Резервирование систем

Резервирование – это способ обеспечения надёжности за счет использования дополнительных средств и/или возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.

Другими словами резервирование – это введение избыточности в систему.

Выделяются следующие разно­видности резервирования:

· функциональное;

· временное;

· информационное;

· структурное.

Функциональное резервирование – это повышение надёжности системы за счёт выполнения различными элементами близких функций.

Временное резервирование – это повышение надёжности системы за счёт наличия допускаемых перерывов её функционирования из-за отказов элементов.

Информационное резервирование – это повышение надёжности системы за счёт введения дополнительных информационных каналов.

Структурное резервирование – это повышение надёжности за счёт введения дополнительных элемен­тов в структуру системы.

Структурное резервирование можно классифицировать по следующим признакам:

По схеме включения резерва:

· общее резервирование, при котором резервируется система в целом;

· раздельное резервирование, при котором резервируются отдельные элементы или их группы;

· смешанное резервирование, при котором различные виды резервирования сочетаются;

По способу включения резерва:

· постоянное резервирование, без перестройки структуры системы при возникновении отказа ее элемента;

· динамическое резервирование, при котором при отказе элемента происходит перестройка структуры схемы. В свою очередь подразделяется на:

· резервирование замещением, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного;

· скользящее резервирование, при котором несколько основных элементов резервируется одним или несколькими резервными, каждый из которых может заменить любой основной (т.е. группы основных и резервных элементов идентичны).

По состоянию резерва:

· нагруженное резервирование, при котором резервные элементы (или один из них) находятся в режиме основного элемента;

· облегченное резервирование, при котором резервные элементы (по крайней мере один из них) находятся в менее нагруженном режиме по сравнению с основными;

· ненагруженное резервирование, при котором резервные элементы до начала выполнения ими функций находятся в ненагруженном режиме.

Основной характеристикой структурного резервирования является его кратность.

Кратность резервирования – это отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими основных элементов.

,

где – число резервных элементов; – общее число элементов системы.

Кратность резервирования выражается несокращаемой дробью (типа 2:3; 4:2 и т.д.)

Рассмотрим подробнее некоторые виды резервированных систем.

Общее с постоянно включенным резервом. Резервируется вся система и резервные элементы функционируют наравне с основными (рис 5.9).

 

 

 

 

Вероятность безотказной работы будет определяться

, (5.24)

где – вероятность безотказной работы элемента с номером (i, j); n – число элементов нерезервированной системы; m – число резервных систем.

Общее с замещением. Резервируется вся система, а резервные элементы включаются в работу в случае отказа основных (рис 5.10).

 

Вероятность безотказной работы системы

, (5.25)

где , .

Раздельное с постоянно включенным резервом. Резервируются отдельные элементы и их группы, а резервные элементы функционируют наравне с основными (рис. 5.11).

 

 

 

Вероятность безотказной работы системы

, (5.26)

где – вероятность безотказной работы элемента с номером (i, j); n – число элементов нерезервированной системы; m – число резервных систем.

Раздельное с замещением. Резервируются отдельные элементы и их группы, а резерв­ные элементы начинают функционировать в случае отказа основных (рис 5.12).

 

Вероятность безотказной работы системы

, (5.27)

где .

Пример. Структурная схема резервированной системы представлена на рис. 5.13. Необходимо определить вероятность безотказной работы данной системы.

	Рис. 5.13 Структурная схема резервированной системы

 

 

 

Представим анализируемую систему в виде последовательного соединения ее подсистем. Первой подсистемой является совокупность элементов 1, 2, 3, образующих резервированную систему с неравнонадежными элементами. Элементы 1, 2 соединены последовательно, следовательно или . Тогда вероятность безотказной работы первой подсистемы согласно (5.24)

.

Элементы 5 образуют подсистему общего резервирования с замещением. Вероятность ее безотказной работы, при допущении о постоянстве интенсивности отказов элементов согласно (5.25)

.

Элементы 6 образуют общее резервирование с постоянно включенным резервом. Вероятность безотказной работы данной подсистемы согласно (5.24)

.

Элементы 7 образуют подсистему общего резервирования с постоянно включенным резервом с кратностью резервирования 2:1. Вероятность ее безотказной работы согласно (5.24)

.

Считая отказы подсистем событиями независимыми, на основании теоремы умножения вероятностей получим

или

.

 

Выбор того или иного вида резервирования системы неоднозначен. Преимущество постоянного резервирования состоит в простоте выполнения (не требуется обнаружение неисправностей системы), в свою очередь резервирование замещением является наиболее эффективным. В связи с чем, выбор того или иного вида резервирования системы должен производиться после тщательного анализа.