Структурные методы обеспечения надежности

Основу структурных методов повышения надежности систем управления составляет резервирование, т. е. повышение надежности путем рационального введения дополнительных (избыточных) элементов. Следовательно, резервирование основано на принципе избыточности. Одна из возможных классификаций методов резервирования приведена на рис. 5. 2. 1.

Рис. 5. 2. 1. Классификация методов резервирования

Рис. 5. 2. 2. Общее и раздельное резервирование

Общим для всех методов резервирования является то, что основная функционально необходимая структурная цепь системы (обозначена индексом 0) дополняется тем или иным способом избыточными цепями или отдельными составляющими системы.

Общее резервирование характерно тем, что функционально необходимая цепь резервируется точно такими же избыточными цепями (рис. 5. 2. 2, а и б). В том случае, когда избыточные структурные цепи подключаются постоянно, структура резервированной таким образом системы остается неизменной. Такое резервирование называют пассивным или постоянным (рис. 5. 2. 2, а). При пассивном резервировании необходимо обеспечивать условия, при которых отказ части системы не нарушает работающих частей (например, не приводит к коротким замыканиям).

При активном резервировании появление отказа приводит к перестроению системы, она восстанавливает свою работоспособность путем замещения отказавшей части системы исправной резервной частью, происходит саморемонт системы. Активное резервирование предполагает использование в структуре системы устройства анализа состояния АС, которое отключает поврежденный участок и с помощью переключающего устройства ПУ подклю­чает резервный (рис. 5. 2. 2, 6). Обычно серьезным затруднением при этом является необходимость обеспечения высокой надежности как АС, так и ПУ, поскольку отказ любого из этих устройств нарушит систему резервирования.

При раздельном, или поэлементном, резервировании осуществляется резервирование не всей системы, а отдельных ее частей, приборов, блоков, вплоть до элементов (рис. 5. 2. 2, в и г). Основным параметром резервирования является его кратность, т. е. отношение числа резервных систем или элементов к числу резервируемых, т. е. функционально необходимых. Таким образом, кратность резервирования является количественной оценкой избыточности:

,

где — общее количество систем (блоков, приборов, элементов) послевведения избыточности; — количествосистем (блоков, приборов, элементов), необходимых для нормального функционирования, т. е. функционально необходимых.

Можно показать, что при прочих равных условиях раздельное резервирование обеспечивает более высокую надежность, чем общее. Действительно, при условии, что вероятность безотказной работы основных и резервных цепей одинакова, найдем для общего резервирования

, (5. 2. 1)

для раздельного резервирования

(5. 2. 2)

где т — число резервных цепей (элементов); п — число основных элементов системы.

Из (5. 2. 1) и (5. 2. 2) очевидно, что при равных пит

Особенно целесообразно раздельное резервирование при большом числе элементов, а также при увеличении кратности резервирования.