Понятия, связанные с резервированием

Для обеспечения заданной надежности часто применяют метод резервирования - повышение надежности объекта введением избыточности.

Структурное резервирование предусматривает использование избыточных элементов структуры объекта. Так, параллельное соединение элементов в систему (например, стрингеров в фюзеляже) представляет собой структурное резервирование. Свойства систем из параллельно соединенных элементов обычно выражают инженерным термином резервирование (избыточность), поскольку в системе имеются резервные элементы, обеспечивающие ее исправную работу в условиях, когда отказывает один или несколько элементов.

Временное резервирование - это резервирование, предусматривающее использование избыточного времени. Это название метода обеспечения нормального функционирования объектов, выполняющих определенные задачи в условиях воздействия внешних возмущений путем назначения и использования резервного (избыточного) времени. Этот резерв вносится не в объект (как при структурном резервировании), а в порядок (алгоритм) использования (применения) объекта. Для расчета создается система из фиктивных элементов объект-время, соединенных параллельно, где учитывается надежность объекта и время, способствующее увеличению безотказности объекта.

Информационное резервирование предусматривает использование избыточной информации.

Функциональное резервирование использует способности элемента выполнять дополнительные функции.

Нагрузочное резервирование предусматривает использование способности объекта воспринимать дополнительные нагрузки.

Нагруженный резерв - это резервный элемент, находящийся в том же режиме, что и основной элемент.

Облегченный резерв — элемент, находящийся в менее нагруженном режиме, чем основной.

Ненагруженный резерв- резервный элемент, практически не несущий нагрузок.

Общее резервирование - это резервирование, при котором резервируется объект в целом.

Раздельное резервирование - это резервирование, при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы.

Смешанное резервирование - это такое резервирование, при котором сочетаются различные виды резервирования.

При постоянном резервировании резервные элементы участвуют в функционировании объекта наравне с остальными; при замещении функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента.

При скользящем резервировании группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе.

45. Частично параллельной системой называется такая система из параллельно соединенных элементов, в которой обеспечивается нормальное функционирование при безотказной работе больше чем одного.

системы с частично параллельным резервированием, т. е. системы, которые оказываются работоспособными даже в случае отказа нескольких элементов.

46. Последовательно-параллельное резервирование часто реализуется в радиоэлектронных схемах, когда система предохраняется от двух видов отказов: замыкания и обрыва цепи.

Если в последовательной цепи произошло замыкание, то данный элемент не работает, но ток через него идет и поэтому работа отдельных элементов не нарушается. Если произойдет обрыв, вся цепь перестает работать.

В случае параллельного соединения элементов замыкание приводит к отказу всех элементов, так как сопротивление элемента, в котором произошло замыкание, становится практически равным нулю и через остальные элементы ток не идет. В то же время обрыв одного элемента не приводит к отказу других. Таким образом, замыкание резервируется последовательным соединением, а обрыв - параллельным

47. Мажоритарное резервирование -метод повышения надежности с применением принципа «голосования». Для этого используют три-пять устройств, одновременно выполняющих одни и те же действия. Это позволяет при выходе из строя одного из устройств решать сразу две задачи с малыми затратами времени:

1. Выработать правильный выходной сигнал.

2. Определить место возникновения отказа.

Решение о том, какой сигнал должен быть на выходе, принимается методом «голосования», т. е. по большинству выходных сигналов отдельных устройств. Выработка общего выходного сигнала осуществляется мажоритарным элементом. Для определения места отказа имеется элемент анализа, который работает параллельно с мажоритарным элементом и указывает вышедшее из строя устройство.

Толерантное резервирование. Система называется толерантной, если для обнаружения, локализации и устранения собственных неисправностей она не требует вмешательства человека. Толерантность бортовых вычислительных систем достигается при использовании одновременно трех форм избыточности: аппаратной, программной и временной.

Программная избыточность реализуется:

1. Дублированием в памяти особо важных программ и данных.

2. Тестовыми и диагностическими программами на различном программном и микропрограммном уровне.

3. Избыточностью, вводимой за программы, которая, наряду с другими функциями, должна осуществлять повторный запуск рабочих программ при использовании динамической избыточности и осуществлять взаимодействие динамически избыточной структуры с операционной системой.

48. При проектировании ЛА его надежность НЛА удобно рассчитывать как некоторую функцию надежности элементов:

НЛА=φ(НПГ, НАСУ, НПЛ, Нд), где φ - неслучайная функция; НПГ, НАСУ, НПЛ, Нд - надежность соответственно полезного грузовозобновляемых компонентов, аппаратуры системы управления, конструкции, двигательной установки. При проектировании ЛА эти части можно считать независимыми по надежности, и тогда надежность ЛА рассчитывается по формуле:

НЛА=НПГ, НАСУ, НПЛ, Нд Надежность элемента ЛА рассчитывается своими методами.

Надежность возобновляемых компонентов проектантом ЛА не рассчитывается и даже не задается, а принимается такой, какой она достигнута изготовителем. Надежность срабатывания полезного груза в основном определяется надежностью срабатывания аппаратуры системы управления полезным грузом.

На каждом этапе жизненного цикла ЛА надежность зависит от ряда факторов и обеспечивается их соответствующим изменением.

Согласно статистическим данным отказы на жизненном цикле ЛА распределяются следующим образом: ошибки проектирования и конструирования - 30 %; ошибки производства - 30 %; нарушения правил эксплуатации - 40 %.

Надежность не является таким свойством, которое можно придать готовому изделию. Надежность обеспечивается рядом мер, принимаемых на всех этапах, начиная от создания изделия и заканчивая его эксплуатацией. Наиболее сильное влияние на надежность на этапе проектирования оказывает величина коэффициента безопасности, применяемая при расчете конструкции на прочность. Коэффициент безопасности при детерминированных расчетах на прочность по существу определяет массу металла, воспринимающего действующие нагрузки. И от того, сколько будет металла, такой будет и надежность конструкции при прочих равных условиях параметры сортамента при соблюдении соотношения. Вопрос надежности конструкции становится актуальным лишь при коэффициентах безопасности, близких к 1,2. При больших же значениях коэффициента безопасности (f> 1,5) надежность конструкции для ЛА может быть принята равной 1. Прогнозируемое значение надежности конструкции зависит не только от коэффициента безопасности. Надежность зависит от истинных величин прочности материала, геометрических параметров сортамента и внешних нагрузок, действующих на конструкцию.

49. Обеспечение надежности на этапе изготовления достигается системой мероприятий, способствующих получению заданной надежности ЛА при его изготовлении. Эти мероприятия касаются оборудования, технологического процесса, технического персонала и обобщаются понятием технологическая надежность.

С этим термином связывают в зависимости от рассматриваемой проблемы такие понятия, как надежность оборудования, надежность технологического процесса, надежность изготовления изделий.

Надежность оборудования включает в себя понятие надежности технологического оборудования как надежности специальных объектов, когда рассматриваются все виды отказов, и технологическую надежность оборудования как надежность технологической системы, когда принимаются во внимание лишь отказы, связанные с выпуском некачественной продукции (брак).

Технологическая надежность оборудования -это его свойство сохранять в заданных пределах и во времени значения показателей (параметры продукции не должны выходить за пределы допустимых), определяющих качество осуществления технологического процесса.

Надежность технологического процесса -это его свойство обеспечивать изготовление продукции в заданном объеме, сохраняя во времени установленные требования к ее качеству.

Основной задачей исследования надежности технологических процессов является не анализ интенсивности отказов (как при анализе надежности технических систем), а оценка вклада отдельных элементов технологических процессов в надежность и стабильность всего процесса производства и конечного продукта этого производства в производительность труда и в качество изготовляемых изделий.

Понятие надежность технологического процесса отличается от понятий точности и стабильности (ГОСТ 16949-71).

Точность характеризует технологический процесс в некоторый фиксированный момент времени, в статике. Понятие надежность - динамическое. Точность следует рассматривать как составную часть свойства надежности системы. Технологический процесс может быть стабильным, но иметь низкую надежность.

50. Экспериментальная отработка. Достижение заданной надежности ЛА на этапе экспериментальной отработки обеспечивается прежде всего:

выявлением дефектов, имеющихся в ЛА после проектирования, конструирования и изготовления;

реализацией мер по устранению выявляемых дефектов во всех изготовленных ЛА;

внесением изменений в рабочие чертежи для серийного изготовления изделий;

качеством и количеством экспериментальных данных.

Для всего этого необходимо создать и отработать методику проведения испытаний на жизнеспособность и надежность конструкции, систем управления всего ЛА. Для определения жизнеспособности конструкции ее испытывают, нагружая статическими нагрузками и доводя до разрушения или доводя нагрузки до какого-то процента от разрушающих. Второй экземпляр конструкции подвергается динамическим и вибрационным нагрузкам. Эти испытания нельзя назвать испытаниями надежности, хотя некоторую информацию о надежности конструкции они дают. Дальнейшая отработка конструкции выполняется при летных испытаниях всего ЛА. И хотя летных испытаний рассматриваемых ЛА проводится немного, но информация о надежности значительно увеличивается. Однако на этом этапе «жизни» ЛА оценить количественно надежность конструкции можно лишь очень грубо, так как число статистических данных мало. Без прогнозирующих расчетов надежности, выполненных на этапе проектирования и конструирования, и уточненных после изготовления, сказать о надежности конструкции по данным летных испытаний можно лишь очень приблизительно. Основной статистический материал по надежности конструкции накапливается в результате эксплуатации ЛА, но тогда эти данные представляют наибольший интерес лишь для будущих проработок и в меньшей степени - для эксплуатируемого ЛА, поскольку он эксплуатируется и при неточном знании надежности. И в этом случае уточняющим фактором является рассчитанная величина надежности на этапе проектирования и конструирования ЛА. Другие элементы ЛА (система управления, двигательная установка и т. д.) испытываются на надежность отдельно на тех предприятиях, где они проектируются и изготовляются. На ЛА они поступают как готовые изделия. С позиций экспериментальной отработки надежности все ЛА можно разделить на группы.

ЛА (самолеты, вертолеты) отрабатываются на надежность на одном-двух аппаратах-лидерах* с экипажем, но без пассажиров. На аппаратах-лидерах налетывается определенное число часов и выполняется заданное число посадок с почтовым или каким-либо другим грузом или с экспериментальным оборудованием, фиксирующим параметры полета и поведение частей ЛА.

51. Для лучшего запоминания различных классов параметров их можно представить как элементы множества на диаграмме Венна Множество элементов, определяющих реальное изделие на диаграмме Венна, представляет собой универсальное множество V.

Подмножество этого множества есть множество В - множество элементов, составляющих чертежи изделия и ТУ (размеры, допуски, взаимосвязь линий и поверхностей, материал, термообработка).

Множество В делится на два подмножества С и D. Множество С состоит из параметров, выполненных в точном соответствии с чертежами и ТУ. Множество D - это множество параметров, которые в процессе изготовления были выполнены не в соответствии с требованиями чертежа (брак при производстве). Множество

Е = V/В-В представляет собой совокупность тех параметров, числовые значения и качественные показатели которых чертежом или ТУ не оговариваются (значение этих параметров в определенной мере произвольно).

52. Испытания на надежность могут быть следующими: исследовательскими, проводимыми для изучения факторов, влияющих на надежность, и контрольными, оценивающими уровень надежности изделия.

По месту проведения испытания бывают стендовые, полигонные, эксплуатационные.

По продолжительности проведения - ускоренные и нормальные испытания.

По степени интенсификации процессов - форсированные и сокращенные испытания.

По влиянию на возможность последующего использования объектов - разрушающие и неразрушающие.

Объектом испытаний могут быть образцы, детали, узлы, объекты, комплексы ЛА.

В процессе конструктивной доводки сложных объектов сначала проводятся лабораторные испытания на надежность (ресурсные испытания) элементов конструкции и отдельных систем.

В лаборатории прочности и надежности проводятся статические и динамические испытания узлов, деталей, систем, агрегатов и изделий с целью определения общих запасов прочности силовых элементов; вибрационные и усталостные испытания деталей, узлов, систем, агрегатов - с целью определения ресурса; испытания на параметрическую надежность, при которой оценивается точность функционирования, динамические параметры и другие характеристики работоспособности узлов изделия и их изменение во времени.

Ускоренные испытания на надежность. Сокращение времени на проведение испытаний на надежность является проблемой, имеющей первостепенное значение с точки зрения экономии средств.» идущих на испытания, и для сокращения сроков освоения новых изделий.

При ускоренных испытаниях изделий применяются такие методы и условия их проведения, которые обеспечивают получение не обходимого объема информации в более короткий срок, чем в расчётных условиях и режимах эксплуатации.

Различают форсированные испытания, основанные на интенсификации процессов, вызывающих отказы или повреждения, и сокращенные испытания (без интенсификации этих процессов).

Дата добавления: 2015-04-30