ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ

Необходимость расчета надежности технических устройств и систем существовала с момента использования их человеком. Например, в начале 1900-х годов существовала задача оценки среднего времени горения газовых фонарей, а в середине 1930-х, благодаря работам шведского ученого В. Вейбулла (Waloddi Weibull), получила известность задача описания среднего времени наработки электронной лампы до ее выхода из строя (распределение Вейбулла).

Ярким примером поиска методов расчета надежности является история создания ракетных комплексов Фау-1 и Фау-2 Вернером фон Брауном. В лаборатории Брауна работал немецкий математик Эрик Пьеружка (Eric Pieruschka), который доказал, что надежность ракеты равна произведению надежности всех компонент, а не надежности самого ненадежного элемента, как считал Браун. Позднее вместе в Брауном в середине 50-х годов в США работал талантливый немецкий инженер Роберт Луссер (Robert Lusser), который сформулировал основные теоретические положения будущей теории надежности. Его формула для расчета надежности системы с последовательным соединением элементов стала известна как «Закон Луссера» (Lusser's law).

Первые работы в области надежности относятся к теории надежно­сти механических систем и принадлежат Н.Ф.Хоциалову (СССР) и Г. Майеру (Германия). Эти работы появились в 1929–1931 гг. и были посвящены применению теоретико-вероятностных методов к расчету прочности объектов. В 30–40 гг. Н.С. Стрелецким и А.Р. Ржаницыным разработаны статистические методы строительной механики. Было по­казано, что вследствие вероятностного характера свойств материалов и внешних нагрузок расчеты элементов конструкций на прочность имеют статистический характер.

В развитии современной теории надежности можно выделить три периода. Первый период – период становления (конец 40-х — начало 60-х годов) – характеризуется оценкой надежности по числу зафиксированных отказов. Расчет надежности производился по интенсивностям отказов, входящих в систему элементов, полученных по статистике отказов. Такой подход развивался в связи с решением проблемы надежности в радиоэлектронике и автоматике. В этом направлении первые работы по вопросам надежности в нашей стране были выполнены A.M. Бергом, Н.Г. Бруевичем, В.И. Сифоровым, A.M. Половко, Г.В. Дружининым, Н.А. Шишонком и др. С начала 60-х годов интенсивно развивались математические вопросы теории надежности (Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляев, А.Д. Соловьев). За рубежом в развитие методов теории надежности большой вклад внесли Дж. Нейман, К. Шеннон, А. Пирс.

Во втором периоде – периоде бурного развития теории надежности (60-е годы) – при оценке надежности объектов стали учитывать влияние функциональных связей между элементами системы, влияние режимов работы (внутренних факторов) и факторов окружающей среды – температуры, влажности, давления, вибраций, излучений и т. п. (внеш­них факторов). В этот период расчеты и оптимизация надежности объ­ектов получили распространение во всех отраслях техники (Я.К. Барлоу, С. Прошан, В.В. Болотин и др.). Многие вопросы надежности были стандартизованы. Большое внимание было уделено физике отка­зов (Б.С. Сотсков).

Со второй половины 70-х годов наблюдается рост числа исследова­ний, связанных с решением задач прогнозирования надежности объек­тов и оценки надежности сложных систем. Этот третий период разра­ботки теории надежности характерен дальнейшим углубленным изучением физико-химических и статистических закономерностей по­явления отказов как в простых, так и в сложных системах.

К настоящему времени в ряде городов нашей страны (Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Перми, Обнинске, Сургуте и др.) сформировались научные школы, разрабатывающие различные направления в теории и практике надежности. При этом большое внимание уделяется решению проблемы надежности в приборостроении, машиностроении, энергетике и других отраслях техники.

Математическим аппаратом теории надежности являются теория ве­роятности, математическая статистика, теория случайных процессов, теория массового обслуживания, теория информации, математическая логика, теория планирования эксперимента и другие математические дисциплины.

В настоящее время обеспечению надежности машин, аппаратов, технологических объектов, систем АСУТП уделяется очень серьезное внимание. Это объясняется тем, что отказ современных технических систем независимо от их сложности и характера использования может привести к очень серьезным финансовым потерям, экологическому ущербу и даже человеческим жертвам.

В России существует система стандартов, в которых определены основные термины и определения теории надежности, методы обеспечения надежности, методы сбора и обработки исходных данных для определения основных показателей надежности. Эта система постоянно пополняется и совершенствуется.

К первым работам по расчету надежности в России можно отнести статью инженера Б.М. Якуба «Показатели и методы расчета надежности в энергетическом хозяйстве», опубликованную в журнале «Электричество», № 18, 1934 г., и статью профессора В.И. Сифорова «О методах расчета надежности работы систем, содержащих большое число элементов» (Известия Академии наук СССР. Отделение технических наук. № 6, 1954 г.) Независимо от закрытых работ немецких ученых, в указанных статьях надежность систем с последовательным соединением рассчитывалась как произведение надежности элементов.

В 1958 г. состоялась Первая Всесоюзная конференция по надежности. К тому времени уже сформировалась группа специалистов (в основном военных из Академии Жуковского), которые возглавили работы в Москве: Б.В. Васильев, Г.В. Дружинин, В.А. Кузнецов, Б.Р. Левин, И.И. Морозов, М.А. Синица, К.Ф. Цветаев. Уже в 1959 г. в первом отечественном отделе надежности (в одном из Ленинградских НИИ Судпрома) была выпущена первая книга всего на 139 стр. – «Основы теории и расчета надежности (авторы книги – основоположники ленинградской школы надежности: И.М. Маликов, А.М. Половко, Н.А. Романов и П.А. Чукреев).