Резервирование бытовых и технических объектов реферат

Обновлено: 04.07.2024

Резервирование является универсальным принципом обеспечения надёжности, широко применяемым в природе, технике и технологии, впоследствии распространившимся и на другие стороны человеческой жизни.

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 — 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.

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 резервированном 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 обозначать m. Например, если m=3, то это означает что: основное устройство — одно, число резервных 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 устройства равно четырём, число основных — двум, а общее количество устройств — шести.
  Однократное резервирование называется дублированием.

• По состоянию резервных элементов до момента включения их в работу различают:
  • нагруженный (горячий) резерв — резервные элементы нагружены так же, как и основные;
  • облегчённый (ждущий) резерв — резервные элементы нагружены меньше, чем основные;
  • ненагруженный (холодный) резерв — резервные элементы практически не несут нагрузки.

  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 кратковременного 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 требований по надёжности.

    Эффективность резервирования принято оценивать при помощи коэффициента повышения надёжности, который определяют по показателям безотказности.

    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.

    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.

    Раздельное резервирование

    При раздельном способе резервирования вводится индивидуальный резерв для каждой части неизбыточной системы. Раздельное резервирование бывает общим и замещающим. При раздельном замещении отказ системы может произойти только тогда, когда отказ дважды подряд произойдёт в одном и том же устройстве, что маловероятно.

    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.

    принципа единичного отказа

    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 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 .

    • По состоянию резервных элементов до момента включения их в работу различают резерв нагруженный (горячий) — резервные элементы нагружены так же, как и основные; облегчённый (ждущий) — резервные элементы нагружены меньше, чем основные; и ненагруженный (холодный) — резервные элементы практически не несут нагрузки [3] . Использование облегчённого или ненагруженного резерва даёт возможность снизить расход энегрии, 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 , при котором резерв предусматривается на случай отказа объекта в целом, и раздельный (поэлементный) , при котором резервируются отдельные части объекта (блоки, узлы, элементы); возможно также сочетание общего и раздельного резервирования — так называемое смешанное резервирование. Частным случаем поэлементного резервирования является скользящее резервирование, которое можно использовать, если резервировать группу одинаковых элементов.

    Целесообразность применения резервирования определяется следующими факторами:

    Автоматическое включение резервного питания

    . устройства автоматического включения резервного источника (УАВР). С помощью УАВР можно восстановить питание на любом из вводов при помощи их взаимного резервирования. Применяют различные схемы . включением АВР вызовет значительный перегруз существующего оборудования. Автоматическое включение резервного питания и оборудования линий, силовых трансформаторов, генераторов, электродвигателей, . например . числа .

    • 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 , P (t ) и Q (t ) — вероятность безотказной работы и вероятность отказа для резервируемой и нерезервируемой систем соответственно.

    2.1. 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.

    Российские системы сертификации продукции, работ и услуг

    . литературы. Глава 1. Сущность и роль сертификации в России 1.1 Основные понятия сертификации К объектам сертификации относятся продукция, услуги, работы, системы качества, персонал, рабочие места и пр. . В сертификации продукции, услуг и иных объектов .

    2.1.1. 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.

    Характеристики для случая резервированной системы при общем постоянном резервировании

    Вероятность безотказной работы резервированной системы при общем постоянном резервировании с целой кратностью рассчитывается по формуле:

    P (t )_p = 1 − [1 − P (t )] m + 1 ,

    где P (t )_р — вероятность безотказной работы резервированной системы

    
    

    P (t ) = e -λt _р — вероятность безотказной работы нерезервированной системы при экспоненциальном законе распределения надёжности, m — кратность резервирования.

    где T _{ср р} — средняя наработка на отказ резервированной системы,

    T _ср — средняя наработка на отказ нерезервированной системы.

    Для наиболее простого случая, когда m = 1, получаем:

    
    

    P (t )_p = 1 − [1 − P (t )] 2 , .

    Таким образом, при дублировании (одно основное устройство резервируется одним резервным устройством), средняя наработка на отказ увеличивается в 1,5 раза.

    2.1.2. 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.

    Надёжность систем автоматизации

    В реферате рассмотрены теоретические основы теории надёжности, методы расчета надежности технических систем, виды отказов САУ и ТСА, методы повышения надежности, а также причины, вызывающие отказы САУ. Основной целью реферата является формирование представления о надежности системы управления .

    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.

    2.2. 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.

    3. 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).

    Разработка мероприятий по повышению надежности системы управления .

    . системы управления вертолета Ми-8Т 2.1 Оценка показателей надежности системы управления вертолета Ми-8Т 2.1.1 Параметр потока отказов 2.1.2 Вероятность безотказной работы 2.1.3 Налет на отказ общий 2.1.4 Построение зависимостей вероятности безотказной работы и вероятности появления отказа . ее специалистами. Глава 1. Теоретические основы дипломного проектирования 1. 1. 1.1 Основные понятия .

    Изучением резервирования в биологических системах занимается прикладная наука бионика. [4]

    4. Резервирование в организационных системах

    5. Расчет вероятности отказа системы

    Каждый элемент резервирования уменьшает вероятность отказа узла в соответствии с формулой:

    • m — число резервных элементов (кратность резервирования)
    • q_i — вероятность отказа элемента i
    • Q — вероятность отказа узла из n элементов (вероятность отказа всех элементов)

    Формула предполагает независимый отказ элементов. Это значит, что вероятность отказа элемента i одинаковая как при отказавшем элементе j, так и при исправном для всех i ≠ j . 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 m элементов из имеющихся n , вероятность отказа равна:

    
    

    , при условии, что все элементы имеют одинаковую вероятность отказа q .

    Число сочетаний из a по b

    
    

    Модель подразумевает, что отказавшие элементы не заменяются, а устройство обеспечения резервирования имеет нулевую вероятность отказа.

    Данный реферат составлен на основе .

    Примеры похожих учебных работ

    Автоматическая система управления приточно-вытяжной вентиляции

    . и вентиляции и специалистами по автоматизации. При таком подходе учитываются как требования к системе автоматизации, так . точность поддержания регулирующих параметров и надежность работы системы; уменьшить габариты средств управления; упростить монтаж .

    Надёжность систем автоматизации

    . теории надёжности, методы расчета надежности технических систем, виды отказов САУ и ТСА, методы повышения надежности, а также причины, вызывающие отказы САУ. Основной целью реферата является формирование представления о надежности системы управления .

    Разработка мероприятий по повышению надежности системы управления вертолета Ми-8Т

    . решение позволит существенно улучшить показатели использования вертолетов, надежности работы их систем и изделий, регулярности полетов, . ее специалистами. Глава 1. Теоретические основы дипломного проектирования 1. 1. 1.1 Основные понятия .

    Надежности систем энергообеспечения предприятий

    . течение времени соответственно . Такую же надёжность имеют элементы обеих резервных систем. Вероятность безотказной работы основной системы (и каждой из резервных) Вероятность отказа основной системы находят как вероятность противоположного события, .

    Системы бесперебойного электроснабжения

    Резервирование - метод повышения надежности объекта 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.

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

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

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

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

    Виды резервирования

    Структурное (элементное) резервирование - метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточных элементов, входящих в физическую структуру объекта. Обеспечивается подключением к основной аппаратуре резервной таким образом, чтобы при отказе основной аппаратуры резервная продолжала выполнять ее функции.

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

    Временное резервирование - метод повышения надежности объекта, 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 объекта.

    Информационное резервирование - метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточной информации сверх минимально необходимой для выполнения задач.
    Нагрузочное резервирование - метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование способности его элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх номинальных.
    С позиций расчета и обеспечения надежности технических систем необходимо рассматривать структурное резервирование.

    4.4.2. Способы структурного резервирования
    
    По способу подключения резервных элементов и устройств различают следующие способы резервирования (рис. 4.4.1).

    
    

    Рис. 4.4.1. Способы структурного резервирования
    
    Резервирование раздельное (поэлементное) с постоянным включением резервных элементов (рис. 4.4.2).
    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. 4.4.3). Это такой способ резервирования, при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы.

    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.

    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 трем.

    При включении резерва по способу замещения резервные элементы до момента включения в работу могут находиться в трех состояниях:
    - нагруженном резерве;
    - облегченном резерве;
    - ненагруженном резерве.
    Нагруженный резерв - резервный элемент, находящийся в том же режиме, что и основной.
    Облегченный резерв - резервный элемент, находящийся в менее нагруженном режиме, чем основной.
    Ненагруженный резерв - резервный элемент, практически не несущий нагрузок.
    Резервирование общее с постоянным подключением, либо с замещением (рис. 4.4.4). В этом случае резервируется объект в целом, а в качестве резервного - используется аналогичное сложное устройство. Этот способ менее экономен, чем раздельное резервирование. При отказе, например, первого основного элемента возникает необходимость подключать всю технологическую резервную цепочку.

    
    

    Рис. 4.4.4. Резервирование общее

    Резервирование мажоритарное ("голосование" n из m элементов) (рис. 4.4.5). 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. 4.4.5 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.

    Определение понятий "резерв", "резервирование". Надежность резервируемых систем, классификация методов резервирования. Характеристика и особенности постоянного и динамического резервирования. Схема общего резервирования, ее преимущества и недостатки.

    Рубрика	Производство и технологии
    Вид	реферат
    Язык	русский
    Дата добавления	13.01.2015
    Размер файла	30,2 K

    Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

    Надежность резервируемых систем

    Классификация методов резервирования

    Введение

    Во многих случаях требования надежности системы, обусловленные необходимостью обеспечить заданную ее безотказность, таковы, что на этапе проектирования методами и групп их обеспечить не удается. В этих случаях, как правило, вводят избыточность, или резервирование.

    Резервирование является универсальным принципом обеспечения надёжности, широко применяемым в природе, технике и технологии, впоследствии распространившимся и на другие стороны человеческой жизни. резервирование резерв динамический

    Надежность резервируемых систем

    Резервирование - это применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

    Термин резерв определяется как "совокупность дополнительных средств и (или) возможностей, используемых для резервирования".

    Резервируемые системы отличаются одна от другой в первую очередь реакцией системы на появление отказа. С этой точки зрения различаются следующие два метода резервирования: постоянное резервирование и динамическое резервирование.

    Постоянное резервирование - резервирование без перестройки структуры объекта при возникновении отказа его элемента.

    Динамическое резервирование - резервирование с перестройкой структуры объекта при возникновении отказа его элемента.

    Постоянное резервирование

    Постоянное резервирование заключается в том, что отказ одного или нескольких элементов резервированной системы, в целом, не влияет на ее работу. Элементы соединены постоянно, перестроения схемы не происходит. При создании таких систем необходимо учитывать различные последствия, к которым приводит отказ элементов.

    Схема этого метода резервирования представлена на рис. 1

    Резервируемые элементы соединены параллельно с основным в течение всего периода работы. Элементы соединены постоянно. Отказавшие элементы не отключаются. Перестройки схемы не происходит.

    ь Преимуществом данной схемы является ее простота и отсутствие перерывов в работе.

    ь Недостатком - повышенный расход ресурса резервных элементов, т.к. они находятся в рабочем режиме постоянно.

    Такой метод наиболее целесообразен при резервировании небольших элементов (реле, сопротивлений, небольших схем и т.д.)

    Различают общее и раздельное резервирование.

    Общее резервирование - это резервирование, при котором резервируемым элементом является объект в целом.

    Схема общего резервирования представлена на рис. 2.

    Раздельное резервирование - это резервирование, при котором резервируемыми являются отдельные элементы или их группы. Схема раздельного резервирования представлена на рис. 3.

    В первом случае для отказа основной системы достаточно, чтобы в каждой цепи отказал один элемент. Во втором случае отказ системы наступает при отказе, какого либо элемента из основной цепи и всех резервных.

    С целью сравнения различных методов резервирования и выбора оптимального с точки зрения получения наиболее надежной системы, либо количества элементов, либо другого критерия производится расчет и сравнение различных видов резервирования.

    Сравним два вида резервирования системы, общее и раздельное. Примем, что все элементы одинаковые и имеют вероятность отказа равную q.

    ь Тогда для общего резервирования.

    Вероятность отказа основной системы определяется следующим образом

    Вероятность отказа резервированной системы Q_ор будет равна

    ь В случае раздельного резервирования.

    Если вероятность отказа очень мала то, разложив правые части формул в ряды по степеням n и пренебрегая членами с q в степени выше единицы, получим:

    Определим выигрыш, по надежности получаемый при различных видах резервирования

    Таким образом, раздельное резервирование дает больший выигрыш, чем общее в раз (по вероятности отказа).

    Динамическое резервирование

    Динамическое резервирование - это такое резервирование, когда при появление отказа элемента система перестраивается и восстанавливает свою работоспособность. Происходит как бы "саморемонт" системы. Такой метод связан с применением переключателей, которые отключают поврежденный участок и включают резервный.

    Схема этого метода резервирования приведена на рис. 4.

    Резервные элементы до момента включения могут находиться в различных состояниях. При отказе основного элемента, резервный подключается в работу с помощью переключателя.

    При таком методе резервирования также может быть как общее, так и раздельное резервирование.

    Преимущество - более высокая надежность системы по сравнению с постоянным резервированием.

    Недостаток - наличие переключателей имеющих определенную надежность, которую необходимо учитывать.

    В системах динамического резервирования определенное значение имеют условия работы резерва до появления отказа. Различают следующие условия работы резерва.

    Нагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента.

    Облегченный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной.

    Ненагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функций основного элемента.

    Одним из видов динамического резервирования является скользящее резервирование.

    Скользящее резервирование - это резервирование, при котором группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе.

    Скользящее резервирование применяется в системах, состоящих из одинаковых элементов. Оно заключается в том, что используется небольшое число резервных элементов, которые могут подключаться в замен любого из отказавших элементов основной системы. Схема скользящего резервирования представлена на рис. 5

    Таким способом резервируют либо отдельные элементы, либо блоки, либо всю систему в целом.

    Классификация методов резервирования

    Классификация существующих методов резервирования представлена на рис.

    Резервирование

    По виду избыточности

    По состоянию резерва

    По характеристике восстанавливаемости резерва

    По кратности

    По характеристике включения

    Выше мы описали существо видов избыточности. Отметим, что в настоящее время в технических системах наибольшее распространение получила структурная избыточность.

    Сущность структурного резервирования заключается в том, что к основному элементу (т.е минимально необходимому для выполнения заданных функций) присоединяют один или несколько дополнительных (резервных) элементов, предназначенных для обеспечения работоспособности объекта в случае отказа основного элемента).

    По объему резервирования различают следующие виды;

    - общее, предусматривающее резервирование объекта целиком

    - раздельное, при котором резервируется отдельное элементы или их группы

    - смешанное, совмещающее различные виды резервирования.

    Резерв так же, как и технические системы, может быть восстанавливаемым и невосстанавливаемым. Первый из указанных применятся на обслуживаемых системах, причем стратегия его восстановления строится таким образом, чтобы безопасность системы не уменьшалась ниже заданного уровня. На обслуживаемых системах (невозвращаемые космические аппараты, автоматические метеостанции и др.) резерв, как правило, используется полностью и восстановлению не подлежит.

    Резервирующие элементы могут находиться в различных режимах:

    Нагруженном, облегченном и ненагруженном.

    При ненагруженном режиме резервирующие элементы находятся в том же состоянии, что и основной элемент, т.е все элементы работают одновременно в одинаковых условиях.

    Облегченный режим резерва означает, что нагрузка резервирующих элементов меньше, чем у основного элемента.

    Ненагруженный резерв сводится к ситуации, в которой резервирующие элементы не имеют нагрузки до тех пор, пока не откажет основной элемент.

    По характеру подключения различают:

    - постоянное резервирование, при котором резервные элементы участвуют в функционировании объекта наравне с основными:

    - замещением, когда функция основного элемента передается резервному только после отказа основного

    - скользящее, при котором любой отказавший элемент может быть заменен резервным.

    Основой резервирования является введение избыточности: дополнительных элементов, времени, информации, запасов продукции, запасов производительности, алгоритмической гибкости и пр. В связи с этим по источнику и физической природе можно различать следующие виды избыточности: структурную, временную, функциональную, информационную, нагрузочную, алгоритмическую, программную, режимную. Введение избыточности еще не создает резерва и не обязательно приводит к повышению надежности.

    Чтобы введение избыточности приводило к резервированию, требуется выполнение ряда

    Дополнительных условий и технических мероприятий:

    - проведения контроля работоспособности и технического состояния аппаратуры и оборудования;

    - установки переключателей резерва, удовлетворяющих определенным требованиям по времени срабатывания и надежности;

    - динамического перераспределения функциональной нагрузки элементов при изменении структуры системы, обеспечения возможности распараллеливания работ в системах с параллельной структурой;

    - включения в состав систем алгоритмов и средств реконфигурации (перестройки структуры), позволяющих организовать работоспособные ресурсы для выполнения задания.

    Резервирование во всех системах связано с ростом суммарного потока отказов. Повышая нормируемый показатель надежности, оно приводит к увеличению не только стоимости изделия, габаритно-весовых характеристик, энергопотребления и некоторых других характеристик, но и к росту эксплуатационных расходов и потребления запасных элементов, увеличению обслуживающего и ремонтного персонала. Поэтому резервирование следует рассматривать как вынужденное средство повышения надежности, когда и другие возможности.

    Список литературы:

    1. Ушаков И.А. Курс теории надежности систем / И.А. Ушаков - Учебное пособие. М.: Дрофа, 2008 г.

    2. Острейковский В.А. Теория надежности: / В.А Острейковский - Учебное пособие. М.: Высшая школа, 2003г.

    3. Н.А. Шишонка. Основы теории надежности./ Учебное пособие. 2000 г.

    Подобные документы

    Анализ изменения вероятности безотказной работы системы от времени наработки. Понятие процентной наработки технической системы, особенности обеспечения ее увеличения за счет повышения надежности элементов и структурного резервирования элементов системы.

    контрольная работа [558,6 K], добавлен 16.04.2010
    

    Определение модели вероятности отказов для резистора и конденсатора, расчет коэффициентов нагрузки и суммарной эксплуатационной интенсивности отказов с целью оценки показателей безотказности функционального узла РЭУ при наличии постоянного резервирования.

    курсовая работа [158,7 K], добавлен 05.07.2010
    

    Исследование сущности матричного метода расчета надежности автоматизированных систем. Определение вероятности отсутствия отказов элементов. Практическая реализация оптимального резервирования. Анализ различных подходов и классификаций ошибок персонала.

    контрольная работа [1008,0 K], добавлен 02.04.2016
    

    Основные количественные показатели надежности технических систем. Методы повышения надежности. Расчет структурной схемы надёжности системы. Расчет для системы с увеличенной надежностью элементов. Расчет для системы со структурным резервированием.

    курсовая работа [129,7 K], добавлен 01.12.2014
    

    Место вопросов надежности изделий в системе управления качеством. Структура системы обеспечения надежности на базе стандартизации. Методы оценки и повышения надежности технологических систем. Предпосылки современного развития работ по теории надежности.

    Для современной техники характерны такие тенденции развития, как увеличение степени автоматизации, повышением нагрузок, скоростей, температур, давления, уменьшения габаритов и массы, повышения требований к точности функциональности и эффективности и т.д. Повышение сложности и усиление технических требований неизбежно приводит к необходимости повышения требований к надежности и долговечности техники.

    Прикрепленные файлы: 1 файл

    реферат.docx

    ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

    Государственное образовательное учреждение

    высшего профессионального образования

    Сибирский государственный университет

    имени академика М. Ф. Решетнева

    НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ

    2. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ………..………………………………………………… …………. 6

    3. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ……..………………8

    4. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ…………

    Для современной техники характерны такие тенденции развития, как увеличение степени автоматизации, повышением нагрузок, скоростей, температур, давления, уменьшения габаритов и массы, повышения требований к точности функциональности и эффективности и т.д. Повышение сложности и усиление технических требований неизбежно приводит к необходимости повышения требований к надежности и долговечности техники.

    Однако в настоящее время в инженерной практике расчеты технических объектов на надежность, как правило, не производятся. Такое положение объясняется, во-первых, сложностью и объемом вычислений и, во-вторых, отсутствием алгоритмов автоматизированного расчета с использованием средств вычислительной техники.

    Методы теории надежности позволяют определить уровень качества проектируемой техники, определить ожидаемую реальную эффективность функционирования, оценить риск выхода из строя, организовать оптимальное техническое обслуживание и снизить эксплуатационные затраты.

    Достоверное суждение о надежности проектируемой и выпускаемой техники возможно только на основе экспериментального исследования реальных образцов серийной продукции в реальных эксплуатационных условиях. Решение этой задачи является сущностью экспериментальных исследований и испытаний на надежность.

    Поэтому, повышение надежности машин – одна из важнейших задач современности.

    Надежность машин необходима для повышения уровня автоматизации, уменьшения огромных затрат на ремонт и убытков от простоев машин, обеспечения безопасности людей.[2]

    Надёжность (англ. reliability) — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания и транспортирования (ГОСТ 27.002-89).

    Первостепенное значение надежности в технике связано с тем, что уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизация производства, интенсификация рабочих процессов и транспорта, экономии материалов и энергии.

    Надежность – одна из основных характеристик качества любой технической системы, поэтому проблемы качества и эффективности оборудования или производства в целом невозможно решить без повышения надежности. Кроме того проблемы надежности промышленного оборудования, тесно связанные с проблемами промышленной безопасности, риска аварий и техногенных катастроф, в условиях экономического спада продолжают усложняться. Отсутствие целенаправленной инвестиционной политики, своевременной замены, восстановления и модернизации оборудования приводит не только к моральному, но и физическому износу и старению оборудования, что негативно сказывается на безопасности производства.

    При эксплуатации и техническом использовании объекта, планировании производства, разработке системы технического обслуживания и ремонтов, снабжения запасными частями наиболее важными являются показатели безотказности – свойства объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Основные показатели безотказности – вероятностные переменные.

    Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает. Вероятность безотказной работы технического объекта и характер ее изменения во времени зависят, в первую очередь, от его структуры, надежности составных частей и характера их взаимодействия друг с другом. Иногда безотказность объекта удобнее оценивать вероятностью отказа – вероятностью того, что в пределах данной наработки объект откажет хотя бы один раз. Очевидно, вероятности отказа и безотказной работы в сумме равны единице или 100%.

    Наработка до отказа (между отказами) – наработка объекта от начала его эксплуатации до первого отказа или от восстановления работоспособности после предыдущего отказа до следующего отказа. Средняя наработка до отказа (между отказами) – математическое ожидание наработки до отказа (между отказами). Наработка выражается либо в единицах времени, либо в единицах объема выполненной объектом работы (например, в единицах выпущенной продукции).[1]

    Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа. Интенсивность отказов выражается в единицах, обратных единицам изменения наработки.

    В зависимости от назначения, характера протекающих процессов, испытываемых нагрузок и положения в структуре технической системы могут использоваться различные методы повышения надежности элементов:

    - разработка или выбор высоконадежных деталей, узлов, комплектующих и других составных частей элементов и систем;

    - оптимизация режимов функционирования элементов;

    - стандартизация и унификация деталей, узлов и единиц оборудования;

    - защита элементов от перегрузок;

    - защита элементов от неблагоприятного воздействия перерабатываемых веществ и окружающей среды;

    - создание автоматизированных систем управления и контроля;

    - разработка и проведение научно обоснованной системы технического обслуживания и ремонта;

    - автоматизация и роботомеханизация процессов изготовления деталей, узлов и единиц оборудования;

    - контроль качества изготовления;

    - контроль качества сборки, монтажа, ремонта и т.д.[4]

    Эффект увеличения надежности технической системы, достигаемый повышением надежности элементов, тем значительнее, чем сложнее структура системы и чем больше в ней элементов. Однако чаще всего более надежные элементы имеют большие габариты и массу, более сложную собственную структуру и, как правило, более высокую стоимость. Кроме того, осуществление некоторых методов повышения надежности элементов требует проведения достаточно сложных конструктивных, технологических, эксплуатационных и организационных мероприятий. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо соотнести полезный эффект от повышения надежности элемента с затратами на ее осуществление.

    Часто, однако, использование методов повышения надежности элементов не дает значительного эффекта или неосуществимо по различным причинам. В этих случаях повышение надежности технической системы возможно только в результате изменения ее структурной схемы.[1]

    Для ряда технических систем теоретически возможно повышение надежности за счет сокращения числа элементов. Например, для системы с последовательным соединением десяти элементов при р=0,99 уменьшение числа элементов в два раза уменьшает вероятность ее отказа также примерно в два раза (с 9,6% до 4,9%). Сокращение числа элементов может достигаться за счет упрощения структуры технической системы или совмещения функций нескольких элементов в одном. Однако такой способ повышения надежности системы имеет очень ограниченное применение.

    Перестройка структуры технической системы с целью повышения ее надежности, как правило, означает изменение ее функциональной и конструктивной схемы (за исключением структурного резервирования) и возможно лишь в исключительных случаях.

    Если конструктивные, технологические, эксплуатационные и организационные мероприятия по повышению надежности системы за счет повышения надежности ее элементов не дают желаемого эффекта или вообще неосуществимы, могут использоваться различные способы резервирования.

    Резервирование – применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких элементов. К таким средствам и возможностям относятся функциональные, алгоритмические, программные и информационные резервы, использование избытка времени, запасов нагрузочной способности элементов и т.д., а также введение в структуру схемы резервных элементов. В соответствии с этим различаются несколько видов резервирования.[3]

    Временное резервирование (с применением резервов времени) реализуется с использованием следующих приемов:

    - увеличение расчетного времени функционирования, необходимого для выполнения поставленной задачи или выпуска заданного объема продукции;

    - разработка оборудования на большее, чем расчетное, значение производительности;

    - введение в структуру системы промежуточных накопителей продукции;

    - обеспечение функциональной инерционности элементов системы.

    Использование временного резервирования может обеспечить безостановочную работу системы при отказе некоторых ее элементов на время, необходимое для их восстановления или замены. Не изменяя вероятности безотказной работы системы, временное резервирование улучшает комплексные показатели надежности.

    Информационное резервирование (с применением резервов информации) применяется в объектах, в которых возникновение отказа приводит к потере или искажению обрабатываемой или передаваемой информации (в системах контроля, диагностики и управления, в вычислительной технике и т.д.).

    Используются следующие приемы информационного резервирования:

    - многократная передача информации по одному каналу;

    - параллельна передача информации по нескольким каналам;

    - замена полной информации кодированной.

    Функциональное резервирование (с использованием функциональных резервов) предусматривает использование способности элементов выполнять дополнительные избыточные функции (например, резервирование нескольких специализированных станков одним универсальным).

    Нагрузочное резервирование (с применением нагрузочных резервов) заключается в обеспечение оптимальных запасов способности элементов выдерживать действующие на них нагрузки или введение в объект дополнительных защитных или разгружающих элементов для защиты основных элементов от нагрузок (например, использование коэффициентов запаса прочности, использование предохранительных устройств).

    Читайте также:

      
    • Лицевая боль неврология реферат
      
    • Алхимия и ее влияние на развитие фармации реферат
      
    • Экологические требования к хозяйственной деятельности реферат
      
    • Использование архивных документов реферат
      
    • Құжаттардың түрлері мен жіктелуін сипаттау реферат