Методика построения резервированных систем

 

Резервирование – метод повышения надежности объекта введением дополнительных элементов и функциональных возможностей сверх минимально необходимых для нормального выполнения объектом заданных функций. В этом случае отказ наступает только после отказа основного элемента и всех резервных элементов.

Систему можно представить как ряд ступеней, выполняющих отдельные функции. Задача резервирования состоит в нахождении такого числа резервных элементов на каждой ступени, которое будет обеспечивать заданный уровень надежности системы при наименьшей стоимости. Выбор наилучшего варианта зависит главным образом от того насколько достигается требуемое значение показателя «эффективность-стоимость».

Основной элемент – элемент физической структуры объекта, минимально необходимой для нормального выполнения объектом его задач.

Резервный элемент – элемент, предназначенный для обеспечения работоспособности объекта в случае отказа основного элемента.

Структурное (элементное) резервирование – метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточных элементов, входящих в физическую структуру объекта. Обеспечивается подключением к основной аппаратуре резервной таким образом, чтобы при отказе основной аппаратуры резервная продолжала выполнять её функции.

Резервирование функциональное – метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование способности элементов (систем) выполнять дополнительные функции вместо основных и наряду с ними.

Временное резервирование – метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточного времени, выделенного для выполнения задач. Другими словами, временное - такое планирование работы системы, при котором создается резерв рабочего времени для выполнения заданных функций. Резервное время может быть использовано для повторения операции, либо устранения неисправности объекта.

Информационное резервирование – метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточной информации сверх минимально необходимой для выполнения задач.

Нагрузочное резервирование – метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование способности его элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх номинальных.

 

 

Рис.1 Способы структурного резервирования

Резервирование общее (с постоянным подключением, либо с замещением) - объект резервируется в целом аналогичным устройством. «+» - заменяется сразу весь объект (вторичные отказы); «-» - способ менее экономичен (Рис.2).

Рис. 2 Резервирование «общее»

Резервирование раздельное с_замещением отказавшего элемента одним резервным элементом- резервный элемент находится в разной степени готовности к замене основного элемента.

«+» - резервный элемент сохраняет свой рабочий ресурс, рабочий режим основного устройства не искажается;

«-» - затрачивается время на подключение резервного элемента;

 

 

Рис. 3 Резервирование «раздельное» с замещением

Резервирование раздельное (поэлементное) с постоянным включением резервных элементов - подключение резервного элемента несущественно изменяет рабочий режим объекта.

«+» - постоянная готовность резерва;

«-» - резервный элемент расходует свой ресурс так же, как основной элемент (Рис. 4).

Рис. 4 Резервирование «раздельное» с постоянным подключением

 

Отношение числа резервных элементов к числу резервируемых называется кратностью резервирования (m).

Резервирование с целой кратностью — на каждый основной элемент несколько резервных (m — целое число)

Резервирование с дробной кратностью - на несколько основных элементов несколько резервных (т - дробное число).

Например: т=4/2 означает, что на 2 основных элемента имеется 4 резервных (не сокращается).

Различают следующие разновидности резервирования с замещением:

- нагруженный резерв - резервный элемент находится в том же режиме, что и основной;

- ненагруженный резерв - резервный элемент не несущий

нагрузок.

- облегченный резерв - резервный элемент частично нагружен и готов к работе.

Разновидностью раздельного резервирования с дробной кратностью
(постоянное включение) является мажоритарное резервирование
(голосование n из m элементов) - сравнение параметров нескольких элементов и при совпадении значения параметров на нескольких элементах считается, что они работают правильно и именно они будут работать в объекте. Эти элементы называются мажоритарными (кворум - элементами).

 

«ИЛИ»

«И»

1 и 2

 

 

«И»

Э2

1 и 2

2 и 3 или

2 и 3

или

 

«И»

Э3

1 и 3 1 и 3

 

 

Рис. 5 Резервирование мажоритарное

 

Занятие 11 Расчет надежности технических систем

Прогнозирование (расчет) надежности необходимо для обеспечения решения следующих организационно-технических вопросов:,

- выбора оптимального варианта структуры системы;

- выбора способа резервирования;

- определение глубины и методов контроля (диагностики);

- оценки количества запасных элементов;

- определение периодичности технического обслуживания.

Многочисленные цели расчетов привели к их большому разнообразию. На рис.6 изображены основные виды расчетов.

 

Рис. 6 Виды расчетов надежности

Элементный расчет - определение показателей надежности объекта, обусловленных надежностью ее комплектующих частей (элементов). В результате такого расчета оценивается техническое состояние системы(вероятность того, что объект будет находиться в работоспособном состоянии, средняя наработка на отказ и т.п.).

Расчет функциональной надежности - определение показателей надежности выполнения заданных функций (вероятность того, что система будет работать заданное время, в заданных режимах, с сохранением всех необходимых параметров). Поскольку такие показатели зависят от ряда действующих факторов, то, как правило, расчет функциональной надежности более сложен, чем элементный расчет.

 

 

 

Рис. 7 Последовательность расчета надежности систем

Словесное описание условий (1) включает следующее:

- назначение, состав и основные сведения о функционировании системы;

- целевое назначение расчетов;

- показатели надежности и признаки отказов;

- условия, в которых работает система;

- требования к точности и достоверности расчетов;

- требования к полноте учета действующих факторов.

Далее последовательность идет либо по этапам 4-5-7 – расчет функциональной надежности, либо по этапам 3-6-7 - элементный расчет.

 

Под структурной схемой надежности (7) понимается наглядное представление условий, при которых работает исследуемая система:

- параллельно-последовательная структура;

- ветвящаяся структура;

- структура логических функций;

- графологическая структура.

 

Рассматриваем простую последовательно-параллельную структуру, представленную на рис. 6.

Рис. 8 Простая последовательно-параллельная структура

 

Отказ объекта наступает тогда, когда откажет или эл.5 или узел, состоящий из эл.1-4. Узел может отказать тогда, когда одновременно откажет цепочка из эл.3-4 и узел из эл.1-2. Цепь 3-4 отказывает, если откажет хотя бы один из элементов, а узел 1-2 - если откажут оба элемента.

Далее, на основе данной структурной схемы, составляется набор расчетных формул.

Система с последовательным соединением элементов

Вероятность безотказной работы

Р_с=Р,*Р₂*Рз*...*Р_n; Р_с = П Р_i

Интенсивность отказов может быть определена

λ_с = λ₁ + λ₂+ λ₃ + … + λ_n

Р_с=ехр { - (λ_с = λ₁ + λ₂+ λ₃ + … + λ_n) t }

Система с параллельным соединением элементов

Вероятность безотказной работы - теорема сложения вероятностей совместных событий

Р_с = (Р₁+ Р₂+…+ Р_n) – (Р₁Р₂+Р₁Р₃+…) – (Р₁Р₂Р₃+Р₁Р₂Р_n+ …) -- (Р₁Р₂Р₃…Р_n)

 

Р_с=1-П(1-Р_i),

где: 1-P_i - ненадежность элементов

Способы преобразования сложных структур:

а) преобразование с эквивалентной заменой треугольника на звезду и обратно;

б) разложение сложной структуры по базовому элементу:

- базовый элемент находится в работоспособном состоянии;

- базовый элемент находится в отказавшем состоянии.

 

3. Контрольные вопросы для самопроверки

1. Виды отказов

2. Разновидности отказов по причинам возникновения

3. Разновидности отказов по причинным схемам возникновения

4. Разновидности отказов по причинным связям.

5. Методы прогнозирования отказов

6. Статистический метод

7. Параметрический метод

8. Метод граничных испытаний

9. Эмпирический метод выявления и устранения предотказных состояний

10. Нагрузочный коэффициент

11. Временной коэффициент

12. Коэффициент подобия

13. Виды резервирования

14. Подходы к расчету надежности технических систем

15. Разновидности построения структурных схем при расчете надежности технических систем

 

Завершается изучение темы семинарским занятием, на котором в письменном виде проводится контроль усвоения материала. Каждый студент получает задание, в котором имеется четыре вопроса. Суть задания сводится к изложению теоретических положений теории надежности, рассмотренные в рамках темы и решению задачи. Ниже приведен один из вариантов задания, решение которого рассчитано на два часа.

 

Вариант № ____

1. Причины возникновения отказов. Объяснить суть каждой причины.

2. Перечислить методы прогнозирования отказов. Раскрыть суть метода граничных испытаний.

3. Перечислить виды резервирования. Раскрыть суть временного резервирования.

4. Простая система состоит из 982 одинаково надежных, последовательно соединенных элементов. Определить надежность элемента, чтобы надежность системы составила не менее 0,91.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: