1. Общая теория надежности

1.1. Возникновение и сущность проблемы надежности

Формирование научной дисциплины, известной сейчас под названием "Теория надежности", началось во время второй мировой войны и первые послевоенные годы. Тогда обнаружилось, что надежность приборов и военных систем в целом не соответствуют требованиям их боевой готовности.

С увеличением сложности технических систем надежность их продолжала снижаться. Стало ясно, что надежность в систему надо закладывать на самых ранних стадиях ее проектирования.

В настоящее время наблюдается дальнейшее углубление проблемы надежности, что обусловлено особенностями развития современной техники:

1) Существует стремление к подробному планированию производственных процессов. Здесь отказ одного блока нарушает ритм всего процесса.

2) Все чаще применяется автоматизация процессов

3) Автоматизированные системы выполняют все более ответственные задачи.

Современные системы создаются в короткий срок и быстро морально стареют, т.е. очень трудно накопить навыки их проектирования, изготовления и эксплуатации. При этом обычно заметны непосредственные результаты ненадежности, однако большое значение имеют и косвенные последствия недостаточной надежности:

- высокая стоимость эксплуатации;

- потребность в высоком уровне квалификации и затратах труда обслуживающего персонала;

- снабжение запасными частями и т.д.;

Все это, а также сложность современных и будущих технических систем, многообразие режимов их работы – обусловили необходимость общетеоретического подхода к повышению надежности систем, независимо от их устройства и назначения.

Учитывая сказанное, теория надежности может быть определена как наука о методах обеспечения и сохранения надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации технических систем.

Основной задачей теории надежности является разработка количественных методов оценки надежности и определение наиболее рациональных методов ее обеспечения.

В теории надежности можно выделить два направления:

1) Разработка методов обеспечения надежности систем путем повышения надежности элементов на основе совершенствования технологии их изготовления.

2) Разработка методов проектирования надежных систем.

1.1.1. Основные определения теории надежности

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность является одной из важнейших характеристик качества объекта – совокупности свойств, определяющих пригодность использования его по назначению. В отличие от других характеристик качества надежность обладает следующей специфической особенностью. Обычные характеристики качества измеряются для некоторого момента времени ("точечные" характеристики качества). Надежность характеризует зависимость "точечных" характеристик качества либо от времени использования, либо от наработки объекта.

Наработка – продолжительность (или объем) работы изделия, измеряемая временем, циклами, периодами, единицами выработки и т.д. Различают суточную наработку, месячную наработку, наработку до первого отказа, наработку между отказами и т.д.

Надежность – сложное свойство. Оно включает в себя более простые свойства (составные части надежности, стороны надежности):

1) Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

2) Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности его к предупреждению и обнаружению отказов и восстановлению работоспособности объекта либо путем проведения ремонта, либо путем замены отказавших комплектующих элементов.

Возникают две самостоятельные характеристики ремонтопригодности: приспособленность к проведению ремонта (ремонтопригодность в узком смысле) и приспособленность к замене в процессе эксплуатации (восстанавливаемость или заменяемость).

3) Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. до наступления такого состояния, когда объект должен быть либо направлен в ремонт (средний или капитальный), либо изъят из эксплуатации.

4) Сохраняемость – свойство объекта сохранять работоспособность в течение (и после) его хранения и (или) транспортирования. Это свойство тоже расчленяется на более простые: сохраняемость в процессе (и после) хранения в полевых условиях; сохраняемость в процессе (и после) транспортирования по железной дороге и т.п.

5) Неисправность – состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.

6) Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделия до момента возникновения предельного состояния, оговоренного в технической документации.

7) Наработка – продолжительность работы изделия.

Работоспособность – такое состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, удовлетворяя требованиям нормативно-технической документации. Работоспособность – характеристика состояния объекта в некоторый момент времени. Надежность – свойство сохранять работоспособность на некотором отрезке времени или при выполнении некоторого объема работы.

В практике находят также применение дополнительные частные свойства надежности.

Например:

1) Живучесть – свойство объекта сохранять работоспособность (полностью или частично) в условиях неблагоприятных воздействий, не предусмотренных нормальными условиями эксплуатации.

При задании требований к надежности объекта обычно указываются нормальные условия его эксплуатации. Но к ряду объектов ответственного назначения могут быть предъявлены требования выполнять некоторые функции в условиях, существенно отличающихся от нормальных (даже катастрофически разрушающих).

2) Достоверность информации, выдаваемой объектом. В объекте могут иметь место сбои, искажающие информацию.