В связи с развитием современной техники особую важность приобрели вопросы повышения надежности различных рода устройств. Один из примеров надежности космических манипуляторов, на основе конкретных данных будет разобран нами далее.

В математической теории надежности мы ориентируемся на одну из лучших книг: Б.В.Гнеденко, Ю.К.Беляев, А.Д.Соловьев Математические методы в теории надежности. Однако мы развиваем математику и строим на ее основе технологии оценки надежности, используя современные возможности .

Комплексная автоматизация производственных процессов ставит перед управляющими устройствами исключительно ответственные задачи, которые должны выполняться безупречно на протяжении всего периода работы автоматической линии, автоматизированного цеха или предприятия.

Перерыв в работе управляющего устройства может привести не только к ухудшению качества производимой продукции или к полному прекращению производственного процесса, но и к весьма серьезным авариям, выходящим за локальные рамки предприятия. Требования к безотказности механизмов и разного рода устройств приходится, конечно, предъявлять не только к тем из них, которым поручено управление теми или иными процессами.

К любому техническому устройству и изделию мы вынуждены предъявлять эти требования. Какой смысл в самолете, который не может безотказно совершать перелеты? Какой смысл в тракторе, который не в состоянии выполнять поручаемые ему работы, или в автомобиле, который не в состоянии перевозить грузы или пассажиров? Современная медицина широко использует разного рода технические средства как для диагностических и исследовательских целей, так и для выполнения ответственных функций во время и после операции. К их работе приходится предъявлять особо высокие требования, так как перебои в работе, скажем, искусственного сердца во время операции могут привести к летальному исходу. С многочисленными примерами, в которых качество продукции играет основную роль, каждый из нас встречается в повседневной жизни.

Общая научная дисциплина, изучающая общие методы и приемы, которых следует придерживаться при проектировании, изготовлении, приеме, транспортировке и эксплуатации изделий для обеспечения максимальной их эффективности в процессе использования, а также разрабатывающая общие методы расчета качества устройств по известным качествам составляющих их частей, получила название теории надежности. Теория надежности устанавливает закономерности возникновения отказов устройств и методы их прогнозирования; изыскивает способы повышения надежности изделий при конструировании и последующем изготовлении, а также приемы поддержания надежности во время их хранения и эксплуатации; разрабатывает методы проверки надежности при приемке больших партий продукции. Теория надежности вводит в рассмотрение количественные показатели качества продукции.

Несомненно, что теория надежности является наукой комплексной, и относящейся в первую очередь к компетенции инженера, физика, химика и экономиста. Однако большое число вопросов теории надежности по своему существу носит математичсекий характер и требует для своего разрешения как уже известных математических средств, так и разработки новых. Более того, если стремиться вывести науку о надежности из состояния чисто качественных, а порой и сугубо субъективных заключений, мы обязательно должны обратиться к языку математики. Утверждения типа: я уверен, что такая конcтрукция будет надежнее, чем иная, мы убеждены, что наша продукция лучше, чем изготовляемая соседним предприятием, которые не имеют иных подтверждений, кроме личной уверенности, не могут служить основой для надежных выводов.

Сформулируем классическое определение надежности:

Надежность - свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Для некоторых изделий, относительно несложных по конструкции, понятие отказа можно ввести совершенно точно. Например, электрическая лампочка или горит, или не горит, если у нее перегорел волосок. Однако уже для сколько-нибудь сложных изделий понятие отказа является весьме относительным. Если электробритва бреет, но при этом сильно шумит, можно ли считать, что она отказала? Особенно ясно относительность понятия отказа видна на примере изделий радиотехники. Если величина какого-то сопротивления в телевизоре изменится на несколько процентов, то по-видимому, изображение несколько ухудшится. Ничего более страшного не произойдет. Такое же изменение величины сопротивления в сложном устройстве может вызвать несравненно более серьезные последствия.

Изделие - которое разрушалось бы таким образом, причем в указанное заранее время, - мечта инженера, и, конечно, специалиста по управлению качеством. Однако реальные механизмы отказывают случайным образом и в случайное время. Значит, чтобы измерить, оценить возможность, необходимо использовать аппарат, который бы описывал случайные события и случайные процессы. Следовательно, речь идет о теории вероятностей и родственных ей математических дисциплинах. За основной количественный показатель надежности принимается вероятность безотказной работы изделия в течении заданного промежутка времени. Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в данном интервале времени или впределах заданной наработки не произойдет отказа изделия.

На практике, иногда обращают основное внимание на совершенствование основных узлов изделия, упуская из виду, что причиной ненадежности и последующей аварии могут быть конструктивные узлы, носящие, казалось бы, второстепенный, вспомагательный характер. Обычно на высокую надежность рассчитываются именно основные узлы, основное оборудование.

Пример. В известном сверхзвуковом реактивном самолете Конкорд англо-французского производства надежность основных бортовых систем выбрана таким образом, чтобы вероятность отказа с неопасными последствиями составляла не более , а вероятность опасных отказов - не более , а катастрофические поломки исчисляются вероятностью, меньшей . Таким образом, основное оборудование в самолетах, как правило, рассчитано на высокую надежность.

Для оценки надежности существует много числовых характеристик. Это вероятность безотказной работы, коэффициент готовности (вероятность того, что изделие окажется работоспособным в заданные и случайные моменты), коэффициент использования времени (время, в течение которого изделие работоспособно, отнесенное ко времени его функционирования).

Время безотказной эксплуатации товара потребителем подразумевает время, в течение которого товар с гарантией производителя сохраняет свои параметры качества, ожидаемые потребителем, и поэтому это время обычно называют гарантированным сроком службы продукта. Гарантированный производителем срок службы товара, как правило, всегда меньше его действительного срока службы, который характеризуется долговечностью товара. В свою очередь, долговечность зависит от возможностей ремонта, после которого его параметры качества могут быть восстановлены, т.е. от ремонтопригодности продукта. Именно долговечность характеризует реальный срок службы товара.