15. Способы повышения надежности технических систем

1.УМЕНЬШЕНИЕ НАРАБОТКИ производится путем полного или частичного отключения системы или ее отдельных узлов.

2.СНИЖЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ОТКАЗОВ. На этапе проектирования снижение интенсивности отказов происходит за счет комплектации системы элементами повышенной надежности в виде высоко технологичных элементов, контроля. На этапе эксплуатации – это приведение условий эксплуатации в соответствие с требованиями паспортных данных.

3.УЛУЧШЕНИЕ ВОССТАНАВЛИВАЕМОСТИ. Обнаружение неисправности – обязательная процедура в процессе восстановления, которая обеспечивается свойствами контроля и диагностики. Восстановление ИС требует выполнения ряда процедур:

1)обнаружение неисправности

2)поиск/локализация неисправности

3)удаление его из системы

4)включение в систему другого элемента из резерва

5)ремонт неисправного элемента

6)проверка его работоспособности

7)проверка работоспособности всей системы

8)возобновление функционирования всей системы

4.РЕЗЕРВИРОВАНИЕ – способ обеспечения надежности за счет применения дополнительных средств и/или возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций. Включение – вручную или автоматически. Специальное включение не требуется.

Резервирование ИС, как метод повышения надежности на этапе их создания и разработки.

ИЗБЫТОЧНОСТЬ – превышение производительности, стоимости, веса, габаритов и других технико-экономических показателей.

В ИС различают 5 видов резервирования:

1.СТРУКТУРНОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ – резервирование с применением структурных резервных элементов, структур, объектов. При нём показатели надежности повышаются дискретно. Со структурным резервированием системы не любой отказ элемента приводит к отказу всей системы, так как работа системы поддерживается за счет реконфигирурации и подключения резервных элементов. Отказ происходит лишь в том случае, когда нарушение работоспособности в одном из элементов не удается компенсировать резервным элементом. Преимущества структурного резервирования: увеличивается суммарная интенсивность отказов элементов, что, соответственно, уменьшает интенсивность отказов всей системы. Это ведет к улучшению других показателей надежности.

2.ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ – способ улучшения надежности, использующий свойства технических систем обеспечивать при отказе элементов безотказное функционирование за счет перераспределения функций и более интенсивной работы элементов. Нет лишних элементов, т.е. все элементы необходимы для функционирования системы. Особенность: нельзя удалить ни одного элемента, не вызвав перераспределения функции, что ведет к увеличению их функциональной нагрузке, ведет к переходу на более тяжелые режимы работы системы.

3.ВРЕМЕННОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ – способ повышения надежности, при котором в системе в процессе функционирования предоставляется возможность израсходовать некоторое время (резервное) для восстановления своих технических характеристик. Резерв времени может быть обеспечен:

- увеличением оперативного времени

- созданием запаса производительности за счет запаса выходной продукции

- приданием системе свойства функциональной инертности (ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ИНЕРТНОСТЬ-свойство системы допускать перерывы в работе системы без потери выходного эффекта, который можно использовать для восстановления её работоспособности)

Отказ системы с временным резервированием – это событие, заключающееся в нарушении работоспособности, вызывающей недопустимые последствия и неустраненные за допустимое время.

4.ИНФОРМАЦИОННОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ – резервирование с применением информационной избыточности(для повышения надежности). Реализуется введением избыточных кодов, символов при передаче информации (обработка, отображение).

Информационная избыточность уменьшает:

1)поток отказов системы

2)время восстановления за счет уменьшения объема работ

3)время восстановления за счет сокращения времени обнаружения и поиска неисправностей

5.АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ – способ резервирования, который базируется на параллельной обработке информации алгоритмом минимальной сложности (во взаимодействии с другим резервированием)

Методы структурного и временного резервирования.

Основным параметром структурного резервирования является кратность – число резервных элементов к основным.

M=mk, где m-число резервных подсистем, k-число основных подсистем в резервной группе.

ПОДСИСТЕМА – совокупность основных или резервных элементов, подлежащих замене при отказе хотя бы одного элемента этой совокупности.

При условии, что k=1 –кратность резервирования называется целой, k<1 –то дробной.

При резервировании с целой кратностью система является последовательным соединением n резервных групп, каждая из которых является структурной группой и имеет параллельное соединение.

Пусть в состав i-той группы входят один основной и -тых резервных элементов. Все элементы одной группы одинаковы и имеют одну и ту же функцию распределения наработки до отказа (t), тог да вероятность безотказной работы системы будет равна:

(t)= (1- (t))

При резервировании с дробной кратностью количество резервных единиц меньше числа основных элементов. Резервные элементы не закрепляются за определенными основными – СКОЛЬЗЯЩЕЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ.

Пусть резервная система состоит из L отдельных систем. Для её нормальной работы необходимо, чтобы исправными были не менее h систем

Расчетные формулы показателей надежности могут быть получены при следующих допущениях:

1.Отказы элементов удовлетворяют условию простейшего потока отказов

2.Переключающие элементы системы считаются идеальными

3.Основные и все резервные системы равно надежны.

Таким образом, резервированная система работает нормально при следующих возможных ситуациях:

1)Ни одна из систем не отказала;

2)Отказала 1 система,2 система……L систем.

Тогда вероятность безотказной работы системы вычисляется по формуле:

, где - гипотеза, заключающая, что резервированная система будет исправно работать при отказе любой i-тых систем; - вероятность появления гипотезы .

Постоянная (нагруженное или горячее) резервирование элементов системы

При постоянном резервировании резервные элементы постоянно присоединены к основному и функционируют одновременно с момента включения системы. Такая структура предполагает параллельное соединение

Вероятность отказа системы Q(t)=

Вероятность безотказной работы P(t)=1-Q(t)=1-

Достоинства: простота и экономичность

Недостаток: изменение электрических режимов при отказе какого-либо одного