Резервирование – это использование дополнительных средств и функциональных возможностей, которые обеспечивают в некотором интервале времени работу системы при отказе какого-либо элемента. Виды резервирования: нагрузочное, структурное, временное, функциональное, информационное.

Нагрузочный резерв заключается в выборе облегченных режимах работы элементов по: потреблению электроэнергии, температурным диапазонам, габаритам. При длительной эксплуатации элементов их выбор по допустимой мощности потребления или рассеивания должны так рассматриваться, чтобы режимы работы были облегченными.

Структурный резерв заключается во введении в структуру объекта дополнительных элементов или звеньев, которые обеспечивают работоспособность объекту при отказе основных элементов или звеньев. Структурное резервирование может быть введено на трех уровнях организации системы: на уровне элементов, на уровне функциональных блоков, на уровне всей системы.

Временной резерв заключается в выделении из общего фонда рабочего времени небольшого интервала, который можно использовать для восстановления работоспособности.

Функциональный резерв: использование вместо отказавшего звена другого функционального звена, которое имеет более широкие функциональные возможности.

Информационный резерв: используется в системах хранения, обработки, передачи информации. Информационный резерв предусматривает 2 основных вида защиты информации от потерь:

1) многократное повторение операций с информацией (одной и той же);

2) введение некоторой информационной избыточности в блок данных, который позволяет обнаружить искажение данных и в некоторых случаях устроить это искажение.

 

Общий нагруженный резерв, оценка его эффективности, применимость в нормальных условиях эксплуатации. Пример.

В случае нагруженного резерва основное соединение элементов и резервные функционируют одновременно и в одинаковых режимах. Достоинства нагруженного резерва - простата его реализации, а недостаток - перераспределение нагрузки между соединениями при отказах соединений, в силу чего надежность оставшихся работающих соединений может снизиться.

 

Предположим, что элементы основного и резервных соединений равнонадежны. Вероятность безотказной работы одного соединения из N элементов:

где Р_i(t) - вероятность безотказной работы i-го элемента. Вероятность отказа одного соединения Q_o(t) = 1-P_o(t).

Отказ в резервированной системе будет иметь место, если откажут все  m+1  соединения, и восстановление или замена отказавших элементов невозможны. В этом случае для вероятности отказов резервированной системы можно записать Q_p(t) = Q_o(t) Q₁ ... Q_m(t).

В случае равной надежности основного и резервных соединений

Q_p(t) = Q_o ^m+1 (t) = [1-P_o(t)] ^m+1.

Отсюда вероятность безотказной работы резервированной системы определяется выражением 

P_p(t) =1- Q_p(t) = 1-[1-P_o(t)] ^m+1.

Если допустить, что интенсивности отказов элементов постоянные (l_i = const), то вероятность безотказной работы резервированной системы будет P_p(t) = 1-(1-Е^-lоt) ^m+1

Зависимости Р_р(l_оt) для разных значений кратности  резервирования m, где l_оt - безразмерное время:

При увеличении m (числа резервных соединений) вероятность безотказной работы резервируемой системы для одинаковых l_оt возрастает.

Средняя наработка до отказа резервируемой системы:

Вывод о применимости общего нагруженного резервирования: 1) недопустимы перерывы в работе системы на переключение на резервное соединение. 2) когда время работы резервной системы не превышает величину l_оt<1.

 

Общий ненагруженный резерв, оценка его эффективности, применимость в нормальных условиях эксплуатации.

При общем ненагруженном резерве резервные соединения начинают работать после отказа основного соединения. До этого момента времени резервное соединение может быть отключено или находиться лишь под напряжением питания. При наступлении отказа основного соединения последнее отключается, и на его место включается одно из резервных соединений.

 

Особенности такого резерва следующие:

1) Надежность резервных соединений практически сохраняется до их включения в работу, так как до включения имело место лишь их старение.

2) Режим работы основного и резервных соединений в рабочем  состоянии одинаковый и не изменяется при переключениях резервных соединений в работу.

3) Имеется возможность организовать скользящий резерв, используя одно резервное соединение для замещения одного из основных по мере возникновения в них отказов.

Однако для реализации ненагруженного резерва необходимы высоконадежные переключающие устройства, число которых при раздельном резервировании может быть очень большим. Потому ненагруженный резерв применяется в основном для замещения или всего объекта, или отдельных наиболее ответственных его элементов.

Определим выражение для вероятности безотказной работы системы с ненагруженным резервом при следующих допущениях:

- переключатели идеальны по надежности,

- все резервные соединения до момента их замещения равно надежны,

- процесс восстановления отказавших соединений

отсутствует.

Рассмотрим сначала случай, когда резервированная система

состоит из основной и одной резервной системы и функционирует в интервале времени [0,t]. При этих допущениях резервированная система остается работоспособной при условиях:

1)Основная система не отказала в течение времени [0,t],

2)Основная система отказала в момент t < t, а резервная после включения безотказно работала в интервале [t,t].

В инженерной практике при условии нормальной эксплуатации, когда имеет место простейший поток отказов, вероятность основного соединения Po(t)=exp(-lot),                a(t)= lo exp(-lot). Выражение для вероятности безотказной работы резервированной системы:

Общий ненагруженный резерв целесообразно при длительной эксплуатации системы при условии, что переключение на резервное соединение допустимо.

 

 

Раздельный нагруженный резерв, оценка его эффективности в нормальных условиях эксплуатации, применимость в АС.

Достоинства: простота реализации. Недостатки: увеличение габаритов, веса, стоимости, а также количество паяных соединений.

Поэтому раздельный нагруженный резерв целесообразно применять для повышения надежности отдельных малонадёжных элементов, когда недопустима остановка для переключения на резерв.

Согласно общей схеме резервирования отказ в ней будет иметь место, если откажут все m+1 элементы одного типа.

P_n(t)=1-[1-p_ni(t)] ^m+1.

P_c(t)=Õ P_n(t)= Õ [1-(1-p_n(t)]^m+1.

Практически раздельный нагруженный резерв используется для резервирования малонадежных элементов или звеньев, когда переключение на резервное соединение недопустимо.

 

Раздельный ненагруженный резерв, оценка его эффективности, применимость в АС.

В общем виде раздельный резерв предусматривает замену каждого отказавшего элемента основного соединения дополни-тельными элементами, способными выполнять функции отка-завших элементов основного соединения.

Каждый из N элементов основного соединения в случае отказа переключается на один из m  резервных.

В общем случае требуется (m+1)N переключателей. Резервированная система будет безотказно работать, если бу-дут безотказны все N резервированных соединений. Следова-тельно, вероятность безотказной работы системы определится произведением вероятностей безотказной работы N резервиро-ванных соединений:

             

    - интенсивность отказов основного соединения.

Наработка на отказ n-го резервированного соединения (n=1,…,N):

Наработка на отказ резервированной системы:

Т_с= t/(t).

Применимость в АС:

Раздельный ненагруженный резерв применяют для наиболее ответственных звеньев с автоматическим переключением на резерв, если допустима остановка работы соединения на время переключения.

Оценка эффективности:

В случае раздельного резерва отказ резервированной системы наступит отказе (m +1) элементов, но одинаковых: основного и всех  m  его резервирующих. Вероятность возникновения (m+1) одинаковых отказов меньше вероятности возникновения (m+1) любых отказов. Поэтому раздельный резерв принципиально лучше общего.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виды структурного резервирования, их применимость.

Введение в структуру дополнительных элементов или средств может быть выполнено различными способами. Простейшим способом структурного резервирования является дублирование, когда параллельно основному включается резервный объект.

Дублирование: оно находит применение и в технических, и в человеко-машинных системах. Например, два оператора одновременно и независимо друг от друга преобразовывают поступающую к ним одинаковую информацию I_вх. В такую систему включаются средства, выполняющие функции сравнения реакций операторов. В случае несовпадения реакций операторов орган сравнения сигнализирует об этом, и реакция операторов блокируется. Дублирование операторов обеспечивает резкое снижение ошибочных действий. Если обозначить через Q_i вероятность ошибки i-го вида в действии оператора, то вероятность единственной ошибки, допускаемой двумя операторами одновременно, определится вероятностью совмещения событий, то есть Q_oi = Q²_i. Если операторы могут допускать I видов ошибок, то вероятность их совместного ошибочного действия будет

Основным параметром резервирования является его кратность: отношение числа резервных соединений m  к числу основных k

h = m / k.

По способу введения резервных соединений резервирование делится на общее и раздельное (поэлементное). Общий резерв характеризуется тем, что резервируется весь объект в целом, а раздельный – резервирование отдельных звеньев или элементов.

Резервное соединение может работать одновременно с основным или включаться в работу после отказа основного. Поэтому по способу включения резервных соединений в работу резервирование делится на нагруженное, облегченное и ненагруженное.

Нагруженный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, которые работают в режиме основного соединения.

Облегченный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, но менее нагруженных, чем основное.

Ненагруженный резерв содержит одно или несколько ре­зервных соединений, которые не выполняют свои функции до момента их переключения в работу в качестве основного

соединения.

В зависимости от способа введения резервных соединений и их включения в работу, резервные соединения могут образовывать комбинации перечисленных способов.