РЕФЕРАТ по дисциплине «Основы надёжности технологического оборудования» на тему: «Вероятностно–статистический и детерминированный подход к изучению надёжности»

 2010 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……

1.Вероятностно - статистический подход…

2.Детерминированный подход……

3.Современное состояние исследований в области надежности……

Вывод……

Использованная литература…

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в мире не существует теории надежности как таковой, а существует лишь ее подобие в виде частного случая вероятностно-статистической теории, используемой для предугадывания наступления момента отказа, который не является характеристикой надежности, а скорее наоборот, характеризует его безнадежность. Математические методы определения надежности устарели и не удовлетворяют высоких потребностей производителей, поэтому необходим кардинально новый подход в изучении этого вопроса.

1.ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ ПОДХОД.

Математические методы в теории надёжности с самого начала были положены в основу этой науки и получили достаточно широкую разработку. Это прежде всего применение теории вероятностей и математической статистики как для установления закономерностей возникновения отказов, так и главным образом для изучения механо-физико-химических процессов, которые изменяют свойства, приводящие к разрушению деталей машин, а также для расчёта поведения объекта в процессе эксплуатации, т. е. прогнозирования. Развитие математических методов для разработки теоретической базы надёжности необходимо, но не достаточно.

Формирование математической теории надёжности как научной дисциплины, относится к началу 50-х годов ХХ столетия и обусловлено качественно новым этапом в развитии современных отраслей промышленности (радиоэлектроника, атомная энергетика, космическая техника и др.) Новая научная дисциплина начала активно развиваться особенно в США и СССР.

2.ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЙ ПОДХОД.

По мнению ведущих специалистов в области надёжности, наиболее характерная методологическая черта, определяющая научный уровень исследований по теории надёжности в СССР и, особенно, на Украине, активное использование современных достижений теории вероятностей, теории случайных процессов, математической статистики, функционального анализа при построении математических моделей в конкретных задачах.

В то же время, по их же мнению, достаточно общей математической теории, позволяющей подсчитывать показатель надёжности сложных механических систем, в настоящее время не существует.

Важной и неотложной задачей ближайшего времени (как считают авторы) должна стать активизация исследований по разработке математических моделей по физике отказов, призванных объяснить причины их возникновения.

При этом исследования в этом направлении должны ликвидировать наметившийся разрыв между опережающим развитием математической теории надёжности, опирающейся на результаты статистической обработки исходных данных и направлениями, основанными на моделировании физических, механических, физико-химических и других процессов.

Наряду с этими в отечественной и зарубежной литературе всё чаще поднимается вопрос о том, что существующая система оценки надёжности и качества изделий уже не отвечает возросшим потребностям машиностроительного и сельскохозяйственного производства. Так, например, в некоторых работах прямо говорится, что для оценки надёжности и качества необходим инженерный анализ и расчет этих характеристик. В них также указывается на наличие субъективных оценок, неопределенность, а нередко и противоречивость исходных данных, которые стали слишком велики, чтобы можно было положиться на вероятностные показатели при принятии ответственных решений.

Кроме того, при прогнозировании надёжности на этапе проектирования расчёты слишком далеки от того, что происходит на самом деле и объясняется это несовершенством математической модели.

Поэтому необходимо разработать такие физические или математические модели и требования, которые были бы понятны, проверяемы и позволяли бы достаточно полно характеризовать надёжность системы. При этом должны быть исследованы первопричины зарождения всех видов отказов, то есть необходимо знать причину, а не следствие отказа, ибо без знаний причины отказа невозможно на него влиять целенаправленно. Следовательно, необходим инженерный анализ и расчёт надёжности будущего изделия.

Достоинством инженерного анализа является то, что он позволит оценить надёжность как отдельного элемента системы, так и всей системы в целом, при одновременном воздействии на объект внешних и внутренних факторов.

В этой работе Хрусталёв В. В. точно отразил нынешнее состояние науки о надёжности, показав, что старое здание науки о надёжности уже не обладает никакой надёжностью, оно разваливается, а поэтому необходимо строить новое здание науки о надёжности и качестве, но уже на новой основе, на новом фундаменте, полностью исключив использование вероятностно- статистических методов, как основополагающих в определении этих характеристик.

Для проведения такой работы потребуется, по мнению Хрусталёва В. В., создать банк данных о причинах отказа на каждый элемент, узел, агрегат и т. д.

В дополнение ко всему вышесказанному, следует добавить следующее:

Для того, чтобы иметь подобный банк данных, необходимо создать вначале теорию, разработать физическую. А затем и математическую модель (базирующуюся на физической) расчета надёжности и качества и многое другое, что позволит производить аналитический расчет надёжности и качества. После чего можно будет и создавать выше упомянутый банк данных о надёжности и качестве.

В другой работе Титова Е. А. также говорится о том, что для оценки уровня надёжности как у нас в стране, так и за рубежом, обычно используют подход, основанный на вероятностно- статистических методах. А существующие стандарты нередко противоречивы, устанавливают и регламентируют большое разнообразие показателей, основанных на статистических исследованиях, и не имеют должного практического подтверждения. При этом устанавливаются методики испытания на надёжность по тому или иному показателю, но никогда не говорится, как на практике достичь установленного уровня.

Далее автор приводит пример того, как Японская фирма «Fanuk»,выпускающая станки с ЧПУ и промышленные роботы, проводит испытания своей техники. При этом автор считает, что 100% испытания изделий на стендах по принципу «отказ - не отказ» наносит ущерб ресурсу данной аппаратуры и прямо говорит о том, что должны быть найдены другие более эффективные способы определения надёжности, которые не будут наносить ущерб изделиям.

Трудно не согласиться с мнением автора этих заметок. Он абсолютно прав, что старая система, старый подход определения надёжности себя исчерпал, необходимы иные подходы, новые идеи, которые бы позволяли определять надёжность, а не количество отказов или вероятность их наступления.

Наряду с этим в работе рассматривается номенклатура показателей надёжности, где отмечается, что в основе всех показателей лежат определённые математические модели испытаний на безотказность, исключая саму надёжность как таковую, при этом вид этой модели не определен, а дан только аппарат обсчета статистических данных.

Поэтому в настоящее время весьма актуальной является разработка основных критериев оценки состояния изделий на основе физических представлений о надёжности. Кроме того, уже нельзя рассматривать надёжность без взаимосвязи ее с качеством, как это делается в настоящее время. Ибо основой высокой надёжности является высокое качество изделия и наоборот.

Однако, общепринятая модель качества также, как и надежность, морально устарела и не отвечает возросшим требованиям производства.

Слишком далека эта модель от реального производства, отсюда и тот неудовлетворительный результат, который мы наблюдаем повсеместно. Поэтому в настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом наблюдается критический подход к существующей системе и модели оценки надёжности и ведутся активные поиски способов дальнейшего повышения надёжности и качества выпускаемых изделий.

Существующие модели, основанные на вероятностном подходе, уже больше не удовлетворяют производителей продукции, поскольку очень далеки от практики производства. При этом многие ученые начинают понимать, что существующая математическая теория надёжности, которая активно развивалась 45 лет во всех странах, оказалась не способной активно влиять на процесс повышения надёжности, качества изделия на стадии проектирования и изготовления. Она только может оценить уже готовый результат конструкторской и технологической деятельности путем вероятностно-статистической обработки отказов эксплуатируемой техники.

Многочисленные исследования как у нас в стране, так и за рубежом, говорят о том, что в основе обеспечения надёжности лежат физико - химические процессы, протекающие в материалах на стадии изготовления и последующей их эксплуатации в узлах и агрегатах различного рода машин и сооружений. Следовательно, надёжность является физической категорией познания различного рода механизмов и систем и должна подчиняться физическим законам. Поскольку все физические явления в природе описываются физическими теориями, на базе которых затем строятся математические модели, то и надёжность как процесс потери или сохранения работоспособности объекта за счет изменения внутреннего состояния материалов должна описываться физической теорией, а затем уже возможно создание на ее основе математической теории. А произошло наоборот: физика процесса неизвестна, а математическая модель построена, а чего – неизвестно.

В результате этого возникла парадоксальная ситуация: при существующих как бы теориях надёжности и качества их нет, они подменены другими псевдо - теориями, нет даже математической модели теории надёжности. Есть математическая теория (как частное приложение теории вероятностей) вероятностно-статистической оценки появления отказов техники в различных условиях ее эксплуатации. Сложилось это исторически, и, видимо, по следующей причине. К тому времени, когда зарождалась наука о надёжности, была достаточно хорошо разработана теория вероятностей и математической статистики. Теория вероятности позволяла на большом статистическом материале с определенной степенью достоверности предсказывать наступление того или иного события. При этом «всеядность» этой теории позволяла предсказывать любые события – наступление жары или холода в определенные времена года, возникновение пожара в той или иной ситуации, возникновение аварий или катастроф, прогнозировать вспышки массовых инфекционных болезней, деторождаемость, численность разводов и браков, оценить вероятность наступления отказа и др.

Поэтому поскольку надёжность трактовалась как способность объекта работать в течение заданного промежутка времени в соответствии с эксплуатационными требованиями, то есть, работать без отказов, то «без зазрения совести» надёжность тут же подменили таким понятием, как безотказность. Стали подразумевать, что надёжность и безотказность – это одно и то же. Но поскольку теория вероятности и математической статистики не способны работать с безотказностью, так как ее нельзя подсчитать (ведь безотказность – это просто непрерывное и длительное функционирование объекта), поэтому, гораздо легче и проще оперировать с отказом. Отказ как чередующееся или перемежающееся событие можно фиксировать, можно подсчитать, определить и оценить его количественно (чего нельзя так легко сделать с надёжностью или безотказностью). То есть, отказ, как событие, может быть подвергнут статистической обработке, а поскольку это так, то затем уже на основе полученных статистических данных может быть оценена вероятность наступления этого события (отказа) в любой данный промежуток времени. Следовательно, возникла такая псевдологическая цепочка: надёжность – безотказность – отказ.

Проанализируем эту цепочку с помощью ниже представленной блок-схемы, где формулировки надёжности и безотказности несколько упрощены без изменения их сути (Рис.1.)

Надёжность – свойство объекта выполнять заданные функции во времени в установленных условиях эксплуатации и т. д. (то есть работать безотказно)

Безотказность –способность объекта работать непрерывно в течение заданного промежутка времени (то есть без отказов).

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта

Рис. 1. Блок-схема последовательного трансформирования понятия надёжность в безотказность и отказ.

Из схемы видно, что между существующими определениями надёжности и безотказности нет принципиальной разницы. При этом если убрать промежуточное звено безотказность, то получится такая ситуация: хотели оценить надёжность (то есть способность объекта сохранять исходные свойства в пределах достаточных для обеспечения его работоспособности), а узнали противоположное, оценили «безнадежность», то есть предсказали вероятность наступления отказа. А где же надёжность? Хотели определить основы, обеспечивающие безотказную работу объекта, а смогли только зафиксировать только сам факт отказа. Следовательно, в данном случае теория надёжности создана на неверной методологической предпосылке, использующей не метод оценки физического состояния объекта, а только факт отказа. То есть, допущена грубая методологическая ошибка. А поскольку не разработана методология надёжности и безотказности, то неизвестно, что же такое сама надёжность, как ее оценить и как ее рассчитать.

3.СОВРЕМЕНОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НАДЕЖНОСТИ

Таким образом, можно с определенной уверенностью сказать, что в настоящее время не существует в мире теории надежности, а имеется псевдотеория надёжности в виде частного случая вероятностно-статистической теории, использованной для предопределения (предугадывания) наступления такого события, как отказ, который не является надёжностью объекта, а скорее всего, характеризует степень или уровень его ненадёжности (безнадёжности).

Такую оценку создавшегося положения можно сделать, даже если стоять на позициях существующих понятий надёжности и безотказности, которые сами уже по себе не соответствуют истинному положению вещей, не отвечают ни современным, ни техническим требованиям.

Что же касается теории качества, то здесь ситуация несколько проще. Так до недавнего времени (1993 г.) теории качества вообще не существовало. Имелись только статистические методы оценки некоторых свойств изделий и система взглядов, даже скорее не система, а совокупность взглядов или понятий, которые были оформлены в виде определенных терминов и положений с помощью стандартов и другой нормативно-технической документации. Причем эти понятия, определения, термины, положения и вытекающие из них выводы и расчеты носят не системный, а разрозненный характер. Это результат того, что возникли они не из единой теории, а определялись административно-директивным методом, по разным каналам, ведомствам или ситуациям. При этом само фундаментальное понятие качества определено рыночно-административным способом и не основано ни на каком научном фундаменте. А поскольку не имелось научного обоснования самому понятию качества, то не могло быть никакой речи и о теории качества, ее просто не существовало, нет и все.

Наряду с устаревшими взглядами на статистическую теорию надёжности и качества, так же морально устарели наши понятия о техническом браке и качественном уровне изделий. Существующие понятия технического брака и качественных уровней не позволяют оценить рост качественных показателей техники от поколения к поколению.

Поэтому в настоящее время назрела настоятельная необходимость в уточнении этих понятий и в разработке новых, которые бы позволили более полно оценивать технический и качественный уровни техники различных ее поколений, тем самым выявляя основные тенденции и закономерности ее совершенствования. Следовательно, нужен новый подход к решению этих вопросов, необходимо создать новые понятия, новые модели, новую методологию, а затем и аппарат для расчета надёжности и качества изделий.

ВЫВОДЫ

Вероятностно-статистический подход, основанный на теории вероятностей и математической статистике несовершенен, поскольку для установления закономерностей возникновения отказов необходимо проводить опыты, приводящие к изменению свойств и разрушению деталей. Кроме того, он не дает точного анализа поведения объекта при эксплуатации. Создаваемые модели далеки от практики производства. В соответствии с этим подходом возможно с определенной степенью достоверности предсказать момент наступления отказа, а не предупредить его и обеспечить надёжность работы объекта.

Детерминированный (причинно-следственный) подход позволяет оценить надёжность как отдельного элемента системы, так и всей системы в целом, при одновременном воздействии на объект внешних и внутренних факторов. Поэтому такой подход к изучению надёжности является более приемлемым.

ИСПОЛЬЗОВАНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.  В. Ван-Желен «Физическая теория надежности» Издательство «Крым» 1998г. Симферополь

2.  Л. С. Ермолов, В. М. Кряжков, В. Е. Черкун «Основы надежности сельскохозяйственной техники» Издательство «Колос» 1982г.

Азарёнок Е. А.