Временной избыточности

Одной из первых работ, посвященных оценке надежности технологических систем по производительности, является статья Ю. К. Беляева [4], в которой впервые дана классификация типов отказов с точки зрения выполнения заданий по параметрам производительности и изложены общие подходы к решению отдельных случаев. Г. Н. Черкесов [79] рассматривает решение этих же задач с позиций анализа систем с временной избыточностью.

79. Черкесов Г. Н. Надежность технических систем с временной избыточностью. М., «Советское радио», 1974.

Моделирование высоконадежных систем [95]. Если моделируемая система характеризуется достаточно высокими показателями надежности, обеспечиваемыми структурной и временной избыточностью, резервами мощности и т.п., то в процессе перехода из состояния в состояние система может относительно редко попадать в сос-тояйие отказа. Однако если не сделать каких-либо допущений о характере состояний, в которых в основном находится система, то в процессе моделирования придется проводить большое число весьма трудоемких операций, связанных с идентификацией состояний. Действительно, идентификацию состояний в описанном выше случае можно не делать только тогда, когда система из состояния с характеристикой траектории ? (t) = О переходит в состояние с большим числом отказов или из состояния с характеристикой траектории ? (t) = 1 -в состояние с меньшим числом отказов. В остальных случаях необходимо осуществлять идентификацию состояний.

145. Черкесов Г.Н. Надежность технических систем с временной избыточностью. М.: Сов. радио, 1974.

146. Черкесов Г.Н. Расчет надежности систем с временной избыточностью. Проектный анализ надежности. М.: Машиностроение, 1988. С. 135-239.

147. Черкесов Т.Н., Митрофанов С.Ф. Расчет надежности одноканальных систем с временной избыточностью на основе численного обращения преобразования Лапласа. Алгоритм ГФАП, ре. № П004529 // Алгоритмы и программы. 1980. № 6 (38). С. 36.

Одной из первых работ, посвященных оценке надежности технологических систем по производительности, является статья Ю. К- Беляева [4], в которой впервые дана классификация типов отказов с точки зрения выполнения заданий по параметрам производительности и изложены общие подходы к решению отдельных случаев. Г. Н. Черкесов [79] рассматривает решение этих же задач с позиций анализа систем с временной избыточностью.

79. Ч е р к е с о в Г. Н. Надежность технических систем с временной избыточностью. М., «Советское радио», 1974.

Черкесов Г. Н. Надежность технических систем с временной избыточностью.

В гл. 1 обсуждаются особенности трактовки основных понятий теории надежности применительно к системам с временной избыточностью, рассматриваются показатели надежности таких систем, способы создания и использования резерва времени, приводится краткая характеристика применяемых в книге методов анализа надежности.

Нетрудно заметить некоторую аналогию х между аппаратурной и временной избыточностью. Она проявляется, в частности, в том, что на временное резервирование можно распространить до некоторой степени существующую классификацию аппаратурного резервирования и выделить такие способы резервирования, как: общее, групповое, раздельное, полное, частичное, целой и дробной кратности и т. д. При общем резервировании выделяемый резерв времени можно израсходовать на восстановление работоспособности любого устройства (элемента) системы. Раздельное резервирование характерно для так называемых многофазных систем, состоящих из нескольких последова-вательно соединенных устройств (фаз) с

РЕЗЕРВИРОВАНИЕ (от лат. reserve -сберегаю, сохраняю) - метод повышения надёжности изделий (систем) путём применения структурной, функцией., информац. или временной избыточности по отношению к минимально необходимой и достаточной для выполнения изделиями (системами) заданных ф-ций. Если Р. отсутствует, отказ любого рабочего элемента одновременно является отказом изделия (системы) в целом. При структурном, функцион., информац. Р. отказ резервированного элемента не вызывает одновременно отказ изделия (системы). Это позволяет создавать достаточно надёжные системы из малонадёжных элементов. Временное Р. способствует выполнению поставленной изделию (системе) задачи (совершение определ. объёма работы) за счёт резерва времени, используемого для восстановления работоспособности изделия (системы) в случае возникновения отказов. РЕЗЕРВНАЯ МОЩНОСТЬ в электроэнергетике- превышение рабочей мощности электроэнергетической системы над макс, активной нагрузкой системы. P.M. необходима для предотвращения перебоев в электроснабжении и поддержания в заданных пределах частоты электрич. тока. Различают нагрузочный (регулировочный) резерв (для покрытия случайных колебаний и непредвид. повышения нагрузки), ремонтный резерв (для проведения предупредит, ремонта оборудования электростанций), аварийный резерв (для замены выбывших из работы агрегатов) и др.

Перечисленные в табл. 3.1 задачи надежности связаны, главным образом, с обоснованием необходимой избыточности в виде запасов и резервов топлива и резервов производственных мощностей в различных звеньях ЭК страны. При планировании развития ЭК страны речь идет о структуре и временной избыточности (определение объемов и размещения складских емкостей топлива, определение дополнительной пропускной способности транспортных связей и т.п.). На уровне эксплуатации решаются вопросы наилучшего использования созданных возможностей резервирования (вопросы накопления и сра-ботки запасов и резервов топлива, использование пропускных способностей связей и т.д.). Кроме того, на уровне эксплуатации осуществляется комплексная оценка фактических показателей надежности топливо- и энергоснабжения потребителей и формируются требования по их уточнению на последующий период.

Существуют две основные группы методов повышения точности измерений — конструктивные методы и методы., основанные на структурно-временной избыточности. Конструктивные методы, основывающиеся на тщательном подборе высокостабильных материалов, элементов и предусматривающие использование дорогостоящих технологий, приводят к резкому повышению стоимости ИИС и в настоящее время практически исчерпали себя.

Книга посвящена одному из новых направлений теории надежности — использованию резервов времени для повышения показателей эксплуатационной надежности технических систем. Обсуждаются вопросы влияния производительности системы и ее структуры, методов контроля работр-• способности и алгоритмов функционирования на эффективность временной избыточности как метода повышения надежности. Почти всюду результаты доведены до инженерных расчетных формул и поясняются примерами. Приводится обширный расчетный материал, оформленный в виде графиков и таблиц. По результатам анализа высказываются рекомендации по применению различных методов введения временной избыточности.

Некоторые методы введения временной избыточности (например, метод повторного счета) хорошо известны специалистам и успешно применяются на практике. Исследования показывают, что методы временного резервирования весьма эффективны и могут использоваться при разработке высоконадежных систем.

В гл. 2 и 3 излагаются методы оценки надежности так называемой кумулятивной системы, в которой ограничено суммарное значение непроизводительных затрат рабочего времени. В моделях надежности анализируются различные методы контроля работоспособности и учитывается тот факт, что некоторые отказы не обесценивают уже выполненной работы, тогда как другие обесценивают часть и даже всю проделанную ранее работу. Здесь же обсуждаются возможности комбинированного использования аппаратурной и временной избыточности.

ко применяются пять видов избыточности: нагрузочная, структурная (аппаратурная), функциональная, информационная и временная. Если первые четыре вида избыточности уже давно находятся в центре внимания специалистов по надежности и каждому из них посвящена обширная техническая литература, то теоретические исследования временной избыточности начались сравнительно недавно. Термин «временная избыточность» («временное резервирование») впервые введен в 1967—1968 гг. [65, 83], хотя работы на эту тему появились несколько раньше и были связаны с изучением процессов накопления в теории восстановления [23, 82, 95, 100], планированием запасов [30, 50, 91] и анализом надежности систем массового обслуживания [32—35, 54, 93, 103, 104].

О временной избыточности говорят в тех случаях, когда системе в процессе функционирования предоставляется возможность израсходовать некоторое время для восстановления ее технических характеристик. Можно указать несколько основных источников резерва времени. Прежде всего он может создаваться за счет увеличения времени, выделяемого системе для выполнения порученного ей задания и называемого в дальнейшем оперативным или рабочим временем. Вторым основным источником является запас производительности, который позволяет уменьшить минимальное время выполнения задания и создать резерв без увеличения оперативного времени системы. Запас производительности можно образовать, увеличивая быстродействие элементов системы или объединяя несколько устройств низкой производительности в единый комплекс. В системах, результат работы которых оценивается объемом производимого продукта, резерв времени можно создать за счет внутренних запасов выходной продукции. Для систем обработки информации такой продукцией является обработанная информация, для систем энергоснабжения — электрическая энергия, для систем водоснабжения— водные ресурсы, для автоматических линий в машиностроении— детали и узлы и т. д. Для хранения запасов следует предусмотреть специальные накопители. В указанных системах ими являются запоминающие устройства, аккумуляторные батареи, резервуары, бункеры и т. д. Пока запас не исчерпан, продукция поступает на выход системы и смежные с ней системы «не замечают» частичного и даже полного прекращения ее функционирования.

При отсутствии резерва времени выполнение срывается при первом же нарушении работоспособности в оперативном интервале времени. Поэтому перечисленные признаки срыва задания распространяются и на системы без временной избыточности. Последние удобно рассматривать как частный случай систем с временной избыточностью, когда резерв времени равен нулю.

где w0 — значение аргумента w в системе без временной избыточности; P(ta, w0) — вероятность безотказной работы в отсутствие временной избыточности; P(ta, w)=PW(t3, 0, да) — вероятность безотказной работы в отсутствие общего не пополняемого резерва времени; Кг — коэффициент готовности системы. Второе, третье и четвертое слагаемые в соотношении (1.3.11) появляются благодаря резерву времени. Поэтому они обращаются в нуль при /и=0 и w = Wo. Неизменным остается лишь первое слагаемое, представляющее собой вероятность безотказного функционирования при выполнении ожидаемой задачи системой без временной избыточности.

В системе без временной избыточности под коэффициентом готовности понимают вероятность застать систему в работоспособном состоянии в заданный или произвольно выбранный момент времени соответственно. Однако в условиях временной избыточности этого показателя недостаточно. Необходимо знать и вероятность того, что система сможет начать работу немедленно с приходом заявки либо с некоторой задержкой, не превосходящей, однако, некоторого допустимого значения, зависящего от назначенного резерва времени. Эта вероятность называется функцией готовности за заданное время и согласно определению выражается формулой