3 Обоснование метода резервирования для функционального узла РЭУ

Резервирование - введение в техническое устройство дополнительного числа компонентов и связей по сравнению с минимально необходимым для его нормального функционирования.

Резервирование бывает общее, поэлементное и смешанное. Цель резервирования - повысить надежность устройства.

При общем резервировании резервируется все изделие, то есть в случае выхода из строя оно заменяется таким же.

При поэлементном резервировании резервируются отдельные части изделия и в случаи отказов они заменяются на идентичные.

При смешанном резервировании крупные и наиболее ответственные части изделия имеют общее резервирование, а остальные - поэлементное

Как уже говорилось ранее, по способу введения резерва различают три вида резервирования:

· Постоянное

· Скользящее

· Замещением

Постоянное включение характеризуется тем, что все резервные элементы включены постоянно и находятся в рабочем состоянии в течение всего времени работы основных элементов. Постоянное резервирование эффективно только в том случае, если возникающие в РЭА отказы являются статически независимыми, т.е. не влияют друг на друга.

Скользящее включение резервных элементов применительно лишь в том случае, если изделие состоит только из однотипных элементов. Оно характеризуется тем, что любой резервный элемент может заменять любой основной, вышедший из строя. Преимуществом такого резервирования по отношению ко всем перечисленным выше видам является то, что при автоматическом устройстве оно дает наибольшую надежность

При резервировании замещением функции основного элемента передаются резервному элементу только после отказа основного. Для подключения резервного элемента используется переключающее устройство. Такие устройства могут работать в автоматическом режиме либо быть ручными.

Основной характеристикой резервирования замещением является кратность резерва, выражаемая несокращенной дробью и определяемая отношением количества резервных элементов к количеству основных элементов, резервируемых резервными элементами.

При резервировании замещением резервные элементы до вступления их в работу могут находиться в одном из трех режимов нагружения:

· В нагруженном

· В ненагруженном

· В облегченном

В нагруженном режиме резерв находится в таком же электрическом режиме, что и основной элемент, и его ресурс вырабатывается одновременно с ресурсом основного элемента, так же, как и при постоянном резервировании.

В облегченном режиме ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения всего устройства в работу, однако интенсивность расхода ресурса резервных элементов до момента включения их вместо отказавших значительно ниже, чем при обычных рабочих условиях.

В ненагруженном режиме резервные элементы начинают расходовать свой ресурс только с момента включения их в работу вместо отказавших.

Основные достоинства резервирования замещением:

· Больший выигрыш в надежности по сравнению с постоянным резервированием в случаях ненагруженного и облегченного резерва;

· Отсутствие необходимости дополнительной регулировки в случае замещения основного элемента резервным, так как основной и резервный элементы одинаковы.

Основные недостатки резервирования замещением:

· Сложность технической реализации и связанное с этим увеличение массы, габаритов, и стоимости всего резервируемого РЭУ;

· Перерыв в работе в случае замещения отказавшего элемента;

· Необходимость иметь переключающее устройство высокой надежности.

· Характер отказа элементов при резервировании замещением не играет роли, так как отказавший элемент отключается от электрической схемы и вместо него подключается исправный.

С учетом выше изложенного, для повышения надежности и улучшения показателей безотказности исследуемого УНЧ на транзисторах КТ802 разумно и оправданно применение общего резервирования замещением с целой кратностью в ненагруженном режиме.

Методы анализа безотказности зависят от того, в каком режиме нагружения находится резерв.

Рассмотрим анализ безотказности РЭУ при наличии резервирования замещением с ненагруженным режимом работы резервных элементов. Разобьем схему на 5 узлов по 21 элемент в каждом.

Выражения для определения вероятности безотказной работы за время t в случае одного основного элемента и m-1 резервных имеют вид:

Для простоты расчетов примем t=t_з=10000ч. Т.к. узел содержит 21 элементов, то возможно воспользоваться резервированием с кратностью 2, т.е. резервных элементов должно быть по крайней мере m=42 и соответственно

m-1=41. Сведем в таблицы 3.1 и 3.2 результаты вычислений по блокам до резервирования и после соответственно.

Таблица 3.1 Вероятности безотказной работы блоков до резервирования

Таблица3.2 Вероятности безотказной работы блоков после резервирования

Среднее значение вероятности безотказной работы всего устройства будет равно:

Т. о. после резервирования устройство проработает 10000 часов с вероятностью безотказной работы, равной 0,804, что больше, чем 0,7 и удовлетворяет предъявляемым требованиям. При этом на каждый основной элемент должно приходиться 2 резервных.