Yaroslav265

Розрахунок надійності ТЗ при структурному резервуванні

Загальні положення.

Як відомо, при проектуванні ТЗ розроблювач реалізує в апаратурі можливість виконання проектовного засобу набору функцій, передбачених технічним завданням. При цьому очевидно, що реалізація цих функцій обмежена значеннями основних критеріїв (точність, продуктивність, надійність, вартість і т.д., закладених у технічному завданні). Таким чином, на кожному етапі проектування ТЗ необхідний розрахунок значень цих критеріїв на предмет їхньої відповідності заданим значенням у технічному завданні. Зокрема, для розрахунку надійності проектовних ТЗ при використанні структурного резервування як правило складається розрахунково-логічна схема резервованого засобу. У більшості випадків елементи ТЗ у цій схемі мають паралельно-послідовне з'єднання. В колі послідовно з'єднаних елементів відмова хоча б одного з них призводить до виходу з ладу всього кола. У резервованій групі паралельно з'єднаних елементів допускається вихід з ладу певного числа елементів (залежно від кратності резервування) без порушення функціонування групи в цілому. Перед тим як переходити до розгляду методів розрахунку показників надійності (ПН) ТЗ із структурним резервуванням необхідно зробити ряд зауважень.

Розрахунок надійності для схем загального резервування можна здійснювати за розрахунково-логічною схемою одного резервованого елемента шляхом заміни послідовно з'єднаних елементів (блоків, засобів, вузлів) еквівалентними елементами.

Для одержання ПН ТЗ в цілому при роздільному резервуванні досить визначити показники надійності резервованого елемента (блока, засобу, вузла). У цьому випадку ПН усього ТЗ одержують шляхом застосування розрахункових формул для основного з'єднання, у якому як елементи виступають резервовані групи елементів.

Надалі багато розрахункових формул будуть отримані в припущенні, що випадковий час до відмови елемента розподілено за експоненційним законом. Необхідно підкреслити, що це припущення багаторазово підтверджувалося експериментальним шляхом у апаратурі автоматики, побудованої на елементах електроніки і електротехніки. У тих же випадках, коли фактичний розподіл часу до відмови відрізняється від експоненційного закону, його використання дає звичайно занижені оцінки, тобто нижні границі надійності апаратури.

Надійність резервованих ТЗ, особливо відновлюваних, значною мірою залежить від надійності апаратури вбудованого контролю. Дійсно, апаратура контролю призначена для визначення факту відмови основної апаратури і видачі команди пристроєві переключення на перехід до резервної апаратури. Крім того, апаратура контролю служить також для локалізації місця несправності. При розрахунках надійності резервування ТЗ надійність апаратури вбудованого контролю може бути приблизно врахована шляхом включення в розрахунково-логічну схему послідовно з резервованою групою елемента, що відповідає апаратурі вбудованого контролю.

Призначення норм надійності

Після вибору основних показників надійності необхідно задати певні значення цих показників. При цьому повинні враховуватися економічні міркування і можливості виробництва. Спочатку знаходяться норми надійності, що відповідають можливостям виробництва. Потім вони уточнюються і вибираються заходи для підвищення надійності, найбільш вигідні економічно. При складанні технічного завдання обґрунтувати кількісні норми (вимоги) до надійності та інших експлуатаційних властивостей зазвичай вдається лише після розгляду відповідних характеристик вже існуючих аналогів. Таким чином, необхідно мати прототип і враховувати тенденції зміни його характеристик. Значення норм надійності прототипу необхідно корегувати із врахуванням таких чинників:

технічних характеристик об'єкта, що проєктується;
технічного прогресу за час його проектування і виготовлення;
змін умов експлуатації;
лімітувальних чинників (вартість, вага, габарити і ін.);
значення наслідків відмов;
кваліфікації операторів і деяких інших специфічних для кожного засобу чинників.

Загальне резервування з постійно включеним резервом і цілою кратністю.

Основне коло складається з n елементів – . Кожне з m резервованих кіл містить у собі також n елементів . Для простоти міркувань будемо вважати, що основне і резервні кола мають однакову надійність. Кратність такої схеми резервування дорівнює m, U. Отже, дана схема відповідає випадку, коли відмова ТЗ настає при відмові усіх (m+1) кіл як основних, так і резервних. Будемо вважати також, що основне і резервне кола вмикаються в роботу одночасно (навантажений резерв), але використовується лише одне коло – основне. При відмові основного кола його функції без усякої перерви починає виконувати одне з резервних.

Загальне і роздільне резервування заміщенням з цілою кратністю.

При резервуванні заміщенням у випадку відмови основного кола (або елемента) вручну або автоматично за допомогою спеціального перемикача в схему ТЗ включаються резервні кола (або елементи). Відмова резервованого ТЗ при цьому настає після відмови останнього резервного кола (або елемента). Рекурентна формула дозволяє одержувати розрахункові співвідношення для ТЗ будь-якої кратності резервування. При цьому для отримання формул розрахунку надійності необхідно виконати інтегрування в правій частині рівняння (5.10), підставивши замість і їхні значення відповідно до вибраного закону розподілу та станом резерву.

Інтенсивність відмов резервного кола до заміщення.

У випадку окремого резервування заміщенням, як уже було сказано, кожен елемент основного кола має свої резервні елементи і відповідно свою контактність резервування , що в окремому випадку може бути й однаковою для всіх основних елементів. Отже, поєднуючи в окрему групу кожен елемент основного кола разом з своїми резервними елементами, ми отримуємо послідовне з'єднання окремих резервованих груп, що в сукупності і складають резервований ТЗ в цілому. Таким чином, розрахунок надійності кожної резервованої групи елементів можна зробити за відомими формулами загального резервування заміщенням.

Усі наведені вище розрахункові співвідношення були отримані, як вказувалося, для випадку «ідеального» перемикача. На практиці всі перемикачі безумовно мають відмови, при чому, будь-якого характеру. Серед них слід відзначити:

неспрацювання при відмові основної апаратури, у результаті чого резервний елемент не буде включений замість відмовившого основного, що призведе до відмови резервної групи;
помилкове спрацьовування, у результаті чого відбудеться переключення на резерв при справній основній апаратурі, що призведе до зменшення часу відмови групи в цілому;
відмови, що виводять з ладу резервну групу в цілому.

де – ймовірність безвідмовної роботи основного або резервного елемента;

ймовірність безвідмовної роботи сукупності елементів перемикача, що здійснюють включення i-го кола резервної групи;

ймовірність безвідмовної роботи сукупності елементів перемикача, відмова яких призводить до відмови резервної групи в цілому.