Аксенова И.К., Мельников А.А. Основы конструирования радиоэлектронных приборов (1986) (1092050), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

3.5. Основным параметром резервирования является кратность резервирования. Под к р ат пастью резервирования понимается отношение числа резервных изделий к числу основных (резервируемых). Кратность резервирования обозначается т. Различают резервирование с целой и дробной кратностью. Например, если т=3, то это означает, что число резервных устройств равно трем, основное устройство одно, а общее число устройств равно четырем. Это резервирование с целой кратностью.

Если т=4/2, то это означает резервирование с дробной кратностью, при котором число резервных устройств равно четырем, число основных — двум, а общее число устройств — шести (сократить дробь нельзя, так как если т=4/2=2, то это резервирование с целой кратностью, при котором число резервных устройств два, основное одно, а общее число устройств три). В зависимости от масштаба и принятой единицы резервирования различают общий и раздельный способы резервирования. При общем резервировании резервируется вся система в целом. Общее резервирование в зависимости ат способа включения резервных устройств можно разделить на постоянное резервирование и резервирование замешением. При общем постоянном резервировании резервные устройства подключены к основным в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ними режиме. Схема общего постоянного резервирования показана на рис.

3.6. При общем постоянном резервировании может использоваться только нагруженный резерв, что требует полного состава запасных элементов, ведет к увеличению габаритов и массы системы и повышенному расходу энер- т -- — — Дл -о л) 4 6 Рис. ЗЛ. Виды соединений в теории ивдвжиасти: н — основное: б — ре*ернное; о — енеененное Рис.

3.5. Спасовы рввервироввиии гии. Кроме того, резервные элементы в этом случае «стареют» в такой же степени, как и основные рабочие элементы. Указанные факторы несомненно относятся к недостаткам данного вида резервирования. Основные характеристики надежности при общем постоянном резервировании с целой кратностью можно рассчитать по формулам: езерзн резерднен- — Ч ! — и Л Торп 1 бТср.

(3.181 где РЯ а — вероятность безотказной работы резервированной системы; Р Я = е — хер — вероятность безотказной работы нерезервированной системы при экспоненциальном законе распределения надежности; т — кратность резервирования; Т =Тор У~ . =Тир(1+ — + + — )е (3 16) е=о е — — — — — — — — -пиния Г -еенегния Рис. З.б.

Структурная схема общего постоянного ре- зерзироаания где Т,ар — средняя наработка на отказ резервированной системы; Т,з — средняя наработка на отказ нерезерви- рованной системы. Для наиболее простого случая, когда лт=1, получим РЯ =1 — (1 — Р (1))з; (3. 17) Таким образом, при одном основном и одном резервном устройстве средняя наработка на отказ увеличивается в 1,5 раза. К преимуществам общего постоянного резервирования относятся: относительная простота построения схем; отсутствие хотя бы кратковременного перерыва в работе при отказе одного или даже нескольких элементов системы; отсутствие дополнительных подключающих элементов, снижающих общую надежность системы.

При резервировании замещением резервные изделия замещают основные только после их отказа. Схема об- щего резервирования замещением показана иа рис. 3.7. При включении резерва по способу замещения резервные элементы до момента их включения в работу могут находиться в различных состояниях.

Исходя из возможных режимов работы резервных элементов, различают резервы: нагруженный, облегченный, ненагруженный. При резервировании замещением резервное устройство включается в работающую систему с помощью автоматических устройств или вручную. При автоматическом включении требуется чрезвычайно высокая надежность Рис. 3.7. Структурная схема общего резерзи- роааиия замещением с целой кратностью переключающих элементов. При большом количестве и невысокой надежности этих дополнительных элементов, входящих в резервированную систему, ее надежность может понизиться по сравнению с надежностью нерезервнрованиой системы.

Кроме того, даже при высокой степени быстродействия переключающих элементов имеется перерыв в работе системы на время переключения на резервные устройства. Следует заметить, что при ручной замене отказавших элементов возрастает время переключения, но надежность оператора, выполняющего функции переключающего устройства, может быть принята за единицу. Прн использовании нагруженного резерва запасные резервные элементы находятся в том же режиме работы, что и основной элемент, независимо от того, участвуют они в работе схемы илн нет. Если при этом основной и резервные элементы идентичны, то интенсивности их отказов совпадают и надежность основного и резервных устройств одинакова.

При использовании нагруженного резерва, если не учитывать надежность автоматнче- аг Р(г),=Р(г)~ ~ — '~ —.= ~ Тор) сн г=р = Р ((1 1+ — ч — — + ... +— (3.19) (3.20) Т„,=Т„(т+ 1), где Р(г)р и РЯ вЂ” вероятность безотказной работы резервированной и нерезервированной систем; ср — рабочее время системы; Т„р и Тс — средняя наработка иа отказ резервированной и нерезервированной систем; гп — кратность резервирования. Для наиболее простого случая, когда т= 1, получим (3.21) (3.22) Р(()р=Р(Г) (1+(э~Тор); Т,р р —— 27,р. Таким образом, при использовании ненагруженного резерва средняя наработка на отказ увеличивается как минимум в два раза. При использовании облегченного резерва резервные элементы до момента нх включения в работающую схему находятся в облегченном электрическом режиме, Например, для полупроводниковых схем облегченный режим обеспечивается за счет пониженного напряжения на коллекторах транзисторов по сравнению с номинальным рабочим режимом.

Надежность каждого резервного ских переключающих устройств, характеристики надежности можно рассчитать по тем же формулам, что н для общего постоянного резервирования. При использовании ненагруженного резерва запасные резервные элементы до момента включения их в работающую схему полностью обесточены. В этом случае резервные устройства имеют самую высокую надежность по сравнению с основными элементами, поэтому общее резервирование замещением с использованием ненагруженного резерва обеспечивает наилучшие показатели надежности для общего резервирования.

Характеристики надежности в этом случае рассчитывают по формулам: элемента в этом случае выше надежности соответствующего основного элемента. Показатели надежности при использовании облегченного резерва занимают среднее положение, т. е. Тор р ненагр>Тор р она> Тор р нагргж. Использование облегченного или ненагруженного резерва дает возможность снизить расход электроэнергии и увеличить надежность аппаратуры, так как надежность резервных устройств в этом случае всегда выше, чем основных.

Следовательно, резервирование замещением позволяет улучшить показатели надежности и продлить срок службы РЭА. Однако не следует забывать о недостатках, основным из которых является йаличие переключающих устройств, имеющих свои показателя надежности и обладающих определенной инерционностью, что приводит к появлению конечного времени переключения с основного блока на резервные, а в некоторых видах РЭА это недопустимо. Поэтому резервирование замещением применяется для систем, допускающих перерывы в работе. Кроме того, при нагруженном и облегченном резервах увеличиваются потребляемые мощности.

При раздельном резервировании резервируются от. дельные составные части изделия, т. е. вводится индивидуальный резерв для каждого элемента, узла. блока не- избыточной системы. Раздельное резервирование бывает общим и замещением. Схемы раздельного резервирования показаны на рис. 3.8. Раздельное резервирование может быть поэлементным, покаскадным, узловым, блочным и т. д. и используется в сложных системах, в которых требуемые показатели надехсности не удается получить рассмотренными выше способами резервирования. При раздельном резервировании отказ системы может произойти только тогда, когда отказ произойдет дважды подряд в одном и том же устройстве (т=1), что маловероятно.

Поэтому показатели надежности при раздельном резервировании значительно выше. Для оценкв надежности при раздельном резервировании используется специфический и сложный математический аппарат. Математический анализ таких систем показывает, что наиболее высокие показатели надежности можно получить, используя раздельное резервирование замещением с ненагруженным резервом. Эффективность резервирования принято оценивать с помощью коэффициента повышения надежности у. Ко- эффициент повышения надежности определяют по пока- зателям безотказности из соотношений: (3.23) ур = Р (1)р(Р (1) у. =а (В() (14. где Р(1)р, Я®р и Р(1), ()(г) — вероятность безотказной работы и вероятность отказа для резервированной и не- резервированной систем. Следует заметить, что незави- (3.24) Рвс.

3.8. Структурная схема раздедьяого резервкроваккя: л — раздельное ностоннное с целой нратностью. б — раздельное замещеннем с целой нратностью симо от выбора способа резервирования РЭА введение резерва всегда влечет за собой резкое возрастание габаритов, массы и стоимости аппаратуры, а в отдельных случаях и потребления мощности, поэтому использовать резервирование необходимо в технически и экономически обоснованных случаях.

Целесообразность применения резервирования определяется следующими факторами: исходным уровнем надежности комплектующих изделий; заданным временем эксплуатации; наличием эффективной системы контроля и периодичностью профилактики; возможностями использования других, менее избыточных методов повышения надежности. Анализ резервированных систем показывает, что интенсивность отказов резервированной системы быстро возрастает с течением времени, хотя интенсивность отказов нерезервированной системы от времени не зависит, что показано на рис.

Характеристики

Список файлов книги