РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКИ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ СТРУКТУР СИСТЕМ АВИОНИКИ
2.1. Общие положения. Классификация параллельных структур
Одним из основных способов обеспечения и повышения надежности технических
систем является введение резервирования. Резервирование – метод обеспечения
надежности, состоящий в применении дополнительных средств и возможностей с
целью сохранения работоспособности объекта при отказе одного или нескольких его
элементов или нарушении связей между ними. Основой резервирования является
введение избыточности: дополнительных элементов, времени, информации, запасов
производительности и прочее. Различают пять видов резервирования: структурное,
функциональное, временное, информационное, нагрузочное.
Структурное резервирование осуществляется введением в структуру технических
средств дополнительных (резервных) элементов, способных выполнять функции
основных элементов при отказе. Удаление этих элементов из системы при
работоспособном состоянии основных не нарушает способности системы выполнять
требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.
Функциональное резервирование имеет место в многофункциональных системах, в
которых отдельные элементы или группы элементов обладают способностью принимать
на себя функции других отказавших элементов на время восстановления их
работоспособности без существенного снижения технико-экономических показателей
системы. При функциональном резервировании в отличие от структурного
резервирования нет резервных элементов, т.е. таких элементов, которые могут
быть изъяты постоянно без нарушения требований к техническим характеристикам
системы.
Временное резервирование состоит в образовании для отдельных элементов, групп
элементов или системы в целом некоторого дополнительного времени, которое может
быть использовано для восстановления технических характеристик без нарушения
требований к исходным параметрам системы. Временное резервирование
обеспечивается в основном созданием запаса производительности за счет
увеличения быстродействия элементов или путем параллельного включения в работу
устройств одинакового назначения и др.
Информационное резервирование состоит в образовании нескольких адекватных
семантических источников информации или копий массивов информации, введении
дополнительной информации, предназначенной для восстановления основной
информации в случае ее искажения.
Нагрузочное резервирование состоит в обеспечении запасов работоспособности при
воздействии различных нагрузок (электрической, механической, термической и пр.)
в процессе эксплуатации. Нагрузочное резервирование обеспечивается путем
создания запаса прочности с учетом повышенных нагрузок, использования
термостойких материалов, снижения коэффициента занятости и др.
Структурное резервирование приобретает преимущество в системах, условия
применения которых характеризуются следующими особенностями:
- малое допустимое время прерывания функционирования;
- высокая цена отказа (тяжелые последствия отказов);
- отсутствие обесценивающих отказов;
- недопустимость снижения качества функционирования при деградации системы.
Параллельные структуры. В практике проектирования информационно-управляющих
систем (ИУС), автоматизированных управляющих систем (АУС) и ряда систем,
находящихся на борту летательных аппаратов имеет место резервирование путем
параллельного соединения, например, элементов. В этом случае все элементы
находятся под нагружением (нагруженный резерв или еще такое резервирование
называют «горячее резервирование») и система продолжает работать безотказно,
пока в работоспособном состоянии находятся не менее минимально необходимых для
выполнения требуемых функций элементов. Такие системы (структуры) принято
называть структурами типа . Необходимость резервирования относится не только к
центральной части УИС, но и к периферии, переключателям, линиям связи,
источникам питания.
В настоящей работе будут рассмотрены и исследованы следующие структуры.
Дублированная система (структура типа ), отказом такой системы является отказ
обоих элементов.
Рис. 2.1. Дублированная система
Троированная система (структура типа ). Отказом этой системы является выход из
строя (отказ) всех трех элементов.
Рис. 2.2. Троированная система
Структура типа , т.е. структура в которой принято четырехкратное
резервирование. Отказом такой структуры является выход из строя (отказ) всех
четырех элементов (компонентов).
На рис. 3 представлена в общем виде структура типа . В наших исследованиях
будут рассматриваться структуры для следующих значений и (структуры типа и ).
Рис.2.3. Структура типа : – общее число параллельно
соединенных элементов; – минимально необходимое число
работоспособных элементов; – число резервных элементов.
Можно привести массу примеров применения параллельных структур с целью
повышения надежности, которые используются в различных системах управления и
летательных аппаратов с давнего времени.
Примером автоматизированной управляющей системы (АУС), в которой применено
постоянное и общее резервирование, являются, например, система управления
полетом [90], в которой применены два идентичных индикаторных канала,
работающих одновременно. Каждый из каналов способен полностью выполнять
функциональное назначение, нормально реализуемое двумя каналами.
Как известно [16], надежная радиосвязь между кораблем-спутником, например,
«Восток-2» и станциями Советского союза непрерывно обеспечивалась постоянным и
общим резервированием ультракоротковолнового передатчика корабля-спутника. Два
ультракоротковолновых передатчика корабля-спутника через разделительные фильтры
непрерывно работ
- Київ+380960830922