什么是工作冗余系统和非工作冗余系统

Question

如题所述

Answer 1

　　第二章 系统可靠性模型建立与冗余设计 Post By：2009-11-14 10:14:47 [只看该作者]

　　第二章 系统可靠性模型建立与冗余设计
　　第二章 系统可靠性模型建立与冗余设计
　　2.1 概述
　　2.2 可靠性模型
　　2.3 可靠性模型建立应注意问题
　　2.4 冗余设计

　　第二章 系统可靠性模型建立与冗余设计

　　2.1 概述
　　系统可靠性模型是指系统的可靠性结构模型（又称可靠性框图）和对应的可靠性数学模型总称。所谓可靠性结构模型是指从可靠性观点出发，依照系统各单元间存在的功能逻辑关系，用框图将这种关系表达出来。用数学方法对这种关系加已描述，这就是可靠性数学模型。
　　建立系统可靠性模型是可靠性工程中重要工作项目之一。它是进行可靠性指标预计、分配及可靠性分析、评估以及权衡和优化设计重要的基础和手段。建立系统可靠性模型应在系统研制早期进行，随着研制工作进展和设计上更动，系统可靠性模型要不断深入完善和修改。
　　系统的可靠性模型分为基本可靠性模型和任务可靠性模型。
　　基本可靠性模型包括一个可靠性框图和一个相应的可靠性数学模型。基本可靠性模型是一个串联模型，包括那些冗余或替代工作模式的单元都按串联处理，用以估计产品及其组成单元引起的维修及后勤保障要求。基本可靠性模型的详细程序应该达到产品规定的分析层次，以获得可以利用的信息。而且失效率数据对该层次产品设计来说能够作为考虑维修和后勤保障要求的依据。
　　任务可靠性模型包括一个可靠性框图和一个相应的数学模型。任务可靠性模型应该能描述在完成任务过程中产品各单元的预定用途。预定用于冗余或替代的单元应该在模型中反映为并联结构或适用于特定任务阶段及任务范围的类似结构。任务可靠性模型的结构比较复杂，用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率。任务可靠性模型中所用产品单元的名称标志应该与基本可靠性模型中所用的一致。
　　建立系统可靠性模型有以下作用和意义：
　　1） 建立系统可靠性模型是可靠性工程重要工作项目，是可靠性保证大纲规定的必做的工作项目之一。
　　2） 建立系统可靠性模型是可靠性指标与维修性指标分配与预计的基础工作。
　　3） 建立系统可靠性模型是可靠性分析、估算、评价的工具。
　　4） 建立系统可靠性模型是对系统最佳方案权衡和优化设计首先应完成的工作项目。
　　5） 建立系统可靠性模型是进行可靠性设计重要措施之一。如余度设计等。

　　2.2 可靠性模型－－－548注：此节多为图形，没有贴出，只贴出小节；
　　2.2.1单元的故障均会导致整个系统的故障，对这种系统应建立串联模型。
　　2.2.2 可靠性并联模型
　　组成系统的所有单元都发生故障时系统才发生故障,对这样的系统建立可靠性并联模型。
　　2.2.3 (m,n)并联模型
　　这种模型又叫表决系统模型, 它是由m个可靠度相同的分系统组成并联结构, 其中有n个单元正常工作, 系统才能正常工作；
　　2.2.4可靠性混合模型
　　把若干串联模型与并联模型组合在一起，便构成混合模型
　　2.2.5简单旁联模型
　　组成产品的几个单元中只需一个单元工作, 当该单元工作故障时通过故障监测及转换装置接到另一个单元进行工作的模型, 就是旁联模型。
　　2.2.6复杂可靠性模型的建立
　　对于复杂结构模型,如果是简单的串并或并串的混联结构,其建模和数学模型的计算较简单。对很难转换为简单的串并结构模型的分析需采用其他方法,常用的有布尔真值法、概率展开分析法、贝叶斯法等。下面就具体实例介绍用贝叶斯法分析复杂结构模型。如图2.8所示。

　　2.3 可靠性模型建立应注意问题
　　2.3.1可靠性模型框图的每个单元只表示一个功能单元。
　　2.3.2可靠性模型框图，应与电氯联接图相区别。图2.10a所示，是一个LC并联振荡回路，不论线圈L或是电容器C，任何一个失效，都导致回路失效。因而，虽在电氯联接上二者并联，但就可靠性框图而言它应是串联模型，如图2.10b所示。
　　2.3.3 建立模型要根据失效模式决定;举例说明,两电容并联完成滤波功能,如电容器开路失效为主要模式,其可靠性模型为并联结构模型, 如电容器短路失效为主要模式,其可靠性模型为串联结构模型。
　　(a)电路 (b)开路失效结构模型 (c) 短路失效结构模型

　　图2.11 并联电容与其可靠性框图
　　2.3.4可靠性结构模型框图与数学模型应与系统框图、原理图、工程图等相协调, 输入输出关系一致,并随其更改而变化。
　　2.3.5模型框图应在最低层次确定以后, 自上而下逐级展开,并逐级确定数学模型关系式。在附录中给出建立可靠性结构模型和数学模型的实例,见附录例A1和附录例A2。
　　2.3.6建立可靠性框图时,应确定系统功能,同一工作原理图中的各单元,因为完成的任务功能不同,其可靠性框图也不一定相同。对多任务系统 应针对各个功能建立可靠性结构模型,如系统要求各任务功能都要保证,则系统的任务可靠性模型为各任务模型的串联结构。

　　2.4 冗余设计
　　当构成系统的单元可靠性不能满足系统要求时，所采取的一种设计方法，尤其对于无法维修或要求不停机维修的系统更需要这种设计方法，对于执行特殊任务和对于安全性要求非常高的系统特别需要这种设计方法，它是提高系统任务可靠性有效方法之一。
　　冗余系统可分工作冗余系统和非工作冗余系统,工作冗余系统是并联各单元同机工作,如本标准2.2.2 中可靠性并联模型和2.2.3中(m,n)并联模型,而非工作冗余系统中的非运行状态备用只有一个单元工作,其余处于单元待机状态,当工作单元失效时,储备单元通过开关逐个替换,直到所有单元失效,系统才失效, 如本标准2.2.5 中的简单旁联模型,其中的倒换开关也可作为一个单元加以考虑。另外, 非工作冗余系统还有运行状态备用,即所谓热备份,其结构模型工程上近似等同并联模型。
　　在工程中，冗余设计应注意下述问题：
　　2.4.1在进行冗余设计时应在可靠性、体积、重量及成本四者之间进行权衡优化设计。
　　2.4.2在进行冗余设计时，不是构成系统所有的单元都需要进行冗余设计，应选取那些可靠性薄弱环节和对执行任务及安全性影响至关重要单元进行冗余设计。
　　2.4.3为了提高系统的任务可靠性，可以对单元进行如下权衡：如果提高单元的元器件可靠性可以与进行冗余设计有相同可靠性水平。同时，提高单元的元器件水平较易且成本不高，那就采取提高单元的元器件可靠性水平，即选用高可靠元器件，尤其对长期工作的通讯产品尤为重要，往往在较长工作时间更显现出选用高可靠元器件的优越性
　　2.4.4在设计时，替代功能冗余能使完成不同功能的单元，一旦其中某单元发生故障时，其它单元可转换功能，予以替代。对移动通讯产品还可以采用实时动态重组冗余设计，如站与站之间通过呼吸吞吐予以发射信号覆盖，使用户接收不中断信号，可以与硬件冗余设计有异曲同工的妙处，计算公式为

Answer 2

冗余系统:为增加系统的可靠性，而采取两套或两套以上相同、相对独立配置的设计。
冗余系统的优点在于:
一、以现有的系统为依托，不需要任何时间或科研投入，可以立即实现;
二、配置、安装、使用简单，无需额外的培训、设计等;
三、使用冗余系统，理论上来讲，系统的故障率可以接近为零。
冗余系统的缺点在于:
一、使用冗余系统就代表该系统臃肿，不简洁;
二:投入成本巨大，需要购买额外的系统，以及增加该系统后的后期维护成本等;
三、完全独立的系统并不存在，所以冗余系统最大的缺点在于，相互独立的配置之间会互相影响(尤其是依靠人的冗余系统)，可靠性相对理论计算会大幅度下降。
非工作冗余系统:
系统是由n个零件组成，若有一个或r个卜＜n）零件正常工作，系统就可正常工作，称其为工作冗余系统；若一个或r个零件（r＜n）处于工作状态，其它则处于“待命状态”，当前者的某一零件出现故障之后，处于“待命状态”的部分立即转人“工作状态”，称其为非工作冗余系统。 非工作系统中的冗余单元（“待命状态”的备件）通常处于非工作状态，由于受到有形磨损的作用，它的可靠性总是随着储存时间的延长而下降，因而需要定期进行检测，以便使用时能正常工作。