Оцінювання безвідмовності резервованих структур «2-з-3» і «1-з-2» з урахуванням засобів оброблення інформації та комунікацій

Abstract

Предметом досліджень статті є резервовані структури складних систем (РСС), зокрема, керуючих систем безпеки АЕС, енергомереж, аерокосмічних систем, інших комплексів критичного застосування (ККЗ). Метою є розроблення і дослідження моделей надійності (безвідмовності) таких РСС з урахуванням засобів оброблення інформації та комунікацій ККЗ. Завдання: 1) сформувати множину РСС, які базуються на мажоритарному резервуванні за принципом «2-з-3» і дублюванні за принципом «1-з-2» засобів оброблення інформації та комунікацій при послідовно-паралельних і місткових з’єднаннях елементів; 2) розробити структурні схеми надійності (ССН), математичні (аналітичні) моделі безвідмовності РСС з каскадним резервуванням «2-з- 3» і «1-з-2»; 3) дослідити ці моделі і визначити залежності ймовірностей безвідмовної роботи різних РСС від часу, інтенсивностей відмов засобів оброблення інформації та комунікацій, мажоритарних елементів, елементів «1-з- 2»; 4) сформулювати рекомендації щодо вибору типів РСС залежно від значень вхідних параметрів та вимог до систем. Для цього використовувались методи теорії множин, теорії ймовірностей, комбінаторного аналізу. Отримано такі результати. Запропоновано множину РСС з різними варіантами резервування і з’єднання ярусів «2-з-3», розроблено і досліджено відповідні ССН і математичні моделі безвідмовності та сформульовано рекомендації щодо їх використання залежно від вхідних параметрів. Висновки. Наукова новизна отриманих моделей полягає в наступному: вони надають аналітичну оцінку для РСС з різними варіантами каскадів «2-з-3» і «1-з-2 з урахуванням засобів оброблення інформації та комунікацій ККЗ.The subject matter of the paper is the redundant structures of complex systems (RCS), in particular, safety control systems for nuclear power plants, power grids, aerospace systems, and other critical application complexes (CAP). The goal is to develop and study models of reliability ( availability) of such RCS taking into account the means of information processing and communications of the CAP. The tasks to be solved are: 1) to form a set of RCS based on majority voting according to the "2oo3" principle and redundancy according to the "1oo2" principle of information and communication processing facilities with serial-parallel and bridge connections of elements; 2) to develop reliability block diagrams (RBD), mathematical (analytical) models of reliability of RCS with cascade redundancy "2oo3" and "1oo2"; 3) to study these models and determine the dependences of the probabilities of failure-free operation of various RCSs on time, the failure rates of information processing and communication facilities, voting elements, 1oo2 elements; 4) formulate recommendations for the selection of RCS types depending on the values of inputparameters and requirements for systems. For this, the methods of set theory, probability theory, combinatorial analysis were used. The following results were obtained. A set of RCSs with various options for redundancy and connection of layers "2oo3" have been proposed. The corresponding RBDs and mathematical models of reliability have been developed and researched, and recommendations have been formulated for their use depending on the input parameters. Conclusions. The scientific novelty of the obtained models is as follows: they provide an analytical assessment for the RCS with various variants of the 2oo3 and 1oo2 cascades, taking into account the information processing and communication facilities of the CAP.