6.3.      Резервирование как средство повышения надежности

1. Основное положительное свойство резервирования состоит в том, что оно позволяет из малонадежных элементов проектировать надежные системы. Это свойство резервирования выгодно отличает его от остальных методов повышения надежности.

2. Выигрыш надежности по вероятности отказов GQ(t) всегда начинается с нуля и асимптотически стремится к единице независимо от надежности резервированной системы и ее элементов. При этом скорость роста GQ(t) тем выше, чем менее надежна основная система и чем ниже кратность резервирования. При нескользящем резервировании с дробной кратностью, начиная с определенного значения времени непрерывной работы системы, значения GQ(t) могут быть больше единицы. Это означает, что подобное резервирование может быть вообще нецелесообразным.

3. Выигрыш надежности резервированной системы по сравнению с нерезервированной тем выше, чем меньше время непрерывной работы резервированной системы и чем более надежная система резервируется. Это – основное противоречие всякого резервирования.

Выигрыш надежности по интенсивности отказов Gλ t) качественно не отличается от GQ(t) . Поэтому свойства резервированных систем, если их надежность оценивать интенсивностью отказов, будут теми же, что и при оценке надежности вероятностью отказов. Зависимости Gλ (t) имеют такой же вид, как и GQ(t) .

4. Среднее время безотказной работы при резервировании с дробной кратностью и нескользящем резерве может быть меньше, чем среднее время безотказной работы нерезервированной системы. Это может быть при условии, если число резервных систем меньше числа основных. С ростом кратности резервирования выигрыш надежности GQ(t) 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 GT растет с ростом кратности резервирования линейно при общем резервировании, а при раздельном (поэлементном) или скользяще – быстрее. Схемная реализация резервирования замещением требует применения переключателей. Наличие переключателей существенно снижает скорость роста выигрыша GT(m). Существующие в настоящее время переключатели имеют настолько низкую надежность, что во многих случаях увеличение кратности резервирования замещением в его схемной реализации приводит к уменьшению скорости роста выигрыша GT.

Из сказанного вытекает, что значительное увеличение кратности резервирования, а следовательно веса, габаритов и стоимости аппаратуры, приводит к менее значительному увеличению среднего времени безотказной работы. Это второе основное противоречие всякого резервирования, которое ограничивает его применения для повышения надежности сложных автоматических систем, предназначенных для длительной непрерывной работы.

5. С увеличением времени непрерывной работы резервированной системы ее коэффициент готовности Kг и выигрыш GKг падают.

Таким образом, резервирование увеличивает готовность системы к действию лишь при определенных ограничивающих условиях.

4. Характерная особенность сложных автоматических систем разового применения состоит в том, что большую часть времени они находятся в состоянии хранения. Очевидно, что в момент включения такой системы в работу все ее элементы должны быть исправными. Это означает, что выход из строя хотя бы одного элемента резервированной системы в процессе ее хранения следует считать отказом всей системы. Так как число элементов резервированной системы всегда выше числа элементов нерезервированной системы, то первая всегда будет иметь большую опасность отказов.

Если кратность резервирования (m)  , то тогда вероятность безотказной работы будет:

нерезервированной системы

резервированной

.

Очевидно, что при большой кратности резервирования (m) вероятность безотказной работы Pc(t) будет низкой.

Из приведенных рассуждений следует важный вывод: надежность резервированной системы в процессе ее хранения всегда ниже надежности нерезервированной системы одного и того же назначения. Увеличение числа отказов резервированной системы при ее хранении требует увеличения в m раз частоты проверок, увеличения числа запасных элементов. Все это приводит к увеличению стоимости эксплуатации.

Отмеченные свойства резервирования позволяют сделать следующие важные выводы:

1) резервирование как средство повышения надежности наиболее целесообразно применять для повышения надежности сложных систем, предназначенных для короткого времени непрерывной работы, часто требует высокой кратности резервирования. Это ограничивает его использование в системах, для которых существуют ограничения веса, габаритов или стоимости;

2) повышение надежности аппаратуры путем ее резервирования осуществляется за счет ухудшения таких ее характеристик, как вес, габариты, стоимость, условий эксплуатации (увеличение частоты проверок, числа запасных элементов, узлов и отдельных приборов и т.п.).