Теория надёжности

Теория надёжности – наука, изучающая закономерности распределения отказов технических устройств, причины и модели их возникновения.

Теория надёжности изучает методы обеспечения стабильности работы объектов (изделий, устройств, систем и т. п.) в процессе проектирования, производства, приёмки, эксплуатации и хранения. Устанавливает и изучает количественные показатели надёжности. Исследует связь между показателями эффективности и надёжности.

Базой математического аппарата теории надёжности являются:

• теория вероятностей;

• математическая статистика;

• математическая логика;

• теория случайных процессов;

• теория массового обслуживания;

• теория графов;

• теория оптимизации.

Теория надёжности в технике вызвала к жизни такие новые научные направления, как:

• физика отказов;

• статистическая теория прочности;

• техническая диагностика;

• инженерная психология;

• исследование операций;

• планирование эксперимента и др.

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

Надёжность

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, хранения и транспортирования.

Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле – свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле – комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.

Для количественной оценки надежности используют так называемые единичные показатели надежности (характеризуют только одно свойство надежности) и комплексные показатели надежности (характеризуют несколько свойств надежности).

Надёжность как наука

Надёжность как наука развивается в трёх направлениях:

1. Математическая теория надёжности занимается разработкой методов оценки надёжности и изучением закономерностей отказов.

2. Статистическая теория надёжности занимается сбором, хранением и обработкой статистических данных об отказах.

3. Физическая теория надёжности изучает физико-химические процессы, происходящие в объекте при различных воздействиях.

Теория надежности является основой инженерной практики в области надежности технических изделий. Часто безотказность определяют как вероятность того, что изделие будет выполнять свои функции на определенном периоде времени при заданных условиях.

Теория надежности предполагает следующие четыре основных допущения:

• отказ рассматривается как случайное событие. Причины отказов, соотношения между отказами (за исключением того, что вероятность отказа есть функция времени) задаются функцией распределения. Инженерный подход к надежности рассматривает вероятность безотказной работы как оценку на определенном статистическом доверительном уровне.

• надежность системы тесно связана с понятием «заданная функция системы». В основном рассматривается режим работы без отказов. Однако, если в отдельных частях системы нет отказов, но система в целом не выполняет заданных функций, то это относится к техническим требованиям к системе, а не к показателям надежности.

• надежность системы может рассматриваться на определенном отрезке времени. На практике это означает, что система имеет шанс (вероятность) функционировать это время без отказов. Характеристики (показатели) надежности гарантируют, что компоненты и материалы будут соответствовать требованиям на заданном отрезке времени. Поэтому иногда надежность в широком смысле слова означает свойство «гарантоспособности». В общем случае надежность относится к понятию «наработка», которое в зависимости от назначения системы и условий ее применения, определяет продолжительность или объем работы. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега в километрах и т. п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков, выстрелов оружия и т. п.).

• согласно определению, надежность рассматривается относительно заданных режимов и условий применения. Это ограничение необходимо, иначе невозможно создать систему, которая способна работать в любых условиях. Внешние условия функционирования системы должны быть известны на этапе проектирования.