Надежность как прикладная научная дисциплина

О том, что теория надежности представляет собой чрезвычайно актуальную прикладную науку, свидетельствует развитая система международных и национальных стандартов по надежности. Приведем определения надежности, данные в действующих в РФ стандартах:

ГОСТ Р 53480-2009 (МЭК 60050 (191): 1990-12 Надежность и качество услуг)

17надежность: свойство готовности и влияющие на него свойства безотказности и ремонтопригодности, и поддержка технического обслуживания.

ПРИМЕЧАНИЕ: Данный термин используют только для общего неколичественного описания надежности.

18готовность: способность изделия выполнить требуемую функцию при данных условиях в предположении, что необходимые внешние ресурсы обеспечены.

ПРИМЕЧАНИЯ:1. Эта способность зависит от сочетания свойств безотказности, ремонтопригодности и поддержки технического обслуживания.

2. «Данные условия» могут включать климатические, технические или экономические обстоятельства.

3. Необходимые внешние ресурсы, кроме ресурсов технического обслуживания, не влияют на свойство готовности.

19безотказность: способность изделия выполнить требуемую функцию в заданном интервале времени при данных условиях.

ПРИМЕЧАНИЯ: 1. «Данные условия» могут включать климатические, технические или экономические обстоятельства.

2. Обычно предполагают, что в начале интервала времени изделие в состоянии выполнить требуемую функцию.

20ремонтопригодность: способность изделия при данных условиях использования и технического обслуживания к поддержанию или восстановлению состояния, в котором оно может выполнить требуемую функцию.

ПРИМЕЧАНИЕ: «Данные условия» могут включать климатические, технические или экономические обстоятельства.

ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения

1.1надежность (reliability, dependability) - 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.

ПРИМЕЧАНИЕ: Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств.

Из приведенных выдержек видно, что разница между определением надежности в ГОСТе и в стандарте МЭК значительная лишь на первый взгляд. При учете примечаний к термину она таковой не кажется. Тем не менее, определение надежности в двух этих стандартах разница есть. Она заключается в разных взглядах на надежность участников процесса: советский стандарт отражает точку зрения разработчика, а международный – потребителя. Этим же объясняется отсутствие в определении надежности по МЭК 60050 такого показателя надежности, как долговечность.

Цель исследований надежности заключается в повышении качества, эффективности и безопасности объекта.

Объект в теории надежности – это техническое средство определенного целевого назначения (изделие, система) или его составная часть, рассматриваемое с точки зрения надежности на различных этапах жизненного цикла. При необходимости в понятие объект могут включаться: информация, программные средства, а также человеческий фактор.

Технические средства (в особенности, средства производства – технологическое оборудование и средства технологического оснащения), рассматриваемые при их создании как изделия, используются, как правило, в составе систем (в частности, технологических).

Под обобщающим термином техника понимается совокупность средств человеческой деятельности, созданных для осуществления процессов производства и удовлетворения непроизводственных потребностей человека и общества. К технике относят всё многообразие создаваемых комплексов и изделий, машин и механизмов, производственных зданий и сооружений, приборов и агрегатов, инструментов и коммуникаций, устройств и приспособлений, деталей механических, электротехнических, радиотехнических и электронных устройств.

Изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащий изготовлению на предприятии. Использование термина изделие подчеркивает, что образец или техническое средство рассматривается как предмет или продукт производства. Различают изделия неспецифицированные (не имеющие составных частей) – детали и специфицированные (состоящие из двух и более составных частей) – сборочные единицы, комплексы и комплекты.

Изделие, как готовая техническая продукция, поставляется и применяется, как правило, в составе комплексов или комплектов. Под комплексом или комплектом понимают совокупность изделий, не соединённых на предприятии-изготовителе сборочными операциями. Составные же части сборочной единицы подлежат сборке на предприятии-изготовителе. Термин комплекс подчёркивает обязательность функционального взаимодействия входящих в него изделий в процессе его применения (вычислительный комплекс, добывающий комплекс, обрабатывающий комплекс и др.). В комплект входят изделия, имеющие, как правило, общее функциональное назначение вспомогательного характера (комплект ЗИП, комплект инструмента, комплект оборудования и др.).

Система – упорядоченная совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, образующих единое функциональное целое, предназначенное для решения определенных задач (достижения определенных целей). Это определение подчеркивает первичность цели при объединении каких-то системообразующих факторов (материальных, человеческих, информационных и пр.) в систему. Если цель не сформулирована, предметного разговора о системе не может быть. Для технологических систем, в частности, целью является производство определенной продукции с определенными показателями качества и определенным тактом выпуска при регламентированных затратах материальных, энергетических, трудовых и прочих ресурсов.

Элемент системы – часть системы, предназначенная для выполнения определенных функций и неделимая на составные части при данном уровне рассмотрения.

Техническое устройство как материализованный объект существует на стадиях разработки и постановки на производство, изготовления и поставки, применения, вплоть до утилизации. Существование технического устройства в нематериальном (идеальном) состоянии описывают стадии формирования потребностей и требований к нему, а также стадии разработки, включающие создание конструкторской и технологической документации.

Предмет надежности как научной дисциплины – изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка способов количественного измерения надежности, методов расчета и испытаний, разработка путей и средств повышения надежности. Объектом исследования надежности как науки является то или иное техническое средство: отдельная деталь, узел машины, агрегат, машина в целом, изделие и др.

Помимо общей теории надежности развиваются и прикладные ее разделы. Общая теория содержит разделы:

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 аспекты теории надежности разрабатываются в конкретной области техники применительно к объектам этой области. Например, существует теория надежности систем управления, теория надежности электронных устройств, теория надежности машин и др.

Надежность связана с эффективностью (например, с экономической эффективностью) техники. Недостаточная надежность технического средства имеет следствием: снижение производительности из-за простоев вследствие поломок; снижение качества результатов использования технического средства из-за ухудшения его технических характеристик вследствие неисправностей; затраты на ремонты технического средства; потерю регулярности получения результата (например, снижение регулярности перевозок для транспортных средств); снижение уровня безопасности использования технического средства.

Оценка надежности устройств, основанная на данных о физических свойствах материалов, о характеристиках элементов и воздействующих факторов предполагает использование вероятностных, статистических методов, поскольку эти характеристики представляют собой обычно случайные функции времени или случайные величины. Статистические методы широко применяют при исследовании физико-химических процессов в материалах и устройствах. Значительное число физических явлений и процессов на молекулярном, атомном, электронном уровнях может быть точно описано только с помощью теории вероятности и математической статистики, например методами статистической физики, статистической термодинамики и др. Детерминистические зависимости, характеризующие законы протекания физико-химических процессов, описывают осредненные явления и включают осредненные величины. При составлении эмпирических зависимостей используют средние значения из ряда наблюдений.

С инженерной точки зрения, при рассмотрении физических явлений и процессов, обусловливающих возникновение отказов элементов и устройств, следует определить оптимальную степень детализации физического анализа, учитывая, что в конечном счете нас интересуют макроскопические характеристики состояния материалов, элементов, технических устройств. По-видимому, целесообразная степень детализации должна определяться не столько возможностью непосредственного использования физических закономерностей для инженерных расчетов надежности, сколько необходимостью глубокого физического анализа процессов для эффективного решения многих задач исследования и обеспечения надежности конкретных устройств в конкретных условиях применение и внешних воздействий.