Rezervacija

Iz Wikipedije, besplatne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretraživanje
Blok dijagram redundanse podsistema B

Višak je metoda povećanja pouzdanosti sistema, objekti su univerzalni princip osiguravanja pouzdanosti, naširoko se koriste u prirodi, inženjeringu i tehnologiji, koji su se kasnije proširili i na druge aspekte ljudskog života.

Vrste rezervacija

Postoje četiri glavne vrste viška zaposlenih :

  • Hardverski višak, poput dupliciranja
  • Višak informacija, na primjer - metode za otkrivanje i ispravljanje grešaka
  • Privremena rezervacija, na primjer, metode alternativne logike.
  • Višak softvera, upotreba nezavisnih funkcionalno ekvivalentnih programa

Višak u tehničkim sistemima

Višak napajanja (dupliranje)
Višak tvrdog diska za izgradnju "preslikanog" RAID -a
Industrijska redundantnost servera

Višak u tehnologiji je metoda povećanja karakteristika pouzdanosti tehničkih uređaja ili njihovog održavanja na potrebnom nivou uvođenjem hardverske redundancije uključivanjem rezervnih (rezervnih) elemenata i veza koji su dodatni u odnosu na minimum potreban za obavljanje navedenih funkcija u datim radnim uvjetima. uslove.

Višak se široko koristi u opasnim proizvodnim pogonima , u mnogim slučajevima njegovu potrebu diktiraju zahtjevi industrijske sigurnosti ili vladini propisi i standardi . Neki tehnički uređaji u početku osiguravaju redundanciju u svom dizajnu , na primjer, sigurnosni ventili indirektnog djelovanja - impulsni sigurnosni uređaji . Također, redundancija se široko koristi u vojnoj opremi.

Višak je jedan od glavnih principa osiguranja sigurnosti nuklearnih elektrana , uz fizičko odvajanje i raznolikost opreme, odgovoran je za praktičnu primjenu najvažnijeg načela pojedinačnog kvara . Sustavi važni za sigurnost nuklearnih elektrana (to jest, vrlo ih je mnogo) imaju trostruki višak, a u najnovijim ruskim projektima koji su implementirani tokom izgradnje Tianvan NE u Kini - četverostruki višak [1] [2] .

Elementi minimizirane strukture uređaja, koji osigurava njegovu funkcionalnost , nazivaju se glavni elementi ; rezervni elementi su elementi dizajnirani da osiguraju rad uređaja u slučaju kvara glavnih elemenata. Višak u tehnološkim sustavima klasificiran je prema nizu kriterija, od kojih su glavni nivo viška, stopa viška, stanje rezervnih elemenata prije nego što se puste u rad, mogućnost zajedničkog rada glavnih i rezervni elementi s ukupnim opterećenjem, način povezivanja glavnih i rezervnih elemenata. U redundantnom proizvodu do greške dolazi kada otkaže glavni uređaj (element) i svi sigurnosni uređaji (elementi). Grupa elemenata smatra se suvišnom ako kvar jednog ili više njegovih elemenata ne poremeti normalan rad kola (sistema), a preostali servisni elementi obavljaju istu navedenu funkciju. Ova redundantnost naziva se funkcionalna redundantnost .

  • Odnos redundancije je omjer broja redundantnih elemenata i broja glavnih elemenata uređaja. Višestrukost redundancije obično se označava sa m . Na primjer, ako je m = 3, to znači da je: glavni uređaj jedan, broj rezervnih uređaja tri, a ukupan broj uređaja (tri plus jedan) četiri. Ako je m = 4/2, to znači redundanciju s razlomačkom mnoštvom, u kojoj je broj rezervnih uređaja četiri, broj primarnih uređaja dva, a ukupan broj uređaja šest. Nemoguće je smanjiti razlomak, jer ako je m = 4/2 = 2, onda je ovo rezervacija s cjelobrojnim mnoštvom, u kojoj je broj rezervnih uređaja dva, glavni je jedan i ukupan broj uređaja je tri. Jednokratna rezervacija naziva se dupliciranje .
  • Prema stanju rezervnih elemenata dok se ne uključe, razlikuju se:
    • napunjena (vruća) rezerva - rezervni elementi se učitavaju na isti način kao i glavni;
    • laka (čekajuća) rezerva - rezervni elementi opterećeni su manje od glavnih;
    • istovarena (hladna) rezerva - rezervni elementi praktički ne podnose teret [3] .

Korištenje lagane ili neopterećene rezerve omogućuje smanjenje potrošnje energije koju troši redundantni sistem i povećanje pouzdanosti opreme (T avr p iskrcaj > T avg p regija > T avg p opterećenje ), budući da je pouzdanost sigurnosne kopije uređaji su veći od onih glavnih. Međutim, treba imati na umu da pauza za prebacivanje s glavnog uređaja na rezervni uređaj nije dopuštena u svim shemama.

  • Ovisno o skali i prihvaćenoj jedinici rezervacije, pravi se razlika između:
    • opću rezervu , za koju se osigurava rezerva u slučaju kvara objekta u cjelini, i
    • zasebna ( stavka po stavka ) rezerva , u kojoj su rezervirani zasebni dijelovi objekta (blokovi, čvorovi, elementi).
      Poseban slučaj rezervacije stavke po stavke je pokretna rezervacija, koja se može koristiti ako rezervirate grupu identičnih elemenata.
    • Moguća je i kombinacija dijeljene i podijeljene redundancije - takozvana mješovita redundancija .


Ekspeditivnost korištenja redundancije određena je sljedećim faktorima:

  • početni nivo pouzdanosti komponenti;
  • dato vreme rada;
  • prisutnost efikasnog sistema kontrole i učestalost prevencije;
  • mogućnost korištenja manje suvišnih metoda za poboljšanje pouzdanosti.

Analiza redundantnih sistema pokazuje da se stopa otkaza redundantnog sistema vremenom brzo povećava, iako stopa kvara ne-redundantnog sistema ne ovisi o vremenu, što implicira da dolazi trenutak nakon kojeg se koristi redundantni sistem ne opravdava sebe. Stoga, ako ne uzmete u obzir značajke preventivnog održavanja sistema, tada je redundanciju korisno koristiti za sisteme za kratkotrajnu upotrebu, a za kritične sisteme i sisteme za dugotrajnu upotrebu koristiti druge metode povećanja pouzdanosti. Metode redundancije koje su efikasne za digitalne sisteme kontinuiranog tipa mogu biti od male koristi za sisteme sa analognim uređajima, za koje je, zbog nedostatka međusobnog uticaja glavnog i rezervnog kanala, poželjna zamjenska redundantna shema. Stoga, postojeća raznolikost sistema otežava izgradnju zajedničkih pristupa projektiranju i jedinstvenih zahtjeva za pouzdanost.

Uobičajeno je da se efikasnost redundancije procjenjuje koeficijentom povećanja pouzdanosti γ , koji je određen pokazateljima pouzdanosti iz omjera:

γ p = P ( t ) p / P ( t )
γ Q = Q ( t ) / Q ( t ) r

gdje su P ( t ) p , Q ( t ) p , vjerovatnoća rada bez grešaka i vjerovatnoća kvara za redundantni sistem,

P ( t ) i Q ( t ) su vjerovatnoća rada bez grešaka i vjerovatnoća kvara za sistem koji nije redundantan.

Opšta redundantnost sistema

Uz dijeljenu redundanciju, sigurnosna kopija je cijelog sistema. Općenita redundantnost, ovisno o načinu uključivanja redundantnih uređaja, može se podijeliti na trajnu i zamjensku, pri čemu redundantni proizvodi zamjenjuju glavne tek nakon kvara. U slučaju opće trajne redundancije, rezervni uređaji su spojeni na glavni tokom cijelog radnog vremena i u istom su načinu rada kao i on.

Trajni višak

Prednosti stalne zajedničke viškove uključuju:

  • relativna lakoća izgradnje krugova;
  • odsustvo čak i kratkog prekida u radu u slučaju kvara jednog do m -1 elemenata sistema;
  • odsustvo dodatnih povezanih elemenata koji smanjuju ukupnu pouzdanost kola.

Očigledni nedostaci opterećene rezerve, pored povećanja veličine i težine sistema, su povećana potrošnja energije, kao i činjenica da rezervni elementi "stare" istovremeno sa glavnim elementima sistema. U slučaju opće redundancije sistema, potreban je kompletan skup zapisanih elemenata. Uz opću trajnu redundanciju, može se koristiti samo napunjena rezerva.

Karakteristike za slučaj redundantnog sistema sa općom trajnom redundantnošću

Vjerojatnost besprijekornog rada redundantnog sistema s ukupnom konstantnom redundantnošću s cjelobrojnim množenjem izračunava se formulom:

,

gdje je P ( t ) p vjerovatnoća rada bez otkaza redundantnog sistema

P ( t ) = e t p je vjerovatnoća rada bez grešaka

ne-redundantni sistem sa eksponencijalnim zakonom distribucije pouzdanosti,

m je višestruka rezervacija.

gdje je T av p srednje vrijeme između kvarova redundantnog sistema,

T av je srednje vrijeme između kvarova sistema koji nije redundantan.


Za najjednostavniji slučaj, kada je m = 1, dobivamo:

,
...

Dakle, u slučaju dupliciranja (jedan glavni uređaj ima sigurnosnu kopiju jednog sigurnosnog uređaja), srednje vrijeme između kvarova povećava se za 1,5 puta.

Rezervacija zamjenom

U slučaju redundancije zamjenom, rezervni uređaj uključuje se u rad sistema pomoću automatskih uređaja ili ručno od strane operatora. Automatsko prebacivanje zahtijeva izuzetno visoku pouzdanost sklopnih elemenata. S velikim brojem i malom pouzdanošću ovih dodatnih elemenata uključenih u redundantni sistem, njegova pouzdanost može se smanjiti u usporedbi s pouzdanošću ne-redundantnog sistema. Osim toga, postoji kratka pauza za vrijeme prelaska na rezervne uređaje. Ručnom zamjenom neispravnih elemenata vrijeme uključivanja se povećava, ali se pouzdanost ljudskog operatera koji izvodi prebacivanje može uzeti kao jedinicu.

Kada se koristi napunjena rezerva, rezervni rezervni elementi su u istom načinu rada kao i glavni elementi (bez obzira na to sudjeluju li u radu kruga ili ne), a ako su glavni i rezervni elementi identični, tada su stope njihovi kvarovi se podudaraju i pouzdanost glavnog i redundantnih uređaja je ista, pa se, ako se ne uzme u obzir pouzdanost automatskih sklopnih uređaja, karakteristike pouzdanosti izračunavaju istim formulama kao i za opću trajnu redundanciju.

Kada se koristi istovarena rezerva, rezervni elementi rezerve su potpuno onemogućeni sve dok se ne uključe u sistem. U ovom slučaju, redundantni uređaji imaju najveću pouzdanost u usporedbi s glavnim elementima, stoga opća redundancija zamjenom pomoću neopterećene rezerve pruža najbolje pokazatelje pouzdanosti u slučaju opće redundancije.


Karakteristike za slučaj opće rezervacije zamjenom korištenjem neopterećene rezerve.
,

gdje je P ( t ) p vjerovatnoća rada bez otkaza redundantnog sistema

P ( t ) je vjerojatnost rada bez otkaza sistema koji nije redundantan,
m je višestruka rezervacija.

gdje su P ( t ) p i P ( t ) vjerovatnoća rada bez grešaka redundantnih i ne-redundantnih sistema,

T avg i T avg - srednje vrijeme između kvarova redundantnih i ne -redundantnih sistema,
m je višestruka rezervacija.

Za najjednostavniji slučaj, kada je m = 1, dobivamo:

,
...

Stoga se pri korištenju neopterećene rezerve srednje vrijeme između kvarova najmanje udvostručuje.

Podijeljena rezervacija

Posebnom metodom redundancije uvodi se individualna rezerva za svaki dio sistema koji nije redundantan. Odvojeni viškovi mogu biti opći i zamjenski. S odvojenom zamjenom, sistemski kvar može doći samo ako se kvar dogodi dva puta zaredom na istom uređaju ( ), što je malo vjerovatno. Za procjenu pouzdanosti s odvojenom redundancijom koristi se složen, specifičan matematički aparat. Općenito, matematička analiza pokazuje da se najveći pokazatelji pouzdanosti mogu postići u slučaju izgradnje sistema pomoću odvojene redundancije zamjenom nenatovarene rezerve.

Višak u biološkim sistemima

  • Životinje koje se nalaze blizu početka lanca ishrane koriste mehanizam rezervacije koji osigurava reprodukciju vrste - brojnog potomstva. Biljojedi koji hrane predatore obično imaju više potomaka od mesoždera.
  • Ljudsko tijelo pruža prilično veliki broj primjera rezervacija vanjskih i unutarnjih organa. Primjeri dupliciranja vanjskih organa su oči, uši, šake, nosnice. Primjer rezervacije ljudskih unutarnjih organa je dupliciranje gonada, bubrega. Višak stvara novu funkcionalnost. Duplikacija očiju (razdvojena nekom udaljenošću) omogućuje vam da ostvarite stereoskopski vid , odnosno da odredite udaljenost do objekta, dupliranje ušiju - da odredite smjer prema izvoru zvuka ( binauralni efekt ).

Primijenjena bionika se bavi proučavanjem redundancije u biološkim sistemima. [4]

Višak u organizacijskim sistemima

  • Primjer viška zaposlenih u organizacionim strukturama [5] je prisustvo zamjenika među rukovodiocima. Obično zamjenik obavlja određene funkcije specifične samo za svakog određenog zamjenika, ali svaki zamjenik može postati vršilac dužnosti lidera za vrijeme njegove odsutnosti.
  • Oružane snage koriste rezervaciju osoblja - rezervu. Svi oni koji su služili vojsku premještaju se u rezervu i postaju rezervisti u slučaju neprijateljstava.

Izračunavanje vjerovatnoće kvara sistema

Svaki element redundancije smanjuje vjerojatnost kvara čvora u skladu s formulom:

gdje - broj rezervnih elemenata (omjer viška);
- vjerovatnoća otkaza elementa ;
Je li vjerojatnost kvara čvora iz elemenata (vjerovatnoća kvara svih elemenata).

Formula pretpostavlja neovisni kvar elemenata. To znači da je vjerovatnoća otkaza elementa isto kao i sa neuspjelim elementom i sa dobrom uslugom za sve Ova formula nije uvijek primjenjiva, na primjer, ako su dva izvora napajanja spojena paralelno, stope kvarova su različite.

Također se pretpostavlja da je jedan (bilo koji) element dovoljan za rad čvora. U slučaju da je potrebno da čvor radi dostupni elementi , vjerovatnoća kvara je:

pod uvjetom da svi elementi imaju istu vjerojatnost kvara ...

Broj kombinacija uključeno jednak je binomskom koeficijentu :

Ovaj model kvara pretpostavlja da se neuspješni elementi ne zamjenjuju i da redundantni uređaj ima nultu vjerojatnost kvara.

vidi takođe

Napomene (uredi)

  1. Ostreykovsky V.A., Shvyryaev Yu.V. Sigurnost nuklearnih elektrana. Vjerojatna analiza. - Moskva: Fizmatlit, 2008.- str. 352.- ISBN 978 5 9221 0998 7 .
  2. Sigurnost nuklearnih elektrana. -EDF-EPN-DSN-PARIS, 1994.- ISBN 2 7240 0090 0 .
  3. Rezervacija u TSB -u
  4. Bionika - sinteza biologije i tehnologije (nedostupna veza) . Дата обращения: 28 апреля 2010. Архивировано 10 октября 2006 года.
  5. Абубакар Самбиев. Технический анализ Социальных Систем. (Научно-популярная литература)

Ссылки