Poglavje V. Redundanca sistema
V fazi načrtovanja sončne elektrarne je za zagotavljanje zahtevane zanesljivosti velikokrat potrebno vsaj podvojiti posamezne elemente in celo posamezne sisteme, t.j. uporabite rezervacijo.
Za redundanco je značilno, da omogoča povečanje zanesljivosti sistema v primerjavi z zanesljivostjo njegovih sestavnih elementov. Povečanje zanesljivosti posameznih elementov zahteva velike materialne stroške. V teh pogojih je redundanca, na primer z uvedbo dodatnih elementov, učinkovito sredstvo za zagotavljanje zahtevane zanesljivosti sistemov.
Če je pri zaporedni povezavi elementov splošna zanesljivost sistema (tj. verjetnost brezhibnega delovanja) nižja od zanesljivosti najbolj nezanesljivega elementa, potem je lahko z redundanco splošna zanesljivost sistema višja od zanesljivost najbolj zanesljivega elementa.
Redundanca se doseže z uvedbo redundance. Glede na naravo slednjega je rezervacija:
Strukturni (strojna oprema);
Informativni;
Začasno.
Strukturna redundanca je v tem, da se v minimalno zahtevano različico sistema, sestavljenega iz osnovnih elementov, vnesejo dodatni elementi, naprave ali pa se celo namesto enega sistema zagotovi uporaba več enakih sistemov.
Varnostna kopija informacij vključuje uporabo odvečnih informacij. Njegov najenostavnejši primer je ponavljajoči se prenos istega sporočila po komunikacijskem kanalu. Drug primer so kode, ki se uporabljajo v nadzornih računalnikih za odkrivanje in odpravljanje napak, ki so posledica okvar in okvar strojne opreme.
Začasna rezervacija vključuje uporabo odvečnega časa. Ponovno delovanje sistema, prekinjeno zaradi okvare, se pojavi z obnovitvijo, če obstaja določen čas.
Obstajata dva načina za povečanje zanesljivosti sistema s strukturno redundanco:
1) splošna redundanca, pri kateri je sistem kot celota redundančen;
2) ločena (poelementna) redundanca, pri kateri so rezervirani posamezni deli (elementi) sistema.
Sheme splošne in ločene strukturne redundance so predstavljene na sliki 1. 5.3 in 5.4, kjer je n število zaporednih elementov v vezju, m je število rezervnih vezij (s splošno redundanco) ali rezervnih elementov za vsako glavno (z ločeno redundanco)
Pri m=1 pride do podvajanja, pri m=2 pa do potrojevanja. Običajno si prizadevajo uporabiti ločeno redundanco, kadar koli je to mogoče, saj je povečanje zanesljivosti pogosto doseženo z bistveno nižjimi stroški kot s splošno redundanco.
Glede na način vključevanja rezervnih elementov ločimo stalno rezervacijo, nadomestno rezervacijo in drsno rezervacijo.
Stalna rezervacija – To je rezervacija, v kateri rezervni elementi sodelujejo pri delovanju objekta skupaj z glavnimi. V primeru okvare glavnega elementa niso potrebne posebne naprave za aktiviranje rezervnega elementa, saj se zažene hkrati z glavnim.
Rezervacija z zamenjavo – To je redundanca, pri kateri se funkcije primarnega elementa prenesejo na rezervnega šele po odpovedi glavnega. Pri redundantnosti z zamenjavo so potrebne nadzorne in preklopne naprave za odkrivanje okvare glavnega elementa in preklop z glavnega na rezervnega.
Tekoča rezervacija – je vrsta rezervacije z zamenjavo, pri kateri so glavni elementi objekta podprti z elementi, od katerih lahko vsak nadomesti kateri koli okvarjeni element.
Obe vrsti rezervacije (trajna in nadomestna) imata svoje prednosti in slabosti.
Prednost stalne rezervacije je njena preprostost, saj v tem primeru niso potrebne nadzorne in preklopne naprave, ki zmanjšujejo zanesljivost sistema kot celote, in kar je najpomembneje, ni motenj v delovanju. Pomanjkljivost stalne redundance je motnja načina delovanja rezervnih elementov v primeru okvare glavnih.
Vključitev rezerve z zamenjavo ima naslednje prednosti: ne moti načina delovanja rezervnih elementov, v večji meri ohranja zanesljivost rezervnih elementov in omogoča uporabo enega rezervnega elementa za več delavcev (z drsno rezervacijo).
Glede na način delovanja rezervnih elementov ločimo obremenjeno (toplo) in neobremenjeno (hladno) rezervo.
Napolnjen (vroč) rezervni v energetiki ga imenujemo tudi rotacijski ali vklopni. V tem načinu je rezervni element v enakem načinu kot glavni. Vir rezervnih elementov se začne porabljati od trenutka, ko je celoten sistem zagnan, verjetnost brezhibnega delovanja rezervnih elementov pa v tem primeru ni odvisna od tega, v katerem trenutku se začnejo uporabljati.
Lahka (topla) rezerva značilno po tem, da je rezervni element v manj obremenjenem načinu kot glavni. Čeprav se torej tudi vir rezervnih elementov začne porabljati od trenutka vklopa celotnega sistema, je stopnja porabe virov rezervnih elementov do vklopa namesto okvarjenih bistveno nižja kot v pogojih delovanja. . Ta vrsta rezerve je običajno nameščena na enotah, ki delujejo v prostem teku, zato se v tem primeru vir rezervnih elementov porabi manj v primerjavi z obratovalnimi pogoji, ko enote nosijo obremenitev. rezervni elementi pri tej vrsti rezerve bodo odvisni tako od trenutka njihove vključitve v delo kot od tega, kako različni so zakoni porazdelitve verjetnosti njihovega brezhibnega delovanja v delovnih in pripravljenih razmerah.
Kdaj neobremenjena (hladna) rezerva rezervni elementi začnejo porabljati svoje vire od trenutka, ko začnejo delovati namesto glavnih. V energetiki tovrstno rezervo običajno uporabljajo odklopljene enote.
Izračuni zanesljivosti sistemov z vzporedno vezanimi elementi so odvisni od metode redundance.
ZANESLJIVOST SISTEMA S STALNO SPLOŠNO REDUNDANCO
Predpostavili bomo, da sta rezervirani in rezervni element enako zanesljiva, tj. 
in 
. Zaradi priročnosti je verjetnost brezhibnega delovanja in pojava okvar posameznih elementov v tem in naslednjih razdelkih označena z velikimi črkami.
Ob upoštevanju ekvivalentnega vezja (slika 5.5) in formule (5.18) lahko verjetnost odpovedi sistema z m rezervnimi vezji izračunamo na naslednji način:
, (5.22)
Kje 
(t) – verjetnost okvare glavnega tokokroga, 
– verjetnost okvare i-tega rezervnega vezja.
V skladu s tem je verjetnost brezhibnega delovanja sistema
(5.23)
V skladu s formulo (5 8) imamo
(5.24)
Z enakimi verjetnostmi okvar glavnega in rezervnega tokokroga 
formuli (5 22) in (5 23) imata obliko:
, (5.25)
(5.26)
Povprečni čas delovanja sistema s splošno redundanco
(5.27)
Kje 
– stopnja napak sistema, 
, – stopnja napak katerega koli od (m+1) tokokrogov, 
– stopnja napak i-tega elementa
Za sistem dveh vzporednih vezij (m=1) ima formula (5.27) obliko:
(5.28)
Povprečni čas obnovitve sistema v splošnem primeru je določen s formulo
(5.29)
Kje 
– povprečni čas obnovitve i-te verige.
Za poseben primer m=1 ima formula (5.29) obliko:
Primer 5.2.
Izračunajte verjetnost brezhibnega delovanja 3 mesece, stopnjo napak, povprečni čas med napakami enokrožnega nadzemnega voda dolžine l = 35 km skupaj s padajočim transformatorjem 110/10 kV in stikalno opremo. (Slika 5.6).
Enakovredno vezje zanesljivosti obravnavanega SES je sekvenčna struktura (slika 5.7)
Stopnje napak elementov so vzete iz tabele 3.2:
; 
; 
Po formuli (5.7) določimo stopnjo napak napajalnega vezja
Ta izračun kaže, da ima prevladujoč vpliv na okvaro tokokroga poškodba nadzemnega voda. Povprečni čas med okvarami napajalnega tokokroga
Verjetnost brezhibnega delovanja vezja t=0,25 leta
Primer 5.3.
Ugotovite, koliko so višji kazalniki zanesljivosti padajoče transformatorske postaje 110/10 kV s stalnim skupnim delovanjem obeh transformatorjev 6 mesecev v primerjavi z eno transformatorsko postajo. Zanemarjamo okvare stikalnih naprav in namerne izklope.
Začetni podatki vzeti iz tabele. 3.2 so naslednji:
; 
Verjetnost brezhibnega delovanja enega transformatorja 6 mesecev
Povprečni čas med okvarami enega transformatorja
Verjetnost brezhibnega delovanja transformatorske postaje z dvema transformatorjema, izračunana po formuli (5.20):
Povprečni čas med okvarami transformatorske postaje z dvema transformatorjema, izračunan po formuli (5.28):
leta
Stopnja odpovedi transformatorske postaje z dvema transformatorjema
Povprečni čas obnovitve transformatorske postaje z dvema transformatorjema (glej formulo (5.30))
Analiza rezultatov kaže, da je zanesljivost dvotransformatorske RTP veliko večja od zanesljivosti enotransformatorske RTP.
Primer 5.4.
Razmislimo o odseku stikalne naprave 6 kV, iz katerega se napaja 18 odhodnih linij (slika 5.8).Stopnja napak stikal, ki jih spremljajo kratki stiki, je ocenjena z vrednostjo 
= 0,003
, stopnja napak z 
kratkih stikov za zbiralke na povezavo 
(glej tabelo 3 2). Določite intenzivnost kratkoročnih odkupov stikalnega odseka ob predpostavki absolutne zanesljivosti avtomatskega preklopnega stikala (ATI) in stikala Q2, ki rezervira moč za odsek.
Razvrstitev načinov rezervacije. Eden glavnih načinov za zagotavljanje zahtevane stopnje zanesljivosti in predvsem brezhibnega delovanja objekta ali električnega sistema z nezadostno zanesljivimi elementi je redundanca.
Spodaj rezervacija se nanaša na uporabo dodatnih sredstev in zmogljivosti za vzdrževanje delovnega stanja električnega sistema v primeru okvare enega ali več njegovih elementov. Redundanca je učinkovit način ustvarjanja električnih sistemov, katerih zanesljivost je višja od zanesljivosti elementov, vključenih v sistem.
Pri rezervaciji se razlikujejo bistveni elementi strukture, potrebne za izvajanje zahtevanih funkcij sistema brez okvar njegovih elementov, in rezervni elementi, zasnovan za opravljanje funkcij glavnih elementov v primeru njihove okvare.
Razmerje števila rezervnih elementov itd sistemov na število osnovnih elementov, ki jih rezervirajo avtor, izražen kot nereducirani ulomek, se imenuje razmerje rezerv
m p = n p /n o .
Imenuje se redundanca z razmerjem rezerve ena proti ena m р = 1/1 podvajanje.
Dodatna orodja in zmožnosti, ki se uporabljajo pri redundanci, vključujejo elemente, dodane strukturi sistema kot rezervo, uporabo funkcionalnih in informacijskih orodij in zmogljivosti, uporabo odvečnega časa in rezerve nosilnosti. V skladu s tem se razlikujejo glede na vrsto dodatnih sredstev strukturna redundanca z uporabo rezervnih elementov strukture objekta, delujoč uporaba funkcionalnih rezerv, informativni uporaba informacijskih rezerv, začasno uporabo časovnih rezerv in obremenitev z uporabo rezerv obremenitve (slika 3.28).
V ES se najpogosteje uporablja strukturna redundanca, uporabljajo pa se tudi druge vrste redundance. Tako se s funkcionalno redundanco včasih uporabljajo večnamenski elementi opreme za avtomatizacijo, in če odpovejo, jih je mogoče uporabiti v danem sistemu za druge namene; funkcionalna redundanca se izvaja tudi z različnimi načini delovanja, na primer s prenosom informacij na različne načine, odvisno od tega, kateri elementi sistema so ostali operativni. Redundanca informacij se uporablja v sistemih, kjer pojav okvare povzroči izgubo ali popačenje določenega dela obdelanih ali prenesenih informacij. Začasno rezervacijo je mogoče izvesti s povečanjem produktivnosti objekta, vztrajnostjo njegovih elementov in ponavljanjem posameznih operacij s časovnim premikom. Redundanca obremenitve se izraža v zagotavljanju optimalnih zalog sposobnosti elementov, da prenesejo obremenitve, ki delujejo na njih, ali v uvedbo dodatnih zaščitnih ali razbremenilnih elementov v sistem za zaščito nekaterih glavnih elementov sistema pred obremenitvami, ki delujejo nanje.
Glede na način vklopa rezerve ločimo stalno in dinamično rezervo. Stalna rezervacija se izvaja brez prestrukturiranja strukture sistema, ko pride do okvare njegovega elementa, in dinamična rezervacija- s prestrukturiranjem strukture sistema v primeru: odpovedi njegovega elementa.
V najpreprostejšem primeru se pri konstantni redundanci izvede vzporedna ali serijska povezava elementov brez preklopnih naprav, pri dinamični redundanci pa so potrebne preklopne naprave, ki se odzivajo na okvare elementov.
Dinamična redundanca je pogosto redundanca zamenjava, pri katerem se funkcije glavnega elementa prenesejo na rezervnega šele po okvari glavnega elementa.
Običajna vrsta nadomestne redundance je tekoča redundanca, pri kateri je skupina primarnih sistemskih elementov podprta z enim ali več redundantnimi elementi, od katerih lahko vsak nadomesti kateri koli okvarjeni primarni element v skupini.
Način delovanja rezervnih elementov pred odpovedjo glavnega elementa je drugačen naložena rezerva(eden ali več varnostnih elementov je v načinu primarnega elementa), svetlobna rezerva(eden ali več varnostnih elementov je v manj obremenjenem načinu kot glavni element) in neobremenjena rezerva(eden ali več rezervnih elementov je v neobremenjenem načinu, preden začnejo opravljati funkcije glavnega elementa).
Koncepti obremenjene lahke in neobremenjene rezerve se uporabljajo za razlikovanje rezervnih elementov glede na njihovo stopnjo zanesljivosti. Elementi naložene rezerve imajo enako stopnjo zanesljivosti (delovanje brez odpovedi, vzdržljivost in možnost shranjevanja) kot glavni elementi objekta, ki ga rezervirajo, saj se vir rezervnih elementov porablja na enak način kot glavni elementi. Lahki rezervni elementi imajo višjo stopnjo zanesljivosti, saj je intenzivnost porabe virov rezervnih elementov, dokler se ne vklopijo namesto okvarjenih, bistveno nižja kot pri glavnih. Pri neobremenjeni rezervi se vir rezervnih elementov začne porabljati skoraj šele od trenutka, ko so vklopljeni namesto okvarjenih elementov.
Slika 3.28. Klasifikacijska shema vrst rezervacij
Glede na način rezervacije objekta (elementa objekta) ločimo splošno in ločeno rezervacijo. pri splošni pridržek objekt kot celota je rezerviran, namesto enega objekta je zagotovljeno sočasno delovanje dveh ali več objektov istega tipa ali podobnih funkcij. Metoda je preprosta in se v praksi pogosto uporablja pri varnostnem kopiranju najbolj kritičnih sistemov. pri ločena rezervacija Redundantni so posamezni elementi objekta ali njihove skupine, ki so običajno vgrajeni v objekt, posebej pa se lahko rezervirajo tako posamezni elementi sistema kot tudi precej veliki njegovi deli (bloki).
Dinamična redundanca je lahko ločena in splošna in omogoča uporabo rezervnih elementov ne samo v obremenjenih, ampak tudi v lahkih in neobremenjenih rezervah, kar omogoča varčevanje z virom rezervnih elementov, povečanje zanesljivosti električnega sistema kot celote in zmanjšanje porabe energije. .
Ko je redundančen z zamenjavo, se lahko uporabi drsna redundanca, da se zagotovi zahtevana zanesljivost sistema ob nizkih stroških in rahlem povečanju njegove teže in dimenzij.
Slabosti dinamične redundance z zamenjavo vključujejo potrebo po preklapljanju naprav in prekinitev delovanja pri preklopu na rezervne elemente ter sistem za iskanje okvarjenega elementa ali bloka, kar zmanjšuje zanesljivost celotnega redundantnega sistema. Redundanco z zamenjavo je priporočljivo uporabiti za redundanco dokaj velikih funkcionalnih enot in blokov kompleksnih električnih sistemov.
Trajna redundanca, ki vključuje stalno povezavo elementov z glavnimi, je preprosta, stikalne naprave niso potrebne. Če glavni element odpove, sistem normalno deluje naprej brez prekinitev in brez preklopov. Slabosti stalne redundance so povečana poraba virov rezervnih elementov in spremembe parametrov redundantnega vozlišča ob okvari elementov.
Trajna redundanca se uporablja v kritičnih sistemih, za katere je celo kratkotrajna prekinitev delovanja nesprejemljiva, in pri rezervaciji relativno majhnih elementov - enot, blokov in elementov elektronske opreme ESA (upori, kondenzatorji, diode itd.).
Redundanca električnih in radijskih elementov, vključenih v ESA, katerih okvara lahko povzroči posebej nevarne posledice, se izvaja ob upoštevanju možnosti kratkih stikov in prekinitev elementov. V primeru preloma elementov se redundanca izvede tako, da se le-ti povežejo vzporedno, v primeru kratkega stika pa z zaporedno povezavo elementov, ob predpostavki, da element odpove, vendar električni tokokrog drugih zaporedno povezanih elementov ni moten. Na primer, trajna ločena redundanca diode z obremenjeno rezervo v primeru okvare zaradi kratkega stika (SC), odprtega kroga ali kratkega stika in odprtega kroga se izvede z vklopom rezervnih diod oziroma zaporedno, vzporedno in zaporedno vzporedno z glavnim (sl. 3.29, a, c).
Splošna trajna redundanca usmernika UD obremenjena rezerva se izvede z vzporedno povezavo rezerve, diode pa se uporabljajo za preprečevanje toka rezervnega usmernika, da teče skozi izhodno vezje pokvarjenega (sl. 3.29, G). Splošna redundanca usmernika z neobremenjeno rezervo se izvede z napravo A stikalo, ki sprejme signal CO o okvari in dovaja stikalu krmilni signal DC QW za izklop pokvarjenega usmernika in vklop rezervnega (slika 3.29, d).
Stalna rezervacija. Takšna redundanca se lahko izvede z vzporedno ali zaporedno povezavo na glavni element (sistem) enega ali več rezervnih, ki opravljajo enake funkcije kot glavni element (sistem). Takšna redundanca se izvaja na primer pri vzporednem delovanju generatorjev, računalnikov, ESA enot, uporov itd., kot tudi pri zaporedni vezavi diod, prekinitvenih kontaktov, kondenzatorjev itd. d.
Električni sistemi s stalno rezervo so izdelani tako, da okvarjeni elementi ne vplivajo na delovanje sistema kot celote. Posledice odpovedi elementov s konstantno redundanco so v skrajnih primerih lahko: kratek stik ali zlom enega ali več elementov, kar moramo upoštevati pri projektiranju sistema. Da bi to naredili, so uvedeni omejevalni upor
riž. 3.29. Tipične sheme strukturne redundance:
a B C - dioda VD oziroma v primeru okvare, kot so kratek stik, odprt tokokrog, kratek stik in odprt tokokrog;
g, d - usmernik UD z naloženo in neobremenjeno rezervo
delilnih transformatorjev, povečati pa tudi tolerance posameznih sistemskih parametrov itd.
Stalna rezervacija zagotavlja polno rezervo in je lahko splošna ali ločena; V blokovnem diagramu so za izračun zanesljivosti glavni in rezervni elementi povezani vzporedno (slika 3.30).
riž. 3.30. Sheme splošne (a) in ločene (b) stalne rezervacije
Električni sistem s splošno redundanco (slika 3.30, a) bo deloval normalno, če vsaj eden od njih ostane v delovanju t+1 vzporedna vezja, sestavljena iz zaporedno povezanih elementov. Verjetnost brezhibnega delovanja vsakega i-tega kroga z p zaporedno vezanih elementov ob upoštevanju (3.68) v času t(zaradi poenostavitve snemanja čas ni naveden v prihodnosti)
P i =(3.95)
Kje Р ij- verjetnost brezhibnega delovanja j-tega elementa i-tega vezja. Verjetnost brezhibnega delovanja sistema s splošno redundanco m + 1 vzporednih vezij se ugotovi ob upoštevanju (3.72) in (3.95):
R s.o = 
(3.96)
Z enako zanesljivostjo vseh elementov Р ij = Р e bo formula (3.96) dobila obliko
P s.o = 1 - (1 - P e n) m +1. (3,97)
Za dano verjetnost brezhibnega delovanja električnega sistema s.o na podlagi (3.97) lahko določimo zahtevano vrednost T, pri katerem je izpolnjen pogoj с.о = Р с.о, tj.
t o =
Z eksponentnim zakonom porazdelitve za elemente sistema P e = exp(- λ e t) verjetnost brezhibnega delovanja (3,97) in povprečni čas do odpovedi sistema določata formule
P с.о (t) = 1 - m +1 ;
kjer = pλ e - stopnja napak vezja od p elementi; T av = 1/ - povprečni čas do odpovedi enega tokokroga.
Vetrna elektrarna z ločeno redundanco predvideva stalno vključitev rezervnih elementov v posamezne odseke sistema (slika 3.30.6).
Verjetnost brezhibnega delovanja ločenega redundantnega elementa sistema
in celoten sistem z ločeno redundanco
(3.99)
Z enako zanesljivostjo bodo vsi elementi (3,99) prevzeli obliko
Р с.р = n, (3.100)
od koder se za dano verjetnost brezhibnega delovanja sistema določi ustrezna vrednost
Z eksponentnim zakonom porazdelitve enako zanesljivih elementov P e = exp (-λ e t) je verjetnost brezhibnega delovanja
R s.r (t) = (1 - m +1 ) n (3,101)
in povprečni čas do okvare sistema
Kje v i = (i + 1) / (m + 1); λ = λ e.
Povečanje zanesljivosti ES zaradi redundance je mogoče oceniti z razmerjem verjetnosti odpovedi glavnega neredundantnega sistema
in redundantni sistem
Z enako zanesljivostjo glavnega in rezervnega sistema
γ pe з = l/Q i m = l/Q o m .
Iz dobljenega razmerja sledi pomemben sklep: večja ko je verjetnost izpada sistema (manjša je njegova zanesljivost), manjši je učinek redundance. Iz tega sklepa, včasih imenovanega paradoks rezervacije, lahko sklepamo naslednje:
možnost redundance ne odpravlja naloge povečanja zanesljivosti redundantnih elementov in sistemov;
splošna redundanca sistema je ob drugih enakih pogojih manj donosna kot ločena, saj je verjetnost odpovedi dela sistema manjša od verjetnosti odpovedi celotnega sistema.
Po eksponentnem zakonu porazdelitve časa do odpovedi je verjetnost odpovedi redundantnega sistema
Q p (t)=Q o m+1 (t)= m+l,
kjer je λ o = const stopnja napak enega redundantnega sistema.
V praksi običajno λ o t< 0,1 тогда
Q o (t)≈ λ o t = t/T cp in
Q P (t) ≈ (λ o t) m +1 = (t/T cp) m +1,
kjer je T av =1/λ o - povprečni čas do odpovedi redundantnega sistema.
Ob upoštevanju zgornjih razmerij lahko dobiček iz rezervacije prikažemo v obliki
γ res ≈ (T avg /t) m.
Iz tega sledi, da se dobiček iz rezervacije zmanjšuje, ko se zahtevani čas povečuje t delovanje sistema.
Na zanesljivost redundantnih ES močno vpliva ponovna vzpostavitev glavnih ali rezervnih sistemov (vezij) takoj po njihovi okvari. V ustaljenem delovanju je verjetnost delovanja vezja s povprečnim časom obnovitve Tv. av in srednji čas med napakami to v poljubni časovni točki (razen za načrtovana obdobja, v katerih ni predvidena njegova predvidena uporaba) predstavlja faktor razpoložljivosti tokokroga.
TO g =
saj v večini praktičnih problemov T v.sr /T o<< 1.
V skladu s tem lahko verjetnost okvare vezja opredelimo kot verjetnost nedelovanja
Q o (t) = 1 - K T ≈ T c. cf /T o .
Nato povečanje zanesljivosti redundantnega ES z obnovitvijo takoj po okvari glavnega ali rezervnega sistema
γ pe з = l/Q o m ≈ (T o /T in. с p) m ≈ const.
Kot lahko vidite, je kvalitativna razlika med redundanco z obnovo in redundanco brez obnove ta, da pri obnovi rez v prvem približku ni odvisen od časa delovanja t. Posledično se prednosti redundance z obnovitvijo povečajo v primerjavi z redundanco brez obnovitve, ko se zahtevani čas delovanja poveča. t. Ob tem je treba upoštevati, da je obnovitev takoj po okvari mogoče izvesti s stalnim nadzorom, katerega tehnična sredstva naj bi imela bistveno manjšo verjetnost odpovedi kot nadzorovani sistem.
Ločena redundanca je učinkovitejša v smislu povečanja zanesljivosti ES, zlasti pri velikih n (slika 3.31). To pojasnjujemo s tem, da je za sistemsko odpoved pri splošni redundanci dovolj, da odpove en element iz vsakega vezja, pri ločeni redundanci pa je dovolj, da odpovejo vsi elementi v kateri koli skupini.
Praktično zanimivo je vprašanje izbire racionalnega načina za povečanje zanesljivosti električnega sistema: z uporabo redundance ali z izbiro zelo zanesljivih elementov. Če sta z vidika teže, dimenzij in stroškov obe poti enakovredni, potem je pri reševanju tega vprašanja najpomembnejše zahtevano trajanje neprekinjenega delovanja sistema. t.
Vpliv časa t za nemoteno delovanje P c . p(t) ES dveh enakih blokov, delovnega in rezervnega, z naloženo rezervo je mogoče določiti z uporabo formul (3.98) z m = 1 in n = 1:
R s.r (t) = 2exp (-t/T povpr.b)- exp (-2t/T cp. 6);
T povpr. = 1,5 T povpr. b, (3,103)
riž. 3.31. Odvisnosti verjetnosti brezhibnega delovanja električnih sistemov s skupnim (1) in ločenim (2) redundanca je odvisna od števila rezervnih elementov z različnim številom zaporednih elementov
riž. 3.32. Odvisnost verjetnosti brezhibnega delovanja sistema od časa z naloženo rezervo (1) in povečano zanesljivostjo enote (2)
kjer je T avg.b = 1/λ 6 - povprečni čas do odpovedi ene enote; λ b- stopnjo napak ene enote redundantnega sistema.
Za neredundančni električni sistem ene enote povečane zanesljivosti z enakim srednjim časom do okvare t sreda, podobno kot pri redundantnem sistemu (3.103), bo verjetnost delovanja brez napak
P sn (t) = exp[- t/(1,5T povpr. b)]. (3,104)
Odvisnosti (3.103) in (3.104) kažejo, da je redundanca učinkovitejša od neposrednega povečanja zanesljivosti enote v začetnem obdobju delovanja sistema t< 2Т ср.б, при t >> 2T c r.b., nasprotno, bolj učinkovito je povečati zanesljivost bloka (slika 3.32).
Konstantna serijsko-vzporedna vezava medsebojno redundantnih elementov se uporablja v primerih, ko so možne okvare, kot so kratki stiki in odprti tokokrogi. Na primer, kondenzator lahko odpove zaradi izgube kapacitivnosti zaradi odprtega tokokroga ali zaradi okvare zaradi kratkega stika; relejski kontakti lahko odpovejo zaradi njihove oksidacije (zlom) ali zaradi njihovega "zvarjenja" ali "zlepljenja" (SC) itd. (glej tabelo 3.7).
Ob upoštevanju možnosti okvar, kot so odprti tokokrogi in kratki stiki, se v mnogih primerih uporablja stalna serijsko-vzporedna povezava štirih medsebojno redundantnih elementov (slika 3.33). Kadar prevladujejo okvare elementov kratkega stika
Q kratko (t) > Q o 6 (t),
riž. 3.33. Stalna serijsko-vzporedna vezava medsebojno redundantnih elementov v primeru okvar predvsem: vrsta kratkega stika (A) in pečina (b)
kjer je Q kz (t) in Q o 6 (t) - verjetnost okvare elementa tipa kratkega stika in zloma, se uporabljajo serijsko-vzporedna preklopna vezja brez mostička (sl. 3.33, a), in ko prevladujejo okvare tipa zloma
Q kratek (t)< Q об (t) -
Serijsko-vzporedna vezja z mostičkom (sl. 3.33, b).
Verjetnost okvare redundantnega vezja v primeru okvar, kot sta odprt Q r.b. (t) in vrsta kratkega stika Q r.kz (t) za zahtevano obdobje delovanja t je funkcija verjetnosti odpovedi elementa Q kratek (t) in Q o b (t) in je odvisen od uporabljene sheme redundance in vrste okvare (tabela 3.13).
Od navedenih v tabeli. 3.13 razmerij sledi, da se učinkovitost γ res zaporedno-vzporedne redundance zmanjšuje, ko se poveča verjetnost okvare elementa vezja. Pri določeni kritični vrednosti Q kratek (t) ali Q približno (t) postane verjetnost okvare redundantnega vezja večja od verjetnosti okvare enega elementa, potem uporaba zaporedno vzporedne redundance postane nepraktična. Ob upoštevanju zanesljivosti in točnosti a priori informacij o zanesljivosti elementov se običajno priporoča uporaba serijsko vzporedne redundance v primerih, ko je verjetnost okvare elementa vezja Q kratka ( t) 0,l in Q o 6 (t) 0,l.
Tabela 3.13.
Konstrukcijska razmerja za zaporedno vzporedno povezavo
štirje elementi
riž. 3.34. Splošne (a) in ločene (b) dinamične sheme rezervacij
s preklopnimi napravami
Dinamična rezervacija. S takšno redundanco postane možna uporaba lahke ali neobremenjene rezerve, če so prekinitve v delovanju ES, potrebne za omogočanje rezerve, sprejemljive, in obstaja potreba po uporabi dodatnih elementov - stikalnih naprav za priključitev rezerve. Vklop rezervnih elementov se lahko izvede ročno ali samodejno, stikalne naprave so lahko ločene ali skupne za vzporedno povezane elemente ali vezja (bloke) električnega sistema (slika 3.34).
Če zanemarimo vpliv stikalnih naprav in jih štejemo za absolutno zanesljive, potem bo z obremenjeno rezervo zanesljivost ES z dinamično redundanco enaka zanesljivosti sistema s stalno vklopljeno rezervo. V lahkih in neobremenjenih rezervah dinamična redundanca poveča zanesljivost sistema.
Vpliv zanesljivosti stikalnih naprav na zanesljivost redundantnega sistema je pri sistemih z obremenjeno rezervo precej preprosto upoštevan.
WPP s splošno redundanco in naloženo redundanco v normalnem načinu, vsa stikala so vklopljena, glavni in rezervni krog sta vklopljena p elementi so pod obremenitvijo. Če glavni tokokrog odpove, preklopite K . izklopi; v primeru okvare prvega rezervnega tokokroga se izklopi s stikalom K1 itd.
Sistemska okvara se pojavi, ko glavni in vsi rezervni tokokrogi, sestavljeni iz p elemente in stikalo TO vsak. Ob predpostavki, da stikala in sistemski elementi odpovejo neodvisno, lahko ugotovimo verjetnost brezhibnega delovanja enega tokokroga iz p elementi
in verjetnost brezhibnega delovanja celotnega sistema m + 1 takih vzporednih vezij
R s.o = 
,(3.105)
Kje Pki- verjetnost brezhibnega delovanja odklopnika i-tega tokokroga.
Z enako zanesljivostjo za vse p elementov Р e in enake zanesljivosti stikal P k bo formula (3.105) dobila obliko
P s.o = 1 - (1 - P k P e n) m +1 . (3,106)
Iz (3.106) za dano vrednost Р с.о = poiščite zahtevano vrednost števila rezervnih vezij
Z eksponentnim zakonom porazdelitve za elemente P e = exp(- λ e t) in stikala P k = exp(- λ k t) sistemov, sta povprečni čas do odpovedi in verjetnost brezhibnega delovanja sistema določena s formulami (3.98), pri čemer se v tem primeru stopnja odpovedi vezja izračuna po formuli
WPP z ločeno redundanco in naloženo redundanco, vsa stikala TO v začetnem obdobju delovanja sistema so vklopljeni, če kateri koli glavni ali rezervni element odpove, ustrezno stikalo izklopi ta okvarjeni element. Do okvare sistema pride, ko kateri koli glavni element j (ali njegovo stikalo K) in vsi njegovi redundantni elementi odpovejo jaz(ali vsa njihova stikala K i).
Verjetnost brezhibnega delovanja celotnega sistema z ločeno redundanco ob upoštevanju verjetnosti brezhibnega delovanja stikal
(3.107)
Za sistem z enako zanesljivimi elementi in stikali bo izraz (3.107) dobil obliko
R s.r = n. (3,108)
Z eksponentnim zakonom porazdelitve za elemente λ e = const in stikala λ k = const se vrednosti T av.r in P a.r. izračunajo z uporabo formul (3.101) in (3.102), v katerih v tem primeru vzamejo
λ = λ e + λ k.
Iz dobljenih formul je razvidno, da so pri dinamični redundanci z naloženo rezervo zaradi prisotnosti preklopnih naprav K kazalniki zanesljivosti sistema nižji v primerjavi s konstantno redundanco. Dinamično redundanco z naloženo rezervo je priporočljivo uporabiti v primerih, ko so motnje v delovanju sistema nesprejemljive in je treba okvarjeni element (sistem) izklopiti, da ne pride do nenadne spremembe načina delovanja redundantnega sistema.
Izračuni z uporabo formul (3.106) in (3.108), ki določajo verjetnost brezhibnega delovanja sistemov, predstavljenih na sliki 3.34, kažejo, da z enako zanesljivostjo elementov in enako dokaj visoko zanesljivostjo stikal pri istem vrednote p in T verjetnost brezhibnega delovanja ES z ločeno redundanco in stikalom v vsakem elementu je večja kot pri ES s splošno redundanco in stikalom v vsakem krogu.
Tako je ločena rezervacija učinkovitejša od splošne rezervacije in v primeru dinamične rezervacije.
Učinkovitost dinamične rezervacije se poveča, če se izvaja v obliki nadomestne rezervacije z neobremenjeno ali lahko rezervo. Spodaj se upošteva rezervacija z zamenjavo z neobremenjeno rezervo; Očitno je, da bodo kazalniki zanesljivosti s svetlobno rezervo imeli vmesne vrednosti med tistimi z naloženo in neobremenjeno rezervo.
V redundantnem sistemu s splošno redundanco in neobremenjenim stanjem pripravljenosti najprej deluje glavno vezje z odklopnikom TO(Sl. 3.34, A), če ne uspe, ga namesto tega vklopi stikalo K i eno od rezervnih vezij. Takih zamenjav ne more biti več T;(m+1)-odpoved vodi do odpovedi sistema kot celote.
Za poenostavitev analize obravnavamo sistem z eksponentnim zakonom porazdelitve za elemente P ij (t) = exp(-λ j t) in stikala Pki(t)= exp(- λ ki t). Potem je verjetnost brezhibnega delovanja enega vezja od p elementi s stikalom
P i (t) = (3,109)
kjer je λ i = λ j n + λ k - stopnja napak i-tega vezja redundantnega sistema.
Povprečni čas do okvare i-tega tokokroga ob upoštevanju (3.109) bo
T povpr. jaz = 
V vsakem intervalu t i Samo eno vezje deluje in lahko odpove, zato bo povprečni čas do odpovedi celotnega sistema enak
Tcp. o = T cp. i(m+1). (3.110)
Verjetnost brezhibnega delovanja redundantnega ES z neobremenjeno rezervo skozi čas t je mogoče določiti ob predpostavki, da v primeru okvare enega tokokroga pride do takojšnjega preklopa na enega od rezervnih tokokrogov, do okvare sistema pa bo prišlo po odpovedi glavnega tokokroga in vseh T rezervna vezja. Potem je verjetnost, da ena veriga p elemente in stikalo TO, s stopnjo napak λ i skozi čas t ne bo uspelo ztimes (ob upoštevanju možnosti njegove zamenjave z rezervnimi), se lahko določi s Poissonovim zakonom
P z (t) = (λ i t) z /z! exp(-λ i t), (3.111)
Kje λ i t- povprečno število okvar tokokroga skozi čas t.
Celoten sistem je sčasoma odveč t bo deloval brez napak, če se v tem času zgodi vsaj eden od naslednjih nezdružljivih dogodkov: C o - vsa vezja sistema so delovala brez napak, C 1 - eno vezje je odpovedalo, C z - zavrnil z verige (t+1); S t - zavrnil T verige (m+1).
Tako bo verjetnost brezhibnega delovanja celotnega redundantnega sistema določena po izreku seštevanja verjetnosti celotne skupine nekompatibilnih dogodkov C ob upoštevanju (3.111)
Р с.о (t) = (3,112)
Iz primerjave dobljenih formul (3.110) in (3.112) z ustreznima formulama za obremenjeno rezervo sledi, da se pri neobremenjeni rezervi povečata verjetnost brezodpovednega delovanja in povprečni čas do odpovedi.
Hkrati je skoraj nemogoče doseči povečanje srednjega časa do odpovedi za več kot red velikosti zaradi takšne redundance zaradi prisotnosti stikalnih naprav in pomožne opreme. S povečanjem števila redundantnih elementov (enot, sistemov) teža, dimenzije in stroški pomožne opreme bistveno omejujejo dosegljivo raven zanesljivosti med redundanco, kar v praksi omogoča uporabo redundance z m ≤ 2 ... 3.
Če je ES sestavljen iz skupin enakih elementov, je priporočljivo uporabiti drsno rezervacijo z zamenjavo, ko je eden ali več rezervnih elementov (blokov) T sistemi lahko nadomestijo katerega koli od okvarjenih glavnih elementov (blokov) sistema (slika 3.35).
riž. 3.35. Tekoča shema rezervacij
Če je drsna redundanca z neobremenjeno rezervo, so okvare elementov neodvisne in imajo eksponentno porazdelitev, naprava za iskanje okvarjenega elementa in vklop rezervnega elementa namesto njega (stikalo) absolutno zanesljiva, potem je verjetnost brezhibnega delovanja sistema v času t, tj. verjetnosti odpovedi v tem času ni več T elementov, se določi po Poissonovem zakonu podobno kot (3.112)
P c . c(t)= 
(3.113)
Kje λ e - stopnja napak elementa.
Povprečni čas do odpovedi sistema, to je matematično pričakovanje časa nastanka (m+1)-te odpovedi, se določi na običajen način:
T av.s =1/(pλ e)+t/(pλ e) = (t+1)(pλ e).(3.114)
Učinkovitost drsne redundance električnega sistema je mogoče oceniti s primerjavo odvisnosti (3.113) in (3.114) za sistem z drsno redundanco z ustreznimi odvisnostmi P c = exp (- nλ e t) in T av =1/(nλ e) za neredundančni sistem
(t) = P c . c (t)/P c (t) = 1+ nλ e t + (nλ e t) 2 /2! + . . .+ (nλ e t) m /m!;
(t) = T cp. c /T cp = (m+1).(3.115)
Iz (3.115) sledi, da z vidika povečevanja verjetnosti brezodpovednega delovanja in povprečnega časa do odpovedi ES učinkovitost drsne redundance v primerjavi z ustreznim neredundančnim sistemom narašča z večanjem število rezervnih elementov, povečanje časa delovanja sistema in število rezerviranih glavnih elementov (blokov) sistema.
Rolling redundanca je lahko ekonomsko ugodnejša, saj je izvedena z manjšim številom rezervnih elementov kot glavni.
Optimalna redundanca. Pri praktični izvedbi redundance ES se pojavi problem optimalne redundance, to je zagotavljanja zahtevane zanesljivosti sistema z najnižjimi stroški.
Število in nomenklaturo rezervnih elementov (blokov) ES je mogoče določiti na podlagi naslednjih dveh formulacij problema optimalne rezervacije:
1) dano verjetnost brezhibnega delovanja sistema je treba zagotoviti z minimalnimi stroški Z mi n za rezervne elemente, tj. pri C min ;
2) pri danih stroških rezervnih elementov je treba zagotoviti največjo možno verjetnost brezhibnega delovanja sistema R s. m ah, tj. pri R s. m ah.
Za rešitev obeh problemov je treba najprej določiti število sistemskih redundantnih elementov (odsekov), izračunati verjetnosti brezhibnega delovanja posameznega odseka in sistema kot celote ter določiti stroške posameznega odseka.
Nato je za rešitev prvega problema treba najti minimum funkcije C = 
glede na to P s = 
Kje Z - stroški redundantnega sistema, C i - stroški enega rezervnega elementa i-tega dela sistema; C 0 i - začetni stroški i-tega dela sistema; jaz-število rezervnih elementov v i-tem oddelku; P i (m i) - verjetnost brezhibnega delovanja i-tega dela sistema, če ima m i -rezervnih elementov.
Rešitev drugega problema optimalne redundance se zmanjša na iskanje maksimuma funkcije Р с = pod pogojem C = 
Izračun optimalnega redundantnega ES je večstopenjski proces. Na prvem koraku poiščemo takšen rezervni odsek, ki mu dodamo en rezervni odsek, ki glede na stroške na enoto največ poveča verjetnost brezhibnega delovanja sistema. V drugem koraku se določi naslednji odsek (vključno s predhodno rezerviranim odsekom), pri čemer se doda en rezervni odsek, ki daje največjo povečano verjetnost brezhibnega delovanja sistema, itd. Izračuni se izvajajo v obliki tabele; izračun se na tem koraku ustavi
M = , ko je izpolnjen pogoj za prvo nalogo P c (M-1)< (М), а для второй задачи - С(М) 
Razvrstitev obstoječih načinov rezervacije je prikazana na sl.
Rezervacija
Zgoraj smo opisali bistvo vrst odpuščanja. Upoštevajte, da je trenutno strukturna redundanca najbolj razširjena v tehničnih sistemih.
Bistvo strukturne redundance je v tem, da je na glavni element pritrjen eden ali več dodatnih (rezervnih) elementov (tj. minimum, ki je potreben za opravljanje določenih funkcij), namenjenih zagotavljanju delovanja objekta v primeru okvare glavnega elementa. element).
Glede na obseg rezervacije ločimo naslednje vrste:
- - splošno, ki predvideva rezervacijo celotnega objekta
- - ločeni, v katerem so rezervirani posamezni elementi ali njihove skupine
- - mešano, ki združuje različne vrste rezervacij.
Rezervo, tako kot tehnične sisteme, je mogoče obnoviti ali nepovratno. Prvi od teh se uporablja na vzdrževanih sistemih, njegova strategija obnovitve pa je zgrajena tako, da varnost sistema ne pade pod dano raven. Na vzdrževanih sistemih (nepovratna vesoljska plovila, avtomatske meteorološke postaje itd.) je rezerva praviloma v celoti porabljena in je ni mogoče obnoviti.
Odvečni elementi so lahko v različnih načinih:
Naloženo, olajšano in raztovorjeno.
V neobremenjenem načinu so redundantni elementi v enakem stanju kot glavni element, to pomeni, da vsi elementi delujejo hkrati pod enakimi pogoji.
Lahki rezervni način pomeni, da je obremenitev rezervnih elementov manjša od obremenitve glavnega elementa.
Neobremenjena rezerva se zmanjša na situacijo, v kateri redundantni elementi nimajo obremenitve, dokler glavni element ne odpove.
Glede na naravo povezave jih ločimo:
- - stalna rezervacija, pri kateri pri delovanju objekta poleg glavnih sodelujejo tudi rezervni elementi:
- - zamenjava, ko se funkcija glavnega elementa prenese na rezervno šele po okvari glavnega
- - drsenje, pri katerem je mogoče vsak neuspeli element nadomestiti z rezervnim.
DRŽAVNI ODBOR ZSSR ZA STANDARDE
(Gosstandart ZSSR)
VSEZAVEZNI RAZISKOVALNI INŠTITUT
O NORMALIZACIJI V STROJNIŠTVU
(VNIINMASH)
Odobreno
Po naročilu VNIINMASH
št. 260 z dne 22.09.1988
|
Zanesljivost v tehnologiji Izbira načinov in metod rezervacije |
R 50-54-82-88 |
Ta priporočila (R) veljajo za tehnične naprave (izdelke), ki jih proizvajajo različne industrije in imajo povečane zahteve glede zanesljivosti, ki jih ni mogoče zagotoviti le z izbiro visoko zanesljivih elementov.
R določi splošna načela in enotno metodologijo za izbiro rezervnih metod in metod, z izjemo vprašanj oblikovanja in uporabe rezervnih delov in pripomočkov. Namenjen za uporabo v procesu načrtovanja tehničnih naprav in pri razvoju industrijskih normativnih in tehničnih dokumentov. Zasnovan za zaposlene v podjetniških službah za zanesljivost in razvojne inženirje, ki poznajo osnove teorije zanesljivosti.
1 . OSNOVNE TOČKE
1.1. Redundanca je metoda zagotavljanja zanesljivosti, ki je sestavljena iz uporabe dodatnih sredstev in zmogljivosti za ohranitev delovanja objekta v primeru okvare enega ali več njegovih elementov ali motenj povezav med njimi. Najpogosteje se redundanca uporablja v primerih, ko so druge metode (zmanjšanje stopnje odpovedi elementov, izboljšanje vzdržljivosti) nezadostne ali jih ni mogoče v celoti uporabiti zaradi omejitev, ki nastanejo med načrtovanjem in delovanjem sistemov.
1.2. Osnova redundance je uvedba redundance: dodatni elementi, čas, informacije, rezerve izdelkov, rezerve produktivnosti, algoritemska fleksibilnost itd. V zvezi s tem lahko glede na izvor in fizično naravo ločimo naslednje vrste redundance: strukturno , začasni, funkcionalni, informativni, obremenitveni, algoritemski , programski, način. Uvedba redundance ne ustvarja rezerve in ne vodi nujno v povečanje zanesljivosti. Da bi uvedba odpuščanja povzročila odpuščanje, morajo biti izpolnjeni številni dodatni pogoji in tehnični ukrepi:
spremljanje delovanja in tehničnega stanja opreme in opreme; namestitev prenosnih stikal, ki izpolnjujejo določene zahteve glede odzivnega časa in zanesljivosti; dinamična prerazporeditev funkcionalne obremenitve elementov, ko se struktura sistema spremeni, kar zagotavlja možnost vzporednega dela v sistemih z vzporedno strukturo; vključitev v sisteme algoritmov in orodij za rekonfiguracijo (prestrukturiranje strukture), ki omogočajo organiziranje učinkovitih virov za dokončanje naloge.
1.3. Redundanca v vseh sistemih je povezana s povečanjem celotnega toka okvar. S povečanjem standardiziranega kazalnika zanesljivosti vodi ne le do povečanja stroškov izdelka, značilnosti skupne teže, porabe energije in nekaterih drugih značilnosti, temveč tudi do povečanja obratovalnih stroškov in porabe rezervnih delov ter povečanja osebje za vzdrževanje in popravila. Zato je treba redundanco obravnavati kot nujno sredstvo za povečanje zanesljivosti, ko so druge možnosti že izčrpane in ne zagotavljajo zahtevane stopnje zanesljivosti.
V sistemih, kjer se lahko glede na pogoje uporabe zahteve glede zanesljivosti spreminjajo med obdobjem delovanja glede na vrsto nalog, ki se rešujejo, je priporočljivo uporabiti način delovanja s spremenljivo globino redundance. To omogoča učinkovitejšo uporabo presežnih virov ter izboljša tehnično in ekonomsko učinkovitost sistema.
1.4. Za vsako vrsto opreme so možnosti redundance kot sredstva za povečanje zanesljivosti v veliki meri določene s tehnično izvedljivostjo redundantnih metod. Zato je treba pri projektiranju uporabljati samo take redundančne metode, katerih tehnična izvedljivost je zagotovljena z znanimi vezjetehničnimi rešitvami ali pa se lahko potrdi z razvojnim delom v sprejemljivem časovnem okviru.
1.5. Okvara redundantnega sistema je dogodek, ki sestoji iz kršitve vsaj ene od postavljenih zahtev za izhodne karakteristike sistema (zmogljivost, natančnost, zanesljivost, materialna intenzivnost, energetska intenzivnost itd.). Pod določenimi pogoji, ko je mogoče identificirati minimalne vrednosti različnih virov, ki so potrebni, da sistem opravi določeno nalogo, lahko napako redundantnega sistema opredelimo kot dogodek, ki je sestavljen iz kršitve zahtev za vrednost in stanje vseh potrebnih virov. Pojav okvare se evidentira s kriteriji, ki so deterministična pravila za odločanje o tem, ali stanje sistema spada v razred operabilnih ali neoperabilnih stanj.
1.6. Glavni kriterij za odpoved redundantnega sistema je funkcionalni znak, s pomočjo katerega se določi meja območja v prostoru izhodnih karakteristik sistema, katerega presečišče se šteje za odpoved sistema.
1.7. V kompleksnih sistemih, ki imajo več načinov delovanja in vrsto izvajanih funkcij, je možno oblikovati več funkcionalnih kriterijev okvare - okvare pri izvajanju posamezne funkcije. Z združevanjem kriterijev odpovedi za vsako funkcijo se oblikujejo funkcionalna merila odpovedi za poljuben nabor funkcij. V kompleksnem sistemu je mogoče razlikovati več ravni delovanja, od katerih vsaka ustreza funkcionalnemu kriteriju.
1.8. Na podlagi funkcionalnega kriterija se oblikuje strukturni kriterij odpovedi, ki določa, kateremu stanju nabora tehničnih sredstev ustreza okvara sistema. Če je takšen kriterij mogoče oblikovati, potem lahko množico operabilnih in neoperabilnih stanj opišemo v obliki strukturno-zanesljivostnega diagrama ali logične funkcije operabilnosti (neoperabilnosti) sistema.
1.9. Za sisteme z več vrstami redundance ni vedno mogoče oblikovati strukturnega kriterija, ki bi ustrezal funkcionalnemu kriteriju, saj stanje operativnosti sistema ne določa le celota stanj njegovih elementov. V tem primeru je treba razviti merilo tehnične okvare, ki poleg stanja elementov vključuje vrednosti zalog proizvoda in zalog produktivnosti, dovoljen čas, porabljen v delno operativnem stanju, in stanje vzdrževalnega sistema.
Vzpostavljen čas delovanja brez težav t y;
verjetnost brezhibnega delovanja P(t) v danem obratovalnem času;
faktor razpoložljivosti sistema K g;
Koeficient tehničnega izkoristka Kti;
Koeficient operativne pripravljenosti K og (t);
Koeficient ohranjanja učinkovitosti K e.
V redundantnem sistemu je veliko operativnih stanj, od katerih je eno popolnoma operativno. Pojavi se, ko so vsi elementi operativni in so vsi dodatni viri, dodeljeni za redundanco, na ravni standardnih vrednosti, ki jih označuje vektorski parameter A. Druga operativna stanja nastanejo, ko nekateri elementi odpovejo ali viri padejo pod standardne vrednosti.
Delovno stanje, v katerem so trenutne vrednosti parametrov na takšni ravni, da lahko okvara enega elementa povzroči odpoved sistema, se imenuje stanje pred odpovedjo. V zaporedju stanj redundantnega sistema, med stanjem polnega delovanja in stanjem pred odpovedjo, je običajno eno ali več vmesnih stanj. Število okvar elementov, ki pripeljejo sistem iz popolnoma delujočega stanja v stanje pred odpovedjo, je pomembna značilnost stopnje redundance v sistemu. Na splošno se to število razlikuje glede na zaporedje okvar elementov in na tem, v katerem delu sistema se pojavijo. Najmanjše število napak, ki ustreza najbolj nesrečni kombinaciji okvar elementov, se lahko uporablja ne le kot značilnost stopnje redundance, temveč tudi kot deterministični indikator zanesljivosti, imenovan d - zanesljivost:
kjer je d i število okvarjenih elementov med prehodom iz popolnoma delujočega v stanje pred odpovedjo na i-ti poti.
Za stopnjo redundance je značilno tudi največje število okvar elementov, pri katerih sistemska okvara še ne pride. To število se lahko uporablja kot deterministični indikator zanesljivosti, imenovan m - zanesljivost:
kjer je m i število odpovedi elementov med prehodom v stanje pred odpovedjo na i-ti poti. Upoštevajte, da lahko pot tukaj vsebuje več stanj pred napako.
Primerjava m in d nam omogoča, da ocenimo lastnosti prožnosti virov, ki se uporabljajo za izboljšanje zanesljivosti. Če je razlika med temi številkami velika, je manevrska sposobnost sredstev nizka, če je razlika majhna, pa visoka. Ko je m = d, je manevriranje absolutno.
1.11. Indikator zanesljivosti, ki se uporablja za neredundančne sisteme - srednji čas do odpovedi T cf - je mogoče izračunati tudi za redundantni sistem. Vendar pa ta indikator slabo odraža osnovne lastnosti slednjega, saj označuje obnašanje sistema v celotnem intervalu delovanja, ko se verjetnost brezhibnega delovanja razlikuje od nič. Pri zelo zanesljivih sistemih, kot so običajno redundantni sistemi, je ta interval precej velik in znatno presega standardni čas delovanja. To pomeni, da T cf določa tudi interval, v katerem sistem ne deluje več in kjer se zaradi postopnega zmanjševanja redundance in degradacije sistema zanesljivost zmanjšuje in je lahko nižja od stopnje zanesljivosti neredundančnega sistema. Zato se učinkovitost redundance, ocenjena s prirastkom povprečnega obratovalnega časa, praviloma izkaže za bistveno nižjo kot pri oceni s stopnjo zmanjšanja verjetnosti odpovedi. Iz tega razloga srednji čas do okvare ni priporočljiv kot pokazatelj zanesljivosti redundantnega sistema. Namesto povprečnega obratovalnega časa se uporablja pogojni povprečni čas do odpovedi, če obratovalni čas ne presega obratovalnega intervala.
1.12. Koeficient ohranjanja učinkovitosti izraža relativno zmanjšanje določenega kazalnika učinkovitosti (produktivnost, pretočnost, moč, količina proizvedenih izdelkov) zaradi okvar elementov sistema. Posebnost K e kot kazalnika zanesljivosti je v tem, da za izračun ni treba uvajati koncepta in meril za okvaro sistema. Zato se K e uporablja pri ocenjevanju zanesljivosti kompleksnih sistemov, v katerih ni mogoče razdeliti vseh stanj v dva razreda (delujoče in nedelujoče) in ki imajo več stopenj učinkovitosti. Lahko pa se uporablja tudi v sistemih, kjer so oblikovani koncept in merila okvare, če se delovna stanja razlikujejo v vrednostih indikatorja učinkovitosti. Če sta enaka, potem koeficient ohranjanja učinkovitosti kvantitativno sovpada s koeficientom tehnične uporabe.
1.13. Pri izračunu ugotovljenega časa brez odpovedi t y se verjetnost njegovega zagotavljanja določi kot verjetnost brezodpovednega delovanja v času t y.
2 . RAZVRSTITEV VRST REZERVACIJE
2.1. Ne glede na namen in področje tehnologije je treba razlikovati med petimi vrstami redundance: strukturno, začasno, funkcionalno, informacijsko, obremenitveno. Glede na te vrste redundance ločimo pet vrst redundance. Tem je treba dodati še algoritemsko in semantično redundanco, ki ju lahko obravnavamo kot vrsto funkcijske oziroma informacijske redundance. Vendar pa imajo določene posebnosti in jih je mogoče obravnavati ločeno.
2.2. Strukturna redundanca se izvede z uvedbo v strukturo tehničnih sredstev dodatnih (rezervnih) elementov, ki lahko opravljajo funkcije glavnih elementov v primeru njihove okvare. Odstranitev teh elementov iz sistema, medtem ko so glavni v delovnem stanju, ne poslabša sposobnosti sistema za izvajanje zahtevanih funkcij v danih načinih in pogojih uporabe.
2.3. Funkcionalna redundanca poteka v večnamenskih sistemih, v katerih imajo posamezni elementi ali skupine elementov možnost, da prevzamejo funkcije drugih okvarjenih elementov za čas njihove ponovne vzpostavitve, ne da bi se bistveno zmanjšala tehnična in ekonomska učinkovitost sistema. Pri funkcijski redundanci za razliko od strukturne redundance ni rezervnih elementov, t.j. take elemente, ki jih je mogoče trajno odstraniti, ne da bi kršili zahteve za tehnične značilnosti sistema.
Funkcionalno redundanco zagotavljajo:
Vzpostavljanje dodatnih povezav med elementi;
Prilagodljivost in učinkovitost preoblikovanja večnamenskih elementov za opravljanje določene funkcije;
Spreminjanje načina delovanja.
2.4. Začasna rezervacija je sestavljena iz ustvarjanja dodatnega časa za posamezne elemente, skupine elementov ali sistem kot celoto, ki se lahko uporabi za obnovitev tehničnih lastnosti brez kršitev zahtev za izhodne parametre sistema.
Začasna rezervacija je zagotovljena:
Ustvarjanje rezerve zmogljivosti s povečanjem hitrosti (prepustnosti) elementov;
Ustvarjanje rezerve produktivnosti z vzporedno vključitvijo naprav istega namena;
Ustvarjanje zalog izdelkov v vmesnem ali izhodnem skladišču;
Zmanjšanje stopnje razvoja škodljivih posledic okvar in stopnje poslabšanja izhodnih parametrov sistema.
2.5. Varnostno kopiranje informacij je sestavljeno iz oblikovanja več semantično ustreznih virov informacij ali kopij informacijskih nizov, vnosa dodatnih informacij, namenjenih obnovitvi glavnega v primeru njegovega izkrivljanja.
Varnostno kopiranje informacij zagotavlja:
Kodiranje informacij, odporno na hrup;
Podvajanje podatkov na različnih napravah;
Korelacija podatkov meritev fizičnega polja;
Uporaba podatkov, ki zadoščajo invariantnim razmerjem;
Uporaba redundance v algoritemskem ali naravnem jeziku.
2.6. Podpora obremenitvi je sestavljena iz zagotavljanja rezerve zmogljivosti, ko je med delovanjem izpostavljen različnim obremenitvam (električnim, mehanskim, toplotnim itd.). Redundanco obremenitve zagotavlja:
Ustvarjanje varnostne rezerve za zaščito pred povečanimi udarnimi in vibracijskimi obremenitvami;
Uporaba elementov s povečano dovoljeno disipacijo električne moči;
Uporaba toplotno odpornih materialov;
Zmanjšanje stopnje izkoriščenosti izdelka s koristnim delom.
2.7. Glavne značilnosti vrst rezervacij, ki določajo velikost vhodnih virov in pravila njihove uporabe, so:
Pogostost rezervacij;
Področje uporabe rezervnih virov;
Rezervacijska disciplina;
Disciplina pridobivanja virov;
Število ravni hierarhije rezervacij.
2.8. Razmerje redundance je opredeljeno kot razmerje med številom rezervnih virov in številom glavnih virov. Mnogokratnost strukturne redundance je predstavljena kot nezmanjšani ulomek, v katerem je števec število rezervnih elementov, imenovalec pa število glavnih elementov. Mnogokratnost funkcionalne redundance je določena s številom različnih načinov, na katere je mogoče izvajati določeno funkcijo. Razmerje rezerviranega časa je definirano kot razmerje med rezervnim časom in časom izvedbe glavne naloge. Množica redundance informacij med kodiranjem, odpornim proti hrupu, sovpada z relativno redundanco kode; pri kodiranju nizov sovpada s številom varnostnih kopij, v splošnem primeru pa je množina definirana kot razmerje med številom enot varnostnih in glavnih informacij. Faktor redundance obremenitve je opredeljen kot razmerje med rezervo zmogljivosti za dano vrsto obremenitve in nazivno vrednostjo obremenitve, merjeno v istih enotah.
2.9. Glede na področje uporabe rezervnih virov obstajajo splošne, skupinske in poelementne rezervacije. Splošna rezerva je sposobna preprečiti okvare katerega koli elementa sistema. Skupinska rezerva preprečuje okvare samo v elementih dane skupine in je ni mogoče uporabiti v primeru odpovedi elementov izven te skupine. Poelementna rezerva je namenjena preprečevanju okvar le elementov danega tipa. Vsako od teh metod rezervacije je mogoče označiti z razmerjem rezervacije.
2.10. Disciplina redundance določa postopek uporabe redundantnih virov, ki se vnesejo v sistem za izvajanje različnih metod redundance, in je odvisna od tega, katere vrste in metode redundance so implementirane v sistemu in v kakšnem načinu sistem deluje v trenutku, ko pride do okvare. Pri strukturni redundanci se običajno najprej uporabijo rezerve po elementih, nato skupinske rezerve in nazadnje splošne rezerve. Pri strukturni in časovni rezervaciji se v nekaterih načinih najprej uporabi strukturna rezerva, nato pa časovna. V drugih načinih delovanja je lahko vrstni red uporabe rezerve obraten, funkcionalna rezerva se običajno uporablja po izčrpanju strukturne rezerve, saj je prehod na drug način izvajanja funkcije pogosto povezan z rahlim poslabšanjem kakovosti delovanje. Ker je dosežena zanesljivost redundantnega sistema odvisna od discipline redundance, je potrebno iskati optimalno disciplino redundance.
2.11. Disciplina obnove virov določa vrstni red vzdrževanja, disciplina tehnične in informacijske obnove, dopolnjevanje zalog izdelkov, rezerve delovne zmogljivosti in rezerve časa. Disciplina okrevanja mora opredeliti:
Trenutek začetka okrevanja;
Spreminjanje načina delovanja sistema med obnovitvijo;
Vir obnavljanja virov;
Vrstni red dela za obnovitev virov;
Postopek vračanja strojne, programske in informacijske opreme v sistem po zaključeni obnovi;
Standardne vrednosti virov, pri katerih se postopek obnovitve ustavi ali se spremeni način delovanja glavnega sistema in vzdrževalni sistem;
Strategija vzdrževanja in obnove.
2.12. Hierarhija redundantnih sredstev je oblikovana v skladu s hierarhijo tehničnih sredstev. V zvezi s tem je mogoče razlikovati več stopenj hierarhije rezervacij:
Elementarni nivo (I);
Raven modulov in vozlišč (II);
Raven naprave (III);
Raven podsistema (IV);
Sistemska raven (V);
Glede na funkcionalni princip lahko ločimo naslednje ravni hierarhije rezervacij:
Raven mikrooperacije (I);
Nivo operacijskih delov (II);
Operativni nivo (III);
Raven podnaloge (IV);
Raven naloge (V);
Funkcijska raven (VI);
Raven večnamenskih nalog (VII).
Glede na način izvajanja redundance obstajajo tri stopnje hierarhije:
Tehnološki (I);
Konstruktivna (II);
Funkcionalni (III).
Število ravni hierarhije je klasifikacija in tehnična značilnost orodij za varnostno kopiranje.
3 . IZBIRA VRSTE REZERVACIJE
3.1. Izbira vrste rezervacije je odvisna od:
Pogoji za uporabo sistema;
Omejitve skupnih stroškov sredstev za povečanje zanesljivosti;
Omejitve, ki jih povzročajo zahteve po drugih tehničnih lastnostih (dimenzije, teža, poraba energije, obratovalni stroški, servisni podsistemi);
Sprejemljivo poslabšanje kakovosti delovanja in zmanjšanje obsega opravljenih funkcij med degradacijo sistema;
Tehnična izvedljivost metod redundance;
Stopnja razvoja orodij za spremljanje in diagnostiko;
Značilnosti vzdrževanja;
Stopnja poenotenja opreme;
Raven proizvodne tehnologije in njene značilnosti (stabilnost, fleksibilnost, natančnost).
3.2. Strukturna redundanca izkorišča prednosti sistemov, za katere pogoje uporabe so značilne naslednje lastnosti:
Kratek dovoljen čas prekinitve;
Visoki stroški okvare (hude posledice okvare);
Nedopustno je zmanjšanje kakovosti delovanja zaradi degradacije sistema;
Razvit sistem spremljanja in diagnostike strojne opreme, ki ne dopušča bistvenih zamud pri odkrivanju okvar;
Organizacija vzdrževanja, pri katerem je možno odklopiti okvarjeno napravo, jo obnoviti in ponovno vključiti v delovanje brez prekinitve delovanja preostalega sistema.
Metode strukturne redundance lahko razdelimo v tri glavne skupine:
Vgrajena redundanca s trajno varnostno kopijo;
Vgrajena redundanca z zamenjavo z avtomatskim ali avtomatskim vklopom rezerve;
Razbremenjena redundanca z zamenjavo nedelujočih elementov z delujočimi iz rezervnih delov.
V slednjem primeru sta množica in način rezervacije določena z nomenklaturo in številom rezervnih elementov, strukturo rezervnih delov (enojni, skupinski).
3.3. Funkcionalna redundanca se uporablja v primerih, ko je strukturna redundanca zaradi velikega števila opreme ali drugih razlogov nesprejemljiva. Praviloma je bolj ekonomičen kot strukturna redundanca, vendar je učinkovitost dosežena na račun določenega zmanjšanja kakovosti izvajanja funkcij, na primer zaradi poslabšanja natančnosti, povečanega časa izvajanja funkcij, zmanjšane produktivnosti, zmanjšane berljivosti. izhodnih rezultatov itd.
Druga oblika funkcionalne redundance je popolna ponovna vzpostavitev glavnih funkcij z ustavitvijo izvajanja sekundarnih funkcij in prenosom sproščenih virov za izvajanje glavnih.
Značilnosti funkcionalne redundance:
Večja zanesljivost sistema pri uporabi rezervne metode izvajanja funkcij z uporabo poenostavljenih algoritmov;
Razvit sistem upravljanja z viri in njihova visoka mobilnost, kar pomeni, da je vire mogoče povezati dovolj hitro in v različnih konfiguracijah za izvajanje osnovnih funkcij;
Razvit sistem za spremljanje delovanja, ki vam omogoča zanesljivo oceno tehničnega stanja vseh virov in sistem za upravljanje virov takoj oskrbi s potrebnimi informacijami;
Možnost hitre vrnitve na glavno možnost za izvajanje funkcij po obnovitvi funkcionalnosti okvarjenih naprav;
Brez razvrednotenja zavrnitev;
Temeljna odsotnost podvajanja konstrukcijskih napak pri izvajanju algoritmov za delovanje naprav, ki medsebojno varnostno kopirajo.
3.4. Začasna redundanca kot metoda povečanja zanesljivosti postane učinkovita in pridobi prednost pred drugimi vrstami redundance v sistemih z naslednjimi lastnostmi:
Sistem omogoča prekinitve delovanja za čas, ki presega čas, potreben za odpravo okvare in njenih posledic;
Kakovost delovanja sistema se ocenjuje z integralnimi značilnostmi v precej dolgem časovnem obdobju (izmena, dan, teden, mesec, četrtletje, leto);
Sistem ima končno in razmeroma nizko hitrost prehoda iz operativnega stanja v nedelujoče stanje v primeru odpovedi posameznih elementov;
Sistem, ki prenaša ali obdeluje materialne, energetske ali informacijske tokove, ima zmožnost kopičenja zahtevanih količin produkta v vmesnih in izhodnih napravah za shranjevanje za preprečevanje okvar in njihovih posledic;
Amortizacijskih okvar v sistemu ni mogoče popolnoma odpraviti, zato je del obratovalnega časa potrebno ponoviti;
V sistemu se pojavijo obdobja latentne okvare, ki zahtevajo ponovitev nekaterih del po odkritju okvare;
Sistem omogoča kratkoročno zmanjšanje zmogljivosti, ki se kompenzira z rezervo zmogljivosti;
Sistem ima kumulativni učinek, ki omogoča v dodatnem času izboljšanje izhodnih karakteristik (natančnost, zanesljivost, moč, stabilnost, stabilnost), ki določajo njegovo delovanje.
3.5. Informacijska redundanca je posebna vrsta redundance, ki se uporablja v komunikacijskih, nadzornih, merilnih, informacijskih, računalniških sistemih in drugih sistemih za zbiranje in obdelavo informacij.
Uporablja se v primerih, ko so posledice izgube in izkrivljanja informacij hude in so zato takšne kršitve bodisi nesprejemljive bodisi naj bi bile malo verjetne. Glavni pogoji in predpogoji za uporabo varnostnega kopiranja informacij so:
Nezadostna zanesljivost pomnilniških medijev;
Nezmožnost hitrega obnavljanja izkrivljanja informacij med obdelavo z algoritemskimi sredstvi;
Nezmožnost obnavljanja informacij z uporabo primarnih virov;
Sistem zagotavlja potrebne strojne in časovne vire za izvedbo varnostnega kopiranja informacij, algoritmi delovanja pa omogočajo uporabo redundantnih informacij.
Informacijska redundanca se običajno uporablja v kombinaciji s strukturno, funkcionalno in začasno redundanco, saj shranjevanje kopij informacijskih nizov in dodatnih informacij med kodiranjem, odpornim na napake, zahteva dodatno zmogljivost shranjevanja in dodatno opremo za obdelavo informacij ter dodaten čas za branje kopij in delovanje. orodja za obnovitev informacij. Pogost način redundance informacij je vgradnja dodatnih senzorjev v merilno polje, kar omogoča hkratno uporabo funkcionalne redundance (prva oblika).
3.6. Redundanca obremenitve se uporablja v primerih, ko izdelek ne potrebuje vzdrževanja ali ko odprava okvare zahteva veliko časa in visoke obratovalne stroške. Hkrati je uporaba strukturne redundance otežena ali onemogočena zaradi tehničnih ali ekonomskih razlogov. Redundanco obremenitve lahko uporabimo tudi, kadar strukturna redundanca ni učinkovita in je za povečanje njene učinkovitosti potrebno zmanjšati stopnjo odpovedi izdelka ali njegovega redundantnega dela. Glavni pogoji za uspešno uporabo te vrste rezervacije:
Razpoložljivost ustreznih elementov, ki imajo zahtevano rezervo zmogljivosti v različnih parametrih glede na nazivni način delovanja izdelka;
Sprejemljivost stopnje povečanja drugih tehničnih in ekonomskih lastnosti (dimenzije, poraba energije, stroški itd.) v primerjavi s prototipom zaradi oblikovanja rezerve zmogljivosti;
Sposobnost istočasne razbremenitve vseh ali večine elementov, da se ustvari "enako močan" sistem.
Metode varnostnega kopiranja obremenitve vključujejo:
Uporaba elementov s povečano dovoljeno disipacijo moči;
Zmanjšanje gostote pakiranja elementov za ustvarjanje ugodnega toplotnega režima;
Zmanjšanje hitrosti gibanja mehanskih elementov za zmanjšanje mehanskih obremenitev;
Zmanjšanje intenzivnosti vhodnih informacijskih tokov v informacijskih sistemih z namenom preprečevanja okvar in okvar;
Olajšanje tehnoloških režimov v tehnoloških sistemih za razširitev obsega delovanja v primeru odstopanja tehnoloških parametrov od nominalnih vrednosti.
Redundanca obremenitve se pogosto uporablja v kombinaciji z drugimi vrstami redundance. Možnost kratkotrajne dodatne obremenitve omogoča uporabo funkcionalne redundance. Z zmanjšanjem informacijske obremenitve lahko obdobja mirovanja uporabimo kot rezervo časa. Pri razbremenitvi moči se uporablja kratkotrajno prisiljevanje načina, da se delno ali v celoti nadomesti izpad ali poslabšanje izhodnih parametrov sistema zaradi okvar.
4 . IZBIRA METOD IN METODE STRUKTURNE REZERVACIJE
4.1. Metode in metode strukturne redundance
Odvisno od načina priključitve rezerve, njenega stanja in frekvence je lahko strukturna redundanca: splošna in ločena, s stalno vklopljeno rezervo in nadomestni način, s celotno in delno večkratnostjo. Ta razvrstitev metod in metod strukturne redundance je podana v tabeli.
Zanesljivostno-funkcionalni diagrami (RFD) strukturne redundance večkratnosti m c so prikazani na sl. 1 .
Poleg glavnih vrst, prikazanih v tabeli in na sl. 1 , strukturna rezervacija je lahko mešana, drsna in posebnega tipa, kadar NFS ni reduciran na zaporedno vzporedno strukturo.
Mešana redundanca se oblikuje, ko se za povečanje zanesljivosti kompleksnega sistema uporabljajo različne vrste in metode strukturne redundance posameznih naprav.
Drsna rezervacija je takšna rezervacija, ko lahko ena ali več naprav nadomesti katero koli od okvarjenih naprav glavnega sistema.
riž. 1. Zanesljivostno-funkcionalni diagrami strukturne redundance večkratnosti m c
Pri praktičnem izvajanju strukturne redundance je pogosto nemogoče implementirati NFS, prikazano na sl. 1 . To je razloženo z dejstvom, da lahko v redundantnem sistemu z velikim številom elementov okvara enega od njih povzroči spremembo osnovnih parametrov drugih elementov, kar vodi do poslabšanja delovanja celotnega sistema. V takšnih primerih lahko okvara več elementov na različnih mestih v sistemu povzroči takšne spremembe izhodnih karakteristik, da sistem preneha opravljati svoje funkcije z dano učinkovitostjo.
Pri tem delovanje sistema v smislu njegove zanesljivosti ni reducirano na zaporedno vzporedno strukturo.
Najpogosteje se to zgodi pri varnostnem kopiranju električnih in elektronskih vezij, logičnih elementov, komunikacijskih sistemov in računalniških omrežij.
4.2. Metode za povečanje učinkovitosti redundance.
Eden glavnih kriterijev učinkovitosti redundance je povečanje zanesljivosti. Povečanje zanesljivosti je razmerje med indikatorjem zanesljivosti redundantnega sistema in enakim indikatorjem zanesljivosti neredundantnega sistema.
Če poznate lastnosti različnih metod in metod strukturne redundance, lahko kvalitativno ocenite njihovo učinkovitost, pa tudi pametno izberete vrsto redundance.
Strukturna redundanca ima številne lastnosti, glavne so:
S povečanjem redundantnega razmerja ob stalno vklopljeni rezervi rastejo teža, dimenzije in stroški sistema hitreje kot raste zanesljivost;
Strukturno redundantne tehnične naprave so naprave, ki se starajo, ko njihova stopnja napak (t) sčasoma narašča;
Povečanje zanesljivosti pri?(t) = const se sčasoma zmanjšuje;
Povečanje zanesljivosti s strukturno redundanco je bistveno odvisno od vrste porazdelitvenega zakona časa do odpovedi glavne in rezervne naprave: hitreje narašča stopnja odpovedi (t), manjša je pridobitev zanesljivosti;
Tudi stopnja odpovedi redundantnega sistema pri t = 0 je enaka nič in se čez čas nagiba k stopnji odpovedi neredundančnega sistema;
Učinkovitost varnostnega kopiranja sistema, ki ga je mogoče obnoviti, je vedno višja od učinkovitosti sistema, ki ga ni mogoče obnoviti, če je obnovitev okvarjenih elementov možna med delovanjem sistema;
Krajši kot je čas obnovitve, višja je učinkovitost varnostnega kopiranja, če so vse ostale enake;
Večja kot je večkratnost istovrstne redundance, višji so stroški, teža, dimenzije sistema, večja je potrebna količina rezervnih delov, strošek delovanja, pa tudi strošek ene okvare sistema.
Te lastnosti omejujejo uporabo redundance za izboljšanje zanesljivosti kompleksnih sistemov z dolgim časom delovanja. Učinkovitost redundance lahko povečate na naslednje načine.
1. Uporaba drsne rezervacije, s spreminjajočo se strukturo, z avtomatskim nadzorom stanja rezerve.
2. Uvedba redundance z delno mnogokratnostjo za povečanje zanesljivosti diskretne opreme ob okvarah.
3. Uporaba posebnih redundantnih vezij, ki omogočajo popravilo okvarjenih rezervnih naprav brez zaustavitve sistema.
4. Gradnja vezij, ko okvara glavnih ali rezervnih elementov (naprav) ne spremeni ali spremeni v sprejemljivih mejah glavne izhodne značilnosti sistema.
5. Uporaba sistemov za stalno in zanesljivo spremljanje zanesljivosti sistema in njegovih naprav z namenom odkrivanja okvar in skrajšanja časa njihove obnovitve.
6. Povečanje vzdržljivosti sistema, da se skrajša čas obnovitve redundantnega sistema.
Drsna redundanca lahko pod določenimi pogoji znatno poveča zanesljivost kompleksnega sistema z rahlim povečanjem teže, dimenzij in stroškov. Tako je na primer splošna redundanca večkratnosti m c, ko je redundantna z metodo zamenjave, enakovredna glede zanesljivosti drseči redundanci s številom redundantnih elementov, ki je enako številu redundantnih sistemov; tako pomemben dobiček je mogoče doseči le, če je glavni sistem sestavljen iz podobnih nadomestnih elementov.
Rezervacija z delno večkratnostjo, na primer po shemi dva od treh, vam omogoča primerjavo dveh ali treh sočasno pridobljenih rezultatov meritev ali izračunov brez znatne izgube časa. S tem je mogoče bistveno povečati zanesljivost merilnih sistemov in računalnikov v primeru okvar na njih. Takšna redundanca lahko privede do zmanjšanja zanesljivosti zaradi nenadnih okvar, kot so okvare, zlomi in kratki stiki v električnih tokokrogih.
Zanesljivost strukturno redundantnih sistemov je mogoče najbolj bistveno izboljšati, če zasnova sistema omogoča popravilo okvarjenih naprav brez zaustavitve sistema. Če je čas popravila kratek v primerjavi s povprečnim časom med okvarami, vam redundanca z obnovitvijo omogoča, da povečate čas med okvarami za sto in tisočkrat v primerjavi z neredundančnim sistemom, tudi s faktorjem redundance m c = 1, torej s podvajanjem.
4.3. Modeli zanesljivosti sistema za strukturno redundanco
Modele zanesljivosti tehničnih sistemov s strukturno redundanco določata predvsem vrsta redundance in disciplina vzdrževanja.
4.3.1. Modeli zanesljivosti nepopravljivih tehničnih sistemov.
V odsotnosti popravil okvarjenih elementov strukturno redundantnih sistemov bodo v velikem številu primerov veljavne naslednje predpostavke:
Ni posledic okvar elementov;
Vsi elementi delujejo hkrati;
Napake elementov so neodvisni dogodki.
Pod temi predpostavkami za vse metode in metode strukturne redundance, prikazane na sl. 1 , je treba za izračune zanesljivosti uporabiti model vzporednih serijskih vezij. Takšen model omogoča oceno verjetnosti brezhibnega delovanja strukturno redundantnega sistema z uporabo znanih izrekov teorije verjetnosti (seštevanje, množenje) in formule popolne verjetnosti.
Z verjetnostjo brezhibnega delovanja P(t) lahko dobite druge kazalnike zanesljivosti z uporabo naslednjih formul:
Čas do prvega neuspeha
Verjetnost neuspeha
Q(t) = 1 - P(t), (2)
Stopnja napak (gostota porazdelitve časa do napake)
F(t) = Q"(t), (3)
Stopnja napak
Ta model je mogoče uporabiti tudi na primeru strukturno redundantnih nepopravljivih sistemov, katerih delovanje ni reducirano na zaporedno vzporedna vezja.
4.3.2. Model zanesljivosti nepopravljivih tehničnih sistemov kompleksne strukture.
Če delovanje strukturno redundantnega sistema ni reducirano na zaporedno vzporedno strukturo, je za oceno njegove zanesljivosti potrebno sestaviti matriko ugodnih hipotez in izračunati vsoto njihovih verjetnosti. Računalniške postopke poenostavimo, če delovanje sistema opišemo s funkcijami logične algebre. Uporaba logično-verjetnostnih modelov omogoča formalizacijo računskih postopkov in njihovo bistveno poenostavitev.
Verjetnost brezhibnega delovanja sistema s kompleksno strukturo izračunamo po formuli
(5)
kjer je P i (t) verjetnost i-te ugodne hipoteze, n je število ugodnih hipotez.
Drugi kazalniki zanesljivosti se izračunajo po formulah ( 1 ) - (4 ).
4.3.3. Modeli zanesljivosti obnovljenih strukturno redundantnih sistemov.
Najpogostejši model je vrsta čakalne vrste. V tem primeru tok zahtevkov za servis tvorijo sistemi, ki so odpovedali v naključnem trenutku, serviser pa je servisna delavnica ali vzdrževalno osebje.
V tem modelu so možne različne storitvene discipline: z direktno, obratno in dodeljeno prednostjo. Pri neposredni prioriteti se okvarjene naprave servisirajo po vrstnem redu, kot so bile prejete v popravilo; pri obratni prioriteti se najprej servisira naprava, ki je bila zadnja okvarjena. Pri dodeljeni prioriteti je zaporedje popravil okvarjenih naprav dodeljeno vnaprej.
Model tipa čakalne vrste vam omogoča analizo strukturno redundantnih sistemov z različnim številom servisnih teles. V tem primeru lahko sistem enostavno opišemo z enačbami, kot je čakalna vrsta delovanja sistema za katero koli metodo in metodo redundance, če so tokovi odpovedi in obnovitve najenostavnejši (Markov model). Če tokovi odpovedi niso najenostavnejši (semi-Markov model), potem je analiza zanesljivosti praktično možna le za razmeroma preproste primere redundance, na primer splošne redundance s celoštevilčno mnogokratnostjo.
Pri analizi zanesljivosti kompleksnih visoko zanesljivih sistemov povprečni čas med odpovedmi običajno znatno presega povprečni čas do obnovitve, tj. Če kje? - intenzivnost okrevanja, potem vzdrževalna disciplina manj vpliva na zanesljivost sistema.
4.4. Izračun zanesljivosti sistemov s strukturno redundanco.
4.4.1. Indikatorji zanesljivosti.
Indikatorji zanesljivosti za neobnovljive redundantne sisteme so lahko:
P(t) - verjetnost brezhibnega delovanja skozi čas;
T 1 - povprečni čas med odpovedmi (povprečni čas do prve odpovedi);
F(t) - stopnja odpovedi (gostota porazdelitve časa do prve odpovedi);
?(t) - stopnja napak.
Indikatorji zanesljivosti za obnovljene redundantne sisteme so:
K r (t) je funkcija pripravljenosti (verjetnost, da je sistem v tem trenutku v dobrem stanju);
faktor razpoložljivosti;
T - čas med napakami;
?(t) - parameter toka napake.
Obstajajo jasne odvisnosti med navedenimi indikatorji zanesljivosti sistemov, ki jih ni mogoče obnoviti, in sistemov, ki jih je mogoče obnoviti, čeprav jih je za nekatere vrste redundance težko ugotoviti. Zato v praksi ni treba izračunati zanesljivosti sistema glede na vse kazalnike. En ali dva indikatorja sta dovolj.
Najprimerneje je oceniti zanesljivost redundantnih, nepopravljivih sistemov z verjetnostjo P(t). Ta indikator vam omogoča najbolj popolno oceno zanesljivosti, je precej jasen in razmeroma enostaven za izračun za glavne metode in metode redundance, prikazane na sliki. 1 .
MTBF T 1 se ne sme uporabljati za ocenjevanje zanesljivosti redundantnih sistemov iz naslednjih razlogov:
Zakon porazdelitve časa do prve okvare redundantnega sistema je večparameterski; v tem primeru matematično pričakovanje T 1 naključne spremenljivke - čas do prve napake - ne ovrednoti v celoti same naključne spremenljivke;
T 1 je integralni indikator in se izračuna po formuli
iz katerega je razvidno, da je verjetnost brezhibnega delovanja integrirana vzdolž celotne časovne osi. Če je sistem zasnovan za kratek čas delovanja t, potem formula ( 1 ) tega ne upošteva.
Frekvenca odpovedi F(t) in intenzivnost odpovedi?(t) nista dovolj jasni, nista vključeni v druge splošnejše kazalnike sistemov, kot sta učinkovitost, kakovost, zato se ti kazalniki uporabljajo kot pomožni indikatorji pri izračunih zanesljivosti.
Priporočljivo je oceniti zanesljivost redundantnih obnovljivih sistemov s funkcijo pripravljenosti K r (t) ali koeficientom razpoložljivosti K g.Prvi se uporablja za oceno zanesljivosti redundantnih sistemov s kratkim časom delovanja, drugi - z dolgim čas delovanja. Za analizo zanesljivosti redundantnih, obnovljivih sistemov za dolgotrajno uporabo lahko uporabite tudi srednji čas med napakami.
Kompleksni sistemi običajno delujejo v različnih načinih. V enem načinu morda ne dovolijo popravila, v drugem pa jih je mogoče popraviti. Pri izvajanju nekaterih funkcij sistem morda ni redundančen, pri izvajanju drugih funkcij pa je lahko strukturno redundančen. Na primer, krmilnega sistema letala med letom praktično ni mogoče popraviti, po pristanku pa ga je mogoče popolnoma obnoviti. V takih primerih je treba analizo zanesljivosti izvesti z uporabo več meril. Na primer v primeru sistema za krmiljenje zrakoplova z verjetnostjo brezhibnega delovanja med letom in s faktorjem razpoložljivosti. Ker imajo vsi kazalniki zanesljivosti med seboj nedvoumne odvisnosti, obstaja eden izmed številnih kriterijev, katerega izpolnitev vodi k zagotavljanju vseh kazalnikov zanesljivosti.
V večkriterijskih sistemih je priporočljivo uporabljati posplošene kriterije. V primeru krmilnega sistema zrakoplova je lahko splošno merilo zanesljivosti verjetnost, da je krmilni sistem pripravljen za delovanje v katerem koli poljubnem času t in ne bo odpovedal med časom leta.
4.4.2. Izračun zanesljivosti redundantnih nepopravljivih sistemov.
Izračun zanesljivosti redundantnih sistemov, prikazan na sl. 1 , se izvaja po naslednjih formulah.
a) Splošna redundanca z vedno vključeno rezervo:
(7)
(8)
kjer je T 0 čas do prve okvare enega neredundantnega sistema;
P(t) je verjetnost brezhibnega delovanja enega neredundantnega sistema v času t; m - razmerje rezervacij.
b) Splošna rezervacija z zamenjavo:
(9)
(10)
Kje? - stopnja napak ene neredundantne naprave.
c) Ločena redundanca z vedno vključeno rezervo:
(11)
kjer je P i (t) verjetnost brezhibnega delovanja v času t enega elementa i-tega redundantnega vozlišča; m - število rezerviranih vozlišč.
d) Ločena rezervacija z zamenjavo:
(12)
Tudi analiza zanesljivosti redundantnih neobnovljivih naprav z mešanimi vrstami redundance se izvaja s pomočjo formul. Za primere, ko je strukturni diagram delovanja reduciran na serijsko-vzporedno formulo, jih lahko dobimo z uporabo dobro znanih izrekov seštevanja in množenja verjetnosti ter formule popolne verjetnosti.
Če delovanje sistema ni zmanjšano na zaporedno vzporedno vezje, je treba verjetnost brezhibnega delovanja izračunati po formuli
kjer je P i (t) verjetnost i-te ugodne hipoteze;
N je število ugodnih hipotez.
Za opis delovanja sistema v tem primeru in izračun P(t) je priporočljivo uporabiti logično-verjetnostne metode.
4.4.3. Izračun zanesljivosti obnovljenih redundantnih sistemov.
Formule za izračun za pridobivanje kazalnikov K g (t), K g in T je mogoče dobiti samo za preproste primere redundance z omejeno množico m c. Na splošno se uporablja model čakalne vrste. Metoda izračuna je naslednja.
1. Sestavljen je strukturni diagram izračuna zanesljivosti. Navedene so stopnje napak in stopnje obnovitve vsake naprave.
2. Graf sistemskih stanj je zgrajen ob upoštevanju navedene discipline vzdrževanja.
3. Sestavljen je sistem diferencialnih enačb tipa čakalne vrste.
4. Sistem enačb rešujemo na računalniku s standardnimi programi.
V primeru, da je število sistemskih stanj zelo veliko (več sto ali več), predstavljena metoda ne omogoča iskanja indikatorjev zanesljivosti z zahtevano natančnostjo. V takih primerih lahko uporabite eno od naslednjih tehnik:
a) združevanje (povečanje) sistemskih držav;
b) združevanje poti grafa stanja;
c) skrajšanje grafa stanja.
Te tehnike omogočajo oceno zanesljivosti kompleksnega sistema od zgoraj in od spodaj.
Učinkovita je lahko tudi naslednja tehnika.
1. Sestavljen je strukturni diagram izračuna zanesljivosti.
2. Shema je razdeljena na ločene neodvisne obnovitvene dele.
3. Grafi stanj so izdelani za vse neodvisne odseke.
4. Za vsakega od odsekov je sestavljen sistem diferencialnih enačb vrste čakalne vrste.
5. Računalniško se reši sistem enačb in za posamezne neodvisne odseke poiščemo kazalnike zanesljivosti K g (t), K g in T.
6. Kazalniki zanesljivosti sistema se izračunajo z uporabo znanih kazalnikov zanesljivosti odsekov z uporabo formul
(14)
kjer je K g i faktor razpoložljivosti i-tega neodvisnega odseka;
T i - čas med napakami i-tega neodvisnega odseka;
K je število neodvisnih odsekov.
Če povprečni čas sistema med napakami bistveno presega povprečni čas obnovitve, potem . Ko lahko domnevamo, da prioriteta vzdrževanja praktično ne vpliva na zanesljivost kompleksnega sistema. Potem je razumno domnevati, da se vzdrževanje sistema izvaja z obratno prioriteto.
Pri tej storitveni disciplini je delovanje kompleksnega sistema opisano z drevesnim grafom, rešitev pa je mogoče dobiti v obliki analitičnih izrazov. Za veliko število stanj lahko rešitev dobimo z numeričnimi metodami z uporabo računalnika.
4.5. Izbira strukture sistema za dane zahteve glede zanesljivosti.
Pri izbiri strukture sistema, ki izpolnjuje zahteve glede zanesljivosti, je treba upoštevati načelo enake trdnosti sistema v smislu njegove zanesljivosti. Na podlagi tega načela morajo biti enako kompleksni deli sistema enako zanesljivi. Iz tega sledi, da če sistem ne izpolnjuje zahtev glede zanesljivosti, je treba najprej izboljšati zanesljivost najmanj zanesljivih delov sistema. V tem primeru je treba upoštevati omejitve glede fizične izvedljivosti vrst in načinov rezervacije.
Tako dobljena struktura sistema ne bo optimalna glede teže, cene in dimenzij. Za pridobitev optimalne strukture je potrebno oblikovati in rešiti optimizacijski problem. Ta problem se zmanjša na problem optimalne rezervacije z omejitvami glede fizične izvedljivosti.
Pri izbiri strukture redundantnega sistema med postopkom načrtovanja je koristno upoštevati naslednje smernice.
1. Povečanje zanesljivosti sistema za katero koli vrsto strukturne redundance je večje, čim bolj zanesljive so naprave redundantne. Iz tega glavnega protislovja strukturne redundance izhaja, da je njegova uporaba priporočljiva v primeru, ko so sprejeti vsi drugi načini povečanja zanesljivosti elementov in naprav kompleksnega sistema.
2. Največjo pridobitev v zanesljivosti prinaša drsna rezervacija, nato ločeno z zamenjavo, ločeno z vedno vklopljeno rezervo in končno splošno, ločeno in splošno z zamenjavo. Ta trditev drži brez upoštevanja fizične izvedljivosti strukturne redundance, ki zahteva dodatne tehnične naprave. Na primer, drsna redundanca zahteva podobne elemente glavnega sistema in stalno spremljanje njihovega stanja, kar je mogoče zagotoviti le s pomočjo nadzornih in komunikacijskih strojev. Takšni stroji so lahko precej zapleteni in nezanesljivi, kotalne rezervacije pa so lahko manj učinkovite kot druge vrste.
Z ločeno strukturno redundanco z vedno vključeno rezervo je lahko težko zagotoviti stabilnost izhodnih karakteristik sistema. Izhodne karakteristike v primeru okvare glavnih ali rezervnih elementov se lahko tako spremenijo, da pride do okvare sistema. Vse to je treba upoštevati pri izbiri vrste rezervacije. Smiselno izbiro vrste strukturne redundance lahko naredimo le na podlagi primerjalne analize možnih možnosti.
3. Za povečanje zanesljivosti kompleksnih nepopravljivih sistemov, ki so zasnovani za delovanje kratek čas (več ur), je najučinkovitejši način zagotavljanja zanesljivosti redundanca z vedno vključeno varnostno kopijo. Poleg tega je v velikem številu primerov dovolj, da zaščitimo sistem pred samo eno napako, tj. uporabi razdeljeno podvajanje. Tovrstni sistemi so lahko sistemi za nadzor letal, zaščitni sistemi itd.
4. V kompleksnih sistemih z visoko stopnjo napak, kot tudi v različnih merilnih sistemih, je za povečanje zanesljivosti koristno uporabiti delno redundanco, ki se običajno izvaja z uporabo ujemajočih (»glasovalnih«) vezij.
5. Za povečanje zanesljivosti obnovljenih sistemov je najbolj priporočljivo imeti redundanco z možnostjo obnovitve okvarjenih naprav brez zaustavitve sistema. Hkrati je najučinkovitejši način za povečanje zanesljivosti skrajšanje časa obnovitve okvarjenih elementov.
5 . IZBIRA NAČIN IN NAČIN ZAČASNE REZERVACIJE
5.1. Osnovni načini in načini začasne rezervacije.
5.1.1. Podaljšan čas delovanja sistema.
Sistem ima ciljni datum T za dokončanje določene naloge. Časovni interval med trenutkom prejema naloge t o in ciljnim datumom T njenega zaključka je čas delovanja sistema t = T - t o. Presežek obratovalnega časa t nad minimalno zahtevanim predstavlja neobnovljivo časovno rezervo t p = t - t z. Če je količino dela med nalogo mogoče izračunati vnaprej, potem je čas mirovanja znana količina. Če količina dela ni znana in je naključna spremenljivka, bo čas zastoja naključna spremenljivka. Povečanje operativnega časa izboljša verjetnostne značilnosti dokončanja naloge, vendar zmanjša dejansko produktivnost. S tem povezane izgube bodo postale stroški zagotavljanja zanesljivosti, ki jih je treba primerjati s stroški rezervne opreme za strukturno redundanco.
5.1.2. Povečanje produktivnosti.
Če je zmogljivost sistema C o takšna, da je načrtovana količina dela opravljena točno v dodeljenem obratovalnem času t, potem rezervnega časa ni. Če povečate produktivnost za znesek DC = С o - С, potem lahko enak obseg naloge dokončate v času t з = tC / С o, nato pa preostali čas t р = t - t з = tDC / С o oblikuje časovno rezervo. Stroški redundance so povezani z nepopolno uporabo nazivne zmogljivosti in možnim povečanjem skupnega toka okvar elementov.
5.1.3. Večkanalna povezava elementov.
Več strukturnih elementov sistema, od katerih ima vsak kapaciteto C, je mogoče povezati vzporedno za opravljanje skupne naloge. Obstajata dve vrsti vzporedne povezave. Z rezervno povezavo so nekateri elementi, imenovani glavni, vključeni v koristno delo in zagotavljajo sistemu nekaj C o zmogljivosti. Drugi del elementov, imenovan rezervni, je namenjen vzdrževanju delovanja sistema in stabilizaciji nazivne zmogljivosti na nivoju C o. Rezervni elementi se vključijo v koristno delo po odpovedi glavnih elementov. Druga vrsta vzporedne povezave je večkanalna povezava, pri kateri vsi funkcionalni elementi opravljajo uporabno delo, kar povečuje zmogljivost sistema. Rezerva produktivnosti ustvarja rezervo časa. Večkanalni sistemi vključujejo večnitne avtomatske linije v strojništvu, večnitne cevovodne transportne sisteme v energetiki, večprocesorske računalniške sisteme, večkanalne komunikacijske sisteme, večkanalne merilne sisteme.
Zmogljivost sistema z m operativnimi kanali je določena s formulo C o = K m mc, kjer je K m koeficient vzporednosti, ki upošteva inherentne izgube produktivnosti za organizacijo vzporednega dela in prilagodljivost naloge paralelizaciji ( 1 / m ? K m ? 1). Največji obseg dela, ki ga je mogoče opraviti v obratovalnem času t, je enak V m = C o t. Če je obseg dela V< V m , то образуется резерв времени t р = t (1 - V / V m).
Če je V / V m > (m - 1) K m-1 / mK m, potem nobenega od vzporedno delujočih elementov ni mogoče odstraniti iz sistema za celotno trajanje naloge, tudi če ostali delujejo brezhibno. To je ena od značilnih lastnosti, ki ločijo večkanalno povezavo od rezervne.
5.1.4. Oblikovanje zalog izdelkov v skladiščih.
V sistemih, katerih glavno merilo delovanja je prihod končnih izdelkov na izhod v določenem ritmu, se lahko za povečanje zanesljivosti uporabijo vmesne ali izhodne naprave za shranjevanje izdelkov. Napake katere koli naprave, ki se nahaja med vhodom sistema in napravo za shranjevanje, ki vsebuje zalogo izdelkov, ne povzročijo okvare sistema, dokler niso izčrpane rezerve v vseh napravah za shranjevanje med okvarjeno napravo in izhodom sistema. Če je v sistemu na izhodu sistema nameščen samo en pogon, potem ustvari časovno rezervo, ki je enaka časovnemu intervalu, v katerem se lahko pomanjkanje izhodnih izdelkov zaradi okvare nadomesti z rezervami v pogonu. Takšna rezerva je glede na stopnjo vpliva na zanesljivost sistema enakovredna splošni neobnovljivi časovni rezervi, obravnavani v odstavku. 5.1.1 . Zaloga izdelkov v vmesnem skladišču ustvarja rezervo za skupino naprav, ki se nahajajo med skladiščem in vhodom sistema. Zato se imenuje skupinska rezerva.
Podsistem, ki se nahaja med vhodom sekvenčnega sistema in najbližjim pogonom, med sosednjimi pogoni, med zadnjim vmesnim pogonom in izhodom sistema, se imenuje faza ali odsek sistema. Sistem, ki vsebuje vsaj eno vmesno pomnilniško napravo, se imenuje večfazni (večdelni). Vsaka faza je lahko enokanalna ali večkanalna. Variante struktur večfaznih sistemov so prikazane na sl. 2 .
Dopolnitev poteka na enega od treh načinov:
Zaradi občasnih zunanjih dobav izdelkov;
Zaradi rezerve zmogljivosti vhodne faze;
V primeru izpadov izhodne faze zaradi prevzema izdelkov iz vhodne faze.
Stroški rezervacije so povezani z namestitvijo pogonov, shranjevanjem rezerv v njih, vzdrževanjem pogonov in začasno izključitvijo izdelkov, ki tvorijo rezervo, iz proizvodnega cikla.
riž. 2. Variante struktur večfaznih sistemov.
riž. 3. Rekurzivna konstrukcija struktur večkanalnih večfaznih sistemov
5.1.5. Ustvarjanje funkcionalne vztrajnosti sistemov.
Funkcionalna vztrajnost je v tem, da ob odpovedi posameznih elementov sprememba stanja sistema, ki ga določa niz izhodnih parametrov in predstavlja točka v večdimenzionalnem prostoru dovoljenih vrednosti parametrov, povzroči prehod v novo stabilno stanje. ne zgodi takoj, ampak z določeno končno hitrostjo. Če je končno stanje nedelujoče, se pri prehodu v novo stanje preseže meja območja delovanja, kar se razlaga kot okvara sistema. Časovni interval od trenutka, ko element ne nastopi do izpada sistema, tvori rezervni čas. Količina časovne rezerve se lahko uravnava s tehničnimi sredstvi, zlasti z dušenjem zunanjih motenj, ki vodijo do sprememb izhodnih parametrov sistema, z uporabo algoritmov delovanja, odpornih na hrup, spreminjanjem (olajšanjem) načina delovanja, filtriranjem visokofrekvenčnih komponent. gibanja sistema, vklop korektivnih ukrepov, ki zmanjšajo hitrost spreminjanja parametrov ali povečajo dolžino poti gibanja znotraj območja delovanja. Iz tega izhaja, da ustvarjanje časovne rezerve zahteva določene strojne stroške in bolj prilagodljiv nadzor nad delovanjem sistema. Te stroške lahko primerjamo s stroški drugih vrst in načinov rezervacij. Najučinkovitejša uporaba te metode je v krmilnih sistemih za neprekinjene tehnološke procese, sistemih za oskrbo s toploto, toplotno stabilizacijo, vzdrževanje življenja, mehanskih sistemih s postopnimi parametričnimi okvarami itd. Časovno rezervo lahko uporabimo za odpravo okvar elementov. Če je okvara odpravljena pred iztekom časovne rezerve, se ne spremeni v sistemsko okvaro, kar zagotavlja presejanje toka okvar in večjo zanesljivost.
5.1.6. Uporaba obdobij mirovanja sistema in njegovih posameznih naprav za obnovitev tehničnih lastnosti. Delno nalaganje sistema je vrsta varnostnega kopiranja nalaganja. Obdobja nedejavnosti se uporabljajo kot rezerva časa za ponovno vzpostavitev delovanja, izvajanje kontrolnih postopkov in obnovitev zalog na standardne ravni. Glede na določen vzorec prejemanja zahtevkov za delo je vrednost časovne rezerve odvisna tudi od zmogljivosti sistema. Rezervni čas lahko dodatno povečate z uporabo vzporednih povezav elementov.
5.1.7. Mešane metode. Vse prej naštete načine rezervacije časa lahko uporabljate v različnih kombinacijah. Najpogosteje uporabljene metode so:
Povečanje produktivnosti in ustvarjanje funkcionalne vztrajnosti;
Večkanalno povezovanje in ustvarjanje zalog izdelkov;
Povečajte produktivnost in izkoristite obdobja mirovanja.
Pri prvem in drugem načinu se v sistemih ustvari kombinirana časovna rezerva z neobnovljivimi in polnilnimi komponentami. Pri tretji metodi se ustvari tudi kombinirana časovna rezerva, vendar se dopolnjeni del uporablja le v pavzah med intervali izvajanja nalog.
5.2. Metode za povečanje učinkovitosti časovne rezerve.
5.2.1. Izboljšana vzdržljivost. Zmanjšanje časa obnovitve vam omogoča, da povečate povprečno število obnovitev, izvedenih v času mirovanja, in verjetnost obnovitve v času mirovanja. Skladno s tem se poveča število okvar parabole in povečajo se vsi kazalniki zanesljivosti.
5.2.2. Zmanjšanje deleža amortizacijskih okvar in vrednosti amortizacijskega obratovalnega časa.
Amortizacija delovnega časa se pojavi zaradi nepopravljivih škodljivih posledic okvar, ki vodijo do izgube določene kakovosti predmeta (postavka) obdelave (napake pri obdelavi delov, kršitev tehnologije taljenja kovin, neopaženo izkrivljanje informacij). Posledica amortizacije dela je potreba po ponovitvi celotnega ali dela dela. Čas, potreben za to, se odšteje od rezervnega časa, kar zmanjša učinkovitost časovne rezerve. Za zmanjšanje deleža neveljavnih okvar se uporabljajo različna zaščitna sredstva: pasti za napake pri obdelavi informacij, ki preprečujejo nenadzorovano širjenje posledic izkrivljanja informacij; blokirne naprave, ki preprečujejo mehanske poškodbe vozlišč, ki se obdelujejo; naprave za preklapljanje načinov delovanja v avtomatiziranih sistemih za vodenje procesov, prenos tehnološkega procesa v sprejemljivo neizredno stanje v primeru okvar krmilne opreme. Za zmanjšanje količine amortiziranega obratovalnega časa so v informacijskih in računalniških sistemih vzpostavljene kontrolne točke, iz katerih je mogoče ponoviti trenutno fazo dela. Ko je naloga razdeljena na veliko število stopenj, se lahko amortizirani obratovalni čas večkrat zmanjša.
5.2.3. Organizacija medsebojne pomoči in zamenljivosti kanalov v večkanalnem sistemu.
Najenostavnejša oblika organizacije dela večkanalnega sistema je razdelitev celotne naloge na več avtonomnih delov, ki jih izvajajo ločeni kanali. Ko pa povezave odpovejo, lahko pride do velike zamude pri izvajanju enega dela posla in do zamude pri dokončanju celotnega posla. Čas, potreben za dokončanje naloge, lahko zmanjšate z organizacijo interakcije in medsebojne pomoči med kanali. Potem lahko kanali, ki so opravili svoj del naloge prej kot drugi, sodelujejo pri dokončanju drugega dela naloge. S takšno zamenljivostjo kanalov noben od delovnih kanalov ne bo miroval, dokler ni dokončana celotna naloga.
5.2.4. Izdelava učinkovitih algoritmov za paraleliziranje nalog.
Opravilo, ki se zaporedno izvaja v enokanalnem sistemu, se lahko izvede v večkanalnem sistemu v pogojih začasne redundance, če se najde učinkovit algoritem za paralelizacijo. V najugodnejšem primeru se čas izvedbe naloge zmanjša obratno sorazmerno s številom kanalov, ne glede na število kanalov. Takšna naloga se imenuje neskončno deljiva. V najmanj ugodnem primeru, ko ni mogoče ustvariti vzporednega algoritma, se čas izvajanja naloge ne zmanjša v primerjavi z enokanalnim sistemom (primer nedeljive naloge). Vsi drugi primeri spadajo med te skrajnosti. Učinkovitost paralelizacije ocenjujemo s koeficientom K, ki je enak razmerju razlike med časi izvajanja nalog v najmanj ugodnem primeru in pri uporabi tega algoritma do razlike v časih izvajanja nalog v najbolj in najmanj ugodnih primerih. Ta koeficient se spreminja od 0 do 1. Časovna rezerva je največja pri K = 1.
5.2.5. Organizacija učinkovitega spremljanja in diagnostike.
Z omejeno popolnostjo nadzora se pojavijo obdobja skritih okvar, saj se napake, ki jih krmilna sredstva ne zaznajo, sekundarne manifestacije odkrijejo z nekaj zamude. Ta obdobja zmanjšajo časovno rezervo. Poleg tega lahko delovanje z okvarjeno opremo povzroči amortizacijo obratovalnega časa in dodatno zmanjšanje rezervnega časa. Nezanesljivost krmiljenja povzroči lažne vklope diagnostičnih postopkov in dodatno porabo rezervnega časa. Po drugi strani pa se povečanje popolnosti in zanesljivosti nadzora doseže z uporabo dodatnih virov in povzroči zmanjšanje zanesljivosti. Skladno s tem se skupni čas obnovitve in poraba rezervnega časa v povprečju povečata. Za povečanje učinkovitosti začasne rezervacije je potrebno optimizirati parametre nadzornih in diagnostičnih orodij. Potem bo skupna poraba rezervnega časa minimalna.
5.2.6. Izboljšana vzdržljivost.
Čas obnovitve predstavlja večino porabljenega rezervnega časa v mnogih sistemih. Zato je izboljšanje vzdržljivosti enakovredno povečanju časa mirovanja. Učinkovitost varnostnega kopiranja ni določena z absolutno vrednostjo časa mirovanja, temveč z njegovim razmerjem do povprečnega časa obnovitve.
5.2.7. Uporaba mešanih rezervacij. Glavna lastnost redundance je opažena tudi pri sistemih s časovno rezervo: pridobitev zanesljivosti z uvedbo časovne rezerve je tem večja, čim bolj zanesljiv je izvirni sistem. Zato je za povečanje učinkovitosti začasne rezervacije mogoče uporabiti strukturno rezervacijo. Skupno povečanje zanesljivosti presega zmnožek povečanj, pridobljenih ločeno za obe vrsti redundance.
5.3. Razvrstitev sistemov s časovno rezervo in shemami za izračun zanesljivosti.
5.3.1. Glavna klasifikacijska shema vsebuje dve skupini klasifikacijskih značilnosti: vrsto zakona porazdelitve in strukturne parametre.
5.3.2. Za označevanje vrste zakona porazdelitve se uporabljata dve števki, v katerih so navedeni zakoni porazdelitve časa delovanja in časa okrevanja. Za označevanje standardnih porazdelitev se uporabljajo naslednji zapisi: M - eksponentna, E - Erlangova, N - normalna, W - Weibull-Gnedenkova, D - degenerirana, ?M - hipereksponentna, G - pro5.3.3. Število kanalov m in število faz n sta uporabljena kot strukturna parametra. V tem primeru je eden od teh parametrov zapisan v oklepajih, kar pomeni, katera povezava (vzporedna ali serijska) je zunanja. Pri pisanju m(n) je vzporedna povezava zunanja (sl. 3 , a) in pri pisanju m (n) - zaporedno (sl. 3 , b).
5.3.4. Vsak kanal vsake faze ima lahko serijsko-vzporedno povezavo tipa m 1 (n 1) ali (m 1) n 1. Skupna navedba strukture sistema in strukture kanala vodi do vnosov: m(n(m 1 (n 1))), m(n((m 1)n 1)), (m(m 1 (n 1) ))n, (m((m 1)n 1))n (sl. 3 , c - e).
Iz sl. 3 jasno je, da je vezje m(n((m 1)n 1)) enakovredno m(nn 1 (m 1)) in vezje (m(m 1 (n 1)))n enakovredno vezje (mm 1 (n 1) )n. Po potrebi je možen rekurzivni zaplet strukture.
5.3.5. V vsakem razredu se lahko dodatno navede pet pomožnih značilnosti, po katerih se oblikujejo podrazredi X 1 X 2 X 3 X 4 X 5. Številka X 1 pomeni vrsto časovne rezerve (0 - neobnovljiva, 1 - polnilna, 2 - kombinirana, 3 - s kompleksnimi omejitvami), številka X 2 - vrsto okvare glede na posledice (0 - neamortizirajoča, 1 - časovna rezerva). - amortizacija, 2 - obe vrsti). V kategoriji X 3 se evidentira prisotnost drugih vrst presežkov (0 - ni drugih vrst redundant, 1 - strukturna redundanca, 2 - drugo). V kategoriji X 4 je navedena vrsta uporabljenega spremljanja delovanja (0 - neprekinjeno, 1 - periodično, 2 - mešano). Vrstica X 5 odraža vrsto obremenitve sistema (0 - neprekinjeno, 1 - spremenljivo ali naključno). Ko se v nekaterih kategorijah podrazredi povečajo, se nastavi indiferenčni znak X.
Oglejmo si dva primera zapisov: MM1(1)(00000) - enokanalni enofazni sistem z eksponentno porazdelitvijo časa delovanja in časa obnovitve, časovno rezervo brez možnosti obnavljanja, napakami brez amortizacije, brez drugih vrst redundance, z stalno spremljanje in stalno nalaganje;
WE m (1)(22111) je večkanalni enofazni sistem z Weibullovo porazdelitvijo časa delovanja, Erlangovo porazdelitvijo časa okrevanja, kombinirano časovno rezervo, dvema vrstama okvar, periodičnim nadzorom in naključno obremenitvijo.
Po potrebi lahko v kategoriji X 5 z indeksi ij dodatno zabeležite število stopenj naloge (oz. trajanje stopnje) in vrsto porazdelitve obsega naloge oziroma stopnje naloge.
5.4. Izhodiščni podatki za izračun zanesljivosti in parametri za izbiro pri sintezi sistema.
Naslednji podatki so potrebni kot vhodni podatki za izračun zanesljivosti.
poljubna porazdelitev.
5.4.1. Merila za razvrščanje, sestavljena v skladu s pravili odst. 5.3 in ima obliko GG mn (X 1 X 2 X 3 X 4 X 5).
5.4.2. Značilnosti zanesljivosti in vzdrževanja. Za sistem tipa MM mn sta navedena vektorja L in M stopenj odpovedi in obnovitve, za sistem EE mn - dva niza parametrov Erlangove porazdelitve: (m i, ? i) in (k i, ? i), . Podobno se vnesejo parametri za ostale porazdelitve.
5.4.3. Učinkovitost kanala, kjer je i številka faze, j številka kanala. Če ima vsak kanal kompleksno strukturo, se poveča število indeksov in število elementov nabora.
5.4.4. Zmogljivost shranjevanja, kjer je i številka faze, j številka kanala. Predvsem lahko obstaja naprava za shranjevanje praktično neomejene zmogljivosti. Nato uvedite notacijo
5.4.5. Začetno polnjenje pogonov. To je očitno 
5.4.6. Dovoljena spodnja vrednost delovanja posamezne faze je C in. Če je faza večkanalna, je dovoljeno število kanalov m i * nastavljeno tako, da faza popolnoma izgubi svojo funkcionalnost, ko je število delovnih kanalov manjše od m i *, kljub prisotnosti časovne rezerve.
5.4.7. Največja dovoljena intenzivnost (hitrost) dopolnjevanja in porabe rezerv v hranilnikih in . Napake naprave na vhodu pogona ni mogoče popolnoma odpraviti z rezervami v pogonu, če je C ij > q ij. Podobno, če je zmogljivost okvarjene naprave na izhodu pogona C ij >? ij, potem bo polnjenje rezerv potekalo z intenzivnostjo? ij, ne C ij. če 
potem govorijo o neomejeni zmogljivosti shranjevanja.
5.4.8. Vrednost takojšnje polnjene časovne rezerve V splošnem se nastavi posebej za vsak kanal posamezne faze, saj so upoštevani pogoji, v katerih pride do tehnološke motnje, če je ponovna vzpostavitev funkcionalnosti zakasnjena. Tako se rezerva v trenutku polni po elementih. Toda načeloma je lahko t qij = t q - vse vrednosti so enake.
5.4.9. Obseg naloge V s, določen s količino izhodnega proizvoda, ki ga mora proizvesti sistem. V bolj zapletenih primerih je namesto V z določen obseg opravila za vsako stopnjo V z i ali vsako zasedeno obdobje in vsako stopnjo V z ij. Na podlagi danih vrednosti V in zmogljivosti lahko določite najkrajši čas, ki ga bo sistem potreboval za dokončanje naloge v popolnoma delujočem stanju. Ta čas se imenuje trajanje opravila. Če je obseg naloge naključna spremenljivka, potem je porazdelitvena funkcija obsega naloge D v (V) = P (V 3< V).
5.4.10. Splošni rezervni čas t p, ki ga ni mogoče obnoviti, ali obratovalni čas t. Če je obseg naloge fiksen in enak V 3, potem je razmerje t = t 3 + t p izpolnjeno. Če je obseg naloge naključna spremenljivka, je določena ena od vrednosti t p ali t, druga pa bo tudi naključna spremenljivka.
5.4.11. Delež amortizirajočih zavrnitev. Ta vrednost je nastavljena v splošnem primeru za vsak element sistema in se interpretira tako, da bo vsaka okvara, ki se pojavi, verjetno amortizirana.
5.4.12. Stopnja zamenljivosti kanalov? i, kjer je i številka faze. S popolno zamenljivostjo? i = 1. Če ni zamenljivosti? i = 0. Na splošno je 0 ? ? jaz ?1. pri? jaz< 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. Možnosti nadzora in obnovitve:
Popolnost nadzora strojne opreme v j-tem kanalu i-te faze (K = 1, če so napake nemoteče, K = 2, če so amortizirane);
Popolnost nadzora testne programske opreme;
t ij - obdobje med kontrolnimi točkami (povratnimi točkami);
t kij - čas, porabljen za oblikovanje kontrolne točke;
Ij je trajanje stopnje, kontrolirano s ponavljajočim se štetjem;
t rij - čas testiranja med nadzorom programske opreme.
5.5. Inženirske metode za analizo zanesljivosti sistemov s časovno rezervo.
5.5.1. Indikatorji zanesljivosti sistemov s časovno rezervo so verjetnostne značilnosti naslednjih naključnih spremenljivk:
T o (A) - čas delovanja pred odpovedjo sistema;
T(A) - čas delovanja sistema do okvare;
T p (A) - uporaben čas pred odpovedjo sistema;
T in (t 3) - čas zaključka naloge s trajanjem t 3;
T? (t) skupni čas delovanja v danem časovnem intervalu (0, t);
T 1 (t 3) - skupni čas izpada, preden je naloga končana.
Tukaj je A vektor sistemskih parametrov, ki določajo vrednost časovne rezerve in pogoje za njeno uporabo in dopolnjevanje. Konkretna vsebina teh parametrov je podana v odstavku. 5.4 . V sistemih z neamortizirajočimi okvarami je T(A) = T n (A) in s konstantnim trajanjem naloge T in (t 3) = T 1 (t 3) + t 3.
Glavni pokazatelj zanesljivosti je verjetnost brezhibnega delovanja
Enakovredno ( 16 ) so definicije:
glede na ( 18 ), verjetnost brezhibnega delovanja imenujemo tudi verjetnost dokončanja naloge.
Drugi kazalniki zanesljivosti:
verjetnost izpada sistema (verjetnost izpada naloge, verjetnost izpada delovanja)
stopnja napak
(20)
srednji čas do neuspeha
(21)
povprečni čas dokončanja naloge
faktor razpoložljivosti
kjer je e začetno nedelujoče stanje; - sprejemljiv čas okrevanja; T v (e) - čas okrevanja v začetnem stanju e; E 1 - niz nedelujočih stanj; razmerje operativne pripravljenosti
(24)
kjer je P e (t 3 , t p , A) verjetnost dokončanja naloge v začetnem stanju e; E je množica vseh stanj sistema.
5.3.2. Metoda za izračun zanesljivosti večkanalnega sistema z neamortizirajočimi okvarami.
Vsa stanja sistema so razdeljena na podmnožice E i, od katerih je vsaka označena z zmogljivostjo C i in relativno zmogljivostjo, kjer je C o zmogljivost v popolnoma delujočem stanju. Proces delovanja je reduciran na polmarkovski proces, ki ga določa niz funkcij Рij(t) verjetnosti prehodov iz stanja i v stanje j. Sistem izvaja nalogo v trajanju t 3 ob prisotnosti časovne rezerve t p , ki je ni mogoče obnoviti. Uvajanje v verjetnosti ( 17 ) indeks začetnega stanja, sestavimo sistem integralnih enačb
Povprečni čas do okvare se določi iz sistema enačb
(26)
Povprečni čas dokončanja opravila je vsota trajanja opravila in povprečnega skupnega časa mirovanja, preden je opravilo dokončano, določeno iz sistema enačb
Za m = 1 ( 25 ) - (27 ) gredo v enačbe za enokanalne sisteme.
5.5.3. Metoda za izračun zanesljivosti večkanalnih sistemov z amortizacijskimi okvarami.
V sistemu, obravnavanem v prejšnjem razdelku, pride do neveljavnih napak, po katerih se naloga znova izvede. Napake vodijo do zmanjšanja produktivnosti in so povezane s prehodom iz nabora E na E na +1. Sistem enačb ima obliko
Povprečni čas do okvare in povprečni čas nedelovanja pred dokončanjem naloge se ugotovi z uporabo formul:
5.5.4. Metoda za izračun zanesljivosti večkanalnega sistema s kombiniranim rezervnim časom.
Sistem je sestavljen iz m kanalov, od katerih vsak vključuje N zaporedno povezanih elementov. Za dokončanje naloge v trajanju t 3 ima sistem časovno rezervo, ki je ni mogoče obnoviti t p = t - t 3 . Poleg tega, ali ima vsak element v kanalu stopnjo napak? i, povprečni čas okrevanja in ima lastno takoj napolnjeno časovno rezervo t qi,. Izračun zanesljivosti se izvede v dveh fazah. Na prvi stopnji se po formuli izračuna verjetnost brezhibnega delovanja enega kanala
(30)
Na drugi stopnji so enačbe ( 25 ) - (27 ), kjer je E k = e k, tj. vse množice imajo eno stanje in verjetnost prehodov
Tukaj je z število popravljalnih ekip; Р к j (t) = 0 za j ? k - 1, k + 1. Za m = 1 metode, opisane v odstavkih. 5.5.2 - 5.5.4 se lahko uporablja za izračun zanesljivosti enokanalnih sistemov.
5.5.5. Metoda za izračun zanesljivosti dvofaznih enokanalnih sistemov z notranjimi rezervami.
Sistem ima mrežno strukturo in vgrajen pomnilnik za shranjevanje zalog izdelkov. Zaloge se obnovijo, če proizvedena količina presega izdano količino, in porabijo, če proizvedenega proizvoda primanjkuje. Intenzivnost dopolnjevanja in porabe zalog je odvisna tako od nazivne zmogljivosti sistema in terminskega plana porabe kot tudi od stanja zmogljivosti elementov sistema. Za izračun zanesljivosti je izdelan model, v katerem stanja upoštevajo operativnost elementov in nivo zalog v pogonu. Uvedemo verjetnosti P i (t), da je v trenutku t sistem v i-tem stanju in je shramba prazna ali polna, ter gostoto verjetnosti P i (t, z), da je sistem v trenutku t v i-to stanje in pogon je napolnjen do stopnje z, 0< z < z 0 , z 0 - емкость накопителя. Эти функции находятся из системы уравнении в частных производных, записанной в векторной форме:
(32)
robni pogoji: p (t, z o) = c 1 P (t), p (t, 0) = c 2 P (t);
začetni pogoji: P (0) = P 0, P (0, z) = P 0 (z)
Elementi vektorjev A, B, B 1, c 1, c 2 so konstantna števila in označujejo zanesljivost elementov sistema in delovanje sistema v različnih stanjih.
Pri ugotavljanju verjetnosti brezhibnega delovanja se uporablja sistem enačb ( 32 ) je sestavljen samo za operativna stanja. rešitev ( 32 ) vam omogoča, da najdete želeno verjetnost:
(33)
kjer sta E 01 in E 02 podmnožici delovnih stanj z mejno in vmesno polnitvijo pomnilnika.
Pri izračunu faktorja razpoložljivosti enačbe ( 32 ) so sestavljeni za vsa stanja sistema, vključno z nedelujočimi. Pri velikih t časovni odvodi izničijo in v robnih pogojih postanejo verjetnosti na desni strani končne verjetnosti. Nastali sistem navadnih diferencialnih enačb je treba rešiti glede na verjetnosti P i in gostote verjetnosti P i (z). Faktor razpoložljivosti
(34)
5.6. Izračunska razmerja za osnovne sheme redundantnosti.
5.6.1. Enokanalni sistem z neamortizacijskimi napakami in takojšnjo dopolnitvijo časovne rezerve.
Enokanalni sistem z zaporedno vezavo elementov, ki ima stopnjo napak? i in porazdelitev časa okrevanja F v (t), ima takoj napolnjeno časovno rezervo T d, z dano porazdelitvijo D(t). Potem je verjetnost brezhibnega delovanja
(35)
Povprečni čas med napakami
(36)
Povprečni čas okrevanja
(37)
Faktor razpoložljivosti
5.6.2. Enokanalni sistem z neamortizacijskimi okvarami in neobnovljivo časovno rezervo.
Sistem z zaporedno vezavo elementov, ki imajo značilnosti? i in?, za dokončanje naloge v trajanju t 3 ima časovno rezervo t p, ki je ni mogoče obnoviti. Potem je verjetnost dokončanja naloge določena s približnimi formulami:
Formule zagotavljajo zajamčeno natančnost 10 -4.
Srednji čas do neuspeha
(40)
Povprečni čas dokončanja naloge
Faktor razpoložljivosti
Če imajo elementi različne vrednosti, se verjetnost dokončanja naloge oceni z zgornjimi in spodnjimi ocenami:
1 - rešitev enačbe x = a (1 - exp (- x)), P 0 (?, ?) je določena s formulo ( 39 ).
5.6.3. Večkanalni sistem z zamenljivimi kanali, napakami brez amortizacije in neobnovljivo časovno rezervo.
Sistem, ki ga ni mogoče obnoviti, ima m kanalov s stopnjo napak? in opravlja neskončno deljivo nalogo trajanja, ki ima neobnovljivo rezervo t 3 . Glede na pogoje delovanja je dovoljeno zmanjšati delovanje sistema na nič, če rezervni čas ni porabljen. Potem je verjetnost dokončanja naloge mogoče najti s formulo:
Prvi del ( 44 ) je primeren za velike vrednosti časovne rezerve, drugi pa, nasprotno, za majhne vrednosti. Srednji čas do neuspeha
Iz formule sledi, da se s povečevanjem rezervnega časa povprečni čas delovanja povečuje od 1/m? do 1/?.
5.6.4. Dvofazni sistem s shranjevanjem neomejene zmogljivosti in rezervo zmogljivosti.
Sistem je sestavljen iz dveh podsistemov, ki imata stopnje napak? 1 , ? 2 in povprečni čas okrevanja 
. Med podsistemi je nameščen pomnilnik neomejene kapacitete s funkcijo porazdelitve časa delovanja 
. Produktivnost podsistemov 1 in 2 je takšna, da obstaja določena rezerva produktivnosti prvega podsistema, predvidena za ustvarjanje rezerv. Nato se izračuna verjetnost brezhibnega delovanja v določenem časovnem intervalu (0, t):
Srednji čas do neuspeha
S povečanjem rezerv se povprečni čas delovanja poveča od 1/? do 1/? 2n, tj. pogon preprečuje okvare vhodnega podsistema.
Z omejeno kapaciteto shranjevanja V o = z o min (c 1 , c 2); a = 1; ?n = 0; ?" i = ? i , kje?" i je stopnja napak i-tega podsistema med izpadi v stanju delovanja, faktor razpoložljivosti se izračuna po formuli
Z večanjem zmogljivosti shranjevanja se faktor razpoložljivosti poveča z vrednosti K g1, K g2 pri z o = 0 na min (K g1, K g2) z neskončno zmogljivostjo shranjevanja.
5.7. Lastnosti začasne rezervacije.
5.7.1. Rezervacija časa je univerzalna metoda povečanja zanesljivosti. To izhaja iz grafov odvisnosti verjetnosti dokončanja naloge enokanalnega sistema od dane vrednosti časovne rezerve? = ? t p . S povečanjem časovne rezerve je mogoče zagotoviti poljubno zahtevano vrednost verjetnosti (sl. 4 , A). Ali je potrebno doseči dano verjetnost? Časovno rezervo lahko nastavite glede na grafe na sl. 4 , b. pri? = a t 3? 0,6 za vrednosti verjetnosti? ? 0,995 časa mirovanja je več vrednosti povprečnega časa okrevanja. Pri sistemih, ki jih je mogoče hitro obnoviti, je le nekaj odstotkov glavnega časa. Na primer, verjetnost? = 0,99 se doseže pri nastavitvi trajanja? t 3 = 0,2 in 0,5, če je rezervni čas 8 in 4,4% glavnega časa, ko je T av / T in = 200, in 1,6 in 0,88%, ko je T av / T in = 1000.
5.7.2. Pri konstantnem večkratniku časovne rezervacije m t = t p / t 3 se z večanjem trajanja naloge povečuje tudi časovna rezerva. Zato se odvisnost verjetnosti dokončanja naloge od trajanja naloge kvalitativno spremeni. Ko se verjetnost poveča, se še vedno monotono zmanjšuje in se približuje ničli. Ko pa najprej pade, potem pa, ko doseže minimum, začne rasti in se približuje enotnosti. Tako ohranjanje razmerja redundance na konstantni ravni zagotavlja zajamčeno vrednost za verjetnost dokončanja naloge (sl. 4 , V):
Ta vrednost je dosežena, ko 
. Z drugimi? verjetnost P > P o . Začnite z nekaj vrednostmi?, razmerjem redundance, potrebnim za zagotovitev verjetnosti 1 - Q (sl. 4
, d), šibko odvisno od?. Če je časovna rezerva ustvarjena zaradi rezerve produktivnosti in večkratnosti rezervacije, lahko s pomočjo danih grafov določite zahtevano rezervo produktivnosti.
riž. 4. Kazalniki zanesljivosti enokanalnega SVR z eksponentno porazdelitvijo časa delovanja in časa obnovitve
7.3. Osnovna lastnost redundance, ki je bila prvič odkrita v sistemih s strukturno rezervo, se opazi tudi v sistemih s časovno rezervo. Največjo pridobitev na zanesljivosti z uvedbo časovne rezerve G Q dosežemo pri zelo zanesljivih sistemih (sl. 4 , d), tj. na prostosti? in majhen?. Ne dovolj torej. Pri fiksnem večkratniku rezervacije dobiček narašča z naraščanjem?, če (sl. 4 , e). Ko je ojačanje največje v bližini točke .
5.7.4. Časovna rezerva, enakovredna strukturni rezervi, je vrednost t p e pri kateri za iste vrednosti? in t 3 obe vrsti rezervacije zagotavljata enake verjetnosti dokončanja naloge. Izračuni kažejo, da zmanjšana vrednost časovne rezerve t p e, enakovredna skupnemu naloženemu podvajanju, ni velika: pri b = ? / ? = 100 in? ? 5 ne presega 10 (sl. 5 , a, c), in hitreje kot se sistem obnovi (večji kot je b), večji je. To sploh ne pomeni, da se z izboljšanjem vzdržljivosti povečuje absolutna vrednost ekvivalentne rezerve. Nasprotno, večji ko je b, manjši je (sl. 5 , b, d). Večkratnost časovne rezerve m t e, enakovredna strukturni rezervi z večkratnostjo m c = 1, v pomembnem območju? in b se izkaže, da je manjši od ena. Pri enaki množini, in sicer pri m t = m c = 1, je začasna rezervacija učinkovitejša od strukturne rezervacije, če? > ?* (b), kje?* (50) ? 0,7, ?* (100) ? 0,33, ?*(300) ? 0,14 (sl. 5 , d, f).
riž. 5. Časovna rezerva in razmerje časovne rezerve, enakovreden naloženemu podvajanju
5.7.5. Ena od pomembnih lastnosti redundance je stopnja vpliva neeksponentnih zakonov porazdelitve časa delovanja in časa obnovitve na kazalnike zanesljivosti redundantnega sistema. Poznavanje stopnje tega vpliva nam omogoča, da ugotovimo: potrebo po določitvi zakona porazdelitve pri zbiranju statističnih podatkov ali zmožnost, da se omejimo na oceno povprečne vrednosti naključne spremenljivke; možnost enakovredne zamenjave računskih formul z enostavnejšimi, pridobljenimi za eksponentne porazdelitve; nagnjenost k spremembam kazalnikov zanesljivosti med prehodom iz odseka utekanja v odsek normalnega delovanja in iz slednjega v odsek staranja. Pri aproksimaciji empirične porazdelitve časa delovanja z uporabo Weibullove porazdelitve F (t) = 1 - exp (-(?t) m) je odvisnost verjetnosti dokončanja naloge od parametra oblike m za majhne naloge majhna in lahko biti prezrt. Pri velikih nalogah (? > 0,4) so razlike bolj opazne, pri 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, sl. 7 , A). Prehod na eksponentno porazdelitev se pojavi na podlagi enakosti verjetnosti dokončanja naloge v odsotnosti časovne rezerve: P (t 3, 0, m) = P (t 3, 0,1) z Weibullovo porazdelitvijo in P (t 3 , 0, K 1) = P (t 3, 0,1) z gama porazdelitvijo časa delovanja. Zato enakovredni parameter? e = - ln P (t 3, 0, m) / t 3. S tem načinom izračuna? Zamenjava neeksponentne porazdelitve z eksponentno ne odpravi potrebe po oceni vrednosti parametra oblike m ali K 1. Če vrsta distribucijskega zakona ni znana, potem parameter? e se določi na podlagi enakosti povprečnega časa delovanja, in potem? e = 1 / T povpr. Za ovrednotenje vpliva parametra oblike s tako zamenjavo je potrebno T cf izraziti v eksplicitni obliki preko parametrov neeksponentne porazdelitve. Še posebej z Weibullovo distribucijo? e = ? / G (1 + 1/m). Izračuni kažejo, da je pri uporabi enakosti povprečnega časa delovanja odvisnost od parametra oblike pomembna in je ni mogoče zanemariti niti pri majhnih t 3 (sl. 6 , G). Uvedba časovne rezerve v sisteme z enakimi verjetnostmi P (t 3, 0) ustvarja težnjo, da se porazdelitev časa do odpovedi "stara" (sl. 6 , e), in manjši kot je parameter oblike, večji je.
5.7.6. Odvisnost verjetnosti dokončanja naloge od vrste zakona okrevanja F v (t) je šibka, če se izračun ekvivalentnih parametrov izvede na podlagi enakosti verjetnosti okrevanja v času rezerve:
Pri takem prehodu na eksponentno porazdelitev napaka v izračunu povzroči nekaj precenjevanja zanesljivosti, vsaj pri majhnih? (riž. 7 , b). Če zakon F v (t) ni znan in izračun? e izvedemo na podlagi enakosti povprečnih časov obnovitve po formuli, potem postane vpliv zakona obnovitve pomemben (sl. 7 , V). Napaka v verjetnosti neuspeha naloge lahko doseže 100% ali več.
riž. 6. Zanesljivostne značilnosti SVR z Weibullovo porazdelitvijo časa delovanja
riž. 7. Značilnosti zanesljivosti SVR po neeksponentnih zakonih porazdelitve časa delovanja in časa okrevanja:
a, b, c, d, f - gama, d - Weibull
5.7.7. Povprečni skupni čas izpada pred dokončanjem naloge T10 in s tem povprečni čas za dokončanje naloge je odvisen od parametra oblike porazdelitve delovnega časa (m za Weibullovo porazdelitev in K1 za gama porazdelitev) (sl. 7 , Kje). Izračun? e na podlagi enakosti povprečnega obratovalnega časa daje napako pri določanju T10, ki narašča z naraščanjem . Odvisnost povprečnega časa do odpovedi sistema z rezervnim časom T av (t p) od vrste zakona o obnovitvi je nepomembna in jo je mogoče popolnoma zanemariti (sl. 7 , d).
5.7.8. Strukturna redundanca stabilizira dejansko delovanje sistema in bistveno poveča koeficient tehnične izkoriščenosti Kti (?), zagotovljen z dano verjetnostjo. Vrednost K ti (?) = t 3 / t dobimo z rešitvijo enačbe
kjer je t = t 3 + t p, izraz za P pa je vzet iz formule ( 39 ). Glede na grafe na sl. 8 , in za b = ? / ? = 20 in?t = 1 z verjetnostjo? = 0,9 K ti? 0,87 v odsotnosti strukturne redundance in Kti? 0,985 s popolnim podvajanjem (m c = 1). Če je?t = 5, potem je pri enakih pogojih (b = 20, m c = 1, ? = 0,9) K ti? 0,993. Z uvedbo časovne rezerve se učinkovitost strukturne redundance močno poveča, ocenjeno z višino povečanja zanesljivosti, tako kot se učinkovitost časovne rezerve poveča z uvedbo strukturne rezerve. Na primer, z b = 20 in?t = 1, naloženo podvajanje poveča zanesljivost v smislu verjetnosti neuspeha naloge G Q 1 = 7,7, če ni časovne rezerve (sl. 8 , netopir? = 1), brez strukturne rezerve, ustvarjanje 5-odstotne rezerve produktivnosti (? = 0,95) daje
pridobitev G Q2 = 1,9. Ob prisotnosti obeh rezerv dobiček G Q 3 = 25. To je bistveno večje od produkta G Q 1? G Q 2 = 14,6.
riž. 8. Karakteristike zanesljivosti sistema s strukturno in časovno redundanco (- P točno, --- P pr po formuli ( 39 )).
5.7.9. Večkanalni sistem z zamenljivimi kanali pri majhnih vrednostih načrtovanega faktorja obremenitve K з = t 3 / t je skoraj idealno zanesljiv sistem, saj je verjetnost neuspeha pri dokončanju naloge 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). V območju velikih obremenitev celo majhno povečanje naloge vodi do močnega povečanja verjetnosti njene okvare. Tako se v dvokanalnem sistemu povečanje K z 0,82 na 0,90 poveča z 0,1 na 0,3 (sl. 9 , b). Če je čas delovanja sistemov z različnim številom kanalov enak, potem imajo z majhnimi K sistemi z velikim številom kanalov večjo zanesljivost, čeprav opravljajo večjo količino dela. Nasprotno, pri velikih Ks (blizu enote) enokanalni sistem zagotavlja večjo verjetnost dokončanja naloge.
5.7.10. Dejansko kvantilno zmogljivost m-kanalnega sistema glede na stopnjo verjetnosti izračunamo po formuli, kjer je C 0 (m) nazivna zmogljivost sistema med brezhibnim delovanjem. Če je koeficient vzporednosti K p = 1, potem je C 0 = mc in dana dejanska zmogljivost 
narašča skoraj linearno s številom kanalov (sl. 9
, V). Koeficient tehnične izkoriščenosti gama v odstotkih K ti (?), ki je v tem primeru enak relativni produktivnosti v odstotkih gama, monotono narašča z m in se postopoma stabilizira na ravni, ki je blizu faktorju razpoložljivosti enega kanala K g = 1 / (1 + b), in čim hitreje, tem večji je b (sl. 9
, G).
riž. 9. Značilnosti zanesljivosti večkanalnega sistema z neamortizirajočimi okvarami
5.7.11. Primerjava m-kanalnega in strukturno redundantnega sistema z enakim številom naprav pokaže, da večkanalni sistem pri izvajanju naloge enake velikosti dosega verjetnost dokončanja naloge, ki jo zagotavlja strukturno redundantni sistem z večkratnostjo časovne rezervacije m t = t p / t 3, bistveno manj kot m c = ( m - k) / k, kjer je k število glavnih, m - k pa število rezervnih naprav.
Zlasti dvokanalni sistem doseže verjetnost dokončanja naloge, ki jo zagotavlja podvojeni sistem (m c = 1) z m t = 0,26 za? = ?t 3 = 0,1 in b = 50 ter pri m t = 0,08 za ?t 3 = 0,5 in b = 50 (sl. 9 , d, f).
5.7.12. Pri nizkih integracijskih stroških (vrednost koeficienta vzporednosti Kn je blizu enote) večkanalni sistem s prožno strukturo in zamenljivimi kanali vedno zagotavlja višje kazalnike zanesljivosti kot sistem s strukturno rezervo in časovno rezervo, ki opravlja enako. opravilo v istem delovnem časovnem intervalu, ne glede na to, ali je rezerva naložena (LR) ali prazna (NLR) (sl. 10 , A). Hkrati večkanalna povezava sama po sebi še ne zadostuje za zagotavljanje prednosti pred strukturno redundantnimi sistemi. Če v večkanalnem sistemu ni zamenljivosti kanalov in vsi kanali opravljajo posamezne naloge (IT), potem postane manj zanesljiv kot redundantni sistem.
5.7.13. Večkanalni sistem s togo strukturo (RS) je bistveno slabši od sistema s fleksibilno strukturo (GS). To je razvidno iz primerjave grafov (sl. 10 , b), izračunano za trikanalne sisteme brez strukturne rezerve in dvokanalne sisteme z eno napravo v obremenjeni rezervi.
riž. 10. Značilnosti zanesljivosti večkanalnih sistemov za različne načine organiziranja strukture (a, b - obnovljivi, c, d, e - nepopravljivi)
5.7.14. Neeksponentna porazdelitev časa kanala do okvare pomembno vpliva na verjetnost, da bo večkanalni sistem opravil nalogo. To lahko opazimo na grafih (sl. 11 , a, b), izračunano za dvo- in desetkanalne sisteme z gama porazdelitvijo časa delovanja I (k, ?t) in prehodom na ekvivalentno eksponentno porazdelitev, ki temelji na enakosti povprečnega časa do odpovedi brez časovne rezerve. Tudi relativne gama-odstotne vrednosti produktivnosti se bistveno razlikujejo za različne porazdelitve časa delovanja (sl. 11 , V). Če imata primerjana sistema enake verjetnosti odpovedi ob odsotnosti časovne rezerve, potem trend sprememb verjetnosti odpovedi naloge s povečanjem parametra forme K z uvedbo časovne rezerve ostane enak (bolj K, manj Q), vendar so razlike v vrednostih verjetnosti bistveno manjše (sl. 11 , G). Zato lahko preidemo na enakovredni eksponentni model, pri čemer upoštevamo, da pri K > 1 taka zamenjava daje nižjo oceno verjetnosti dokončanja naloge.
5.7.15. Vpliv vrste zakona o porazdelitvi časa obnovitve kanala na verjetnost neuspeha naloge v širokem razponu vrednosti parametrov je majhen in se znatno zmanjša s povečanjem števila kanalov (sl. 11 , d, f). Zato je pri ocenah zanesljivosti povsem mogoče uporabiti hipotezo o eksponentnosti porazdelitev, tudi če je porazdelitev dejansko neeksponentna.
5.7.16. S fiksnim rezervnim časom povečanje števila kanalov vodi do zmanjšanja povprečnega časa do okvare sistema (sl. 11 , in). To pomeni, da povprečni skupni čas delovanja vseh kanalov raste počasneje kot število kanalov, zaradi oblikovanja čakalne vrste za obnovo in povečanja skupne stopnje odpovedi kanalov. Ko se rezervni čas spremeni, je povprečni čas do odpovedi določen predvsem z dano vrednostjo in je šibko odvisen od parametra eksponentne porazdelitve časa obnovitve (sl. 11 , h).
riž. 11. Značilnosti zanesljivosti večkanalnih sistemov z neeksponentno porazdelitvijo časa delovanja in časa obnovitve
5.7.17. Zanesljivost večkanalnega sistema določa metoda združevanja kanalov. Iz skupnega števila N enakih naprav je mogoče organizirati K enakih skupin, od katerih ima vsaka m vzporednih kanalov in n rezervnih naprav, tako da je N = K (m + n). Pri skupinskih rezervacijah se lahko strukturna rezerva uporablja samo znotraj določene skupine. Skupine delajo brez medsebojne pomoči, nato pa vsaka skupina opravi 1/K-ti del naloge ali z medsebojno pomočjo, nato pa skupine sodelujejo med seboj kot kanali znotraj skupine. Za takšne sisteme so značilni trije strukturni parametri: m, n, k Zlasti za štiri naprave je mogoče predlagati naslednje metode oblikovanja skupin (sl. 12 ): štirikanalni sistem z medsebojno pomočjo kanalov (4, 0) c in brez medsebojne pomoči (4, 0) b; štirikanalni sistem dveh skupin dveh kanalov z medsebojno pomočjo kanalov v skupini in brez medsebojne pomoči med skupinami (2, 0, 2) c; trikanalni sistem z medsebojno asistenco kanalov in eno napravo v skupni rezervi (3, 1) v dvokanalne sisteme z medsebojno asistenco in skupno (2, 2) v ali ločeno rezervo (2, 2) VR; brez medsebojne pomoči z ločeno rezervo (2, 2) br; enokanalni sistem s skupno rezervo (1, 3) o. Primerjava teh možnosti v odsotnosti obnovitve kaže (sl. 13 , a, b, c), da je najslabša v celotnem razponu obsegov nalog V = ct" 3 možnost (4, 0) b. Pri naloženi rezervi bo najboljša možnost (3, 1) v primeru majhnih obsegih opravil in možnost (2, 2) v primeru velikih Pri neobremenjeni rezervi je najboljša možnost v celotnem obsegu obsegov opravil možnost (1, 3) o. Vendar je treba upoštevati, da a enokanalni sistem porabi najdlje časa za dokončanje naloge. Če je vsem primerjanim sistemom dodeljen enak čas delovanja, bo najboljši sistem (4, 0) in. Poleg tega je treba upoštevati, da v več -kanalni sistem, del produktivnosti se porabi za organizacijo interakcije kanalov, kar zmanjša učinkovitost večkanalne povezave.Če so ti stroški visoki, je morda priporočljivo organizirati več skupin brez medsebojne pomoči ali prenosa več kanalov v strukturno rezervo. Z uvedbo obnovitve se ohranijo splošni vzorci pri primerjavi možnosti gradbenih sistemov, vendar se kazalniki zanesljivosti bistveno izboljšajo. Tako za osem naprav povečanje števila skupin v večkanalnem sistemu poslabša njegovo zanesljivost (sl. 13
5.7.18. Z uvedbo produktnih rezerv v dvofaznih sistemih z vmesnim hranilnikom se zmanjša koeficient izpadov sistema K pr = 1 - K g zaradi zmanjšanja tehnološko povezanih izpadov. Za enako zanesljive faze pride do zmanjšanja največ dvakrat, saj tehnološko povezane izpade ne presegajo lastnih izpadov izhodne faze. Pri enakih faznih kapacitetah je vpliv pomnilnika bistveno odvisen od parametrov b i = ? jaz/? jaz in? = b 2 / ? 1 (sl. 14 ). Mejno povečanje zanesljivosti pri namestitvi pogona je ocenjeno z vrednostjo - razmerjem vrednosti koeficienta izpadov za sisteme brez pogona in s pogonom neomejene zmogljivosti. Izplačilo G do je največje pri? = 1 in narašča, ko b pada.
riž. 14. Dvofazni sistem z enakimi faznimi zmogljivostmi
riž. 14 (nadaljevanje)
5.7.19. Prisotnost rezerve produktivnosti v vhodni fazi izboljšuje uporabo zalog izdelkov in zmanjšuje tehnološko povezane izpade, s tem pa tudi stopnjo izpadov sistema (sl. 15 , A). Manj kot je zanesljiva vhodna faza, pomembnejše je zmanjšanje (sl. 15 , b). Iz grafov izhaja, da je ustvarjanje rezerve produktivnosti vedno priporočljivo.
5.7.20. Če ustvarjanje rezerve zmogljivosti v vhodni fazi dvofaznega sistema spremlja zmanjšanje zanesljivosti, potem postane priporočljivo le, če je zmogljivost shranjevanja zadostna. Na primer z linearno odvisnostjo? 1 ali je priporočljivo ustvariti 10-odstotno rezervo produktivnosti samo kdaj? 2 z 0 > 1,7, tj. ko rezerve v polnem akumulatorju zagotavljajo delovanje izhodne faze za čas, ki je 1,7-krat daljši od povprečnega časa obnovitve (sl. 16 ). Obstaja razpon vrednosti parametrov a in z 0, v katerem ima dvofazni sistem s pomnilniško napravo manjši faktor razpoložljivosti kot v sistemu brez pomnilniške naprave in rezerve zmogljivosti. Na sl. 16 te vrednosti ustrezajo odsekom krivulj nad črtkano črto.
5.7.21. Verjetnost brezhibnega delovanja dvofaznega sistema z neomejeno kapaciteto shranjevanja in brezhibnim delovanjem izhodne faze in majhnih nalog je blizu verjetnosti brezhibnega delovanja neredundantnega sistema (sl. 17
). Ko se naloga poveča, začne vplivati nakopičena zaloga izdelkov v skladiščni enoti in verjetnost se zmanjšuje počasneje kot v neredundančnem sistemu. pri 
verjetnostna funkcija brezhibnega delovanja nikoli ne postane manjša, zato je p 0 zajamčena verjetnost ne glede na trajanje naloge in je precej visoka. Na primer z 10-odstotno rezervo uspešnosti in? / ? = 100 verjetnost p 0 = 0,9. S povečanjem parametra a, kar lahko interpretiramo kot zmanjšano večkratnost časovne rezervacije (toč. 5.7.2
riž. 17. Verjetnost brezhibnega delovanja dvofaznega sistema z neenakim delovanjem
5.7.22. Verjetnost brezhibnega delovanja dvofaznega sistema ob upoštevanju izhodne faze pri dovolj velikih z 0 , a in t lahko približno ugotovimo s formulo , kjer je P 2 (t) verjetnost okvare -prosto delovanje izhodne faze. Iz tega sledi, da v navedenih pogojih vgradnja hranilnika omogoča skoraj popolno preprečitev okvar prve faze.
6 . IZBIRA NAČIN IN METOD FUNKCIONALNE REZERVACIJE
6.1. Splošne določbe.
Funkcionalna redundanca je redundanca z uporabo funkcionalnih rezerv. Pri funkcionalni redundanci je značilno, da so v objektu večnamenski elementi, tako da delna okvara vsakega od njih onemogoča njegovo uporabo za glavni namen z opravljanjem glavne funkcije, omogoča pa uporabo za drug namen. Drug tipičen primer je, ko ob okvari enega elementa njegove funkcije prevzame drug, večnamenski element.
Pri analizi možnosti za manifestacijo učinka funkcionalne redundance je treba razlikovati med dvema situacijama.
1. V primeru okvar posameznih elementov funkcionalna redundanca zagotavlja nespremenjeno funkcionalnost objekta.
2. Ko elementi odpovejo, funkcionalna redundanca ne obnovi v celoti lastnosti objekta in njegova funkcionalnost postane zožena.
V tehničnih sistemih je druga situacija pogostejša. Funkcionalna redundanca se lahko nanaša na element, v tem primeru bo posledica njegove multifunkcionalnosti, lahko pa tudi na objekt, ki vključuje podobne elemente. V drugem primeru se funkcionalna redundanca običajno kombinira z drugimi vrstami redundance in postane kombinirana, na primer strukturno-funkcionalna, obremenitveno-funkcionalna itd. Obstaja več standardnih shem odpuščanja. V enem od njih imajo elementi sistema naslednje lastnosti: so zamenljivi kljub različnim funkcijam na določenih mestih in med njimi se lahko poljubno vzpostavijo kakršnekoli povezave, ki se zdijo primerne ali potrebne. Če eden od elementov odpove, se preostali povežejo tako, da je mogoče zadostiti vsem zahtevam sistema. Ta vrstni red interakcije in preureditve elementov lahko obravnavamo kot določen formalni model, ki ustreza dejanskemu obnašanju sistemov. Takšni modeli so primerni za opisovanje lastnosti zanesljivosti bioloških objektov ali skupin delavcev z mnogimi specialnostmi. Podoben model je zgrajen za tehnične sisteme, sestavljene iz blokov, sestavljenih iz številnih elementov. V primeru okvare posameznih elementov lahko preostale elemente zamenjamo med bloki in tako zagotovimo delovanje sistema. V tem primeru se število blokov ohrani ali zmanjša. V slednjem primeru se okvarjeni bloki odstranijo iz sistema, njihovi elementi pa se razstavijo na elemente, ki se prenesejo v druge bloke. Pri izvajanju takšnih sistemov je potrebno rešiti vrsto sorodnih problemov, povezanih z diagnosticiranjem stanj, spremembami v povezavi elementov, premikanjem elementov v prostoru, nameščanjem in pritrjevanjem na novih mestih.
6.2. Inženirske metode funkcionalne redundance.
Pri večini tehničnih sistemov s funkcionalno redundanco pride do okvar elementov do zožitve funkcionalnosti. Okvara elementa spravi predmet ali sistem v okvarjeno stanje, v katerem je dovoljeno delovanje za omejen čas, saj preostali elementi delujejo s preobremenitvijo, kar poslabša njihovo zanesljivost in druge kazalnike. Izguba funkcionalnosti zaradi prehoda v okvarjeno stanje običajno ni regulirana.
Drugi pristop je, da v začetnem stanju, v odsotnosti okvarjenih elementov, sistem izvaja razširjeno funkcionalnost, ki je ni mogoče regulirati, v primeru okvar pa so zagotovljene natančno določene zmogljivosti, ki ustrezajo regulativni in tehnični dokumentaciji, znotraj določen čas.
Do zoženja funkcionalnosti v primeru okvar elementov lahko pride po naslednjih skupinah indikatorjev.
1. Glede na kazalnike destinacije. Napake elementov v večnamenskem (večnamenskem) objektu vodijo do nezmožnosti opravljanja nekaterih funkcij.
2. Po kazalnikih kakovosti. Ko elementi odpovejo, se lahko natančnost, hitrost in produktivnost zmanjšajo.
3. Glede na obseg sprememb vhodnih parametrov: geometrijska območja, električni parametri itd.
4. Glede na obseg sprememb vplivnih dejavnikov: temperatura okolja, raven elektromagnetnih motenj, nihanje napajalne napetosti.
5. Po stopnji avtomatizacije. Ob okvari elementov se lahko znatno poveča obremenitev obratovalnega in vzdrževalnega osebja.
Ob upoštevanju teh navodil za spreminjanje funkcionalnosti lahko izpostavimo naslednje najpogostejše možnosti za funkcionalno redundanco.
1. Funkcionalna redundanca v strojih, sistemih in kompleksih, zgrajenih na agregatno-modularnem ali blokovno-modularnem principu. Po tem principu je zgrajena tehnološka oprema, na primer modularni stroji, pomožna oprema za proizvodne sisteme; industrijski roboti, pri katerih je module mogoče sestaviti v različnih kombinacijah, tako da se nastale modifikacije razlikujejo po geometrijskih značilnostih delovnega območja in številu stopenj mobilnosti; vozila, zlasti avtomobili z različnimi prikolicami; kmetijski stroji (traktorji z nameščenimi napravami ali enotami); računalniki z več pomnilniškimi bloki in različnimi vhodno/izhodnimi napravami; merilni in računalniški kompleksi z nizom merilnih pretvornikov itd. Okvara enega modula ali sklopa pomeni, da nekaterih modifikacij opreme ni mogoče sestaviti, s čimer se zmanjša funkcionalnost, vendar je stroj, sistem ali kompleks še vedno mogoče uporabiti za svoj glavni namen.
2. Stroji, sistemi ali kompleksi imajo poleg glavnih komponent, ki zagotavljajo izvajanje osnovnih funkcij, različne pomožne podsisteme ali naprave, ki olajšajo nastavitev in prilagoditev, izbiro načinov delovanja, diagnostiko pogojev, zamenjavo ali popravilo okvarjenih elementov. Sem sodijo podsistemi avtomatizacije, vgrajeni sistemi za samodejno odpravljanje težav, nadzor načinov delovanja naprav, optimizatorji načinov, iskalni podsistemi itd. Pri novem razvoju se zgodi, da prototip stroja, sistema ali kompleksa nima takih podsistemov, vendar na splošno ustreza svojemu namenu. Zapleti so namenjeni razbremenitvi operaterja oziroma mu dajo možnost servisiranja več opreme. Nato okvara podsistema zmanjša nov sistem na prototip v smislu funkcionalnosti in mu odvzame prednosti, značilne za nov razvoj.
3. Visoke proizvodne enote (npr. delavnice) imajo z dobro organizacijo proizvodnje funkcionalno redundanco in v njih se izvaja funkcionalna redundanca.
To se izraža v dejstvu, da obstaja tehnološka oprema, ki se uporablja le občasno in jo je mogoče dodatno obremeniti. Pogosto je starejši, z manj funkcionalnosti, kot so običajni univerzalni stroji v primerjavi s CNC stroji. Ali, recimo, primitivna vozila, na primer vozički v nasprotju s tekočimi trakovi ali transportnimi roboti. Možna je situacija, ko namesto pokvarjenega robota pri stroju delavec. V vseh navedenih primerih je normalno delovanje v primeru okvar opreme zagotovljeno z vsestranskostjo osebe, ki prevzame funkcije upravljanja, vzdrževanja ali neposredne proizvodnje.
4. Računalniški sistemi lahko pokažejo večjo fleksibilnost v primeru okvar elementov osrednjega dela zunanje opreme. Tako se v primeru okvar risalnika grafične informacije izpišejo na alfanumerično tiskalno napravo z uporabo izbranih ikon z velikim diskretnim korakom. Te slike nadomeščajo grafe v najbolj grobem približku, vendar pogosto zagotavljajo zahtevano jasnost. Informacije se lahko prikažejo v primeru okvare risalnika v numerični obliki, vendar s precejšnjo izgubo kakovosti. V računalniškem procesu se funkcionalna redundanca realizira preko algoritemske redundance s pomočjo dodatnih vej algoritmov in dodatnih povezav med njimi, s popravljanjem določenih vrst napak in algoritemskih metod za obnavljanje izgubljenih informacij.
Navedeni primeri uporabe funkcionalne redundance v posameznih razredih tehničnih sistemov nam omogočajo, da zasledimo nekatere splošne trende. Možnosti funkcionalne redundance so običajno večje v visokonivojskih sistemih in kompleksih velike kompleksnosti. Na primer, v proizvodnih sistemih se funkcionalna redundanca pogosteje uporablja na ravni trgovine kot na ravni linije ali lokacije. Druga značilnost je, da je funkcionalna redundanca lažja v tistih sistemih, v katerih ob okvarah niso potrebni fizični premiki elementov in se spremembe v strukturi izvajajo izključno s preklapljanjem na nivoju signala. Najpogostejši primeri funkcionalne redundance so povezani s prisotnostjo osebe v sistemu - najbolj fleksibilnem funkcionalnem elementu katerega koli tehničnega sistema.
6.3. Problemi formaliziranega opisa sistemov s funkcionalno redundanco.
Značilna posledica okvar elementov je zmanjšanje funkcionalnosti sistema. Kvantitativno upoštevanje tega faktorja je specifičnost konstruiranja matematičnih modelov zanesljivosti sistemov s funkcionalno redundanco. V tem primeru se pojavita dva precej neodvisna problema. Prva naloga je verjetnostni opis niza stanj sistema. Pri reševanju se uvajajo stanja: S 0 - polno delujoče stanje, ko ni odpovedal niti en element; S i - stanje, ko je i-ti element odpovedal, ; S lj - stanja, v katerih sta odpovedala l-ti in j-ti element. Namen reševanja prvega problema je določitev verjetnosti vnesenih stanj: P 0 (t), P i (t), P lj (t). Druga naloga je ugotoviti, v katerem od uvedenih stanj objekt ostane operativen zaradi prisotnosti funkcionalne rezerve. Podatek o tem poda začetni neformaliziran opis funkcionalnih redundantnih zmožnosti ali pa se pridobi z reševanjem ustreznih funkcionalnih enačb, ki omogočajo nastavitev vrednosti izhodnih parametrov sistema in z njihovo pomočjo določitev stopnjo njegove uspešnosti. Modeli procesa delovanja po okvari elementov so praviloma deterministični in ne vsebujejo verjetnostnih karakteristik.
Določanje verjetnosti stanj je mogoče izvesti s katerim koli znanim načinom: naštevanjem hipotez, reševanjem enačb teorije čakalnih vrst, aproksimacijo empiričnih podatkov itd. Za obnovo sistemov je posebej zanimiva porazdelitev stacionarnih verjetnosti stanj p i. Izračunati jih je mogoče s katero koli metodo, ki se uporablja pri analizi strukturno redundantnih sistemov. Nabor verjetnosti obravnavamo kot neodvisne karakteristike, ki jih lahko kasneje uporabimo za izračun kazalnikov uspešnosti.
LITERATURA
1. Zanesljivost tehničnih sistemov: Priročnik / Ed. I.A. Ushakova - M.: Radio in komunikacije, 1985. - 608 str.
2. Zanesljivost in učinkovitost v tehnologiji: Imenik. T. 5. Analiza zanesljivosti načrtovanja / Ed. V IN. Patruševa. - M .: Strojništvo, 1988. - 316 str.
3. Zanesljivost in učinkovitost v tehnologiji: Imenik. T. I. Metodologija, organizacija, terminologija. /Ed. A.I. Popravila. - M .: Strojništvo, 1986. - 224 str.
4. Vprašanja matematične teorije zanesljivosti / Ed. B.V. Gnedenko. - M .: Radio in komunikacije, 1983. - 376 str.
INFORMACIJSKI PODATKI
RAZVIL LPI poimenovan po. M.I. Kalinina in VNIINMASH.
IZVAJALCI: G.N. Čerkesov, A.M. Polovko, I.B. Čelpanov, A.I. Kubarev, V.L. Arshakuni, Yu.D. Litvinenka.
TEMA: “Klasifikacija načinov rezervacije”
NAČRT:
1. Odvečnost in redundanca
2. Razvrstitev načinov rezervacije
V skladu z GOST 27.002-89 je redundanca uporaba dodatnih sredstev in (ali) zmogljivosti za ohranitev operativnega stanja objekta v primeru okvare enega ali več njegovih elementov. Tako je redundanca metoda povečanja zanesljivosti objekta z uvedbo redundance.
Po drugi strani pa je redundanca dodatna sredstva in (ali) zmožnosti, ki presegajo minimum, ki je potreben, da objekt izvaja določene funkcije. Namen uvedbe redundance je zagotoviti normalno delovanje objekta po okvari njegovih elementov.
Obstajajo različni načini rezervacije. Priporočljivo jih je ločiti po naslednjih kriterijih (slika 1): vrsta redundance, način povezovanja elementov, večkratnost redundance, način vklopa rezerve, način delovanja rezerve, ponovljivost rezerve.
Opredelitev glavnega elementa ni povezana s konceptom minimalnosti glavne strukture objekta, saj lahko element, ki je glavni v nekaterih načinih delovanja, služi kot rezerva v drugih pogojih.
Redundantni element - glavni element, v primeru okvare katerega je v objektu zagotovljen rezervni element
Časovna rezervacija je povezana z uporabo časovnih rezerv. V tem primeru se predpostavlja, da je čas, dodeljen objektu za opravljanje potrebnega dela, očitno večji od zahtevanega minimuma. Časovne rezerve je mogoče ustvariti s povečanjem produktivnosti predmeta, vztrajnosti njegovih elementov itd.
Redundanca informacij je redundanca z uporabo redundance informacij. Primeri redundance informacij so večkratni prenosi istega sporočila po komunikacijskem kanalu; uporaba različnih kod pri prenosu informacij po komunikacijskih kanalih, ki zaznavajo in odpravljajo napake, ki nastanejo kot posledica okvar opreme in vpliva motenj; uvedba redundantnih informacijskih simbolov pri obdelavi, prenosu in prikazovanju informacij. Presežek informacij omogoča v eni ali drugi meri kompenzacijo izkrivljanja posredovanih informacij ali njihovo odpravo.
Funkcionalna redundanca je redundanca, pri kateri je določeno funkcijo mogoče izvajati na različne načine in s tehničnimi sredstvi. Na primer, funkcijo hitre zaustavitve vodno hlajenega energetskega reaktorja je mogoče doseči z vstavitvijo varnostnih palic v sredico ali z vbrizgavanjem raztopine bora. Ali pa se lahko funkcija prenosa informacij v avtomatiziran nadzorni sistem izvaja z uporabo radijskih kanalov, telegrafa, telefona in drugih komunikacijskih sredstev. Zato postanejo običajni povprečni kazalniki zanesljivosti (povprečni čas med odpovedmi, verjetnost brezhibnega delovanja itd.) v tem primeru neinformativni in premalo primerni za uporabo. Najprimernejši indikatorji za ocenjevanje funkcionalne zanesljivosti: verjetnost izvedbe dane funkcije, povprečni čas za dokončanje funkcije, stopnja razpoložljivosti za izvedbo dane funkcije.
Redundanca obremenitve je redundanca z uporabo rezerv obremenitve. Redundanca obremenitve je najprej sestavljena iz zagotavljanja optimalnih rezerv sposobnosti elementov, da prenesejo obremenitve, ki delujejo na njih. Pri drugih načinih rezerve obremenitve je možno uvesti dodatne zaščitne ali razbremenilne elemente
Glede na način vključevanja rezervnih elementov ločijo stalno, dinamično, nadomestno rezervacijo, drsno in večinsko rezervacijo. Stalna rezervacija je rezervacija brez prestrukturiranja strukture objekta v primeru okvare njegovega elementa. Za trajno redundanco je bistveno, da v primeru okvare glavnega elementa niso potrebne posebne naprave za aktiviranje rezervnega elementa in da ne pride do prekinitve delovanja (sl. 5.2 in 5.3).
Trajna redundanca je v najpreprostejšem primeru vzporedna povezava elementov brez stikalnih naprav.
Dinamična redundanca je redundanca s prestrukturiranjem strukture objekta, ko pride do okvare njegovega elementa. Dinamična rezervacija ima več vrst.
Nalaganje...
