Введение. 
Надежность технических систем

В связи с развитием технического прогресса все более актуальными становятся вопросы повышения надежности разнообразных технических устройств и систем — механизмов, машин, станков, аппаратов, приборов, систем автоматики, электронного оборудования и т. д. Надежность является важнейшим технико-экономическим показателем качества любого технического устройства или системы. В связи с этим при широком применении машин и исполнительных механизмов в системах автоматического управления производственными процессами технический уровень производства в большей степени определяется надежностью этих машин и систем. Отказы машин и систем в процессе эксплуатации наносят значительный материальный ущерб народному хозяйству.

Современные машины используются в разнообразных климатических условиях. К этим условиям относятся: изменение температуры и давления окружающего воздуха, высокая влажность, различные агрессивные среды, удары и вибрации, высокие механические перегрузки и т. д. Все эти факторы оказывают неблагоприятное влияние на надежность машин и систем. К машинам, работающим в указанных условиях, можно отнести, например, системы летательных аппаратов, используемых в условиях широкого диапазона изменения температуры и давления окружающего воздуха.

Под надежностью машины или системы понимается ее способность безотказно работать с неизменными техническими характеристиками в течение заданного промежутка времени и при определенных условиях применения. Следовательно, надежность машинной системы характеризуется вероятностью безотказной работы в течение заданного промежутка времени.

Под отказом в теории надежности понимается событие, после возникновения которого изделие утрачивает свою способность выполнять заданные функции. В общем случае под отказом следует понимать не только непредвиденную остановку системы из-за случайной ее неисправности, но также и вынужденное прекращение ее работы для выполнения необходимого ремонта и наладки. Поэтому к отказу в работе нужно относить и все выходы из рабочего состояния.

б Первоначально вопросы надежности исследовались в области механического оборудования. Для обеспечения надежности работы этого оборудования при его проектировании и изготовлении закладывался определенный запас прочности в отдельные детали и этим создавалась необходимая гарантия надежности работы и долговечности службы.

С развитием электрификации возникли проблемы обеспечения надежной передачи электроэнергии. Такие меры, как использование параллельной работы электрических машин и трансформаторов, наличие на электростанциях резерва, объединение высоковольтных линий электропередач в единую систему и другие мероприятия направлены на то, чтобы снабжение электроэнергией потребителей было более надежным.

Новое направление проблема надежности получила с появлением и развитием радиоэлектроники, авиации, ракетной и космической техники. Вначале проблема надежности в этих отраслях решалась путем использования высоких запасов прочности и широкого применения резервирования, что приводило к значительному увеличению массы оборудования. Однако такой путь повышения надежности для новых типов авиационного оборудования и радиоэлектронной аппаратуры оказался неприемлемым. Современная техника требует существенного уменьшения массы и габаритных размеров оборудования при высокой его надежности.

Надежность сложного оборудования зависит от надежности работы его элементов. Например, надежность электрической машины, как сложного устройства, зависит от надежности работы ее основных частей — магнитной системы, обмоток статора и ротора, подшипников, коллектора или контактных колец и щеточного устройства. Теория надежности различает три характерных типа отказов, которые внутренне присущи машине или любому изделию и проявляются независимо от обслуживающего персонала:

• 1) отказы, которые происходят в течение раннего периода эксплуатации. Они называются приработочными отказами и в большинстве случаев происходят вследствие недостатков технологии производства и недостаточного качества контроля деталей при их изготовлении и сборке;
• 2) отказы, вызываемые износом отдельных частей машины и систем. Они возникают в машинах и системах, которые длительно работают без ремонта или же неправильно обслуживаются. Отказы за счет износа деталей являются признаком старения системы. Во многих случаях отказы в работе системы за счет износа ее деталей могут быть ограничены путем своевременной замены их новыми во время ремонта;
• 3) внезапные отказы в период нормальной эксплуатации системы, которые возникают случайно и не могут быть устранены ни наладкой, ни наилучшим ее обслуживанием. Под внезапным отказом понимается отказ, возникший в результате скачкообразного изменения характеристик или параметров машины или системы под влиянием внезапных перегрузок или других факторов.

Теория надежности машин и систем развивается относительно недавно и поэтому не может еще претендовать на законченность. Некоторые вопросы этой теории еще недостаточно разработаны и нуждаются в уточнении. Имеющиеся опубликованные неполные статистические данные об уровне надежности различных типов эксплуатируемых машин и систем в настоящее время в связи с интенсивным развитием новых методов проектирования и производства уже недостаточно полно отражают фактическое состояние проблемы надежности, в особенности на фоне совершенствования конструкций, появления новых материалов для них и т. д. Теория надежности машин и систем охватывает широкий круг вопросов, отражающих общую теорию надежности, вопросы проектирования, технологии производства и эксплуатации этих систем. В связи с этим ознакомление с этой проблемой требует знаний в области конкретных изделий и математической подготовки.

В результате изучения курса студент должен:

знать

• • основные понятия, термины и определения, используемые в теории надежности;
• • показатели надежности ремонтируемых и неремонтируемых объектов;
• • методы расчета надежности систем различных типов и структур;
• • принципы конструирования обеспечивающие получение надежных систем;

уметь

• • использовать основные математические модели надежности для формализации задач обеспечения и управления надежности изделий и технических систем;
• • использовать справочный материал для определения типа математической модели надежности изделий и методов ее исследования;
• • формировать показатели надежности на стадиях проектирования;
• • выбирать методы расчета или экспериментального определения надежности технических систем применительно к сфере своей профессиональной деятельности;
• • планировать испытания на надежность;

владеть

• • математическим аппаратом теории надежности в научных исследованиях и при решении практических задач управления надежностью изделий и технических систем;
• • терминологическим аппаратом в области надежности технических систем;
• • навыками обеспечения надежности электрических машин, электронных блоков, узлов механических систем и технологического оборудования;
• • методами проведения испытаний на надежность.