冗余性设计及其应用范围

容错技术的关键是冗余技术，即采用备用的硬件或软件参与系统的运行或处于准备状态，一旦系统出现故障，能自动切换，保持系统不间断地正常工作。冗余控制的概念，严格来讲是采用一定或成倍量的设备或元器件组成控制系统来参加控制。当某一设备或元器件发生故障而损坏时，可以通过硬件、软件或人为方式，相互切换作为后备设备或元器件，替代因故障而损坏的设备或元器件，保持系统正常工作，使控制设备因意外而导致的停机损失降到最低。提到冗余，这里还有一个概念——同步（synchronization）。它是指冗余系统的两个或多个处理器之间要经常比较各自的状态，根据一定的规则以决定系统是否工作在正常的状态。这种状态比较和系统可靠性的判定称为同步。

冗余控制的方式在工控领域根据不同的产品和客户不同的需求有多种多样，采用的方式也不尽相同。为了提高设备的可靠性，降低故障率，在设计时，对关键的部件或分系统，可采取额外附加部件或采取其他手段。其优点在于设备的一部分发生故障时，整个系统仍能正常工作，改变传统的故障必须维修的弊端。

冗余性设计有以下三种形式：

1.工作储备设计

对某一关键部件，采用两个以上与其相同的单元，共同完成某一功能的设计，并联、并串联、串并联等就是其常见的形式。

2.表决储备设计(www.xing528.com)

n个相同的单元中，只要有k个以上的单元不发生故障，系统就能正常工作，又称“n中取k”储备设计。

3.非工作储备设计

当设备的一个单元（或分系统）发生故障时，另一个未工作的单元（或分系统）通过故障监测装置及转换装置进入工作状态的设计。这样设计的优点是系统的可靠性高，缺点是增加了转换装置，若采用手动转换，可能会造成短暂的停机损失；若采用自动转换，则会增加设备的制造成本，因此，采用这种设计时，要在设备的高性能与其生产成本之间求得平衡。

在生产过程开始之后再对设计进行修改必将会带来成本的增加，因此设计者如果在设计的初始阶段就考虑到产品的可维修性，那么此时更改设计所带来的损失相对较小。可维修性设计所带来的收益包括降低操作成本和生命周期费用。实行可维修性设计的着眼点在于用户产品使用中的维修经济性，目的是获取潜在的、长期的经济和社会效益。