MOSKOVSKIJ_AVTOMOBIL_NO-DOROZhNYJ.pptx
- Количество слайдов: 70
МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) КАФЕДРА ПРОИЗВОДСТВО И РЕМОНТ АВТОМОБИЛЕЙ И ДОРОЖНЫХ МАШИН РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТЕ МАШИН МОСКВА 2014 ДОЦ. ПАВЛОВ А. П.
ГОСТ 27. 002 -89 Резервирование - способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций. Резерв - совокупность дополнительных средств и (или) возможностей, используемых для резервирования.
ГОСТ 27. 002 -89 Основной элемент - элемент объекта, необходимый для выполнения требуемых функций без использования резерва. Резервируемый элемент - основной элемент, на случай отказа которого в объекте предусмотрены один или несколько резервных элементов. Резервный элемент - элемент, предназначенный для выполнения функций основного элемента в случае отказа последнего.
ГОСТ 27. 002 -89 Кратность резерва - отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими элементов, выраженное несокращенной дробью. Дублирование - резервирование с кратностью резерва один к одному
ГОСТ 27. 002 -89 Нагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента. Облегченный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной элемент.
ГОСТ 27. 002 -89 Ненагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функций основного элемента.
ГОСТ 27. 002 -89 Общее резервирование - резервирование, при котором резервируется объект в целом. Раздельное резервирование - резервирование, при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы. Постоянное резервирование - резервирование, при котором используется нагруженный резерв и при отказе любого элемента в резервированной группе выполнение объектом требуемых функций обеспечивается оставшимися элементами без переключений.
ГОСТ 27. 002 -89 Резервирование замещением - резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента. Скользящее резервирование -резервирование замещением, при котором группа основных элементов резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой из отказавших элементов данной группы. Смешанное резервирование - сочетание различных видов резервирования в одном и том же объекте.
ГОСТ 27. 002 -89 Резервирование с восстановлением резервирование, при котором восстановление отказавших основных и (или) резервных элементов технически возможно без нарушения работоспособности объекта в целом и предусмотрено эксплуатационной документацией. Резервирование без восстановления резервирование, при котором восстановление отказавших основных и (или) резервных элементов технически невозможно без нарушения работоспособности объекта в целом и (или) не предусмотрено эксплуатационной документацией.
ГОСТ 27. 002 -89 Вероятность успешного перехода на резерв вероятность того, что переход на резерв произойдет без отказа объекта, т. е. произойдет за время, не превышающее допустимого значения перерыва в функционировании и (или) без снижения качества функционирования.
ГОСТ 27. 002 -89 Общее резервирование системы При общем резервировании резервируется вся система в целом. Общее резервирование, в зависимости от способа включения резервных устройств можно разделить на постоянное резервирование и резервирование замещением, при котором резервные изделия замещают основные только после отказа. При общем постоянном резервировании резервные устройства подключены к основному в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним режиме работы.
ГОСТ 27. 002 -89 Постоянное резервирование
ГОСТ 27. 002 -89 К преимуществам постоянного общего резервирования относятся: относительная простота построения схем; отсутствие даже кратковременного перерыва в работе при отказе от одного до m-1 элементов системы; отсутствие дополнительных подключаемых элементов, снижающих общую надёжность схемы.
ГОСТ 27. 002 -89 Очевидные недостатки нагруженного резерва, кроме увеличения габаритов и массы системы, — повышенный расход энергии, а также то, что резервные элементы «стареют» одновременно с основными элементами системы. В случае общего резервирования системы, требуется полный состав записанных элементов. При общем постоянном резервировании может использоваться только нагруженный резерв.
ГОСТ 27. 002 -89 Характеристики для случая резервированной системы при общем постоянном резервировании Вероятность безотказной работы резервированной системы при общем постоянном резервировании с целой кратностью рассчитывается по формуле: где P(t)р — вероятность безотказной работы резервированной системы P(t) = e-λtр — вероятность безотказной работы нерезервированной системы при экспоненциальном законе распределения надёжности, m — кратность резервирования.
ГОСТ 27. 002 -89 где Tср р — средняя наработка на отказ резервированной системы, Tср — средняя наработка на отказ нерезервированной системы.
ГОСТ 27. 002 -89 Для наиболее простого случая, когда m = 1, получаем: , . Таким образом, при дублировании (одно основное устройство резервируется одним резервным устройством), средняя наработка на отказ увеличивается в 1, 5 раза.
ГОСТ 27. 002 -89 Резервирование замещением
ГОСТ 27. 002 -89 При резервировании замещением резервное устройство включается в работу системы при помощи автоматических устройств либо человеком-оператором вручную. При автоматическом включении требуется чрезвычайно высокая надёжность переключающих элементов. При большом количестве и невысокой надёжности этих дополнительных элементов, входящих в резервированную систему, её надёжность может понизиться по сравнению с надёжностью не резервируемой системы. Кроме того, существует кратковременный перерыв, на время переключения на резервные устройства. При ручной замене отказавших элементов возрастает время переключения, но надежность человека-оператора, производящего переключение, может быть принята в расчётах за единицу.
ГОСТ 27. 002 -89 При использовании нагруженного резерва запасные резервные элементы находятся в том же режиме работы, что и основные элементы (независимо от того, участвуют они в работе схемы или нет) и если при этом основной и резервный элемент идентичны, то интенсивности их отказов совпадают и надёжность основного и резервного устройств одинакова, и поэтому, если не учитывать надёжность автоматических переключающих устройств, характеристики надёжности рассчитываются по тем же формулам, что и для общего постоянного резервирования.
ГОСТ 27. 002 -89 При использовании ненагруженного резерва, запасные резервные элементы до момента их включения в работу системы полностью отключены. В этом случае резервные устройства имеют самую высокую надёжность по сравнению с основными элементами, поэтому общее резервирование замещением с использованием ненагруженного резерва обеспечивают наилучшие показатели надёжности для случая общего резервирования.
ГОСТ 27. 002 -89 Характеристики для случая общего резервирования замещением с использованием ненагруженного резерва. где P(t)р — вероятность безотказной работы резервированной системы P(t) — вероятность безотказной работы нерезервированной системы, m — кратность резервирования.
ГОСТ 27. 002 -89 где P(t)р и P(t)р — средняя наработка на отказ резервированной и нерезервированной систем, Tср р и Tср — средняя наработка на отказ резервированной и нерезервированной систем, m — кратность резервирования.
ГОСТ 27. 002 -89 Для наиболее простого случая, когда m = 1, получаем: Таким образом, при использовании ненагруженного резерва средняя наработка на отказ увеличивается минимум в два раза.
ГОСТ 27. 002 -89 Раздельное резервирование
ГОСТ 27. 002 -89 При раздельном способе резервирования, вводится индивидуальный резерв для каждой части неизбыточной системы. Раздельное резервирование бывает общим и замещением. При раздельном замещении отказ системы может произойти только тогда, когда отказ дважды подряд произойдёт в одном и том же устройстве (m=1), что маловероятно. Для оценки надёжности при раздельном резервировании используется сложный, специфический математический аппарат. В целом, математический анализ показывает, что наиболее высокие показатели надёжности можно получить в случае построения систем с использованием раздельного резервирования замещением ненагруженным резервом.
ГОСТ 27. 002 -89 Резервирование в биологических системах
ГОСТ 27. 002 -89 Животные, находящиеся близко к началу пищевых цепочек, используют механизм резервирования, обеспечивающий воспроизведение вида — многочисленное потомство. Травоядные животные, являющиеся кормом для хищников, обычно имеют более многочисленное потомство, чем хищники. Человеческий организм дает достаточно большое количество примеров резервирования внешних и внутренних органов. Примеры дублирования внешних органов — глаза, уши, руки, ноздри. Пример резервирования внутренних органов человека — дублирование половых желез, почки. Резервирование создает новые функциональные возможности. Дублирование глаз (разнесенных на некоторое расстояние) позволяет реализовать стереоскопическое зрение, то есть определять расстояние до объекта, дублирование ушей — определять направление на источник звука (бинауральный эффект). Изучением резервирования в биологических системах занимается прикладная наука бионика. [4]
ГОСТ 27. 002 -89 Резервирование в организационных системах
ГОСТ 27. 002 -89 Пример резервирования в организационных структурах[5] — наличие заместителей у руководителей. Обычно заместитель выполняет определённые, свойственные только каждому конкретному заместителю функции, но любой заместитель может стать «и. о. » в период отсутствия руководителя. В такой организационной системе как армия, основанная на обязательной службе, используется резервирование кадров — запас. Все отслужившие в армии увольняются в запас и становятся резервистами на случай военных действий.
ГОСТ 27. 002 -89 Расчет вероятности отказа системы Каждый элемент резервирования уменьшает вероятность отказа узла в соответствии с формулой: где: — число резервных элементов (кратность резервирования) — вероятность отказа элемента — вероятность отказа узла из элементов (вероятность отказа всех элементов)
ГОСТ 27. 002 -89 Формула предполагает независимый отказ элементов. Это значит, что вероятность отказа элемента i одинаковая как при отказавшем элементе j, так и при исправном для всех ≠. Эта формула не всегда применима, например, в случае параллельного подключения двух источников питания вероятности отличаются.
ГОСТ 27. 002 -89 Также предполагается, что для работы узла достаточно одного (любого) элемента. В случае, если для работоспособности узла необходимо элементов из имеющихся , вероятность отказа равна: , при условии, что все элементы имеют одинаковую вероятность отказа.
ГОСТ 27. 002 -89 Число сочетаний из по равно биномиальному коэффициенту Модель подразумевает, что отказавшие элементы не заменяются, а устройство обеспечения резервирования имеет нулевую вероятность отказа.
Р 50 -54 -82 -88 НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ, ВЫБОР СПОСОБОВ И МЕТОДОВ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
Р 50 -54 -82 -88 Классификация видов резервирования:
Р 50 -54 -82 -88 Независимо от назначения и области техники следует различать пять видов резервирования: структурное, временное, функциональное, информационное, нагрузочное. Соответственно этим видам резервирования различают пять видов избыточности. К ним следует добавить алгоритмическую и семантическую избыточности, которые можно рассматривать как разновидности функциональной и информационной избыточности соответственно. Однако они имеют определенную специфику и могут рассматриваться и отдельно.
Р 50 -54 -82 -88 Структурное резервирование осуществляется введением в структуру технических средств дополнительных (резервных) элементов, способных выполнять функции основных элементов при их отказе. Удаление этих элементов из системы при работоспособном состоянии основных не нарушает способности системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.
Р 50 -54 -82 -88 Функциональное резервирование имеет место в многофункциональных системах, в которых отдельные элементы или группы элементов обладают способностью принимать на себя функции других отказавших элементов на время восстановления их работоспособности без существенного снижения технико-экономических показателей системы. При функциональном резервировании в отличие от структурного резервирования нет резервных элементов, т. е. таких элементов, которые могут быть изъяты постоянно без нарушения требований к техническим характеристикам системы.
Р 50 -54 -82 -88 Функциональное резервирование обеспечивается: - установлением дополнительных связей между элементами; - гибкостью и оперативностью перенастройки многофункциональных элементов на выполнение заданной функции; - изменением режима функционирования.
Р 50 -54 -82 -88 Временное резервирование состоит в образовании для отдельных элементов, групп элементов или системы в целом некоторого дополнительного времени, которое может быть использовано для восстановления технических характеристик без нарушения требований к выходным параметрам системы.
Р 50 -54 -82 -88 Временное резервирование обеспечивается: - созданием запаса производительности путем увеличения быстродействия (пропускной способности) элементов; - созданием запаса производительности путем параллельного включения в работу устройств одинакового назначения; - созданием запасов продукции в промежуточных или выходных накопителях; - снижением скорости развития неблагоприятных последствий отказов и скорости ухудшения выходных параметров системы.
Р 50 -54 -82 -88 Информационное резервирование состоит в образовании нескольких семантических адекватных источников информации или копий массивов информации, введении дополнительной информации, предназначенной для восстановления основной в случай ее искажения.
Р 50 -54 -82 -88 Информационное резервирование обеспечивается путем: - помехоустойчивого кодирования информации; - дублирования данных на различных устройствах; - коррелированности данных измерений физических полей; - использования данных, удовлетворяющих инвариантным соотношениям; - использования избыточности алгоритмического или естественного языка.
Р 50 -54 -82 -88 Нагрузочное резервирование состоит в обеспечении запасов работоспособности при воздействии различных нагрузок (электрической, механической, термической и пр. ) в процессе эксплуатации. Нагрузочное резервирование обеспечивается путем: - создания запаса прочности с целью защиты от повышенных ударных и вибрационных нагрузок; - использования элементов с повышенной допустимой рассеиваемой электрической мощностью; - использования термостойких материалов; - снижения коэффициента занятости изделия полезной работой.
Р 50 -54 -82 -88 Основными характеристиками видов резервирования, определяющими размеры введенных ресурсов и правила их использования, служат: - кратность резервирования; - область использования резервных ресурсов; - дисциплина резервирования; - дисциплина восстановления ресурсов; - количество уровней иерархии резервирования.
Р 50 -54 -82 -88 Кратность резервирования определяется как отношение количества резервных ресурсов к количеству основных ресурсов. Кратность структурного резервирования представляется в виде несокращаемой дроби, в которой в числителе находится число резервных элементов, а в знаменателе число основных элементов. Кратность функционального резервирования определяется числом различных способов, которыми может быть выполнена заданная функция. Кратность временного резервирования определяется как отношение резервного времени к основному времени выполнения задания. Кратность информационного резервирования при помехоустойчивом кодировании совпадает с относительной избыточностью кода, при кодировании массивов - с числом резервных копий, а в общем случае кратность определяется как отношение числа единиц резервной и основной информации. Кратность нагрузочного резервирования определяется как отношение запаса работоспособности по данному виду нагрузки к номинальному значению нагрузки, измеряемых в одних и тех же единицах.
Р 50 -54 -82 -88 По области использования резервных ресурсов различают общее, групповое и поэлементное резервирование. Общий резерв способен парировать отказы в любом из элементов системы. Групповой резерв предупреждает отказы только в элементах данной группы и не может использоваться при отказах элементов вне этой группы. Поэлементный резерв предназначен для предупреждения отказов только элементов данного типа. Каждый из этих способов резервирования может характеризоваться кратностью резервирования.
Р 50 -54 -82 -88 Применяются четыре основных вида резервирования: Аппаратное резервирование, например, дублирование. Информационное резервирование, например – методы обнаружения и коррекции ошибок. Временное резервирование, например, методы альтернативной логики. Программное резервирование, применение независимых функционально равноценных программ.
Р 50 -54 -82 -88 Выбор вида резервирования:
Р 50 -54 -82 -88 Выбор вида резервирования определяется: - условиями применения системы; - ограничениями на совокупные затраты на средства повышения надежности; - ограничениями, обусловленными требованиями к другим техническим характеристикам (габариты, вес, энергопотребление, эксплуатационные расходы, обслуживающие подсистемы); - допустимым ухудшением качества функционирования и сокращением объема выполняемых функций при деградации системы; - технической реализуемостью методов резервирования; - уровнем развития средств контроля и диагностирования; - характеристиками ремонтопригодности; - степенью унификации оборудования; - уровнем технологии производства и ее характеристиками (стабильностью, гибкостью, точностью).
Р 50 -54 -82 -88 Структурное резервирование приобретает преимущество в системах, условия применения которых характеризуются следующими особенностями: - малое допустимое время прерывания функционирования; - высокая цена отказа (тяжелые последствия отказов); - отсутствие обесценивающих отказов; - недопустимость снижения качества функционирования при деградации системы; - развитая система аппаратурного контроля и диагностирования, не допускающая значительной задержки в обнаружении отказов; - организация технического обслуживания, при которой возможно отключение отказавшего устройства, его восстановлений и включение в работу без прерывания функционирования остальной части системы.
Р 50 -54 -82 -88 Методы структурного резервирования можно подразделить на три основные группы: - встроенное резервирование с постоянным включением резерва; - встроенное резервирование замещением с автоматическим или автоматизированным включением резерва; - ненагруженное резервирование путем замены неработоспособных элементов на работоспособные из ЗИП. В последнем случае кратность и способ резервирования определяются номенклатурой и количеством запасных элементов, структурой ЗИП (одиночный, групповой).
Р 50 -54 -82 -88 Функциональное резервирование используется в тех случаях, когда структурное резервирование неприемлемо из-за большого количества оборудования или по другим причинам. Оно, как правило, более экономично, чем структурное резервирование, но экономичность достигается за счет некоторого снижения качества выполнения функций, например, за счет ухудшения точности, увеличения времени выполнения функций, снижения производительности, уменьшения удобства восприятия выходных результатов и пр. Другой формой функционального резервирования является полное восстановление основных функций за счет прекращения выполнения второстепенных функций и передачи освободившихся при этом ресурсов для выполнения основных.
Р 50 -54 -82 -88 Особенности функционального резервирования: - более высокая надежность системы при использовании резервного способа выполнения функций по упрощенным алгоритмам; - развитая система управления ресурсами и высокая их мобильность, состоящая в том, что ресурсы могут достаточно быстро и в разнообразных конфигурациях соединяться для выполнения основных функций; - развитая система контроля работоспособности, позволяющая достоверно оценить техническое состояние всех ресурсов и своевременно снабдить необходимой информацией систему управления ресурсами; - возможность оперативного возвращения к основному варианту выполнения функций после восстановления работоспособности отказавших устройств; - отсутствие обесценивающих отказов; - принципиальное отсутствие тиражирования проектных ошибок в реализации алгоритмов функционирования резервирующих друга устройств.
Р 50 -54 -82 -88 Временное резервирование как метод повышения надежности становится эффективным и приобретает преимущество перед другими видами резервирования в системах со следующими особенностями: - система допускает перерывы в работе на время, превышающее время устранения отказа и его последствий; - качество работы системы оценивается по интегральным характеристикам за достаточно большой промежуток времени (смена, сутки, неделя, месяц, квартал, год); - система имеет конечную и сравнительно небольшую скорость перехода из работоспособного состояния в неработоспособное при отказах отдельных ее элементов;
Р 50 -54 -82 -88 - система, осуществляющая передачу или обработку материальных, энергетических или информационных потоков, имеет возможность накапливать в необходимых количествах продукт в промежуточных и выходных накопителях для парирования отказов и их последствий; - в системе не удается полностью устранить обесценивающие отказы, и поэтому часть наработки требует повторения; - в системе возникают периоды скрытого отказа, требующие повторения части работ после обнаружения отказа; - система допускает непродолжительное снижение производительности, компенсируемое за счет запаса производительности; - система обладает кумулятивным эффектом, позволяющим за дополнительное время улучшить выходные характеристики (точность, достоверность, прочность, стабильность, устойчивость), определяющие ее работоспособность.
Р 50 -54 -82 -88 Информационное резервирование является специфическим видом резервирования, используемым в системах связи, управления, измерительных, информационных, вычислительных системах и других системах сбора и обработки информации. Оно применяется в тех случаях, когда последствия потери и искажения информации тяжелы, и поэтому такие нарушения либо недопустимы, либо должны быть маловероятны.
Р 50 -54 -82 -88 Основными условиями и предпосылками использования информационного резервирования являются: - недостаточная надежность носителей информации; - невозможность оперативного восстановления алгоритмическими средствами искажений информации при обработке; - невозможность возобновления информации с помощью первичных источников; - в системе предусмотрены необходимые ресурсы аппаратуры и времени для реализации резервирования информации, а в алгоритмах функционирования предусмотрено использование избыточной информации.
Р 50 -54 -82 -88 Информационное резервирование используется обычно в сочетании со структурным, функциональным и временным резервированием, поскольку для хранения копий информационных массивов и дополнительной информации при помехоустойчивом кодировании необходимы дополнительные емкости запоминающих устройств и дополнительная аппаратура для обработки информации, а для чтения копий и работы средств восстановления информации нужно дополнительное время. Распространенный метод информационного резервирования - установка дополнительных датчиков в поле измерений, позволяющая одновременно использовать и функциональное резервирование (первая форма).
Р 50 -54 -82 -88 Нагрузочное резервирование применяется в тех случаях, когда изделие необслуживаемое или когда устранение отказа требует больших затрат времени и больших эксплуатационных расходов. При этом использование структурного резервирования затруднительно или невозможно по техническим или экономическим соображениям. Нагрузочное резервирование может применяться и тогда, когда структурное резервирование не эффективно и для повышения его эффективности необходимо уменьшить интенсивность отказов изделия или резервируемой его части.
Р 50 -54 -82 -88 Основные условия успешного применения этого вида резервирования: - наличие подходящих элементов, обладающих требуемым запасом работоспособности по различным параметрам относительно номинального режима работы изделия; - приемлемость степени повышения других техникоэкономических характеристик (габаритов, энергопотребления, стоимости и пр. ) по отношению к прототипу, обусловленной созданием запаса работоспособности; - возможность одновременной разгрузки всех или большинства элементов с тем, чтобы создать «равнопрочную» систему.
Р 50 -54 -82 -88 К методам нагрузочного резервирования следует отнести: - применение элементов с повышенной допустимой рассеиваемой мощностью; - уменьшение плотности упаковки элементов для создания благоприятного теплового режима; - снижение скорости перемещения механических элементов для снижения механических нагрузок; - уменьшение интенсивности входных потоков информации в информационных системах с целью предупреждения сбоев и отказов; - облегчение технологических режимов в технологических системах с целью расширения области работоспособности при отклонениях технологических параметров от номинальных значений.
Р 50 -54 -82 -88 Нагрузочное резервирование часто используют в сочетании с другими видами резервирования. Возможность кратковременной дополнительной загрузки позволяет использовать функциональное резервирование. При снижении информационной нагрузки периоды незанятости можно использовать как резерв времени. При разгрузке по мощности используют кратковременное форсирование режима с целью частичной или полной компенсации простоев или ухудшения выходных параметров системы вследствие отказов.
Р 50 -54 -82 -88 Резервирование систем как научное направление возникло в середине 50 -х годов XX века. Широко известны работы по резервированию следующих авторов: А. И. Селиванов, И. П. Падерно, А. Д. Соловьев, Б. В. Гнеденко, Р. Баршоу, В. А. Козлов, А. Л. Райкин, О. Г. Алексеев, A. M. Половко, Х. Л. Смолицкий, И. А. Ушаков, В. В. Белецкий, В. Г. Терентьев, Т. М. Чернов, B. C. Нассонов, Б. И. Кашпур, Р. В. Кугель, А. М. Шейнин, Г. Г. Токарев, А. С. Гальперин, Г. С. Рахутин, Ю. И. Артемьев, Л. А. Завьялов, А. П. Крившин и Е. Г. Гологорский, И. Е. Дюмин, В. П. Апсин, Л. В. Дехтеринский, С. Б. Норкин и ряда других российских и зарубежных авторов.
Р 50 -54 -82 -88 В этих работах, в основном, рассмотрены системы, которые работоспособны только тогда, когда количество исправных элементов не менее количества основных, что означает последовательное соединение элементов в системе, так как «последовательным соединением при расчетах надежности называется такое соединение элементов, при котором отказ хотя бы одного из них приводит к отказу всего соединения в целом» . На самом деле машина, как система, требующая для обеспечения работоспособности технического обслуживания и ремонта, является сложной системой с постоянно восстанавливаемым потенциалом работоспособности за счет использования запасных частей. Поэтому рациональное их использование и обеспечивает повышение эффективности эксплуатации машин.
Р 50 -54 -82 -88
Р 50 -54 -82 -88
Р 50 -54 -82 -88
Р 50 -54 -82 -88
MOSKOVSKIJ_AVTOMOBIL_NO-DOROZhNYJ.pptx