Предпосылки возникновения теории надежности

ВВЕДЕНИЕ

Теория надежности АСОИУ – это научная дисциплина, в которой разрабатываются и изучаются методы обеспечения эффективности создания и работы этих систем. В ней вводятся основные понятия и показатели надежности систем, обосновываются требования к надежности с учетом экономических и других факторов, разрабатываются рекомендации по обеспечению заданных требований к надежности на стадиях проектирования и эксплуатации этих систем.

Понятие «надежность» давно используется в инженерной практике. Технические средства всегда изготавливались в расчете на заданный период использования. Однако долгое время надежность не измерялась количественно, что значительно затрудняло ее объективную оценку. Для оценки надежности используют качественные показатели. Установление количественных показателей надежности, способов их измерения и расчета положило начало научным методам исследования надежности.

На первых этапах развития теории надежности основное внимание уделялось сбору и обработке статистических данных об отказах систем. В оценке преобладала констатация степени надежности на основании этих данных. Развитие теории надежности сопровождалось совершенствованием вероятностных методов исследования, таких как определение законов распределения показателей надежности, разработка методов расчета и испытаний систем с учетом случайного характера отказов технических средств.

Вместе с тем возникали новые направления исследований: поиск принципиально иных способов повышения надежности, прогнозирование отказов и прогнозирование надежности, анализ физико-химических процессов, оказывающих влияние на надежность, установление количественных связей между характеристиками этих процессов и показателями надежности, совершенствование методов расчета надежности систем, обладающих все более сложной структурой с учетом действующих факторов, таких как достоверность исходных данных, контроль и техническое обслуживание, наличие человека-оператора.

Среди испытаний на надежность ТС со временем стали преобладать ускоренные и неразрушающие испытания. Наряду с ними широкое распространение получили математическое моделирование и сочетание натурных испытаний с моделированием. К 50-м годам XX века сформировались основы общей теории надежности и ее отдельных направлений.

Обеспечение надежности систем в современных условиях развития науки и техники является важнейшей проблемой, успешное решение которой во многом определяет прогресс общества.

Ученые считают, что случаи отказов (поломок, разрушений, износа) орудий труда, оружия, средств передвижения были известны еще значительно раньше, много веков назад, однако именно развитие промышленного производства на пороге первой технической революции, изменившей, по словам Н.Н. Моисеева, энергетическую основу существования человечества, положило начало коллективному опыту массового изготовления и применения техники и привлекло внимание общества к практическим вопросам обеспечения надежности.

Технический прогресс первой половины XX в. последовательно ставил все более сложные задачи обеспечения прочности строительных конструкций, машин и надежной передачи электроэнергии.

Обеспечение надежности естественным путем, который использовался уже в то время, явился запас прочности. Расчет конструкций по допускаемым напряжениям и коэффициентам запаса представил собой полуэмпирический способ оценки механической надежности.

Введение запасов, с одной стороны, приводило к увеличению габаритов и массы оборудования, дополнительному расходованию материалов, с другой стороны, стимулировало изучение реальных нагрузок эксплуатации и несущих способностей материалов и конструкций, а также процессов изменения несущей способности вследствие усталости и старения материалов. Все это стимулировало более широкое использование методов возникшей еще в XVII в. теории вероятности, а также создание математической статистики.

Определяющее значение в этом процессе имел вклад русской математической школы (например, работы Андрея Андреевича Маркова, Пафнутия Львовича Чебышева, Александра Михайловича Ляпунова, Сергея Натановича Бернштейна, Андрея Николаевича Колмогорова, Александра Яковлевича Хинчина. В.И. Гливенко, А.Н. Колмогоров и А.Я. Хинчин заложили основы теории вероятности и аналитические основы марковских процессов.

В конце 20-х – начале 30-х годов М. Майер, Н.Ф. Хоциалов и Н.С. Стрелецкий поставили вопрос о статистической природе коэффициентов запаса прочности. В их работах были сформулированы некоторые понятия, ставшие впоследствии одними из основных в теории надежности, например, понятие отказа как выхода конструкции из строя, понятие меры надежности и понятие резервирования (в связи с оценкой надежности статистически неопределимых систем).

Реально оценив значение проблемы повышения надежности машин для развития народного хозяйства СССР, академик С.А. Чаплыгин, являясь председателем технической группы Академии наук СССР, предоставил В.Н. Трейеру возможность выступить с докладом на тему «Проблема долговечности машин» на сессии Академии наук СССР еще в 1934 г. Первыми машиностроительными деталями, для успешного использования которых применили некоторые принципы теории долговечности и надежности, были подшипники качения.

В конце 30-х годов В. Вейбул, Э. Гумбель и др., работая над проблемой усталости материалов, заложили основы теории экстремальных значений. В 1939 г. Вейбул предложил распределение, удобное для описания длительности жизни материалов, названное его именем. Позже были предложены математические модели, соответствующие гипотезам о нормальном и гамма-распределениях.

С развитием электрификации возникла проблема обеспечения надежной передачи электроэнергии. Параллельное использование генераторов, трансформаторов, объединение отдельных электростанций в энергосистемы, а отдельных энергосистем с помощью высоковольтных линий в общенациональную сеть – все это делалось для того, чтобы снабжение электроэнергией было более надежным и дешевым.

В течение длительного времени, с 1942 по 1952 годы, доминировало мнение о том, что исследования долговечности и надежности машин не могут вылиться в форму стройной теории и служить основой прогнозов надежной работоспособности машин вследствие множества факторов, оказывающих влияние наих долговечность. Кроме того, считалось вполне достаточным стремление к повышению долговечности и надежности деталей машин вообще, без количественной оценки достигнутого повышения. Однакостало очевидным, что стремиться к беспредельному повышению сроков службы отдельных деталей, при котором эти сроки могут значительно превосходить срок службы машины в целом, нерационально.

Новые трудности возникли с появлением и развитием автоматики и электроники. С развитием авиации и, особенно с появлением реактивной авиации возникла проблема надежности бортовой аппаратуры.

В начале 50-х годов задачи обеспечения надежности стали особенно актуальными. В 1951 г. проблемы надежности были официально рассмотрены конгрессом США.

Дата добавления: 2014-01-07