Надежности

1.1 История развития научно-технического направления «надёжность»

Теория надёжности возникла в начале ХХ века как результат научно-технического прогресса. Объектами исследования являются закономерности возникновения отказов объектов, технологические приёмы восстановления их работоспособности. Рассматриваются происходящие в объектах процессы, разрабатываются методы расчёта надёжности технических объектов, методы прогнозирования отказов. Выбираются способы увеличения надёжности при проектировании и эксплуатации объектов, а также способы сохранения надёжности при эксплуатации. Определяются методы сбора, учёта и анализа статистических данных, характеризующих надёжность.

Математической основой теории надёжности являются теория вероятностей и математическая статистика, математическая логика, теория случайных процессов, теория массового обслуживания, теория информации, теория планирования эксперимента и другие математические дисциплины.

В истории развития теории надежности выделяют три периода. В первом из них (периоде становления науки с первой четверти до начала 60-х годов ХХ в.) надежность оценивалась по числу зафиксированных отказов. По статистике отказов входящих в систему элементов определялись интенсивности отказов, затем выполнялись расчёты надёжности. Такой подход развивался в связи с решением проблемы надежности в радиоэлектронике и автоматике. В числе авторов работ, связанных с теорией надежности, известны Н. Ф. Хоциалов (механические системы), A.M. Берг, Н.Г. Бруевич (радиоэлектроника и автоматика), Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляев (математические вопросы теории надежности) и др. Известные зарубежные авторы – Г. Майер, Дж. Нейман, К. Шеннон, А. Пирс.

Во втором периоде (60-е годы) стали учитывать влияние функциональных связей между элементами системы, влияние на отказы эксплуатационных факторов – температуры, среды, вибраций, электрической нагрузки и пр. В результате накоплен богатый статистический материал, обобщённый теоретически.

В третьем периоде, начавшемся во второй половине 70-х годов, усилия учёных направлены на решение задач прогнозирования надёжности объектов и оценки надёжности сложных систем. Характерной особенностью периода стала глубина проникновения в физико-химические и статистические закономерности появления отказов в простых и сложных системах.

В современной теории надёжности выделяют направления: совершенствование конструктивных и технологических методов надёжности; обеспечение эксплуатационной надёжности.

Нормативной основой для развития указанных направлений являются международные и государственные стандарты, стандартные методики и программы обеспечения надёжности.

О перспективах развития теории надёжности. Открытие в 1985 г. Робертом Керлом, Гарольдом Крото и Ричардом Смоллифуллеренов явилось началом эпохи нанотехнологий. Новое аллотропное состояние углерода с его каркасной структурой, состоящей из пяти- и шестиугольных ячеек, с числом атомов от 36 до 540 расширило границы знания. В 1991 г С. Иидзима сообщил миру о существовании нанотрубок, в которых ячейки из образованных атомами углерода шестиугольников соединены в трубки диаметром до одного нанометра и длиной до нескольких десятков микрометров. С развитием области знаний о наномире неизбежно приведет к изменению понятия «надёжность». Это предположение основано на результатах оценки перспектив создания революционных технологий – программируемых матриц механосинтеза, которые делают возможным массовое производство с атомарной точностью любой материальной структуры [59-85].

1.2 основные понятия и определения теории надёжности

Основные понятия теории надёжности установлены стандартом [48].

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

Надёжность является сложной характеристикой, сочетающей свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Одно из самых важных свойств надёжности элементов и систем – безотказность:

· означает свойство объекта находиться в работоспособном состоянии в течение некоторого времени;

· относится к режиму эксплуатации объекта;

· исключает учёт перерывов в работе объекта (плановых и неплановых);

· показывает техническое состояние объекта: исправность, неисправность, работоспособность, неработоспособность, дефект, повреждение и отказ; каждое из этих состояний описывается совокупностью значений параметров объекта и качественных признаков; номенклатура этих параметров и признаков, а также пределы их допустимых изменений устанавливаются нормативной документацией на объект.

Согласно [48], безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность – свойство объектов сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность – приспособленность объекта а) к предупреждению и обнаружению причин отказов, повреждений; б) к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Свойством ремонтопригодности обусловлено деление объектов на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Это деление условно и зависит от рассматриваемой ситуации.

Сохраняемость – свойствообъекта сохранять состояние безотказности, ремонтопригодности и долговечности:

а) в течение (после) срока хранения;

б) при транспортировании.

Предметом анализа надёжности являются состояния отказа и работоспособности объекта.

Объект – техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.

Понятием изделие обозначается единица продукции, выпускаемой данным предприятием.

В зависимости от условий выполняемой задачи один и тот же технический объект может называться системой или элементом.

Система – объект, в котором различаются взаимозависимые части, объединенные одной задачей. Система представляет собой совокупность элементов, связанных между собой определенными отношениями и взаимодействующих таким образом, чтобы обеспечить выполнение системой некоторой достаточно сложной функции.

Элемент – ограниченный объект, являющийся частью другого объекта.

Связь понятий «система» и «элемент » относительна, так как любой объект может быть системой в одних условиях и элементом – в других. Например, производящий энергию объект является системой, но в объединении подобных объектов он становится элементом.

Состояние
Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документацией и (или) конструкторской (проектной) документацией.

Неисправность – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособность – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующего способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неработоспособность – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособность и неработоспособность в общем случае могут быть полными или частичными. Полностью работоспособный объект обеспечивает в определённых условиях максимальную эффективность его применения.

Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния недопустимо или нецелесообразно.

Критерии предельного состояния – признаки, устанавливаемые в нормативно-технической и конструкторской документации.

Дефект – по ГОСТ 15467-79 событие, состоящее в нарушении исправного состояния объекта, но сохраняющего его работоспособность.

Повреждение – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

В результате повреждений или отказов происходят переходы объектов из одних состояний в другие. При этом границы между состояниями условны и определяются значениями параметров, а также условиями работы объектов. Объекты, работоспособные в одних условиях, могут оказаться неработоспособными в других, оставаясь исправными.

К числу важнейших относится понятие «наработка ». Его содержание и параметры будут рассмотрены в главе 3.