Vispārēja atruna. Pastāvīga rezervācija
Paaugstināta uzticamība, pateicoties aprīkojuma dublēšanai
Redundance ir viens no visizplatītākajiem un fundamentālajiem veidiem, kā palielināt skaitļošanas sistēmu uzticamību un ilgmūžību. Tomēr atlaišana notiek uz ievērojama izmēra, svara un enerģijas patēriņa pieauguma rēķina.
Tas arī apgrūtina aprīkojuma pārbaudi un apkopi. Tā kā kļūmju skaits palielinās aprīkojuma skaita palielināšanās dēļ. Redundance samazina iekārtas lietderīgo slodzi un palielina tās izmaksas.
Galvenais rezervēšanas parametrs ir rezervācijas koeficients. Šī ir rezerves ierīču skaita attiecība pret strādājošo (primāro) ierīču skaitu. Redundances koeficientu ierobežo stingri ierobežojumi attiecībā uz BCWS masu, izmēriem un enerģijas patēriņu.
Ir vispārīgas un atsevišķas atrunas. Borta datoru atlaišana kopumā ir vispārēja atlaišana. Šajā gadījumā galvenais un rezerves borta dators darbojas paralēli.
Ar atsevišķu dublēšanu borta dators ir sadalīts atsevišķās apakšsistēmās, no kurām katra vai dažas no tām ir liekas atsevišķi. Izmantojot atsevišķu atlaišanu, var izdalīt vairākus atlaišanas līmeņus:
1. Detaļu līmeņu rezervācija
2. Elementu līmeņa dublēšana
3. Redundance ierīces līmenī.
Šobrīd visizplatītākā atsevišķā dublēšana ir dublēšana ierīču līmenī (RAM, procesors, cietie diski utt.), jo mūsdienu borta datori ir modulāri, un redundancija moduļu līmenī ievērojami palielina apkopi.
Atkarībā no rezerves elementa vai borta datora ieslēgšanas metodes izšķir karsto un auksto dublēšanu.
Ar karsto gaidīšanas režīmu rezerves elementi darbojas tādos pašos apstākļos kā galvenie elementi un veic visas savas funkcijas. Tajā pašā laikā palielinās elektroenerģijas patēriņš un kļūst sarežģītāka apkope, jo ir nepieciešams identificēt bojātos elementus un savlaicīgi tos nomainīt.
Izmantojot aukstu dublējumu, rezerves elementi nedarbojas vai darbojas gaismas apstākļos. Šajā gadījumā rezerves elements tiek aktivizēts tikai tad, ja galvenais elements neizdodas. Aukstā dublēšana patērē mazāk enerģijas, to ir vieglāk uzturēt, un rezerves elementi netērē savus resursus. Tomēr ar aukstu dublēšanu ir nepieciešams izmantot īpašus slēdžus, kas ļauj iedarbināt rezerves elementu. Rezerves elementu iekļaušana var notikt manuāli vai automātiski.
Aukstā dublēšana tiek izmantota tikai lielu elementu vai visu borta datoru līmenī, izmantojot dažādas kļūdu noteikšanas metodes.
Karsto gaidīšanas režīmu var izmantot arī dziļākos līmeņos, izmantojot dublēšanu, pamatojoties uz vairākuma loģiku.
Reālajā aprīkojumā aukstā un karstā rezerves parasti tiek izmantotas dažādās kombinācijās.
Apskatīsim dažādas rezervēšanas metodes:
1. Atruna balstās uz vairākuma loģiku.
Šis dublēšanas veids tiek izmantots elementu vai visu borta datoru karstajam gaidīšanas režīmam. Izejas signāli no galvenajiem un visiem rezerves elementiem tiek pārveidoti par vienu signālu vairākuma elementā. Šajā gadījumā tiek salīdzināti visi signāli, un tas, kas atbilst lielākajam reižu skaitam, tiek uzskatīts par pareizu (2 no 3, 3 no 5 un tā tālāk).
Vairākuma rezervēšanas loģikas priekšrocības:
2. Nav nepieciešams atklāt bojātu elementu un pārslēgties uz rezerves elementu.
3. Visas neveiksmes tiek apspiestas.
Trūkumi:
1. Ievērojami palielinās aprīkojuma apjoms, svars un jaudas patēriņš.
2. Veiktspēja samazinās, jo lielākā daļa elementu ir virknē savienoti ar skaitļošanas sistēmas galvenajiem elementiem.
3. Nav norādes par bojātām ierīcēm, kas samazina apkopes iespējas.
4. Sistēma neizdodas, ja joprojām ir labi elementi, jo vairākuma elements nevar pieņemt pareizos lēmumus, ja neveiksmīgo elementu ir vairāk nekā labu.
Ar šāda veida dublēšanu pēc katra liekā elementa ir kļūdu detektors, kas fiksē neatbilstību starp galvenā un rezerves elementa darbības rezultātiem. Ja tiek konstatēta neatbilstība, tiek palaista diagnostikas programma, kas nosaka, kura iekārta ir sabojājusies, un izslēdz to no darbības, līdz kļūda tiek novērsta.
Shematiski šāda savienojuma shēma izskatās šādi:
Šeit Ao un Ap veido pirmo skaitļošanas sistēmas bloku, kur Ao ir galvenais elements un Ap ir rezerves elements. Abiem šiem elementiem, ja vien viens no tiem nav bojāts, ir vienādas izejas.
Vo un Вр – veido otro bloku. Arī šo elementu izejas ir identiskas.
Signāli no galvenā un rezerves elementa tiek apvienoti, izmantojot loģisko elementu “vai”, lai, ja bojāts elements tiek izslēgts no darbības, signāls joprojām nonāk abos kanālos.
Tāpat varat piemērot rezervācijas trim, četriem un tā tālāk elementiem. Tajā pašā laikā palielinās bezatteices darbības iespējamība, taču ievērojami palielinās elektroenerģijas patēriņš, izmēri, svars, sarežģītāka kļūst datorsistēmas struktūra un programmēšana tai.
Redundances dublēšanas priekšrocības ar kļūdu detektoru:
1. Ievērojami palielinās datorsistēmas bezatteices darbības iespējamība.
2. Mazāk lieku elementu nekā tad, ja tiek izmantota vairākuma atlaišanas loģika.
3. Uzturamība palielinās, jo ir precīzi zināms, kurš elements ir bojāts
4. Kļūdu detektors neietekmē informācijas plūsmas un nesamazina skaitļošanas sistēmas veiktspēju, jo tas ir savienots paralēli attiecībā pret pārbaudāmajām ierīcēm.
Trūkumi:
1. Ja tiek konstatēta kļūda, ir jāpārtrauc galvenās programmatūras darbība, lai atklātu bojāto elementu un izslēgtu to no darbības.
2. Programmatūra kļūst sarežģītāka, jo ir nepieciešama īpaša programma bojātu elementu noteikšanai.
3. Sistēma nevar atklāt kļūdu, ja neizdodas gan primārais, gan rezerves elements.
3. Redundance, kuras pamatā ir skaitļošanas sistēmas pakāpeniska degradācija.
Tādā gadījumā, ja visi skaitļošanas sistēmas elementi ir labā darba kārtībā, tie pilnībā funkcionē, un katrs elements pilda savu funkciju. Tomēr, ja vismaz viens elements neizdodas, nekavējoties tiek palaista diagnostikas programma, kas nosaka, kurš elements ir atteicies, un izslēdz to no darbības. Šajā gadījumā funkcijas, kuras veica neveiksmīgais elements, tiek pārdalītas starp darba elementiem, saglabājot visu funkcionalitāti, samazinot apstrādājamās informācijas apjomu vai samazinot funkcionalitāti, saglabājot apstrādātās informācijas apjomu.
Tā kā borta datorsistēmas ir paredzētas maksimālai slodzei, kas notiek diezgan reti, šī atlaišanas metode ievērojami palielina uzticamību bez ievērojamām izmaksām.
Priekšrocības:
1. Palielinās skaitļošanas sistēmas dzīvotspēja.
2. Izmēri, svars un jaudas patēriņš nepalielinās.
3. Uzturamība palielinās, jo ir precīzi zināms, kurš elements ir bojāts.
4. Nav nepieciešami specializēti elementi, kas analizē elementu signālus, un līdz ar to visu skaitļošanas sistēmu var izstrādāt uz standartizētām iekārtām.
Trūkumi:
1. Programmatūra kļūst sarežģītāka, jo ir jāievieš algoritmi, kas uzrauga datorsistēmas elementu stāvokli un pārdala uzdevumus pēc viena vai vairāku elementu kļūmes.
2. Kad skaitļošanas sistēmas elementi neizdodas, apstrādājamās informācijas apjoms vai funkcionalitāte samazinās.
3. Redundance iespējama tikai procesora moduļu un datoru līmenī.
4. Apkope kļūst dārgāka, jo ir jānomaina veselas vienības un datori.
Šīs ir galvenās atlaišanas metodes, izmantojot aprīkojumu. Parasti reālās iekārtās tās tiek izmantotas dažādās kombinācijās atkarībā no nepieciešamā rezultāta, nepieciešamās uzticamības pakāpes un atsevišķu datorsistēmas elementu un visa kompleksa noturības pakāpes.
V NODAĻA. SISTĒMAS SAMAZINĀŠANA
Viens no uzticamības teorijas pamatuzdevumiem ir uzdevums izstrādāt metodes sistēmu uzticamības palielināšanai. Šī metode ir sistēmas dublēšana.
Rezervācija - metode objekta uzticamības palielināšanai, ieviešot dublēšanu.
Atlaišana - papildu līdzekļi vai iespējas, kas pārsniedz minimālo, kas nepieciešams objektam noteikto funkciju veikšanai.
Izšķir šādus atlaišanas veidus:
1.Pagaidu atlaišana . Nodrošina, lai objekts noteiktu funkciju veikšanai izmantotu lieko laiku. Tas ir, ar šāda veida dublēšanu noteiktas funkcijas objekts var veikt, vispārīgi runājot, īsākā laika periodā. Piemērs: Digitālais dators var nepārtraukti veikt vairākus uzdevumus, taču, lai palielinātu uzticamību, var veikt kļūdu diagnostiku.
2.Informācijas dublēšana . Ietver liekās informācijas izmantošanu. Piemēram:
a) atkārtota ziņojumu sūtīšana kanālā ar traucējumiem, lai palielinātu informācijas pārraides uzticamību,
b) aprēķinos saglabājot papildu skaitu nozīmīgu skaitļu,
c) trokšņu izturīga redundants kodēšana,
3.Slodzes dublēšana rodas, ja objekts darbojas režīmā, kas ir vieglāks nekā parasti. Piemēram: elementa slodzes koeficients Kn< I.
4.Strukturālā dublēšana ir tas, ka objekts ietver liekus elementus. Piemēram, digitālais dators parasti ietver vairākas ievades un izvades ierīces.
§ 5.1. Atlaišanas metožu klasifikācija
Ērtības labad mēs piekritīsim turpmāk runāt par elementa rezervēšanu, ar vārdu saprotot gan pašu elementu, gan jebkuru sistēmas daļu, ieskaitot visu sistēmu.
Sniegsim šādas definīcijas.
Galvenais elements - minimālais elements, kas nepieciešams sistēmas funkcionalitātes nodrošināšanai.
Rezerves elements - elements, kas paredzēts, lai nodrošinātu sistēmas darbību galvenā elementa atteices gadījumā. Galvenā un tā rezerves elementu kopa tiks saukta par rezerves grupu.
Piemērs: digitālais dators ar vairākām ievades un izvades ierīcēm. Viena ievades un viena izvades ierīce ir galvenie elementi, pārējās ievades un izvades ierīces ir rezerves. Visas ievades ierīces un izvadierīces ir divas liekas grupas.
Rezerves grupa - tas ir galvenā elementa un visu tā rezerves elementu kopums.
Klasifikācijas zīme | Rezervācijas veids |
||
Neveiksmīga elementa izmantošana (primārais vai rezerves elements) | Dublēšana ar atkopšanu |
||
Dublēšana bez atkopšanas |
|||
Rezerves elementa iespējošanas metode | Vispārēja atruna |
||
Atsevišķa rezervācija |
|||
Shēma rezerves elementa pieslēgšanai | Pastāvīga atlaišana (pasīva) |
||
Rezervācija ar nomaiņu (aktīvs) |
|||
Rezerves statuss (aktīvo rezervju metodēm | Izkrauta (aukstā) rezerve |
||
Ielādēta (karsta) rezerves daļa |
|||
Viegla (silta) rezerve |
|||
Slodzes sadalījums starp neveiksmīgiem elementiem (pasīvās dublēšanas metodēm) | Ar pastāvīgu slodzi |
||
Ar slodzes pārdali |
|||
Rezerves fiksācija (aktīvo rezervju metodēm) | Fiksēta rezervācija |
||
Ritošā rezervācija |
|||
Rezervācijas vienveidība | Homogēna rezervācija |
||
Jaukta rezervācija |
Ja pēc kļūmes tiek atjaunots galvenais vai rezerves elements, tiks atjaunota dublēšana. Citādi - nekādas atveseļošanās.
Vispārēja atruna - kad tiek nodrošināta rezerve visas sistēmas atteices gadījumā kopumā (40. att.).
Atsevišķa rezervācija - kad tiek nodrošināta rezerve objekta atsevišķu elementu vai to grupu atteices gadījumā (sk. 41. att.).
Piemērs: ETsVM+EDSVM — vispārēja atlaišana.
ievades ierīce + ievades ierīce, AU+AU, OU+UU, ZU+ZU,
izvadierīce + izvadierīce - atsevišķa atlaišana.
Pastāvīga rezervācija - dublēšana, kurā rezerves elementi piedalās objekta darbībā kopā ar galvenajiem. Pastāvīgās rezervācijas blokshēma ir parādīta attēlā. 40
Rezervācija ar aizstāšanu - atlaišana, kurā galvenā elementa funkcijas tiek nodotas rezerves elementam tikai pēc galvenā elementa atteices. Blokshēma ir parādīta 42. att. (opcija a) - atsevišķa atlaišana, b) iespēja - vispārēja atlaišana).
Piemērs: digitālajam datoram ir vairākas izvadierīces (ADC). Ja informācija tiek izvadīta uz visu uzreiz (ADC), tad mums ir pastāvīga dublēšana. Ja rezerves ADPU tiek pievienoti tikai pēc galvenā kļūmes, tad mums ir dublēšana, nomainot.
Atlaišanas gadījumā ar nomaiņu elementa atteices rašanās izraisa sistēmas pārstrukturēšanu. Šī pārstrukturēšana tiek veikta, izmantojot slēdžus, kas atvieno bojātos elementus un savieno funkcionālos.
Pastāv divu veidu pastāvīgās rezervācijas:
1. Ar pastāvīgu slodzi kad viena vai vairāku rezerves grupas elementu atteices gadījumā nemainās atlikušo darbināmo elementu slodze.
Piemērs: ja galvenais un rezerves ADPU ir visu laiku pievienoti un katram no tiem tiek izvadīts viens un tas pats materiāls, displeja ierīces.
2. Ar slodzes pārdali kad, ja vismaz viens rezerves grupas elements neizdodas, mainās slodze uz elementiem, kas paliek darboties.
Piemērs: ja nav kļūdu, perfokartes tiek ievadītas vienādi no vairākām ievades ierīcēm. Ja vismaz viena ievades ierīce neizdodas, pārējo slodze palielinās.
Atkarībā no rezerves elementu stāvokļa pirms to nodošanas ekspluatācijā aktīvā dublēšana ir sadalīta vairākos veidos:
1. Ielādēta rezerve- ja rezerves elementi ir tādā pašā režīmā kā galvenais elements.
2. Izkrauta rezerve- kad rezerves elementi ir izslēgti. Līdz ieslēgšanas brīdim rezerves nevar neizdoties.
3. Gaismas rezerve- kad rezerves elementi atrodas mazāk noslogotā vidē nekā galvenais. Gaidīšanas laikā rezerves elementi var neizdoties, taču ar mazāku varbūtību nekā primārais elements.
Acīmredzot vieglā rezerve ir vispārīgākais aktīvo rezervju veids, jo 1. un 2. tiek iegūti kā daļēja no vieglajām rezervēm.
Fiksēta rezervācija - atlaišana ar nomaiņu, kurā katra rezerves elementa pieslēguma vieta ir stingri noteikta iepriekš (42.a att.).
https://pandia.ru/text/78/494/images/image005_73.gif" width="77" height="25 src=">
neatjaunojama sistēma
elementi (primārais un rezerves) ir vienlīdz uzticami un uzticamības funkcija =
Pēc rādītāja salīdzināsim lieko un nelieko sistēmu uzticamību
https://pandia.ru/text/78/494/images/image008_44.gif" width="114" height="28 src="> - liekas un neliekas sistēmas uzticamības funkcijas.
§ 5.2 Sistēmas uzticamība ar noslogotu aktīvo dublēšanu un pasīvo dublēšanu bez slodzes sadales
Ļaujiet sistēmai satur N sērijveidā savienotus galvenos elementus.
1. Vispārējs rezervācijas gadījums
https://pandia.ru/text/78/494/images/image010_42.gif" width="344" height="386 src="> Apskatīsim liekās sistēmas darbības laika diagrammu īpašā gadījumā N =2, M=1. Tas parādīts 45. attēlā. Tas parāda darbības laiku līdz n-tā elementa atteicei m-tajā rezerves grupā, vispārīgā gadījumā 
A) Apsveriet lietu aktīva rezervācija.
Atradīsim sistēmas uzticamības funkciju. Redzams, ka tā uzticamības blokshēma ir sērijveidā paralēla un tajā ir M+1 paralēli savienotas grupas, no kurām katra satur N elementus. Tad no (4.25) liekās sistēmas uzticamības
kur https://pandia.ru/text/78/494/images/image015_29.gif" width="49" height="28 src="> tiks noteikts no (5.1)
No (5.1.) izriet:
1. Sistēmas uzticamība nav atkarīga no secības, kādā tiek ieslēgti rezerves elementi.
2. Sistēmas uzticamību brīdī t nosaka elementu uzticamības vērtības tajā pašā momentā t un tā ir pilnīgi neatkarīga no tā, kā uzticamība mainījās pirms laika.
3. Liekas sistēmas uzticamība ir augstāka par neliekas sistēmas uzticamību. Tiešām viegli pārbaudīt
Kur ir darbības laiks līdz atteicei, m ir rezerves grupas numurs, n ir elementa numurs rezerves grupā
1. uzdevums. Ļaujiet precizēt elementa uzticamību un noteikt tādu M rezerves elementu grupu skaitu, pie kura liekās sistēmas uzticamība būs ne mazāka par https://pandia.ru/text/78/494/images /image019_21.gif" width="87" height=" 28">
https://pandia.ru/text/78/494/images/image021_22.gif" width="212" height="31 src=">
https://pandia.ru/text/78/494/images/image023_20.gif" width="193" height="52 src=">
https://pandia.ru/text/78/494/images/image006_62.gif" width="52 height=29" height="29">.gif" width="87" height="28">
https://pandia.ru/text/78/494/images/image022_17.gif" width="303" height="31 src=">
https://pandia.ru/text/78/494/images/image026_18.gif" width="199" height="32 src=">
Sistēmā ir N rezerves grupas, no kurām katra satur 1 primāro un N rezerves elementu. Turpmāk par galveno elementu nosacīti uzskatīsim nulles rezerves elementu (rezerves grupā). Apskatīsim liekās sistēmas funkcionēšanas laika diagrammu īpašā gadījumā N=2, M=1 (skat. 42-a att.). Tas ir parādīts attēlā. 46.
 |
A) Apsveriet lietu aktīva rezervācija .
Atradīsim sistēmas uzticamības funkciju. Tā uzticamības blokshēma būs sērijveidā paralēla, kurā būs N virknē savienotas grupas, no kurām katra satur M+1 paralēli savienotus elementus. No (4.26)
https://pandia.ru/text/78/494/images/image006_62.gif" width="52" height="29 src="> elementa uzticamības funkcija.
b) gadījumam pasīvā atlaišana bez slodzes pārdales diagrammas būs līdzīgas att. 46 un tiks noteikts no (5.2). No (5.2) izriet secinājumi, kas ir līdzīgi tiem, kas sniegti iepriekš vispārīgās atrunas gadījumā. Izmantojiet rezervācijas priekšrocības
https://pandia.ru/text/78/494/images/image031_15.gif" width="236" height="35 src=">
5.3 Sistēmas uzticamība ar nenoslogotu aktīvo dublēšanu
Nenokrautai rezervei mēs pieņemsim, ka rezerves elementu uzticamība nesamazinās, kad tie netiek ekspluatēti. Atcerēsimies arī iepriekš ieviestos pieņēmumus.
1. Vispārējs rezervācijas gadījums
Apskatīsim vispārējas atlaišanas sistēmas gadījumu, kas sastāv no N virknē savienotiem galvenajiem elementiem. Liekas sistēmas struktūra būs līdzīga att. 44. Apskatīsim liekās sistēmas funkcionēšanas laika diagrammu īpašā gadījumā N=2, M=1 (skat. 42.-b att.). Tas ir parādīts attēlā. 47.
 |
Sistēmas atteices laiks:
https://pandia.ru/text/78/494/images/image034_18.gif" width="124" height="33 src=">, kas nebūs atkarīgs no M, jo elementi (primārais un rezerves) ir vienādi uzticami un skaitļu elementi sērijveidā savienotu galveno un rezerves elementu grupā ir vienādi un = N.
https://pandia.ru/text/78/494/images/image036_16.gif" width="495" height="33 src="> (5.5)
1. iegūt uzticamību
2. nav atkarīgi no pievienoto rezerves grupu secības
3. No (5.5) izriet, ka nenoslogotas rezerves gadījumā, atšķirībā no noslogotās rezerves, liekās sistēmas uzticamības funkciju laikā t nosaka elementu uzticamības funkciju vērtības uz intervāls , t.i., darbības aizvēsture.
Salīdzināsim noslogotās un neizkrautās aktīvās rezerves. Ir grūti veikt (5.1) un (5.5) kvantitatīvu salīdzinājumu, tāpēc aprobežosimies ar kvalitatīviem secinājumiem.
Laiks līdz sistēmas kļūmei:
-
https://pandia.ru/text/78/494/images/image011_38.gif" width="35" height="25 src="> laiks pirms m-tās rezerves elementu grupas n-tā elementa atteices.
-
https://pandia.ru/text/78/494/images/image039_13.gif" width="223 height=52" height="52"> t.i.
un tāpēc , neizkrauta rezerve ir uzticamāka nekā noslogota .
2. Atsevišķas rezervācijas gadījums
https://pandia.ru/text/78/494/images/image042_12.gif" width="104" height="35 src=">
Liekas sistēmas uzticamības funkcija:
https://pandia.ru/text/78/494/images/image044_12.gif" width="119" height="52 src=">
Tas nozīmē, ka n-tās rezerves grupas elementu atteices plūsma ir līdzīga MVE atteices plūsmai. Pēc tam no (3.7)
https://pandia.ru/text/78/494/images/image046_12.gif" width="52" height="29 src="> - laika sadalījuma funkcija līdz elementa atteicei.
Aizstājot (5.7) ar (5.6), mēs iegūstam
(5.8)
Salīdzināsim noslogotās un izkrautās rezerves kvalitatīvā līmenī.
Laiks līdz sistēmas kļūmei:
-noslogotai aktīvajai rezervei
https://pandia.ru/text/78/494/images/image011_38.gif" width="35" height="25 src="> — laiks pirms m-tā elementa atteices n-tajā rezerves grupā .
- izkrautai aktīvajai rezervei
https://pandia.ru/text/78/494/images/image050_12.gif" width="215" height="52 src=">
i..gif" width="77" height="25">, ja tas pats ielādētajām un izkrautajām rezervēm.
§ 5.4. Sistēmu uzticamības salīdzināšana ar aktīvu noslogotu un neizkrautu dublēšanu
Ir grūti veikt uzticamības funkciju kvantitatīvu salīdzinājumu, tāpēc aprobežosimies ar kvalitatīviem secinājumiem un veiksim salīdzinājumu darbības laiku salīdzināšanas līmenī pirms sistēmas atteices.
1. Vispārēja atruna
Priekš ielādēts rezerve
Gif" width="251" height="61 src=">
Ir skaidrs, ka. un tāpēc neizkrauta rezerve ir uzticamāka nekā noslogota.
2.Atsevišķa rezervācija
Priekš ielādēts rezerve
Par neizkrautu rezervi
Acīmredzot, jo vienmēr 
i., neizkrauta rezerve ir uzticamāka par noslogotu.
Ņemiet vērā, ka šis secinājums attiecas uz visi aktīvās dublēšanas metodes, tostarp ar neabsolūti uzticamiem slēdžiem, ja DIV_ADBLOCK253">
Ļaujiet mums atrast sistēmas uzticamības funkciju gadījumam ģenerālis sistēmas redundance, kas satur N virknē savienotus elementus (44. att.)
Sistēmas darbības shēma gadījumam N=2 un M=1 būs tāda pati kā attēlā. 47, tikai līdz brīdim, kad funkcionālā rezerves elementu grupa būs savienota ar bojātas galveno vai rezerves elementu grupas vietu, tā būs vieglā stāvoklī, kurā elementi sabojājas ar mazāku varbūtību nekā darba stāvoklī.
Sprieduma vienkāršības labad, bet ne uz vispārīguma rēķina (sakarā ar to, ka galvenais un rezerves elementi ir vienlīdz uzticami), mēs pieņemam, ka rezerves elementu grupu skaits atbilst secībai, kādā tie ir savienoti. .
Apzīmēsim:
Rezerves elementu (M - 1) grupas atteices laiks
Rezerves elementu M grupas atteices laiks = sistēmas atteices laiks.
Ņemiet vērā, ka tie ir atkarīgi no laika, jo tas ir atkarīgs no rezerves elementu m-tās grupas m=1,M pārejas momenta no vieglā stāvokļa uz darba stāvokli, t.i.
Sistēmas uzticamības funkcija:
https://pandia.ru/text/78/494/images/image070_8.gif" width="363" height="42 src="> (5.7)
https://pandia.ru/text/78/494/images/image072_8.gif" width="226" height="44 src=">
https://pandia.ru/text/78/494/images/image074_7.gif" width="314" height="38 src="> (5.8)
kur https://pandia.ru/text/78/494/images/image076_6.gif" width="39" height="19">
- varbūtība, ka attiecīgi M-grupa un šīs grupas elements neizdosies intervālā, ja pirms atteices brīža nav bijis neveiksmes.
Tas ir, (5.7), (5.8) nosaka caur . Līdzīgi to nosaka caur utt caur - pamatelementu grupas sadalījuma funkcija.
§ 5.5. Redundances mēroga ietekme uz sistēmas uzticamību
Rezerve var aptvert vai nu atsevišķus galvenos elementus, vai vairākus galvenos elementus, vai visus galvenos sistēmas elementus. Līmenis, kurā tiek veiktas rezervācijas, tiek saukts par rezervācijas skalu. Jo lielāku daļu sistēmas galveno elementu sedz viena rezerve, jo lielāks ir rezervācijas mērogs. Jo vairāk rezerves grupu, jo mazāka ir rezerves skala.
Apskatīsim atlaišanas mēroga ietekmi uz sistēmas uzticamību ar absolūti uzticamu un absolūti neuzticamu slēdzi.
1. Absolūti uzticams slēdzis.
Parādīsim, ka, palielinot atlaišanas mērogu, samazinās sistēmas uzticamība. Tas ir, dažādām rezervju grupām piederošo rezerves elementu secīga kombinācija (49. a, b att.) noved pie uzticamības samazināšanās.
 |
Pirms pāriet pie pierādīšanas, jāatzīmē, ka pietiek pierādīt formulēto apgalvojumu gadījumam, kad tiek rezervēti divi galvenie elementi ar diviem rezerves elementiem ar atšķirīgu mērogu (48.-b att.). Patiešām, ar m secīgu kombināciju Rezerves grupu elementi, galveno un rezerves elementu grupa, kas iegūta iepriekšējā apvienošanas solī, var tikt uzskatīti par vienu elementu. Tas ir, mums ir nepieciešams un pietiekami parādīt, ka elementu atlaišana (49. att. a) nodrošina lielāku uzticamību nekā vispārējā redundance (49. b att.).
a) aktīva ielādēta atlaišana
Priekš elementu pa elementam rezervācija (49.a att.) no (5.2)
https://pandia.ru/text/78/494/images/image089_7.gif" width="12" height="23 src=">.gif" width="384" height="37 src=">. gif" width="478" height="38 src=">
https://pandia.ru/text/78/494/images/image095_7.gif" width="212" height="38 src=">
Tas ir, atlaišanas mēroga palielināšanās noved pie uzticamības samazināšanās.
b) aktīva izkrauta rezervācija
Atlaišanai pa elementiem (49.a att.)
https://pandia.ru/text/78/494/images/image097_5.gif" width="349" height="41 src=">
Lai veiktu salīdzinošu analīzi, jāņem vērā visas iespējamās attiecības starp galveno un rezerves elementu atteices laikiem.
Ļaujiet https://pandia.ru/text/78/494/images/image101_6.gif" width="239" height="25">
Ļaujiet DIV_ADBLOCK255">
https://pandia.ru/text/78/494/images/image105_5.gif" width="115" height="25 src=">
utt. Ja analizējam visus gadījumus, mēs iegūstam 
No kurienes tas izriet atsevišķa atlaišana ir uzticamāka .
Ņemiet vērā, ka pārbaudītais rezultāts ir derīgs jebkuram uzticamības likumam. Fiziski tas izskaidrojams ar to, ka ar atsevišķu atlaišanu galvenā elementa atteici kompensē tikai viens rezerves elements, nevis rezerves elementu grupa, kā tas ir vispārējās atlaišanas gadījumā, t.i., ir vairāk racionāls rezerves elementu patēriņš.
2. Nav absolūti uzticams slēdzis.
a) Apsveriet vispārēja aktīva gadījumā noslogota rezerve (50. att.)
Attiecībā uz katru lieko grupu elementu slēdži darbosies kā sērijveidā savienots elements. Pieņemot, ka visi N slēdži rezerves grupās ir vienlīdz uzticami, mēs iegūstam
Salīdzinot (5.2) un (5.12), iegūstam līdzīgu secinājumu.
Iepriekš mēs secinājām, ka ar absolūti uzticamu slēdzi vislielākā redundances uzticamība tiek nodrošināta ar mazāko dublēšanas skalu.no 5 sērijveidā savienotiem elementiem.
Samazinoties atlaišanas mērogam, palielināsies sistēmas neuzticamība slēdža neabsolūtās uzticamības dēļ, un samazināsies pašas sistēmas neuzticamība redundances mēroga samazināšanās dēļ. Tāpēc būs noteikta optimāla rezervēšanas skala, pie kuras pa kreisi>
1. Ielādēta rezerve . Apskatīsim liekās sistēmas funkcionēšanas laika diagrammu īpašā gadījumā N=2, M=1. Tas ir parādīts attēlā. 53.
 |
Uzticamības funkcija
https://pandia.ru/text/78/494/images/image118_4.gif" width="47" height="28 src="> — neveiksmīgo elementu skaits vienā .
2. https://pandia.ru/text/78/494/images/image120_4.gif" width="136" height="29">. Tas izriet no tā, ka ar bīdāmo rezervāciju tiek pilnībā izmantoti visi rezerves elementi, t.i. Sistēmas kļūme rodas pēc tam, kad nav palicis neviens rezerves elements un atteicās galvenais. Atsevišķas dublēšanas gadījumā var būt rezerves elementu nepietiekama izmantošana, jo rezerves grupas atteice izraisa sistēmas atteici. Šajā gadījumā daži rezerves elementi citās rezervju grupās var būt nepietiekami izmantoti.
Bīdāmās rezervācijas izmantošanu praksē ierobežo komutācijas ierīču sarežģītība.
Ar absolūti uzticamu slēdzi un ar tādu pašu rezerves elementu skaitu bīdāmajai rezervācijai ir lielāka uzticamība nekā atsevišķai un vēl jo vairāk vispārējai, tāpēc ir jācenšas izmantot bīdāmo rezervāciju.
Ierobežojumi:
Ieviešot programmatūrā, slēdžiem nav ierobežojumu;
Ar aparatūras ieviešanu ir, jo papildus pārslēgšanas funkcijai slēdzim papildus tiek piešķirta neveiksmīgā elementa identificēšanas funkcija.
§5.8. Dublēšana ar atkopšanu
Praksē, lai palielinātu uzticamību, viņi bieži izmanto lieko sistēmu atjaunošanu. Šajā gadījumā vispārīgākajai situācijai var sniegt šādu sistēmas diagrammu (parastajā nozīmē)
https://pandia.ru/text/78/494/images/image122_4.gif" width="133" height="30">(Šeit mēs pieņemam, ka tas nav atkarīgs no t.
Tad sistēmas pāreju grafiku no stāvokļa uz stāvokli var attēlot 55. att. formā. Tas ir virzīts grafiks.
Vispārīgā gadījumā (ar patvaļīgu skaitu rezerves elementu) nāves un vairošanās procesu (kas ir Markovian) var izmantot, lai aprakstītu sistēmas uzvedību. Markova īpašuma ierobežojums šeit nav atvasināts.
Pamatojoties uz pārejas grafiku, tiek sastādīta diferenciālvienādojumu sistēma, izmantojot sekojošo noteikumiem:
Sistēma satur tik daudz diferenciālvienādojumu, cik ir analizējamās sistēmas stāvokļu (grafa virsotnes)
Sistēmas i-tā vienādojuma kreisajā pusē ir https://pandia.ru/text/78/494/images/image126_5.gif" width="39" height="29 src="> varbūtība, ka i -tais stāvoklis, bet labais - tik daudz terminu, cik ir grafa loki, kas saistīti ar i -to stāvokli.
Katrs termins apzīmē pārejas intensitātes reizinājumu uz i-to stāvokli vai no tā un stāvokļa, no kura izplūst loka, varbūtības reizinājumu. Ja loks ir vērsts uz i-to stāvokli, tad termins tiek ņemts ar “+” zīmi, ja tas nāk no i-tā stāvokļa, tad ar “-” zīmi.
https://pandia.ru/text/78/494/images/image128_4.gif" width="33" height="23"> var izdarīt, izmantojot Laplasa transformāciju, reducējot diferenciālvienādojumu sistēmu uz algebrisko sistēmu vienādojumi. Darbības stāvokļa varbūtība brīdī vai pieejamības koeficients:
https://pandia.ru/text/78/494/images/image130_3.gif" width="157 height=23" height="23"> Un diferenciālvienādojumu sistēma nonāk algebrisko vienādojumu sistēmā. Piemēram , no (4.11)
https://pandia.ru/text/78/494/images/image132_3.gif" width="180" height="34 src="> (5.17)
§ 5.9. Vairākuma atruna
Šo metodi sauc arī par balsošanas rezervēšanas metodi. Tas ir parādā savu nosaukumu, jo rezerves grupās ir īpašs elements, ko sauc par vairākuma elementu vai balsošanas elementu (kvoruma elementu).
Vairākuma rezervēšana tiek plaši izmantota diskrētās (digitālās) sistēmās, tostarp skaitļošanā.
Lai dublētu sistēmu, kas sastāv no N elementiem, kas ir savienoti virknē uzticamības ziņā (56. att.-a). Katrs sistēmas elements ir diskrēts, kas rada 0 vai 1 atkarībā no 0 vai 1 izejā. Lai to noteiktu, pieņemsim, ka darba stāvoklī 0 pie izejas atbilst 0 pie ieejas un 1 pie izejas atbilst 1 pie ieejas.
Šādas sistēmas piemērs varētu būt ķēde, kas aizkavē vienības amplitūdas impulsa priekšpusi (aizmuguri vai priekšpusi) uz laiku ³ t. Mazam t šādu ķēdi var realizēt, izmantojot “UN-NOT” tipa loģiskos elementus, no kuriem katrs nodrošina aizkavi uz laiku t0. Tad elementu “UN-NOT” skaitam jābūt pāra un atlasītam no nosacījuma 1st class" href="/text/category/1_klass/" rel="bookmark">1.klase: ar atsevišķiem savienojumiem (56. att. c)
Katrs sistēmas galvenais elements tiek aizstāts ar rezerves grupu, kas sastāv no nepāra skaita M ievades elementu un viena vairākuma elementa (ME). Kā ievades elementi parasti tiek izmantoti galvenajiem elementiem līdzīgi elementi.
Vairākuma elements vispārīgā gadījumā realizē funkciju
https://pandia.ru/text/78/494/images/image135_2.gif" width="91" height="24"> - signāls m-tā ievades elementa izejā.
Upor ir vairākuma elementa iedarbināšanas slieksnis.
Y - rezerves grupas izejas signāls.
 |
.
 |
b) Adaptīvā vairākuma atruna
Ļauj ņemt vērā ievades elementu kļūmes. Tas tiek panākts ar to, ka (5.13) am=var (0 vai 1) un Upor=var. Rezerves grupa izskatīsies kā 60. att. Ievades elementi tiek izslēgti pa pāriem. Šajā gadījumā Uthrs mainās
2. klase" href="/text/category/2_klass/" rel="bookmark">2. klase (ar vairākiem savienojumiem) 54. att. d.
Šī vairākuma atrunas metode ļauj samazināt vairākuma elementa ticamības prasības, kas jāizpilda ar neadaptīvo vairākuma rezervāciju.
Dosim 1.rezerves grupas uzticamības aprēķinu. Tas darbojas, ja (ar nosacījumu, ka darbojas 2. rezerves grupas ievades elementi) vismaz
vairākuma elementu izejām būs pareizs signāls
Lai palielinātu sarežģītu sistēmu un atsevišķu objektu uzticamību, ir četri galvenie veidi:
1) sistēmas elementu uzticamības palielināšana. Tas ir vienkāršs un vienkāršs veids, taču, lai to izmantotu, ir nepieciešami uzticamāki komponenti. Bet pat ja tie ir pieejami, tie vienmēr ir daudz dārgāki par iepriekšējiem un ir nepieciešams ekonomisks aprēķins;
2) konstruktīvi pasākumi uzticamības paaugstināšanai (piemēram, iespējamo vibrāciju slāpēšana, pāreja no statiski nenoteiktas struktūras uz statiski nosakāmu, visa veida aizsargpārklājumi ar cietmetālu, polimēri u.c.). Šis ceļš ir saistīts ar mašīnbūves tehnoloģijām un var būt arī speciāla pētījuma priekšmets uzticamības teorijā;
3) radikāla sistēmas darbības principa maiņa šim nolūkam. Saistīts ar jaunu tehnoloģiju radīšanu, tas ir kvalitatīvs lēciens šīs nozares attīstībā – tas izriet no iepriekšējo inženiertehnisko risinājumu ekonomiskās nelietderīguma.
4) dažāda veida atlaišanas ieviešana.
Redundance ir papildu līdzekļi un iespējas, kas pārsniedz minimālo nepieciešamo, lai objekts veiktu noteiktas funkcijas
Metode, kā palielināt objekta uzticamību, ieviešot dublēšanu, ir dublēšana.
Ir vairākas metodes, kā palielināt uzticamību, izmantojot atlaišanu. Ir atrunas:
Strukturāls (redundance struktūrā - sistēmas elementu skaitā);
Regulāra (redundancija darbības režīmos - sistēmas elementu skaitā);
Pagaidu
Funkcionāls,
Informatīvs
Un virkne citu.
Vislielāko interesi rada strukturālā jeb ķēdes dublēšana, kas ietver lieku objekta struktūras elementu izmantošanu.
1) Atbilstoši metodēm rezervēšana var būt vispārīga vai atsevišķa (6.1. attēls).
6.1. attēls. Rezervēšanas metožu klasifikācija
1.1) Vispārējā dublēšana — viss objekts, iekārta vai sistēma kopumā ir lieka (6.2. attēls):
6.2. attēls. Vispārēja atruna
1.2) Atsevišķa dublēšana - atsevišķi sistēmas elementi ir lieki (6.3. attēls). Atsevišķa atlaišana ir izdevīga, ja ir liels ierīču skaits un palielinās to skaits.
6.3. attēls — atsevišķa atlaišana
Rezervācijas likme sauc par rezerves elementu skaita attiecību pret objekta galveno elementu skaitu.
2) Ir atrunas ar veseliem skaitļiem un daļskaitļiem:
2.1) rezervācija ar veselu skaitļu reizinājumu To sauc par dublēšanu, kurā normālai savienojuma darbībai pietiek ar to, ka darbojas vismaz viena ierīce (t.i., galvenajam sūknim ir piešķirta viena vai vairākas rezerves ierīces);
6.4. attēls. Redundance ar veselu skaitļu daudzveidību
2.2) daļēja rezervācija To sauc par dublēšanu, kurā normālai savienojuma darbībai var būt bojāta tikai viena ierīce (t.i., vairākiem sūkņiem ir tikai viena rezerves ierīce).
6.5. attēls — daļēja atlaišana
Rezervācijas koeficients:
kur m ir kopējais elementu skaits grupā;
r ir elementu skaits, kas nepieciešams normālai sistēmas darbībai.
Piemēram, analizēsim ķēdes (6.6. attēls).
6.6. attēls - Liekas shēmas
Saskaņā ar diagrammu 6.6. attēlā, mums ir dublēšanās un daudzveidība
Visa daudzveidība.
Diagramma 8.6.b attēlā parāda diagrammu ar daudzkārtību
Visa daudzveidība.
Diagrammā 8.6.c attēlā parādīta sistēma “2 no 3”.
Daļskaitlība.
3.1) Kad pastāvīga rezervācija rezerves ierīces ir savienotas ar galvenajām visā darbības laikā un darbojas vienlaikus ar tām.
3.2) Kad rezervācija ar nomaiņu rezerves ierīces pēc to atteices nomaina galvenās.
4) Atšķiriet trīs strukturālās atlaišanas veids Kabīne: piekrauta rezerve, vieglā rezerve, nenoslogotā rezerve.
4.1) Ielādēta rezerve- tāda rezerve, kad rezerves elementi darbojas tādā pašā slodzes režīmā kā galvenais elements, t.i. galvenais elements un dublējums zaudē uzticamību tādā pašā ātrumā.
4.1) Gaismas rezerve- tāda rezerve, kad elementi darbojas vājākā slodzes režīmā nekā galvenais elements, t.i. rezerves elementi zaudē uzticamību lēnāk nekā galvenais elements.
4.1) Izkrauta rezerve- kad rezerves elements praktiski nenes slodzi un tā uzticamība nemaz nesamazinās. Šīs ir rezerves daļas noliktavā.
6.7. attēlā ir apskatīta uzticamība ar noslogotām, vieglām un nenoslogotām rezervēm sistēmai, kurā ir 1 galvenais elements un 1 rezerves elements.
6.7. attēls. Rezervāciju veidi
Noslogota rezerve (6.7.a attēls). 0< t < t 0 функционируют оба элемента и их надежность падает одинаково. После отказа при t >t 0 pirmais vairs nedarbojas, bet otrais turpina darboties ar tādu pašu uzticamību pa to pašu līkni.
Vieglā svara rezerve (6.7.b attēls). 0< t < t 0 функционируют оба, но основной (кривая 1) теряет надежность быстрее, чем второй (кривая 2) при пониженной нагрузке. При t >t 0 2. elements darbojas ar pilnu slodzi, tā uzticamība samazinās pa līkni 2.
Izkrautā rezerve (6.7.c attēls). 0< t < t 0 работает только 1-й элемент (кривая 1), а при t >t 0 ir tikai otrā (līkne 2), bet tā sākas nevis no t = 0, bet gan no t = t 0.
Tādējādi vieglās rezerves uzticamība ir augstāka par noslogotu, bet nenoslogotu - par vieglu.
TĒMA: “Rezervācijas metožu klasifikācija”
PLĀNS:
1. Atlaišana un atlaišana
2. Rezervācijas metožu klasifikācija
Saskaņā ar GOST 27.002-89 atlaišana ir papildu līdzekļu un (vai) iespēju izmantošana, lai saglabātu objekta darba stāvokli viena vai vairāku tā elementu atteices gadījumā. Tādējādi atlaišana ir metode, kā palielināt objekta uzticamību, ieviešot atlaišanu.
Savukārt dublēšana ir papildu līdzekļi un (vai) iespējas, kas pārsniedz minimālo, kas nepieciešams objektam noteiktu funkciju veikšanai. Redundances ieviešanas mērķis ir nodrošināt objekta normālu darbību pēc tam, kad tā elementos ir radusies kļūme.
Ir dažādas rezervācijas metodes. Vēlams tos atdalīt pēc šādiem kritērijiem (1. att.): atlaišanas veids, elementu savienošanas veids, dublēšanas daudzveidība, rezerves ieslēgšanas veids, rezerves darbības režīms, rezerves atjaunojamība.
Galvenā elementa definīcija nav saistīta ar objekta galvenās struktūras minimāluma jēdzienu, jo elements, kas dažos darbības režīmos ir galvenais, citos apstākļos var kalpot kā rezerves kopija.
Liekais elements - galvenais elements, kura atteices gadījumā objektā tiek nodrošināts rezerves elements
Laika rezervēšana ir saistīta ar laika rezervju izmantošanu. Šajā gadījumā tiek pieņemts, ka objektam atvēlētais laiks nepieciešamo darbu veikšanai ir acīmredzami lielāks par nepieciešamo minimumu. Laika rezerves var izveidot, palielinot objekta produktivitāti, tā elementu inerci utt.
Informācijas dublēšana ir dublēšana, izmantojot informācijas dublēšanu. Informācijas dublēšanas piemēri ir viena un tā paša ziņojuma vairākkārtēja pārraide pa sakaru kanālu; dažādu kodu izmantošana, pārraidot informāciju pa sakaru kanāliem, kas atklāj un labo kļūdas, kas parādās iekārtu atteices un traucējumu ietekmes rezultātā; lieku informācijas simbolu ieviešana, apstrādājot, pārraidot un attēlojot informāciju. Informācijas pārpalikums ļauj vienā vai otrā pakāpē kompensēt pārraidītās informācijas izkropļojumus vai tos novērst.
Funkcionālā atlaišana ir atlaišana, kurā noteiktu funkciju var veikt dažādos veidos un ar tehniskiem līdzekļiem. Piemēram, ar ūdeni dzesējama jaudas reaktora ātras izslēgšanas funkciju var panākt, ievietojot drošības stieņus kodolā vai injicējot bora šķīdumu. Vai arī informācijas pārsūtīšanas funkciju automatizētai vadības sistēmai var veikt, izmantojot radio kanālus, telegrāfu, telefonu un citus sakaru līdzekļus. Līdz ar to parastie vidējie uzticamības rādītāji (vidējais laiks starp atteicēm, bezatteices darbības varbūtība utt.) kļūst neinformatīvi un nepietiekami piemēroti lietošanai šajā gadījumā. Piemērotākie rādītāji funkcionālās uzticamības novērtēšanai: dotās funkcijas izpildes varbūtība, vidējais funkcijas izpildes laiks, pieejamības līmenis noteiktas funkcijas veikšanai
Slodzes dublēšana ir atlaišana, izmantojot slodzes rezerves. Slodzes dublēšana, pirmkārt, ir nodrošināt optimālas rezerves elementu spējai izturēt uz tiem iedarbojošās slodzes. Izmantojot citas slodzes dublēšanas metodes, ir iespējams ieviest papildu aizsardzības vai izkraušanas elementus
Saskaņā ar rezerves elementu iekļaušanas metodi tie izšķir pastāvīgo, dinamisko, nomaiņas rezervāciju, bīdāmo un vairākuma rezervāciju. Pastāvīgā rezervācija ir rezervācija bez objekta struktūras pārstrukturēšanas tā elementa atteices gadījumā. Pastāvīgai dublēšanai ir būtiski, lai galvenā elementa atteices gadījumā nebūtu nepieciešamas speciālas ierīces rezerves elementa aktivizēšanai, kā arī nenotiktu darbības pārtraukumi (5.2. un 5.3. att.).
Pastāvīga atlaišana vienkāršākajā gadījumā ir elementu paralēls savienojums bez komutācijas ierīcēm.
Dinamiskā atlaišana ir atlaišana ar objekta struktūras pārstrukturēšanu, ja rodas tā elementa kļūme. Dinamiskajai rezervācijai ir vairākas šķirnes.
Sistēmu dublēšanas metožu klasifikācija
Šobrīd sasniegto elektronikas, radiotehnikas, mehānisko elementu un elektrotehnikas elementu bāzes drošuma līmeni raksturo atteices koeficienta vērtības λ=10 -6 ...10 -7 1/h. Tuvākajā nākotnē mēs varam sagaidīt, ka šis līmenis pieaugs līdz λ= 10 -8 1/h. Tas ļaus palielināt laiku starp atteicēm sistēmā, kas sastāv no N = 10 6 elementiem, līdz vērtībai 100 stundas, kas acīmredzami nav pietiekami. Sarežģītu sistēmu nepieciešamo uzticamību var sasniegt, tikai izmantojot dažāda veida dublēšanu.
Redundance ir viens no galvenajiem līdzekļiem, lai nodrošinātu objekta noteiktu uzticamības līmeni (īpaši bezatteices darbību), ja tā elementi nav pietiekami uzticami.
Saskaņā ar GOST 27.002-89 rezervācija ir papildu līdzekļu un (vai) iespēju izmantošana, lai uzturētu objekta darbības stāvokli viena vai vairāku tā elementu atteices gadījumā. Tādējādi atlaišana ir metode, kā palielināt objekta uzticamību, ieviešot atlaišanu. Savukārt, atlaišana - Tie ir papildu rīki un (vai) iespējas, kas pārsniedz minimālo, kas nepieciešams, lai objekts veiktu noteiktas funkcijas. Redundances ieviešanas mērķis ir nodrošināt objekta normālu darbību pēc tam, kad tā elementos ir radusies kļūme.
Ir dažādas rezervācijas metodes. Vēlams tos atdalīt pēc šādiem kritērijiem (4.7. attēls): atlaišanas veids, elementu savienošanas veids, dublēšanas daudzveidība, rezerves ieslēgšanas veids, rezerves darbības režīms, rezerves atjaunojamība.
4.7. attēls. Atlaišanas metožu klasifikācija
Strukturālā dublēšana, dažreiz sauc par aparatūru (elementu, ķēdi), ietver objekta struktūras rezerves elementu izmantošanu. Strukturālās dublēšanas būtība ir tāda, ka minimāli nepieciešamajā objekta versijā tiek ieviesti papildu elementi. Liekas sistēmas elementiem ir šādi nosaukumi. Galvenais elements- objekta struktūras elements, kas nepieciešams, lai objekts varētu veikt nepieciešamās funkcijas, ja tā elementos nav bojājumu. Rezerves elements - objekta elements, kas paredzēts galvenā elementa funkciju veikšanai pēdējā bojājuma gadījumā.
Galvenā elementa definīcija nav saistīta ar objekta galvenās struktūras minimāluma jēdzienu, jo elements, kas dažos darbības režīmos ir galvenais, citos apstākļos var kalpot kā rezerves kopija.
Rezervēts elements- galvenais elements, atteices gadījumā, kuram objektā ir paredzēts rezerves elements.
4.8. – 4.10. attēlā parādītas galveno un rezerves elementu savienojuma shēmas, tā sauktais elementu paralēlais savienojums. Sistēma ar elementu paralēlu savienojumu ir sistēma, kas sabojājas tikai tad, ja sabojājas visi tās elementi.
Attēls 4.8 – Elementu paralēlā savienojuma piemērs
a – shematiskā diagramma, b – projektēšanas diagramma
4.9. attēls – SUKhTP elementu paralēlās sērijas savienojuma piemērs
a - funkcionālā diagramma, b - dizaina diagramma
4.10. attēls – elementu tilta savienojuma piemērs
Pagaidu rezervācija kas saistīti ar laika rezervju izmantošanu. Šajā gadījumā tiek pieņemts, ka objektam atvēlētais laiks nepieciešamo darbu veikšanai ir acīmredzami lielāks par nepieciešamo minimumu. Laika rezerves var izveidot, palielinot objekta produktivitāti, tā elementu inerci utt.
Informācijas dublēšana- Šī ir atlaišana, izmantojot informācijas dublēšanu. Informācijas dublēšanas piemēri ir viena un tā paša ziņojuma vairākkārtēja pārraide pa sakaru kanālu; dažādu kodu izmantošana, pārraidot informāciju pa sakaru kanāliem, kas atklāj un labo kļūdas, kas parādās iekārtu atteices un traucējumu ietekmes rezultātā; lieku informācijas simbolu ieviešana, apstrādājot, pārraidot un attēlojot informāciju. Informācijas pārpalikums ļauj vienā vai otrā pakāpē kompensēt pārraidītās informācijas izkropļojumus vai tos novērst.
Funkcionālā atlaišana- atlaišana, kurā doto funkciju var veikt dažādos veidos un tehniskie līdzekļi. Piemēram, informācijas pārraides funkciju automatizētai vadības sistēmai var veikt, izmantojot radio kanālus, telegrāfu, telefonu un citus sakaru līdzekļus. Līdz ar to parastie vidējie uzticamības rādītāji (vidējais laiks starp atteicēm, bezatteices darbības varbūtība utt.) kļūst neinformatīvi un nepietiekami piemēroti lietošanai šajā gadījumā. Funkcionālās uzticamības novērtēšanai piemērotākie rādītāji ir: dotās funkcijas izpildes varbūtība, vidējais funkcijas izpildes laiks, pieejamības līmenis noteiktas funkcijas veikšanai.
Slodzes dublēšana- tā ir atlaišana, izmantojot slodzes rezerves. Slodzes dublēšana, pirmkārt, ir nodrošināt optimālas rezerves elementu spējai izturēt uz tiem iedarbojošās slodzes. Izmantojot citas slodzes dublēšanas metodes, ir iespējams ieviest papildu aizsardzības vai izkraušanas elementus.
Uzskaitītos atlaišanas veidus var attiecināt vai nu uz sistēmu kopumā, vai atsevišķiem sistēmas elementiem vai to grupām. Pirmajā gadījumā tiek izsaukta rezervācija ģenerālis, otrajā - atsevišķi. Tiek izsaukta dažādu rezervāciju veidu kombinācija vienā objektā sajaukts.
Saskaņā ar rezerves elementu iekļaušanas metodi tie izšķir pastāvīgo, dinamisko, nomaiņas rezervāciju, bīdāmo un vairākuma rezervāciju. Pastāvīga rezervācija- šī ir rezervācija bez objekta struktūras pārbūves tā elementa atteices gadījumā. Pastāvīgai dublēšanai ir svarīgi, lai galvenā elementa atteices gadījumā nebūtu nepieciešamas īpašas ierīces, lai aktivizētu rezerves elementu, kā arī nebūtu darbības pārtraukumu (4.11. - 4.13. attēls). Pastāvīga atlaišana vienkāršākajā gadījumā ir elementu paralēls savienojums bez komutācijas ierīcēm.
Attēls 4.13. Jaukta atlaišana ar vienmēr ieslēgtu rezervi
Dinamiskā rezervēšana- šī ir atlaišana ar objekta struktūras pārstrukturēšanu, ja rodas tā elementa kļūme. Dinamiskajai rezervācijai ir vairākas šķirnes.
Rezervācija ar aizstāšanu- tā ir dinamiska dublēšana, kurā galvenā elementa funkcijas tiek pārsūtītas uz rezerves elementu tikai pēc galvenā elementa atteices. Rezerves iekļaušanai ar aizstāšanu (4.14., 4.15. attēls) ir šādas priekšrocības:
– nepārkāpj rezerves darba režīmu;
– lielākā mērā saglabā rezerves elementu uzticamību, jo, kad galvenie elementi darbojas, tie nedarbojas;
– ļauj izmantot rezerves elementu vairākiem galvenajiem elementiem.
Būtisks rezerves atlaišanas trūkums ir nepieciešamība pēc komutācijas ierīcēm. Ar atsevišķu dublēšanu komutācijas ierīču skaits ir vienāds ar galveno elementu skaitu, kas var ievērojami samazināt visas sistēmas uzticamību. Tāpēc ir izdevīgi rezervēt lielas vienības vai visu sistēmu nomainot, un visos citos gadījumos - ar augstu komutācijas ierīču uzticamību.
Ritošā rezervācija- tā ir rezervēšana ar aizstāšanu, kurā objekta galveno elementu grupa tiek rezervēta ar vienu vai vairākiem rezerves elementiem, no kuriem katrs var aizstāt jebkuru neveiksmīgu šīs grupas galveno elementu (4.16. attēls).
Attēls 4.16 – Bīdāmā rezervācija ar viena veida (a) un neviendabīgiem (b) elementiem
Plaši izmanto vadības sistēmās vairākuma atruna(izmantojot "balsošanu"). Šīs metodes pamatā ir papildu elementa, ko sauc par vairākuma jeb loģisko elementu, izmantošanu. Loģiskais elements ļauj salīdzināt signālus, kas nāk no elementiem, kas veic vienu un to pašu funkciju. Ja rezultāti sakrīt, tie tiek pārsūtīti uz ierīces izvadi.
4.17. attēlā parādīta atlaišana, kas balstīta uz “2 no 3” principa, t.i. jebkuri divi atbilstošie rezultāti no trim tiek uzskatīti par patiesiem un tiek nodoti ierīces izvadei. Daudzas vadības un aizsardzības sistēmu (CPS) apakšsistēmu shēmas ir veidotas pēc šī principa. Var izmantot koeficientu “3 no 5” utt. Šīs metodes galvenā priekšrocība ir paaugstinātas uzticamības nodrošināšana jebkura veida elementu atteices gadījumā un informācijas-loģisko objektu uzticamības palielināšana.
4.17. attēls. Vairākuma atruna
Atlaišanas pakāpi raksturo atlaišanas daudzveidība. Rezervju norma ir objekta rezerves elementu skaita attiecība pret to rezervēto galveno elementu skaitu, kas izteikta kā nesamazināta daļa. Redundance ar veselu skaitļu reizinājumu notiek, ja viens primārais elements tiek dublēts ar vienu vai vairākiem rezerves elementiem.
Rezervācija ar daļskaitli —Šī ir rezervācija, ja divi vai vairāki viena veida elementi ir rezervēti vienam vai vairākiem rezerves elementiem. Visizplatītākā daļējas atlaišanas iespēja ir tad, ja galveno elementu skaits pārsniedz rezerves elementu skaitu. Tiek izsaukta rezervācija, kuras reizinājums ir vienāds ar vienu dublēšanās.
Atkarībā no rezervāta darbības režīma izšķir noslogotās, vieglās un nenoslogotās rezerves. Ielādēta rezerve -Šī ir rezerve, kurā ir viens vai vairāki rezerves elementi, kas atrodas primārā elementa režīmā. Tiek pieņemts, ka noslogotās rezerves elementiem ir tāds pats uzticamības, izturības un glabājamības līmenis kā galvenajiem objekta elementiem, kurus tie rezervē. Gaismas rezerve -Šī ir rezerve, kurā ir viens vai vairāki rezerves elementi, kas ir mazāk noslogotā režīmā nekā galvenais. Gaismas rezerves elementiem, kā likums, ir augstāks uzticamības, izturības un uzglabāšanas līmenis nekā galvenajiem elementiem. Izkrauta rezerve- šī ir rezerve, kurā ir viens vai vairāki rezerves elementi, kas atrodas izkraušanas režīmā, pirms tie sāk pildīt galvenā elementa funkcijas. Nenolādētas rezerves elementiem parasti tiek pieņemts, ka tie nekad neizdodas un nesasniedz robežstāvokli.
Redundance, kurā jebkura viena vai vairāku rezerves elementu darbspēja atteices gadījumā ir pakļauta atjaunošanai ekspluatācijas laikā, tiek saukta dublēšana ar atjaunošanu, citādi turas dublēšana bez atjaunošanas. Rezerves atgūstamība tiek nodrošināta, uzraugot elementu darbspēju. Ja ir atlaišana, tas ir īpaši svarīgi, jo šajā gadījumā slēpto kļūmju skaits var būt lielāks nekā atlaišanas neesamības gadījumā. Ideālā gadījumā jebkura objekta elementa kļūme tiek atklāta nekavējoties, un bojātais elements tiek nekavējoties nomainīts vai salabots.
