1.1 Общая характеристика теории надежности

Теория надежности как научная дисциплина изучает закономерности возникновения и устранения отказов объектов. В [2] теория надежности определяется так: «… научная дисциплина, в которой разрабатываются и изучаются методы обеспечения эффективности работы объектов в процессе эксплуатации». Теория надежности изучает:

- критерии и характеристики надежности;

- методы анализа надежности;

- методы синтеза сложных систем по критериям надежности;

- методы повышения надежности;

- методы испытаний объектов на надежность;

- методы эксплуатации объектов с учетом их надежности.

Теория надежности является прикладной технической наукой. Она изучает общие закономерности, которых следует придерживаться при проектировании, изготовлении, испытаниях и эксплуатации объектов для получения максимальной эффективности и безопасности их использования.

В теории надежности исследуются закономерности возникновения отказов объектов, восстановления их работоспособности; рассматривается влияние внешних и внутренних воздействий на процессы, происходящие в объектах; разрабатываются методы расчета систем на надежность, прогнозирования отказов; изыскиваются способы повышения надежности при проектировании и эксплуатации объектов, а также способы сохранения надежности при эксплуатации; определяются методы сбора, учета и анализа статистических данных, характеризующих надежность.

В теории надежности вводятся показатели надежности объектов, устанавливается связь между ними и экономической эффективностью и безопасностью, обосновываются требования к надежности с учетом различных факторов, разрабатываются рекомендации по обеспечению заданных требований на этапах проектирования, изготовления, испытаний, хранения и эксплуатации, решаются эксплуатационные задачи надежности: обоснование сроков и объема профилактических мероприятий и ремонтов, обеспечение запасными элементами, узлами, инструментом и материалами, диагностический контроль и отыскание неисправностей и т.д.

Возникновение, формирование и развитие научных основ теории надежности химических производств обусловлено возрастающими требованиями к безопасности и высокой экономической эффективности производств. Современная теория надежности предприятий отрасли теснейшим образом связана с развитием общей теории надежности, которая развивается в следующих основных направлениях:

– разработка математических основ теории надежности,

– разработка методов статистической обработки информации об отказах,

– разработка физических основ природы разрушений и старения материалов [3].

1.2 История развития теории надежности

В большинстве учебников, учебных пособий и монографий считается, что теория надежности — это сравнительно молодая наука, возникшая из потребностей практики в связи с бурным научно-техническим прогрессом и, в первую очередь, из-за появления сложных систем управления с большим числом элементов электроники и автоматики.

Однако это исторически не совсем точно. В Советском Союзе основы науки о надежности зародились гораздо раньше, чем в других странах, и задолго до того, как проблему надежности начали решать в радиоэлектронике и во всем мире стали признавать важнейшей для технического прогресса.

Первые работы в области надежности относятся к теории надежно­сти механических систем и принадлежат Н.Ф.Хоциалову (СССР) и Г. Майеру (Германия). Эти работы появились в 1929—1931 гг. и были посвящены применению теоретико-вероятностных методов к расчету прочности объектов. В 30—40 гг. Н.С. Стрелецким и А.Р. Ржаницыным разработаны статистические методы строительной механики. Было по­казано, что вследствие вероятностного характера свойств материалов и внешних нагрузок расчеты элементов конструкций на прочность имеют статистический характер [7].

В развитии современной теории надежности можно выделить три периода. Первый период — период становления (конец 40-х — начало 60-х годов) — характеризуется оценкой надежности по числу зафиксированных отказов. Расчет надежности производился по интенсивностям отказов, входящих в систему элементов, полученных по статистике отказов. Такой подход развивался в связи с решением проблемы надежности в радиоэлектронике и автоматике. В этом направлении первые работы по вопросам надежности в нашей стране были выполнены A.M. Бергом, Н.Г. Бруевичем, В.И. Сифоровым, A.M. Половко, Г.В. Дружининым, Н.А. Шишонком и др. С начала 60-х годов интенсивно развивались математические вопросы теории надежности (Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляев, А.Д. Соловьев). За рубежом в развитие методов теории надежности большой вклад внесли Дж. Нейман, К. Шеннон, А. Пирс.

Во втором периоде — периоде бурного развития теории надежности (60-е годы) — при оценке надежности объектов стали учитывать влияние функциональных связей между элементами системы, влияние режимов работы (внутренних факторов) и факторов окружающей среды — температуры, влажности, давления, вибраций, излучений и т.п. (внеш­них факторов). В этот период расчеты и оптимизация надежности объ­ектов получили распространение во всех отраслях техники (Я.К. Барлоу, С. Прошан, В.В. Болотин и др.). Многие вопросы надежности были стандартизованы. Большое внимание было уделено физике отка­зов (Б.С. Сотсков).

Со второй половины 70-х годов наблюдается рост числа исследова­ний, связанных с решением задач прогнозирования надежности объек­тов и оценки надежности сложных систем. Этот третий период разра­ботки теории надежности характерен дальнейшим углубленным изучением физико-химических и статистических закономерностей по­явления отказов как в простых, так и в сложных системах.

К настоящему времени в ряде городов нашей страны (Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Перми, Обнинске, Сургуте и др.) сформировались научные школы, разрабатывающие различные направления в теории и практике надежности. При этом большое внимание уделяется решению проблемы надежности в приборостроении, машиностроении, энергетике и других отраслях техники.

Математическим аппаратом теории надежности являются теория ве­роятности, математическая статистика, теория случайных процессов, теория массового обслуживания, теория информации, математическая логика, теория планирования эксперимента и другие математические дисциплины [4].