Теория надежности

Под теорией надежности понимают научную дисциплину, которая изучает закономерности сохранения во времени техническими средствами свойства выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Основные вопросы, которые изучает теория надежности:

• отказы технических средств;

• критерии и количественные характеристики надежности;

• методы анализа и повышения надежности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации;

• методы испытания технических средств на надежность;

• методы оценки эффективности повышения надежности.

Структура теории надежности

Различают общую теорию надежности и прикладные теории надежности.

Общая теория надежности имеет три составляющие:

1. Математическая теория надежности. Определяет математические закономерности, которым подчиняются отказы и методы количественного измерения надежности, а также инженерные расчеты показателей надежности.

2. Статистическая теория надежности. Обработка статистической информации о надежности. Статистические характеристики надежности и закономерности отказов.

3. Физическая теория надежности. Исследование физико-химических процессов, физических причин отказов, влияния старения и прочности материалов на надежность.

Прикладные теории надежности разрабатываются в конкретной области техники применительно к объектам этой области (теория надежности систем управления, теория надежности электронных устройств, теория надежности машин и др.)

Основные этапы развития теории надежности

I этап. Начало. (конец XIX в. - середина XX в.)

Временной отрезок: С начала появления первых технических устройств и до появления электроники и автоматики, авиации и ракетно-космической техники.

Особенности: Появилось такое понятие, как «запас прочности». Но, увеличивая запас прочности, увеличивается и масса изделия, что не всегда приемлемо. Специалисты стали искать пути решения этой проблемы.

Основой для решения таких проблем стала теория вероятностей и математическая статистика. На базе указанных теорий уже в 30-е гг. было сформулировано понятие отказа, как превышение нагрузки над прочностью.

Персоналии: Robert Lussier (перемножение вероятностей отказа в системе последовательно соединенных элементов – Закон Луссера), Waloddi Weibull (исследования системы постепенно изнашивающихся элементов, распределение Вейбулла и др.), академик Б.В. Гнеденко и др.

II этап. Этап становления теории надежности (1950 – 1960).

Особенности: Начало развития авиации и применения в ней электроники

В 1950 г. военно-воздушные силы США организовали первую группу для изучения проблем надежности радиоэлектронного оборудования. Группа установила, что основная причина выхода из строя радиоэлектронной аппаратуры заключалась в низкой надежности ее элементов.

Симпозиумы по надежности и контролю качества, начиная с 50-х годов проводились Институтом радиоинженеров (IRE), преобразованном позднее в Институт инженеров электроники и электротехники (IЕЕЕ). Американцы на корейской войне всерьез с проблемой технического обслуживания и обеспечения работоспособности военной техники: она часто отказывала, проблема ремонта вдали от баз была трудно решаема, поставка необходимых деталей для ремонта тоже оказалась не так проста, да и само оборудование не всегда было спроектировано так, чтобы ремонт мог быть легко осуществлен.

III этап. Этап классической теории надежности (1960 – 1970).

Особенности: В 60-70 гг. появляется космическая техника, требующая повышенной надежности. С целью обеспечения надежности этих изделий начинают анализировать конструкцию изделий, технологию производства и условия эксплуатации.

На данном этапе было установлено, что причины поломок машин можно обнаружить и устранить. Начинает развиваться теория диагностики сложных систем. Появляются новые стандарты по надежности машин. Появляются первые учебники и справочники (рис.2).

Рис.2. Классическая литература по надежности

IV этап. Этап системных методов надежности (с 1970 г. по настоящее время).

На этом этапе были разработаны новые требования к надежности, заложившие основу современных систем и программ обеспечения надежности. Были разработаны типовые методики проведения мероприятий, связанных с обеспечением надежности.

Особенностью современного этапа является связь «классической теории» с новыми разделами:

- надежностью сетей управления и связи;

- теорией восстановления;

- надежностью программного обеспечения;

- теорией живучести;

- системной защитой от терроризма и т.д.