Основы теории надежности
Определение 1
Теория надежности — это научная дисциплина, которая занимается изучением закономерностей распределения отказов технических устройств и конструкций, установлением причин и разработкой моделей их возникновения.
Сущность теории надежности
Одной из наиболее приоритетных задач в производственном процессе является задача обеспечения гарантированной надежности функционирования изготавливаемой продукции и эксплуатируемого оборудования. Соответствующие знания по этому поводу предоставляет хозяйствующим субъектам такая научная дисциплина как теория надежности.
Теория надежности специализируется на изучении закономерностей распределения отказов технических устройств и конструкций. В рамках теории надежности устанавливают причины возникновения подобных отказов, а также разрабатывают модели их возникновения, которые позволят провести более детальное изучение произошедшего.
Теория надежности является местом сосредоточения для разработки методов обеспечения стабильности работы определенных объектов (таких как конструкции, изделия, устройства, системы и т. п.) в рамках технологического процесса, который включает в себя процессы проектирования, производства, приемки, транспортировки, эксплуатации и хранения. Помимо этого, в теории устанавливают и изучают количественные показатели надежности, а также связь, которая имеет место между показателями эффективности и надежности.
Предмет, задачи и направления теории надежности
Предметом теории надежности является изучение закономерностей изменения показателей качества объектов во времени и разработка методов, позволяющих с минимальной затратой времени и ресурсов обеспечить необходимую продолжительность и эффективность их работы.
Можно выделить следующие основные задачи теории надежности:
- анализ значений показателей надежности объектов, а также динамики их изменения во времени;
- синтез систем по заданным критериям надежности;
- обеспечение и повышение надежности объектов.
Развитие теории надежности осуществлялось в основном по двум направлениям. Первое направление – математическое. Оно появилось в радиоэлектронике в связи с разработкой математических методов оценки надежности, созданием и началом применения методов статистической обработки информации о надежности, а также обоснованием структур систем, которые обеспечивают высокий уровень надежности. Математическое направление теоретически базировалось на положениях теорий вероятности, случайных процессов, массового обслуживания, а также = таких разделов математики как математическая статистика и математическое моделирование.
Второе направление появилось в машиностроении. Оно получило название физического и было связано с изучением природы отказов. Кроме того, предпринимались попытки создания методов расчета на прочность, износостойкость, теплостойкость и др. Физическое направление теоретически базировалось на естественных науках, которые занимаются изучением различных аспектов разрушения, старения и изменения свойств материалов, в частности, на теории упругости, пластичности и ползучести, теории усталостной прочности, физико-химической механике материалов, механике разрушения, трибологии и др.
Сейчас идет процесс активного взаимопроникновения этих двух направлений. Рациональные идеи переносятся из одной области в другую и обратно. На этой основе формируется единая наука о надежности.
Надежность и ее составные части
Надежность представляет собой свойство объекта по сохранению в течении определенного периода времени в установленных пределах значений всех параметров, которые используются для характеристики способности выполнения конкретных функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность обладает комплексным характером. Это означает, что в различных условиях и у разных объектов она может включать в себя следующие свойства (по отдельности или совместно):
- безотказность – это непрерывное сохранение работоспособного состояния в течение некоторого времени или наработки (т .е. продолжительности или объема работы объекта);
- долговечность – это сохранение работоспособного состояния до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта;
- ремонтопригодность – это приспособленность объекта к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, а также поддержанию и восстановлению работоспособного состояния за счет технического обслуживания и ремонта;
- сохраняемость – это сохранение в заданных пределах значения параметров, которые характеризуют способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Источники и причины отказов объектов
Во время эксплуатации объект подвергается внешним и внутренним воздействиям, которые с течением времени приводят к потере работоспособности объекта. Выделяют три источника воздействий:
- действие энергии окружающей среды (включая человека, выполняющего функции оператора и ремонтника);
- внутренние источники энергии, связанные с рабочими процессами, протекающими в объекте;
- накопленная потенциальная энергия материалов, из которых изготовлен объект (внутренние напряжения в отливках, монтажные напряжения и т. п.).
Процессы, снижающие работоспособность объекта, по признаку скорости протекания можно разделить на три группы. Во-первых, быстропротекающие процессы (например, вибрация деталей и узлов, изменение сил трения). Во-вторых, процессы средней скорости (они имеют периодичность, которая сравнима с длительностью рабочего цикла объекта). В-третьих, медленные процессы (например, загрязнение, процессы коррозии и др.).