Тема№1. Основные понятия и определения теории надёжности (стр. 47 )

Вероятность безотказной работы сложного ТУ по внезапным и посте-

пенным отказам может быть найдена из выражения

k

-t å ni l i h

PS (t ) =Рв pп (t) = e i=1 Õ Pni (t).

i =1

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое структурная схема надежности и чем она отличается от принципиальной схемы ТУ?

2. Что такое структурная схема надежности с последовательным со-

единением элементов?

3. Что такое структурная схема надежности с параллельным соедине-

нием элементов?

4. Надежность при структурной схеме с последовательным соединени-

ем элементов.

5. Надежность при структурной схеме с параллельным соединением элементов.

6. Что такое сложная произвольная структурная схема надежности?

7. Надежность при произвольной структурной схеме.

8. Основы расчета надежности при постепенных отказах.

9. Основы расчета надежности при внезапных отказах.

10. Вероятность безотказной работы сложного ТУ при внезапных и по-

степенных отказах.

Тема №9 Методы повышения надежности. Резервирование

Существуют следующие методы повышения надежности:

- Резервирование;

- Уменьшение интенсивности отказов элементов системы

- Сокращение времени непрерывной работы

- Уменьшение времени восстановления

- Выбор рациональной периодичности и объема контроля системы

Резервирование – один из наиболее эффективных методов повышения надежности объектов. Резервирование – применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов. Существуют разнообразные методы резервирования.

По виду резервирования методы подразделяются:

1) Структурное резервирование (аппаратурное) – предусматривает применение резервных элементов структуры объекта, то есть в минимально необходимый вариант объекта вводятся дополнительные элементы. Основной элемент – элемент структуры объекта, необходимый для выполнения объектом требуемых функций при отсутствии отказов его элементов. Резервный элемент – элемент объекта, предназначенный для выполнения функций основного элемента, в случае отказа последнего. Резервируемый элемент – основной элемент, на случай отказа которого, в объекте предусмотрен резервный элемент.

2) Временное резервирование- предполагается, что на выполнение объектом необходимой работы отводится время, заведомо больше минимально необходимого.

3) Информационное резервирование – резервирование с применением избыточности информации, то есть когда избыток информации позволяет компенсировать искажения передаваемой информации или устранять их.

4) Функциональное резервирование – резервирование, при котором данная функция может выполняться различными способами и техническими средствами.

5) Нагрузочное резервирование – резервирование с применением нагрузочных резервов. Заключается в обеспечении оптимальных запасов способности элементов выдерживать действующие на них нагрузки.

Перечисленные виды резервирования могут быть применены либо к системе в целом (общее резервирование), либо к отдельным элементам системы или к их группе (раздельное резервирование). Сочетание различных видов резервирования в одном и том же объекте называется смешанным.

По способу включения резервных элементов различают:

1) Постоянное резервирование – это резервирование без перестройки структуры объекта при возникновении отказа его элемента. Для него характерно отсутствие перерыва в работе, отсутствие необходимости специальных устройств, параллельное соединение элементов без переключающих устройств.

2) Динамическое резервирование – резервирование с перестройкой структуры объекта при возникновении отказа его элемента. Оно подразделяется на:

2.1) Резервирование замещением – когда функции основного элемента передаются резервному элементу только после отказа основного. Включение резерва замещением обладает преимуществами – не нарушает режима работы, сохраняет надежность резервных элементов (т. к. они находятся в нерабочем состоянии), позволяет использовать один резервный элемент на несколько основных. Недостаток – необходимость наличия переключающих устройств, применяется при общем резервировании.

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

2.3) Широко применяется мажоритарное резервирование – этот способ основан на применении дополнительного логического элемента, который позволяет вести сравнение сигналов, поступающих от элементов, выполняющих одну и ту же функцию. Если результаты совпадают, то они передаются на выход устройства.

Степень избыточности характеризуется кратностью резервирования. Кратность резерва – отношение числа резервных элементов объекта к числу резервируемых или основных элементов.

По кратности резервирования:

1) Резервирование с целой кратностью – когда один основной элемент резервируется одним или более резервными.

2) Резервирование с дробной кратностью – когда два и более однотипных элементов резервируются одним и более резервными элементами. Дублирование – резервирование кратность которого равна 1.

В зависимости от режима работы резерва различают:

1) Нагруженный резерв – резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента. 2) Облегченный резерв – резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной. 3) Ненагруженный резерв – резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме доя начала выполнения ими функций основного элемента.

По восстанавливаемости резерва:

Резервирование, при котором работоспособность любого одного или нескольких элементов в случае возникновения отказов подлежит восстановлению при эксплуатации, называется 1) резервированием с восстановлением, в противном случае 2) без восстановления.

Расчет надежности при общем и раздельном резервировании систем

Общее резервирование с постоянно включенным резервом допускает, что отказы элементов системы описываются простейшим потоком; резервируемые и резервные элементы равнонадежны.

ВБР системы и вероятность отказа системы без резервирования равны

, где N-число основных элементов в системе

Вероятность отказа системы с общим резервированием

, где m-число резервных элементов в системе

В случае равенства вероятностей отказа основной и резервных систем

Для экспоненциального закона надежности

где lI – интенсивность отказов любой из m+1систем

Средняя наработка до отказа

Плотность вероятности

Интенсивность отказов

За критерий качества резервирования принимается эффективность резервирования – отношение количественной характеристики надежности резервированного устройства к той же количественной характеристике нерезервированного устройства или устройства с другим видом резервирования.

- эффективность резервирования в течение времени t по вероятности отказов

- эффективность резервирования в течение времени t по вероятности безотказной работы

- эффективность резервирования по среднему времени безотказной работы

Общее резервирование с замещением

При наличии идеального переключателя все формулы общего резервирования с постоянно включенным резервом подходят и для данного способа резервирования. Но с учетом отказов переключателя:

Раздельное резервирование с постоянно включенным резервом

Так как обычно основные и резервные элементы равнонадежны, то

ВБР системы будет равна

Если все элементы равнонадежны, то

Выражения для вычисления Tср с, fс(t), lс(t) имеют вид: