Теория надёжности

Тео́рия надёжности — наука, изучающая закономерности распределения отказов технических устройств и конструкций, причины и модели их возникновения.

Теория надёжности изучает методы обеспечения стабильности работы объектов (конструкций, изделий, устройств, систем и т. п.) в процессе проектирования, производства, приёмки, транспортировки, эксплуатации и хранения.

Устанавливает и изучает количественные показатели надёжности. Исследует связь между показателями эффективности и надёжности.

Предмет теории надёжности

Теория надёжности является комплексной научной дисциплиной, предмет которой включает изучение методов и приёмов, которых надлежит придерживаться в ходе проектирования, производства, приёмки, транспортировки, эксплуатации и хранения изделий и устройств для достижения максимальной эффективности и безопасности их использования, а также разработку методов, позволяющих рассчитывать количественные характеристики качества сложных технических систем на основе известных характеристик их составных частей. В частности, теория надёжности призвана устанавливать закономерности возникновения отказов устройств, прогнозировать появление отказов, находить способы повышения надёжности изделий при их проектировании, разрабатывать методы расчёта и проверки надёжности технических систем, изыскивать приёмы поддержания надёжности технических систем при их транспортировке, эксплуатации и хранении.

В рамках теории надёжности сформулировано немало положений, справедливых для любых технических устройств. На этих общих принципах базируются применяемые к различным системам и объектам методы и способы обеспечения надёжности, но реализация данных методов зачастую носит специфичный характер применительно к системам и объектам определённого назначения. В результате на практике выделяют общую теорию надёжности, в которой изучают общие закономерности отказов и восстановлений технических систем и общие методы обеспечения надёжности, и частные разделы этой теории, которые ориентированы на отдельные классы устройств и их элементов и учитывают их специфику.

Значительная часть вопросов, рассматриваемых в теории надёжности, носит по своему существу математический характер и для своего решения требует как применения уже известных математических средств, так и разработки новых. В теории надёжности нашли широкое применение методы теории вероятностей и математической статистики.

В рамках теории надёжности вводят количественные показатели надёжности технических систем, выявляют связи между ними и экономической эффективностью и безопасностью, обосновывают требования к надёжности объектов с учётом влияния на происходящие в них процессы внешних и внутренних воздействий, разрабатывают методы синтеза элементов и технических систем с заданной надёжностью, методы испытания технических систем и их элементов на надёжность.

Основные понятия и определения теории надёжности технических устройств сформулированы в ГОСТ 27.002—89 «Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения».

История возникновения и развития теории надежности

Первым Этапом становления теории надежности можно считать 1950 г. — 1960 г.г. В 1950 г. военно-воздушные силы США организовали группу для изучения проблем надежности радиоэлектронного оборудования. Группа установила, что основная причина выхода из строя радиоэлектронной аппаратуры заключалась в низкой надежности ее элементов. Был собран богатый статистический материал, который и явился основой теории надежности. Для математической обработки данного материала разрабатывались новые вероятностно-статистические математические подходы.

В 50-х годах ХХ-го века в СССР также были созданы первые группы надежности в ВВА им. Н. Е. Жуковского и ЦНИИ 22 МО. В конце 50-х в НИИ МЭП была разработана первая отраслевая методика расчета надежности. Тогда же появилось математическое определение термина «надежность»:

• Надежность (reliability) есть вероятность того, что устройство выполняет свои функции в соответствии с предъявляемыми требованиями в течение заданного интервала времени.

Со временем появилось и другое определение: • Надежность является интегральной функцией распределения вероятности безотказной работы от момента включения до первого отказа.

И наконец короткое определение, давшее начало следующему этапу разработки теории: "Надежность — это вероятность безотказной работы.

Этап классической теории надежности (1960 г. — 1970 г). В эти годы появляется космическая техника, требующая повышенной надежности. С целью обеспечения требуемой надежности исследуется надежность при разработке, производстве и эксплуатации изделий. Разрабатывается теория диагностики сложных систем. Появляются новые стандарты по надежности машин.

Этап системных методов надежности (с 1970 г.). На этом этапе были разработаны новые требования к надежности, заложившие основу современных систем и программ обеспечения надежности. Были разработаны типовые методы обеспечения надежности на всех стадиях жизненного цикла изделий: конструктивные (выбор материала, запас прочности и т. д.), технологические (ужесточение допусков, повышение чистоты поверхности и т. д.), эксплуатационные (стабилизация условий эксплуатации, совершенствование методов диагностики, ТО и ремонта и т. д.). В начале 60-х при Госстандарте создан НТС по проблемам надежности. В середине 60-х на предприятиях оборонного комплекса были созданы службы надежности. В 1969 году стал выходить журнал «Надежность и контроль качества». В середине 70-х в журнале Известия АН СССР «Техническая кибернетика» открыт раздел «Теория надежности». В конце 50-х, в начале 60-х годов в различных городах СССР зарождались научные школы надежности (Москва, Ленинград, Киев, Иркутск, Минск и др.). В 1985 был издан справочник «Надежность технических систем» под редакцией И. А. Ушакова с участием большого числа авторов не только из СССР, но и из США и других стран, обобщивший мировой опыт теоретических разработок и практических исследований надежности.

В 90-х годах XX в. развитие теории надежности в бывшем СССР приостановилось. И вновь началось после 2000 года. К примеру, известным ученым современности в области теории надежности является Корнейчук В. И., под его руководством на кафедре вычислительной техники НТУУ «КПИ» (Украина) были изданы многочисленные публикации, научные пособия и изобретения в области теории надежности.

Математический аппарат

Математический аппарат современной теории надёжности основан на результатах следующих разделов математики:

• теория вероятностей;
• математическая статистика;
• теория случайных процессов;
• теория массового обслуживания;
• математическая логика;
• теория графов;
• теория оптимизации.

Приложения теории надёжности

Развитие теории надёжности привело к появлению таких новых направлений прикладных научных исследований, как:

• физика отказов;
• статистическая теория прочности;
• техническая диагностика;
• инженерная психология;
• исследование операций;
• планирование эксперимента;
• и др.

Литература

• Основы теории и расчета надежности [Текст] / И. М. Маликов, А. М. Половко, Н. А. Романов, П. А. Чукреев. - Ленинград : Судпромгиз, 1959. - 95 с. : ил.; 22 см. - (Научно-производственный опыт).
• Основы теории и расчета надежности [Текст] / И. М. Маликов, А. М. Половко, Н. А. Романов, П. А. Чукреев. — 2-е изд., доп. — Ленинград : Судпромгиз, 1960. — 141 с., 1 л. номогр. : черт.; 23 см.
• Половко А.М. Основы теории надёжности. — М.: Наука, 1964. — 446 с.
• Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К., Соловьёв А. Д. . Математические методы в теории надёжности. — М.: Наука, 1965. — 524 с.
• Острейковский В. А. . Теория надёжности. — М.: Высшая школа, 2003. — 463 с. — ISBN 5-06-004053-4.
• Серафинович Л. П. . Теоретические основы проектирования, производства и надёжности ЭВС. Статистическая обработка опытных данных. — Томск: Факультет дистанционного обучения ТУСУР, 2012. — 111 с.
• Шкляр В. Н. . Надёжность систем управления. — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 126 с.
• Юрков Н. К., Затылкин А. В., Полесский С. Н., Иванов И. А., Лысенко А. В. . Основы теории надёжности электронных средств. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2012. — 100 с. — ISBN 978-5-94170-572-6.
• Болотин В. В. Методы теории вероятностей и теории надёжности в расчётах сооружений. — М.: Стройиздат,, 1971, 1982.
• Болотин В. В. Статистические методы в строительной механике. — М.: Стройиздат, 1961, 1965 (переводы на английский, немецкий, венгерский и польский языки).
• Чебоксаров А. Н. Основы теории надежности и диагностика: курс лекций / А. Н. Чебоксаров. — Омск: СибАДИ, 2012. — 76 с.
• Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. — М: Советское радио, 1969. — Тираж 21 000 экз. — 488 с.

Ссылки

• Каталог образовательных интернет ресурсов
• НАДЁЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
• Теория надёжности электрических систем