Избыточность и резервирование

Избыточность — основной метод повышения надежности сложных систем. На стадии проектирования систем предусматривается создание запаса по основным параметрам, обусловливающим надежность: прочно­сти, жесткости, износостойкости, виброустойчивости, теплостойкости и др. В результате избыточности достижение предельных значений домини­рующих параметров при работе изделия отдаляется. Наступление отказа как бы искусственно «сдвигается» во времени, т. е. в конструкции на ста­дии проектирования заранее закладывается завышенная наработка на от­каз. При создании надежных систем принцип избыточности проявляется в том, что ресурс изделия устанавливают намного ниже среднего срока служ­бы до отказа. Недоиспользование потенциальной долговечности изделия дает гарантию его безотказной работы.

Частным случаем избыточности является резервирование, т. е. со­здание и включение в схему АС дублирующих элементов. При выходе из строя (или отказе) одного из элементов дублер выполняет его функции и узел продолжает нормально функцио­нировать. Резервирование значитель­но повышает надежность систем.

Есть два вида резервирования — с нагруженными и ненагруженными ре­зервными элементами (рис. 3.13). При нагруженном резервировании резервные элементы постоянно присоединены к основным и находятся в одинаковом с ними режиме работы (рис. 3.13, а).

В этом случае отказ системы — сложное событие, которое будет иметь место при условии отказа всех элементов. Вероятность появления одно­временно всех отказов F(t) по теореме умножения равна произведению:

Вероятность безотказной работы

Если вероятность безотказной работы каждого элемента Р_i = 0,9 и п = 3, то получим:

Таким образом, вероятность безотказной работы резко (на три по­рядка) повысилась. Используя принцип резервирования, возможно со­здавать надежные системы из ненадежных элементов.

При ненагруженном резервировании резервные цепи (элементы) на­ходятся в отключенном состоянии и включаются лишь в случае отказа основной цепи (рис. 3.13, б). В этом случае надо вначале обнаружить отказ, а затем — включить резерв.