Надежность

НАДЁЖНОСТЬ (а. reliability; н. Betriebssicherheit, Zuverlassigkeit; ф. fiabilite, securite, surete; и. solidez, seguridad) — свойство технических объектов сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, необходимых для выполнения требуемых функций в заданных режимах и условиях применения. Под техническими объектами понимают устройства, приспособления, механизмы, машины, комплексы оборудования, строительные конструкции и сооружения, технологические операции и процессы, системы связи, информационные системы, автоматизированные системы управления технологическими процессами и т.п.

Надежность характеризует совершенство конструктивно-технологических решений, реализованных в объекте (в значительной степени определяющих эффективность и безопасность труда, комфорт, сохранение окружающей среды), и сочетает в себе такие качества, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Выбор и технико-экономическое обоснование решений по обеспечению или повышению надежности объекта — одна из важнейших проблем современного производства.

Теория надежности занимается разработкой методов расчёта, контроля и оптимизации показателей надежности, ставит и решает задачи нормирования надежности, выбора схем профилактики и ремонта объектов, повышения надежности. Главная цель науки о надежности — обеспечить при заданных или имеющихся производственных возможностях необходимую устойчивость создаваемых и применяемых объектов к воздействию дестабилизирующих факторов, имеющих вероятностный характер проявления (например, газодинамических явлений в лаве, поведении кровли и т.п.).

Методы теории и практики надёжности базируются на применении аппарата теорий вероятностей и случайных процессов, математической статистики, моделирования.

Основные понятия надежности: исправное — неисправное состояние, работоспособное — неработоспособное состояние, повреждение, отказ, предельное состояние. В исправном состоянии объект должен соответствовать всем требованиям, установленным для него нормативно-технической и конструкторской документацией. Несоответствие хотя бы одному из требований переводит объект в категорию неисправных.

Способность объекта выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения определяется не всеми, а лишь некоторой совокупностью параметров. Допуски на эти параметры устанавливаются нормативно-технической и конструкторской документацией. Если значения параметров находятся в пределах установленных допусков, то объект признаётся работоспособным, в случае несоответствия допуску хотя бы одного из этих параметров объект считается неработоспособным. Неисправный объект может оставаться работоспособным, наоборот, неработоспособный объект всегда является и неисправным. В теории надежности изменение состояния объекта связывают с повреждением или отказом. Если объект переходит в неисправное, но работоспособное состояние, то это событие называют повреждением; если объект переходит в неработоспособное состояние — отказом. Для сложных объектов возможно определение нескольких уровней работоспособности и, соответственно, нескольких видов отказов. Объект может перейти в состояние, при котором его дальнейшее применение по назначению в данных условиях недопустимо или нецелесообразно, хотя он ещё работоспособен, либо в случае неисправного или неработоспособного состояния его восстановление невозможно или нецелесообразно. Такое состояние объекта в теории надежности называют предельным. Восстановление исправности или работоспособности объекта производится при ремонтах.

Неремонтируемые объекты могут иметь предельные состояния двух видов: первый вид совпадает с неработоспособным состоянием, второй — обусловливается невозможностью дальнейшего применения работоспособного объекта, например из-за повышенной опасности, вредности или неэкономичности его использования. Для ремонтируемых объектов выделяют три вида предельных состояний: первые два предполагают временное прекращение использования объекта по назначению — отправка объекта в средний или капитальный ремонт соответственно; третий вид — окончательное прекращение применения по назначению. Признаки или совокупности признаков отказа или предельного состояния объекта называются соответственно критериями отказа или предельного состояния.

Безотказность как показатель надежности объекта характеризует его с позиций способности непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение определённого времени или наработки (продолжительности или объёма работ). Безотказность может быть определена вероятностью безотказной работы, средней наработкой до (первого) отказа, средней наработкой на отказ (для восстанавливаемых объектов), интенсивностью отказов для невосстанавливаемых и параметром потока отказов для восстанавливаемых объектов и т.д. Долговечность характеризует способность объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной для этого объекта системе технического обслуживания и ремонтов. Показателями долговечности являются, например, средний или назначенный ресурсы (наработка объекта от начала эксплуатации или от её возобновления после ремонта определённого вида до перехода в предельное состояние), средний или назначенный сроки службы и т.п. Ремонтопригодность характеризует способность объекта к поддержанию и восстановлению его работоспособности путём технического обслуживания и ремонтов. Показателями ремонтопригодности могут служить, например, вероятность восстановления за заданное время, среднее время восстановления и т.п. Сохраняемость — способность объекта сохранять показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности при хранении и транспортировании. Показателем сохраняемости является, например, средний срок сохраняемости. Кроме перечисленных т.н. единичных, применяют комплексные показатели надежности, характеризующие несколько свойств, составляющих надежность объекта. К ним относятся: коэффициент готовности (вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент времени, исключая периоды, когда применение объекта по назначению не предусматривается), коэффициент технического использования, который по сравнению с предыдущим показателем учитывает ещё и безотказную работу в течение заданного времени после указанного момента.

Отказы различных по виду и назначению объектов можно классифицировать по различным признакам, учитывающим значимость отказа, определяющим особенности эксплуатации объектов и т.п. Так, отказы могут быть независимыми и зависимыми, внезапными, постепенными и перемежающимися, конструкционными, производственными и эксплуатационными.

Основные способы и средства повышения надежности при разработке и проектировании: применение новейших высокопрочных, долговечных и технологических материалов, облегчение режимов работы элементов и узлов, защита объекта или его элементов от посторонних воздействий (виброизоляция, термоизоляция и т.п.), использование прогнозирующего контроля и др. Одним из эффективных способов сохранения работоспособности объекта при отказе одного или нескольких его элементов является резервирование (использование дополнительных элементов, средств).

Применительно к конкретным типам горных объектов разрабатываются прикладные теории надежности.