Лекция № 8

системы
2. Системы с резервированием
2.1 Надежность систем с нагруженным резервированием
2.2 Надежность

систем с ненагруженным резервированием
2.3 Надежность систем с облегченным резервом
2.4 Надежность систем со скользящим резервированием
2.5 Мажоритарные системы (резервирование с дробной кратностью)
2.6 Надежность резервированных систем с восстановлением

КиДвТП

связями.
Структура системы – логическая схема взаимодействия элементов, определяющая работоспособность системы,

или иначе, графическое отображение элементов системы, позволяющее однозначно определить состояние системы (работоспособное или неработоспособное) по состоянию элементов.
Для одних и тех же систем могут быть составлены различные структурные схемы надежности в зависимости от вида отказов элементов.
Структурная схема расчета надежности, как правило, отличается от электрической схемы, а в ряде случаев может отличаться и от функциональной

пробой конденсатора – отказ типа «короткое замыкание». Отказ схемы произойдет

при отказе любого элемента. Схема для расчета надежности будет представлять последовательное соединение двух элементов.





По структуре системы могут быть:
• без резервирования (основная система);
• с резервированием.

в которых отказ одного элемента приводит к отказу всей системы.

Структура ОС - последовательное соединение элементов надежности

n элементов системы находятся в работоспособном состоянии.
Поскольку события, заключающиеся в

работоспособности элементов системы, являются независимыми, то вероятность безотказной работы ОС и вероятность отказа ОС определяются соответственно

любом законе изменения интенсивности отказов во времени:



На участке нормальной эксплуатации

ВБР можно описать экспоненциальным распределением каждого элемента

элементов:

n элементов, распределение наработки до отказа ОС также подчиняется экспоненциальному

распределению

элементов системы. В сложных технических устройствах без резервирования никогда не

удается достичь высокой надежности даже, если использовать элементы с высокими показателями безотказности.
Система с резервированием – это система с избыточностью элементов, т. е. с резервными составляющими, избыточными по отношению к минимально необходимой структуре и выполняющими те же функции, что и основные элементы.
В системах с резервированием работоспособность обеспечивается до тех пор, пока для замены отказавших основных элементов в наличии имеются резервные.

пассивное) и ненагруженное («холодное», активное):
• нагруженное – резервные элементы функционируют

наравне с основными (постоянно включены в работу);
• ненагруженное – резервные элементы вводятся в работу только после отказа основных элементов (резервирование замещением).
При нагруженном резервировании резервные элементы расходуют свой ресурс, имеют одинаковое распределение наработок до отказа и интенсивность отказов основных и резервных элементов одинакова.

резервными элементами часто условное. Для обеспечения нормальной работы необходимо, чтобы

число работоспособных элементов не становилось меньше минимально необходимого.
Разновидностью нагруженного резервирования является резервирование с облегченным резервом, т. е. резервные элементы также находятся под нагрузкой, но меньшей, чем основные. Интенсивность отказов резервных элементов ниже, чем у основных.

нагрузке, их ПН не изменяются и они не могут отказать

за время нахождения в резерве, т. е. интенсивность отказов резервных элементов λX=0.
Резервные элементы включаются в работу только после отказа основных элементов. Переключение производится вручную или автоматически (автоматически – включение резервных машин и элементов в энергетике; вручную – замена инструмента или оснастки при производстве, включение эскалаторов в метро в часы «пик» и т. д.).
Разновидностью ненагруженного резервирования является скользящее резервирование, когда один и тот же резервный элемент может быть использован для за-мены любого из элементов основной системы.

нагруженное («горячее») и ненагруженное («холодное») то очевидно, что при равенстве

числа основных и резервных элементов ненагруженный резерв обеспечивает большую надежность.
Но это справедливо только тогда, когда перевод резервного элемента в работу происходит абсолютно надежно (т. е. ВБР переключателя должна быть равна 1,0). Выполнение этого условия связано со значительными техническими трудностями или является иногда нецелесообразным по экономическим или техническим причинам.

основного и n−1 резервных элементов.
Структура систем с нагруженным резервированием -

имеет вид параллельного соединения элементов надежности.

резервированием, когда резервные элементы функционируют наравне с основными, удобнее

переходить от работоспособности системы к ее отказу. А отказ системы с нагруженным резервировании происходит только при отказе всех n элементов (при условии, что отказы элементов независимы).
Для системы с экспоненциальным законом распределения наработки до отказа каждого из n элементов:

с нагруженным резервированием

при идентичных элементах

элемента (ОЭ), одного резервного (РЭ) и переключающего устройства (ПУ) подключения

резервного элемента вместо отказавшего основного ОЭ и РЭ являются невосстанавливаемыми объектами.

применять облегченный резерв, при котором:
• резервные элементы (РЭ) подключены к

цепям питания для прогрева и удержания требуемых значений параметров;
• внешние нагрузки и воздействия приводят к изменению свойств материалов, рабочих параметров и т. п. РЭ.
При этом, РЭ будут иметь некоторую интенсивность отказов λ ≠ 0.

содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном

режиме, чем основной элемент.
Рассмотрим систему, состоящую из равнонадежных основного (ОЭ) и резервного (РЭ)элементов. Элементы невосстанавливаемые.

из одинаковых элементов, можно использовать небольшое число резервных элементов, подключающихся

взамен отказавших основных. Отказ системы наступает лишь в случае, когда число отказавших основных элементов превысит число резервных. Такое резервирование называется скользящим, потому что резервный элемент может быть включен взамен любого из отказавших элементов основной системы (одна резервная линия связи на три основных).
Скользящее резервирование является активным тогда, когда есть переключающее устройство, определяющее наличие отказа и включающее резервный элемент.

представлена на рисунке

первыми появились системы, резервированные по методу голосования – мажоритарные системы.

Такие системы содержат n одинаковых элементов, объединенных схемой голосования «k из n».
В основу мажоритарной системы положен логический анализ результатов всевозможных попарных сравнений выходных сигналов элементов. На выход мажоритарной системы передается информация y, совпадающая с выходной информацией, по крайней мере, в k из n элементов.

кроме отказа может еще возникнуть сбой, изображен на рисунке.
При обнаружении

сбоя система переходит к восстановлению процесса измерения и обработки информации, а при возникновении отказа к этим действиям добавляются поиск места отказа и включение резервного элемента.