Резервирование в технических системах

Во многих случаях к техническим системам и устройствам предъявляются очень строгие требования по безотказности.

Одни устройства нельзя останавливать из-за опасности, грозящей людям, работающим на этих устройствах или с помощью этих устройств. Например, системы воздухоснабжения и водоотлива в шахтах. Остановка систем воздухоснабжения или водоотлива грозит большими жертвами и поэтому недопустима.

Другие устройства нецелесообразно, останавливать или допускать самопроизвольную остановку из-за большого экономического ущерба. К ним можно отнести некоторые системы электроснабжения, авиатехнику (самолеты, вертолеты и др.), и некоторые другие.

Третьи устройства должны быть безотказными в течение заданного периода времени из соображений (военных) оборонных. К ним относится большинство видов военной техники.

Все вышеизложенное заставляет искать пути повышения надежности и долговечности устройств до заданного уровня.

Одним из таких путей является резервирование элементов, частей систем и систем в целом. Сущность резервирования заключается в том, что к элементу (блоку, системе) присоединяются один или несколько запасных (резервных) элементов (блоков, систем), которые по мере возникновения отказов подключаются на место основного и выполняют его функцию.

Резервирование является одним из основных методов повышения надежности технических устройств, который позволяет, по крайней мере теоретически, повышать надежность изделия до сколь угодно большого уровня.

Совокупность основного и резервных элементов называется резервной группой.

В зависимости от того, в каком состоянии находятся резервные элементы или устройства до момента их включения в работу, различают три вида резерва.

1. Нагруженный резерв. Резервные элементы находятся в том же режиме, что и основной элемент, их надежность не зависит от того, в какой момент они включились на место основного.

Например: дополнительные ведущие оси у автотягачей, когда они постоянно в работе, спаренные задние колеса автомобиля и др.

2. Ненагруженный резерв. Резервные элементы находятся в выключенном состоянии и до момента их включения находятся в исправном состоянии.

Пример: аварийные насосы в шахтах, запасной парашют, аварийные трансформаторы, компрессоры и т.д.

3. Облегченный резерв. Резервные элементы находятся в облегченном режиме до момента их включения на место основного. Во время ожидания они могут отказать, но с меньшей вероятностью, чем основные элементы.

Примеры: дублирующие органы управления в учебных машинах (автомобилях, самолетах и т.д.); дополнительные рессоры (подрессорники) у автотранспорта и т.д.

Облегченный резерв является наиболее общим видом резервирования, а нагруженный и ненагруженный резерв его крайними случаями.

В данной главе рассматриваются некоторые математические вопросы и модели процесса резервирования.

Ради удобства мы будем говорить о резервировании элементов, понимая под термином «элемент» и элемент, как простейшую часть системы, и блок, и даже всю систему в целом.