Резервирование как средство повышения надежности

Анализ различных методов резервирования позволяет сформулировать основные его свойства.

Во-первых, основное положительное свойство резервирования состоит в том, что оно позволяет из малонадежных элементов проектировать надежные системы. Это свойство всякого резервирования выгодно отличает его от остальных методов повышения надежности.

Во-вторых, выигрыш надежности по вероятности отказов всегда начинается с нуля (рисунок 1.13) и асимптотически стремится к единице независимо от надежности резервированной системы и ее элементов. При этом скорость роста тем выше, чем менее надежна основная система, и чем ниже кратность резервирования. При нескользящем резервировании с дробной кратностью величины могут быть, начиная с определенного значения времени непрерывной работы машины, больше единицы. Это означает, что подобное резервирование может быть вообще нецелесообразным.Выигрыш надежности машин с резервированием по сравнению с отсутствием резервирования тем выше, чем меньше время ее непрерывной работы (с резервированием) и чем более надежная система резервируется. Это – основное противоречие всякого резервирования.

Рисунок 1.13 – Выигрыш во времени надежности системы для различных способов резервирования

В-третьих, выигрыш надежности по интенсивности отказов качественно не отличается от . Поэтому свойства резервированных систем, если их надежность оценивать интенсивностью отказов, будут теми же, что и при оценке надежности вероятностью отказов.

В-четвертых, среднее время безотказной работы при резервировании с дробной кратностью и нескользящем резерве может быть меньше, чем среднее время безотказной работы машины при отсутствии резервирования. Это имеет место при условии, если число резервных систем меньше числа основных.

С ростом кратности резервирования выигрыш надежности по среднему времени безотказной работы растет, причем скорость роста существенно убывает с ростом кратности резервирования. Это свойство также присуще общему и поэлементному резервированию с постоянно включенным резервом.

При резервировании замещением и идеальных переключателях выигрыш . растет с ростом кратности резервирования линейно при общем резервировании, а при раздельном (поэлементном) или скользящем – быстрее. Реализация резервирования замещением требует применения переключателей. Наличие переключателей существенно снижает скорость роста выигрыша .

Существующие в настоящее время переключатели имеют настолько низкую надежность, что во многих случаях увеличение кратности резервирования замещением приводит к уменьшению скорости роста выигрыша .

Из сказанного вытекает, что значительное увеличение кратности резервирования (веса, габаритов и стоимости машин) приводит к менее значительному увеличению среднего времени безотказной работы (рисунок 1.14).

1 – общее постоянное резервирование; 2 – поэлементное постоянное; 3 – общее замещением; 4 – поэлементное замещением; 5 – с дробной кратностью

Рисунок 1.14 – Надежность по среднему времени безотказной работы по кратности резервирования

Это второе основное противоречие всякого резервирования. Оно ограничивает его применение для повышения надежности сложных автоматических систем, предназначенных для длительной непрерывной работы.

В-пятых, с увеличением времени непрерывной работы машин с резервированием их коэффициент технического использования падает. Поскольку при равных условиях эксплуатации среднее время восстановления машины с резервированием может превышать среднее время восстановления без резервирования. Это может быть при длительной эксплуатации машин с высокой кратностью резервирования.

С ростом кратности резервирования среднее время безотказной работы растет медленнее, чем растет сложность системы. Поэтому среднее время восстановления может увеличиться в большее число раз, чем среднее время безотказной работы . Резервирование увеличивает готовность системы к действию лишь при определенных ограничивающих условиях.

Отмеченные свойства резервирования позволяют сделать следующие выводы:

- резервирование как средство повышения надежности наиболее целесообразно применять для повышения надежности технических объектов, предназначенных для короткого времени непрерывной работы. При длительном времени работы оборудования, требуется высокая кратность резервирования, что приводит к увеличению его веса, габаритов или стоимости;

- повышение надежности оборудования путем резервирования отдельных его элементов приводит к ухудшению таких его характеристик, как веса, габаритов, стоимости, усложнения условий эксплуатации (увеличение частоты проверок, числа запасных элементов, узлов и отдельных приборов и т. п.).