Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?
На стадии проектирования СЭС для обеспечения требуемой надежности приходится во многих случаях как минимум дублировать отдельные элементы и даже отдельные системы, т.е. использовать резервирование.
Резервирование характерно тем, что оно позволяет повысить надежность системы по сравнению с надежностью составляющих ее элементов. Повышение надежности отдельно взятых элементов требует больших материальных затрат. В этих условиях резервирование, например, за счет введения дополнительных элементов является эффективным средством обеспечения требуемой надежности систем.
Если при последовательном соединении элементов общая надежность системы (т.е. вероятность безотказной работы) ниже надежности самого ненадежного элемента, то при резервировании общая надежность системы может быть выше надежности самого надежного элемента.
Резервирование осуществляется путем введения избыточности. В зависимости от природы последней резервирование бывает:
Структурное (аппаратное);
Информационное;
Временное.
Структурное резервирование заключается в том, что в минимально необходимый вариант системы, состоящей из основных элементов, вводятся дополнительные элементы, устройства или даже вместо одной системы предусматривается использование нескольких одинаковых систем.
Информационное резервирование предусматривает использование избыточной информации. Его простейшим примером является многократная передача одного и того же сообщения по каналу связи. Другим примером являются коды, применяемые в управляющих ЭВМ для обнаружения и исправления ошибок, возникающих в результате сбоев и отказов аппаратуры.
Временное резервирование предусматривает использование избыточного времени. Возобновление прерванного в результате отказа функционирования системы происходит путем ее восстановления, если имеется определенный запас времени.
Существует два метода повышения надежности систем путем структурного резервирования:
1) общее резервирование, при котором резервируется система в целом;
2) раздельное (поэлементное) резервирование, при котором резервируются отдельные части (элементы) системы.
Схемы общего и раздельного структурного резервирования представлены соответственно на рис. 5.3 и 5.4, где n число последовательных элементов в цепи, m – число резервных цепей (при общем резервировании) или резервных элементов для каждого основного (при раздельном резервировании)
При m=1 имеет место дублирование, а при m=2 – троирование. Обычно стремятся по возможности применять раздельное резервирование, т к при этом выигрыш в надежности часто достигается значительно меньшими затратами, чем при общем резервировании.
В зависимости от способа включения резервных элементов различают постоянное резервирование, резервирование замещением и скользящее резервирование.
Постоянное резервирование – это такое резервирование, при котором резервные элементы участвуют в работе объекта наравне с основными. В случае отказа основного элемента не требуется специальных устройств, вводящих в действие резервный элемент, поскольку он включается в работу одновременно с основным.
Резервирование замещением – это такое резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного. При резервировании замещением необходимы контролирующие и переключающие устройства для обнаружения факта отказа основного элемента и переключения с основного на резервный.
Скользящее резервирование – представляет собой разновидность резервирования замещением, при котором основные элементы объекта резервируются элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший элемент.
Оба вида резервирования (постоянное и замещением) имеют свои преимущества и недостатки.
Достоинством постоянного резервирования является простота, т.к. в этом случае не требуются контролирующие и переключающие устройства, понижающие надежность системы в целом, и, самое главное, отсутствует перерыв в работе. Недостатком постоянного резервирования является нарушение режима работы резервных элементов при отказе основных.
Включение резерва замещением обладает следующим преимуществом: не нарушает режима работы резервных элементов, сохраняет в большей степени надежность резервных элементов, позволяет использовать один резервный элемент на несколько рабочих (при скользящем резервировании).
В зависимости от режима работы резервных элементов различают нагруженный (горячий) и ненагруженный (холодный) резерв.
Нагруженный (горячий) резерв в энергетике называют также вращающимся или включенным. В данном режиме резервный элемент находится в том же режиме, что и основной. Ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения в работу всей системы, и вероятность безотказной работы резервных элементов в этом случае не зависит от того, в какой момент времени они включаются в работу.
Облегченный (теплый) резерв характеризуется тем, что резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, чем основной. Поэтому, хотя ресурс резервных элементов также начинает расходоваться с момента включения всей системы в целом, интенсивность расхода ресурса резервных элементов до момента их включения вместо отказавших значительно ниже, чем в рабочих условиях. Этот вид резерва обычно размещается на агрегатах, работающих на холостом ходу, и, следовательно, в данном случае ресурс резервных элементов срабатывается меньше по сравнению с рабочими условиями когда агрегаты несут нагрузку Вероятность безотказной работы резервных элементов в случае этого вида резерва будет зависеть как от момента их включения в работу, так и от того, насколько отличаются законы распределения вероятности безотказной работы их в рабочем и резервном условиях.
В случае ненагруженного (холодного) резерва резервные элементы начинают расходовать свой ресурс с момента их включения в работу вместо основных. В энергетике этим видом резерва служат обычно отключенные агрегаты.
Расчеты надежности систем с параллельно включенными элементами зависят от способа резервирования.
НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЩЕМ РЕЗЕРВИРОВАНИИ
Будем
считать, что резервируемые и резервные
элементы равнонадежны, т.е.
и
.
Для удобства вероятности безотказной
работы и появления отказов отдельных
элементов обозначаем в этом и последующем
разделах прописными буквами.
С учетом схемы замещения (рис 5.5) и формулы (5.18) вероятность отказа системы с m резервными цепями можно рассчитать следующим образом:
, (5.22)
где
(t)
– вероятность отказа основной цепи,
– вероятность отказаi-й
резервной цепи.
Соответственно вероятность безотказной работы системы
(5.23)
В соответствии с формулой (5 8) имеем
(5.24)
При
одинаковых вероятностях отказов
основной и резервной цепей
формулы (5 22) и (5 23) принимают вид:
, (5.25)
(5.26)
Среднее время безотказной работы системы при общем резервировании
(5.27)
где
– интенсивность отказов системы,
,
– интенсивность отказов любой из (m+1)
цепей,
– интенсивность отказовi-го
элемента
Для системы из двух параллельных цепей (m=1) формула (5.27) принимает вид:
(5.28)
Среднее время восстановления системы в общем случае определяется по формуле
(5.29)
где
– среднее время восстановленияi-ой
цепи.
Для частного случая m=1 формула (5.29) принимает вид:
Пример 5.2.
Рассчитать вероятность безотказной работы в течение 3 месяцев, интенсивность отказов, среднюю наработку на отказ одноцепной ВЛ длиной l=35км вместе с понижающим трансформатором 110/10кВ и коммутационной аппаратурой (рис 5.6).
Схема замещения по надежности рассматриваемой СЭС представляет собой последовательную структуру (рис 5.7)
Интенсивности отказов элементов взяты из табл 3.2:
; 
; 
Согласно формуле (5.7) определяем интенсивность отказов схемы питания
Этот расчет показывает, что доминирующее влияние на выход схемы из строя оказывает повреждаемость воздушной линии. Средняя наработка на отказ схемы питания
Вероятность безотказной работы схемы в течение t=0,25года
Пример 5.3.
Определить, насколько выше показатели надежности понизительной трансформаторной подстанции 110/10кВ при постоянной совместной работе обоих трансформаторов в течение 6 месяцев по сравнению с однотрансформаторной подстанцией. Отказами коммутационных аппаратов и преднамеренными отключениями пренебрегаем.
Исходные данные, взятые из табл. 3.2, следующие:
; 
Вероятность безотказной работы в течение 6 месяцев одного трансформатора
Средняя наработка на отказ одного трансформатора
Вероятность безотказной работы двухтрансформаторной подстанции, рассчитанная по формуле (5.20):
Средняя наработка на отказ двухтрансформаторной подстанции, рассчитанная по формуле (5.28):
лет
Интенсивность отказов двухтрансформаторной подстанции
Среднее время восстановления двухтрансформаторной подстанции (см. формулу (5.30))
Анализ результатов показывает, что надежность двухтрансформаторной подстанции намного превышает надежность однотрансформаторной подстанции.
Пример 5.4.
Рассмотрим
секцию РУ 6кВ, от которой питаются 18
отходящих линий (рис. 5.8) Интенсивность
отказов выключателей, сопровождающихся
короткими замыканиями, оценивается
величиной
= 0,003
,
интенсивность отказов с
короткими
замыканиями для сборных шин на одно
присоединение
(см. табл. 3 2). Определить интенсивность
кратковременных погашений секции РУ,
предполагая абсолютную надежность
автоматического ввода резерва (АВР) и
выключателяQ2,
резервирующего питание секции.
Резервированием называют способ обеспечения надёжности системы за счёт использования дополнительных средств и возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым при выполнении требуемых функций. Резервирование может использоваться не только для повышения надёжности, но и для повышения точности, устойчивости, достоверности и др. Иногда вместо термина «резервирование» используется словосочетание «введение избыточности». Между этими понятиями есть много общего, но есть и различия, поэтому их нельзя воспринимать как синонимы. Под избыточностью понимают превышение веса, габаритов, производительности, стоимости и других технико-экономических показателях изделия над минимально необходимыми. Ясно, что введение избыточности не означает автоматического улучшения показателей надёжности, достоверности и др. Чтобы улучшение произошло, необходимо соответствующим образом управлять избыточными ресурсами, создать определённые условия и правила их использования, а в некоторых случаях и предусмотреть специальные технические и программные средства актуализации этих ресурсов. Если это выполнено, то введение избыточности становится резервированием, и тогда оба понятия можно рассматривать как синонимы.
Виды и методы резервирования довольно разнообразны и зависят как от типа характеристик, которые должны быть улучшены, так и от класса систем, в которых резервирование используется. Для повышения надёжности систем управления применяют структурное, функциональное, временное, информационное, алгоритмическое резервирование. Рассмотрим подробно эти виды резервирования.
Структурное резервирование. Структурным резервированием (СР) называют способ повышения надёжности технических средств, состоящий в применении в системе дополнительных (резервных) элементов, которые не являются необходимыми для выполнения возложенных на систему функций, но используются системой после отказа основных элементов. Характерной особенностью СР является то, что в идеально надёжной системе все резервные элементы могут быть удалены из системы без какого-либо ухудшения качества её функционирования. Они необходимы только тогда, когда появляется принципиальная возможность отказа основных элементов.
В отличие от последовательной системы, в системе со СР не любой отказ элемента приводит к отказу системы, так как работа системы поддерживается за счёт перестройки (реконфигурации) структуры и подключения резервных элементов. Отказ системы наступает только тогда, когда нарушение работоспособности в одном из основных элементов не удаётся компенсировать своевременным подключением работоспособного резервного элемента (группы элементов).
Замечательным свойством СР, объясняющим его широкое применение, является то, что введение резервной аппаратуры, увеличивая суммарную интенсивность отказов элементов (основных и резервных), существенно уменьшает интенсивность отказов системы. Как следствие, улучшаются и другие показатели надёжности. И, наоборот, в отличие от последовательной системы, где любое упрощение полезно с точки зрения надёжности, в резервированной системе упрощение путём удаления резервных элементов ухудшает показатели надёжности. При наличии потока отказов элементов СР позволяет обеспечит непрерывную работу системы в течение промежутка времени, во много раз превосходящего среднюю наработку до отказа нерезервированной системы. В системах, состоящих из нескольких одновременно работающих устройств одинаковой производительности, в которых отказ одного из устройств снижает общую производительность системы, СР стабилизирует производительность системы.
Для эффективного использования СР иногда необходимо привлекать другие виды резервирования, например временное, для того чтобы гарантировать своевременное обнаружение отказов и своевременное подключение резервной аппаратуры. Для этих же целей используются информационное и алгоритмическое резервирование.
Методы структурного резервирования.
МСР различаются:
По масштабу резервирования;
Соотношению количества основных и резервных элементов;
Способу включения резерва;
Режиму работы резервных элементов;
Способам подключения резервной аппаратуры.
Резервирование называют общим, если резервируется вся последовательная система, раздельным (поэлементным), если резервируются отдельные элементы последовательной системы, и групповым, если резервируется группа элементов системы. Совокупность основных и резервных элементов, замещающих друг друга при отказе одного из элементов, называют резервированной группой. При общем резервировании в системе имеется только одна резервированная группа, при раздельном - столько резервированных групп, сколько элементов в последовательной системе. При групповом резервировании число резервированных групп имеет промежуточное значение. Система со структурным резервом отказывает тогда, когда отказывает хотя бы одна её резервированная группа. В структурной надёжностной схеме резервированные группы соединены последовательно, значит вероятность возникновения отказа резервированной группы может быть определена как:
Скользящее резервирование или с неоднозначным соответствием применят тогда, когда все основные элементы системы одинаковы. Резервные элементы не закрепляются за определёнными основными элементами, а могут заменить любой из них.
Основным параметром структурного резервирования является кратность k, представляющая собой соотношение между общим числом однотипных элементов n и числом r необходимых для функционирования системы работающих элементов:
Значение k может быть целым, если, и дробным, если В последнем случае дробь сокращать нельзя.
По способу включения резерва различают:
Резервирование с постоянно включённым резервом;
Резервирование с включением замещением.
Рис. 4
Схемы общего (а) и поэлементного (б) постоянного резервирования приведены на рис. 4. При постоянном включении основные и резервные элементы (подсистемы) функционируют одновременно, начиная с момента включения системы (рис. 4, а и б). Постоянное резервирование является пассивным. При включении замещением (рис. 4, в и г), которое является активным резервированием, резервные элементы (подсистемы) включаются в работу только после отказа основных. До этого они находятся в состоянии хранения (ненагруженный резерв), частично включены (облегчённый резерв) или полностью включены (нагруженный резерв). При нагруженном резерве резервные элементы имеют интенсивность отказов такую же, как и основные элементы, т.е.
При ненагруженном резерве интенсивность отказов резервных элементов во много раз меньше, чем интенсивность отказов основных элементов, так что в расчётах можно считать. Облегчённый резерв занимает промежуточное положение, когда
Замещение отказавшего основного элемента резервным можно проводить вручную, полуавтоматически и автоматически. В первом случае не требуется никакой аппаратуры переключения, но время переключения довольно велико. При автоматическом переключении используют специальный автомат переключения резерва. Он уменьшает время переключения до нескольких секунд или долей секунд, однако сам обладает конечной надёжностью. При полуавтоматическом переключении часть функций выполняет автомат, а другую - оператор.
Поскольку структурное резервирование сопряжено с дополнительными затратами на резервные элементы, то последние должны окупаться за счёт повышения надёжности системы и снижения потерь от её отказов. Наиболее простыми для определения показателями эффективности резервирования являются следующие:
где - выигрыш за счёт повышения средней наработки до отказа резервированной системы по сравнению с наработкой нерезервированной системы; - аналогичные показатели по повышению вероятности безотказной работы и снижению вероятности отказа. Резервирование эффективно, если значение показателей дольше единицы.
Временное резервирование (резервирование времени)
Временное резервирование (ВР) - это способ повышения надёжности, при котором системе в процессе функционирования предоставляется возможность израсходовать некоторое время, называемое резервным, для восстановления технических характеристик. Резерв времени можно израсходовать на переключение структурного резерва, обнаружение и устранение отказов, повторение работ, обесцененных отказами, ожидание загрузки в работоспособном состоянии. Можно указать несколько источников резервного времени.
Резерв времени может создаваться за счёт увеличения времени, выделяемого системе для выполнения задания и называемого оперативным временем. Он возникает и при создании запаса производительности всей системы или её отдельных устройств, причём без увеличения оперативного времени. Запас производительности, в свою очередь, возникает при увеличении быстродействия элементов или при комплексировании нескольких устройств (систем) одинаковой или различной производительности для выполнения общего задания.
В системах, результат работы которых оценивается объёмом производимого (обрабатываемого) продукта, резерв времени можно создать за счёт внутренних запасов выходной продукции. В АСОИУ такой продукцией является информация, в системах энергоснабжения - электрическая энергия, в системах водоснабжения - водные ресурсы, на машиностроительных предприятиях - детали, узлы, приборы и т.д. Для хранения запасов предусматриваются специальные накопители: запоминающие устройства, аккумуляторные батарее, резервуары, бункеры и др. Пока запас не исчерпан, продукция поступает на выход системы, и смежные с ней системы, не «замечая» частичного или даже полного прекращения её функционирования, считают её работоспособной.
Ещё одним источником резерва времени является функциональная инерционность протекающих в системе процессов. В работе многих технических систем допускаются незначительные перерывы, протекающие без потери качества функционирования (пока управляемые параметры находятся в пределах допусков), которые можно использовать для восстановления её работоспособности. Такими свойствами обладают АСУ ТП, системы термостатирования, диспетчерского управления, жизнеобеспечения летательных и других подвижных аппаратов и др.
Для систем с ВР нарушение работоспособности не обязательно сопровождается отказом системы даже при последовательном соединении её элементов, так как есть возможность восстановить работоспособность за резервное время. Отказ СВР - событие, заключающееся в нарушении работоспособности, вызывающем недопустимые последствия или неустранённом за допустимое время. Надёжность СВР оценивается по результатам выполнения установленных временных ограничений по всей траектории функционирования или по результатам выполнения некоторого задания.
Задание задаётся:
Последовательностью и объёмом работ;
Установленными моментами начала и завершения этапов работ;
Ограничениями на использование различных ресурсов, которыми располагает система;
Ограничениями на взаимопомощь и взаимодействие различных устройств.
Поэтому различают задания:
Одноэтапные;
Многоэтапные;
Бригадные;
Индивидуальные (автономные);
Групповые;
Поступающие до начала работы системы (по расписанию);
Поступающие в процессе работы системы (в случайные моменты времени по заявкам). Выполнение задания - это событие, заключающееся в завершении заданного объёма работ с установленными ограничениями на время выполнения всех работ и отдельных их этапов и при выполнении требований к качеству и ритмичности работы системы. Нарушение установленных требований и ограничений рассматривается как срыв функционирования. Поэтому, отказ СВР можно определить как событие, приводящее немедленно или с некоторой задержкой к срыву выполнения задания, к срыву функционирования.
Для установления признаков отказа СВР необходимо вести статистику потерь времени, проводить специальные измерения, например, запасов продукции в накопителях. Структурно в обобщённой форме СВР может рассматриваться как совокупность исходного объекта и резерва времени (рис. 5).
После отказа системы начинает действовать резерв времени. Отказы системы могут различаться по последствиям. Если отказ вызывает лишь задержку выполнения задания, но не приводит к повторению работ, то его называют необесценивающим или неразрушающим. В противном случае его называют обесцениваищим или разрушающим. Обесценивание выполненных работ может быть полным или частичным. В связи с наличием обесценивающих отказов всю наработку системы разделяют на полезную и обесцененную. Полезной является наработка, не обесцененная отказами системы, а обесцененная наработка - это наработка, не включённая в полезную. Резервирование времени широко используется в компьютерах, вычислительных сетях, системах связи. Особенно эффективным является применение ВР для борьбы со сбоями и помехами. Его часто используют и для повышения эффективности других видов резервирования.
Рис. 5
Методы временного резервирования
На методы временного резервирования частично может быть распространена классификация методов структурного резервирования. Среди методов ВР можно выделить общее, раздельное, групповое, с целой и дробной кратностью. При общем резервировании созданный резерв времени может быть использован любым элементом системы. При раздельном ВР каждый элемент обеспечивается собственным резервом времени, который не может быть использован другими элементами. При групповом ВР резерв времени предназначается для любого элемента, входящего в данную группу, и не может быть использован элементами вне группы. Кратность ВР - это отношение величины резерва времени к минимальному времени выполнения задания. Оно может быть целым или дробным.
По возможности увеличения в процессе функционирования системы с резервом времени (СВР) различают непополняемый и пополняемый резерв времени. Непополняемый резерв времени создаётся заранее, до начала работы, и не возрастает при выполнении задания. При работоспособном состоянии всех элементов системы текущее значение резерва времени не меняется, а при отказах элементов может уменьшаться скачкообразно (при обесценивающих отказах) или в линейной зависимости от времени при неработоспособном состоянии системы. Пополняемый резерв возрастает по некоторому закону при работоспособном состоянии всей системы, а также во время восстановления работоспособности некоторых отказавших элементов. Мгновенно пополняемый резерв восстанавливается до исходного уровня скачком сразу же после окончания ремонта. В одной и той же системе могут использоваться оба вида резерва времени - тогда его называют комбинированным или смешанным. При раздельном или групповом резервировании возможны дополнительные ограничения на способ пополнения и использования резерва времени. В этом случае его называют резервом со сложными ограничениями.
Как и при структурном резервировании, по типу структуры различают СВР с последовательным, параллельным, последовательно-парал-лельным соединением элементов, а также СВР с сетевой структурой. Однако здесь имеются некоторые особенности. Так, существуют две разновидности последовательного соединения: основное и многофазное. При основном соединении в системе отсутствуют накопители продукции (рис. 6, а).
Рис. 6
При многофазном соединении в системе есть по крайней мере один накопитель. Число фаз определяют как число накопителей, увеличенное на единицу (рис. 6,б). Параллельное соединение также имеет две разновидности: резервное и многоканальное. При резервном соединении имеются чёткие различия основных и резервных элементов. Работоспособные основные элементы находятся в работе. Резервные элементы, вне зависимости от режима (нагруженного, ненагруженного, облегчённого), не включаются в работу, пока работоспособны основные элементы (рис. 6,в). При многоканальном соединении не различают основные и резервные элементы. Все параллельно включённые элементы участвуют в работе, и результаты их работы так или иначе используют при формировании результатов работы всей системы. Если элементы характеризуются производительностью (пропускной способностью, быстродействием, мощностью и пр.), то в системе с многоканальным соединением элементов может создаваться запас производительности, в отличие от системы с минимально необходимым числом элементов (рис. 6,г). Примеры СВР с последовательно-параллельным и параллельно-последовательным соединением элементов приведены на рис. 6, д-з. Рекурсивно могут быть построены и более сложные структуры.
Функциональное резервирование
Функциональным резервированием (ФР) называют способ повышения надёжности, использующий свойство технических систем (а также живых организмов, биологических и социальных систем) обеспечивать при отказах элементов безотказное функционирование за счёт перераспределения функций и более интенсивной работы элементов, выполнявших до отказа только свои основные функции. Выполнять дополнительные функции они способны лишь временно, и это может сопровождаться некоторым ухудшением общего качества работы, но в допустимых пределах. При ФР в системе нет «лишних» элементов - они все необходимы для выполнения требуемого набора функций. Характерной особенностью этого вида резервирования является как раз то, что даже из идеально надёжной системы нельзя удалить ни одного элемента, не вызвав перераспределения функций элементов и увеличения их функциональной нагрузки уже на постоянной основе, возможно, с переходом на более тяжёлые режимы работы.
Применение ФР обычно сопровождается введением информационной и алгоритмической избыточности.
Информационное резервирование
В современной технике управления и информационно-вычис-лительной технике информационная избыточность и информационное резервирование используются для улучшения многих характеристик. Оно влияет на показатели надёжности, достоверности обработки и передачи информации, точности вычислений, производительности. Способы введения информационной избыточности весьма разнообразны. Информационная избыточность существует в виде избыточности внутреннего информационного языка устройств обработки и передачи данных, в виде избыточности помехоустойчивых кодов. Её можно вводить и как избыточность массивов данных в составе файла данных, и как избыточность файловой структуры в памяти ЭВМ. Можно с уверенностью сказать, что без информационной избыточности в той или иной форме невозможно представить ни один информационный процесс в АСОИУ. Часто без информационной избыточности нельзя использовать другие виды резервирования. Не останавливаясь на косвенных способах влияния информационной избыточности на показатели надёжности, отметим лишь основные способы прямого влияния. Информационная избыточность (ИИ) уменьшает:
Поток отказов системы, так как на все отказы элементов становятся отказами системы; если последствия отказа элемента удаётся устранить за счёт ИИ, то он не считается отказом системы;
Время восстановления за счёт уменьшения объёма работ, обесцененных отказом; при этом уменьшается время, затрачиваемое на повторение обесцененной части работ, и увеличивается полезная наработка;
Время восстановления за счёт сокращения времени обнаружения и поиска неисправности.
Алгоритмическое резервирование (АР)
Для выполнения стоящих перед системой задач необходимо не только иметь некоторый объём информации о характере и условиях выполнения задачи, о процессах, происходящих в системе и окружающей среде, но и обеспечить обработку этой информации в соответствии с алгоритмами функционирования. Каждой системе можно сопоставить алгоритм минимальной сложности. Все прочие алгоритмы, содержащие дополнительное количество операторов, по сравнению с минимальным алгоритмом будут избыточными. АР вводится для преодоления помех и случайных возмущений, вызванных, в частности, отказами элементов аппаратуры. Оно используется во взаимодействии с другими видами резервирования и в ряде случаев является необходимым условием их реализации.
4 Расчет надежности невосстанавливаемых систем с постоянным резервом
Общее постоянное резервирование с целой кратностью. Вероятность отказа Q p параллельно работающих т элементов при r = 1 определяется выражением (2), откуда для равнонадежных элементов
Чем меньше вероятность отказа каждого из элементов, тем выше эффективность постоянного резервирования. Так, если q = 0,1 и 0,01, а k = 1, то выигрыш в снижении вероятности отказа при резервировании составит соответственно 10 и 100. Рассмотрим связь показателей надежности группы резервированных элементов, кратности резервирования k и длительности работы элементов t при экспоненциальном законе распределения времени их безотказной работы. Если интенсивность отказов каждого из элементов, то согласно (1.12), (1.21), (1.22) имеем
Графики изменения P P (t/) и р (t/)/ в зависимости от кратности резервирования и длительности работы системы представлены на рис. 7. Они показывают, что постоянное резервирование эффективно на начальном участке работы системы, когда t .
Для группы резервированных элементов средняя наработка до отказа
Рис. 7
Работа рассматриваемой группы резервированных элементов характеризуется последовательным переходом по мере возникновения отказов от т работающих элементов к т-1, т-2 и далее до одного, отказ последнего приводит к отказу всей группы. Эту последовательность переходов иллюстрирует график, представленный на рис. 8. В случайные моменты времени t 1 , t 2 и т. д. происходят отказы элементов, число работающих элементов n(t) постепенно снижается. Поскольку на каждом из участков T 1 = t 1 , T 2 = t 2 - t 1 и т. д. имеет место совместное функционирование т, т-1 и т. д. элементов, то случайные интервалы времени T 1 , Т 2 ,...,Т т имеют экспоненциальное распределение с интенсивностями отказов соответственно m, (т-1), ..., и средней продолжительностью 1 = 1/(m), 2 = 1/[(т-1)], = 1/. Поскольку, то значение средней наработки до отказа группы резервированных элементов определяется как 1/(m)+1/[(т-1)]+ 1/.
Рис. 8
Резервирование двухполюсных элементов. В большинстве случаев резервные элементы подключают параллельно основному. Однако при дифференциации видов отказов резервирование по каждому из них может осуществляться при различных способах включения резервных элементов. Наиболее характерным в этом отношении является резервирование элементов при отказах типа «обрыв» и «короткое замыкание» (КЗ). Для двухполюсных элементов релейного типа, имеющих два возможных состояния 1 и 0, этим отказам соответствует несрабатывание при наличии управляющего сигнала и ложное срабатывание при отсутствии последнего.
При последовательном соединении релейных элементов (рис. 9,а) несрабатывание любого из элементов приводит к отсутствию цепи между точками а и b. Таким образом, для этого вида отказов последовательное соединение релейных элементов является основным. Для отказов типа ложное срабатывание последовательное соединение является резервным, поскольку этот вид отказа цепи будет иметь место только при отказе двух элементов.
Рис. 9
Из рассмотренного вытекает, что одному и тому же соединению элементов для этих видов отказов соответствуют две структурные схемы. При последовательном соединении релейных элементов осуществляется резервирование по отказам типа КЗ. Если вероятность отказов этого типа для каждого элемента q, то B a = q/q 2 = q -1 . Для отказов типа обрыв, т. е. последовательное включение релейных элементов приводит к повышению вероятности возникновения отказов типа обрыв цепи. При параллельном соединении релейных элементов (рис. 9,б) осуществляется резервирование по отказам типа обрыв с эффективностью B Q = 1/q, а по отказам типа КЗ надежность снижается.
Резервирование с дробной кратностью. При резервировании с дробной кратностью система может функционировать, если из п однотипных работающих параллельно элементов в работоспособном состоянии находятся r. Система отказывает, если число отказавших элементов z составляет. Используя метод перебора состояний, определим вероятность отказа такой системы
В каждом из состояний число работоспособных элементов составляет п - z, а вероятность этого состояния, тогда
где C n z = n!/ - число сочетаний из п элементов по z, причем 0! = 1; =1. При <<1 .
При экспоненциальном законе распределения времени безотказной работы и интенсивностях отказов каждого из элементов
Поскольку без резерва система включает r работающих элементов, то вероятность отказа исходной системы при оценке эффективности резервирования составляет 1-(1-q) r . Так, если система включает три параллельно работающих элемента и r = 2, то при q = 0,1, k = 1/2, т = 2 согласно (11)
Разновидностью постоянного резервирования с дробной кратностью является резервирование с голосованием по большинству (мажоритарное). Структурная схема системы, использующей это способ резервирования, представлена на рис. 10. Параллельно работает нечетное число элементов, их выходные сигналы х 1 , х 2 ,..., х п поступают на вход элемента голосования Г (кворум-элемент), выходной сигнал которого совпадает с сигналом большинства элементов. В системах с таким способом резервирования обычно используются три элемента, реже пять. Для работоспособного состояния системы необходима правильная работа большинства элементов. Отказ системы наступает при числе отказов z m = (n + 1)/2.
Рис. 10
Рис. 11
Вероятность отказа системы с мажоритарным резервированием при n = 3 и n = 5 равнонадежных элементах согласно (10) составляет соответственно:
Q 3 = 3q 2 - 2q 3 ; Q 5 = 10q 3 - 15q 4 + 6q 5 . (12)
Эффективность этого способа резервирования при n=3 составляет B Q = q/(3q 2 - 2q 3) = 1/(3q - 2q 2). Если q < 0,5, резервирование эффективно, при q = 0,5 надежность системы при резервировании не изменяется, а при q > 0,5 резервирование приводит к снижению надежности.
Мажоритарное резервирование широко применяют в системах защиты реакторов и теплотехнического оборудования. Так, система защиты от превышения давления в барабане котла, изображенная на рис. 11,а, включает электроконтактные манометры M1, M2, M3, силовое реле СР и электрический клапан сброса давления К. Система защиты срабатывает при замыкании контактов любых двух манометров из трех. Схема соединения контактов манометров представлена на рис. 11,б. Ток через обмотку силового реле СР протекает при замыкании любых двух пар контактов, специального кворум-элемента в таких системах не требуется. Отказы вида «ложное срабатывание» или «несрабатывание» в системе возникают при соответствующих отказах двух манометров из трех, т. е. этот способ резервирования равнонадежен для обоих видов отказов.
Рис. 12
Поэлементное резервирование. Надежность системы, содержащей группы элементов или отдельные элементы с поэлементным резервированием, рассчитывают с использованием формул общего постоянного резервирования (1), (2), (10). Так, если система состоит из п участков с поэлементным резервированием целой кратностью k i , то вероятность безотказной работы системы
где q ij - вероятность отказа j-го элемента, входящего в i-й участок резервирования.
Для сопоставления эффективности общего и поэлементного резервирования сравним вероятности отказа двух систем, включающих одинаковое n(k+1) число равнонадежных элементов (рис. 12). В первом случае (рис. 12, а) осуществляется общее резервирование системы из п элементов кратностью k, во втором случае (рис. 1 2, б) при поэлементном резервировании каждый из п элементов системы имеет k резервных.
Вероятность отказа системы с общим резервированием
Считая, что вероятность отказа каждого из элементов q<<1 и (1- q) n 1 - nq, получаем. Для раздельного резервирования, используя (13) и считая q<<1, получаем
Эффективность поэлементного резервирования по сравнению с общим составит n k . С увеличением глубины п и кратности k резервирования его эффективность растет. Использование поэлементного резервирования сопряжено с введением дополнительных подключающих элементов, имеющих ограниченную надежность. В связи с этим имеется оптимальная глубина резервирования п опт, при n>п опт эффективность резервирования снижается.
Узнайте, как сделать ткань батик горячим, холодным, узелковым способом, чтобы изготовить из него красивый шарф или сделать из старой футболки дизайнерскую вещь.
Виды батика
Батик представляет собой ручную роспись по ткани (на синтетике, шелке, шерсти, хлопке) для которой используют резервирующие составы.
Вкратце о технологии этого рукоделия: на полотно наносятся краски, чтобы на стыке оттенков получить четкие границы, применяют закрепитель, называемый резервом. Он изготовлен на водной основе или с использованием бензина, парафина, его состав зависит от выбранной ткани, техники, красок.
Слово «батик» в переводе с индонезийского «капля воска». Есть несколько способов получения рисунка на ткани по данной технологии:
- холодный;
- горячий;
- окрашивание скрученной и связанной ткани;
- свободная роспись.
- В горячем батике в качестве резерва используют воск. Его наносят специальным инструментом, который называется чантингом. Воск ограничивает распространение краски, так как не поглощает её. Его расплавляют, поэтому данный вид называется горячим батиком. Краска наносится в несколько слоев. По окончании работы воск удаляют. Таким способом чаще всего расписывают хлопчатобумажную ткань.
- Холодный батик прекрасно подходит для декорирования шелка, искусственных тканей. В этой технологии используются краски на основе анилина. Резерв может быть жидким, когда он приготовлен на основе бензина и густым, если имеет резиновую составляющую. Есть бесцветные и цветные резервы. Резиновые наносят из тюбиков, а бензиновые посредством стеклянных трубочек с резервуарами. В холодном батике однослойное нанесение краски, поэтому работа требует большей аккуратности по сравнению с горячим способом.
- Свободная роспись применяется на тканях из синтетических волокон и натурального шёлка. Для нее чаще всего используют анилиновые красители и масляные краски.
- При узелковом батике на окрашиваемой поверхности сначала завязывают много мелких узелков, перевязывая их ниткой. После окрашивания их удаляют.
- Складной батик или «сибори» - это перевязывание ткани определенным образом с последующим окрашиванием.
Как декорировать шарфик своими руками?
Перейдем от теории к практике. Попробуйте сделать такой очаровательный шарф, изготовив ткань батик холодным способом. Для этого возьмите:
- прямоугольник белого шелка размером 0,5х1 м;
- кнопки;
- рамку для натяжения ткани;
- прозрачный резерв и трубочка для него;
- специальные краски для батика голубого и синего цвета;
- бензин, который используют для зажигалок;
- емкости, чтобы разводить краски;
- 2 кисточки;
- крупную соль.
Если у вас рамка меньшего, чем полотно, размера, красьте его секторами. Для этого приколите одну часть, оформите ее, затем - вторую и последующие.
В данном случае роспись по ткани начата со среднего сектора. Здесь по плану должны находиться облака. Разбавьте краску небольшим количеством воды, нанесите на полотно, а сверху посыпьте крупной солью. Такая манипуляция нужна для того, чтобы соль впитала воду, при этом на ткани останутся эффектные разводы.
Посушите этот участок струей теплого воздуха, держа фен не близко к полотну, затем стряхните соль. После оформления середины, переходим к краю, на котором изобразим море.
Также намочите этот участок ткани водой, натяните его на раму. Осторожно, чтобы не проглотить резерв, втяните его в трубочку. Выдувая на полотно, изобразите волны или другой рисунок моря. Могут получиться водоросли или чешуя диковинных рыб.
Просушите резерв, вновь увлажните ткань водой, покрасьте этот участок голубой и синей краской.
Натяните другой край шарфа, на котором будет изображена земля и растения на ней. Нарисуйте резервом цветы, например, ромашки, траву, просушите. Увлажните ткань, раскрасьте эти цветы.
Высушите шарф феном, снимите с рамы. Чтобы закрепить краску, несколько раз прогладьте оформленное полотно с лицевой и изнаночной стороны утюгом. После этого нужно прополоскать изделие в холодной воде, чтобы ушла соль. В заключение - опять несколько раз прогладить утюгом. Все, можно красиво завязать шарф на шее и полюбоваться тем, каким замечательным он получился.
Роспись по ткани: холодный способ
Посмотрите, какие еще удивительные полотна получаются благодаря данной технологии.
Такое можно заключить в красивую раму и повесить на стену. Для работы использовались:
- натуральный шелк - крепдешин;
- черный резерв, стеклянная трубочка для него;
- кнопки;
- подрамник;
- анилиновые краски;
- простой карандаш;
- каланоковые кисти.
При нанесении элементов на полотно, рисуйте их так, чтобы каждый имел замкнутый контур. Наносите на контуры резерв не задерживаясь, но и не спеша, чтобы он успел пройти внутрь ткани, но не оставлял кляксы.
- Постирайте ткань, хорошо натяните ее на подрамник, закрепив кнопками.
- Наполните стеклянную трубочку резервом, нанесите этот состав на контуры элементов картины.
- Чтобы было больше оттенков, одну и ту же краску разбавьте разным количеством воды. Для этого удобно использовать одноразовые стаканчики или баночки из-под йогурта.
- Сначала распишите цветы - от светлого до темного тона, затем - фон.
- Присыпьте полотно солью, дайте ему подсохнуть, затем стряхните соль.
- Когда ткань батик высохнет, снимите ее с подрамника. Через сутки прокипятите в течение 3 часов, постирайте в мыльной теплой воде. Прополощите, добавив в воду немного уксуса.
- Осторожно отожмите, прогладьте полотно влажным.
Техника батик - горячий способ
Такой подойдет для тех, кто не хочет кропотливо закрашивать каждый фрагмент полотна, проявляя усидчивость. Даже если особо не стараться, все равно получатся эксклюзивные, сделанные в технике батик костюмы, юбки, платки, если затем из полученной ткани сшить эти изделия. Познакомимся с данным способом декорирования ткани поближе.
Традиционно мастерицы сначала наносят на полотно любое из этих веществ в расплавленном виде:
- парафин;
- воск;
- стеарин;
- либо смесь этих веществ.
Сейчас широко используют кисти, при помощи которых наносят точечные капли, мазки на ткань. После этого сверху покрывают краской.
Затем можно снова нанести на определенные участки воск и другую краску. Если вы хотите, чтобы узоры были упорядоченными, можете окунать в расплавленный воск штампы и наносить его таким образом.
Можно использовать 2–3 тона или больше - 4–5, тогда получится полотно такого типа.
Когда краска высохнет, нужно избавиться от воска. Для этого на полотно кладут газету, проглаживают ее. Она впитает расплавленный парафин. Затем кладут еще одну, проглаживают. Используют и другие газеты, если есть остатки воска.
Ознакомьтесь с мастер-классом, в котором рассказано, как эффектно будет выглядеть выполненная по принципу батик одежда. В данном случае вы будете декорировать шаль.
Для работы вам понадобятся:
- натуральная ткань (шелк, хлопок, шерсть);
- трафарет из картона;
- краски для росписи по ткани;
- стакан воды;
- кисточки;
- воск;
- целлофан, газеты;
- резиновые перчатки;
При работе наденьте одежду, которую не жалко испортить, так как краска для ткани не отстирывается. Лучше надеть непромокающий фартук, который защитит вещи.
- Застелите рабочую поверхность газетами, целлофаном, чтобы она не испачкалась.
- Желтую краску разведите в воде в емкости. Опустите сюда ткань.
- Когда она окрасится, отожмите руками в перчатках, просушите феном, чтобы быстрее высохла.
- Положите на полотно трафарет. Это могут быть не только осенние листья, но и бабочки, цветы, сердечки и т.д.
- Поместите кусочки воска в небольшую кастрюлю или ковш, растопите на водяной бане. Можно использовать свечи.
- Приложите трафарет к выбранному участку на ткани, нанесите сюда кистью расплавленный воск.
- Если хотите, стряхните воск с кисти, чтобы на платке появились красивые капли и разводы. Для этого можете растереть их кисточкой.
- Добавьте в водный раствор желтой краски немного зеленой, покройте ткань этой салатовой краской.
- Промокните губкой капли краски с листьев (они не окрасятся салатовым, так как покрыты воском). Просушите полотно феном.
- Прогладьте полотно через тряпочку. Чтобы платок стал мягче, прополощите его в воде, в которую добавьте кондиционера.
- Осталось высушить палантин и можно примерять обновку, любуясь тем, как краски для батика и ваше трудолюбие помогли создать дизайнерскую вещь.
Раскраска футболки
Ее нам также поможет создать техника батик. Вы можете нарисовать цветы, животных, используя холодный, горячий способ или сделать вот такой абстрактный рисунок.
Его поможет сделать узелковый способ. Для него вам будут нужны:
- краска для батика;
- белые нитки;
- техническая миска;
- вода;
- кисть;
- хлопковая или шелковая ткань.
Завяжите узелки вот таким образом:
В поэтапном мастер-классе показано, как действовать дальше.
В такой технике можно сделать узоры не только на футболках, но и раскрасить леггинсы.
Посмотрите на несколько способов сворачивания полотна, чтобы сделать ткань батик.
На первом рисунке показано, что нужно сперва прошить наметкой, затем затянуть эту нить и накрутить ее на данное место. На втором рисунке уже 3 наметочных шва - два из них делают справа, а третий - слева. Останется затянуть нить, намотать ее, и можно красить ткань, чтобы получился батик.
Чтобы сложить полотно, как рис. 3, вам понадобятся:
- ткань;
- деревянная дощечка;
- нить;
- ножницы.
Следующий образец получается путем складывания полотна несколько раз и перевязывания веревкой крест-накрест.
Как нарисовать цветы?
Вы можете воспользоваться следующими идеями, когда будете создавать в технике батик детскую или взрослую одежду, полотно для декорирования помещения. Композиции из цветов прекрасно смотрятся на таких вещах.
- Чтобы нарисовать фиалку, сначала начертите окружность, чуть вытянутую к левому и правому краям.
- В ее центре обозначьте сердцевину, из которой наверх выходит маленький овал, который впоследствии будет цветоножкой. Не забудьте изобразить стебель.
- Вот как нарисовать цветы дальше. Изображаем 3 симметричных лепестка, а за двумя верхними - еще по одному.
- Нарисуем на одном стебле 2 зубчатых листа.
- Сотрите овал. Вот таким образом можно раскрасить ткань батик, нарисовав на ней фиалки.
- Начертите 3 овала разного размера. В центре каждого изобразите волнистую сердцевину цветка, а внизу - стебель.
- Теперь нужно нарисовать вокруг каждой сердцевины по цветку, а справа наверху – бутон.
- Изобразите стебли более объемными. Подрисуйте к каждому листья, нарисуйте их и вокруг цветков.
- Сотрите вспомогательные окружности.
На полотне нужно сразу рисовать букет цветов, без вспомогательных линий, поэтому лучше сначала потренируйтесь в этом на бумаге, а затем вы уже сможете создать детский батик или взрослый на ткани.
А вот как нарисовать розы.
Сначала на бумаге начертите несколько окружностей, затем преобразуйте каждую в многослойный распустившийся бутон. Поэтапные фото помогут в этом. Потренировавшись на бумаге, вы с первого раза нарисуете резервом розы на ткани и создадите красочное полотно в технике батик.
Оля, мне так понравилась твоя статья, она, как воспоминание, про то, как я училась батику. И я, как ты, впервые с ним познакомилась в 1992 году, мне было 16 лет. Точно с такими трубочками для резерва я и работала. 🙂
Скажите пожалуйста, можно ли использовать гаммовский резерв, если у него вышел срок годности? Он густоват, но если разбавить его бензином?
Отвечает:
Январь 29th, 2012 at 18:40
Лучше всего попробовать на отдельном лоскутке. Нарисуйте бублик, как высохнет — пробуйте водой.
У меня сейчас гаммовский от 2007 года — нормально. Испортился — если стал сильно жидким. А густым — не страшно, бензином разбавьте. Главное, не хранить резерв ниже 0 градусов. После замерзания он не пригоден. Вот жду весны, чтобы заказывать через интернет:)
Олеся отвечает:
Март 12th, 2012 at 4:49
дайте пожалуйста адресс интернет магазина с доставкой по РФ НАЛОЖЕННЫМ ПЛАТЕЖОМ,ГДЕ МОЖНО ЗАКАЗАТЬ КРАСКИ ПО ТКАНИ И ВИТРАЖНЫЕ ПРОЗРАЧНЫЕ
Резкий и стойкий запах резерва для холодного это действительно жесть)), парафин гораздо комфортнее..
Ольга,спасибо за полезные статьи.
«»»Для создания тонких цветных линий я пользуюсь обычной худож. масляной краской»»» Можно ли подробней? Если есть возможность,ответ напишите в почту [email protected]
Заранее спасибо!
Так какой же резерв для холодного батика не будет пропускать краску? чтобы заказать в интернете? (В нашем городке кроме тюбиков ничего не продается). Подскажите, пожалуйста. Самой варить не удастся: полон дом детей.
А если сломать носик у стеклянной трубки, можно ей после этого пользоваться?
Купила Резервирующий состав «гамма» а он оказался очень жидким, расплывается по ткани, оставляла открытым на ночь, потом на день, на два, он все равно жидкий как вода. что с ним делать? Раньше не покупала, у подружки брала она сама варила. не качественный может. они не все такие жидкие? можно ли его смешать с клеем резиновым?
Скажите пожалуйста, резервы не поменялись, то есть и сейчас продается резерв на бензиновой основе, он не смывается в воде, так? просто когда-то давно я покупала краски Гамма батик в инструкции было написано, что краски необходимо запарить, теперь, те же гамма батик, написано, что надо прогладить утюгом. А что с резервом, он не изменился?
Тот резерв, что был в наборе гаммы — он не изменился. И он весьма не плох, не считая его запаха. В воде не смывается, растворяется бензином. И с этим же резервом можно рисовать красками, которые закрепляются утюгом. Однако те краски, что запариваются тоже сейчас есть в продаже 😉 Появились новые резервы, которые растворяются водой. При росписи тоже растворяется и чудесно портят работу, потому как краску плохо держат. Не рекомендую 😉
Скажите, Ольга, что делать, если у детей в работе с батиком, после нанесения резерва, краска иногда протекает через резервную линию. В чем главные секреты хорошего качества резервной линии? Спасибо
Скажите,Ольга,пожайлуста,а можно ли добавить маслянную краску в резерв,который на водянной основе,что бы окрасить его?Так как не могу пользоваться пахучами резервами из аллергии.Спасибо.
Дарья, нельзя. Масляная краска Не разбавляется водой. Окрасить резерв водорастворимый можно краской для ткани. Которая для темных тканей, погуще. Но при этом понизится его стойкость к пропусканию краски. Она и так не высока у резервов на водной основе. Рисуйте тогда линию пошире. А лучше после росписи пройти линии цветным контуром уже готовым. Они ведь на водной основе и у вас не будет аллергии 🙂
Виды резервирования
Применяются четыре основных вида резервирования :
- Аппаратное резервирование, например, дублирование
- Информационное резервирование, например - методы обнаружения и коррекции ошибок
- Временное резервирование, например, методы альтернативной логики.
- Программное резервирование, применение независимых функционально равноценных программ
Резервирование в технических системах
Резервирование блока питания (дублирование).
Резервирование - метод повышения характеристик надёжности технических устройств или поддержания их на требуемом уровне посредством введения аппаратной избыточности за счет включения запасных (резервных) элементов и связей, дополнительных по сравнению с минимально необходимым для выполнения заданных функций в данных условиях работы.
Резервирование широко применяется на опасных производственных объектах , во многих случаях его необходимость диктуется требованиями промышленной безопасности или государственных правил и стандартов . Некоторые технические устройства изначально в своей конструкции предусматривают резервирование, например предохранительные клапаны непрямого действия - импульсные предохранительные устройства . Также резервирование широко используется в военной технике.
Резервирование - один из главных принципов обеспечения безопасности АЭС , наряду с физическим разделением и разнотипностью оборудования отвечающий за практическую реализацию важнейшего принципа единичного отказа . Системы, важные для безопасности АЭС (то есть очень многие), имеют трёхкратное резервирование, а в последних российских проектах , реализованных при строительстве Тяньваньской АЭС в Китае - четырёхкратное резервирование .
Элементы минимизированной структуры устройства, обеспечивающей его работоспособность , называются основными элементами ; резервными элементами называются элементы, предназначенные для обеспечения работоспособности устройства в случае отказа основных элементов. Резервирование в технологических системах классифицируют по ряду признаков, основные из которых - уровень резервирования, кратность резервирования, состояние резервных элементов до момента включения их в работу, возможность совместной работы основных и резервных элементов с общей нагрузкой, способ соединения основных и резервных элементов. В резервированом изделии отказ наступает тогда, когда выйдут из строя основное устройство (элемент) и все резервные устройства (элементы). Группа элементов считается резервированной, если отказ одного или нескольких её элементов не нарушает нормальной работы схемы (системы), а оставшиеся исправные элементы выполняют ту же заданную функцию. Такое резервирование называется функциональным резервированием .
- Кратность резервирования
- отношение числа резервных элементов к числу основных элементов устройства. Кратность резервирования принято обзначать m
. Например, если m
=3, то это означает что: основное устройство - одно, число резервирвных устройств - три, а общее число устройств равно (три плюс один) четырём. Если m
=4/2, то это означает резервирование с дробной кратностью, при котором число резервных устройста равно четырём, число основных - двум, а общее количество устройств - шести. Сократить дробь нельзя, так как если m
=4/2=2, то это резервирование с целой кратностью, при котором число резервных устройств - два, основое - одно, а общее количество устройств - три!
Однократное резервирование называется дублированием .
Использование облегчённого или ненагруженного резерва даёт возможность снизить расход энергии, потребляемой резервируемой системой и увеличить надежность аппаратуры (T ср р ненагр > T ср р обл > T ср р нагр), так как надёжность резервных устройств выше, чем основных. Однако следует учитывать, что перерыв на переключение с основного устройства на резервное допустим не во всех схемах.
- В зависимости от масштаба и принятой единицы резервирования различают:
- общий резерв , при котором резерв предусматривается на случай отказа объекта в целом, и
- раздельный (поэлементный) резерв
, при котором резервируются отдельные части объекта (блоки, узлы, элементы).
Частным случаем поэлементного резервирования является скользящее резервирование, которое можно использовать, если резервировать группу одинаковых элементов. - Возможно также сочетание общего и раздельного резервирования - так называемое смешанное резервирование .
Целесообразность применения резервирования определяется следующими факторами:
- исходным уровнем надёжности комплектующих изделий;
- заданным временем эксплуатации;
- наличием эффективной системы контроля и периодичностью проведения профилактики;
- возможностями использования менее избыточных методов повышения надёжности.
Анализ резервированных систем показывает, что интенсивность отказов резервированной системы быстро возрастает с течением времени, хотя интенсивность отказов нерезервированной системы от времени не зависит, из чего следует что наступает такой момент времени, после которого использование резервированной системы себя не оправдывает. Поэтому, если не учитывать особенности профилактики систем, то резервирование выгодно применять для систем кратковременого использования, а для критически важных систем и систем длительного использования использовать другие методы повышения надёжности. Методы резервирования, эффективные для цифровых систем непрерывного типа, могут оказаться малопригодными для систем с устройствами аналогового типа, для которых вследствие отсутствия взаимного влияния основного и резервного канала предпочтительна схема резервирования замещением. Таким образом, существующее разнообразие систем обуславливает затруднения построения общих конструктивных подходов и единых требованй по надёжности.
Эффективность резервирования принято оценивать при помощи коэффициента повышения надёжности γ , который определяют по показателям безотказности из соотношений:
γ p = P (t ) р / P (t ) γ Q = Q (t ) / Q (t ) р
где P (t ) р, Q (t ) р, - и вероятность отказа для резервируемой системы,
P (t ) и Q (t ) - вероятность безотказной работы и вероятность отказа для нерезервируемой системы.Общее резервирование системы
При общем резервировании резервируется вся система в целом. Общее резервирование, в зависимости от способа включения резервных устройств можно разделить на постоянное резервирование и резервирование замещением, при котором резервные изделия замещают основные только после отказа. При общем постоянном резервировании резервные устройства подключены к основному в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним режиме работы.
Постоянное резервирование
К преимуществам постоянного общего резервирования относятся:
- относительная простота построения схем;
- отсутствие даже кратковременного перерыва в работе при отказе от одного до m -1 элементов системы;
- отсутствие дополнительных подключаемых элементов, снижающих общую надёжность схемы.
Очевидные недостатки нагруженного резерва, кроме увеличения габаритов и массы системы, - повышенный расход энергии, а также то, что резервные элементы «стареют» одновременно с основными элементами системы. В случае общего резервирования системы, требуется полный состав записанных элементов. При общем постоянном резервировании может использоваться только нагруженный резерв.
Характеристики для случая резервированной системы при общем постоянном резервировании
Вероятность безотказной работы резервированной системы при общем постоянном резервировании с целой кратностью рассчитывается по формуле:
,где P (t
P (t ) = e -λt р - вероятность безотказной работынерезервированной системы при экспоненциальном законе распределения надёжности,
где T ср р - средняя наработка на отказ резервированной системы,
T ср - средняя наработка на отказ нерезервированной системы.
m = 1, получаем:
, .Таким образом, при дублировании (одно основное устройство резервируется одним резервным устройством), средняя наработка на отказ увеличивается в 1,5 раза.
Резервирование замещением
При резервировании замещением резервное устройство включается в работу системы при помощи автоматических устройств либо человеком-оператором вручную. При автоматическом включении требуется чрезвычайно высокая надёжность переключающих элементов. При большом количестве и невысокой надёжности этих дополнительных элементов, входящих в резервированную систему, её надёжность может понизиться по сравнению с надёжностью нерезервируемой системы. Кроме того, существует кратковременный перерыв, на время переключения на резервные устройства. При ручной замене отказавших элементов возрастает время переключения, но надежность человека-оператора, производящего переключение, может быть принята в расчётах за единицу.
При использовании нагруженного резерва запасные резервные элементы находятся в том же режиме работы, что и основные элементы (независимо от того, участвуют они в работе схемы или нет) и если при этом основной и резервный элемент идентичны, то интенсивности их отказов совпадают и надёжность основного и резервного устройств одинакова, и поэтому, если не учитывать надёжность автоматических переключающих устройств, характеристики надёжности рассчитываются по тем же формулам, что и для общего постоянного резервирования.
При использовании ненагруженного резерва, запасные резервные элементы до момента их включения в работу системы полностью отключены. В этом случае резервные устройства имеют самую высокую надёжность по сравнению с основными элементами, поэтому общее резервирование замещением с использованием ненагруженного резерва обеспечивают наилучшие показатели надёжности для случая общего резервирования.
Характеристики для случая общего резервирования замещением с использованием ненагруженного резерва. ,
где P (t ) р - вероятность безотказной работы резервированной системы
P (t ) - вероятность безотказной работы нерезервированной системы,m - кратность резервирования.
где P
(t
) р и P
(t
) р - средняя наработка на отказ резервированной и нерезервированной систем,
T ср р и T ср - средняя наработка на отказ резервированной и нерезервированной систем, m - кратность резервирования.
Для наиболее простого случая, когда m = 1, получаем:
, .Таким образом, при использовании ненагруженного резерва средняя наработка на отказ увеличивается минимум в два раза.
Раздельное резервирование
При раздельном способе резервирования, вводится индивидуальный резерв для каждой части неизбыточной системы. Раздельное резервирование бывает общим и замещением. При раздельном замещении отказ системы может произойти только тогда, когда отказ дважды подряд произойдёт в одном и том же устройстве (m=1), что маловероятно. Для оценки надёжности при раздельном резервировании используется сложный, специфический математический аппарат. В целом, математический анализ показывает, что наиболее высокие показатели надёжности можно получить в случае построения систем с использованием раздельного резервирования замещением ненагруженным резервом.
Резервирование в биологических системах
- Животные, находящиеся близко к началу пищевых цепочек, используют механизм резервирования, обеспечивающий воспроизведение вида - многочисленное потомство. Травоядные животные, являющиеся кормом для хищников, обычно имеют более многочисленное потомство, чем хищники.
- Человеческий организм дает достаточно большое количество примеров резервирования внешних и внутренних органов. Примеры дублирования внешних органов - глаза, уши, руки, ноздри. Пример резервирования внутренних органов человека - дублирование половых желез, почки. Резервирование создает новые функциональные возможности. Дублирование глаз (разнесенных на некоторое расстояние) позволяет реализовать стереоскопическое зрение , то есть определять расстояние до объекта, дублирование ушей - определять направление на источник звука (бинауральный эффект).
Изучением резервирования в биологических системах занимается прикладная наука бионика .
Резервирование в организационных системах
Расчет вероятности отказа системы
Каждый элемент резервирования уменьшает вероятность отказа узла в соответствии с формулой:
, где:Формула предполагает независимый отказ элементов. Это значит, что вероятность отказа элемента i одинаковая как при отказавшем элементе j, так и при исправном для всех ≠ . Эта формула не всегда применима, например, в случае параллельного подключения двух источников питания вероятности отличаются.
Также предполагается, что для работы узла достаточно одного (любого) элемента. В случае, если для работоспособности узла необходимо элементов из имеющихся , вероятность отказа равна:
При условии, что все элементы имеют одинаковую вероятность отказа .
Число сочетаний из по равно биномиальному коэффициенту
Модель подразумевает, что отказавшие элементы не заменяются, а устройство обеспечения резервирования имеет нулевую вероятность отказа.
См. также
Примечания
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Резервирование" в других словарях:
резервирование - Применение дополнительных устройств и систем или элементов устройств и систем оборудования для того, чтобы в случае отказа одного из них выполнять требуемую функцию в распоряжении имелось другое устройство (или элемент устройства), готовое… …
резервирование - я, ср. reserver. Действие по знач. гл. резервировать. Резервирование в ситцепечатании. ТЭ 1933 21 16. Лекс. Толль Прил. 1866: резервирование … Исторический словарь галлицизмов русского языка
В технике метод повышения надежности технического объекта посредством введения в его состав дополнительных устройств, узлов и связей, предназначенных для быстрой замены (автоматически или вручную) вышедших из строя аналогичных им элементов… … Большой Энциклопедический словарь
Сохранение; фиксированное распределение, бронирование; резервация, оставление, зарезервирование, прибережение Словарь русских синонимов. резервирование сущ., кол во синонимов: 6 бронирование (4) … Словарь синонимов
Redundancy использование большего, чем минимально необходимо, количества элементов или систем таким образом, что выход из строя любого из них не приводит к утрате требуемой функции всего целого. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом,… … Термины атомной энергетики
- (от лат. reservare сохранять) 1) сохранение ресурсов про запас, в резерве; 2) оставление за собой права вернуться к какому либо вопросу. Райзберг Б.А., Лозовский Л.Ш., Стародубцева Е.Б.. Современный экономический словарь. 2 е изд., испр. М.:… … Экономический словарь
резервирование 1+1 - Механизм резервирования, в котором трафик дублируется в резервном канале (постоянно подключенном). Канал, соединяющий платформы, выполняет переключение трафика между рабочим и резервным каналами (МСЭ Т Y.1720). }
