3.3.Виды и способы резервирования
3.3.1.Структурное резервирование
Структурное резервирование позволяет создавать ХТС, показатели надежности которых выше, чем показатели надежности составляющих их элементов. На первых этапах технологического проектирования высокоэффективных производств [1, 2, 4, 48, 62],используя принципы и методы автоматизированного синтеза ХТС с оптимальными расходами материальных ресурсов [38, 39, 44, 45, 50, 51],проектировщики осуществляют синтез минимально необходимого работоспособного варианта технологической схемы системы. Этот вариант схемы содержит такую минимальную совокупность элементов, отказ каждого из которых приводит к нарушению работоспособности системы, т. е. к невыполнению поставленных перед ХТС целей функционирования. Показатели надежности указанного синтезированного варианта схемы не всегда полностью удовлетворяют требуемым нормам надежности (см. разд. 2.4),что объективно вынуждает использовать структурное резервирование для повышения его надежности.
Исследуя надежность системы, структуру ХТС представляют состоящей из совокупности основных и резервных элементов. Основной элемент —это элемент, который входит в минимально необходимый работоспособный вариант технологической схемы системы. Резервный элемент предназначен для обеспечения работоспособности ХТС в случае отказа основного элемента.
Для расчета и оптимизации показателей надежности ХТС, которые могут в процессе функционирования находиться только в одном из двух возможных состояний -отказа и работоспособности, используем топологическую модель надежности ХТС в виде блок-схемы надежности или расчетно-логической схемы надежности системы. Структура блок-схемы или расчетно-логической схемы надежности сложных ХТС в большинстве случаев принципиально отличается от структуры технологической схемы ХТС - объекта исследования надежности.
Типовыми фрагментами структуры блок-схемы или расчетно-логической схемы надежности ХТС являются последовательное соединение, параллельное соединение и смешанное соединение элементов по свойству надежности.
Последовательное соединение элементовпо свойству надежности ХТС -такая совокупность элементов структуры блок-схемы надежности ХТС, для которой необходимым и достаточным условием возникновения отказа системы является отказ любого элемента из этой совокупности. Необходимо отметить, что последовательное соединение элементов блок-схемы надежности ХТС называют также основным соединением.
Параллельное соединение элементовпо свойству надежности ХТС -совокупность элементов структуры блок-схемы надежности ХТС, для которой необходимым и достаточным условием возникновения отказа системы является отказ всех элементов из этой совокупности.
Смешанное соединение элементовпо свойству надежности ХТС - это произвольная комбинация последовательного и параллельного соединений элементов в структуре блок-схемы надежности ХТС.
Для построения блок-схем надежности ХТС целесообразно использовать алгебру случайных событий [1, 2,7]. Отказы элементов ХТС рассматривают как простые случайные события, а отказы ХТС в целом —как сложные случайные события. Очевидно, что операция логического сложения простых случайных событий на блок-схеме надежности ХТС отображается последовательным или основным соединением элементов, а операция логического умножения -параллельным соединением элементов по свойству надежности.
Блок-схемы надежности сложных совмещенных и гибких технологических схем ХТС, в частности ХТС производств многоассортиментной продукции, в качестве типового фрагмента структуры могут содержать также мостиковые соединения элементов.
Следует подчеркнуть, что понятия типовых фрагментов структуры ХТС по свойству надежности относятся только лишь к структуре блок-схемы надежности данной системы и не тождественны понятиям типовых фрагментов структуры ХТС или типовых технологических связей между элементами системы.
Рассмотрим пример использования алгебры случайных событий для построения блок-схем надежности ХТС производства продукта Е из трех реагентов А,В и D.ПродуктЕобразуется в результате двух последовательных химических реакций:
А+В→С (3.8)
C+D→Е (3.9)
Для осуществления химической реакции (3.8)предусмотрены три параллельно работающих химических реактора,имеющие одинаковую производительность. Критическим для ХТС считается состояние, при котором система производит менее 60%от максимально возможного (при исправной работе всех трех реакторов) выпуска продукта Е.В данной ХТС полный отказ (полное прекращение выпуска продукта Е) наступает при полном отказе либо одного из элементов,либо при одновременном полном отказе реакторов.
Частичный отказ ХТС (снижение производительности по выпуску продукта Е ниже 60%от максимально возможной) возникнет либо при полном отказе также одного из элементов,либо при полном отказе только лишь любых двух реакторов. Обозначим через АI(II)случайное событие, заключающееся в появлении полного отказа ХТС (АI) или частичного отказа (АII), а через Аi- простое случайное событие -появление отказа i-гоэлемента рассматриваемой ХТС. Используя алгебру случайных событий, можем записать условия возникновения сложного случайного события полного и частичного отказов ХТС, представляющие собой некоторые логические функции работоспособности ХТС:
(3.10)
(3.11)
Практически структурное резервирование объектов реализуют с использованием различных способов резервирования и различных видов резерва [1, 2,7], которые рассмотрены в разделе 3.3.4.