysreserve(ett eller flere sikkerhetskopielementer er i en mindre lastet modus enn hovedelementet) og losset reserve(ett eller flere reserveelementer er i ulastet modus før de begynner å utføre hovedelementets funksjoner).

Konseptene lastet lettvekt og ubelastet reserve brukes til å skille reserveelementer etter deres pålitelighetsnivå. Elementer av en lastet reserve har samme grad av pålitelighet (feilfri drift, holdbarhet og lagringsevne) som hovedelementene i objektet de reserverer, siden ressursen til reserveelementene forbrukes på samme måte som hovedelementene. Lette reserveelementer har et høyere nivå av pålitelighet, siden intensiteten av ressursforbruket til reserveelementer frem til de slås på i stedet for mislykkede er betydelig lavere enn for de viktigste. Med en losset reserve begynner ressursen til reserveelementene å bli forbrukt nesten bare fra det øyeblikket de slås på i stedet for de mislykkede elementene.

Fig.3.28. Klassifiseringsskjema for typer reservasjoner

Etter metoden for å reservere et objekt (element av et objekt) skilles det mellom generell og separat reservasjon. På generelt forbehold objektet som helhet er reservert; i stedet for ett objekt, er det gitt samtidig drift av to eller flere objekter av samme type eller lignende funksjoner. Metoden er enkel og mye brukt i praksis ved sikkerhetskopiering av de mest kritiske systemene. På separat reservasjon Redundante er individuelle elementer av et objekt eller deres grupper, som vanligvis er innebygd i objektet; både individuelle elementer i systemet og ganske store deler av det (blokker) kan reserveres separat.

Dynamisk redundans kan være separat og generell og tillater bruk av reserveelementer ikke bare i belastede, men også i lette og ubelastede reserver, noe som gjør det mulig å spare ressursen til reserveelementer, øke påliteligheten til det elektriske systemet som helhet og redusere energiforbruket .

Når det er redundant ved utskifting, kan skyveredundans brukes for å sikre den nødvendige påliteligheten til systemet til lave kostnader og en liten økning i vekt og dimensjoner.

Ulempene med dynamisk redundans ved utskifting inkluderer behovet for å bytte enheter og driftsavbrudd ved bytte til backup-elementer, samt et system for å søke etter et feilelement eller blokk, noe som reduserer påliteligheten til hele det redundante systemet. Redundans ved substitusjon er tilrådelig å bruke for redundans av ganske store funksjonelle enheter og blokker av komplekse elektriske systemer.

Permanent redundans, som involverer konstant tilkobling av elementer med de viktigste, er enkel; bytteenheter er ikke nødvendig. Hvis hovedelementet svikter, fortsetter systemet å fungere normalt uten avbrudd og uten å bytte. Ulempene med konstant redundans er det økte ressursforbruket til backup-elementer og endringer i parameterne til den redundante noden når elementer svikter.

Permanent redundans brukes i kritiske systemer der selv et kortvarig driftsavbrudd er uakseptabelt, og når du reserverer relativt små elementer - enheter, blokker og elementer av ESA elektronisk utstyr (motstander, kondensatorer, dioder, etc.).

Redundans av elektriske og radioelementer inkludert i ESA, hvis svikt kan føre til spesielt farlige konsekvenser, utføres under hensyntagen til muligheten for både kortslutning og elementbrudd. Ved elementbrudd utføres redundans ved å koble dem parallelt, og i tilfelle kortslutning - ved å koble elementer i serie, forutsatt at elementet svikter, men den elektriske kretsen til andre elementer koblet i serie med det blir ikke forstyrret. For eksempel utføres permanent separat redundans av en diode med belastet reserve i tilfelle feil som følge av kortslutning (SC), åpen krets eller kortslutning og åpen krets ved å slå på reservediodene henholdsvis i serie, parallell og serieparallell med den viktigste (fig. 3.29, a, c).

Generell permanent likeretterredundans UD den belastede reserven utføres ved parallellkobling av reserven, og dioder brukes for å forhindre at strømmen til reservelikeretteren flyter gjennom utgangskretsen til den mislykkede (fig. 3.29, G). Generell redundans av likeretteren med en ubelastet reserve utføres ved hjelp av enheten EN switching, som mottar CO-signalet om feil og leverer styresignalet DC til bryteren QW for å slå av den mislykkede likeretteren og slå på backup-en (fig. 3.29, d).

Permanent reservasjon. Slik redundans kan utføres ved parallell eller seriell tilkobling til hovedelementet (systemet) til en eller flere backup, og utfører de samme funksjonene som hovedelementet (systemet). Slik redundans utføres for eksempel ved parallelldrift av generatorer, datamaskiner, ESA-enheter, motstander osv., samt ved seriekobling av dioder, brytekontakter, kondensatorer etc. d.

Elektriske anlegg med permanent backup er produsert slik at sviktede elementer ikke påvirker driften av systemet som helhet. Konsekvensene av svikt i elementer med konstant redundans i ekstreme tilfeller kan være: kortslutning eller brudd på ett eller flere elementer, som må tas i betraktning ved utforming av systemet. For å gjøre dette introduseres begrensende motstander

Ris. 3,29. Typiske strukturelle redundansordninger:

a B C - diode VD henholdsvis i tilfelle feil som kortslutning, åpen krets, kortslutning og åpen krets;

g, d - likeretter UD henholdsvis med lastet og losset reserve

deletransformatorer, og også øke toleransene til individuelle systemparametere, etc.

Permanent reservasjon sørger for en lastet reserve og kan være generell eller separat; I blokkdiagrammet, for å beregne pålitelighet, er hoved- og reserveelementene koblet parallelt (fig. 3.30).

Ris. 3.30. Ordninger med generell (a) og separat (b) permanent reservasjon

Et elektrisk system med generell redundans (fig. 3.30, a) vil fungere normalt hvis minst ett av dem forblir i drift t+1 parallelle kretser som består av seriekoblede elementer. Sannsynlighet for feilfri drift av hver i-te krets med P seriekoblede elementer tatt i betraktning (3.68) i tid t(for å forenkle opptakene, er tiden ikke angitt i fremtiden)

P i =(3.95)

Hvor Р ij- sannsynlighet for feilfri drift av det j-te elementet i den i-te kretsen. Sannsynligheten for feilfri drift av et system med generell redundans på m + 1 parallelle kretser er funnet under hensyntagen til (3.72) og (3.95):

R s.o = (3.96)

Med lik pålitelighet av alle elementene Р ij = Р e, vil formel (3.96) ha formen

P s.o = 1 - (1 - P e n) m +1. (3,97)

For en gitt sannsynlighet for feilfri drift av det elektriske anlegget så basert på (3.97) kan vi bestemme ønsket verdi T, hvor betingelsen с.о = Р с.о er oppfylt, dvs.

t o =

Med en eksponentiell distribusjonslov for elementene i systemet P e = exp(- λ e t) sannsynligheten for feilfri drift (3,97) og gjennomsnittlig tid til svikt i systemet bestemmes av formlene

P с.о (t) = 1-m+1;

hvor = pλ e - kretsfeilfrekvens fra P elementer; T av = 1/ - gjennomsnittlig tid til feil på en krets.

En vindpark med separat redundans forutsetter konstant inkludering av reserveelementer i enkelte deler av systemet (fig. 3.30.6).

Sannsynlighet for feilfri drift av et eget redundant systemelement

og hele systemet med separat redundans

(3.99)

Med lik pålitelighet av alle elementer (3.99) vil ta formen

Р с.р = n, (3.100)

hvorfra, for en gitt sannsynlighet for feilfri drift av systemet, den tilsvarende verdien bestemmes

Med den eksponentielle fordelingsloven for like pålitelige elementer P e = exp (-λ e t), sannsynligheten for feilfri drift

R s.r (t) = (1 - m+1) n (3,101)

og gjennomsnittlig tid til svikt i systemet

Hvor vi = (i + 1) /(m + 1); λ = λ e.

Økningen i ES-pålitelighet som et resultat av redundans kan vurderes ved forholdet mellom sannsynligheten for svikt i det ikke-redundante hovedsystemet

og redundant system

Med lik pålitelighet av hoved- og backupsystemene

γ pe з = l/Q i m = l/Q o m .

En viktig konklusjon følger av det oppnådde forholdet: jo større sannsynligheten for systemfeil (jo mindre påliteligheten er), jo mindre er effekten av redundans. Fra denne konklusjonen, noen ganger kalt reservasjonens paradoks, vi kan konkludere med følgende:

muligheten for redundans fjerner ikke oppgaven med å øke påliteligheten til overflødige elementer og systemer;

generell systemredundans, alt annet likt, er mindre lønnsomt enn separat, siden sannsynligheten for feil i en del av systemet er mindre enn sannsynligheten for feil i hele systemet.

Under den eksponentielle distribusjonsloven om tid til feil, sannsynligheten for feil i et redundant system

Q p (t)=Q o m+1 (t)= m+l ,

hvor λ o = const er feilraten til ett redundant system.

I praksis, vanligvis λ o t< 0,1 тогда

Qo (t)≈ λ o t = t/T cp Og

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

hvor T av =1/λ o - gjennomsnittlig tid til svikt i det redundante systemet.

Tatt i betraktning ovennevnte forhold, kan gevinsten fra reservasjonen representeres i skjemaet

γ res ≈ (T avg /t) m.

Det følger at gevinsten fra reservasjonen avtar etter hvert som nødvendig tid øker t systemdrift.

Påliteligheten til redundant ES påvirkes i stor grad av gjenopprettingen av hoved- eller backupsystemene (kretsene) umiddelbart etter feilen. I steady state drift, sannsynligheten for kretsoperabilitet med en gjennomsnittlig gjenopprettingstid Tv. av og gjennomsnittlig tid mellom feil At på et vilkårlig tidspunkt (bortsett fra planlagte perioder der dens tiltenkte bruk ikke er tenkt) representerer tilgjengelighetsfaktoren til kretsen.

TIL g =

siden i de fleste praktiske problemer T v.sr /T o<< 1.

Følgelig kan sannsynligheten for kretssvikt defineres som sannsynligheten for inoperabilitet

Q o (t) = 1 - K T ≈ T c. jf /T o.

Deretter øker påliteligheten til den redundante ES med gjenoppretting umiddelbart etter svikt i hoved- eller backupsystemene

γ pe з = l/Q o m ≈ (T o /T in. с p) m ≈ konst.

Som du kan se, er den kvalitative forskjellen mellom redundans med restaurering og redundans uten restaurering at ved restaurering avhenger ikke kuttet, til en første tilnærming, av driftstiden t. Følgelig øker fordelene med redundans med restitusjon sammenlignet med redundans uten restitusjon ettersom den nødvendige driftstiden øker. t. Samtidig bør det tas i betraktning at gjenoppretting umiddelbart etter en feil kan realiseres med konstant overvåking, hvis tekniske midler bør ha en sannsynlighet for feil betydelig mindre enn for det overvåkede systemet.

Separat redundans er mer effektivt når det gjelder å øke påliteligheten til ES, spesielt på store n (fig. 3.31). Dette forklares med det faktum at for en systemfeil med generell redundans er det nok at ett element fra hver krets svikter, og med separat redundans er det nok at alle elementer i en hvilken som helst gruppe svikter.

Av praktisk interesse er spørsmålet om å velge en rasjonell måte å øke påliteligheten til et elektrisk system: ved å bruke redundans eller ved å velge svært pålitelige elementer. Hvis fra et synspunkt av vekt, dimensjoner og kostnader begge veier er likeverdige, så når du løser dette problemet, er det viktigste den nødvendige varigheten av kontinuerlig drift av systemet t.

Tidens påvirkning t for problemfri drift P c. p(t) ES for to identiske blokker, arbeid og backup, med en lastet reserve kan bestemmes ved å bruke formler (3.98) med m = 1 og n = 1:

R s.r (t) = 2eksp (-t/T avg.b)- exp (-2t/T cp. 6);

T gj.sn. = 1,5 T gj.sn. b, (3,103)

Ris. 3,31. Avhengigheter av sannsynligheten for feilfri drift av elektriske anlegg med felles (1) og separat (2) redundans avhenger av antall reserveelementer med forskjellig antall påfølgende elementer

Ris. 3,32. Avhengighet av sannsynligheten for feilfri drift av systemet i tide med en lastet reserve (1) og med økt pålitelighet av enheten (2)

hvor T avg.b = 1/λ 6 - gjennomsnittlig tid til feil for en enhet; λ b- feilrate for én enhet av det redundante systemet.

For et ikke-redundant elektrisk system med én enhet med økt pålitelighet med samme gjennomsnittlige tid til feil T Ons, som et redundant system (3.103), vil sannsynligheten for feilfri drift være

P sn (t) = eksp[- t/(1,5T gjennomsnitt b)]. (3.104)

Avhengighet (3.103) og (3.104) viser at redundans er mer effektivt enn å direkte øke påliteligheten til enheten i den første perioden av systemdrift t< 2Т ср.б, при t >> 2T c r.b., tvert imot er det mer effektivt å øke påliteligheten til blokken (fig. 3.32).

Konstant serie-parallell kobling av gjensidig redundante elementer brukes i tilfeller hvor feil som kortslutninger og åpne kretser er mulig. For eksempel kan en kondensator svikte på grunn av tap av kapasitans som følge av en åpen krets eller på grunn av sammenbrudd på grunn av en kortslutning; relékontakter kan svikte på grunn av deres oksidasjon (brudd) eller på grunn av deres "sveising" eller "klebing" (SC) osv. (se tabell 3.7).

Tatt i betraktning muligheten for feil som åpne kretser og kortslutninger, brukes i mange tilfeller en permanent serie-parallell kobling av fire gjensidig redundante elementer (fig. 3.33). Når kortslutningselementfeil dominerer

Q kort (t) > Q o 6 (t),

Ris. 3,33. Konstant serie-parallell kobling av gjensidig redundante elementer i tilfelle feil hovedsakelig: kortslutningstype (EN) og klippe (b)

hvor Q kz (t) og Q o 6 (t) - sannsynligheten for elementfeil av henholdsvis kortslutningstypen og brudd, brukes serieparallelle koblingskretser uten jumper (fig. 3.33, a), og når feil av bruddtypen dominerer

Q kort (t)< Q об (t) -

Serieparallelle kretser med en jumper (fig. 3.33, b).

Sannsynlighet for svikt i den redundante kretsen i tilfelle feil som åpen Q r.b. (t) og kortslutningstype Q r.kz (t) for den nødvendige driftsperioden t er en funksjon av sannsynligheten for elementfeil Q kort (t) Og Q o b (t) og avhenger av redundansordningen som brukes og typen feil (tabell 3.13).

Fra de som er gitt i tabellen. 3.13 relasjoner følger det at effektiviteten γ res av serieparallell redundans avtar når sannsynligheten for svikt i et kretselement øker. Til en viss kritisk verdi Q kort (t) eller Q om (t) sannsynligheten for feil i den redundante kretsen blir større enn sannsynligheten for feil på ett element, da blir bruken av serieparallell redundans upraktisk. Tatt i betraktning påliteligheten og nøyaktigheten til a priori informasjon om påliteligheten til elementer, anbefales det vanligvis å bruke serieparallell redundans i tilfeller der sannsynligheten for feil på et kretselement er Q kort ( t) 0,l og Qo6 (t) 0,l.

Tabell 3.13.

Designforhold for serie-parallellkobling

fire elementer

Ris. 3,34. Generelle (a) og separate (b) dynamiske reservasjonsordninger

med bytte av enheter

Dynamisk reservasjon. Med en slik redundans blir det mulig å bruke en lett eller ubelastet reserve, hvis avbruddene i driften av ES som er nødvendige for å aktivere reserven, er akseptable, og det er behov for å bruke tilleggselementer - bytteenheter for å koble til reserven. Innkobling av reserveelementer kan gjøres manuelt eller automatisk, koblingsanordninger kan være separate eller felles for parallellkoblede elementer eller kretser (blokker) i det elektriske systemet (fig. 3.34).

Hvis vi neglisjerer innflytelsen fra koblingsenheter og anser dem som absolutt pålitelige, vil påliteligheten til en ES med dynamisk redundans med en lastet reserve være lik påliteligheten til et system med en konstant påslått reserve. I lette og ubelastede reserver øker dynamisk redundans systemets pålitelighet.

Påvirkningen av påliteligheten til bryterenheter på påliteligheten til et redundant system tas ganske enkelt i betraktning for systemer med en lastet reserve.

WPP med generell redundans og lastet redundans i normal modus, alle brytere er slått på, både hoved- og backupkretsene er slått på P elementene er under belastning. Hvis hovedkretsen svikter, bryter K . slår den av; i tilfelle feil i den første sikkerhetskopikretsen, slås den av med bryter K1, etc.

Systemfeil oppstår når hoved- og alle backup-kretser, bestående av P elementer og bryter TIL Hver. Forutsatt at brytere og systemelementer svikter uavhengig, kan vi finne sannsynligheten for feilfri drift av en krets fra P elementer

og sannsynligheten for feilfri drift av hele systemet med m + 1 slike parallelle kretser

R s.o = ,(3.105)

Hvor Pki- sannsynlighet for feilfri drift av kretsbryteren til den i-te kretsen.

Med lik pålitelighet for alle P elementer Р e og lik pålitelighet av brytere P k, formel (3.105) vil ha formen

P s.o = 1 - (1 - P k P e n) m+1. (3,106)

Fra (3.106) for en gitt verdi Р с.о = finn den nødvendige verdien av antall reservekretser

Med en eksponentiell distribusjonslov for elementene P e = exp(- λ e t) og bryter P k = exp(- λ k t) systemer, gjennomsnittlig tid til svikt og sannsynligheten for feilfri drift av systemet bestemmes av formler (3.98), der i dette tilfellet feilraten til kretsen beregnes av formelen

WPP med separat redundans og lastet redundans, alle brytere TIL i løpet av den første perioden med systemdrift, slås de på; hvis et hoved- eller reserveelement svikter, slår den tilsvarende bryteren av dette mislykkede elementet. Systemfeil oppstår når et hovedelement j (eller dets bryter K) og alle dets redundante elementer feiler Jeg(eller alle bryterne deres K i).

Sannsynlighet for feilfri drift av hele systemet med separat redundans, tatt i betraktning sannsynligheten for feilfri drift av brytere

(3.107)

For et system med like pålitelige elementer og brytere vil uttrykk (3.107) ha formen

R s.r = n. (3.108)

Med en eksponentiell distribusjonslov for elementene λ e = const og brytere λ k = const, beregnes verdiene til T av.r og P a.r. ved å bruke formlene (3.101) og (3.102), der de i dette tilfellet tar

λ = λ e + λ k.

Fra de oppnådde formlene er det klart at med dynamisk redundans med en lastet reserve på grunn av tilstedeværelsen av bryterenheter K, er systempålitelighetsindikatorene lavere sammenlignet med konstant redundans. Det er tilrådelig å bruke dynamisk redundans med en lastet reserve i tilfeller der avbrudd i systemdriften er uakseptable og det mislykkede elementet (systemet) må slås av slik at det ikke er noen plutselig endring i driftsmodusen til det redundante systemet.

Beregninger ved bruk av formler (3.106) og (3.108), som bestemmer sannsynligheten for feilfri drift av systemene presentert i fig. 3.34, viser at med samme pålitelighet av elementene og samme ganske høye pålitelighet av bryterne samtidig verdier P Og T sannsynligheten for feilfri drift av en ES med separat redundans og en bryter i hvert element er høyere enn for en ES med generell redundans og en bryter i hver krets.

Dermed er separat reservasjon mer effektivt enn generell reservasjon, og ved dynamisk reservasjon.

Effektiviteten av dynamisk reservasjon øker når den implementeres i form av erstatningsreservasjon med en losset eller lett reserve. Reservasjon ved erstatning med en losset reserve vurderes nedenfor; Det er åpenbart at pålitelighetsindikatorer med en lett reserve vil ha mellomverdier mellom de med en lastet og ubelastet reserve.

I et redundant system med generell redundans og ubelastet standby, fungerer hovedkretsen med bryteren først TIL(Fig. 3.34, EN), hvis den mislykkes, slås den på med en bryter i stedet K i en av backup-kretsene. Det kan ikke være flere slike erstatninger T;(m+1)-feil fører til svikt i systemet som helhet.

For å forenkle analysen tar vi for oss et system med en eksponentiell distribusjonslov for elementene P ij (t) = exp(-λ j t) og brytere Pki(t)= exp(- λ ki t). Da er sannsynligheten for feilfri drift av en krets fra P elementer med bryter

Pi (t) = (3,109)

hvor λ i = λ j n + λ k - feilrate for den i-te kretsen til det redundante systemet.

Gjennomsnittlig tid til feil i den i-te kretsen, tatt i betraktning (3.109), vil være

T avg. jeg =

Ved hvert intervall t jeg Bare én krets fungerer og kan svikte, så gjennomsnittlig tid til svikt for hele systemet vil være

Tcp. o = T cp. i(m+1). (3.110)

Sannsynlighet for feilfri drift av en redundant ES med ubelastet reserve over tid t kan bestemmes ut fra forutsetningen at hvis en krets svikter, er det en øyeblikkelig svitsj til en av reservekretsene, og systemfeilen vil oppstå etter svikt i hovedkretsen og alle T backup kretser. Da er sannsynligheten for at en kjede av P elementer og bryter TIL, har en feilrate λ i over tid t vil mislykkes ztimes (som tar i betraktning muligheten for å erstatte den med backup), kan bestemmes av Poissons lov

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

Hvor λ i t- gjennomsnittlig antall kretsfeil over tid t.

Hele systemet overflødig over tid t vil fungere uten feil hvis minst én av følgende inkompatible hendelser inntreffer i løpet av denne tiden: C o - alle kretser i systemet fungerte uten feil, C 1 - en krets har sviktet, C z - nektet z kjeder av (t+l); S t - nektet T kjeder av (m+1).

Dermed vil sannsynligheten for feilfri drift av hele det redundante systemet bli bestemt i henhold til teoremet om tillegg av sannsynligheter for den komplette gruppen av inkompatible hendelser C, under hensyntagen til (3.111)

Р с.о (t) = (3,112)

Fra en sammenligning av de oppnådde formlene (3.110) og (3.112) med de tilsvarende formlene for en lastet reserve, følger det at med en ubelastet reserve øker sannsynligheten for feilfri drift og gjennomsnittlig tid til feil.

Samtidig er det nesten umulig å oppnå en økning i gjennomsnittlig tid til feil med mer enn en størrelsesorden på grunn av slik redundans på grunn av tilstedeværelsen av koblingsenheter og hjelpeutstyr. Med en økning i antall redundante elementer (enheter, systemer), begrenser vekten, dimensjonene og kostnadene for tilleggsutstyr det oppnåelige nivået av pålitelighet under redundans betydelig, noe som i praksis lar deg bruke redundans med m ≤ 2 ... 3.

Hvis ES består av grupper av identiske elementer, er det tilrådelig å bruke glidende reservasjon ved utskifting, når ett eller flere reserveelementer (blokker) T systemer kan erstatte alle de mislykkede hovedelementene (blokkene) i systemet (fig. 3.35).

Ris. 3,35. Rullerende reservasjonsordning

Hvis glidende redundans er med en ubelastet reserve, feil i elementer er uavhengige og har en eksponentiell fordeling, enheten for å søke etter et mislykket element og slå på et sikkerhetskopielement i stedet (bryter) er absolutt pålitelig, da er sannsynligheten for feilfri drift av systemet i løpet av tiden t, dvs. sannsynligheten for feil i løpet av denne tiden ikke lenger T elementer, bestemmes i henhold til Poissons lov på samme måte som (3.112)

P c. c(t)= (3.113)

Hvor λ e - elementfeilfrekvens.

Gjennomsnittlig tid til svikt i systemet, dvs. den matematiske forventningen til tidspunktet for forekomst av (m+1) feil, bestemmes på vanlig måte:

T av.s = 1/(pλ e)+t/(pλ e) = (t+1)(pλ e).(3.114)

Effektiviteten til glidende redundans for et elektrisk system kan vurderes ved å sammenligne avhengigheter (3.113) og (3.114) for et system med glidende redundans med de tilsvarende avhengighetene P c = exp (- nλ e t) Og T av =1/(nλ e) for ikke-redundant system

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

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

Fra (3.115) følger det at fra synspunktet om å øke sannsynligheten for feilfri drift og gjennomsnittstiden til svikt av en ES, øker effektiviteten av glidende redundans sammenlignet med det tilsvarende ikke-redundante systemet med økningen i antall reserveelementer, økningen i driftstiden til systemet og antall reserverte hovedelementer (blokker) av systemet.

Rullende redundans kan være mer økonomisk fordelaktig, siden den implementeres med et mindre antall reserveelementer enn de viktigste.

Optimal redundans. I den praktiske implementeringen av ES-redundans oppstår problemet med optimal redundans, det vil si å sikre den nødvendige systemets pålitelighet til lavest mulig kostnad.

Antallet og nomenklaturen til reserveelementer (blokker) til ES kan bestemmes basert på følgende to formuleringer av det optimale reservasjonsproblemet:

1) en gitt sannsynlighet for feilfri drift av systemet må sikres til minimal kostnad Med mi nå reservere elementer, dvs. ved C min;

2) for gitte kostnader for backup-elementer er det nødvendig å sikre størst mulig sannsynlighet for feilfri drift av systemet R s. m ah, dvs. ved R s. m ah.

For å løse begge problemene, må du først bestemme antall systemredundanselementer (seksjoner), beregne sannsynlighetene for feilfri drift av hver seksjon og systemet som helhet, og bestemme kostnadene for hver seksjon.

Så, for å løse det første problemet, må minimum av funksjonen C = finnes gitt at P s = Hvor MED - kostnaden for et overflødig system, C i - kostnaden for ett reserveelement i den i-te delen av systemet; C 0 i - innledende kostnad for den i-te delen av systemet; jeg - antall reserveelementer i i-te seksjon; P i (m i) - sannsynligheten for feilfri drift av den i-te delen av systemet hvis den har m i-reserveelementer.

Løsningen på det andre problemet med optimal redundans kommer ned til å finne maksimum av funksjonen Р с = under betingelsen C =

Beregning av den optimale redundante ES er en flertrinnsprosess. På det første trinnet finner vi en slik reservasjonsdel, som legger til en reservedel som gir størst økning i sannsynligheten for feilfri drift av systemet med tanke på enhetskostnad. På det andre trinnet bestemmes neste seksjon (inkludert den tidligere reserverte seksjonen), tilføyelse av en reserveseksjon som gir størst økning i sannsynligheten for feilfri drift av systemet osv. Beregninger utføres i tabellform; beregningen stopper på dette trinnet

M = , når vilkåret for den første oppgaven er oppfylt P c (M-1)< (М), а для второй задачи - С(М)

Klassifiseringen av eksisterende reservasjonsmetoder er presentert i fig.

Reservasjon

Ovenfor beskrev vi essensen av typer redundans. Merk at strukturell redundans for tiden er mest utbredt i tekniske systemer.

Essensen av strukturell redundans er at ett eller flere tilleggselementer (backup) er festet til hovedelementet (dvs. minimum som kreves for å utføre spesifiserte funksjoner), designet for å sikre funksjonen til objektet i tilfelle svikt i hovedelementet element).

Basert på mengden av reservasjoner skilles følgende typer ut:

• - generelt, sørger for reservasjon av hele objektet
• - separat, der individuelle elementer eller deres grupper er reservert
• - blandet, som kombinerer ulike typer reservasjoner.

En reserve, akkurat som tekniske systemer, kan gjenopprettes eller ikke utvinnes. Den første av disse brukes på vedlikeholdte systemer, og gjenopprettingsstrategien er bygget på en slik måte at sikkerheten til systemet ikke synker under et gitt nivå. På vedlikeholdte systemer (ikke-returnerbare romfartøy, automatiske værstasjoner, etc.), er reservatet som regel fullstendig brukt og kan ikke gjenopprettes.

Redundante elementer kan være i forskjellige moduser:

Lastet, lettet og losset.

I ubelastet modus er de redundante elementene i samme tilstand som hovedelementet, det vil si at alle elementene opererer samtidig under de samme forholdene.

Lysreservemodus betyr at belastningen på reserveelementene er mindre enn hovedelementets belastning.

En utlastet reserve koker ned til en situasjon der de overflødige elementene ikke har last før hovedelementet svikter.

I henhold til forbindelsens art skilles de fra:

• - permanent reservasjon, der backup-elementer deltar i driften av anlegget sammen med de viktigste:
• - utskifting, når funksjonen til hovedelementet overføres til backup-en bare etter feil i hovedelementet
• - glidende, der ethvert mislykket element kan erstattes av et sikkerhetskopi.

USSR STATUTVALG FOR STANDARDER
(Gosstandart of the USSR)

ALL-UNION FORSKNINGSINSTITUTT
OM NORMALISERING I MEKANISK TEKNIKK
(VNIINMASH)

Godkjent

Etter ordre fra VNIINMASH

nr. 260 av 22. september 1988

Disse anbefalingene (R) gjelder for tekniske enheter (produkter) produsert av ulike bransjer og som har økte krav til pålitelighet, som ikke kan sikres bare ved å velge svært pålitelige elementer.

R etablere generelle prinsipper og en enhetlig metodikk for valg av sikkerhetskopieringsmetoder og -metoder, med unntak av spørsmål om dannelse og bruk av reservedeler og tilbehør. Beregnet for bruk i designprosessen av tekniske enheter og i utviklingen av industrinormative og tekniske dokumenter. Designet for ansatte i bedriftspålitelighetstjenester og utviklingsingeniører som kan det grunnleggende om pålitelighetsteori.

1 . GRUNNLEGGENDE POENG

1.1. Redundans er en metode for å sikre pålitelighet, som består i bruk av ytterligere midler og evner for å opprettholde funksjonaliteten til et objekt i tilfelle svikt i ett eller flere av dets elementer eller forstyrrelse av forbindelser mellom dem. Oftest brukes redundans i tilfeller der andre metoder (redusere feilfrekvensen til elementer, forbedre vedlikeholdsevnen) er utilstrekkelige eller ikke kan brukes fullt ut på grunn av begrensninger som oppstår under design og drift av systemer.

1.2. Grunnlaget for redundans er innføringen av redundans: tilleggselementer, tid, informasjon, produktreserver, produktivitetsreserver, algoritmisk fleksibilitet, etc. I denne forbindelse, i henhold til kilden og den fysiske naturen, kan følgende typer redundans skilles ut: strukturell , midlertidig, funksjonell, informativ, last, algoritmisk , programvare, modus. Innføring av redundans skaper ingen reserve og fører ikke nødvendigvis til økt pålitelighet. For at innføring av permittering skal føre til permittering, må en rekke tilleggsvilkår og tekniske tiltak være oppfylt:

overvåking av ytelsen og den tekniske tilstanden til utstyr og utstyr; installasjon av overføringsbrytere som oppfyller visse krav til responstid og pålitelighet; dynamisk omfordeling av den funksjonelle belastningen av elementer når strukturen til systemet endres, noe som sikrer muligheten for parallellisering av arbeid i systemer med en parallell struktur; inkludering i systemene av algoritmer og rekonfigureringsverktøy (restrukturering av strukturen), som gjør det mulig å organisere effektive ressurser for å fullføre oppgaven.

1.3. Redundans i alle systemer er forbundet med en økning i den totale strømmen av feil. Ved å øke den standardiserte pålitelighetsindikatoren, fører det til en økning ikke bare i kostnadene for produktet, generelle vektegenskaper, energiforbruk og noen andre egenskaper, men også til en økning i driftskostnader og forbruk av reservedeler, og en økning i vedlikeholds- og reparasjonspersonell. Derfor bør redundans betraktes som et nødvendig middel for å øke påliteligheten når andre muligheter allerede er uttømt og ikke gir det nødvendige pålitelighetsnivået.

I systemer hvor pålitelighetskravene i henhold til bruksbetingelsene kan endre seg i løpet av driftsperioden avhengig av type oppgaver som løses, anbefales det å bruke en driftsmodus med variabel redundansdybde. Dette gir mulighet for mer effektiv bruk av overflødige ressurser og forbedrer den tekniske og økonomiske ytelsen til systemet.

1.4. For hver type utstyr bestemmes mulighetene for redundans som et middel for å øke påliteligheten i stor grad av redundansmetodenes tekniske gjennomførbarhet. Ved utforming bør derfor kun slike redundansmetoder brukes, hvis tekniske gjennomførbarhet sikres av kjente kretsløp og teknologiske løsninger eller kan bekreftes av utviklingsarbeid innen en akseptabel tidsramme.

1.5. Svikt i et redundant system er en hendelse som består av brudd på minst ett av de etablerte kravene til systemets utgangsegenskaper (ytelse, nøyaktighet, pålitelighet, materialintensitet, energiintensitet, etc.). Under visse forhold, når det er mulig å identifisere minimumsverdiene for ulike ressurser som er nødvendige for at systemet skal utføre en spesifisert oppgave, kan en feil i et redundant system defineres som en hendelse som består av et brudd på kravene til verdien og status for alle nødvendige ressurser. Forekomsten av en feil registreres ved å bruke kriterier, som er deterministiske regler for å avgjøre om systemtilstanden tilhører klassen av operable eller inoperable tilstander.

1.6. Hovedkriteriet for svikt i et redundant system er et funksjonelt tegn, ved hjelp av hvilket grensen til området i rommet til systemets utgangsegenskaper bestemmes, hvis skjæringspunkt anses som en systemfeil.

1.7. I komplekse systemer som har flere driftsmoduser og en rekke funksjoner utført, er det mulig å danne flere funksjonsfeilkriterier - svikt ved utførelse av hver funksjon. Ved å gruppere feilkriterier for hver funksjon, dannes funksjonelle feilkriterier for ethvert sett med funksjoner. I et komplekst system kan det skilles mellom flere funksjonsnivåer som hver tilsvarer et funksjonskriterium.

1.8. Basert på funksjonskriteriet dannes et strukturelt feilkriterium, som bestemmer hvilken tilstand av settet av tekniske midler systemfeilen tilsvarer. Hvis et slikt kriterium kan dannes, kan settet med operable og inoperable tilstander beskrives i form av et strukturelt pålitelighetsdiagram eller en logisk funksjon av operabiliteten (inoperabiliteten) til systemet.

1.9. For systemer med flere typer redundans er det ikke alltid mulig å formulere et strukturelt kriterium som er tilstrekkelig til det funksjonelle kriteriet, siden tilstanden til systemets drift ikke bare bestemmes av helheten av tilstandene til elementene. I dette tilfellet er det nødvendig å utvikle et teknisk feilkriterium, som i tillegg til tilstanden til elementene inkluderer verdiene av produktreserver og produktivitetsreserver, tillatt tid brukt i en delvis operativ tilstand, og staten av vedlikeholdssystemet.

Etablert problemfri driftstid t y;

Sannsynlighet for feilfri drift P(t) i løpet av en gitt driftstid;

Systemtilgjengelighetsfaktor K g;

Teknisk utnyttelseskoeffisient Kti;

Driftsberedskapskoeffisient K og (t);

EfK e.

I et redundant system er det mange operative tilstander, hvorav en er fullt operativ. Det oppstår når alle elementer er operative og alle tilleggsressurser allokert for redundans er på nivå med standardverdier, karakterisert ved vektorparameter A. Andre driftstilstander oppstår når noen elementer svikter eller ressurser synker under standardverdier.

En driftstilstand der gjeldende parameterverdier er på et slikt nivå at svikt i ett element kan føre til systemfeil, kalles en pre-failure-tilstand. I sekvensen av tilstander til et redundant system, mellom en fullt operativ tilstand og en pre-feiltilstand, er det vanligvis en eller flere mellomtilstander. Antall elementfeil som bringer systemet fra en fullt operativ tilstand til en pre-feiltilstand er en viktig egenskap for graden av redundans i systemet. Generelt varierer dette tallet avhengig av rekkefølgen av elementfeil og hvilken del av systemet de oppstår. Minimumsantallet av feil som tilsvarer den mest uheldige kombinasjonen av elementfeil kan brukes ikke bare som en karakteristikk av redundansnivået, men også som en deterministisk indikator på pålitelighet, kalt d - pålitelighet:

hvor d i er antall mislykkede elementer under overgangen fra en fullt operativ til en pre-feiltilstand langs den i-te banen.

Nivået av redundans er også preget av det maksimale antallet elementfeil der en systemfeil ennå ikke oppstår. Dette tallet kan brukes som en deterministisk indikator for pålitelighet, kalt m - pålitelighet:

hvor m i er antall feil på elementer under overgangen til en pre-fail tilstand langs den i-te banen. Merk at banen her kan inneholde flere forhåndsfeiltilstander.

Sammenligning av m og d lar oss evaluere fleksibilitetsegenskapene til ressursene som brukes for å forbedre påliteligheten. Hvis det er stor forskjell mellom disse tallene, er ressursenes manøvrerbarhet lav, og er forskjellen liten er den høy. Når m = d, er manøvrerbarheten absolutt.

1.11. Reliabilitetsindikatoren som brukes for ikke-redundante systemer - gjennomsnittstid til feil T cf - kan også beregnes for et redundant system. Imidlertid gjenspeiler denne indikatoren dårlig de grunnleggende egenskapene til sistnevnte, siden den karakteriserer oppførselen til systemet over hele driftsintervallet, når sannsynligheten for feilfri drift er forskjellig fra null. For svært pålitelige systemer, som vanligvis redundante systemer, er dette intervallet ganske stort og overskrider betydelig standard driftstid. Dette betyr at T cf også bestemmer intervallet som systemet ikke lenger fungerer med og hvor påliteligheten på grunn av den gradvise nedgangen i redundans og degradering av systemet reduseres og kan være lavere enn pålitelighetsnivået til et ikke-redundant system. Derfor viser effektiviteten av redundans, vurdert ved økningen av gjennomsnittlig driftstid, som regel å være betydelig lavere enn når den vurderes ut fra graden av reduksjon i sannsynligheten for feil. Av denne grunn anbefales ikke gjennomsnittlig tid til feil som en indikator på påliteligheten til et redundant system. I stedet for gjennomsnittlig driftstid brukes den betingede gjennomsnittlige tiden til feil dersom driftstiden ikke overskrider driftsintervallet.

1.12. Effeuttrykker den relative reduksjonen i en viss effektivitetsindikator (produktivitet, gjennomstrømning, effekt, mengde produserte produkter) på grunn av feil i systemelementer. Det særegne ved K e som en indikator på pålitelighet er at for å beregne det er det ikke nødvendig å introdusere konseptet og kriteriene for systemfeil. Derfor brukes K e ved vurdering av påliteligheten til komplekse systemer der det ikke er mulig å dele alle tilstander i to klasser (brukbare og inoperative) og som har flere effektivitetsnivåer. Imidlertid kan den også brukes i systemer der konseptet og kriteriene for feil er formulert hvis driftstilstandene er forskjellige i verdiene til effektivitetsindikatoren. Hvis de er de samme, faller effektivitetskoeffisienten kvantitativt sammen med koeffisienten for teknisk bruk.

1.13. Ved beregning av den etablerte feilfrie driftstiden t y, bestemmes sannsynligheten for dens levering som sannsynligheten for feilfri drift i løpet av t y.

2 . KLASSIFISERING AV RESERVERINGSTYPER

2.1. Uavhengig av teknologiens formål og felt, bør fem typer redundans skilles ut: strukturell, midlertidig, funksjonell, informativ, belastning. I henhold til disse typer overtallighet skilles det mellom fem typer overtallighet. Til disse bør legges algoritmisk og semantisk redundans, som kan betraktes som henholdsvis typer funksjonell og informasjonsredundans. De har imidlertid visse spesifikasjoner og kan vurderes separat.

2.2. Strukturell redundans utføres ved å introdusere i strukturen til tekniske midler ytterligere (backup) elementer som er i stand til å utføre funksjonene til hovedelementene i tilfelle feil. Fjerning av disse elementene fra systemet mens de viktigste er i drift, svekker ikke systemets evne til å utføre de nødvendige funksjonene i de gitte modusene og bruksforholdene.

2.3. Funksjonell redundans finner sted i multifunksjonelle systemer der individuelle elementer eller grupper av elementer har evnen til å overta funksjonene til andre mislykkede elementer under varigheten av deres restaurering uten å redusere den tekniske og økonomiske ytelsen til systemet betydelig. Med funksjonell redundans, i motsetning til strukturell redundans, er det ingen reserveelementer, d.v.s. slike elementer som kan fjernes permanent uten å bryte kravene til de tekniske egenskapene til systemet.

Funksjonell redundans leveres av:

Etablere ytterligere forbindelser mellom elementer;

Fleksibilitet og effektivitet ved å rekonfigurere multifunksjonelle elementer for å utføre en gitt funksjon;

Endring av driftsmodus.

2.4. Midlertidig reservasjon består i å opprette litt ekstra tid for individuelle elementer, grupper av elementer eller systemet som helhet, som kan brukes til å gjenopprette tekniske egenskaper uten å bryte kravene til utgangsparametrene til systemet.

Midlertidig reservasjon er gitt:

Opprette en ytelsesreserve ved å øke hastigheten (gjennomstrømningen) til elementer;

Opprette en produktivitetsreserve ved parallell inkludering av enheter med samme formål;

Oppretting av produktbeholdninger i mellomlager eller produksjonslagring;

Redusere utviklingshastigheten for uønskede konsekvenser av feil og hastigheten på forringelse av systemets utgangsparametere.

2.5. Informasjonssikkerhetskopiering består av dannelsen av flere semantisk adekvate informasjonskilder eller kopier av informasjonsmatriser, innføring av tilleggsinformasjon ment å gjenopprette den viktigste i tilfelle forvrengning.

Sikkerhetskopiering av informasjon leveres av:

Støybestandig koding av informasjon;

Dataduplisering på forskjellige enheter;

Korrelasjon av fysisk feltmålingsdata;

Bruke data som tilfredsstiller invariante relasjoner;

Bruke redundans i algoritmisk eller naturlig språk.

2.6. Lastbackup består i å sikre ytelsesreserver når de utsettes for ulike belastninger (elektriske, mekaniske, termiske, etc.) under drift. Lastredundans leveres av:

Opprette en sikkerhetsmargin for å beskytte mot økte støt- og vibrasjonsbelastninger;

Bruk av elementer med økt tillatt elektrisk effekttap;

Bruk av varmebestandige materialer;

Redusere utnyttelsesgraden av produktet med nyttig arbeid.

2.7. Hovedkarakteristikkene til reservasjonstypene, som bestemmer størrelsen på inngangsressursene og reglene for deres bruk, er:

Reservasjonsfrekvens;

Bruksområde for reserveressurser;

Reservasjonsdisiplin;

Disiplin av ressursgjenvinning;

Antall nivåer av reservasjonshierarki.

2.8. Redundansgraden er definert som forholdet mellom antall reserveressurser og antall hovedressurser. Multiplisiteten av strukturell redundans presenteres som en irreduserbar brøk der telleren er antall reserveelementer, og nevneren er antall hovedelementer. Multiplisiteten av funksjonell redundans bestemmes av antall forskjellige måter en gitt funksjon kan utføres på. Tidsreservasjonsforholdet er definert som forholdet mellom reservetiden og hovedoppgavens utførelsestid. Multiplisiteten av informasjonsredundans under støybestandig koding faller sammen med den relative redundansen til koden; ved koding av matriser faller den sammen med antall sikkerhetskopier, og i det generelle tilfellet er multiplisiteten definert som forholdet mellom antall enheter av backup og hovedinformasjon. Lastredundansfaktoren er definert som forholdet mellom ytelsesreserven for en gitt type last og nominell lastverdi, målt i samme enheter.

2.9. I henhold til bruksområdet for reserveressurser er det generelle, gruppe- og element-for-element-reservasjoner. Den generelle reserven er i stand til å avverge feil i alle systemelementene. Gruppereserve forhindrer feil kun i elementer i en gitt gruppe og kan ikke brukes i tilfelle feil på elementer utenfor denne gruppen. Element-for-element-reserve er ment å forhindre feil på bare elementer av en gitt type. Hver av disse reservasjonsmetodene kan karakteriseres av reservasjonsforholdet.

2.10. Redundansdisiplinen etablerer prosedyren for å bruke redundante ressurser som introduseres i systemet for å implementere ulike redundansmetoder, og avhenger av hvilke typer og metoder for redundans som er implementert i systemet og i hvilken modus systemet fungerer på det tidspunktet feilen oppstår. Med strukturell redundans brukes vanligvis element-for-element-reserver først, deretter gruppereserver, og til slutt generelle reserver. Med struktur- og tidsreservasjon i noen moduser brukes først strukturreserven, og deretter tidsreserven. I andre driftsmoduser kan rekkefølgen for bruk av reserven bli reversert; den funksjonelle reserven brukes vanligvis etter at strukturreserven er oppbrukt, siden overgangen til en annen metode for å utføre en funksjon ofte er forbundet med en liten reduksjon i kvaliteten på fungerer. Siden den oppnådde påliteligheten til et redundant system avhenger av redundansdisiplinen, er det nødvendig å søke etter den optimale redundansdisiplinen.

2.11. Disiplinen ressursgjenvinning bestemmer rekkefølgen for vedlikehold, disiplinen for teknisk og informasjonsgjenvinning, påfyll av produktlagre, arbeidskapasitetsreserver og tidsreserver. Restitusjonsdisiplinen bør definere:

Øyeblikket for begynnelsen av bedring;

Endring av driftsmodusen til systemet under gjenoppretting;

Kilde til påfyll av ressurser;

Rekkefølgen på arbeidet med å gjenopprette ressurser;

Prosedyren for å returnere maskinvare, programvare og informasjon til systemet etter at gjenopprettingen er fullført;

Standardverdier for ressurser, når gjenopprettingsprosessen stopper eller driftsmodusen til hovedsystemet og vedlikeholdssystemet endres;

Vedlikeholds- og restaureringsstrategi.

2.12. Hierarkiet av redundansmidler er opprettet i samsvar med hierarkiet av tekniske midler. I denne forbindelse kan flere nivåer av reservasjonshierarkiet skilles:

Elementært nivå (I);

Nivå av moduler og noder (II);

Enhetsnivå (III);

Delsystemnivå (IV);

Systemnivå (V);

Basert på funksjonsprinsippet kan følgende nivåer i reservasjonshierarkiet skilles:

Mikrooperasjonsnivå (I);

Driftsdeler nivå (II);

Driftsnivå (III);

Deloppgavenivå (IV);

Oppgavenivå (V);

Funksjonsnivå (VI);

Nivå på multifunksjonelle oppgaver (VII).

I henhold til metoden for å implementere redundans er det tre nivåer av hierarki:

Teknologisk (I);

Konstruktiv (II);

Funksjonell (III).

Antall hierarkinivåer er en klassifisering og teknisk karakteristikk av sikkerhetskopieringsverktøy.

3 . VELGE EN RESERVERINGSTYPE

3.1. Valget av reservasjonstype bestemmes av:

Vilkår for bruk av systemet;

Begrensninger på de totale kostnadene for midler for å øke påliteligheten;

Begrensninger på grunn av krav til andre tekniske egenskaper (dimensjoner, vekt, energiforbruk, driftskostnader, vedlikeholdsdelsystemer);

Akseptabel forringelse av driftskvaliteten og reduksjon i omfanget av funksjoner som utføres under systemdegradering;

Teknisk gjennomførbarhet av redundansmetoder;

Nivå på utvikling av overvåkings- og diagnoseverktøy;

Vedlikeholdsegenskaper;

Graden av utstyrsforening;

Nivået på produksjonsteknologi og dens egenskaper (stabilitet, fleksibilitet, nøyaktighet).

3.2. Strukturell redundans utnytter systemer hvis applikasjonsforhold er preget av følgende funksjoner:

Kort tillatt avbruddstid;

Høye kostnader ved feil (alvorlige konsekvenser av feil);

Det er ikke tillatt å redusere driftskvaliteten på grunn av systemforringelse;

Et utviklet system for maskinvareovervåking og diagnostikk som ikke tillater betydelige forsinkelser i å oppdage feil;

Organisering av vedlikehold, der det er mulig å koble fra en defekt enhet, gjenopprette den og sette den i drift igjen uten å avbryte funksjonen til resten av systemet.

Strukturelle redundansmetoder kan deles inn i tre hovedgrupper:

Innebygd redundans med permanent backup;

Innebygd redundans ved utskifting med automatisk eller automatisert påslåing av reserven;

Avlastet redundans ved å erstatte uvirksomme elementer med funksjonelle fra reservedeler.

I sistnevnte tilfelle bestemmes mangfoldet og reservasjonsmetoden av nomenklaturen og antall reserveelementer, strukturen til reservedeler (enkelt, gruppe).

3.3. Funksjonell redundans brukes i tilfeller der strukturell redundans er uakseptabel på grunn av det store antallet utstyr eller andre årsaker. Det er som regel mer økonomisk enn strukturell redundans, men effektivitet oppnås på bekostning av en viss reduksjon i kvaliteten på funksjonsutførelsen, for eksempel på grunn av forringelse av nøyaktighet, økt utførelsestid for funksjoner, redusert produktivitet, redusert lesbarhet av utgangsresultater osv.

En annen form for funksjonell redundans er fullstendig gjenoppretting av hovedfunksjonene ved å stoppe utførelsen av sekundære funksjoner og overføre de frigjorte ressursene for å utføre de viktigste.

Funksjoner ved funksjonell redundans:

Høyere systempålitelighet når du bruker en sikkerhetskopimetode for å utføre funksjoner ved å bruke forenklede algoritmer;

Et utviklet ressursstyringssystem og deres høye mobilitet, som betyr at ressurser kan kobles raskt nok og i en rekke konfigurasjoner for å utføre grunnleggende funksjoner;

Et utviklet ytelsesovervåkingssystem som lar deg pålitelig vurdere den tekniske tilstanden til alle ressursene og raskt forsyne ressursstyringssystemet med nødvendig informasjon;

Evnen til å raskt gå tilbake til hovedalternativet for å utføre funksjoner etter å ha gjenopprettet funksjonaliteten til feilslåtte enheter;

Ingen devalueringsavslag;

Det grunnleggende fraværet av replikering av designfeil i implementeringen av algoritmer for funksjonen til enheter som sikkerhetskopierer hverandre.

3.4. Midlertidig redundans som en metode for å øke påliteligheten blir effektiv og får en fordel i forhold til andre typer redundans i systemer med følgende funksjoner:

Systemet tillater driftsavbrudd i en tid som overstiger tiden som kreves for å eliminere feilen og dens konsekvenser;

Kvaliteten på systemdriften vurderes av integrerte egenskaper over en ganske lang tidsperiode (skift, dag, uke, måned, kvartal, år);

Systemet har en begrenset og relativt lav overgangshastighet fra en operasjonell tilstand til en inoperabel tilstand i tilfelle feil på dets individuelle elementer;

Et system som overfører eller behandler material-, energi- eller informasjonsstrømmer har evnen til å akkumulere de nødvendige produktmengdene i mellom- og utgangslagringsenheter for å motvirke feil og deres konsekvenser;

Det er ikke mulig å fullstendig eliminere avskrivningsfeil i systemet, og derfor krever en del av driftstiden repetisjon;

Perioder med latent feil oppstår i systemet, som krever gjentakelse av noe arbeid etter at feilen er oppdaget;

Systemet tillater en kortsiktig reduksjon i ytelse, kompensert av ytelsesmarginen;

Systemet har en kumulativ effekt som tillater, over ytterligere tid, å forbedre utgangsegenskapene (nøyaktighet, pålitelighet, styrke, stabilitet, stabilitet) som bestemmer ytelsen.

3.5. Informasjonsredundans er en spesifikk type redundans som brukes i kommunikasjon, kontroll, måling, informasjon, datasystemer og andre systemer for innsamling og behandling av informasjon.

Det brukes i tilfeller der konsekvensene av tap og forvrengning av informasjon er alvorlige, og derfor er slike brudd enten uakseptable eller burde være usannsynlige. Hovedbetingelsene og forutsetningene for å bruke sikkerhetskopiering av informasjon er:

Utilstrekkelig pålitelighet av lagringsmedier;

Umuligheten av umiddelbar gjenoppretting ved hjelp av algoritmiske midler av informasjonsforvrengninger under behandling;

Umulig å fornye informasjon ved hjelp av primærkilder;

Systemet gir nødvendig maskinvare og tidsressurser for å implementere sikkerhetskopiering av informasjon, og driftsalgoritmene sørger for bruk av redundant informasjon.

Informasjonsredundans brukes vanligvis i kombinasjon med strukturell, funksjonell og midlertidig redundans, siden lagring av kopier av informasjonsmatriser og tilleggsinformasjon under feilbestandig koding krever ekstra lagringskapasitet og tilleggsutstyr for behandling av informasjon, og det kreves ekstra tid for å lese kopier og drifte verktøy for gjenoppretting av informasjon. En vanlig metode for informasjonsredundans er installasjon av ekstra sensorer i målefeltet, som tillater samtidig bruk av funksjonell redundans (første form).

3.6. Belastningsredundans brukes i tilfeller hvor produktet er vedlikeholdsfritt eller når det krever mye tid og høye driftskostnader å eliminere en feil. Samtidig er bruk av strukturell redundans vanskelig eller umulig av tekniske eller økonomiske årsaker. Lastredundans kan også brukes når strukturell redundans ikke er effektiv, og for å øke effektiviteten er det nødvendig å redusere feilfrekvensen til produktet eller dets redundante del. Hovedbetingelsene for vellykket bruk av denne typen reservasjoner:

Tilgjengelighet av egnede elementer som har den nødvendige ytelsesmarginen i forskjellige parametere i forhold til den nominelle driftsmodusen til produktet;

Akseptabilitet av graden av økning i andre tekniske og økonomiske egenskaper (dimensjoner, energiforbruk, kostnader, etc.) i forhold til prototypen, på grunn av opprettelsen av en ytelsesreserve;

Evnen til å losse alle eller de fleste elementene samtidig for å skape et "like sterkt" system.

Laste sikkerhetskopieringsmetoder inkluderer:

Bruk av elementer med økt tillatt effekttap;

Redusere pakkingstettheten til elementer for å skape et gunstig termisk regime;

Redusere bevegelseshastigheten til mekaniske elementer for å redusere mekaniske belastninger;

Redusere intensiteten av inndataflyter i informasjonssystemer for å forhindre feil og feil;

Tilrettelegging av teknologiske regimer i teknologiske systemer for å utvide spekteret av operasjoner i tilfelle avvik av teknologiske parametere fra nominelle verdier.

Belastningsredundans brukes ofte i kombinasjon med andre typer redundans. Muligheten for kortsiktig tilleggsbelastning tillater bruk av funksjonell redundans. Ved å redusere informasjonsbelastningen kan inaktive perioder brukes som tidsreserve. Ved avlastning av strøm brukes kortvarig forsering av modusen for å delvis eller fullstendig kompensere for nedetid eller forringelse av systemets utgangsparametere på grunn av feil.

4 . UTVALG AV METODER OG METODER FOR STRUKTURELL RESERVERING

4.1. Metoder og metoder for strukturell redundans

Avhengig av metoden for å koble reserven, dens tilstand og frekvens, kan strukturell redundans være: generell og separat, med en konstant påslått reserve og ved erstatningsmetoden, med hel og brøkdel. Denne klassifiseringen av metoder og metoder for strukturell redundans er gitt i tabellen.

Pålitelighetsfunksjonelle diagrammer (RFD) av strukturell redundans av multiplisitet m c er vist i fig. 1 .

I tillegg til hovedtypene vist i tabellen og i fig. 1 , kan strukturelle forbehold være blandet, glidende og av en spesiell type når NFS ikke er redusert til en serieparallell struktur.

Blandet redundans dannes når, for å øke påliteligheten til et komplekst system, brukes ulike typer og metoder for strukturell redundans for dets individuelle enheter.

En glidende reservasjon er en slik reservasjon når en eller flere enheter kan erstatte hvilken som helst av de defekte enhetene i hovedsystemet.

Ris. 1. Pålitelighetsfunksjonelle diagrammer av strukturell redundans av multiplisitet m c

I den praktiske implementeringen av strukturell redundans er det ofte umulig å implementere NFS vist i fig. 1 . Dette forklares av det faktum at i et redundant system med et stort antall elementer, kan svikt i en av dem føre til en endring i de grunnleggende parametrene til andre elementer, noe som fører til en forringelse av ytelsen til hele systemet. I slike tilfeller kan svikt i flere elementer på forskjellige steder i systemet føre til slike endringer i utgangsegenskaper at systemet slutter å utføre sine funksjoner med en gitt effektivitet.

Her er ikke systemets funksjon i forhold til dets pålitelighet redusert til en serieparallell struktur.

Oftest skjer dette ved sikkerhetskopiering av elektriske og elektroniske kretser, logiske elementer, kommunikasjonssystemer og datanettverk.

4.2. Metoder for å øke effektiviteten av redundans.

Et av hovedkriteriene for effektiviteten av redundans er gevinsten i pålitelighet. Reliabilitetsgevinsten er forholdet mellom pålitelighetsindikatoren til et redundant system og den samme pålitelighetsindikatoren til et ikke-redundant system.

Når du kjenner til egenskapene til ulike metoder og metoder for strukturell redundans, kan du kvalitativt vurdere effektiviteten deres, samt klokt velge type redundans.

Strukturell redundans har en rekke egenskaper, de viktigste:

Med en økning i redundansforholdet med en konstant påslått reserve, vokser vekten, dimensjonene og kostnadene til systemet raskere enn påliteligheten vokser;

Strukturelt redundante tekniske enheter er aldrende enheter når feilraten(t) øker over tid;

Gevinsten i reliabilitet ved?(t) = const avtar over tid;

Pålitelighetsgevinsten med strukturell redundans avhenger betydelig av typen distribusjonslov for tiden frem til svikt i hoved- og sikkerhetskopienhetene: jo raskere feilraten øker?(t), jo mindre er pålitelighetsgevinsten;

Feilraten til det redundante systemet ved t = 0 er også null og tenderer over tid til feilraten til det ikke-redundante systemet;

Sitil et gjenopprettbart system er alltid høyere enn for et ikke-gjenopprettbart system hvis gjenoppretting av mislykkede elementer er mulig under systemdrift;

Jo kortere gjenopprettingstiden er, jo høyere, alt annet likt;

Jo høyere mangfoldet av samme type redundans er, desto høyere er kostnaden, vekten, dimensjonene til systemet, desto større er det nødvendige volumet av reservedeler, driftskostnadene, samt kostnadene ved en systemfeil.

Disse egenskapene begrenser bruken av redundans for å forbedre påliteligheten til komplekse systemer med lang driftstid. Du kan øke effektiviteten av redundans på følgende måter.

1. Anvendelse av skyvereservasjon, med endret struktur, med automatisk kontroll av reservestatus.

2. Innføring av redundans med brøkdelt multiplisitet for å øke påliteligheten til diskret utstyr i nærvær av feil.

3. Bruk av spesielle redundante kretser som tillater reparasjon av feilslåtte backup-enheter uten å slå av systemet.

4. Konstruksjon av kretser når svikt i hoved- eller backup-elementer (enheter) ikke endres eller endres innenfor akseptable grenser, hovedutgangskarakteristikkene til systemet.

5. Anvendelse av systemer for kontinuerlig og pålitelig overvåking av påliteligheten til systemet og dets enheter for å oppdage feil og redusere gjenopprettingstiden.

6. Øke vedlikeholdsevnen til systemet for å redusere gjenopprettingstiden til det redundante systemet.

Glidende redundans, under visse forhold, kan øke påliteligheten til et komplekst system betydelig med en liten økning i vekt, dimensjoner og kostnader. Så, for eksempel, generell redundans av multiplisitet m c når redundant ved erstatningsmetoden er ekvivalent når det gjelder pålitelighet med glidende redundans med antall redundante elementer lik antall redundante systemer; en slik betydelig gevinst kan bare oppnås dersom hovedsystemet består av lignende erstatningselementer.

Reservasjon med en brøkdelt multiplisitet, for eksempel i henhold til et to av tre-skjema, lar deg sammenligne to eller tre samtidig oppnådde måle- eller beregningsresultater uten betydelig tap av tid. Dette gjør det mulig å øke påliteligheten til målesystemer og datamaskiner betydelig ved feil i dem. Slik redundans kan føre til en reduksjon i pålitelighet fra plutselige feil som sammenbrudd, brudd og kortslutninger i elektriske kretser.

Påliteligheten til strukturelt overflødige systemer kan forbedres betydelig når systemdesignet tillater reparasjon av defekte enheter uten å slå av systemet. Hvis reparasjonstiden er kort sammenlignet med gjennomsnittlig tid mellom feil, lar redundans med gjenoppretting deg øke tiden mellom feil med hundrevis og tusenvis av ganger sammenlignet med et ikke-redundant system, selv med en redundansfaktor på m c = 1, det vil si med duplisering.

4.3. Systempålitelighetsmodeller for strukturell redundans

Modeller for pålitelighet av tekniske systemer med strukturell redundans bestemmes hovedsakelig av typen redundans og vedlikeholdsdisiplinen.

4.3.1. Pålitelighetsmodeller av ikke-restaurerbare tekniske systemer.

I fravær av reparasjon av mislykkede elementer i strukturelt overflødige systemer, vil følgende forutsetninger i et stort antall tilfeller være gyldige:

Det er ingen ettervirkning av elementfeil;

Alle elementene fungerer samtidig;

Elementfeil er uavhengige hendelser.

Under disse forutsetningene, for alle metoder og metoder for strukturell redundans vist i fig. 1 , bør det brukes en modell av parallellseriekretser for pålitelighetsberegninger. En slik modell gjør det mulig å estimere sannsynligheten for feilfri drift av et strukturelt redundant system ved å bruke kjente teoremer for sannsynlighetsteori (addisjon, multiplikasjon) og totalsannsynlighetsformelen.

Gjennom sannsynligheten for feilfri drift P(t), kan du få andre pålitelighetsindikatorer ved å bruke følgende formler:

Tid til første fiasko

Sannsynlighet for feil

Q(t) = 1 - P(t), (2)

Feilrate (fordelingstetthet av tid til feil)

F(t) = Q"(t), (3)

Strykprosent

Denne modellen kan også brukes på strukturelt redundante ikke-gjenopprettelige systemer, hvis funksjon ikke er redusert til serieparallelle kretser.

4.3.2. Modell for pålitelighet av ikke-reparerbare tekniske systemer med kompleks struktur.

Hvis funksjonen til et strukturelt overflødig system ikke reduseres til en serie-parallell struktur, er det nødvendig å sette sammen en matrise med gunstige hypoteser for å vurdere påliteligheten og beregne summen av sannsynlighetene deres. Beregningsprosedyrer forenkles hvis funksjonen til systemet er beskrevet av funksjonene til logisk algebra. Bruken av logisk-probabilistiske modeller gjør det mulig å formalisere beregningsprosedyrer og betydelig forenkle dem.

Sannsynligheten for feilfri drift av et system med en kompleks struktur beregnes ved hjelp av formelen

(5)

hvor P i (t) er sannsynligheten for den i-te gunstige hypotesen, n er antall gunstige hypoteser.

Andre pålitelighetsindikatorer beregnes ved å bruke formlene ( 1 ) - (4 ).

4.3.3. Pålitelighetsmodeller for restaurerte strukturelt overflødige systemer.

Den vanligste modellen er køtypen. I dette tilfellet dannes strømmen av forespørsler om service av systemer som sviktet på et tilfeldig tidspunkt, og servicemyndigheten er et reparasjonsverksted eller vedlikeholdspersonell.

I denne modellen er ulike tjenestedisipliner mulige: med direkte, omvendt og tildelt prioritet. Med direkte prioritet blir defekte enheter betjent i den rekkefølgen de mottas for reparasjon; med omvendt prioritet blir enheten som sviktet sist betjent først. Med tildelt prioritet tildeles reparasjonssekvensen for defekte enheter på forhånd.

Køtypemodellen lar deg analysere strukturelt redundante systemer med et annet antall tjenesteorganer. I dette tilfellet kan systemet enkelt beskrives med ligninger som å sette funksjonen til systemet i kø for enhver metode og metode for redundans, hvis feil- og gjenopprettingsflytene er de enkleste (Markov-modellen). Hvis feilstrømmene ikke er de enkleste (semi-Markov-modellen), er pålitelighetsanalyse praktisk talt mulig bare for relativt enkle tilfeller av redundans, for eksempel generell redundans med en heltalls multiplisitet.

Når man analyserer påliteligheten til komplekse svært pålitelige systemer, overskrider gjennomsnittstiden mellom feil vanligvis betydelig gjennomsnittstiden til gjenoppretting, det vil si. Hvis hvor? - utvinningsintensitet, så har vedlikeholdsdisiplin en liten innvirkning på systemets pålitelighet.

4.4. Beregning av påliteligheten til systemer med strukturell redundans.

4.4.1. Pålitelighetsindikatorer.

Pålitelighetsindikatorer for redundante systemer som ikke kan gjenopprettes kan være:

P(t) - sannsynlighet for feilfri drift over tid;

T 1 - gjennomsnittlig tid mellom feil (gjennomsnittlig tid til første feil);

F(t) - feilrate (fordelingstetthet av tid til første feil);

?(t) - feilfrekvens.

Pålitelighetsindikatorer for gjenopprettede redundante systemer er:

K r (t) er beredskapsfunksjonen (sannsynligheten for at systemet i øyeblikket er i god stand);

Tilgjengelighetsfaktor;

T - tid mellom feil;

?(t) - feilflytparameter.

Det er klare avhengigheter mellom de angitte pålitelighetsindikatorene for både ikke-gjenopprettbare og utvinnbare systemer, selv om de kan være vanskelige å etablere for visse typer redundans. Derfor er det i praksis ikke nødvendig å beregne påliteligheten til systemet i henhold til alle indikatorer. En eller to indikatorer er nok.

Det er mest hensiktsmessig å vurdere påliteligheten til redundante, ikke-gjenopprettelige systemer ved å bruke sannsynligheten P(t). Denne indikatoren lar deg mest mulig vurdere påliteligheten, den er ganske klar og relativt enkel å beregne for hovedmetodene og metodene for redundans vist i fig. 1 .

MTBF T 1 bør ikke brukes til å vurdere påliteligheten til redundante systemer av følgende grunner:

Loven om fordeling av tid til den første feilen i et redundant system er multi-parameter; i dette tilfellet evaluerer ikke den matematiske forventningen T 1 til en tilfeldig variabel - tiden frem til den første feilen - selve den tilfeldige variabelen fullt ut;

T 1 er en integrert indikator og beregnes av formelen

hvorfra det kan ses at sannsynligheten for feilfri drift er integrert langs hele tidsaksen. Hvis systemet er designet for kort driftstid t, vil formelen ( 1 ) tar ikke hensyn til dette.

Feilfrekvens F(t) og feilintensitet?(t) er ikke tilstrekkelig klare, de er ikke inkludert i andre mer generelle indikatorer for systemer, som effektivitet, kvalitet, derfor brukes disse indikatorene som hjelpeindikatorer i pålitelighetsberegninger.

Det er tilrådelig å evaluere påliteligheten til redundante utvinnbare systemer ved hjelp av beredskapsfunksjonen K r (t) eller tilgjengelighetskoeffisienten K g. Den første brukes til å vurdere påliteligheten til redundante systemer med kort driftstid, den andre - med lang operasjonstid. For å analysere påliteligheten til overflødige, utvinnbare systemer for langvarig bruk, kan du også bruke gjennomsnittlig tid mellom feil.

Komplekse systemer fungerer vanligvis i forskjellige moduser. I en modus tillater de kanskje ikke reparasjon, i en annen kan de repareres. Når du utfører noen funksjoner, kan det hende at systemet ikke er redundant; når du utfører andre funksjoner, kan det være strukturelt overflødig. For eksempel er kontrollsystemet til et fly under flyging praktisk talt ikke reparerbart, men etter landing er det fullstendig utvinnbart. I slike tilfeller bør pålitelighetsanalyse utføres ved å bruke flere kriterier. For eksempel, når det gjelder et flykontrollsystem, av sannsynligheten for feilfri drift i løpet av flytiden og av tilgjengelighetsfaktoren. Siden alle pålitelighetsindikatorer har entydige avhengigheter seg imellom, er det ett av mange kriterier, hvis tilfredsstillelse fører til at alle pålitelighetsindikatorer leveres.

I multikriteriesystemer er det tilrådelig å bruke generaliserte kriterier. Ved et flykontrollsystem kan et generelt pålitelighetskriterium være sannsynligheten for at kontrollsystemet er klart til drift på et hvilket som helst vilkårlig tidspunkt t og ikke vil svikte i løpet av flytiden.

4.4.2. Beregning av påliteligheten til redundante ikke-gjenopprettelige systemer.

Beregning av påliteligheten til redundante systemer vist i fig. 1 , utføres i henhold til følgende formler.

a) Generell redundans med alltid-på-reserve:

(7)

(8)

hvor T 0 er tiden frem til den første feilen i ett ikke-redundant system;

P(t) er sannsynligheten for feilfri drift i løpet av tiden t for ett ikke-redundant system; m - reservasjonsforhold.

b) Generelt forbehold ved utskifting:

(9)

(10)

Hvor? - feilfrekvens for én ikke-redundant enhet.

c) Separat redundans med alltid-på-reserve:

(11)

hvor Pi(t) er sannsynligheten for feilfri drift i løpet av tiden t for ett element i den i-te redundante noden; m - antall reserverte noder.

d) Separat reservasjon med erstatning:

(12)

Pålitelighetsanalysen av redundante ikke-gjenopprettelige enheter med blandede typer redundans utføres også ved hjelp av formler. For tilfeller når strukturdiagrammet for operasjonen er redusert til en serie-parallell formel, kan de oppnås ved å bruke de velkjente teoremene for addisjon og multiplikasjon av sannsynligheter og total sannsynlighetsformel.

Hvis driften av systemet ikke reduseres til en serieparallell krets, bør sannsynligheten for feilfri drift beregnes ved hjelp av formelen

hvor P i (t) er sannsynligheten for den i-te gunstige hypotesen;

N er antall gunstige hypoteser.

For å beskrive funksjonen til systemet i dette tilfellet og beregne P(t), er det tilrådelig å bruke logisk-probabilistiske metoder.

4.4.3. Beregning av påliteligheten til gjenopprettede redundante systemer.

Beregningsformler for å oppnå indikatorer K g (t), K g og T kan kun oppnås for enkle tilfeller av redundans med begrenset multiplisitet m c. Generelt brukes en kømodell. Beregningsmetoden er som følger.

1. Det utarbeides et strukturskjema for pålitelighetsberegning. Feilfrekvensen og gjenopprettingsfrekvensen for hver enhet er angitt.

2. En graf over systemtilstander er konstruert under hensyntagen til den spesifiserte vedlikeholdsdisiplinen.

3. Et system med differensialligninger av køtypen er kompilert.

4. Ligningssystemet løses på en datamaskin ved hjelp av standardprogrammer.

I tilfellet når antallet systemtilstander er veldig stort (flere hundre eller flere), lar den presenterte metoden ikke finne pålitelighetsindikatorer med den nødvendige nøyaktigheten. I slike tilfeller kan du bruke en av følgende teknikker:

a) forening (utvidelse) av systemstater;

b) å kombinere baner til tilstandsgrafen;

c) forkorte tilstandsgrafen.

Disse teknikkene gjør det mulig å vurdere påliteligheten til et komplekst system ovenfra og nedenfra.

Følgende teknikk kan også være effektiv.

1. Det utarbeides et strukturskjema for pålitelighetsberegning.

2. Ordningen er delt inn i egne selvstendige restaureringsseksjoner.

3. Tilstandsgrafer er konstruert for alle uavhengige seksjoner.

4. Et system med differensialligninger av køtypen er kompilert for hver av seksjonene.

5. Et likningssystem løses på en datamaskin, og pålitelighetsindikatorene K g (t), K g og T finnes for individuelle uavhengige seksjoner.

6. Systempålitelighetsindikatorer beregnes ved å bruke kjente pålitelighetsindikatorer for seksjoner ved bruk av formlene

(14)

hvor K g i er tilgjengelighetsfaktoren til den i-te uavhengige seksjonen;

T i - tid mellom feil i den i-te uavhengige delen;

K er antall uavhengige seksjoner.

Hvis systemets gjennomsnittlige tid mellom feil overskrider den gjennomsnittlige gjenopprettingstiden betydelig, vil . Når vi kan anta at prioriteringen av vedlikehold praktisk talt ikke har noen innvirkning på påliteligheten til et komplekst system. Det er da rimelig å anta at systemvedlikehold utføres med omvendt prioritet.

Med denne tjenestedisiplinen beskrives funksjonen til et komplekst system av en tretypegraf, og løsningen kan fås i form av analytiske uttrykk. For et stort antall stater kan løsningen oppnås ved numeriske metoder ved bruk av en datamaskin.

4.5. Valg av systemstruktur for gitte pålitelighetskrav.

Når man velger en systemstruktur som tilfredsstiller krav til pålitelighet, bør man bruke prinsippet om systemets lik styrke i betydningen dets pålitelighet. Basert på dette prinsippet bør like komplekse deler av systemet være like pålitelige. Det følger av dette at dersom et system ikke oppfyller kravene til pålitelighet, så er det nødvendig å først forbedre påliteligheten til de minst pålitelige delene av systemet. I dette tilfellet er det nødvendig å ta hensyn til begrensninger på den fysiske gjennomførbarheten av typer og reservasjonsmetoder.

Strukturen til systemet oppnådd på denne måten vil ikke være optimal med tanke på vekt, kostnad og dimensjoner. For å få en optimal struktur er det nødvendig å formulere og løse et optimaliseringsproblem. Dette problemet reduseres til et optimalt reservasjonsproblem med begrensninger på fysisk gjennomførbarhet.

Når du velger en redundant systemstruktur under designprosessen, er det nyttig å vurdere følgende retningslinjer.

1. Gevinsten i systempålitelighet for enhver type strukturell redundans er høyere, jo mer pålitelige enhetene er redundante. Fra denne hovedmotsigelsen av strukturell redundans følger det at bruken er tilrådelig i tilfelle alle andre metoder for å øke påliteligheten til elementer og enheter i et komplekst system er akseptert.

2. Den største gevinsten i pålitelighet kommer fra glidende reservasjon, deretter separat med erstatning, separat med alltid-på-reserve, og til slutt generell, separat og generell med erstatning. Denne uttalelsen er sann uten å ta hensyn til den fysiske gjennomførbarheten av strukturell redundans, som krever ytterligere tekniske enheter. For eksempel krever glidende redundans lignende elementer i hovedsystemet og kontinuerlig overvåking av deres status, noe som bare kan sikres ved hjelp av kontroll- og kommunikasjonsmaskiner. Slike maskiner kan være ganske komplekse og upålitelige, og rullende reservasjoner kan være mindre effektive enn andre typer.

Med separat strukturell redundans med alltid-på-reserve kan det være vanskelig å sikre stabilitet i systemets utgangsegenskaper. Utgangsegenskapene ved svikt i hoved- eller reserveelementene kan endres så mye at det oppstår en systemfeil. Alt dette må tas i betraktning ved valg av reservasjonstype. Et rimelig valg av type strukturell redundans kan kun gjøres som et resultat av en komparativ analyse av mulige alternativer.

3. For å øke påliteligheten til komplekse ikke-gjenopprettelige systemer designet for å fungere i kort tid (flere timer), er den mest effektive metoden for å sikre pålitelighet redundans med alltid-på backup. Dessuten er det i et stort antall tilfeller nok å beskytte systemet mot bare én feil, dvs. bruke delt duplisering. Systemer av denne typen kan være flykontrollsystemer, beskyttelsessystemer mv.

4. I komplekse systemer med høy feilrate, så vel som i ulike målesystemer, er det nyttig å bruke brøkredundans, vanligvis implementert ved hjelp av matchende (“stemme”) kretser, for å øke påliteligheten.

5. For å øke påliteligheten til gjenopprettede systemer, er det mest tilrådelig å ha redundans med muligheten til å gjenopprette defekte enheter uten å slå av systemet. Samtidig er den mest effektive måten å øke påliteligheten på å redusere gjenopprettingstiden for mislykkede elementer.

5 . UTVALG AV MÅTER OG METODER FOR MIDLERTIDIG RESERVERING

5.1. Grunnleggende metoder og metoder for midlertidig reservasjon.

5.1.1. Økt systemdriftstid.

Systemet har en måldato T for å fullføre en spesifikk oppgave. Tidsintervallet mellom tidspunktet for mottak av oppgaven t o og måldatoen T for dens fullføring er driftstiden til systemet t = T - t o. Overskuddet av driftstid t over minimumskravet utgjør en ikke-påfyllbar tidsreserve t p = t - t z. Hvis arbeidsmengden under en oppgave kan beregnes på forhånd, så er slakktiden en kjent mengde. Hvis mengden arbeid er ukjent og er en tilfeldig variabel, vil slakktiden være en tilfeldig variabel. Økende driftstid forbedrer de sannsynlige egenskapene ved fullføring av oppgave, men reduserer faktisk produktivitet. Tapene knyttet til dette vil bli kostnadene for å sikre pålitelighet, som bør sammenlignes med kostnadene til backuputstyr for strukturell redundans.

5.1.2. Økning i produktivitet.

Hvis ytelsen til systemet Co er slik at den planlagte mengden arbeid fullføres nøyaktig innenfor den tildelte driftstiden t, er det ingen reservetid. Hvis du øker produktiviteten med mengden DC = С o - С, kan det samme volumet av oppgaven fullføres på tiden t з = tC / С o, og deretter den gjenværende tiden t р = t - t з = tDC / С o danner en tidsreserve. Redundanskostnader er forbundet med ufullstendig bruk av nominell kapasitet og en mulig økning i den totale strømmen av elementfeil.

5.1.3. Flerkanals tilkobling av elementer.

Flere strukturelle elementer i systemet, som hver har en kapasitet C, kan kobles parallelt for å utføre en felles oppgave. Det finnes to typer parallellkobling. Med en backup-tilkobling er noen av elementene, kalt de viktigste, inkludert i nyttig arbeid og gir systemet en viss C o-ytelse. Den andre delen av elementene, kalt reserve enere, er ment å opprettholde driften av systemet og stabilisere den nominelle ytelsen på CO-nivået. Reserveelementer er inkludert i nyttig arbeid etter svikt i hovedelementene. En annen type parallellforbindelse er en flerkanalsforbindelse, der alle funksjonelle elementer utfører nyttig arbeid, og øker systemytelsen. Produktivitetsreserven skaper en tidsreserve. Flerkanalssystemer inkluderer flertråds automatiske linjer i maskinteknikk, flertråds rørledningstransportsystemer i energisektoren, multi-prosessor datasystemer, flerkanals kommunikasjonssystemer, flerkanals målesystemer.

Ytelsen til et system med m operasjonelle kanaler bestemmes av formelen Co = K m mc, der K m er parallellitetskoeffisienten, som tar hensyn til de iboende produktivitetstapene for å organisere parallelt arbeid og oppgavens tilpasningsevne til parallellisering ( 1/m ? K m ? 1). Den maksimale mengden arbeid som kan fullføres på driftstid t er lik V m = C o t. Hvis arbeidsvolumet V< V m , то образуется резерв времени t р = t (1 - V / V m).

Hvis V / V m > (m - 1) K m-1 / mK m, kan ingen av de parallelle arbeidselementene fjernes fra systemet under hele oppgavens varighet, selv om de andre fungerer feilfritt. Dette er en av de karakteristiske egenskapene som skiller en flerkanalsforbindelse fra en sikkerhetskopi.

5.1.4. Oppretting av varelager i lagerenheter.

I systemer hvis hovedytelseskriterium er ankomsten av ferdige produkter ved utgangen i en gitt rytme, kan mellomliggende eller utgående produktlagringsenheter brukes for å øke påliteligheten. Feil på enheter som befinner seg mellom systeminngangen og en lagringsenhet som inneholder en forsyning av produkter, fører ikke til systemfeil før reservene i alle lagringsenheter mellom den defekte enheten og systemutgangen er oppbrukt. Hvis bare én frekvensomformer er installert i systemet ved systemutgangen, oppretter den en tidsreserve som tilsvarer tidsintervallet der mangelen på utgangsprodukter på grunn av en feil kan kompenseres for av reservene i frekvensomformeren. En slik reserve, når det gjelder graden av påvirkning på systemets pålitelighet, tilsvarer den generelle ikke-fornybare tidsreserven omtalt i avsnitt. 5.1.1 . Lageret av produkter i mellomlageret skaper en reserve for en gruppe enheter plassert mellom lageret og systeminngangen. Derfor kalles det gruppereserve.

Delsystemet som ligger mellom inngangen til et sekvensielt system og den nærmeste stasjonen, mellom tilstøtende stasjoner, mellom den siste mellomstasjonen og utgangen til systemet kalles en fase eller seksjon av systemet. Et system som inneholder minst én mellomlagringsenhet kalles multifase (multiseksjon). Hver fase kan være en-kanal eller multi-kanal. Varianter av strukturer av flerfasesystemer er vist i fig. 2 .

Etterfylling skjer på en av tre måter:

På grunn av periodiske eksterne leveranser av produkter;

På grunn av inngangsfasen ytelsesreserve;

Ved feil i utgangsfasen på grunn av mottak av produkter fra inngangsfasen.

Reservasjonskostnader er forbundet med installasjon av stasjoner, lagring av reserver i dem, vedlikehold av stasjoner og midlertidig ekskludering av produkter som utgjør reserven fra produksjonssyklusen.

Ris. 2. Varianter av strukturer av flerfasesystemer.

Ris. 3. Rekursiv konstruksjon av strukturer av flerkanals flerfasesystemer

5.1.5. Oppretting av funksjonell treghet av systemer.

Funksjonell treghet ligger i det faktum at når individuelle elementer svikter, endringen i systemets tilstand, bestemt av settet med utgangsparametere og representert av et punkt i det flerdimensjonale rommet med tillatte parameterverdier, gjør overgangen til en ny stabil tilstand ikke skje umiddelbart, men med en viss begrenset hastighet. Hvis den endelige tilstanden er inoperabel, krysses grensen for operasjonsområdet ved overgang til en ny tilstand, tolket som en systemfeil. Tidsintervallet fra det øyeblikket et element ikke oppstår til systemet svikter danner en reservetid. Mengden tidsreserve kan reguleres med tekniske midler, spesielt ved å undertrykke eksterne forstyrrelser som fører til endringer i utgangsparametrene til systemet, ved å bruke støybestandige driftsalgoritmer, endre (tilrettelegge) driftsmodusen, filtrere høyfrekvente komponenter av systemets bevegelse, aktivere korrigerende handlinger som reduserer hastigheten på endring av parametere eller øker lengden på bevegelsesbanen innenfor ytelsesområdet. Det følger at å opprette en tidsreserve krever visse maskinvarekostnader og mer fleksibel kontroll av systemdriften. Disse kostnadene kan sammenlignes med kostnadene ved andre typer og reservasjonsmetoder. Den mest effektive anvendelsen av denne metoden er i kontrollsystemer for kontinuerlige teknologiske prosesser, varmeforsyningssystemer, termisk stabilisering, livsstøtte, mekaniske systemer med gradvise parametriske feil, etc. Tidsreserven kan brukes til å eliminere elementfeil. Hvis en feil elimineres før tidsreserven utløper, blir den ikke til en systemfeil, noe som sikrer siling av strømmen av feil og øker påliteligheten.

5.1.6. Bruk av perioder med tomgang av systemet og dets individuelle enheter for å gjenopprette tekniske egenskaper. Delvis systemlasting er en type last backup. Perioder med lediggang brukes som en reserve av tid for å gjenopprette drift, utføre kontrollprosedyrer og gjenopprette varelager til standardnivåer. Gitt et visst mønster for mottak av forespørsler om arbeid, avhenger verdien av tidsreserven også av ytelsen til systemet. Du kan øke reservetiden ytterligere ved å bruke parallellkoblinger av elementer.

5.1.7. Blandede metoder. Alle de tidligere oppførte tidsreservasjonsmetodene kan brukes i ulike kombinasjoner. De mest brukte metodene er:

Øke produktiviteten og skape funksjonell treghet;

Multi-kanal tilkobling og opprettelse av produktbeholdning;

Øk produktiviteten og dra nytte av inaktive perioder.

I den første og andre metoden opprettes en kombinert tidsreserve med komponenter som ikke kan etterfylles og etterfylles i systemene. Med den tredje metoden opprettes også en kombinert tidsreserve, men den etterfylte delen brukes kun i pauser mellom oppgaveutførelsesintervallene.

5.2. Metoder for å øke effektiviteten av tidsreserve.

5.2.1. Forbedret vedlikeholdsevne. Ved å redusere restitusjonstiden kan du øke gjennomsnittlig antall restitusjoner utført i løpet av slakktiden og sannsynligheten for restitusjon under slakktiden. Følgelig øker antallet lignelsesfeil og alle pålitelighetsindikatorer øker.

5.2.2. Redusere andelen avskrivende feil og verdien av avskrivende driftstid.

Avskrivningen av driftstiden oppstår på grunn av de irreversible negative konsekvensene av feil, noe som fører til tap av en viss kvalitet av gjenstanden (vare) av behandlingen (defekter i bearbeiding av deler, brudd på metallsmelteteknologi, uoppdaget forvrengning av informasjon). Avskrivning av arbeid medfører behov for å gjenta hele eller deler av arbeidet. Tiden som kreves for dette trekkes fra reservetiden, noe som reduserer effektiviteten til tidsreserven. For å redusere andelen ugyldige feil, brukes ulike beskyttelsesmidler: feller for feil i informasjonsbehandlingen, forhindrer ukontrollert spredning av konsekvensene av informasjonsforvrengning; blokkerende enheter som forhindrer mekanisk skade på nodene som behandles; enheter for å bytte driftsmodus i automatiserte prosesskontrollsystemer, overføre den teknologiske prosessen til en akseptabel ikke-nødtilstand i tilfelle feil i kontrollutstyr. For å redusere mengden avskrevet driftstid, etableres kontrollpunkter i informasjons- og datasystemer, hvorfra det er mulig å gjenta det nåværende arbeidsstadiet. Når en oppgave er delt inn i et stort antall trinn, kan den avskrevne driftstiden avta flere ganger.

5.2.3. Organisering av gjensidig bistand og utskiftbarhet av kanaler i et flerkanalssystem.

Den enkleste formen for å organisere arbeidet til et flerkanalssystem er å dele opp den overordnede oppgaven i flere autonome deler utført av separate kanaler. Men når koblinger mislykkes, kan utførelsen av en del av en jobb bli betydelig forsinket og forsinke fullføringen av hele jobben. Tiden som kreves for å fullføre en oppgave kan reduseres ved å organisere samhandling og gjensidig assistanse mellom kanaler. Da kan kanalene som fullførte sin del av oppgaven tidligere enn andre være med på å fullføre en annen del av oppgaven. Med slik utskiftbarhet av kanaler vil ingen av arbeidskanalene være inaktive før hele oppgaven er fullført.

5.2.4. Oppretting av effektive algoritmer for parallellisering av oppgaver.

En jobb som utføres sekvensielt på et enkeltkanalsystem kan utføres på et flerkanalssystem under forhold med midlertidig redundans hvis en effektiv parallelliseringsalgoritme blir funnet. I det mest gunstige tilfellet reduseres oppgavegjennomføringstiden i omvendt proporsjon med antall kanaler, uavhengig av antall kanaler. En slik oppgave kalles uendelig delelig. I det minst gunstige tilfellet, når det ikke er mulig å lage en parallell algoritme, reduseres ikke oppgaveutførelsestiden sammenlignet med et enkeltkanalsystem (tilfellet av en udelelig oppgave). Alle andre tilfeller faller mellom disse ytterpunktene. Effektiviteten av parallellisering vurderes av koeffisienten K, lik forholdet mellom forskjellen mellom oppgavegjennomføringstidene i det minst gunstige tilfellet og ved bruk av denne algoritmen til forskjellen i oppgavegjennomføringstidene i de mest og minst gunstige tilfellene. Denne koeffisienten varierer fra 0 til 1. Tidsreserven er maksimal ved K = 1.

5.2.5. Organisering av effektiv overvåking og diagnostikk.

Med begrenset fullstendig kontroll oppstår perioder med skjult feil, siden feil som ikke oppdages av kontrollmidler oppdages av sekundære manifestasjoner med en viss forsinkelse. Disse periodene reduserer tidsreserven. I tillegg kan drift med sviktet utstyr føre til avskrivning av driftstid og ytterligere reduksjon i reservetid. Upålitelig kontroll forårsaker falsk aktivering av diagnostiske prosedyrer og ekstra forbruk av reservetid. På den annen side oppnås en økning i fullstendigheten og påliteligheten av kontrollen ved å bruke ekstra ressurser og forårsaker en reduksjon i påliteligheten. Følgelig øker den totale utvinningstiden og forbruket av reservetid i gjennomsnitt. For å øke effektiviteten av midlertidig reservasjon, er det nødvendig å optimalisere parametrene til kontroll- og diagnoseverktøy. Da vil totalforbruket av reservetid være minimalt.

5.2.6. Forbedret vedlikeholdsevne.

Restitusjonstid utgjør hoveddelen av den brukte reservetiden i mange systemer. Derfor tilsvarer å forbedre vedlikeholdsevnen å øke slakktiden. Effektiviteten til sikkerhetskopiering bestemmes ikke av den absolutte verdien av slakktiden, men av forholdet til den gjennomsnittlige gjenopprettingstiden.

5.2.7. Bruker blandede reservasjoner. Hovedegenskapen til redundans er også observert i systemer med en tidsreserve: gevinsten i pålitelighet fra innføringen av en tidsreserve er høyere, jo mer pålitelig det opprinnelige systemet er. For å øke effektiviteten av midlertidig reservasjon kan derfor strukturelle reservasjoner brukes. Den totale gevinsten i pålitelighet overstiger produktet av gevinstene oppnådd separat for begge typer redundans.

5.3. Klassifisering av systemer med tidsreserve- og pålitelighetsberegningsordninger.

5.3.1. Hovedklassifiseringsskjemaet inneholder to grupper klassifikasjonskarakteristikker: typen distribusjonslov og strukturelle parametere.

5.3.2. For å indikere typen distribusjonslov brukes to sifre, der lovene for fordeling av driftstid og gjenopprettingstid er angitt. For å indikere standardfordelinger brukes følgende notasjoner: M - eksponentiell, E - Erlang, N - normal, W - Weibull-Gnedenko, D - degenerert, ?M - hypereksponentiell, G - pro5.3.3. Antall kanaler m og antall faser n brukes som strukturelle parametere. I dette tilfellet er en av disse parameterne skrevet i parentes, og indikerer dermed hvilken tilkobling (parallell eller seriell) som er ekstern. Når du skriver m(n), er parallellforbindelsen ekstern (fig. 3 , a), og når du skriver m(n) - sekvensiell (fig. 3 , b).

5.3.4. Hver kanal i hver fase kan på sin side ha en serie-parallell forbindelse av typen m 1 (n 1) eller (m 1) n 1. En felles indikasjon på systemstrukturen og kanalstrukturen fører til oppføringene: m(n(m 1 (n 1))), m(n((m 1)n 1)), (m(m 1 (n 1) ))n, (m((m 1)n 1))n (fig. 3 , c - e).

Fra fig. 3 det er tydelig at kretsen m(n((m 1)n 1)) er ekvivalent med m(nn 1 (m 1)), og kretsen (m(m 1 (n 1)))n er ekvivalent med krets (mm 1 (n 1) )n. Om nødvendig er rekursiv komplikasjon av strukturen mulig.

5.3.5. I hver klasse kan det i tillegg angis fem hjelpekarakteristikker, i henhold til hvilke underklasser X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 dannes. Siffer X 1 betyr typen tidsreserve (0 - ikke etterfyllbar, 1 - etterfylles, 2 - kombinert, 3 - med komplekse begrensninger), siffer X 2 - type feil i henhold til konsekvensene (0 - ikke-avskrivende, 1 - avskrivende, 2 - begge typer). I X 3-kategorien registreres tilstedeværelsen av andre typer redundans (0 - ingen andre typer redundans, 1 - strukturell redundans, 2 - andre). I X 4-kategorien er typen ytelsesovervåking som brukes (0 - kontinuerlig, 1 - periodisk, 2 - blandet). Rad X 5 gjenspeiler typen systembelastning (0 - kontinuerlig, 1 - variabel eller tilfeldig). Når underklasser forstørres i noen kategorier, settes likegyldighetstegnet X.

La oss se på to eksempler på notasjoner: MM1(1)(00000) - enkanals enfasesystem med eksponentielle fordelinger av driftstid og gjenopprettingstid, ikke-påfyllbar tidsreserve, ikke-avskrivende feil, uten andre typer redundans, med kontinuerlig overvåking og kontinuerlig lasting;

WE m (1)(22111) er et flerkanals enfasesystem med Weibull driftstidsfordeling, Erlang restitusjonstidsfordeling, kombinert tidsreserve, to typer feil, periodisk overvåking og tilfeldig belastning.

Om nødvendig, i X 5-kategorien, kan du i tillegg bruke indeksene ij for å registrere antall stadier av oppgaven (eller varigheten av etappen) og typen distribusjon av volumet til oppgaven eller fasen av oppgaven.

5.4. Innledende data for beregning av pålitelighet og parametere for valg under systemsyntese.

Følgende informasjon kreves som inngangsdata for beregning av pålitelighet.

vilkårlig fordeling.

5.4.1. Klassifiseringskriterier satt sammen i samsvar med reglene i paragraf. 5.3 og har formen GG mn (X 1 X 2 X 3 X 4 X 5).

5.4.2. Pålitelighet og vedlikeholdsegenskaper. For et system av typen MM mn er vektorene L og M for feil- og gjenopprettingshastigheter indikert, for et system EE mn - to sett med Erlang-fordelingsparametere: (mi, ? i) og (ki, ? i), . Parametre for andre distribusjoner legges inn på samme måte.

5.4.3. Kanalytelse hvor i er fasenummeret, j er kanalnummeret. Hvis hver kanal har en kompleks struktur, øker antallet indekser og antall elementer i settet.

5.4.4. Lagringskapasitet der i er fasenummeret, j er kanalnummeret. Spesielt kan det være en lagringsenhet med praktisk talt ubegrenset kapasitet. Introduser deretter notasjonen

5.4.5. Innledende fylling av stasjoner. Det er åpenbart det

5.4.6. Den tillatte nedre verdien for ytelsen til hver fase er C in. Hvis fasen er flerkanals, blir det tillatte antall kanaler m i * satt slik at fasen fullstendig mister sin funksjonalitet når antallet operasjonelle kanaler er mindre enn m i *, til tross for tilstedeværelsen av en tidsreserve.

5.4.7. Maksimal tillatt intensitet (hastighet) på etterfylling og forbruk av reserver i lagertanker og . En enhetsfeil ved stasjonsinngangen kan ikke motvirkes fullstendig ved å bruke reserver i stasjonen hvis C ij > q ij . Tilsvarende, hvis ytelsen til en defekt enhet ved utgangen av stasjonen er C ij >? ij, så vil påfylling av reserver skje med intensitet? ij, ikke C ij. Hvis da snakker de om ubegrenset lagringskapasitet.

5.4.8. Verdien av den øyeblikkelig etterfylte tidsreserven I det generelle tilfellet settes den separat for hver kanal i hver fase, siden forholdene under hvilke en teknologiforstyrrelse oppstår hvis gjenoppretting av funksjonalitet er forsinket, tas i betraktning. Dermed er den umiddelbart etterfylte reserven element-for-element. Men i prinsippet kan det være at t qij = t q - alle verdier er like.

5.4.9. Volumet av oppgaven V s, bestemt av mengden utgangsprodukt som må produseres av systemet. I mer komplekse tilfeller, i stedet for Vz, spesifiseres oppgavevolumet for hvert trinn V z i eller hver opptatt periode og hvert trinn V z ij. Basert på de gitte V- og ytelsesverdiene kan du bestemme minimumstiden som systemet trenger for å fullføre oppgaven i en fullt operativ tilstand. Denne tiden kalles jobbens varighet. Hvis oppgavevolumet er en tilfeldig variabel, vil D v (V) = P (V 3< V).

5.4.10. Generell ikke-etterfyllbar reservetid t p eller driftstid t. Hvis oppgavevolumet er fast og lik V 3, så er forholdet t = t 3 + t p tilfredsstilt. Hvis oppgavevolumet er en tilfeldig variabel, er en av verdiene t p eller t spesifisert, og den andre vil også være en tilfeldig variabel.

5.4.11. Andel avskrivende avslag. Denne verdien settes i det generelle tilfellet for hvert element i systemet og tolkes på en slik måte at hver feil som oppstår sannsynligvis vil avta.

5.4.12. Graden av utskiftbarhet av kanaler? i, hvor i er fasenummeret. Med fullstendig utskiftbarhet? i = 1. I fravær av utskiftbarhet? i = 0. Generelt er 0 ? ? jeg?1. På? Jeg< 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. Kontroll- og gjenopprettingsalternativer:

Fullstendighet av maskinvarekontroll i den j-te kanalen i den i-te fasen (K = 1, hvis feilene er ikke-forringende, K = 2, hvis avskrivninger);

Fullstendigheten av testprogramvarekontroll;

t ij - periode mellom kontrollpunkter (returpunkter);

t kij - tid brukt på dannelsen av et kontrollpunkt;

Ij er varigheten av stadiet kontrollert av gjentatt telling;

t rij - testingstid under programvarekontroll.

5.5. Tekniske metoder for å analysere påliteligheten til systemer med tidsreserve.

5.5.1. Indikatorer for påliteligheten til systemer med tidsreserve er sannsynlige kjennetegn ved følgende tilfeldige variabler:

T o (A) - driftstid før systemfeil;

T(A) - systemdriftstid til feil;

T p (A) - nyttig tid før systemfeil;

T in (t 3) - tidspunkt for oppgavefullføring med varighet t 3;

T? (t) total driftstid i et gitt tidsintervall (0, t);

T 1 (t 3) - total nedetid før oppgaven er fullført.

Her er A en vektor av systemparametere som bestemmer verdien av tidsreserven og betingelsene for bruk og etterfylling. Det spesifikke innholdet av disse parameterne er gitt i avsnitt. 5.4 . I systemer med ikke-avskrivende feil T(A) = T n (A), og med konstant oppgavevarighet T in (t 3) = T 1 (t 3) + t 3.

Hovedindikatoren på pålitelighet er sannsynligheten for feilfri drift

Tilsvarende ( 16 ) er definisjoner:

Med tanke på ( 18 ), kalles sannsynligheten for feilfri drift også sannsynligheten for fullføring av oppgaven.

Andre pålitelighetsindikatorer:

sannsynlighet for systemfeil (sannsynlighet for oppgavesvikt, sannsynlighet for driftssvikt)

strykprosent

(20)

betyr tid til fiasko

(21)

gjennomsnittlig oppgavegjennomføringstid

tilgjengelighetsfaktor

hvor e er den initiale inoperative tilstanden; - akseptabel restitusjonstid; T in (e) - gjenopprettingstid ved starttilstanden e; E 1 - sett med inoperative tilstander; operativ beredskapsforhold

(24)

hvor P e (t 3 , t p , A) er sannsynligheten for å fullføre oppgaven i starttilstanden e; E er settet av alle tilstander i systemet.

5.3.2. Metode for å beregne påliteligheten til et flerkanalssystem med ikke-avskrivende feil.

Alle tilstander i systemet er delt inn i delsett E i, som hver er karakterisert ved ytelse Ci og relativ ytelse hvor Co er ytelse i en fullt operativ tilstand. Funksjonsprosessen er redusert til en semi-Markov-prosess spesifisert av settet med funksjoner Рij(t) av sannsynlighetene for overganger fra tilstand i til tilstand j. Systemet utfører en oppgave av varighet t3 i nærvær av en ikke-utfyllbar tidsreserve tp. Introduksjon til sannsynligheter ( 17 ) indeksen for starttilstanden, komponerer vi et system med integralligninger

Gjennomsnittlig tid til feil bestemmes fra ligningssystemet

(26)

Den gjennomsnittlige fullføringstiden for oppgaven er summen av oppgavens varighet og gjennomsnittlig total ledig tid før oppgaven er fullført, bestemt fra ligningssystemet

For m = 1 ( 25 ) - (27 ) gå inn på ligninger for enkeltkanalsystemer.

5.5.3. Metode for å beregne påliteligheten til flerkanalssystemer med avskrivningsfeil.

I systemet diskutert i forrige avsnitt oppstår ugyldiggjøringsfeil, hvoretter oppgaven utføres på nytt. Feil fører til en reduksjon i produktivitet og er forbundet med en overgang fra settet E til E til +1. Ligningssystemet har formen

Gjennomsnittlig tid til feil og gjennomsnittlig nedetid før du fullfører en oppgave, finner du ved å bruke formlene:

5.5.4. Metode for å beregne påliteligheten til et flerkanalssystem med en kombinert reservetid.

Systemet består av m kanaler, som hver inkluderer N elementer koblet i serie. For å fullføre en oppgave av varighet t 3, har systemet en ikke-påfyllbar tidsreserve t p = t - t 3 . I tillegg, har hvert element i kanalen en feilrate? i , gjennomsnittlig restitusjonstid og har sin egen øyeblikkelig etterfylt tidsreserve t qi , . Pålitelighetsberegningen utføres i to trinn. På det første trinnet beregnes sannsynligheten for feilfri drift av en kanal ved hjelp av formelen

(30)

På det andre trinnet, ligningene ( 25 ) - (27 ), hvor E k = ek, dvs. alle sett har en tilstand, og sannsynligheten for overganger

Her er z antall reparasjonsteam; Р к j (t) = 0 for j ? k - 1, k + 1. For m = 1, metodene skissert i avsnitt. 5.5.2 - 5.5.4 kan brukes til å beregne påliteligheten til enkanalssystemer.

5.5.5. Metode for å beregne påliteligheten til tofasede enkanalssystemer med interne reserver.

Systemet har en nettverksstruktur og en innebygd lagringsenhet for lagring av produktbeholdning. Varelagre fylles på hvis produsert kvantum overstiger utstedt kvantum, og forbrukes hvis det er mangel på produsert produkt. Intensiteten av etterfylling og forbruk av varelager avhenger både av systemets nominelle ytelse og forbruksplanen, og av ytelsestilstanden til systemelementene. For å beregne pålitelighet lages det en modell der tilstandene tar hensyn til elementenes funksjonalitet og lagernivået i stasjonen. Vi introduserer sannsynlighetene P i (t) for at systemet i øyeblikket t er i i-te tilstand, og lageret er tomt eller fullt, og sannsynlighetstettheten P i (t, z) for at systemet i øyeblikket t er i den i-te tilstanden, og stasjonen er fylt til nivå z, 0< z < z 0 , z 0 - емкость накопителя. Эти функции находятся из системы уравнении в частных производных, записанной в векторной форме:

(32)

grensebetingelser: p (t, z o) = c 1 P (t), p (t, 0) = c 2 P (t);

startbetingelser: P (0) = P 0, P (0, z) = P 0 (z)

Elementer av vektorene A, B, B 1, c 1, c 2 er konstante tall og karakteriserer påliteligheten til systemelementer og systemytelse i ulike tilstander.

Når man finner sannsynligheten for feilfri drift, vil ligningssystemet ( 32 ) er kompilert kun for driftstilstander. Løsning ( 32 ) lar deg finne ønsket sannsynlighet:

(33)

hvor E 01 og E 02 er delsett av driftstilstander med grense- og mellomfylling av lagringsenheten.

Når du beregner tilgjengelighetsfaktoren til ligningen ( 32 ) består av alle systemtilstander, inkludert inoperative. Ved stor t forsvinner tidsderivertene, og i randbetingelsene blir sannsynlighetene på høyresiden endelige sannsynligheter. Det resulterende systemet med ordinære differensialligninger må løses med hensyn til sannsynlighetene Pi og sannsynlighetstetthetene Pi (z). Tilgjengelighetsfaktor

(34)

5.6. Beregningsforhold for grunnleggende permitteringsordninger.

5.6.1. Enkeltkanalsystem med ikke-avskrivende feil og øyeblikkelig etterfylt tidsreserve.

Enkeltkanalsystem med seriekobling av elementer med feilrate? i og fordelingen av restitusjonstid F i (t), har en øyeblikkelig etterfylt tidsreserve T d, med en gitt fordeling D(t). Da er sannsynligheten for feilfri drift

(35)

Gjennomsnittlig tid mellom feil

(36)

Gjennomsnittlig restitusjonstid

(37)

Tilgjengelighetsfaktor

5.6.2. Enkeltkanalsystem med ikke-avskrivende feil og ikke-fornybar tidsreserve.

Et system med seriekobling av elementer som har egenskaper? i og?, for å fullføre en oppgave av varighet t 3 har en ikke-påfyllbar tidsreserve t p . Da bestemmes sannsynligheten for å fullføre oppgaven av omtrentlige formler:

Formlene gir en garantert nøyaktighet på 10 -4.

Bety tid til fiasko

(40)

Gjennomsnittlig oppgavegjennomføringstid

Tilgjengelighetsfaktor

Hvis elementene har forskjellige verdier, estimeres sannsynligheten for å fullføre oppgaven ved å bruke øvre og nedre estimater:

1 - løsning til ligningen x = a (1 - exp (- x)), P 0 (?, ?) bestemmes av formelen ( 39 ).

5.6.3. Flerkanalsystem med utskiftbare kanaler, ikke-avskrivende feil og ikke-fornybar tidsreserve.

Et system som ikke kan gjenopprettes har m kanaler med feilfrekvens? og utfører en uendelig delbar oppgave av varighet, og har en reserve t 3 som ikke kan etterfylles. I henhold til driftsforholdene er det tillatt å redusere systemytelsen til null dersom reservetiden ikke brukes opp. Da kan sannsynligheten for å fullføre oppgaven bli funnet ved å bruke formelen:

Første del ( 44 ) er praktisk for store verdier av tidsreserven, og den andre, tvert imot, for små verdier. Bety tid til fiasko

Av formelen følger det at med økende reservetid øker gjennomsnittlig driftstid fra 1/m? opptil 1/?.

5.6.4. To-fase system med lagring av ubegrenset kapasitet og ytelsesreserve.

Systemet består av to delsystemer som har feilprosent? 1 , ? 2 og gjennomsnittlig restitusjonstid . En lagringsenhet med ubegrenset kapasitet med en driftstidsfordelingsfunksjon er installert mellom undersystemene . Produktiviteten til delsystemene 1 og 2 er slik at det er en viss produktivitetsreserve for det første delsystemet, gitt for å skape reserver. Deretter beregnes sannsynligheten for feilfri drift i et visst tidsintervall (0, t):

Bety tid til fiasko

Ved økning i reserver øker gjennomsnittlig driftstid fra 1/? opptil 1/? 2n, dvs. stasjonen forhindrer feil i inngangsundersystemet.

Med begrenset lagringskapasitet V o = z o min (c 1, c 2); a = 1; ?n = 0; "i = ? jeg, hvor?" i er feilraten til det i-te delsystemet under nedetid i driftstilstand, tilgjengelighetsfaktoren beregnes ved hjelp av formelen

Når lagringskapasiteten øker, øker tilgjengelighetsfaktoren fra verdien av K g1, K g2 ved z o = 0 til min (K g1, K g2) med uendelig lagringskapasitet.

5.7. Egenskaper for midlertidig reservasjon.

5.7.1. Tidsreservasjon er en universell metode for å øke påliteligheten. Dette følger av grafene for avhengigheten av sannsynligheten for å fullføre en oppgave i et enkeltkanalsystem på den gitte verdien av tidsreserven? = ? t p. Ved å øke tidsreserven er det mulig å gi enhver nødvendig sannsynlighetsverdi (fig. 4 , A). Nødvendig for å oppnå en gitt sannsynlighet? Tidsreserven kan stilles inn i henhold til grafene i fig. 4 , b. På? = a t 3 ? 0,6 for sannsynlighetsverdier? ? 0,995 slakktid er flere verdier av gjennomsnittlig restitusjonstid. For raskt utvinnbare systemer er det bare noen få prosent av hovedtiden. For eksempel sannsynlighet? = 0,99 oppnås ved innstilling av varigheten? t 3 = 0,2 og 0,5, hvis reservetiden er 8 og 4,4 % av hovedtiden, når T av / T in = 200, og 1,6 og 0,88 %, når T av / T in = 1000.

5.7.2. Med en konstant multiplisitet av tidsreservasjoner m t = t p / t 3, ettersom oppgavevarigheten øker, øker også tidsreserven. Derfor endres avhengigheten av sannsynligheten for å fullføre en oppgave på varigheten av oppgaven kvalitativt. Når sannsynligheten øker, avtar den fortsatt monotont, og nærmer seg null. Men når den først faller, men så, etter å ha nådd et minimum, begynner den å vokse, nærmer seg enhet. Å opprettholde redundansforholdet på et konstant nivå gir dermed en garantert verdi for sannsynligheten for fullføring av oppgaven (fig. 4 , V):

Denne verdien oppnås når . Med andre? sannsynlighet P > P o . Start med noen verdier?, redundansforholdet som kreves for å sikre sannsynlighet 1 - Q (fig. 4 , d), avhenger svakt av?. Hvis tidsreserven er opprettet på grunn av produktivitetsreserven og reservasjonsmultiplisiteten, kan du ved å bruke de gitte grafene etablere den nødvendige produktivitetsreserven.

Ris. 4. Pålitelighetsindikatorer for enkanals SVR med eksponentielle fordelinger av driftstid og gjenopprettingstid

7.3. Den grunnleggende egenskapen til redundans, først oppdaget i systemer med strukturell reserve, er også observert i systemer med tidsreserve. Den største gevinsten i pålitelighet ved innføring av tidsreserve G Q oppnås i svært pålitelige systemer (fig. 4 , d), dvs. for øvrig? og liten?. Ikke nok da. For en fast reservasjonsmultiplisitet øker forsterkningen med økende?, hvis (fig. 4 , e). Når forsterkningen er maksimal i nærheten av punktet.

5.7.4. Tidsreserven, tilsvarende den strukturelle reserven, er verdien av t p e som for de samme verdiene? og t 3 begge typer reservasjoner gir samme sannsynlighet for fullføring av oppgaven. Beregninger viser at den reduserte verdien av tidsreserven?t p e, tilsvarende den totale belastede dupliseringen, ikke er stor: med b = ? / ? = 100 og? ? 5 den ikke overstiger 10 (fig. 5 , a, c), og jo raskere systemet gjenoppretter (jo større b), jo større er det. Dette betyr ikke i det hele tatt at etter hvert som vedlikeholdsevnen forbedres, øker den absolutte verdien av den tilsvarende reserven. Tvert imot, jo større b, jo mindre er den (fig. 5 , b, d). Multiplisiteten til tidsreserven m t e, ekvivalent med strukturreserven med en multiplisitet på m c = 1, i et signifikant område? og b viser seg å være mindre enn én. Med samme multiplisitet, nemlig med m t = m c = 1, er midlertidig reservasjon mer effektiv enn strukturell reservasjon, hvis? > ?* (b), hvor?* (50) ? 0,7, ?* (100) ? 0,33, ?*(300) ? 0,14 (fig. 5 , d, f).

Ris. 5. Tidsreserve og tidsreserveforhold tilsvarende lastet duplisering

5.7.5. En av de viktige egenskapene til redundans er graden av påvirkning av de ikke-eksponensielle lovene for fordeling av driftstid og gjenopprettingstid på pålitelighetsindikatorene til det redundante systemet. Å kjenne graden av denne påvirkningen lar oss finne ut: behovet for å bestemme distribusjonsloven når vi samler inn statistiske data eller evnen til å begrense oss til å estimere gjennomsnittsverdien av en tilfeldig variabel; muligheten for ekvivalent erstatning av beregningsformler med enklere oppnådd for eksponentialfordelinger; tendensen til endringer i pålitelighetsindikatorer under overgangen fra innkjøringsseksjonen til normaldriftsseksjonen, og fra sistnevnte til aldringsseksjonen. Når man tilnærmer den empiriske fordelingen av driftstid ved bruk av Weibull-fordelingen F (t) = 1 - exp (-(?t) m), er avhengigheten av sannsynligheten for å fullføre en oppgave på formparameteren m for små oppgaver liten og kan bli ignorert. For store oppgaver (? > 0,4) er forskjellene mer merkbare, men for 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, d, fig. 7 , A). Overgangen til eksponentiell fordeling skjer på grunnlag av likhet med sannsynligheter for å fullføre en oppgave i fravær av tidsreserve: P (t 3, 0, m) = P (t 3, 0,1) med Weibull-fordelingen og P (t 3 , 0, K 1) = P (t 3, 0,1) med gammafordeling av driftstid. Derav den tilsvarende parameteren? e = - ln P (t 3, 0, m) / t 3. Med denne beregningsmetoden? Utskifting av en ikke-eksponentiell fordeling med en eksponentiell eliminerer ikke behovet for å estimere verdien av formparameteren m eller K 1. Hvis typen distribusjonslov ikke er kjent, da parameteren? e bestemmes ut fra likhet av gjennomsnittlig driftstid, og da? e = 1 / T gj.sn. For å evaluere påvirkningen av formparameteren med en slik erstatning, er det nødvendig å uttrykke T cf i eksplisitt form gjennom parameterne til den ikke-eksponensielle fordelingen. Spesielt med en Weibull-distribusjon? e = ? /G (1 + 1/m). Beregninger viser at når man bruker likheten mellom gjennomsnittlig driftstid, er avhengigheten av formparameteren betydelig og kan ikke neglisjeres selv ved liten t 3 (fig. 6 , G). Innføringen av en tidsreserve i systemer med identiske sannsynligheter P (t 3, 0) skaper en tendens til at tids-til-feil-fordelingen "alder" (fig. 6 , e), og jo mindre formparameteren er, desto større er den.

5.7.6. Avhengigheten av sannsynligheten for å fullføre en oppgave på typen gjenvinningslov F i (t) er svak hvis beregningen av ekvivalente parametere utføres på grunnlag av likhet med sannsynlighetene for utvinning i løpet av reservetiden:

Med en slik overgang til en eksponentiell fordeling fører feilen i regnestykket til en viss overestimering av påliteligheten, i hvert fall for små? (ris. 7 , b). Hvis loven F i (t) ikke er kjent og beregningen? e utføres på grunnlag av likheten mellom gjennomsnittlige gjenvinningstider i henhold til formelen, da blir innflytelsen fra gjenvinningsloven betydelig (fig. 7 , V). Feilen i sannsynligheten for oppgavefeil kan nå 100 % eller høyere.

Ris. 6. Pålitelighetsegenskaper til SVR med Weibull driftstidsfordeling

Ris. 7. Kjennetegn på påliteligheten til SVR under ikke-eksponensielle lover for fordeling av driftstid og gjenopprettingstid:

a, b, c, d, f - gamma, d - Weibull

5.7.7. Gjennomsnittlig total nedetid før fullføring av en oppgave T10, og derfor gjennomsnittlig tid for å fullføre en oppgave, avhenger av parameteren for formen til driftstidsfordelingen (m for Weibull-fordelingen og K1 for gammafordelingen) (fig. 7 , Hvor). Beregning? e, basert på likheten mellom gjennomsnittlig driftstid, gir en feil ved å bestemme T10, som øker med økende . Avhengigheten av den gjennomsnittlige tiden til svikt i et system med en reservetid T av (t p) av typen gjenvinningslov er ubetydelig og kan bli fullstendig neglisjert (fig. 7 , d).

5.7.8. Strukturell redundans stabiliserer den faktiske ytelsen til systemet og øker den tekniske utnyttelseskoeffisienten Kti (?), garantert med en gitt sannsynlighet betydelig. Verdien K ti (?) = t 3 / t finnes ved å løse ligningen

hvor t = t 3 + t p, og uttrykket for P er hentet fra formelen ( 39 ). I følge grafene i fig. 8 , og for b = ? / ? = 20 og?t = 1 med sannsynlighet? = 0,9 K ti? 0,87 i fravær av strukturell redundans og Kti? 0,985 med total duplisering (m c = 1). Hvis?t = 5, så under de samme betingelsene (b = 20, m c = 1, ? = 0,9) K ti? 0,993. Ved innføring av en tidsreserve øker effektiviteten av strukturell redundans kraftig, vurdert ut fra hvor mye gevinst i pålitelighet, akkurat som effektiviteten av tidsreserve øker ved innføring av en strukturell reserve. For eksempel, med b = 20 og?t = 1, gir lastet duplisering en gevinst i pålitelighet når det gjelder sannsynligheten for oppgavesvikt G Q 1 = 7,7, hvis det ikke er noen tidsreserve (fig. 8 , flaggermus? = 1), uten en strukturell reserve, gir en 5% produktivitetsreserve (? = 0,95)

gevinst G Q2 = 1,9. I nærvær av begge reservene er forsterkningen G Q 3 = 25. Dette er betydelig større enn produktet G Q 1? G Q2 = 14,6.

Ris. 8. Pålitelighetsegenskaper for et system med strukturell og tidsredundans (- P eksakt, --- P pr i henhold til formelen ( 39 )).

5.7.9. Et flerkanalssystem med utskiftbare kanaler ved små verdier av den planlagte lastfaktoren K з = t 3 / t er et nesten ideelt pålitelig system, siden sannsynligheten for å mislykkes med å fullføre oppgaven Q (t 3, t p)< 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 , A). I området med store belastninger fører selv en liten økning i oppgaven til en kraftig økning i sannsynligheten for feil. Så i et to-kanalssystem øker en økning i K fra 0,82 til 0,90 fra 0,1 til 0,3 (fig. 9 , b). Hvis driftstiden til systemer med forskjellig antall kanaler er den samme, så med små K-er, har systemer med et stort antall kanaler høyere pålitelighet, selv om de utfører en større mengde arbeid. Ved store K-er (nær enhet), tvert imot, gir et enkeltkanalsystem større sannsynlighet for å fullføre oppgaven.

5.7.10. Den faktiske kvantile ytelsen til m-kanalsystemet i henhold til sannsynlighetsnivået beregnes av formelen, hvor C 0 (m) er den nominelle ytelsen til systemet under feilfri drift. Hvis parallellitetskoeffisienten K p = 1, så er C 0 = mc, og den gitte faktiske ytelsen øker nesten lineært med antall kanaler (fig. 9 , V). Den tekniske utnyttelseskoeffisienten K ti (?), lik i dette tilfellet med den relative produktiviteten i gammaprosent, øker monotont med m, og stabiliserer seg gradvis på et nivå nær tilgjengelighetsfaktoren til én kanal K g = 1 / (1 + b), og jo raskere jo større b (fig. 9 , G).

Ris. 9. Pålitelighetskarakteristikker til et flerkanalssystem med ikke-avskrivende feil

5.7.11. En sammenligning av m-kanal og strukturelt redundante systemer med samme antall enheter viser at når du utfører en oppgave av samme størrelse, oppnår et multikanalsystem sannsynligheten for fullføring av oppgaven gitt av et strukturelt redundant system med en tidsreservasjonsmultiplisitet m t = t p / t 3, betydelig mindre enn m c = ( m - k) / k, hvor k er antall hovedenheter, og m - k er antall backup-enheter.

Spesielt oppnår dual-channel systemet sannsynligheten for fullføring av oppgaven gitt av det dupliserte systemet (m c = 1) med m t = 0,26 for? = t3 = 0,1 og b = 50 og ved m t = 0,08 for t3 = 0,5 og b = 50 (fig. 9 , d, f).

5.7.12. Ved lave integrasjonskostnader (verdien av parallellitetskoeffisienten Kn er nær enhet), gir et flerkanalsystem med fleksibel struktur og utskiftbare kanaler alltid høyere pålitelighetsindikatorer enn et system med strukturell reserve og tidsreserve som yter det samme oppgave i samme operative tidsintervall, uavhengig av om reserven er lastet (LR) eller losset (NLR) (fig. 10 , A). Samtidig er flerkanalsforbindelse alene ennå ikke tilstrekkelig til å gi en fordel i forhold til strukturelt redundante systemer. Hvis det i et flerkanalssystem ikke er utskiftbarhet av kanaler og alle kanaler utfører individuelle oppgaver (IT), blir det mindre pålitelig enn et redundant system.

5.7.13. Et flerkanalsystem med stiv struktur (RS) er betydelig dårligere enn et system med fleksibel struktur (GS). Dette kan sees fra en sammenligning av grafene (fig. 10 , b), beregnet for tre-kanals systemer uten strukturell reserve og to-kanals systemer med en enhet i en belastet reserve.

Ris. 10. Pålitelighetskarakteristikker for flerkanalsystemer for ulike metoder for å organisere strukturen (a, b - utvinnbar, c, d, e - ikke-utvinnbar)

5.7.14. Den ikke-eksponensielle fordelingen av kanaltid til feil påvirker sannsynligheten for at en oppgave fullføres av et flerkanalsystem. Dette kan observeres i grafene (fig. 11 , a, b), beregnet for to- og ti-kanals systemer med en gammafordeling av driftstid I ​​(k, ?t) og overgang til en ekvivalent eksponentiell fordeling basert på likheten mellom gjennomsnittlig tid til feil uten tidsreserve. De relative produktivitetsverdiene for gammaprosent varierer også betydelig for forskjellige fordelinger av driftstid (fig. 11 , V). Hvis de sammenlignede systemene har de samme sannsynlighetene for feil i fravær av en tidsreserve, forblir trenden med endringer i sannsynligheten for oppgavesvikt med en økning i formparameteren K med innføring av en tidsreserve den samme (jo mer K, jo mindre Q), men forskjellene i sannsynlighetsverdier er betydelig mindre (fig. 11 , G). Derfor kan vi gå videre til en ekvivalent eksponentiell modell, med tanke på at for K > 1 gir en slik erstatning et lavere estimat for sannsynligheten for å fullføre oppgaven.

5.7.15. Påvirkningen av typen kanalgjepå sannsynligheten for oppgavesvikt i et bredt spekter av parameterverdier er liten og den avtar betydelig med økende antall kanaler (fig. 11 , d, f). Derfor er det i reliabilitetsvurderinger fullt mulig å bruke hypotesen om eksponentialiteten til distribusjoner, selv om fordelingen faktisk er ikke-eksponensiell.

5.7.16. Med en fast reservetid fører en økning i antall kanaler til en reduksjon i gjennomsnittlig tid til svikt i systemet (fig. 11 , og). Dette betyr at den gjennomsnittlige totale driftstiden for alle kanaler vokser saktere enn antall kanaler, på grunn av dannelsen av en kø for restaurering og en økning i den totale feilraten for kanaler. Når reservetiden endres, bestemmes gjennomsnittstiden til feil hovedsakelig av den gitte verdien og avhenger svakt av parameteren til den eksponentielle fordelingen av gjenopprettingstiden (fig. 11 , h).

Ris. 11. Pålitelighetsegenskaper for flerkanalssystemer med ikke-eksponensielle fordelinger av driftstid og gjenopprettingstid

5.7.17. Påliteligheten til et flerkanalssystem bestemmes av metoden for kanalgruppering. Fra et totalt antall N identiske enheter kan K identiske grupper organiseres, som hver har m parallelle kanaler og n backup-enheter, slik at N = K (m + n). Ved gruppereservasjoner kan strukturreserven kun brukes innenfor en gitt gruppe. Grupper jobber uten gjensidig assistanse, og deretter gjennomfører hver gruppe 1/K. del av oppgaven, eller med gjensidig assistanse, og deretter samhandler gruppene med hverandre som kanaler innad i gruppen. Slike systemer er preget av tre strukturelle parametere: m, n, k. Spesielt for fire enheter kan følgende metoder for gruppedannelse foreslås (fig. 12 ): fire-kanals system med gjensidig assistanse av kanaler (4, 0) c og uten gjensidig assistanse (4, 0) b; fire-kanals system av to grupper på to kanaler med gjensidig hjelp av kanaler i gruppen og uten gjensidig hjelp mellom grupper (2, 0, 2) c; tre-kanals system med gjensidig assistanse av kanaler og en enhet i en felles reserve (3, 1) til to-kanals systemer med gjensidig assistanse og en felles (2, 2) i eller separat reserve (2, 2) VR; uten gjensidig hjelp med egen reserve (2, 2) br; enkanalsystem med felles reserve (1, 3) o. En sammenligning av disse alternativene i fravær av gjenoppretting viser (fig. 13 , a, b, c), at det dårligste i hele spekteret av oppgavevolumer V = ct" 3 er alternativ (4, 0) b. Med en lastet reserve vil det beste alternativet være (3, 1) i tilfelle av små oppgavevolum og alternativ (2, 2) ved store.. Med en utlastet reserve er det beste alternativet i hele spekteret av oppgavevolumer alternativ (1, 3) o. Det må imidlertid tas i betraktning at en enkeltkanalsystem bruker lengst tid på å fullføre oppgaven Hvis alle sammenlignede systemer tildeles samme driftstid , så vil det beste systemet være (4, 0) i. I tillegg må det tas i betraktning at i en multi -kanalsystem, brukes en del av produktiviteten på å organisere samspillet mellom kanaler, og dette reduserer effektiviteten til flerkanalsforbindelsen Hvis disse kostnadene er høye, kan det være lurt å organisere flere grupper uten gjensidig bistand eller overføring av flere kanaler til en strukturell reserve.Med introduksjonen av utvinning bevares generelle mønstre ved sammenligning av alternativer for byggesystemer, men pålitelighetsindikatorer er betydelig forbedret. For åtte enheter forverrer det dermed påliteligheten av å øke antall grupper i et flerkanalssystem (fig. 13

5.7.18. Innføring av produktreserver i tofasesystemer med et mellomlager reduserer systemets nedetidskoeffisient K pr = 1 - K g på grunn av reduksjon av teknologisk relatert nedetid. For like pålitelige faser skjer reduksjonen ikke mer enn to ganger, siden teknologisk relaterte nedetider ikke overstiger utgangsfasens egne nedetider. Med like fasekapasiteter avhenger påvirkningen av lagringsenheten betydelig av parametrene b i = ? Jeg/? jeg og? = b 2 / ? 1 (fig. 14 ). Den marginale gevinsten i pålitelighet ved å installere en stasjon estimeres av verdien - forholdet mellom nedetidskoeffisientverdiene for systemer uten stasjon og med en stasjon med ubegrenset kapasitet. Utbetalingen G til er maksimal på? = 1 og øker når b minker.

Ris. 14. Tofasesystem med like fasekapasiteter

Ris. 14 (fortsettelse)

5.7.19. Tilstedeværelsen av en produktivitetsreserve i inngangsfasen forbedrer bruken av produktbeholdninger og reduserer teknologisk relatert nedetid, og med dem systemets nedetidsfrekvens (fig. 15 , A). Jo mindre pålitelig inngangsfasen er, desto mer signifikant er reduksjonen (fig. 15 , b). Det følger av grafene at det alltid er tilrådelig å opprette en produktivitetsreserve.

5.7.20. Hvis opprettelsen av en ytelsesreserve i inngangsfasen til et tofasesystem er ledsaget av en reduksjon i pålitelighet, blir det tilrådelig bare hvis lagringskapasiteten er tilstrekkelig. For eksempel med en lineær avhengighet? 1 er det tilrådelig å opprette en produktivitetsreserve på 10% bare når? 2 z 0 > 1,7, dvs. når reservene i fullakkumulatoren sikrer drift av utgangsfasen i en tid som er 1,7 ganger lengre enn gjennomsnittlig utvinningstid (fig. 16 ). Det er en rekke verdier for parameterne a og z 0 der et tofasesystem med en lagringsenhet har en tilgjengelighetsfaktor mindre enn i et system uten lagringsenhet og ytelsesreserve. I fig. 16 disse verdiene tilsvarer delene av kurvene over den stiplede linjen.

5.7.21. Sannsynligheten for feilfri drift av et tofasesystem med ubegrenset lagringskapasitet og feilfri drift av utgangsfasen og små oppgaver er nær sannsynligheten for feilfri drift av et ikke-redundant system (fig. 17 ). Etter hvert som oppgaven øker, begynner den akkumulerte varebeholdningen i lagerenheten å påvirke, og sannsynligheten avtar saktere enn i et ikke-redundant system. På sannsynlighetsfunksjonen for feilfri drift blir aldri mindre, så p 0 er en garantert sannsynlighet uavhengig av oppgavens varighet, og den er ganske høy. For eksempel med en ytelsesmargin på 10 % og? / ? = 100 sannsynlighet p 0 = 0,9. Med en økning i parameter a, som kan tolkes som den reduserte multiplisiteten av tidsreservasjoner (pkt. 5.7.2

Ris. 17. Sannsynlighet for feilfri drift av et tofasesystem med ulik ytelse

5.7.22. Sannsynligheten for feilfri drift av et tofasesystem, tatt i betraktning utgangsfasen ved tilstrekkelig stor z 0 , a og t, kan finnes omtrentlig ved formelen , hvor P 2 (t) er sannsynligheten for feil -fri drift av utgangsfasen. Det følger at under de angitte forholdene gjør installasjonen av en lagringsenhet det mulig å nesten fullstendig forhindre feil i den første fasen.

6 . UTVALG AV MÅTER OG METODER FOR FUNKSJONELL RESERVERING

6.1. Generelle bestemmelser.

Funksjonell redundans er redundans ved bruk av funksjonelle reserver. Med funksjonell redundans er det typisk å ha multifunksjonelle elementer i et objekt slik at en delvis svikt i hver av dem utelukker bruken til hovedformålet med utførelsen av hovedfunksjonen, men lar den brukes til et annet formål. Et annet typisk tilfelle oppstår når, hvis ett element svikter, dets funksjoner overtas av et annet, multifunksjonelt element.

Når man analyserer mulighetene for manifestasjon av effekten av funksjonell redundans, er det nødvendig å skille mellom to situasjoner.

1. Ved feil på enkeltelementer sørger funksjonell redundans for at funksjonaliteten til objektet forblir uendret.

2. Når elementer feiler, gjenoppretter ikke funksjonell redundans egenskapene til objektet fullt ut, og funksjonaliteten blir begrenset.

I tekniske systemer er den andre situasjonen mer vanlig. Funksjonell redundans kan referere til et element, i så fall vil det være en konsekvens av dets multifunksjonalitet, men det kan også referere til et objekt som inneholder lignende elementer. I det andre tilfellet kombineres funksjonell redundans vanligvis med andre typer redundans og blir kombinert, for eksempel strukturell-funksjonell, belastningsfunksjonell, etc. Det finnes flere standard permitteringsordninger. I en av dem har elementene i systemet følgende egenskaper: de er utskiftbare til tross for deres forskjellige funksjoner på spesifikke steder, og eventuelle forbindelser som virker passende eller nødvendige kan etableres mellom dem etter eget ønske. Hvis ett av elementene svikter, kobles de resterende sammen på en slik måte at det gjør det mulig å tilfredsstille alle kravene til systemet. Denne rekkefølgen av interaksjon og omorganisering av elementer kan betraktes som en viss formell modell som tilsvarer den virkelige oppførselen til systemene. Slike modeller er egnet for å beskrive pålitelighetsegenskapene til biologiske objekter eller team av arbeidere med mange spesialiteter. En lignende modell er bygget for tekniske systemer som består av blokker som består av mange elementer. Hvis individuelle elementer svikter, kan de resterende elementene byttes mellom blokker for å sikre at systemet fungerer. I dette tilfellet opprettholdes eller reduseres antall blokker. I sistnevnte tilfelle fjernes mislykkede blokker fra systemet, og elementene deres demonteres til elementer som overføres til andre blokker. Når du implementerer slike systemer, er det nødvendig å løse en rekke relaterte problemer knyttet til diagnostisering av forhold, endringer i koblingen av elementer, flytting av elementer i rommet, installasjon og sikring av dem på nye steder.

6.2. Tekniske metoder for funksjonell redundans.

I de fleste tekniske systemer med funksjonell redundans forårsaker feil i elementer en innsnevring av funksjonalitet. Feil på et element setter et objekt eller system i en defekt tilstand, der drift er tillatt i en begrenset tid, siden de gjenværende elementene opererer med overbelastning, noe som forverrer deres pålitelighet og andre indikatorer. Tap av funksjonalitet forårsaket av overgang til en defekt tilstand er vanligvis ikke regulert.

En annen tilnærming er at i starttilstand, i fravær av feilede elementer, implementerer systemet utvidet funksjonalitet, som kanskje ikke er regulert, og i tilfelle feil garanteres veldefinerte muligheter, tilsvarende regulatorisk og teknisk dokumentasjon, innenfor et spesifisert tidspunkt.

Innsnevring av funksjonalitet ved elementfeil kan oppstå i henhold til følgende grupper av indikatorer.

1. I henhold til destinasjonsindikatorer. Feil på elementer i et multifunksjonelt (flerbruk) objekt fører til umuligheten av å utføre noen funksjoner.

2. I henhold til kvalitetsindikatorer. Når elementer svikter, kan nøyaktighet, hastighet og produktivitet reduseres.

3. I henhold til rekkevidden av endringer i inngangsparametere: geometriske områder, elektriske parametere, etc.

4. I henhold til rekkevidden av endringer i påvirkningsfaktorer: omgivelsestemperatur, nivå av elektromagnetisk interferens, svingninger i forsyningsspenning.

5. Etter automatiseringsnivå. Når elementer svikter, kan belastningen på drifts- og vedlikeholdspersonell øke betydelig.

Med tanke på disse instruksjonene for endring av funksjonalitet, kan vi fremheve følgende vanligste alternativer for funksjonell redundans.

1. Funksjonell redundans i maskiner, systemer og komplekser bygget på et aggregatmodulært eller blokkmodulært prinsipp. Teknologisk utstyr er bygget i henhold til dette prinsippet, for eksempel modulære maskiner, hjelpeutstyr for produksjonssystemer; industriroboter, der moduler kan settes sammen i forskjellige kombinasjoner, slik at de resulterende modifikasjonene er forskjellige i de geometriske egenskapene til arbeidsområdet og antall grader av mobilitet; kjøretøyer, spesielt biler med forskjellige tilhengere; landbruksmaskiner (traktorer med påmonterte redskaper eller enheter); datamaskiner med flere minneblokker og ulike inn-/utdataenheter; måle- og datakomplekser med et sett med måletransdusere, etc. Svikt i én modul eller sammenstilling betyr at enkelte utstyrsmodifikasjoner ikke kan settes sammen, og dermed reduseres funksjonaliteten, men maskinen, systemet eller komplekset kan fortsatt brukes til hovedformålet.

2. Maskiner, systemer eller komplekser, i tillegg til hovedkomponentene som sikrer ytelsen til grunnleggende funksjoner, har ulike hjelpedelsystemer eller enheter som letter oppsett og justering, valg av driftsmodi, diagnostikk av tilstander, utskifting eller reparasjon av defekte elementer. Disse inkluderer automasjonsdelsystemer, innebygde systemer for automatisk feilsøking, kontroll av enhetens driftsmoduser, modusoptimaliserere, søkedelsystemer osv. Med en ny utvikling hender det at prototypen til en maskin, et system eller et kompleks ikke har slike delsystemer. men generelt samsvarer med formålet. Komplikasjoner tjener det formål å avlaste operatøren eller gi ham muligheten til å utføre service på mer utstyr. Da reduserer svikt i delsystemet det nye systemet til en prototype når det gjelder funksjonalitet, og frarøver det fordelene som er karakteristiske for den nye utviklingen.

3. Høynivå produksjonsenheter (for eksempel verksteder), med god organisering av produksjonen, har funksjonell redundans og funksjonell redundans er implementert i dem.

Dette kommer til uttrykk i det faktum at det er teknologisk utstyr som bare brukes periodisk og som kan lastes i tillegg. Den er ofte eldre, med mindre funksjonalitet, slik som konvensjonelle universalmaskiner sammenlignet med CNC-maskiner. Eller la oss si primitive kjøretøy, for eksempel vogner i motsetning til transportbånd eller transportroboter. En situasjon er mulig når en arbeider tar plassen til en feilslått robot ved en maskin. I alle eksemplene ovenfor er normal funksjon i tilfelle utstyrssvikt sikret av allsidigheten til en person som tar på seg ledelse, vedlikehold eller direkte produksjonsfunksjoner.

4. Datasystemer kan vise større fleksibilitet ved feil på elementer i den sentrale delen av eksternt utstyr. I tilfelle plotterfeil blir grafisk informasjon derfor sendt ut på en alfanumerisk utskriftsenhet ved bruk av utvalgte ikoner med et stort diskret trinn. Disse bildene erstatter grafer i den groveste tilnærmingen, men gir ofte den nødvendige klarheten. Informasjon kan vises ved plotterfeil i numerisk form, men med betydelig tap av kvalitet. I databehandlingsprosessen realiseres funksjonell redundans gjennom algoritmisk redundans ved hjelp av ytterligere grener av algoritmer og ytterligere forbindelser mellom dem, ved å korrigere visse typer feil, og algoritmiske metoder for å gjenopprette tapt informasjon.

De gitte eksemplene på bruk av funksjonell redundans i spesifikke klasser av tekniske systemer lar oss spore noen generelle trender. Mulighetene for funksjonell redundans er vanligvis høyere i høynivåsystemer og komplekser med stor kompleksitet. For eksempel i produksjonssystemer brukes funksjonell redundans oftere på butikknivå enn på linje- eller anleggsnivå. Den andre funksjonen er at funksjonell redundans er lettere i de systemene der fysiske bevegelser av elementer ikke er nødvendig under feil, og endringer i strukturen utføres utelukkende ved å bytte på signalnivå. De mest typiske tilfellene av funksjonell redundans er forbundet med tilstedeværelsen av en person i systemet - det mest fleksible funksjonelle elementet i ethvert teknisk system.

6.3. Problemer med en formalisert beskrivelse av systemer med funksjonell redundans.

En typisk konsekvens av elementfeil er en reduksjon i funksjonaliteten til systemet. Kvantitativ vurdering av denne faktoren er spesifisiteten ved å konstruere matematiske modeller for påliteligheten til systemer med funksjonell redundans. I dette tilfellet oppstår to stort sett uavhengige problemer. Den første oppgaven er å beskrive probabilistisk sett av tilstander i systemet. Når du løser det, introduseres tilstander: S 0 - fullt operativ tilstand, når ikke et enkelt element har sviktet; S i - angi når det i-te elementet mislyktes, ; S lj - tilstander der de l-te og j-te elementene mislyktes. Hensikten med å løse det første problemet er å bestemme sannsynlighetene for de introduserte tilstandene: P 0 (t), P i (t), P lj (t). Den andre oppgaven er å bestemme i hvilke av de introduserte tilstandene objektet forblir operativt på grunn av tilstedeværelsen av funksjonell reserve. Informasjon om dette er gitt av den første ikke-formaliserte beskrivelsen av funksjonelle redundansevner eller oppnås ved å løse de tilsvarende funksjonelle ligningene, som gjør det mulig å sette verdiene til systemets utgangsparametere og med deres hjelp bestemme nivået på ytelsen. Modeller av funksjonsprosessen etter svikt i elementer er som regel deterministiske og inneholder ikke sannsynlige egenskaper.

Bestemmelse av sannsynlighetene for tilstander kan utføres med alle kjente metoder: oppregning av hypoteser, løsning av ligninger av køteori, tilnærming av empiriske data, etc. For restaurering av systemer er fordelingen av stasjonære sannsynligheter for tilstander p i av spesiell interesse. De kan beregnes ved hjelp av alle metoder som brukes i analysen av strukturelt overflødige systemer. Vi betrakter settet med sannsynligheter som uavhengige egenskaper, som senere kan brukes til å beregne ytelsesindikatorer.

LITTERATUR

1. Pålitelighet av tekniske systemer: Håndbok / Red. I.A. Ushakova - M.: Radio og kommunikasjon, 1985. - 608 s.

2. Pålitelighet og effektivitet innen teknologi: Directory. T. 5. Design pålitelighetsanalyse / Red. I OG. Patrusheva. - M.: Maskinteknikk, 1988. - 316 s.

3. Pålitelighet og effektivitet innen teknologi: Directory. T. I. Metodikk, organisering, terminologi. /Red. A.I. Reparasjoner. - M.: Maskinteknikk, 1986. - 224 s.

4. Spørsmål om matematisk teori om pålitelighet / Red. B.V. Gnedenko. - M.: Radio og kommunikasjon, 1983. - 376 s.

INFORMASJONSDATA

UTVIKLET av LPI oppkalt etter. M.I. Kalinina og VNIINMASH.

UTFØRER: G.N. Cherkesov, A.M. Polovko, I.B. Tjelpanov, A.I. Kubarev, V.L. Arshakuni, Yu.D. Litvinenko.

TEMA: "Klassifisering av reservasjonsmetoder"

PLAN:

1. Redundans og redundans

2. Klassifisering av reservasjonsmetoder

I samsvar med GOST 27.002-89 er redundans bruk av tilleggsmidler og (eller) evner for å opprettholde driftstilstanden til et objekt i tilfelle svikt i ett eller flere av dets elementer. Dermed er redundans en metode for å øke påliteligheten til et objekt ved å introdusere redundans.

I sin tur er redundans tilleggsmidler og (eller) evner utover minimumet som kreves for at et objekt skal utføre spesifiserte funksjoner. Hensikten med å introdusere redundans er å sikre normal funksjon av et objekt etter at det oppstår en feil i dets elementer.

Det finnes ulike reservasjonsmetoder. Det er tilrådelig å skille dem i henhold til følgende kriterier (fig. 1): type redundans, metode for å koble elementer, mangfold av redundans, metode for å slå på reserven, driftsmåte for reserven, gjenoppretting av reserven.

Definisjonen av hovedelementet er ikke relatert til begrepet minimalitet av hovedstrukturen til objektet, siden et element som er hovedelementet i noen driftsmoduser kan tjene som sikkerhetskopi under andre forhold.

Redundant element - hovedelementet, i tilfelle feil som et sikkerhetskopielement er gitt i objektet

Tidsreservasjon er knyttet til bruk av tidsreserver. I dette tilfellet forutsettes det at tiden som er avsatt for gjenstanden til å utføre det nødvendige arbeidet åpenbart er større enn minimumskravet. Tidsreserver kan opprettes ved å øke produktiviteten til et objekt, tregheten til elementene, etc.

Informasjonsredundans er redundans ved bruk av informasjonsredundans. Eksempler på informasjonsredundans er flere overføringer av samme melding over en kommunikasjonskanal; bruk av ulike koder ved overføring av informasjon over kommunikasjonskanaler som oppdager og korrigerer feil som oppstår som følge av utstyrsfeil og påvirkning av interferens; innføring av redundante informasjonssymboler ved behandling, overføring og visning av informasjon. Overflødig informasjon gjør det mulig å kompensere, i en eller annen grad, for forvrengninger i overført informasjon eller eliminere dem.

Funksjonell redundans er redundans der en gitt funksjon kan utføres på ulike måter og med tekniske midler. For eksempel kan funksjonen med å raskt stenge en vannkjølt kraftreaktor oppnås ved å sette inn sikkerhetsstenger i kjernen eller ved å injisere en borløsning. Eller funksjonen med å overføre informasjon til et automatisert kontrollsystem kan utføres ved hjelp av radiokanaler, telegraf, telefon og andre kommunikasjonsmidler. Derfor blir de vanlige gjennomsnittlige pålitelighetsindikatorene (gjennomsnittlig tid mellom feil, sannsynlighet for feilfri drift, etc.) uinformative og utilstrekkelig egnet for bruk i dette tilfellet. De mest passende indikatorene for å vurdere funksjonell pålitelighet: sannsynligheten for å utføre en gitt funksjon, gjennomsnittlig tid for å fullføre en funksjon, tilgjengelighetsraten for å utføre en gitt funksjon

Lastredundans er redundans ved bruk av lastreserver. Lastredundans består først og fremst i å sikre optimale reserver av elementenes evne til å motstå belastningene som virker på dem. Med andre metoder for lastbackup er det mulig å introdusere ytterligere beskyttelses- eller losseelementer

I henhold til metoden for inkludering av reserveelementer, skiller de mellom permanent, dynamisk, erstatningsreservasjon, glidende og majoritetsreservasjon. Permanent reservasjon er en reservasjon uten restrukturering av strukturen til et objekt i tilfelle svikt i elementet. For permanent redundans er det viktig at det i tilfelle svikt i hovedelementet ikke kreves spesielle enheter for å aktivere backup-elementet, og det er ingen avbrudd i driften (fig. 5.2 og 5.3).

Permanent redundans i det enkleste tilfellet er en parallellkobling av elementer uten koblingsenheter.

Dynamisk redundans er en redundans med restrukturering av strukturen til et objekt når det oppstår feil i elementet. Dynamisk reservasjon har en rekke varianter.