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冗余设计是系统或设备获得高任务可靠性、高安全性和高生存能力的设计方法之一。冗余设计主要是通过在产品中针对规定任务增加更多的功能通道，以保证在有限数量的通道失效的情况下，产品仍然能够完成规定任务。 1 应用对象 系统或设备是否采用冗余技术，需从任务可靠性、安全性指标要求的高低，基础元器件、零部件的可靠性水平，以及冗余方案的技术可行性，研制周期和费用，使用、维护和保障条件，重量、体积和功耗的限制等方面进行权衡分析后确定。冗余设计应用的对象包括： 1）通过提高质量和基本可靠性等方法不能满足任务可靠性要求的功能通道或产品组成单元。 2）采用新材料、新工艺或用于未知环境条件下，其任务可靠性难于准确估计、验证的功能通道或产品组成单元。 3）影响任务成败的可靠性关键项目和薄弱环节。 4）其故障可能造成人员伤亡、财产损失、设施毁坏、环境破坏等严重后果的安全性关键项目。 5）其它在设计中需要采用冗余设计的功能通道或产品组成单元等。 2 冗余设计分类 1）按冗余使用的资源划分 （1）硬件冗余：通过使用外加的元器件、电路、备份部件等对硬件进行冗余。 （2）数据/信息冗余：通过诸如检错及自动纠错的检校码、奇偶位等方式实现的数据和信息冗余。 （3）指令/执行冗余：通过诸如重复发送、执行某些指令或程序段实现的指令/执行冗余。 （4）软件冗余：通过诸如增加备用程序段、并列采用不同方式开发的程序等对软件进行冗余。 2）按实施冗余的产品级别划分：部件冗余、系统冗余等。 3）按冗余方法划分 （1）静态冗余：只利用冗余资源把故障的后果屏蔽掉，而不对原系统结构进行重新改变。此方法多用于电路或部件。 （2）动态冗余：在发现故障后，对有故障的部件或分系统进行切换或对系统进行重构或恢复。此方法多用于系统。 （c）混合冗余：上述两种冗余方法的组合。 4）按冗余系统的工作方式和各个单元的工作状态划分 （1）主动冗余也称为工作冗余、热储备或热备份，是指：执行规定功能的所有手段同时处于工作状态的冗余。主动冗余包括并行冗余和表决冗余两种方式。 （2）备用冗余包括冷储备、温储备或冷备份、温备份，是指：执行规定功能的一部分手段处于工作状态，而其余部分在需要之前处于不工作状态的冗余。 3 不同冗余类型的特点 各种冗余具有不同的特点。在工程应用中，应根据产品特点和可靠性要求，并在成本、重量、体积、资源消耗等方面进行权衡，最终确定应采用的冗余方式。不同冗余类型的特点及适用性汇总见表所示。 表 冗余类型及其特点
4 工程应用要点 冗余设计增加了系统的复杂性，虽然能提高任务可靠性，但降低了基本可靠性。因此，在进行冗余设计时应从可靠性、重量、空间、费用、维护性及研制周期等方面全面考虑，并遵循以下设计原则： 1）选择合理可行的冗余结构，在满足要求的条件下，系统的冗余结构应尽量简单。 2）冗余必须全面考虑系统多重工作模式需要，适当选择冗余级别，一般在系统中较低层次单元采用冗余的效果比层次高的地方好。 3）确定正确有效的故障判别准则及门限。 4）构建简单可靠的系统重构方法。 5）完善的可检测性设计。 6）考虑共因或共模故障的影响，全面开展无共因故障设计等。欧空局阿丽亚娜5型火箭首飞爆炸事故，就是由于自动导航系统中用于制导和姿态控制的主、备份计算机发生共因故障所致。
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