Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Повышение надежности систем - Coggle Diagram
Повышение надежности систем
Повышение надежности резервированием
Резервирование - применение дополнительных средств и возможностей с целью сохранения работоспособности объекта при отказе одного или нескольких его элементов или нарушении связей между ними.
Основа резервирования – введение избыточности: дополнительных элементов, времени, информации, запасов продукции, запасов производительности, алгоритмической гибкости и пр.
Виды резервирования
Структурное резервирование – введение в структуру электронных средств дополнительных (резервных) элементов, способных выполнять функции основных элементов при их отказе.
Функциональное резервирование применяется 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 всей системы.
Временное резервирование – образование 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.
Информационное резервирование – образование нескольких семантических адекватных источников информации или копий массивов информации, введение дополнительной информации, предназначенной для восстановления основной в случай ее искажения
Нагрузочное резервирование – обеспечение запасов работоспособности при воздействии различных нагрузок (электрической, механической, термической и пр.) в процессе эксплуатации.
Характеристики видов резервирования, определяющие размеры введенных ресурсов и правила их использования:
дисциплина резервирования
дисциплина восстановления ресурсов
область использования резервных ресурсов
количество уровней иерархии резервирования
кратность резервирования
Структурные методы повышения надежности
Введение схемной избыточности – один из основных методов повышения надежности, т.к. интегральные схемы имеют некоторый физический предел в плане надежности, выше которого на надежность влияют физические и технологические ограничения.
Один из видов схемной избыточности – структурное резервирование, предполагающее включение в схему устройства дополнительных элементов, которые позволяют скомпенсировать отказы отдельных частей устройств и обеспечить его надежную работу. Но резервирование эффективно только в том случае, когда неисправности являются статистически независимыми.
В ЭВМ структурная избыточность используется по следующему правилу: входящие сигналы поступают на n логических схем, причем n>k, где k – число логических схем в нерезервированной схеме. Выходные сигналы всех n логических схем подаются на решающий элемент, который согласно функции решения по этим сигналам определяет значения выходных сигналов всей схемы.
Функция решения – правило отображения входных состояний решающего элемента на множество его выходных состояний.
Простейший и наиболее распространенный вид функции решения – «закон большинства» или мажоритарный закон. В этом случае решающий элемент называют мажоритарным.
Логика его работы: на его входы поступают двоичные сигналы от нечетного числа двоичных элементов. Выходной сигнал принимает значение, равное значению большинства входных сигналов. Наиболее распространены элементы «2 из 3». Известны элементы «3 из 5», «4 из 7» и т.д.
Если логические схемы не идентичны, закон «большинства» не
применим. В этом случае используются пороговые элементы.
Работу порогового элемента описывают пороговой функцией.
Различают следующие виды резервирования по способу включения
резервных элементов:
Замещением - обнаружение отказавшего элемента и замена его резервным
Различают резервирование замещением:
нагруженное – когда резервные элементы находятся в таком же рабочем режиме, что и основные
облегченное – в облегченном режиме
ненагруженные – резервные элементы находятся в ненагруженном состоянии
В этом случае необходим дополнительный элемент, который бы анализировал состояние схемы и в момент отказа осуществлял переключение на резервный элемент
Скользящее – любой резервный элемент может замещать любой основной
При идеальном переключателе резерва, если ЭВМ состоит из n основных и одного резервного элемента, находящегося в ненагруженном состоянии, то в течение времени наработки (0, ti) такая ЭВМ может пребывать в двух несовместимых работоспособных состояниях: когда все ее элементы n работоспособны или когда хотя бы один из них отказывает
Постоянное, когда резервные элементы включены вместе с основным в течении всего времени работы и находятся в одинаковом с ним режиме
Резервирование с восстановлением
Значительный эффект повышения надежности в системах с восстановлением. Исправная ЭВМ начинает эксплуатироваться в момент времени t=0, и проработав случайное время t1, выходит из строя. На ремонт требуется случайное время τ1. Этот процесс продолжается в течение всего срока службы ЭВМ, причем величины ti и τi независимы. В случайные или заранее условленные моменты времени tj могут проводиться профилактические работы случайной или постоянной длительности zi
Процесс расчета таких систем усложняется по
следующим причинам:
в) ограниченность числа восстановлений
г) очередь на обслуживание
б) дискретность работы устройства с заранее запланированными или случайными моментами начала и окончания работы
д) ложные восстановления исправных устройств из-за отказа схем контроля
а) наличие резервных устройств, а отсюда – наличие переходов из одного уровня избыточности, на другой
е) невозможность начать восстановление устройства или ЭВМ сразу
же после его отказа из-за неполноты схемы контроля.