Резервирование – способ повышения надежности путем включения в систему избыточных резервных единиц, способных в случае отказа основного устройства выполнять его функции.
Резервирование широко применяется на опасных производственных объектах, во многих случаях его необходимость диктуется требованиями промышленной безопасности или государственных правил и стандартов. Некоторые технические устройства изначально в своей конструкции предусматривают резервирование, например предохранительные клапаны непрямого действия – импульсные предохранительные устройства. Также резервирование широко используется в военной технике.
Элементы минимизированной (не содержащей избыточности) структуры технической системы, обеспечивающей его работоспособность, называются основными элементами. Резервными элементами называются элементы, предназначенные для обеспечения работоспособности системы в случае отказа основных элементов.
В резервированной системе отказ наступает тогда, когда выйдут из строя основные элементы и все резервные элементы. Группа элементов считается резервированной, если отказ одного или нескольких её элементов не нарушает нормальной работы схемы (системы), а оставшиеся исправные элементы выполняют ту же заданную функцию. Такое резервирование называется функциональным.
Кратность резервирования – отношение числа резервных элементов к числу основных элементов устройства. Кратность резервирования принято обозначать m. Например, если m=3, то это означает что: основное устройство – одно, число резервных устройств – три, а общее число устройств равно четырём. Если m=4/2, то это означает резервирование с дробной кратностью, при котором число резервных устройства равно четырём, число основных – двум, а общее количество устройств — шести (сократить дробь нельзя, так как если m=4/2=2, то это резервирование с целой кратностью, при котором число резервных устройств – два, основное – одно, а общее количество устройств – три). Однократное резервирование называется дублированием.
По состоянию резервных элементов до момента включения их в работу различают:
· нагруженный (горячий) резерв – резервные элементы нагружены так же, как и основные;
· облегчённый (ждущий) резерв – резервные элементы нагружены меньше, чем основные;
· ненагруженный (холодный) резерв – резервные элементы практически не несут нагрузки.
В зависимости от масштаба и принятой единицы резервирования различают:
· общее резервирование – при котором резерв предусматривается на случай отказа системы в целом
· раздельное (поэлементное) резервирование – при котором резервируются отдельные части системы (блоки, узлы, элементы);
· смешанное резервирование – сочетание общего и раздельного резервирования.
При общем резервировании резервируется вся система в целом. При раздельном способе резервирования, вводится индивидуальный резерв для каждой части неизбыточной системы. При раздельном резервировании отказ системы может произойти только тогда, когда отказ дважды (или более в зависимости от кратности резервирования) подряд произойдёт в одном и том же устройстве, что маловероятно.
Резервирование, в зависимости от способа включения резервных устройств можно разделить на:
· постоянное резервирование – резервные элементы подключены к основному в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним режиме работы;
· резервирование замещением – резервные элементы замещают основные только после отказа.
К преимуществам постоянного общего резервирования относятся:
- относительная простота построения схем;
- отсутствие даже кратковременного перерыва в работе при отказе элементов системы;
- отсутствие дополнительных подключаемых элементов, снижающих общую надёжность схемы.
Очевидные недостатки нагруженного резерва:
· увеличение габаритов и массы системы
· повышенный расход энергии;
· старение резервных элементов одновременно с основными элементами системы.
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 нерезервируемой системы. Кроме того, существует кратковременный перерыв, на время переключения на резервные устройства.
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 резервирование замещением с использованием ненагруженного резерва обеспечивают наилучшие показатели надёжности.