Активное резервирование

Концепт дизайна

Активное резервирование — это концепция проектирования, которая повышает эксплуатационную готовность и снижает эксплуатационные расходы за счет автоматизации наиболее важных действий по техническому обслуживанию.

Эта концепция связана с обслуживанием по состоянию и сообщением о неисправностях . ^[1]

История

Первоначальные требования возникли с военных боевых систем во время Первой мировой войны. Подход, используемый для обеспечения живучести, заключался в установке толстой броневой плиты для защиты от артиллерийского огня и установке нескольких орудий.

Это стало недоступным и непрактичным во время холодной войны, когда самолеты и ракетные системы стали обычным явлением.

Новый подход заключался в создании распределенных систем, которые продолжают работать даже при повреждении компонентов. Это зависит от очень грубых форм искусственного интеллекта, которые выполняют реконфигурацию, подчиняясь определенным правилам. Примером такого подхода является компьютер АН/УИК-43 .

Формальная философия проектирования, включающая активное резервирование, необходима для критических систем, в которых корректирующие работы нежелательны или непрактичны для устранения сбоев во время нормальной работы.

Коммерческие самолеты должны иметь несколько резервных вычислительных систем, гидравлических систем и двигательных установок, чтобы одиночный отказ оборудования в полете не привел к гибели людей.

Более поздним результатом этой работы стал Интернет, который опирается на сеть маршрутизаторов, обеспечивающих возможность автоматического перенаправления связи без вмешательства человека в случае сбоев.

Спутники, выведенные на орбиту вокруг Земли, должны иметь массивное активное резервирование, чтобы гарантировать, что работа будет продолжаться в течение десятилетия или дольше, несмотря на отказы, вызванные обычными отказами, отказами, вызванными радиацией, и тепловым ударом.

Эта стратегия сейчас доминирует над космическими системами, самолетами и ракетными системами.

Принцип

Техническое обслуживание требует трех действий, которые обычно влекут за собой простои и высокоприоритетные трудозатраты:

• Автоматическое обнаружение неисправностей
• Автоматическая изоляция неисправностей
• Автоматическая реконфигурация

Активное резервирование исключает время простоя и снижает потребность в рабочей силе за счет автоматизации всех трех действий. Для этого требуется определенное количество автоматизированного искусственного интеллекта .

N означает необходимое оборудование. Объем избыточной мощности влияет на общую надежность системы, ограничивая последствия сбоев.

Например, если для питания города требуется два генератора, то «N+1» будет состоять из трех генераторов, допускающих один отказ. Аналогичным образом, «N+2» будет состоять из четырех генераторов, что позволит одному генератору выйти из строя, в то время как второй генератор уже вышел из строя.

Активное резервирование повышает эксплуатационную доступность следующим образом.

${\displaystyle A_{o}^{N}=0.99\ up\ time}$

${\displaystyle \approx failed\ 90\ hours/year}$

${\displaystyle A_{o}^{N+1}=1-\left((1-A_{o}^{N})\times (1-A_{o}^{N})\right)=0.9999\ up\ time}$

${\displaystyle \approx failed\ 50\ minutes/year}$

${\displaystyle A_{o}^{N+2}=1-\left((1-A_{o}^{N})\times (1-A_{o}^{N})\times (1-A_{o}^{N})\right)=0.999999\ up\ time}$

${\displaystyle \approx failed\ 30\ seconds/year}$

Пассивные компоненты

Для активного резервирования пассивных компонентов требуются резервные компоненты, которые распределяют нагрузку в случае сбоя, например, в кабелях и трубопроводах.

Это позволяет перераспределить силы по мосту, чтобы предотвратить поломку в случае разрыва троса транспортного средства. ^[2]

Это позволяет перераспределять поток воды по трубам при закрытии ограниченного числа клапанов или отключении насосов. ^[3]

Активные компоненты

Активное резервирование активных компонентов требует реконфигурации в случае сбоя. Компьютерное программирование должно распознать сбой и автоматически переконфигурировать для восстановления работы.

Все современные компьютеры обеспечивают следующее, когда существующая функция включена через отчет о сбоях .

• Автоматическое обнаружение неисправностей
• Автоматическая изоляция неисправностей

Механические устройства должны быть переконфигурированы, например, настройки трансмиссии на гибридных транспортных средствах, которые имеют резервные силовые установки. Бензиновый двигатель запустится при выходе из строя аккумулятора.

Электроэнергетические системы должны выполнять два действия, чтобы предотвратить полный отказ системы при возникновении более мелких сбоев, например, когда дерево падает на линию электропередачи. Энергетические системы включают в себя связь, переключение и автоматическое планирование, что позволяет автоматизировать эти действия.

• Отключите поврежденную линию электропередачи, чтобы изолировать неисправность.
• Отрегулируйте настройки генератора, чтобы предотвратить отклонения напряжения и частоты.

Преимущества

Это единственная известная стратегия, позволяющая добиться высокой доступности.

Вреды

Эта философия обслуживания требует индивидуальной разработки с дополнительными компонентами.

Смотрите также

• Оперативная доступность
• Сообщение о неисправностях
• Уровни центра обработки данных
• Зона доступности

Рекомендации

1. «Инструкция Opnav 4790.16: Техническое обслуживание по состоянию» . Операции ВМС США. Архивировано из оригинала 15 февраля 2013 г. Проверено 15 августа 2012 г.
2. «Безопасность и резервирование мостовой системы» . Совет транспортных исследований.
3. «Водные системы». Бостонская комиссия по водоснабжению и канализации. Архивировано из оригинала 21 сентября 2012 г. Проверено 15 августа 2012 г.