Предмет и методология надежности
Надежность, внедряясь в различные сферы человеческой деятельности, использует разработки многих отраслей знаний. Вместе с тем, она является самостоятельным научным направлением со своими принципами и методологией.
Наука о надежности изучает закономерности изменения показателей качества изделий с течением времени, и на основании этого разрабатываются методы, обеспечивающие с наименьшими затратами времени и средств необходимую продолжительность и безотказность работы технических устройств.
Исторически наука и исследования в области надежности развивались по двум основным направлениям.
Первое направление, которое возникло в радиоэлектронике, связано с развитием математических методов оценки надежности, особенно применительно к сложным системам, со статистической обработкой эксплуатационной информации, с разработкой методов, обеспечивающих высокий уровень надежности, в первую очередь, за счет оптимизации структуры сложной системы.
Второе направление, которое возникло в машиностроении, связано с изучением физики процессов старения (изнашивания, усталостного разрушения, коррозии и др.), с разработкой соответствующих методов расчета на долговечность, с применением технологических приемов, обеспечивающих необходимую надежность машины.
Следующий этап развития науки о надежности отражает процесс взаимного слияния этих двух направлений, перенесение рациональных идей из одной области в другую и формирование на этой основе единой науки о надежности изделий.
Как всякая прикладная отрасль знаний наука о надежности использует математические и естественные науки.
Математические методы теории надежности получили в настоящее время достаточно широкое развитие и дают инженеру большие возможности для удовлетворения разнообразных запросов практики.
Для решения задач надежности используются теория вероятностей, математическая статистика, теория случайных процессов, теория информации, методы теории автоматического управления и другие разделы прикладных математических наук.
Второй теоретической основой надежности являются результаты тех естественных наук, которые изучают физико-химические процессы разрушения, старения и изменения свойств материалов, из которых изготовлены машины или которые необходимы для их функционирования (топливо, смазочные материалы).
Сюда относятся науки, изучающие механические виды разрушения материалов (например, сопротивление материалов), изменения, происходящие в поверхностных слоях материалов (трибология), химические процессы разрушения в материалах (коррозия металлов, старение) и др.
Основным содержанием и целью теории надежности машин является разработка различных методов оценки показателей надежности, особенно на ранних стадиях создания машин с учетом специфики их конструкции, назначения и условий эксплуатации.
Теория надежности позволяет решать следующие основные задачи.
На этапе проектирования – расчет сроков службы основных элементов машины, прогнозирование надежности машины по ее выходным параметрам, анализ вариантов и выбор рационально конструкции по показателям надежности, оценка оптимальных режимов работы и области применения машины с учетом заданного периода сохранения работоспособности.
На этапе создания нового образца – создание системы управления качеством и надежностью, обеспечение надежности технологического процесса изготовления деталей и узлов машины, разработка методов испытания образцов машин по параметрам качества и надежности.
На этапе эксплуатации – разработка рациональной системы технического обслуживания и ремонта машины, создание методов и средств для диагностирования состояния машины в процессе эксплуатации, создание информационной базы данных о надежности машины и ее элементов.