Резервирование систем

Резервирование - метод повышения надёжности изделия 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. В соответствии с ГОСТ Р 53480-2009 резервирование – это наличие в изделии больше одного средства, необходимого для выполнения требуемой функции.

Систему можно представить из ряда ступеней, выполняющих отдельные функции. Задача резервирования состоит в нахождении такого числа резервных образцов изделий на каждой ступени, которое будет обеспечивать заданный уровень надёжности системы при наименьшей стоимости.

Выбор наилучшего варианта зависит главным образом от того увеличения надёжности, которое можно достичь при заданных расходах

Основной элемент - элемент основной физической структуры изделия, минимально необходимой для нормального выполнения объектом его задач.

Резервный элемент - элемент, предназначенный для обеспечения работоспособности изделия в случае отказа основного элемента.

Отношение числа резервных элементов к числу резервируемых называется кратностью резервирования - m. При резервировании с целой кратностью величина m есть целое число, при резервировании с дробной кратностью величина m есть дробное несокращаемое число. Например, m =4/2 означает наличие резервирования с дробной кратностью, при котором число резервных элементов равно четырем, число основных - двум, а общее число элементов равно шести. Сокращать дробь нельзя, так как если m =4/2=2/1, то это означает, что имеет место резервирование с целой кратностью, при котором число резервных элементов равно двум, а общее число элементов равно трём.

ГОСТ Р 53480-2009 дает определения видов резервирования.

Нагруженное резервирование - резервирование, при котором все средства, способные выполнять требуемую функцию, работают одновременно.

Резервирование замещением - резервирование, при котором часть средств, способных выполнять требуемую функцию, предназначена для работы, а остальная часть средств не работает до момента появления необходимости в ней.

Резервирование m из n - резервирование, при котором т изделий из общего их количества n должны функционировать для выполнения требуемой функции.

Смешанное резервирование - резервирование, обеспечивающее выполнение требуемой функции несколькими различными средствами и (или) способами.

Кроме этих определений на практике достаточно широко применимы следующие виды резервирования.

Структурное (элементное) резервирование - метод повышения надёжности изделия, предусматривающий использование избыточных элементов, входящих в физическую структуру изделия. Обеспечивается подключением к основному изделию резервного таким образом, чтобы при отказе основного изделия резервное продолжала выполнять ее функции.

Резервирование функциональное - метод повышения надёжности изделия, предусматривающий использование способности элементов выполнять дополнительные функции вместо основных, и наряду с ними.

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

Информационное резервирование - метод повышения надёжности изделия, предусматривающий использование избыточной информации сверх минимально необходимой для выполнения задач.

Нагрузочное резервирование - метод повышения надёжности изделия, предусматривающий использование способности его элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх номинальных.

Резервирование раздельное (поэлементное) с постоянным включением резервных элементов (рис.2.11).

Рис. 2.11 Резервирование раздельное с постоянным

включением резервных элементов

Такое резервирование возможно тогда, когда подключение резервного элемента не существенно изменяет рабочий режим устройства. Достоинство его - постоянная готовность резервного элемента, отсутствие затраты времени на переключение. Недостаток - резервный элемент расходует свой ресурс так же, как основной элемент.

Резервирование раздельное с замещением отказавшего элемента одним резервным элементом (рис. 2.12). Это такой способ резервирования, при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы.

Рис. 2.12 Резервирование раздельное с замещением

отказавшего элемента

В этом случае резервный элемент находится в разной степени готовности к замене основного элемента. Достоинство этого способа - резервный элемент сохраняет свой рабочий ресурс, либо может быть использован для выполнения самостоятельной задачи. Рабочий режим основного устройства не искажается. Недостаток - необходимость затрачивать время на подключение резервного элемента. Резервных элементов может быть меньше, чем основных.

При включении резерва по способу замещениярезервные элементы до момента включения в работу могут находиться в трёх состояниях:

- нагруженном («горячем») резерве;

- облегченном («тёплом») резерве;

- ненагруженном («холодном») резерве.

Резервирование общее с постоянным подключением, либо с замещением (рис.2.13). В этом случае резервируется изделие в целом, а в качестве резервного - используется аналогичное сложное изделие. Этот способ менее экономен, чем раздельное резервирование. При отказе, например, первого основного элемента возникает необходимость подключать всю технологическую резервную цепочку.

Рис.2.13. Резервирование общее

Резервирование мажоритарное («голосование» n из m элементов) (рис.2.14). Этот способ основан на применении дополнительного элемента — его называют мажоритарный, или логический, или кворум-элемент. Он позволяет вести сравнение сигналов, поступающих от элементов, вы­полняющих одну и ту же функцию. Если результаты совпадают, тогда они передаются на выход устройства. На рис.2.14 изображено резервирование по принципу голосования «два из трех», т. е. любые два совпадающих резу­льтата из трех считаются истинными и проходят на выход устройства. Мож­но применять соотношения три из пяти и др. Главное достоинство этого способа — обеспечение повышения надежности при любых видах отказов работающих элементов. Любой вид одиночного отказа элемента не окажет влияния на выходной результат.

Рис.2.14. Резервирование мажоритарное

Дата добавления: 2014-01-04