☰

Магістралі види пристроїв розрізняють резервні. Резервування: загальне та роздільне

Резервуванням називають спосіб забезпечення надійності системи за рахунок використання додаткових засобів та можливостей, надлишкових по відношенню до мінімально необхідних при виконанні необхідних функцій. Резервування може використовуватися як підвищення надійності, а й підвищення точності, стійкості, достовірності та інших. Іноді замість терміна «резервування» використовується словосполучення «введення надмірності». Між цими поняттями є багато спільного, але й відмінності, тому їх не можна сприймати як синоніми. Під надмірністю розуміють перевищення ваги, габаритів, продуктивності, вартості та інших техніко-економічних показників виробу над мінімально необхідними. Зрозуміло, що запровадження надмірності значить автоматичного поліпшення показників надійності, достовірності та інших. Щоб поліпшення відбулося, необхідно відповідним чином управляти надлишковими ресурсами, створити певні умови і правила їх використання, а деяких випадках і передбачити спеціальні технічні та програмні засоби актуалізації цих ресурсів. Якщо це виконано, то запровадження надмірності стає резервуванням, і тоді обидва поняття можна як синоніми.

Види та методи резервування досить різноманітні та залежать як від типу характеристик, які мають бути покращені, так і від класу систем, у яких використовується резервування. На підвищення надійності систем управління застосовують структурне, функціональне, тимчасове, інформаційне, алгоритмічне резервування. Розглянемо докладно ці види резервування.

Структурне резервування. Структурним резервуванням (СР) називають спосіб підвищення надійності технічних засобів, що полягає у застосуванні в системі додаткових (резервних) елементів, які не є необхідними для виконання покладених на систему функцій, але використовуються системою після відмови основних елементів. Характерною особливістю СР є те, що в ідеально надійній системі всі резервні елементи можуть бути вилучені із системи без погіршення якості її функціонування. Вони потрібні лише тоді, коли з'являється важлива можливість відмови основних елементів.

На відміну від послідовної системи, у системі з СР не будь-яка відмова елемента призводить до відмови системи, оскільки робота системи підтримується рахунок перебудови (реконфігурації) структури та підключення резервних елементів. Відмова системи настає лише тоді, коли порушення працездатності в одному з основних елементів не вдається компенсувати своєчасним підключенням працездатного резервного елемента (групи елементів).

Чудовою властивістю СР, що пояснює його широке застосування, є те, що введення резервної апаратури, збільшуючи сумарну інтенсивність відмов елементів (основних та резервних), суттєво зменшує інтенсивність відмов системи. Як наслідок, покращуються й інші показники надійності. І, навпаки, на відміну послідовної системи, де будь-яке спрощення корисне з погляду надійності, в резервованої системі спрощення шляхом видалення резервних елементів погіршує показники надійності. За наявності потоку відмов елементів СР дозволяє забезпечити безперервну роботу системи протягом проміжку часу, що багато разів перевершує середнє напрацювання до відмови нерезервованої системи. У системах, що складаються з декількох одночасно працюючих пристроїв однакової продуктивності, в яких відмова одного з пристроїв знижує загальну продуктивність системи, СР стабілізує продуктивність системи.

Для ефективного використання СР іноді необхідно залучати інші види резервування, наприклад тимчасове, щоб гарантувати своєчасне виявлення відмов і своєчасне підключення резервної апаратури. Для цих же цілей використовуються інформаційне та алгоритмічне резервування.

Методи структурного резервування.

МСР різняться:

За масштабом резервування;

Співвідношенню кількості основних та резервних елементів;

спосіб включення резерву;

режим роботи резервних елементів;

Способи підключення резервної апаратури.

Резервування називають загальним, якщо резервується вся послідовна система, роздільним (поелементним), якщо резервуються окремі елементи послідовної системи, та груповим, якщо резервується група елементів системи. Сукупність основних та резервних елементів, що заміщають один одного при відмові одного з елементів, називають резервованою групою. При загальному резервуванні у системі є лише одна резервована група, при роздільному - стільки резервованих груп, скільки елементів у послідовній системі. При груповому резервуванні кількість резервованих груп має проміжне значення. Система зі структурним резервом відмовляє тоді, коли відмовляє хоча б її резервована група. У структурній схемі надійності резервовані групи з'єднані послідовно, значить ймовірність виникнення відмови резервованої групи може бути визначена як:

Ковзне резервування або з неоднозначною відповідністю застосують тоді, коли всі основні елементи системи однакові. Резервні елементи не закріплюються за певними основними елементами, а можуть замінити будь-який із них.

Основним параметром структурного резервування є кратність k, що є співвідношенням між загальним числом однотипних елементів n і числом r необхідних для функціонування системи працюючих елементів:

Значення k може бути цілим, якщо і дробовим, якщо В останньому випадку дріб скорочувати не можна.

За способом включення резерву розрізняють:

Резервування із постійно включеним резервом;

Резервування із включенням заміщенням.


Рис. 4

Схеми загального (а) та поелементного (б) постійного резервування наведено на рис. 4. При постійному включенні основні та резервні елементи (підсистеми) функціонують одночасно, починаючи з моменту включення системи (рис. 4, а та б). Постійне резервування є пасивним. При включенні заміщенням (рис. 4 в і г), яке є активним резервуванням, резервні елементи (підсистеми) включаються в роботу тільки після відмови основних. До цього вони перебувають у стані зберігання (ненавантажений резерв), частково включені (полегшений резерв) або повністю включені (навантажений резерв). При навантаженому резерві резервні елементи мають інтенсивність відмов таку ж, як основні елементи, тобто.

При ненавантаженому резерві інтенсивність відмов резервних елементів значно менше, ніж інтенсивність відмов основних елементів, отже у розрахунках вважатимуться. Полегшений резерв займає проміжне положення, коли

Заміщення основного елемента, що відмовило, резервним можна проводити вручну, напівавтоматично і автоматично. У першому випадку не потрібно ніякої апаратури перемикання, але час перемикання досить великий. При автоматичному перемиканні використовують спеціальний автомат перемикання резерву. Він зменшує час перемикання до декількох секунд або часток секунд, однак сам має кінцеву надійність. При напівавтоматичному перемиканні частину функцій виконує автомат, іншу - оператор.

Оскільки структурне резервування пов'язані з додатковими витратами резервні елементи, останні мають окупатися рахунок підвищення надійності системи та зниження втрат від її відмов. Найбільш простими для визначення показниками ефективності резервування є такі:

де - виграш рахунок підвищення середньої напрацювання вщерть резервованої системи проти напрацюванням нерезервованої системи; - аналогічні показники щодо підвищення ймовірності безвідмовної роботи та зниження ймовірності відмови. Резервування ефективне, якщо значення показників довше за одиницю.

Тимчасове резервування (резервування часу)

Тимчасове резервування (ВР) - це спосіб підвищення надійності, при якому системі в процесі функціонування надається можливість витратити деякий час, що називається резервним, для відновлення технічних характеристик. Резерв часу можна витратити на перемикання структурного резерву, виявлення та усунення відмов, повторення робіт, знецінених відмовими, очікування завантаження у працездатному стані. Можна вказати кілька джерел резервного часу.

Резерв часу може створюватися рахунок збільшення часу, виділеного системі до виконання завдання і званого оперативним часом. Він і при створенні запасу продуктивності всієї системи чи її окремих пристроїв, причому збільшення оперативного часу. Запас продуктивності, своєю чергою, виникає зі збільшенням швидкодії елементів або за комплексуванні кількох пристроїв (систем) однакової чи різної продуктивності до виконання загального завдання.

У системах, результат роботи яких оцінюється обсягом виробленого (оброблюваного) продукту, резерв часу можна створити рахунок внутрішніх запасів вихідний продукції. В АСОІУ такою продукцією є інформація, у системах енергопостачання – електрична енергія, у системах водопостачання – водні ресурси, на машинобудівних підприємствах – деталі, вузли, прилади тощо. Для зберігання запасів передбачаються спеціальні накопичувачі: запам'ятовуючі пристрої, акумуляторні батареї, резервуари, бункери та ін. працездатною.

Ще одним джерелом резерву часу є функціональна інерційність процесів, що протікають у системі. У багатьох технічних систем допускаються незначні перерви, які протікають без втрати якості функціонування (поки що керовані параметри перебувають у межах допусків), які можна використовуватиме відновлення її працездатності. Такі властивості мають АСУ ТП, системи термостатування, диспетчерського управління, життєзабезпечення літальних та інших рухомих апаратів та ін.

Для систем з ВР порушення працездатності не обов'язково супроводжується відмовою системи навіть за послідовному з'єднанні її елементів, оскільки є можливість відновити працездатність за резервний час. Відмова СЗР - подія, що полягає у порушенні працездатності, що викликає неприпустимі наслідки або неусувне за допустимий час. Надійність СЗР оцінюється за результатами виконання встановлених тимчасових обмежень по всій траєкторії функціонування або результатів виконання деякого завдання.

Завдання задається:

Послідовністю та обсягом робіт;

Встановленими моментами початку та завершення етапів робіт;

Обмеженнями використання різних ресурсів, які має система;

Обмеженнями на взаємодопомогу та взаємодію різних пристроїв.

Тому розрізняють завдання:

Одноетапні;

Багатоетапні;

бригадні;

індивідуальні (автономні);

Групові;

Вступають до початку роботи системи (за розкладом);

Вступають у процесі роботи системи (у випадкові моменти часу за заявками). Виконання завдання - це подія, що полягає у завершенні заданого обсягу робіт із встановленими обмеженнями на час виконання всіх робіт та окремих їх етапів та при виконанні вимог до якості та ритмічності роботи системи. Порушення встановлених вимог та обмежень сприймається як зрив функціонування. Тому, відмова СЗР можна визначити як подія, що веде негайно або з деякою затримкою до зриву виконання завдання, до зриву функціонування.

Для встановлення ознак відмови СЗР необхідно вести статистику втрат часу, проводити спеціальні виміри, наприклад, запасів продукції накопичувачах. Структурно в узагальненій формі СЗР може розглядатися як сукупність вихідного об'єкта та резерву часу (рис. 5).

Після відмови системи починає діяти резерв часу. Відмови системи можуть відрізнятися за наслідками. Якщо відмова викликає лише затримку виконання завдання, але не призводить до повторення робіт, його називають необесценивающим чи неруйнівним. Інакше його називають знецінюючим або руйнуючим. Знецінення виконаних робіт може бути повним чи частковим. У зв'язку з наявністю знецінюючих відмов весь напрацювання системи поділяють на корисну та знецінену. Корисним є напрацювання, не знецінене відмовими системи, а знецінене напрацювання - це напрацювання, не включене до корисного. Резервування часу широко використовується у комп'ютерах, обчислювальних мережах, системах зв'язку. Особливо ефективним є застосування ВР для боротьби зі збоями та перешкодами. Його часто використовують і підвищення ефективності інших видів резервування.

Рис. 5

Методи тимчасового резервування

На методи тимчасового резервування частково можливо поширена класифікація методів структурного резервування. Серед методів ВР можна виділити загальне, роздільне, групове, з цілою та дробовою кратністю. При загальному резервуванні створений резерв часу можна використовувати будь-яким елементом системи. При роздільному ВР кожен елемент забезпечується власним резервом часу, який може бути використаний іншими елементами. При груповому ВР резерв часу призначається для будь-якого елемента, що входить до цієї групи, і не може бути використаний елементами поза групою. Кратність ВР – це відношення величини резерву часу до мінімального часу виконання завдання. Воно може бути цілим або дрібним.

По можливості збільшення в процесі функціонування системи з резервом часу (ЗВР) розрізняють резервний час, що не поповнюється і поповнюється. Непоповнюваний резерв часу створюється заздалегідь, до початку роботи, і не зростає під час виконання завдання. При працездатному стані всіх елементів системи поточне значення резерву часу не змінюється, а при відмови елементів може зменшуватися стрибкоподібно (при знецінюючих відмовах) або в лінійній залежності від часу при непрацездатному стані системи. Поповнюваний резерв зростає за деяким законом при працездатному стані всієї системи, а також під час відновлення працездатності деяких елементів, що відмовили. Миттєво поповнюваний резерв відновлюється до початкового рівня стрибком відразу після закінчення ремонту. В одній і тій же системі можуть використовуватися обидва види резерву часу – тоді його називають комбінованим чи змішаним. При роздільному або груповому резервуванні можливі додаткові обмеження щодо поповнення та використання резерву часу. І тут його називають резервом зі складними обмеженнями.

Як і при структурному резервуванні, за типом структури розрізняють СЗР з послідовним, паралельним, послідовно-паралельним з'єднанням елементів, а також СЗР з мережевою структурою. Однак тут є деякі особливості. Так, існують два різновиди послідовного з'єднання: основне та багатофазне. При основному з'єднанні у системі відсутні накопичувачі продукції (рис. 6, а).


Рис. 6

При багатофазному з'єднанні в системі є, принаймні, один накопичувач. Число фаз визначають як кількість накопичувачів, збільшене на одиницю (рис. 6, б). Паралельне з'єднання також має два різновиди: резервне та багатоканальне. При резервному з'єднанні є чіткі відмінності основних та резервних елементів. Працездатні основні елементи перебувають у роботі. Резервні елементи, незалежно від режиму (навантаженого, ненавантаженого, полегшеного), не включаються до роботи, поки працездатні основні елементи (рис. 6, в). При багатоканальному з'єднанні не розрізняють основні та резервні елементи. Всі паралельно включені елементи беруть участь у роботі, і результати їх роботи однак використовують при формуванні результатів роботи всієї системи. Якщо елементи характеризуються продуктивністю (пропускною здатністю, швидкодією, потужністю тощо), то системі з багатоканальним з'єднанням елементів може створюватися запас продуктивності, на відміну системи з мінімально необхідною кількістю елементів (рис. 6,г). Приклади СЗР з послідовно-паралельним та паралельно-послідовним з'єднанням елементів наведено на рис. 6, д-з. Рекурсивно можна побудувати і складніші структури.

Функціональне резервування

Функціональним резервуванням (ФР) називають спосіб підвищення надійності, що використовує властивість технічних систем (а також живих організмів, біологічних і соціальних систем) забезпечувати при відмови елементів безвідмовне функціонування за рахунок перерозподілу функцій і більш інтенсивної роботи елементів, що виконували вщент тільки свої основні функції. Виконувати додаткові функції вони здатні лише тимчасово, і це може супроводжуватися деяким погіршенням загальної якості роботи, але у межах. При ФР у системі немає «зайвих» елементів - всі необхідні для виконання необхідного набору функцій. Характерною особливістю цього виду резервування є те, що навіть з ідеально надійної системи не можна видалити жодного елемента, не викликавши перерозподілу функцій елементів і збільшення їх функціонального навантаження вже на постійній основі, можливо, з переходом на більш важкі режими роботи.

Застосування ФР зазвичай супроводжується введенням інформаційної та алгоритмічної надмірності.

Інформаційне резервування

У сучасній техніці управління та інформаційно-вичислювальній техніці інформаційна надмірність та інформаційне резервування використовуються для поліпшення багатьох характеристик. Воно впливає показники надійності, достовірності обробки та передачі, точності обчислень, продуктивності. Способи запровадження інформаційної надмірності дуже різноманітні. Інформаційна надмірність існує у вигляді надмірності внутрішньої інформаційної мови пристроїв обробки та передачі даних, у вигляді надмірності завадостійких кодів. Її можна вводити і як надмірність масивів даних у складі файлу даних, і як надмірність файлової структури пам'яті ЕОМ. Можна з упевненістю сказати, що без інформаційної надмірності у тій чи іншій формі неможливо уявити жодного інформаційного процесу в АСОІУ. Часто без інформаційної надмірності не можна використовувати інші види резервування. Не зупиняючись на непрямих методах впливу інформаційної надмірності на показники надійності, відзначимо лише основні методи прямого впливу. Інформаційна надмірність (ІІ) зменшує:

Потік відмов системи, оскільки всі відмови елементів стають відмовами системи; якщо наслідки відмови елемента вдається усунути рахунок ІІ, він не вважається відмовою системи;

час відновлення рахунок зменшення обсягу робіт, знецінених відмовою; при цьому зменшується час, що витрачається на повторення знеціненої частини робіт, і збільшується корисне напрацювання;

Час відновлення за рахунок скорочення часу виявлення та пошуку несправності.

Алгоритмічне резервування (АР)

Для виконання завдань, що стоять перед системою, необхідно не тільки мати певний обсяг інформації про характер і умови виконання завдання, про процеси, що відбуваються в системі та навколишньому середовищі, але й забезпечити обробку цієї інформації відповідно до алгоритмів функціонування. Кожній системі можна порівняти алгоритм мінімальної складності. Всі інші алгоритми, що містять додаткову кількість операторів, порівняно з мінімальним алгоритмом, будуть надмірними. АР вводиться для подолання перешкод та випадкових обурень, спричинених, зокрема, відмовами елементів апаратури. Воно використовується у взаємодії коїться з іншими видами резервування й часом є необхідною умовою реалізації.

4 Розрахунок надійності систем, що не відновлюються, з постійним резервом

Загальне постійне резервування з кратністю. Ймовірність відмови Q p паралельно працюючих елементів при r = 1 визначається виразом (2), звідки для рівнонадійних елементів

Чим менша ймовірність відмови кожного з елементів, тим вища ефективність постійного резервування. Так, якщо q = 0,1 та 0,01, а k = 1, то виграш у зниженні ймовірності відмови при резервуванні складе відповідно 10 та 100. Розглянемо зв'язок показників надійності групи резервованих елементів, кратності резервування k та тривалості роботи елементів t при експонентному законі розподілу часу їхньої безвідмовної роботи. Якщо інтенсивність відмов кожного з елементів, то згідно з (1.12), (1.21), (1.22) маємо

Графіки зміни P P (t/) та р (t/)/ залежно від кратності резервування та тривалості роботи системи представлені на рис. 7. Вони показують, що постійне резервування є ефективним на початковій ділянці роботи системи, коли t .

Для групи резервованих елементів середнє напрацювання до відмови

Рис. 7

Робота аналізованої групи резервованих елементів характеризується послідовним переходом у міру виникнення відмов від т працюючих елементів до т-1, т-2 і далі одного, відмова останнього призводить до відмови всієї групи. Цю послідовність переходів ілюструє графік, поданий на рис. 8. У випадкові моменти часу t 1 t 2 і т. д. відбуваються відмови елементів, число працюючих елементів n(t) поступово знижується. Оскільки на кожній із ділянок T 1 = t 1 , T 2 = t 2 - t 1 і т. д. має місце спільне функціонування т, т-1 і т. д. елементів, то випадкові інтервали часу T 1 , Т 2 ...,Т т мають експоненційний розподіл з інтенсивностями відмов відповідно m, (т-1), ..., та середньою тривалістю 1 = 1/(m), 2 = 1/[(т-1)], = 1 /. Оскільки значення середнього напрацювання до відмови групи резервованих елементів визначається як 1/(m)+1/[(т-1)]+ 1/.

Рис. 8

Резервування двополюсних елементів. Найчастіше резервні елементи підключають паралельно основному. Однак при диференціації видів відмов резервування по кожному з них може здійснюватися за різних способів включення резервних елементів. Найбільш характерним у цьому відношенні є резервування елементів при відмови типу «обрив» і «коротке замикання» (КЗ). Для двополюсних елементів релейного типу, що мають два можливі стани 1 і 0, цим відмови відповідає неспрацьовування за наявності керуючого сигналу і хибне спрацьовування за відсутності останнього.

При послідовному з'єднанні релейних елементів (рис. 9, а) неспрацьовування будь-якого з елементів призводить до відсутності ланцюга між точками а та b. Таким чином, для цього виду відмов послідовне з'єднання релейних елементів є основним. Для відмов типу помилкове спрацьовування послідовне з'єднання є резервним, оскільки цей вид відмови ланцюга матиме місце лише при відмові двох елементів.

Рис. 9

З розглянутого випливає, що тому самому з'єднанню елементів цих видів відмов відповідають дві структурні схеми. При послідовному з'єднанні релейних елементів здійснюється резервування з відмов типу КЗ. Якщо ймовірність відмов цього для кожного елемента q, то B a = q/q 2 = q -1 . Для відмов типу урвища, тобто послідовне включення релейних елементів призводить до підвищення ймовірності виникнення відмов типу урвища ланцюга. При паралельному з'єднанні релейних елементів (рис. 9,б) здійснюється резервування за відмов типу обрив з ефективністю B Q = 1/q, а по відмов типу КЗ надійність знижується.

Резервування із дробовою кратністю. При резервуванні з дробовою кратністю система може функціонувати, якщо з однотипних працюючих паралельно елементів у працездатному стані знаходяться r. Система відмовляє, якщо кількість елементів z, що відмовили, складає. Використовуючи метод перебору станів, визначимо можливість відмови такої системи

У кожному стані число працездатних елементів становить п - z, а ймовірність цього стану, тоді

де C n z = n! / - Число поєднань з п елементів по z, причому 0! = 1; =1. При<<1 .

При експонентному законі розподілу часу безвідмовної роботи та інтенсивності відмов кожного з елементів

Оскільки без резерву система включає r працюючих елементів, то ймовірність відмови вихідної системи в оцінці ефективності резервування становить 1-(1-q) r . Так, якщо система включає три паралельно працюючі елементи і r = 2, то при q = 0,1, k = 1/2, т = 2 згідно (11)

Різновидом постійного резервування з дробовою кратністю є резервування з голосуванням здебільшого (мажоритарне). Структурна схема системи, що використовує спосіб резервування, представлена ​​на рис. 10. Паралельно працює непарна кількість елементів, їх вихідні сигнали х 1 , х 2 ,..., х п надходять на вхід елемента голосування Г (кворум-елемент), вихідний сигнал якого збігається із сигналом більшості елементів. У системах з таким способом резервування зазвичай використовуються три елементи, рідше за п'ять. Для працездатного стану системи потрібна правильна робота більшості елементів. Відмова системи настає за кількості відмов z m = (n + 1)/2.

Рис. 10

Рис. 11

Імовірність відмови системи з мажоритарним резервуванням при n = 3 та n = 5 рівнонадійних елементах згідно (10) становить відповідно:

Q 3 = 3q 2 - 2q 3; Q 5 = 10q 3 - 15q 4 + 6q5. (12)

Ефективність цього способу резервування при n=3 становить B Q = q/(3q 2 - 2q 3) = 1/(3q - 2q 2). Якщо q< 0,5, резервирование эффективно, при q = 0,5 надежность системы при резервировании не изменяется, а при q >0,5 резервування призводить до зниження надійності.

Мажоритарне резервування широко застосовують у системах захисту реакторів та теплотехнічного обладнання. Так, система захисту від перевищення тиску барабані котла, зображена на рис. 11,а включає електроконтактні манометри M1, M2, M3, силове реле СР і електричний клапан скидання тиску К. Система захисту спрацьовує при замиканні контактів будь-яких двох манометрів з трьох. Схема з'єднання контактів манометрів представлена ​​на рис. 11,б. Струм через обмотку силового реле СР протікає при замиканні двох пар контактів, спеціального кворум-елемента в таких системах не потрібно. Відмови виду «хибне спрацьовування» або «неспрацьовування» у системі виникають при відповідних відмови двох манометрів з трьох, тобто цей спосіб резервування рівнонадійний для обох видів відмов.


Рис. 12

Поелементне резервування. Надійність системи, що містить групи елементів або окремі елементи з поелементним резервуванням, розраховують за допомогою формул загального постійного резервування (1), (2), (10). Так, якщо система складається з п ділянок з поелементним резервуванням цілою кратністю k i , то ймовірність безвідмовної роботи системи

де q ij - ймовірність відмови j-го елемента, що входить до i-ї ділянки резервування.

Для порівняння ефективності загального та поелементного резервування порівняємо ймовірність відмови двох систем, що включають однакове n(k+1) число рівнонадійних елементів (рис. 12). У першому випадку (рис. 12, а) здійснюється загальне резервування системи з п елементів кратністю k, у другому випадку (рис. 1 2, б) при поелементному резервуванні кожен з елементів системи має k резервних.

Ймовірність відмови системи із загальним резервуванням

Вважаючи, що можливість відмови кожного з елементів q<<1 и (1- q) n 1 - nq, получаем. Для раздельного резервирования, используя (13) и считая q<<1, получаем

Ефективність поелементного резервування порівняно із загальним становитиме n k . Зі збільшенням глибини п і кратності k резервування його ефективність зростає. Використання поелементного резервування пов'язане з введенням додаткових елементів, що підключають, що мають обмежену надійність. У зв'язку з цим є оптимальна глибина резервування п опт при n>п опт ефективність резервування знижується.

Розділ дуже простий у використанні. У запропоноване поле достатньо ввести потрібне слово, і ми видамо список його значень. Хочеться відзначити, що наш сайт надає дані з різних джерел – енциклопедичного, тлумачного, словотворчого словників. Також тут можна познайомитись із прикладами вживання введеного вами слова.

Знайти

Значення слова резервування

резервування у словнику кросвордиста

резервування

Новий тлумачно-словотворчий словник російської, Т. Ф. Єфремова.

Енциклопедичний словник, 1998

резервування

в техніці - метод підвищення надійності технічного об'єкта за допомогою введення до його складу додаткових пристроїв, вузлів і зв'язків, призначених для швидкої заміни (автоматично або вручну) аналогічних елементів основного обладнання, що вийшли з ладу. Резервування використовується, напр., в обчислювальних системах, системах управління космічних кораблів.

Резервування

ефективний метод підвищення надійності технічних пристроїв за допомогою введення додаткового числа елементів та зв'язків у порівнянні з мінімально необхідним для виконання заданих функцій у цих умовах роботи. Елементи мінімізованої структури пристрою, що забезпечує його працездатність називаються основними елементами (ОЕ); Резервними елементами (РЕ) називаються елементи, призначені для забезпечення працездатності пристрою у разі відмови ОЕ. Р. класифікують за низкою ознак, основні з яких - рівень Р., кратність Р., стан РЕ до моменту включення їх у роботу, можливість спільної роботи ОЕ та РЕ із загальним навантаженням, спосіб з'єднання ОЕ та РЕ.

За рівнем Р. його поділяють на загальне, у якому резерв передбачається у разі відмови об'єкта загалом, і роздільне, у якому резервуються окремі частини об'єкта (блоки, вузли, елементи); можливе також поєднання загального та роздільного Р. ≈ т.з. змішане Р. Під кратністю Р. розуміють відношення числа РЕ до ОЕ пристрою. Одноразове Р. називається дублюванням. Залежно стану РЕ досі включення в роботу розрізняють резерв навантажений, у якому РЕ навантажені як і, як ОЕ, полегшений, коли РЕ навантажені менше, ніж ОЕ, і ненавантажений, у якому РЕ мало несуть навантаження. Можливість спільної роботи РЕ та ОЕ із загальним навантаженням визначається здатністю елементів, одночасно підключених до навантаження, не викликати відмови резервованої групи. Р. залежить також від способу з'єднання ОЕ та РЕ у складі резервованої групи. При постійному способі з'єднання всі елементи - ОЕ, і РЕ - підключені до загального навантаження протягом усього часу роботи пристрою. При напівпостійному з'єднанні з'єднаними із загальним навантаженням залишаються тільки справні елементи, а елемент, що відмовив, відключається від неї. При напівзаміщенні на початку роботи з'єднують із загальним навантаженням лише справні ОЕ, а при відмові одного з них підключається РЕ, але ОЕ, що відмовив, не відключається. При заміщенні на початку роботи до загального навантаження підключені також справні ОЕ; якщо ж один з них відмовив, то до навантаження підключається РЕ, а ОЕ, що відмовив, відключається. Відключення тих, хто відмовився від ОЕ і підключення РЕ здійснюється вручну або автоматично; у разі необхідно відповідний пристрій, надійність якого має враховуватися під час проектування об'єкта.

На практиці можливості застосування Р. обмежуються допустимими значеннями маси, обсягу, вартості або ін. параметрів пристрою, що резервується. Тому доводиться вирішувати задачу оптимального Р., що має два аспекти: забезпечення максимального значення показників надійності при заданому значенні обмежуючого фактора та забезпечення заданих значень показників надійності при мінімальному значенні фактора, що обмежує.

Розглянуті види Р. відносяться до так званого структурного Р., яке є найпоширенішим. Існують та ін. види Р., наприклад по навантаженню, тимчасове і т.д.

Літ.: Козлов Би. А., Ушаков І. А., Короткий довідник з розрахунку надійності радіоелектронної апаратури, М., 1966.

В. Н. Фомін.

Вікіпедія

Резервування (значення)

  • Резервування – забезпечення надійності системи шляхом дублювання відповідальних підсистем.
  • Резервування товару на складі або квитка - див.
  • Норма обов'язкових резервів - частка зобов'язань комерційного банку за залученими ним депозитами, яку банк має тримати у резерві у центральному банку
  • Резервні вимоги у певному обсязі.

Резервування

Резервуванняє універсальним принципом забезпечення надійності, широко застосовуваним у природі, техніці та технології, що згодом поширився і на інші сторони людського життя.

Приклади вживання слова: резервування в літературі.

СРСР мобільною керуючою багатопроцесорною високопродуктивною обчислювальною системою, побудованою за модульним принципом, з високоефективною системою автоматичного резервування, що базується на апаратному контролі та забезпечує можливість відновлення процесу управління при збоях та відмови апаратури, що працює в широкому діапазоні кліматичних та механічних впливів, з розвиненим математичним забезпеченням та системою автоматизації програмування.

Вперше створено машину з автоматичним резервуваннямна рівні модулів і забезпечує відновлення обчислювального процесу при збоях та відмови апаратури в системах управління, що працює в реальному часі.

Натисніть, щоб тимчасово заборонити резервуванняресурсу з використанням поштових файлів

Примітки, що стосуються модифікацій Оскільки вимоги до інсталяції змінюються від однієї модифікації до іншої, єдиним постійним елементом є необхідність виробляти повне резервуванняВаша система.

РезервуванняТакі модифікації зроблять процес повторної інсталяції легше, якщо створювати обмежене резервування, яке включає лише ті частини кореневої файлової системи, які Ви змінюєте чи настроюєте.

Модульне виконання дозволяє реалізовувати різні варіанти конфігурації систем електроживлення використовуючи резервуваннячим досягається високий ступінь надійності пристроїв.

Для забезпечення високої надійності застосовуються пристрої електроживлення, що використовують резервуванняпристроїв автоматики та захисту.

Переваги розділу файлових систем: Легше здійснюється резервуваннясистеми.

Можливість автоматичного ковзаючого резервуваннямашин у системі.

Модифікації, що потребують такого типу резервування, виробляють його автоматично, зазвичай надаючи запрошення для Вашого пристрою.

Теми описують, як локалізувати проблеми з плануванням зустрічей та резервуваннямресурсів.

На кабельній прив'язці з ранку пройшло планове обслуговування, довелося повозитися з резервуванням, але зараз уже все гаразд.

СРСР мобільний керуючий багатопроцесорний комплекс на інтегральних схемах з автоматичним резервуваннямна рівні модулів, продуктивністю 1,5 млн.

Таке резервуваннядозволяє не тільки детектувати їх збої, а й проводити автоматичне відновлення після збою, та забезпечує винятково високий рівень надійності роботи процесорів.

Відповідно до ГОСТ 27.002-89 резервуванням називається застосування додаткових засобів та (або) можливостей з метою збереження працездатного стану об'єкта при відмові одного або декількох його елементів. Таким чином, резервування – це ефективний метод підвищення надійності об'єкта шляхом введення надмірності. У свою чергу, надмірність – це додаткові засоби та (або) можливості, надмінімально необхідні для виконання об'єктом заданих функцій. Введенням надмірності забезпечується нормальне функціонування об'єкта після виникнення відмови у його елементах.

Методи резервування поділяють за видом резервування, способом з'єднання елементів, кратності резервування, способом включення резерву, режиму його роботи та відновлюваності (рис. 7.1).

До додаткових засобів і можливостей при резервуванні відносяться елементи, введені в структуру системи як резервні, функціональні та інформаційні засоби та можливості, використання надлишку часу та запасів навантажувальної здатності. На кшталт додаткових коштів розрізняють такі види резервування.

Функціональне резервування - це резервування, у якому задана функція може виконуватися у різний спосіб і технічними засобами. Наприклад, для здійснення функції передачі в АСУ можуть використовуватися радіоканали, телеграф, телефон та інші засоби зв'язку; тому в даному випадку звичайні усереднені показники надійності (середнє напрацювання на відмову, ймовірність безвідмовної роботи тощо) стають малоінформативними і недостатньо придатними. Найбільш прийнятними для оцінки функціональної надійності є можливість виконання цієї функції, середній час виконання функції, коефіцієнт готовності для виконання цієї функції.

Інформаційне резервування – це резервування із застосуванням надмірності інформації. Прикладами такого резервування є: багаторазова передача того самого повідомлення по каналу зв'язку; застосування при передачі інформації каналами зв'язку різних кодів, що виявляють і виправляють помилки, які з'являються в результаті відмов апаратури та впливу перешкод; введення надлишкових інформаційних символів при обробці, передачі та відображенні інформації. Надлишок інформації дозволяє в тій чи іншій мірі компенсувати спотворення інформації, що передається, або усувати їх.

Тимчасове резервування пов'язані з використанням резервів часу. При цьому передбачається, що на виконання об'єктом необхідної роботи відводиться час, який свідомо більший за мінімально необхідний. Резерви часу можуть створюватися з допомогою підвищення продуктивності об'єкта, інерційності його елементів тощо.

Навантажувальне резервування - це резервування із застосуванням навантажувальних резервів. Воно полягає у забезпеченні оптимальних запасів здатності елементів витримувати навантаження, що діють на них, або у введенні в систему додаткових захисних або розвантажувальних елементів для захисту деяких основних елементів системи від діючих на них навантажень.

Зазначені види резервування можуть бути застосовані або до системи в цілому або до її окремих елементів або їх груп. У першому випадку резервування називається загальним, у другому - роздільним. Поєднання різних видів резервування називається змішаним.

За способом включення резерву розрізняють постійне та динамічне резервування.

Постійне резервування здійснюється без перебудови структури системи у разі відмови її елемента. Для такого типу резервування характерним є те, що у разі відмови основного елемента не потрібно спеціальних пристроїв, що вводять у дію резервний елемент, а також перерв у роботі (рис. 7.2 та 7.3).

Динамічне резервування здійснюється з розбудовою структури системи у разі відмови її елемента.

Постійне резервування є паралельне або послідовне з'єднання елементів без використання перемикаючих пристроїв; при динамічному резервуванні потрібні перемикачі пристрої, що реагують відмови елементів.

Часто динамічне резервування є резервування заміщенням, у якому функції основного елемента у разі відмови передаються резервному. Резервування з включенням резерву заміщенням (рис. 7.4 та 7.5) має наступні переваги:

Не порушує режим роботи резерву;

Зберігає переважно надійність резервних елементів, оскільки під час роботи основних елементів перебувають у неробочому стані;

Дозволяє використовувати резервний елемент у ланцюгах на кілька основних елементів.

Істотним недоліком резервування заміщенням є необхідність перемикаючих пристроїв. При роздільному резервуванні число перемикаючих пристроїв дорівнює кількості основних елементів, що може значно знизити надійність усієї системи. Тому резервувати заміщенням доцільно великі вузли або всю систему, при цьому надійність пристроїв, що перемикають, повинна бути досить високою.

Поширеним видом резервування заміщенням є ковзне резервування, при якому група основних елементів системи резервується одним або декількома резервними елементами, кожен з яких може замінити будь-який основний елемент, що відмовив у даній групі (рис. 7.6).

Залежно від режиму роботи резервних елементів до відмови основного елемента розрізняють такі види резерву:

Навантажений (один або кілька резервних елементів перебувають у режимі основного елемента);

Полегшений (один або кілька резервних елементів перебувають у менш навантаженому режимі, ніж основний елемент);

Незанурений (один або кілька резервних елементів знаходяться у ненавантаженому режимі до початку виконання ними функцій основного елемента).

У системах управління широко застосовується мажоритарне резервування (з використанням голосування). Цей спосіб заснований на застосуванні додаткового елемента, що називається мажоритарним або логічним (рис. 7.7). Завдяки цьому елементу можна порівнювати сигнали, що надходять від елементів, що виконують ту саму функцію. Якщо результати порівняння збігаються, вони передаються на вихід пристрою.

На рис. 7.7 зображено мажоритарне резервування за принципом «2 з 3», тобто будь-які два збігаються результати з трьох вважаються істинними і проходять на вихід пристрою. За таким принципом побудовано багато схем підсистем систем управління та захисту (СУЗ). Головна перевага мажоритарного резервування - забезпечення підвищення надійності за будь-яких видів відмов елементів та підвищення достовірності інформаційно-логічних об'єктів.

Резервні елементи різняться за рівнем надійності. Елементи навантаженого резерву мають той самий рівень надійності (безвідмовності, довговічності і хранимости), як і основні елементи об'єкта, що резервуються ними, оскільки ресурс резервних елементів витрачається так само, як і основних. Елементи полегшеного резерву мають більш високий рівень надійності, оскільки інтенсивність витрати ресурсу резервних елементів досі включення їх замість які відмовили елементів значно нижче, ніж в основних. При ненавантаженому резерві ресурс резервних елементів починає витрачатися практично тільки з моменту включення їх замість елементів, що відмовили.

За способом резервування об'єкта (елемента об'єкта) розрізняють загальне резервування і роздільне. При загальному резервуванні об'єкт резервується в цілому, замість одного об'єкта передбачається одночасна експлуатація двох або більше об'єктів, однотипних або аналогічних за функціями, що виконуються. Цей спосіб досить простий; він широко застосовується при резервуванні найвідповідальніших систем. При роздільному резервуванні резервуються окремі елементи об'єкта або групи елементів, зазвичай вбудовані в об'єкт; окремо можуть резервуватися як окремі елементи системи, і досить великі її частини (блоки).

Динамічне резервування може бути роздільним і загальним, дозволяє використовувати резервні елементи у навантаженому, а й у полегшеному і ненавантаженном резерві, що, своєю чергою, дозволяє зберегти ресурс резервних елементів, підвищити надійність електричної системи загалом і зменшити витрати енергії.

При резервуванні заміщенням може бути використане ковзне резервування, що забезпечує необхідну надійність системи за мінімальних витрат і незначне збільшення її маси і габаритів. До недоліків динамічного резервування заміщенням слід віднести необхідність використання перемикаючих пристроїв, перерв у роботі при переході на резервні елементи, а також системи пошуку елемента або блоку, що відмовило, що знижує надійність всієї резервованої системи. Цей спосіб доцільно застосовувати для резервування великих функціональних вузлів і блоків складних електричних систем.

Постійне резервування, що передбачає постійне з'єднання резервних елементів з основними, відрізняється простотою. При такому вигляді резервування не потрібні пристрої, що перемикають. У разі відмови основного елемента система продовжує працювати нормально без перерви та перемикань. До недоліків постійного резервування відноситься підвищена витрата ресурсу резервних елементів та зміна параметрів вузла, що резервується при відмові елементів. Такий тип резервування застосовується у відповідальних системах, для яких неприпустима навіть короткочасна перерва в роботі, а також при резервуванні щодо дрібних елементів - вузлів, блоків та елементів електронної техніки СА (резисторів, конденсаторів, діодів тощо).

Резервування радіоелементів, що входять до блоку, відмова яких може призвести до особливо небезпечних наслідків, здійснюється з урахуванням можливості як коротких замикань, так і обривів елементів. Резервування при обривах елементів виконують їх паралельним з'єднанням, при коротких замиканнях - послідовним з'єднанням, вважаючи, що відбувається відмова елемента, але електричний ланцюг інших послідовно з'єднаних з ним елементів не порушується. Наприклад, постійне роздільне резервування діода з навантаженим резервом при відмові внаслідок короткого замикання (КЗ), обриву або КЗ та обриву здійснюється включенням резервних діодів відповідно послідовно, паралельно та послідовно-паралельно основному (рис. 7.8, а-в).

Загальне постійне резервування випрямляча VD завантаженим резервом виконується паралельним включенням резерву; діоди в цьому випадку використовуються для запобігання протіканню струму резервного випрямляча через вихідний ланцюг випрямляча, що відмовив (рис. 7.9).

Загальне резервування випрямляча ненавантаженим резервом здійснюється за допомогою перемикача П, який отримує сигнал про відмову і подає керуючий сигнал YC на перемикач QW на відключення випрямляча, що відмовив, і включення резервного (рис. 7.10).

Постійне резервування може бути здійснено шляхом паралельного або послідовного підключення до основного елемента (системи) одного або кількох резервних, що виконують однакові з основним елементом (системою) функції. Таке резервування використовують, наприклад, при паралельній роботі обчислювальних машин, блоків СА, резисторів, а також при послідовному включенні діодів, контактів, що розмикають, конденсаторів і т. д. На рис. 7.11 наведено кілька варіантів резервування конденсаторів.

Наслідками відмови елементів при постійному резервуванні в граничних випадках може бути коротке замикання або обрив одного або кількох елементів, що має враховуватись при проектуванні системи. Для запобігання цим негативним явищам вводяться обмежуючі опори, включаються розділові трансформатори, а також збільшуються допуски окремих параметрів системи та ін.

В даний час для оцінки надійності системи використовується такий критерій: система вважається абсолютно надійною, якщо відмова будь-якого будь-якого елемента не призводить до відмови всієї системи. Реалізація цього критерію практично здійснюється шляхом поелементного чи поблочного резервування.

Властивості різних видів резервування можна виявити, проаналізувавши виграш надійності системи за основними кількісними характеристиками. Оцінимо ефективність різних способів резервування, прийнявши за критерії якості ймовірність і середній напрацювання вщент і зробивши такі спрощені припущення:

Усі елементи системи мають рівну надійність;

Потік відмов елементів є найпростішим;

Кратність резервування всіх елементів однакова.

Якщо при прийнятих припущеннях ймовірність і середнє напрацювання повністю нерезервованої системи виражається формулами:

то виграш надійності резервованої системи порівняно з нерезервованою дорівнюватиме:

З аналізу рис. 7.12-7.14 можна зробити такі важливі висновки щодо властивостей резервування.

1. Незалежно від інтенсивності відмов нерезервованої системи, інтенсивність відмов резервованої системи завжди починається з нуля. У міру збільшення часу експлуатації системи інтенсивність відмов резервованої системи асимптотично прагне інтенсивності відмов нерезервованої системи. При резервуванні з дробовою кратністю інтенсивність відмов резервованої системи при певних значеннях / може бути більше інтенсивності відмов нерезервованої системи. Це означає, що система, до якої застосовано резервування з дрібною кратністю, може бути менш надійною, ніж нерезервована.

2. З рис. 7.15 видно, що є таке критичне значення часу роботи р, вище якого резервування з дробовою кратністю недоцільно.

3. Виграш надійності за ймовірністю відмови тим більше, що менше інтенсивність відмов нерезервованої системи, т. е. що більш надійна система резервується. Це основне протиріччя резервування взагалі. Воно призводить до того, що підвищення надійності систем тривалого використання необхідна висока кратність резервування.

4. При будь-якому резервуванні, крім ковзного, значне збільшення маси системи призводить до менш значного збільшення середнього напрацювання до відмови.

Резервування- метод підвищення надійності об'єкта запровадженням додаткових елементів та функціональних можливостей понад мінімально необхідні нормального виконання об'єктом заданих функций. У цьому випадку відмова настає лише після відмови основного елемента та всіх резервних елементів.

Систему можна уявити з низки ступенів, що виконують окремі функції. Завдання резервування полягає у знаходженні такої кількості резервних зразків обладнання на кожному ступені, яке забезпечуватиме заданий рівень надійності системи за найменшої вартості.

Вибір найкращого варіанта залежить головним чином від збільшення надійності, яке можна досягти при заданих витратах.

Основний елемент- Елемент основної фізичної структури об'єкта, мінімально необхідної для нормального виконання об'єктом його завдань.

Резервний елемент - елемент, призначений забезпечення працездатності об'єкта у разі відмови основного елемента.

Види резервування

Структурне (елементне) резервування - спосіб підвищення надійності об'єкта, який передбачає використання надлишкових елементів, які входять у фізичну структуру об'єкта. Забезпечується підключенням до основної апаратури резервної так, щоб при відмові основної апаратури резервна продовжувала виконувати її функції.

Резервування функціональне- метод підвищення надійності об'єкта, що передбачає використання здатності елементів виконувати додаткові функції замість основних та поряд з ними.

Тимчасове резервування- метод підвищення надійності об'єкта, що передбачає використання надлишкового часу, виділеного на виконання завдань. Інакше кажучи, тимчасове резервування - таке планування роботи системи, у якому створюється резерв робочого дня виконання заданих функцій. Резервний час може бути використаний для повторення операції, або для усунення несправності об'єкта.

Інформаційне резервування- метод підвищення надійності об'єкта, що передбачає використання надмірної інформації понад мінімально необхідну виконання завдань.
Навантажувальне резервування - спосіб підвищення надійності об'єкта, що передбачає використання можливості його елементів приймати додаткові навантаження понад номінальних.
З позицій розрахунку та забезпечення надійності технічних систем необхідно розглядати структурне резервування.

4.4.2. Способи структурного резервування

За способом підключення резервних елементів та пристроїв розрізняють такі способи резервування (рис. 4.4.1).

Рис. 4.4.1. Способи структурного резервування

Резервування роздільне (поелементне) із постійним включенням резервних елементів (рис. 4.4.2).
Таке резервування можливе тоді, коли підключення резервного елемента істотно не змінює робочий режим пристрою. Перевага його - постійна готовність резервного елемента, відсутність витрати часу на перемикання. Недолік - резервний елемент витрачає свій ресурс як і, як основний елемент.

Резервування роздільне із заміщенням елемента, що відмовив, одним резервним елементом (рис. 4.4.3). Це такий спосіб резервування, у якому резервуються окремі елементи об'єкта чи його групи.

У цьому випадку резервний елемент перебуває в різному ступені готовності до заміни основного елемента. Гідність цього способу - резервний елемент зберігає свій робочий ресурс, або може бути використаний для виконання самостійного завдання. Режим основного пристрою не спотворюється. Недолік – необхідність витрачати час на підключення резервного елемента. Резервних елементів може бути менше, ніж основних.

Відношення числа резервних елементів до резервованих називається кратністю резервування - m. При резервуванні з цілою кратністю величина m є ціле число, при резервуванні з дробовою кратністю величина m є дробове число, що не скорочується. Наприклад, m=4/2 означає наявність резервування з дробовою кратністю, у якому число резервних елементів дорівнює чотирма, число основних - двом, а загальне число елементів одно шести. Скорочувати дріб не можна, оскільки якщо m=4/2=2/1, це означає, що має місце резервування з цілою кратністю, у якому число резервних елементів дорівнює двом, а загальне число елементів дорівнює трьом.

При включенні резерву за способом заміщення резервні елементи до моменту включення в роботу можуть бути в трьох станах:
- навантаженому резерві;
- Полегшений резерв;
- Ненавантаженому резерві.
Навантажений резерв - резервний елемент, що у тому режимі, як і основний.
Полегшений резерв - резервний елемент, що у менш навантаженому режимі, ніж основний.
Ненавантажений резерв - резервний елемент, що практично не несе навантажень.
Резервування загальне з постійним підключенням або із заміщенням (рис. 4.4.4). У цьому випадку резервується об'єкт в цілому, а як резервний - використовується аналогічний складний пристрій. Цей метод менш економний, ніж роздільне резервування. При відмові, наприклад, першого основного елемента виникає необхідність підключати весь технологічний резервний ланцюжок.

Рис. 4.4.4. Резервування загальне

Резервування мажоритарне ("голосування" n із m елементів) (рис. 4.4.5). Цей спосіб заснований на застосуванні додаткового елемента - його називають мажоритарним або логічним або кворум-елементом. Він дозволяє вести порівняння сигналів, що надходять від елементів, що виконують ту саму функцію. Якщо результати збігаються, вони передаються на вихід пристрою. На рис. 4.4.5 зображено резервування за принципом голосування "два із трьох", тобто. будь-які два збігаються результати з трьох вважаються істинними і проходять на вихід пристрою. Можна застосовувати співвідношення три з п'яти та ін. Головна перевага цього способу - забезпечення підвищення надійності за будь-яких видів відмов працюючих елементів. Будь-який вид одиночної відмови елемента не вплине на вихідний результат.

Рис. 4.4.5. Резервування мажоритарне

Класифікація методів резервування

ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ

РЕЗЕРВУВАННЯ ЯК СПОСІБ

Резервування– це один із основних засобів забезпечення заданого рівня надійності (особливо безвідмовності) об'єкта при недостатньо надійних елементах.

Резервування - це застосування додаткових засобів та (або) можливостей з метою збереження працездатного стану об'єкта при відмові одного або кількох елементів. Т.ч. – це метод підвищення надійності об'єкта шляхом запровадження надмірності. У свою чергу надмірність – це додаткові засоби та (або) можливості надмінімально необхідні для виконання об'єктом заданих функцій. Завданням запровадження надмірності є забезпечення нормального функціонування об'єкта після виникнення відмови у його елементах.

За видом резервування прийнято таку класифікацію методів резервування(Рис. 10.1).

Структурне(Апаратурне, елементне, схемне) передбачає застосування резервних елементів структури об'єкта. Суть структурного резервування полягає в тому, що мінімально необхідний варіант об'єкта вводяться додаткові елементи.

Елементи у структурній схемі поділяють на основні(елемент, необхідний виконання об'єктом необхідних функцій за відсутності відмов його елементів і резервні(Елемент, призначений для виконання функцій основного елемента у разі відмови останнього). Визначення основного елемента не пов'язане з поняттям мінімальності основної структури об'єкта, оскільки елемент, що є основним в одних режимах експлуатації, може бути резервним за інших умов. Резервований елемент – основний елемент, у разі відмови якого у об'єкті передбачено резервний елемент.

Тимчасове резервуванняпов'язаний з використанням резерв часу. При цьому передбачається, що на виконання об'єктом необхідної роботи відводиться час, свідомо більше мінімально необхідного. Резерви часу можуть створюватися з допомогою підвищення продуктивності об'єкта, інерційності його елементів тощо. Для об'єктів хімічного машинобудування такий вид резервування реалізується з використанням наступних прийомів та операцій:

1) збільшення в умовах експлуатації розрахункового часу функціонування, необхідного для виконання поставленої мети або випуску заданої кількості хімічної продукції;

2) апарати та машини розробляються на більше значення продуктивності, ніж це потрібно з розрахунку, і, отже, об'єкти можуть виконувати завдання за більш короткий проміжок часу, ніж це встановлено планом;

3) введення в структуру технологічної схеми проміжних ємностей (резервуарів та бункерів для накопичення продукту) між окремими апаратами виробництва. Цей прийом створює умови, що дозволяють продовжувати функціонування технологічної схеми, навіть якщо частину обладнання до проміжного резервуару або бункера зупинено. Подібну функцію виконують також газгольдери, склади і т.д.;



4) функціональна інерційність об'єктів, наприклад теплова інерційність печей, обумовлена ​​масивами футерування, запобігає швидкому зниженню температури печі при перерві в подачі пального. Інерційність об'єктів дозволяє за малий можливий проміжок часу ліквідувати аварію, переключивши процес на якийсь резервний об'єкт або виконавши будь-які інші операції.

Інформаційне резервування- Це резервування із застосуванням надмірності інформації. Прикладами інформаційного резервування є багаторазова передача того самого повідомлення по каналу зв'язку; застосування при передачі інформації каналами зв'язку різних кодів, що виявляють і виправляють помилки, які з'являються в результаті відмов апаратури та впливу перешкод; введення надлишкових інформаційних символів при обробці, передачі та відображенні інформації. Надлишок інформації дозволяє компенсувати спотворення інформації, що передається, або усувати їх.

Функціональне резервування– резервування, при якому задана функція може виконуватись різними способами та технічними засобами.

Наприклад, виготовлення деталі використовується група верстатів, кожен з яких може виконувати одну з послідовних операцій обробки. Функціональним резервуванням буде в цьому випадку введення до технологічної лінії універсального або багатоопераційного верстата. Як інший приклад можна навести створення конструкційно поєднаних реакційно-масообмінних процесів, що протікають в одному апараті хімічної технології. До функціонального резервування відноситься і виробничо-надлишкова надмірність (наприклад, виготовлення виробів з підвищеним класом точності), що часто використовується для забезпечення та підвищення надійності об'єктів хімічного машинобудування. При цьому створюються умови для збільшення надійності та довговічності, оскільки спочатку у процесі функціонування об'єкт зношується до традиційного класу точності, а потім уже йде звичайний процес зношування.

Навантажувальне(або режимне) резервування – резервування із застосуванням навантажувальних резервів – передбачає використання можливості об'єкта приймати додаткові, чи надлишкові, навантаження. У хімічному машинобудуванні його реалізують шляхом запровадження коефіцієнтів запасу міцності, зниження допустимих режимних параметрів функціонування (тиск, частоту обертання).

Резервування в хімічній промисловості широко використовують для підвищення надійності систем енергопостачання (електро-, тепло-, водопостачання), резервуються пристрої, що забезпечують безпеку протікання процесу (встановлюють кілька запобіжних клапанів на один резервуар високого тиску).

Рис. 10.1 Класифікація методів резервування

Резервування дозволяє створювати об'єкти, надійність яких вища, ніж надійність складових їх елементів, проте можливості застосування резервування обмежені через збільшення маси та виробничої площі системи та підвищення вартості одиниці продукту в порівнянні з нерезервованої. Це призводить до завдання вибору оптимального способу резервування та оптимального числа резервних елементів.

Для аналізу структурної надійності технічних систем інтерес представляє структурне резервування- Введення в структуру об'єкта додаткових елементів, що виконують функції основних елементів у разі їх відмови.

Класифікація різних способів структурного резервування здійснюється за такими ознаками:

1) за схемою включення резерву :

- загальнерезервування, у якому резервується об'єкт загалом;

- роздільнерезервування, у якому резервуються окремі елементи чи його групи;

- змішанерезервування, у якому різні види резервування поєднуються у одному об'єкті;

2) за способом включення резерву :

- постійнерезервування, без перебудови структури об'єкта у разі відмови його елемента;

- динамічнийрезервування, у якому при відмові елемента відбувається перебудова структури схеми. У свою чергу динамічний підрозділяється наа:

а) резервування заміщенням, у якому функції основного елемента передаються резервному лише після відмови основного;

б) ковзне резервування, при якому кілька основних елементів резервується одним або декількома резервними, кожен з яких може замінити будь-який основний (тобто групи основних та резервних елементів ідентичні).

3) за режимом роботи резерву :

Навантажене резервування, у якому резервні елементи (чи з них) перебувають у режимі основного елемента;

Полегшене резервування, у якому резервні елементи (принаймні одне із них) перебувають у менш навантаженому режимі проти основними;

Ненавантажене резервування, у якому резервні елементи на початок виконання ними функцій перебувають у ненавантаженном режимі.

4) за умов відновлення працездатності у процесі експлуатації:

Резервування із відновленням;

Резервування без відновлення.

Основною характеристикою структурного резервування є кратність резервування - відношення числа резервних елементів до резервованих (основних) елементів. Резервування може бути з цілою та дробовою кратністю (типу 2:3; 4:2 і т.д.).

Резервування одного основного елемента одним резервним (тобто із кратністю 1:1) називається дублюванням.

При резервуванні з дробовою кратністю нормальна робота резервованого з'єднання можлива за умови, коли число справних елементів не менше необхідного для нормальної роботи. При резервуванні з дробовою кратністю один резервний елемент системи припадає на два або більше основних елементів. До резервування з дробовою кратністю відноситься також резервування зі ковзним (плаваючим) резервом.

У хімічному машинобудуванні надійність невідновлюваних апаратів, що резервуються, і технологічних ліній, як правило, підвищують за рахунок:

– загального та роздільного резервування із постійно включеним резервом;

– загального та роздільного резервування способом заміщення;

- Резервування системи з ковзним (плаваючим) резервом.

Використання такого виду структурного резервування як ковзне можливе лише за наявності спеціального діагностичного пристрою, що дозволяє відшукати несправний елемент і підключити замість нього резервний. При цьому резервні елементи повинні бути однотипними. Однак такий вид резервування дає найбільший виграш надійності.

Кількісно підвищення надійності системи в результаті резервування або застосування високонадійних елементів можна оцінити за коефіцієнтом виграшу надійності, який визначається як відношення показника надійності до і після перетворення системи

Структурна схема резервної групи, що складається з одного основного та mрезервних елементів представлена ​​на рис. 20.3.3.1.

Рис. 10.2. Структурна схема системи з одного основного та mрезервних елементів

Якщо дана система з постійно увімкненим резервом, що складається з двох паралельно працюючих елементів (рис. 10.2, m= 1) із ймовірністю безвідмовної роботи основного елемента р 1 , резервного – р 2, то ймовірність безвідмовної роботи такої системи дорівнює

P(t) = 1 – (1 – p 1 (t)) (1 – p 2 (t))

У разі рівнонадійних елементів:

P(t) = 1 – (1 – p 1 (t)) 2 = 2р 1 – р 1 2 = р 1 (2 – р 1). (10.1)

Для експоненційного розподілу відмов кожного з двох елементів, що працюють паралельно. p 1 (t) = p 2 (t) = exp(–l t) з урахуванням (10.1) ймовірність безвідмовної роботи системи визначається як P(t) = 2e- l t – e-2 l t.

Оскільки середній час безвідмовної роботи одного елемента, що не резервується, дорівнює:

середній час безвідмовної роботи системи буде:

Тоді виграш надійності системи. що складається з двох паралельно працюючих елементів, порівняно з одним нерезервованим елементом дорівнює:

Імовірність безвідмовної роботи системи, що складається з одного основного та mрезервних нерівнонадійних елементів (рис. 10.2) визначається за формулою:

У разі рівнонадійних елементів ця формула набуде вигляду:

Для експонентного розподілу ймовірності безвідмовної роботи елементів, тобто. p(t) = e- l t, отримуємо:

При малих tсправедлива проста оцінка знизу:

де i- Інтенсивність відмов i-го елемента

При ідентичних елементах попередня формула набуває вигляду:

Виграш надійності W T(2) за середнім часом безвідмовної роботи системи, що складається з ( m+ 1) паралельно працюючих рівнонадійних елементів, порівняно із середнім часом безвідмовної роботи одного нерезервованого елемента за умови, що закон розподілу ймовірності безвідмовної роботи кожного елемента експоненційний, дорівнює:

Середнє напрацювання повністю системи Т(Рис. 10.2) у загальному випадку може бути знайдена лише чисельним інтегруванням за формулою

Для ідентичних елементів середнє напрацювання повністю при ймовірності безвідмовної роботи елементів р(t) = exp(–l t) з урахуванням визначається як:

При великих значеннях m :

10.2.1 За схемою включення резервупри загальному резервуваннірезервується об'єкт загалом. При роздільному резервуваннірезервуються окремі елементи (підсистеми) об'єкта чи його групи.

Прикладами загального резервування (рис. 10.3 а) є резервні технологічні лінії або агрегати великої одиничної потужності. При роздільному резервуванні (рис. 10.3 б) резервують окремі елементи об'єкта.

Рис. 10.3. Схеми резервування системи, що складається з nосновних елементів: а) загального резервування з постійно увімкненим резервом (число резервних ланцюгів m= 1); б) роздільного (поелементного) дублювання із постійно включеним резервом

Для системи із послідовним з'єднанням nелементів при загальному резервуванні (дублюванні) (рис. 10.3 а) ймовірність безвідмовної роботи дорівнює:

При роздільному резервуванні (дублюванні) (рис. 10.3, б):

Коефіцієнти виграшу надійності системи за ймовірністю безвідмовної роботи для цих двох випадків відповідно дорівнюють:

Звідси випливає, що роздільне резервування ефективніше за загальне: наприклад, для системи з трьох однакових елементів ( n= 3) при р = 0,9 Р = 0,9 3 = 0,729; Р (1) = 0,729(2 – 0,729) = 0,9266, Р(2) = 0,729 (2 - 0,9) = 0,9703. Тоді: G p (1) = 1,27; G p (2) =1,33.

Роздільне резервування за інших рівних умов дає більший виграш у надійності, ніж загальне. Роздільна резервування особливо вигідно при великому числі елементів у системі та при збільшенні кратності резервування.

Імовірність відмови системи, що складається з nелементів (одного основного та ( n– 1) резервного), без урахування надійності перемикачів розраховується за формулою

Система з послідовним з'єднанням nелементів із загальним резервуванням ( mрезервних ланцюгів) буде нормально функціонувати за збереження працездатності хоча б однієї з них.

Для схеми загального резервування з постійно увімкненим резервом ймовірність безвідмовної роботи системи (рис. 10.4), ВБР дорівнює (елементи рівнонадійні, ймовірність безвідмовної роботи кожного елемента дорівнює p(t)):

У свою чергу, безвідмовна робота i-й ланцюга ( i = 1, ..., m) матиме місце при безвідмовній роботі кожного з nелементів. Тоді:

Тут: р ij- ймовірність безвідмовної роботи j-го елемента i-й ланцюга ( j = 1, ..., n); n- Число послідовно з'єднаних елементів ланцюга.

Рис. 10.4. Блок-схема загального резервування з постійно увімкненим резервом системи з послідовним з'єднанням nелементів

Для випадку, коли всі елементи рівнонадійні (з ймовірністю безвідмовної роботи, що дорівнює р), ймовірність безвідмовної роботи основної системи nелементів (відмови випадкові та незалежні) дорівнює: .

Отже, ймовірність відмови всієї системи, що складається з однієї основної та mрезервних систем, дорівнюватиме:

Тоді ймовірність безвідмовної роботи системи із загальним резервуванням дорівнює:

Якщо інтенсивність відмов постійна, тобто. р(t) = exp(–l t), то і, користуючись (10.5), можна знайти виграш надійності W T(3) за середнім часом безвідмовної роботи при роботі системи, що складається з ( m+ 1) паралельно працюючих резервних систем (рис. 10.4) порівняно із середнім часом безвідмовної роботи системи, що не резервується:

Виграш надійності W T(4) за середнім часом безвідмовної роботи при роботі системи, що складається з ( m+ 1) паралельно працюючих резервних систем (рис. 10.4), порівняно із середнім часом безвідмовної роботи одного елемента:

Розглянемо випадок системи з роздільним резервуваннямз постійно увімкненим резервом, припускаючи, що всі елементи рівнонадійні з ймовірностями безвідмовної роботи p(t) (рис. 10.5).

Рис. 10.5. Блок-схема роздільного резервування з постійно увімкненим резервом системи з послідовним з'єднанням nелементів

Для системи з роздільним резервуванням за формулою (10.14) можна визначити ймовірності безвідмовної роботи окремих елементів із резервуванням. Тоді загальна можливість безвідмовної роботи системи з роздільним резервуванням визначається за формулою:

Для випадку, коли всі елементи рівнонадійні, можливість безвідмовної роботи системи з роздільним резервуванням дорівнює:

Виграш надійності за середнім часом безвідмовної роботи при роботі системи, що резервується, порівняно із середнім часом безвідмовної роботи основної системи при експоненційному законі розподілу:

10.2.2 За способом включення резерву.Резервні елементи можна постійно включати на весь час експлуатації - застосовувати постійне резервування (резервування з постійно включеним резервом без перемикань) або тільки при відмові основних - резервування заміщенням.

При постійному резервуванні резервні елементи приєднані до основних протягом усього часу роботи і знаходяться в однаковому з ними робочому режимі. Постійне включення резерву є єдино можливим у системах, де неприпустима навіть короткочасна перерва в роботі (наприклад, у регулюючих системах технологічних процесів). Хоча воно відрізняється простотою (відсутністю перемикачів та короткочасних зупинок у роботі апаратів), основним недоліком постійного резервування є підвищена витрата ресурсу резервних елементів. За цим способом зазвичай резервуються насоси, фільтри тощо.

Якщо не вдається застосувати постійну паралельну роботу апаратів у хімічному машинобудуванні, необхідно використовувати резервування заміщенням («Заміщення з ненавантаженим резервом»). Заміщення здійснюється автоматично або вручну.

При резервуванні заміщенням (або «заміщенням з ненавантаженим резервом») система проектується таким чином, що при появі відмови елемента вона перебудовується та відновлює свою працездатність шляхом заміщення елемента, що відмовив, резервним. При цьому не потрібне регулювання в момент увімкнення резервного елемента; Резервний апарат до включення його в роботу може перебувати в «теплому» або «холодному» стані – це зберігає ресурс надійності кожного з пристроїв та підвищує загальну надійність усієї системи. У разі однотипних елементів кілька резервних (або один) можуть бути використані для заміни основних елементів у разі відмови.

Ковзне резервування - це резервування заміщенням, при якому група основних елементів резервується одним або декількома резервними елементами, кожен з яких може замінити будь-який з елементів цієї групи, що відмовили .

Ковзне резервування використовується для резервування декількох однакових або взаємозамінних елементів системи одним або декількома резервними, причому резервування може бути як навантаженим, так і ненавантаженим. Відмова системи відбудеться, якщо кількість елементів, що відмовили, перевищить кількість резервних. При ковзному (плаваючому) резерві будь-який з резервних елементів може замінювати будь-який основний елемент системи (наприклад, холодильники, насоси). Ковзаючий резерв дає найбільший виграш у підвищенні надійності, але істотний його недолік у тому, що він можливий лише для однотипних елементів (підсистем).

Схема ковзного резервування в блоці очищення моноетаноламіну показано на рис.10.6.

Рис. 10.6. Схема ковзного резервування в блоці очищення моноетаноламіну:

1 – абсорбер; 2, 3 – насоси; 4 – вузол регенерації; 5 – резервний насос

При навантаженому ковзному резервуванні з ідеальними перемикачами розрахунок надійності системи аналогічний до розрахунку системи типу « mз n». Якщо інтенсивності відмов основних та резервних елементів постійні та однакові, то ймовірність безвідмовної роботи системи, що складається з nосновних та mрезервних елементів у режимі навантаженого резерву можна визначати за формулою:

Якщо ймовірність безвідмовної роботи елементів підпорядковується експоненційному закону, то можна розрахувати і середнє напрацювання на відмову системи:

При ненавантаженому ковзному резервуванні у випадку характеристики надійності системи виражаються складними формулами. Однак якщо інтенсивності відмов основних та резервних елементів постійні та однакові, тобто ймовірність безвідмовної роботи елементів підпорядковується експоненційному закону, то ймовірність безвідмовної роботи системи, що складається з nосновних та mрезервних елементів у режимі ненавантаженого резерву можна визначати за формулою Пуассона:

Оскільки при ненавантаженому ковзному резервуванні сумарна інтенсивність відмов дорівнює nта відмова системи відбудеться в момент відмови ( m+ 1)-го елемента, середнє напрацювання на відмову системи:

10.2.3 За режимом роботи резерву.Розрахунок систем з навантаженим резервуванням здійснюється за формулами послідовного та паралельного з'єднання елементів. При цьому вважається, що відмова резервної групи, що складається з основного та резервних елементів, відбудеться тоді, коли відмовить її останній елемент, та резервні елементи працюють у режимі основних як до, так і після їх відмови, тому надійність резервних елементів не залежить від моменту їх переходу із резервного в основний стан.

При резервуванні заміщенням можливі три види умов роботи резервних елементів до моменту їх включення до роботи:

а) навантажений (гарячий) резерв . Зовнішні умови резерву повністю збігаються з умовами, де знаходиться робочий апарат. Резервні елементи працюють у тому режимі, як і основний елемент, їх надійність (імовірність безвідмовної роботи) залежить від цього, який момент вони включилися на місце основного. При цьому ресурс резервних елементів об'єкта починає витрачатися з моменту включення до роботи всієї системи;

б) ненавантажений (холодний) резерв . Резервні елементи вимкнені і за умовою (до моменту їх включення на основне місце) не можуть відмовити. Зовнішні умови, в яких знаходиться резерв, настільки легше робітників, що практично резервні елементи починають витрачати свій ресурс тільки з моменту включення в роботу замість елемента, що відмовив.

в) полегшений (теплий) резерв . Зовнішні умови, що впливають апарат до моменту його включення у роботу, – полегшені. Резервні елементи перебувають у полегшеному режимі досі включення на місце основного. Під час очікування в резерві вони можуть відмовити, але з меншою ймовірністю, ніж ймовірність відмови основного елемента (резерв, що знаходиться в більш легких умовах, ніж основний елемент).

Напрацювання на відмову системи з m-кратним загальним навантаженим резервом може бути знайдена з виразу:

У разі експонентного закону надійності елементів отримаємо:

де L = 1/ T Про- Інтенсивність відмов ланцюга.

Після інтегрування представимо (10.27) як кінцевої різниці: .

Підставляючи в це рівняння послідовно m= 1, 2, 3, ..., отримаємо:

При ненавантаженому резервуванні заміщенням резервні елементи входять у роботу при відмові основного, потім першого резервного тощо. буд., тому надійність елементів кожний час залежить від їх переходу з резервного стану на основне. При цьому вважається, що заміна елемента, що відмовив, резервним відбувається миттєво, відмова системи відбудеться тоді, коли відмовить останній елемент. У неробочому стані елемент не може відмовити та його надійність не змінюється.

Ненавантажене резервування зустрічається часто, тому що воно аналогічне заміні елементів, що відмовили (деталей, вузлів, агрегатів) на запасні.