Методы повышения надежности систем при проектировании

Возможны два пути повышения надежности систем: 1) повышение надежности элементов и 2) изменение структурной схемы системы.

Повышение надежности элементов на первый взгляд представляется наиболее простым приемом повышения надежности системы. Однако на практике повышение надежности элементов может оказаться невозможным. Как правило, высоконадежные элементы имеют большие габариты, массу и стоимость. Исключение составляют элементы, реализуемые на принципиально новых физических и технологических принципах.

Изменение структурной схемы системы с целью повышения надежности подразумевает два аспекта.

С одной стороны, это означает перестройку конструктивной или функциональной схемы системы (изменение состава системы и связей между составными элементами без введения дополнительных функционально избыточных элементов).

С другой стороны, изменение структурной схемы системы понимается как введение в систему дополнительных, функционально избыточных, элементов, способных выполнять функции основных элементов. Применение дополнительных средств и возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов называется резервированием.

Выделяют несколько видов резервирования (структурное, временное, информационное, функциональное и др.). Структурное резервирование – это введение в структуру объекта дополнительных элементов, способных выполнять функции основных элементов в случае их отказа.

Классификация способов структурного резервирования осуществляется по различным признакам:

1) по схеме включения резерва:

– общее резервирование, при котором резервируется объект в целом;

– раздельное резервирование, при котором резервируются отдельные элементы или их группы; 

– смешанное резервирование, при котором различные способы резервирования сочетаются в одном объекте;

2) по способу включения резерва:

– постоянное резервирование, при котором структура объекта при возникновении отказа его элемента не перестраивается;

– динамическое резервирование, при котором при отказе элемента происходит перестройка структуры объекта.

3) по состоянию резерва:

– горячее резервирование, при котором резервные элементы все время находятся во включенном (рабочем) состоянии и либо одновременно с основными элементами выполняют все их функции (нагруженное резервирование), либо выполняют часть их функций (облегченное резервирование), либо начинают выполнять функции основных элементов только после их отказа (ненагруженное резервирование, называемое в данном случае резервированием замещением);

– холодное резервирование – резервирование, при котором резервный элемент выключен и в случае отказа основного элемента должен быть включен и запущен вручную.

И холодное и горячее резервирование может быть скользящим, при котором несколько основных элементов резервируется одним или несколькими резервными, каждый из которых может заменить любой основной.

Основной характеристикой структурного резервирования является кратность резервирования – отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими основных элементов, выраженное несокращаемой дробью (напр., 2:3; 4:2). Резервирование одного основного элемента одним резервным называется дублированием.

Количественно повышение надежности системы в результате резервирования или применения высоконадежных элементов можно оценить по коэффициенту выигрыша надежности, определяемому как отношение показателя надежности после преобразования системы к этому показателю до преобразования системы.