Artıklık, gerekli işlevleri gerçekleştirmek için gereken minimum değere göre yedekli olan ek araç ve yeteneklerin kullanımı yoluyla sistem güvenilirliğini sağlama yöntemidir. Artıklık yalnızca güvenilirliği artırmak için değil aynı zamanda doğruluğu, kararlılığı, güvenilirliği vb. artırmak için de kullanılabilir. Bazen "artıklık" terimi yerine "artıklığın getirilmesi" ifadesi kullanılır. Bu kavramlar arasında pek çok benzerlik vardır ancak farklılıklar da vardır, dolayısıyla eşanlamlı olarak algılanamazlar. Artıklık, bir ürünün ağırlığının, boyutlarının, performansının, maliyetinin ve diğer teknik ve ekonomik göstergelerinin gereken minimum değerden fazla olması olarak anlaşılmaktadır. Artıklığın getirilmesinin güvenilirlik, güvenilirlik vb. göstergelerde otomatik bir iyileştirme anlamına gelmediği açıktır. İyileştirmenin gerçekleşmesi için, fazlalık kaynakların uygun şekilde yönetilmesi, bunların kullanımına yönelik belirli koşulların ve kuralların oluşturulması ve bazı durumlarda bazı durumlarda gereklidir. , bu kaynakların güncellenmesi için özel teknik ve yazılım araçları sağlar. Bu başarılırsa, fazlalığın getirilmesi artıklık haline gelir ve her iki kavram da eşanlamlı olarak kabul edilebilir.
Artıklık türleri ve yöntemleri oldukça çeşitlidir ve hem iyileştirilmesi gereken özelliklerin türüne hem de artıklığın kullanıldığı sistem sınıfına bağlıdır. Kontrol sistemlerinin güvenilirliğini artırmak için yapısal, işlevsel, zaman, bilgi ve algoritmik artıklık kullanılır. Bu tür rezervasyonlara daha yakından bakalım.
Yapısal artıklık. Yapısal artıklık (SR), sisteme atanan işlevleri gerçekleştirmek için gerekli olmayan, ancak arızadan sonra sistem tarafından kullanılan ek (yedek) öğelerin sistemde kullanılmasından oluşan teknik araçların güvenilirliğini artırma yöntemidir. ana unsurlardandır. SR'nin karakteristik bir özelliği, ideal olarak güvenilir bir sistemde, tüm yedekleme elemanlarının, sistemin işleyiş kalitesinde herhangi bir bozulma olmaksızın sistemden çıkarılabilmesidir. Yalnızca ana unsurların temel bir arıza olasılığı olduğunda gereklidirler.
Sıralı sistemden farklı olarak, CP'li bir sistemde, sistemin işleyişi yapının yeniden yapılandırılması (yeniden yapılandırılması) ve yedek elemanların bağlanmasıyla desteklendiğinden, herhangi bir elemanın arızası sistem arızasına yol açmaz. Bir sistem arızası, yalnızca ana elemanlardan birindeki bir arıza, işlevsel bir yedek elemanın (eleman grubu) zamanında bağlanmasıyla telafi edilemediğinde meydana gelir.
SR'nin yaygın kullanımını açıklayan dikkate değer bir özelliği, elemanların (birincil ve yedek) toplam arıza oranını artıran yedek ekipmanın kullanılmasının, sistemin arıza oranını önemli ölçüde azaltmasıdır. Sonuç olarak diğer güvenilirlik göstergeleri de gelişiyor. Ve bunun tersine, herhangi bir basitleştirmenin güvenilirlik açısından yararlı olduğu sıralı bir sistemin aksine, yedekli bir sistemde, gereksiz öğelerin kaldırılmasıyla basitleştirme, güvenilirlik göstergelerini kötüleştirir. SR elemanlarının arıza akışının mevcut olması durumunda, yedekli olmayan bir sistemin ortalama arıza süresinden çok daha uzun bir süre boyunca sistemin sürekli çalışmasına izin verir. Aynı performansa sahip, eş zamanlı çalışan birden fazla cihazdan oluşan ve cihazlardan birinin arızalanmasının genel sistem performansını düşürdüğü sistemlerde CP, sistem performansını dengeler.
SR'yi etkili bir şekilde kullanmak için, bazen arızaların zamanında tespit edilmesini ve yedek ekipmanın zamanında bağlanmasını garanti etmek amacıyla geçici gibi başka yedeklilik türlerinin dahil edilmesi gerekebilir. Aynı amaçlarla bilgi ve algoritmik rezervasyon kullanılır.
Yapısal artıklık yöntemleri.
MSR'ler farklılık gösterir:
Rezervasyon ölçeğine göre;
Ana ve yedek elemanların sayısının oranı;
Rezervi açma yöntemi;
Yedek elemanların çalışma modu;
Yedek ekipmanı bağlama yöntemleri.
Rezervasyon, sıralı sistemin tamamı rezerve edilmişse genel, sıralı bir sistemin ayrı ayrı elemanları rezerve edilmişse ayrı (eleman bazında) ve bir grup sistem elemanı rezerve edilmişse grup olarak adlandırılır. Öğelerden birinin arızalanması durumunda birbirinin yerine geçen ana ve yedek öğeler kümesine yedek grup adı verilir. Genel fazlalık ile sistemde yalnızca bir fazlalık grup bulunur; ayrı artıklık ile sıralı sistemdeki öğeler kadar fazlalık grup bulunur. Grup rezervasyonunda, rezerve edilen grup sayısı bir ara değere sahiptir. Yedek gruplarından en az biri arızalandığında yapısal rezervi olan bir sistem başarısız olur. Yapısal güvenilirlik diyagramında yedekli gruplar seri olarak bağlanır; bu, yedekli bir grubun arızalanma olasılığının şu şekilde tanımlanabileceği anlamına gelir:
Kayan rezervasyon veya belirsiz yazışmalar, sistemin tüm ana elemanları aynı olduğunda kullanılır. Yedek öğeler belirli ana öğelere atanmaz ancak herhangi birinin yerini alabilir.
Yapısal fazlalığın ana parametresi, aynı tip n'deki toplam eleman sayısı ile sistemin çalışması için gerekli çalışma elemanlarının r sayısı arasındaki oran olan k çokluğudur:
K'nın değeri bir tam sayı (if) ve bir kesir (if) olabilir, ikinci durumda kesir azaltılamaz.
Rezervi açma yöntemine göre ayırt edilirler:
Her zaman açık rezerv ile yedeklilik;
İkame yoluyla dahil edilen rezervasyon.
Pirinç. 4
Genel (a) ve eleman bazında (b) kalıcı artıklık şemaları Şekil 2'de gösterilmektedir. 4. Sürekli açıldığında sistemin açıldığı andan itibaren ana ve yedek elemanlar (alt sistemler) aynı anda çalışır (Şekil 4, a ve b). Kalıcı rezervasyon pasiftir. Aktif yedeklilik olan değiştirmeyle açıldığında (Şekil 4, c ve d), yedek elemanlar (alt sistemler) ancak ana elemanların arızalanmasından sonra devreye alınır. Bundan önce, depolama durumundadırlar (yüksüz yedek), kısmen etkinleştirilmiş (ışık rezervi) veya tamamen etkinleştirilmiş (yüklü yedek). Yedek yüklendiğinde, yedek elemanlar ana elemanlarla aynı arıza oranına sahiptir;
Boş bir rezerv ile, yedek elemanların arıza oranı ana elemanların arıza oranından kat kat daha azdır, bu nedenle hesaplamalarda dikkate alınabilir. Işık rezervi şu durumlarda ara bir pozisyonda bulunur:
Arızalı bir birincil elemanın yedek bir elemanla değiştirilmesi manuel, yarı otomatik veya otomatik olarak yapılabilir. İlk durumda, herhangi bir anahtarlama ekipmanına gerek yoktur, ancak anahtarlama süresi oldukça uzundur. Otomatik anahtarlama için özel bir otomatik transfer anahtarı kullanılır. Anahtarlama sürelerini birkaç saniyeye veya saniyenin kesirlerine indirir, ancak kendisi de son derece güvenilirdir. Yarı otomatik anahtarlamada fonksiyonların bir kısmı makine, bir kısmı da operatör tarafından gerçekleştirilir.
Yapısal artıklık, yedekleme elemanları için ek maliyetlerle ilişkili olduğundan, ikincisi sistemin güvenilirliğini artırarak ve arızalardan kaynaklanan kayıpları azaltarak kendini amorti etmelidir. Artıklık verimliliği göstergelerini belirlemenin en kolayları şunlardır:
yedekli olmayan bir sistemin çalışma süresine kıyasla yedekli bir sistemin ortalama arıza süresindeki artıştan kaynaklanan kazanç nerede; - Arızasız çalışma olasılığını artırmak ve arıza olasılığını azaltmak için benzer göstergeler. Gösterge değerinin birden uzun olması durumunda rezervasyon geçerli olur.
Geçici rezervasyon (zamanlı rezervasyon)
Geçici yedekleme (TR), çalışma sırasında sisteme teknik özellikleri geri yüklemek için yedek adı verilen bir süre harcama fırsatı verilen, güvenilirliği artırmanın bir yöntemidir. Zaman rezervi, yapısal rezervin değiştirilmesi, arızaların tespit edilmesi ve ortadan kaldırılması, arızalar nedeniyle geçersiz kılınan işin tekrarlanması ve çalışma durumunda yüklemenin beklenmesi için harcanabilir. Birden fazla yedekleme zamanı kaynağı belirleyebilirsiniz.
Sisteme bir görevi tamamlamak için ayrılan ve operasyonel süre olarak adlandırılan sürenin artırılmasıyla zaman rezervi oluşturulabilir. Ayrıca, tüm sistem veya bireysel cihazları için bir performans rezervi oluştururken ve çalışma süresini artırmadan da meydana gelir. Performans rezervi, elemanların hızı arttığında veya aynı veya farklı performansa sahip birkaç cihaz (sistem) ortak bir görevi gerçekleştirmek için entegre edildiğinde ortaya çıkar.
Sonucu üretilen (işlenen) ürünün hacmine göre değerlendirilen sistemlerde, çıktı ürünlerinin iç rezervleri nedeniyle bir zaman rezervi oluşturulabilir. ASOIU'da bu tür ürünler, enerji tedarik sistemlerinde - elektrik enerjisi, su tedarik sistemlerinde - su kaynakları, makine imalat işletmelerinde - parçalar, montajlar, cihazlar vb. bilgilerdir. Stokları depolamak için özel depolama cihazları sağlanır: hafıza cihazları, piller, tanklar, bunkerler vb. Stok bitene kadar ürün, kısmi durumu "fark etmeden" sistemin çıkışına ve ona bitişik sistemlere gider. hatta işleyişinin tamamen durması durumunda, bunun etkili olduğunu düşünün.
Zaman rezervinin bir başka kaynağı da sistemde meydana gelen süreçlerin işlevsel ataletidir. Birçok teknik sistemin çalışmasında, çalışma kalitesinde kayıp olmaksızın (kontrol edilen parametreler toleranslar dahilinde olduğu sürece) işlevselliğini geri yüklemek için kullanılabilecek küçük kesintilere izin verilir. Otomatik proses kontrol sistemleri, sıcaklık kontrol sistemleri, sevk kontrol sistemleri, uçak ve diğer mobil araçlar için yaşam destek sistemleri vb. bu özelliklere sahiptir.
VR'li sistemlerde, elemanları seri olarak bağlanmış olsa bile, rezerv süresi boyunca işlevselliği geri yüklemek mümkün olduğundan, bir arızaya mutlaka sistem arızası eşlik etmez. SVR arızası, kabul edilemez sonuçlara neden olan veya kabul edilebilir bir sürede giderilemeyen bir arızadan oluşan bir olaydır. Otomatik kontrol sisteminin güvenilirliği, tüm çalışma yörüngesi boyunca belirlenen zaman sınırlarının yerine getirilmesinin sonuçlarıyla veya belirli bir görevi tamamlamanın sonuçlarıyla değerlendirilir.
Görev verilir:
İşin sırası ve kapsamı;
İş aşamalarının başlangıç ve bitiş noktaları için belirlenen noktalar;
Sistemde mevcut olan çeşitli kaynakların kullanımına ilişkin kısıtlamalar;
Karşılıklı yardım ve çeşitli cihazların etkileşimi ile ilgili kısıtlamalar.
Bu nedenle görevler ayırt edilir:
Tek aşamalı;
Çok aşamalı;
Tugay;
Bireysel (özerk);
Grup;
Sistem çalışmaya başlamadan önce gelmek (programa göre);
Sistemin çalışması sırasında (taleplere göre rastgele zamanlarda) gelmek. Bir görevin tamamlanması, belirli bir miktardaki işin, tüm işin tamamlanma süresi ve bireysel aşamaları konusunda belirlenmiş kısıtlamalarla ve sistemin kalite ve ritmi gereksinimleri karşılandığında tamamlanmasından oluşan bir olaydır. Belirlenen gerekliliklerin ve kısıtlamaların ihlali, işlemin başarısızlığı olarak kabul edilir. Bu nedenle, bir kontrol sisteminin arızası, bir görevin derhal veya biraz gecikmeli olarak başarısızlığa uğramasına, operasyonun aksamasına yol açan bir olay olarak tanımlanabilir.
CVR arızasının işaretlerini belirlemek için zaman kayıplarına ilişkin istatistiklerin tutulması ve depolama cihazlarındaki ürün envanterleri gibi özel ölçümlerin yapılması gerekir. Yapısal olarak genelleştirilmiş bir biçimde zaman yönetimi sistemi, orijinal nesne ile zaman rezervinin bir kombinasyonu olarak düşünülebilir (Şekil 5).
Sistem arızasından sonra zaman rezervi çalışmaya başlar. Sistem arızalarının sonuçları farklılık gösterebilir. Bir başarısızlık yalnızca işin tamamlanmasında gecikmeye neden oluyor ancak işin tekrarına yol açmıyorsa buna zarar vermeyen veya tahribatsız denir. Aksi takdirde buna yıpranma veya yıkıcı denir. Yapılan işin amortismanı tam veya kısmi olabilir. Amortisman arızalarının varlığı nedeniyle, sistemin tüm çalışma süresi faydalı ve amortismana tabi tutulur. Faydalı çalışma süresi, sistem arızalarından dolayı amortismana tabi tutulmayan çalışma süresidir ve amortismana tabi tutulan çalışma süresi, faydalı çalışma süresine dahil edilmeyen çalışma süresidir. Zaman rezervasyonu bilgisayarlarda, bilgisayar ağlarında ve iletişim sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. VR kullanımı özellikle arızalarla ve parazitlerle mücadelede etkilidir. Genellikle diğer yedeklilik türlerinin verimliliğini artırmak için kullanılır.
Pirinç. 5
Zaman ayırma yöntemleri
Yapısal rezervasyon yöntemlerinin sınıflandırılması kısmen geçici rezervasyon yöntemlerine kadar genişletilebilir. VR yöntemleri arasında genel, ayrı, grup, tamsayı ve kesirli çokluk ayırt edilebilir. Genel rezervasyon ile oluşturulan zaman rezervi sistemin herhangi bir unsuru tarafından kullanılabilir. Ayrı VR ile her öğeye, diğer öğeler tarafından kullanılamayan kendi zaman rezervi sağlanır. VR grubunda zaman rezervi, bu gruba dahil olan herhangi bir unsur için tasarlanmıştır ve grup dışındaki unsurlar tarafından kullanılamaz. VR çokluğu, ayrılan zaman miktarının, görevi tamamlamak için gereken minimum süreye oranıdır. Tamsayı veya kesirli olabilir.
Zaman rezervli (SVR) bir sistemin çalışması sırasında artması mümkünse, yenilenemeyen ve doldurulan zaman rezervi arasında bir ayrım yapılır. Yenilenemeyen bir zaman rezervi, işe başlamadan önce önceden oluşturulur ve görevin tamamlanması sırasında artmaz. Sistemin tüm elemanları çalışır durumdayken zaman rezervinin mevcut değeri değişmez ancak eleman arızalarında sistemin çalışmadığı zamanlarda aniden (amortismanlı arızalarla) veya zamana bağlı olarak doğrusal olarak azalabilir. Yenilenen rezerv, tüm sistem çalışır durumdayken ve bazı arızalı elemanların işlevselliğinin restorasyonu sırasında belirli bir yasaya göre artar. Anında yenilenen rezerv, onarım tamamlandıktan hemen sonra bir sıçrama ile orijinal seviyesine geri yüklenir. Her iki zaman rezervi türü de aynı sistemde kullanılabilir - bu durumda buna birleşik veya karma denir. Ayrı veya grup rezervasyonu yaparken, zaman rezervinin yenilenmesi ve kullanılması yöntemine ek kısıtlamalar getirilebilir. Bu durumda buna karmaşık kısıtlamalara sahip rezerv denir.
Yapısal artıklıkta olduğu gibi, yapı tipine göre elemanların seri, paralel, seri-paralel bağlantısına sahip SVR'ler ile ağ yapısına sahip SVR'ler arasında bir ayrım yapılır. Ancak burada bazı özellikler var. Yani iki tür seri bağlantı vardır: temel ve çok fazlı. Ana bağlantı ile sistemde ürün depolama cihazı bulunmamaktadır (Şekil 6, a).
Pirinç. 6
Çok fazlı bağlantıda sistemde en az bir depolama cihazı bulunur. Faz sayısı, tahrik sayısı bir artırıldıkça belirlenir (Şekil 6, b). Paralel bağlantının da iki türü vardır: yedekli ve çok kanallı. Yedek bağlantıda birincil ve yedek öğeler arasında belirgin farklar vardır. Fonksiyonel ana unsurlar çalışıyor. Ana elemanlar çalışırken, moddan bağımsız olarak (yüklü, boş, hafif) yedek elemanlar devreye alınmaz (Şekil 6, c). Çok kanallı bir bağlantıda birincil ve yedek öğeler arasında bir ayrım yoktur. Paralel olarak bağlanan tüm unsurlar çalışmaya katılır ve çalışmalarının sonuçları şu veya bu şekilde tüm sistemin sonuçlarını oluştururken kullanılır. Öğeler performans (verim, hız, güç vb.) ile karakterize edilirse, çok kanallı öğe bağlantısı olan bir sistemde, gerekli minimum sayıda öğeye sahip bir sistemin aksine bir performans rezervi oluşturulabilir ( Şekil 6d). Elemanların seri-paralel ve paralel-seri bağlantısına sahip SVR örnekleri Şekil 1'de gösterilmektedir. 6, d-z. Daha karmaşık yapılar yinelemeli olarak oluşturulabilir.
İşlevsel artıklık
İşlevsel artıklık (FR), işlevlerin yeniden dağıtılması ve daha fazlası nedeniyle eleman arızaları durumunda hatasız çalışmayı sağlamak için teknik sistemlerin (canlı organizmalar, biyolojik ve sosyal sistemlerin yanı sıra) özelliğini kullanan, güvenilirliği artırmanın bir yöntemidir. arızalanana kadar yalnızca ana işlevlerini yerine getiren elemanların yoğun çalışması. Ek işlevleri yalnızca geçici olarak yerine getirebilirler ve buna genel iş kalitesinde bir miktar bozulma eşlik edebilir, ancak kabul edilebilir sınırlar dahilinde. FD'de sistemde hiçbir "ekstra" öğe yoktur; bunların tümü gerekli işlevleri gerçekleştirmek için gereklidir. Bu tür artıklığın karakteristik bir özelliği, ideal olarak güvenilir bir sistemden bile, elemanların fonksiyonlarının yeniden dağıtımına ve fonksiyonel yüklerinde sürekli bir artışa neden olmadan tek bir elemanın bile çıkarılamaması gerçeğidir. daha zor çalışma modlarına geçiş.
DF kullanımına genellikle bilgi ve algoritmik artıklığın eklenmesi eşlik eder.
Bilgi yedekleme
Modern kontrol teknolojisi ve bilgi işlem teknolojisinde, bilgi fazlalığı ve bilgi fazlalığı birçok özelliği iyileştirmek için kullanılır. Güvenilirlik, bilgi işleme ve iletim güvenilirliği, hesaplama doğruluğu ve üretkenlik göstergelerini etkiler. Bilgi fazlalığını sağlama yöntemleri çok çeşitlidir. Bilgi fazlalığı, veri işleme ve iletim cihazlarının dahili bilgi dilinin, gürültüye dayanıklı kodların fazlalığı şeklinde fazlalığı şeklinde mevcuttur. Hem bir veri dosyasının parçası olarak veri dizilerinin yedekliliği hem de bilgisayar belleğindeki dosya yapısının yedekliliği olarak tanıtılabilir. Şu veya bu şekilde bilgi fazlalığı olmadan, otomatik bir bilgi sisteminde herhangi bir bilgi sürecini hayal etmenin imkansız olduğunu söylemek güvenlidir. Çoğunlukla bilgi fazlalığı olmadan diğer rezervasyon türleri kullanılamaz. Bilgi fazlalığının güvenilirlik göstergelerini etkilediği dolaylı yollara değinmeden, yalnızca doğrudan etkinin ana yollarına değineceğiz. Bilgi artıklığı (AI) şunları azaltır:
Tüm eleman arızaları sistem arızalarına dönüştüğü için sistem arızalarının akışı; bir öğenin arızasının sonuçları yapay zeka kullanılarak ortadan kaldırılabiliyorsa bu bir sistem arızası olarak değerlendirilmez;
Başarısızlık nedeniyle değeri düşen iş miktarını azaltarak iyileşme süresi; aynı zamanda işin yıpranan kısmının tekrarı için harcanan süre azalır ve faydalı çalışma süresi artar;
Bir arızayı tespit etme ve sorun giderme süresini kısaltarak kurtarma süresi.
Algoritmik Rezervasyon (AR)
Sistemin karşı karşıya olduğu görevlerin gerçekleştirilebilmesi için yalnızca görevin niteliği ve koşulları, sistem ve ortamda meydana gelen süreçler hakkında belirli miktarda bilgiye sahip olmak değil, aynı zamanda bu bilgilerin sistem içinde işlenmesinin de sağlanması gerekmektedir. işleyen algoritmalara uygun olarak. Her sistem minimum karmaşıklığa sahip bir algoritma ile ilişkilendirilebilir. Ek sayıda operatör içeren diğer tüm algoritmalar, minimum algoritmaya kıyasla gereksiz olacaktır. AR, özellikle donanım elemanlarının arızalarından kaynaklanan parazit ve rastgele bozuklukların üstesinden gelmek için tanıtılmıştır. Diğer rezervasyon türleriyle etkileşim halinde kullanılır ve bazı durumlarda bunların uygulanması için gerekli bir koşuldur.
4 Sabit rezervli kurtarılamayan sistemlerin güvenilirliğinin hesaplanması
Tamsayı çokluğuna sahip genel sabit rezervasyon. r = 1'de paralel çalışan t elemanlarının arıza olasılığı Qp, ifade (2) ile belirlenir, dolayısıyla eşit derecede güvenilir elemanlar için
Her bir elemanın arıza olasılığı ne kadar düşük olursa, sürekli yedekliliğin etkinliği de o kadar yüksek olur. Dolayısıyla, eğer q = 0,1 ve 0,01 ve k = 1 ise, artıklık sırasındaki arıza olasılığının azaltılmasındaki kazanç sırasıyla 10 ve 100 olacaktır.Bir grup fazlalık elemanın güvenilirlik göstergeleri arasındaki ilişkiyi ele alalım: artıklık faktörü k ve elemanların çalışma süresi t, arızasız çalışma sürelerinin üstel dağılım yasasına göre. Her bir elemanın başarısızlık oranı ise (1.12), (1.21), (1.22)'ye göre elimizde
Artıklık oranına ve sistemin çalışma süresine bağlı olarak P P (t/) ve p (t/)/'deki değişimlerin grafikleri Şekil 1'de sunulmaktadır. 7. Sabit rezervasyonun sistem çalışmasının ilk aşamasında, t olduğunda etkili olduğunu gösterirler.
Bir grup gereksiz eleman için ortalama arıza süresi
Pirinç. 7
Söz konusu yedek elemanlar grubunun çalışması, m çalışma elemanlarından m-1, m-2'ye ve ayrıca bir tanesine kadar arızalar meydana geldiğinden sıralı bir geçiş ile karakterize edilir, ikincisinin arızası tüm grubun arızasına yol açar. Bu geçiş dizisi, Şekil 2'de sunulan grafikte gösterilmektedir. 8. Rastgele zamanlarda t 1, t 2 vb. eleman arızaları meydana gelir, çalışan elemanların sayısı n(t) giderek azalır. T 1 = t 1, T 2 = t 2 - t 1 vb. bölümlerin her birinde t, t-1 vb. elemanların ortak işleyişi gerçekleştiğinden, T 1, T 2 rastgele zaman aralıkları, ...,T t, sırasıyla başarısızlık oranları m, (t-1), ... ve ortalama süre 1 = 1/(m), 2 = 1/[(t-1)] olan üstel bir dağılıma sahiptir, = 1 /. Çünkü bir grup gereksiz elemanın ortalama arıza süresi değeri 1/(m)+1/[(t-1)]+ 1/ olarak belirlenmiştir.
Pirinç. 8
İki kutuplu elemanların fazlalığı. Çoğu durumda, yedek elemanlar ana elemana paralel olarak bağlanır. Bununla birlikte, arıza türlerini ayırt ederken, her biri için yedeklilik, yedek elemanları açmanın farklı yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bu konuda en karakteristik özellik “açık” ve “kısa devre” (SC) gibi arızalarda elemanların fazlalığıdır. İki olası durum 1 ve 0'a sahip olan iki kutuplu röle tipi elemanlar için, bu arızalar, bir kontrol sinyalinin varlığında çalışmamaya ve ikincisinin yokluğunda yanlış çalışmaya karşılık gelir.
Röle elemanlarını seri olarak bağlarken (Şekil 9a), elemanlardan herhangi birinin arızalanması, a ve b noktaları arasında bir devrenin bulunmamasına yol açar. Dolayısıyla bu tip bir arıza için röle elemanlarının seri bağlanması esastır. Yanlış açma arızalarında seri bağlantı yedeklidir çünkü bu tip devre arızası yalnızca iki elemanın arızalanması durumunda meydana gelecektir.
Pirinç. 9
Dikkate alınanlardan, iki yapısal diyagramın bu tür arızalar için aynı eleman bağlantısına karşılık geldiği anlaşılmaktadır. Röle elemanları seri bağlandığında kısa devre tipi arızalar için yedeklilik sağlanır. Her bir eleman için bu tip arızaların olasılığı q ise, o zaman B a = q/q 2 = q -1 olur. Açık devre gibi arızalarda, yani röle elemanlarının sıralı bağlanması, açık devre gibi arıza olasılığının artmasına neden olur. Röle elemanları paralel bağlandığında (Şekil 9, b), açık tip arızalar için B Q = 1/q verimliliği ile yedeklilik sağlanır ve kısa devre tipi arızalar için güvenilirlik azalır.
Kesirli artıklık. Kesirli artıklık ile, paralel çalışan n adet benzer elemandan r tanesi çalışır durumda ise sistem çalışabilir. Başarısız olan elemanların sayısı z ise sistem başarısız olur. Durum numaralandırma yöntemini kullanarak böyle bir sistemin arıza olasılığını belirleriz
Her durumda, çalıştırılabilir elemanların sayısı n - z'dir ve bu durumun olasılığı, o zaman
burada C n z = n!/, z'deki n elemanın kombinasyon sayısıdır ve 0! = 1; =1. Şu tarihte:<<1 .
Arızasız çalışma süresinin ve her bir elemanın arıza oranlarının üstel dağılım yasası ile
Rezerv olmadan sistem r adet işletim elemanı içerdiğinden, rezervasyonun etkinliğini değerlendirirken orijinal sistemin arızalanma olasılığı 1-(1-q) r'dir. Yani, eğer sistem üç paralel çalışma elemanı içeriyorsa ve r = 2 ise, o zaman (11)'e göre q = 0,1, k = 1/2, m = 2'dir.
Kesirli katlara sahip bir kalıcı rezervasyon türü, çoğunluk oyu (çoğunluk) ile yapılan rezervasyondur. Bu artıklık yöntemini kullanan bir sistemin blok diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 10. Tek sayıda eleman paralel olarak çalışır, çıkış sinyalleri x 1, x 2,..., xn, çıkış sinyali sinyaliyle çakışan oylama elemanı G'nin (yeterlilik elemanı) girişine gönderilir. elemanların çoğunluğu. Bu tür artıklığa sahip sistemler genellikle üç, daha az sıklıkla beş öğe kullanır. Sistemin çalışır durumda olması için çoğu unsurun doğru çalışması gerekmektedir. Arıza sayısı z m = (n + 1)/2 olduğunda sistem arızası meydana gelir.
Pirinç. 10
Pirinç. on bir
(10)'a göre n = 3 ve n = 5 eşit derecede güvenilir elemana sahip çoğunluk yedekli bir sistemin arıza olasılığı sırasıyla:
Q3 = 3q2 - 2q3; Ç 5 = 10q 3 - 15q 4 + 6q 5. (12)
Bu ayırma yönteminin n=3 için verimliliği B Q = q/(3q 2 - 2q 3) = 1/(3q - 2q 2)'dir. eğer q< 0,5, резервирование эффективно, при q = 0,5 надежность системы при резервировании не изменяется, а при q >0,5 artıklık güvenilirliğin azalmasına neden olur.
Çoğunluk yedekliliği, reaktörler ve ısıtma ekipmanlarına yönelik koruma sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Böylece, Şekil 2'de gösterilen kazan tamburundaki aşırı basınca karşı koruma sistemi oluşturulmuştur. Şekil 11a, M1, M2, M3 elektrikli kontaklı basınç göstergeleri, bir güç rölesi CP ve bir elektrikli basınç tahliye vanası K içerir. Üç basınç göstergesinden herhangi ikisinin kontakları kapatıldığında koruma sistemi tetiklenir. Manometre kontaklarının bağlantı şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 11, b. Herhangi iki kontak çifti kapatıldığında akım CP güç rölesinin sargısından akar; bu tür sistemlerde özel bir çekirdek elemanı gerekli değildir. Sistemdeki "yanlış etkinleştirme" veya "çalışmama" türündeki arızalar, üç basınç göstergesinden ikisinde karşılık gelen arızalarla meydana gelir; yani. bu yedekleme yöntemi, her iki arıza türü için de eşit derecede güvenilirdir.
Pirinç. 12
Eleman bazında rezervasyon. Eleman gruplarını veya tek tek elemanları içeren bir sistemin güvenilirliği, genel sabit artıklık formülleri (1), (2), (10) kullanılarak hesaplanır. Dolayısıyla, eğer sistem ki tamsayı çokluğuna sahip eleman eleman fazlalığı olan n bölümden oluşuyorsa, o zaman sistemin hatasız çalışma olasılığı
burada q ij, i'inci artıklık bölümünde yer alan j'inci elemanın arıza olasılığıdır.
Genel ve eleman bazında fazlalığın etkinliğini karşılaştırmak için, aynı n(k+1) sayıda eşit derecede güvenilir eleman içeren iki sistemin arıza olasılıklarını karşılaştırırız (Şekil 12). İlk durumda (Şekil 12, a), k çokluğuna sahip n elemanlı bir sistemin genel bir fazlalığı gerçekleştirilir, ikinci durumda (Şekil 12, b) her biri eleman eleman fazlalığıyla gerçekleştirilir. Sistemin n elemanından k tanesi yedek elemana sahiptir.
Paylaşılan yedeklilik ile sistem arızası olasılığı
Her bir elemanın arıza olasılığının q olduğunu varsayarak<<1 и (1- q) n 1 - nq, получаем. Для раздельного резервирования, используя (13) и считая q<<1, получаем
Genel olanla karşılaştırıldığında öğe bazında ayırmanın verimliliği n k olacaktır. Artıklığın derinliği n ve k çokluğu arttıkça verimliliği artar. Eleman bazında artıklığın kullanımı, sınırlı güvenilirliğe sahip ek bağlantı elemanlarının eklenmesiyle ilişkilidir. Bu bağlamda, optimal bir artıklık derinliği n opt vardır; n>n opt olduğunda artıklık verimliliği düşer.
Artıklık - artıklık ekleyerek bir nesnenin güvenilirliğini artırmak, yani. Nesnenin kendisine atanan işlevleri yerine getirmesi için gereken minimumun ötesinde ek araçlar ve yetenekler.
Teknolojinin farklı alanlarında, yapısal, geçici, işlevsel, bilgilendirici olmak üzere farklı türde artıklıklar kullanılır.
Enerji sektöründe yapısal yedeklilik esas olarak kullanılmaktadır; ana (çalışan) olanlara paralel bağlanan ve bunları çoğaltan yedek (yedek) yapısal elemanlar kullanırlar. Bu durumda, nesne yapısının ana öğesine, nesnenin belirtilen işlevleri yerine getirmesi için minimum düzeyde gerekli olan öğe denir ve yedek öğe, ana öğenin arızalanması durumunda nesnenin çalışabilirliğini sağlar.
Yapısal artıklık farklı şekillerde uygulanabilir. Genel rezervasyon ile nesne bir bütün olarak rezerve edilir ve ayrı rezervasyon ile bireysel unsurları rezerve edilir. Artıklık oranı, yedek elemanların sayısının ana elemanların sayısına oranıdır: K p = N res /N ana.
Rezerv elemanlarının sayısına göre tekli, ikili ve çoklu rezervasyonlar ayırt edilir. Ayrı rezervasyonlarda Kp çoğunlukla kesirli bir değerdir ve genel rezervasyonlarda bir tamsayıdır.
Enerji sektöründe kural olarak, buhar kazanlarının besleme suyu hatları, duman aspiratörleri, bazı besleme suyu tesisatları, yoğuşma pompaları ve emniyet valfleri gibi en az güvenilir ve en kritik elemanların çoğaltılması şeklinde ayrı yedeklilik kullanılır. Bir ana öğe için genellikle bir yedek öğe bulunur.
Sürekli rezervasyonla, yedek elemanlar nesnenin işleyişine ana elemanla eşit olarak katılır ve değiştirme rezervasyonuyla, ana elemanın işlevleri ancak ana elemanın arızalanmasından sonra yedek elemana aktarılır.
Bir rezervin sürekli olarak dahil edilmesi ile yüklü bir yedek rezerv arasındaki fark, aşağıdaki örneklerle açıklanabilir: birincisi, sürekli olarak ana pompaya paralel olarak çalışan bir yedek yoğuşma pompası içerir, ikincisi - bir buhar kazanı, ısıtılmış durumdadır, ancak buhar hattına buhar üretmez.
Sıcak, sıcak ve soğuk rezerv terimleri enerji sektörüyle ilgili olarak çok kullanışlıdır ve bu nedenle sıklıkla GOST tarafından önerilen sırasıyla yüklü, hafif ve yüksüz rezervler terimleriyle birlikte kullanılır.
Yedekleme ünitesinin bağlantısının konumuna bağlı olarak, yedekleme ünitesinin çok spesifik bir işletim ünitesinin yerine yerleştirilmesi gerektiğinde sabit rezervasyon ile yedek ünitenin herhangi birinin yerine yerleştirilmesi durumunda kayan rezervasyon arasında bir ayrım yapılır. Bu grubun işletme birimleri.
Güç ekipmanına özgü bazı artıklık yöntemlerinin özelliklerini ele alalım.
Boşaltılmış bir rezervin avantajı, diğerleri normal çalışırken yedek birimin kaynağını koruma yeteneğidir. Bununla birlikte, enerji uygulamasında, boş bir rezervin ciddi bir dezavantajı vardır - çoğu durumda, ana ekipmanda bir arıza meydana geldikten hemen sonra devreye alınamaz ve bu nedenle, belirli bir yükü sürdürme koşulları geçici olarak kötüleşebilir. Dolayısıyla, eğer hizmet verilebilir bir türbin ünitesi yedek olarak durdurulursa, kaynağı tüketilmez, ancak en acil durumda bile çalışmaya başlaması çok belirli bir zaman alacaktır. Türbin ünitesi ayrıca nispeten düşük bir yükle (sözde döner rezerv) çalışabilir ve gerekirse yük, yalnızca güç ünitesinin dinamik özellikleriyle sınırlı bir hızda artırılır, ancak ünitenin kaynağı sürekli olarak değiştirilir. tüketildi.
Enerji sektöründe, bir grup işletim ekipmanının tamamı genellikle bir veya daha fazla üniteyle yedeklenir. Türbin üniteleri genel enerji sistemine bu şekilde dahil edilir. Çapraz çaprazlı termik santrallerde, arızalanan kazanın yerini yedek bir kazan alabilir. Bu nedenle bu, dönen rezervin bir örneğidir.
Bir elemanın yapısal olarak ayrı rezervasyonu iki şekilde düzenlenir:
a) rezervin sürekli açılması 
b) değiştirme yoluyla rezervasyon 
Şema a). Sürekli açıldığında yedek eleman ana elemana paralel bağlanır ve onunla birlikte çalışır. Ana elemanın arızalanması durumunda tüm yükü üstlenen yedek eleman sayesinde kurulum çalışır durumda kalır. Bu durumda, yedek elemanı açmaya ve arızalı ana elemanı kapatmaya gerek yoktur, ancak yedek eleman yıpranır ve ana elemanla birlikte güvenilirlik kaynağını tüketir.
Paralel bağlı iki özdeş elemandan (birincil ve yedek) oluşan bir sistemin güvenilirliği:
λ ana = λ res = λ = 1/T el
Her iki elemanın da aynı anda arızalanması durumunda bu sistem başarısız olacaktır. Toplam olasılık formülüne göre, olayların bağımsızlığı göz önüne alındığında, iki unsurlu bir sistemin sürekli devreye girmesiyle arıza olasılığı:
Q c = ∏Q ben = (1 - P ben) 2 = (1 - e -λt) 2 = 1 - 2e -λt + e -2λt
Belirtilen sistemin hatasız çalışma olasılığı
P c = 1 — Q c = 2 e -λt — e -2λt
MTBF
T c = ∫ P c dt = ∫ (2 e -λt - e -2λt)dt = (-2/λ e -λt + 1/2λ e -2λt) = 3/2T el
Böylece sürekli açmayla ortalama sistem çalışma süresi 1,5 kat arttı.
Şema b). Değiştirme yoluyla yedekleme sırasında, yedekleme elemanı devre dışı bırakılır ve arızalı birincil elemanı değiştirmeye hazır durumdadır (soğuk, sıcak veya sıcak hazır olma).
Aynı zamanda, yedek elemanların güvenilirlik rezervi korunur ve sistemin genel güvenilirliği artar, ancak olasılığı da dikkate alınması gereken rezervin açılması gerekir. Yedeğin açılması, bir arızanın aranması, arızalı elemanın kapatılması, yedek elemanın hazırlanması ve devreye alınmasından oluşur.
Kantitatif analiz, iki elemanlı sistemlerin yedek parça ile yedeklendiğinde ortalama hatasız çalışma süresinin iki katına çıktığını gösterdi
Bu nedenle eleman değişimi yoluyla fazlalık tercih edilir. Ancak, yedek elemanın sürekli olarak dahil edilmesine göre değiştirme yoluyla fazlalığın avantajları azalır, çünkü dahil etmenin güvenilirliği de 1'den azdır ve 1,5/2 = 0,75'e yaklaştıkça kaybolur. Ayrıca yedek elemanın çalışmadığı zamanlarda bile bir miktar yıprandığı dikkate alınmalıdır.
Elemanların paralel seri bağlantısı şeklinde temsil edilen sistem güvenilirliğinin ana yapısal modelleri için güvenilirlik değerlendirmesini ele alalım)