|
|
ОглавлениеПредисловие ко второму изданию 1. Эволюция методов управления качеством 2. Качество, показатели качества, управление качеством 3. Основы философии и концепции качества «патриархов». Квалилогии 4. Принципы всеобщего управления на основе качества 8. Инструменты статистического контроля качества 10. Выборочный статистический контроль. При приемке продукции 11. Статистическое регулирование технологических процессов 12. Элементы теории надежности 13. Модели отказов и законы распределения. Моментов их возникновения 14. О перспективах управления качеством Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу12. Элементы теории надежностиДля нас, инженеров, надежность отнюдь не абстракция, 12.1. Значение проблемы надежности в технике в прошлом и настоящемИзделия радиоэлектроники находят все более широкое применение в народном хозяйстве, имеют все возрастающее значение в деле повышения обороноспособности страны. «В годы “холодной войны” надежность систем вооружения и космических аппаратов — фактор, значительно влияющий на уверенное положение нации. Если же начнется “горячая” война, то высокая надежность подобных систем будет одним из основных условий превосходства над противником» — такими словами начинается монография ведущих американских специалистов в области надежности радиоэлектронных систем, изданная в период холодной войны. В мирное время проблема надежности также очень актуальна, поскольку научно-технический прогресс приводит к появлению все более сложных конструктивно и чрезвычайно опасных для обслуживающего персонала и окружающей среды систем. Вспоминается афоризм немецко-американского философа Ханы Арендт — «Прогресс и катастрофа — две стороны одной медали». Тяжелая авария на 2-м блоке атомной электростанции ТМJ (США, март 1979 г.), утечка ядовитых газов на химическом комбинате в Бхопале (Индия, 1984 г.), взрыв космического корабля многоразового использования Challenger с семью космонавтами на борту в январе 1986 г., разрушение четвертого блока Чернобыльской атомной электростанции 26 апреля 1986 г., гибель атомной подводной лодки «Курск» в 2001 г., трагедия с еще одним американским космическим аппаратом Shuttle Columbia в феврале 2003 г. показали, что проблема обеспечения безопасности сложных систем еще далека от своего решения. Человеческие жертвы, радиоактивное заражение больших участков местности, огромные экономические потери — вот характерные результаты отказов сложных систем. Необходимо также учитывать моральные, психологические и политические последствия отказов ответственных объектов, а потому ясно, что повышение их надежности является важной государственной задачей. Теория надежности — дисциплина комплексная, основные разделы которой математическая теория надежности, физическая теория надежности («физика отказов»), диагностика, прогнозирование, теория контроля качества, теория восстановления. «В то время как проблема качества продукции уходит своими корнями в древние времена, теория надежности — наука молодая» — такими словами часто начинаются вводные лекции по этому надежности. Они справедливы по отношению к дисциплине, чей «возраст» несопоставимо мал по сравнению с фундаментальными науками, развивающимися на протяжении веков, а то и тысячелетий. С необходимостью решения проблемы надежности человеку пришлось столкнуться с момента зарождения промышленности. Многие теоретические вопросы надежности формулируются в терминах теории массового обслуживания — математической дисциплины, изучающей системы, предназначенные для обслуживания потока требований случайного характера, например, в условиях АТС. Автором первой работы в области теории массового обслуживания, появившейся в 1909 г., был датский инженер А. К. Эрланг. Вопросы, относящиеся к истории развития методов в теории надежности, обсуждаются в ряде работ [9, 10, 12, 22, 26, 34, 63]. Одна из первых программ, которую в современных терминах можно назвать программой обеспечения и контроля надежности, была составлена в 1916 г, американскими фирмами Western Electric Company и Bell Telephone Laboratories. Программа предусматривала ресурсные (до выхода из строя) испытания элементов телефонных аппаратов, анализ работы объекта при повышенной нагрузке, контроль готовой продукции. В 1918 г. была основана Американская ассоциация стандартов. Необходимость в самостоятельном изучении вопросов надежности, отличающихся от задач теории массового обслуживания, стала понятной в начале 1930-х гг., когда Н. С. Стрелецкий (1885–1967) показал, что вследствие вероятностного характера прочностных свойств материалов и внешних нагрузок расчеты элементов стальных конструкций на прочность имеют статистический характер. Это послужило началом изучения случайного характера внешних условий и реакции на них конструкции, развитию вероятностных методов анализа необходимости применения статистических методов при проведении расчетов на прочность. С развитием авиации возникла проблема надежности бортовой аппаратуры, был организован сбор данных об отказах аппаратуры на самолетах различных типов, которую характеризовали средним числом замен, но не учитывали суммарную наработку. В 1930-е гг. проблема надежности радиоэлектронной аппаратуры решалась путем создания больших конструктивных запасов или широкого применения резервирования, что приводило к увеличению веса и габаритов оборудования и оказалось неприемлемым для бортовой аппаратуры. В предвоенные годы основным направлением развития техники в нашей стране стала электрификация, и работы по надежности относились к электроэнергетике. Инженер Я. М. Туровер на Первом Всесоюзном совещании по эксплуатации энергоснабжающих систем (1935) ввел понятие «надежность» применительно к электрическим системам и указал на необходимость количественного определения надежности с привлечением для этой цели аппарата теории вероятностей. «Надежность электрической системы есть ее готовность и способность сохранять и поддерживать непрерывное и бесперебойное электроснабжение и обеспечивать качество энергии». В этом первоначальном определении «надежности», как технического термина, чувствуется понимание ее комплексного характера. В Германии в годы Второй мировой войны проводились работы по расчету надежности сложного оборудовании, в частности, управляемых снарядов V-1 («фау») и V-2. Это были попытки найти объяснение плохого качества снарядов, собиравшихся из большого количества деталей, каждая из которых считалась высоконадежной. Вывод о том, что надежность системы, в которой выход из строя любого элемента приводит к отказу всей системы, ниже самого ненадежного элемента, был получен в результате этих расчетов. В целом до середины 1940-х гг. вопрос о надежности того или иного изделия решался по результатам реальной эксплуатации. В 1949 г. в США были опубликованы ошеломляющие сведения, показывающие катастрофически низкую надежность электронного оборудования, находящегося на вооружении. Из-за того, что 70% морской аппаратуры находилось в нерабочем состоянии, на флоте приходилось иметь на каждую работающую лампу девять запасных. Еще хуже было положение с радиолокационным оборудованием, которое оказывалось неработоспособным 84% времени. До 60% самолетов были неработоспособными; 50% электронной аппаратуры выходило из строя во время хранения, а наработка до отказа электронных устройств, применяющихся в бомбардировщиках, составляла всего 20 часов. В августе 1952 г. была организована консультативная группа, разработавшая стандарты по надежности (МIL-Reliability). В ноябре 1954 г. в Нью-Йорке состоялся первый национальный симпозиум по вопросам надежности, проводившийся затем ежегодно. Среди достижений в этой области в США в 1950-е гг. можно выделить выпуск справочников по надежности, издание «Временного словаря терминов и определений гарантированной продукции и связанных с этим вопросов» (1958) и «Учебника по надежности для руководителей» (1959). В некоторых работах отмечается, что в США исследования надежности проводились в три этапа. Первый (1945–1958) — «карандашно-бумажный» — привел к развитию теории, основанной на применении для описания надежности экспоненциального закона. Второй этап (1958–1968) характеризовался работами по экспериментальной оценке фактической надежности, сбору и обработке данных эксплуатации и пересмотру концепции «неизбежности» и «случайности отказов», многие виды которых нашли объяснение. В начале третьего этапа (конец 1960-х годов) прозвучал девиз «Нельзя искажать действительность, чтобы подвести ее под законы плохой теории». При этом имелось в виду, в частности, недостаточно обоснованное применение экспоненциального закона распределения моментов наступления отказов. По мнению К. Райерсона, возглавлявшего в 1950-е гг. службу надежности радиокорпорации США: 1930-е гг. — десятилетие стандартизации, 1940-е — десятилетие контроля качества, 1950-е — десятилетие надежности, 1960-е — десятилетие гарантированной продукции. При этом наметилась тенденция изучения надежности систем на всех стадиях от проектирования до эксплуатации. Проблемой обеспечения надежности сложных систем занимались крупнейшие ученые из смежных отраслей знания. В 1952 г. выдающийся американский математик Джон фон Нейман (1903–1957), бывший в то время консультантом армейских учреждений, показал, что при определенных условиях можно так скомбинировать ненадежные элементы, чтобы получилась надежная система. Дж. Нейман явился одним из создателей первых ЭВМ, а в конце 1940-х гг. применил метод статистического моделирования (метод Монте-Карло) для вычисления многомерных интегралов по замысловатым областям интегрирования. Под влиянием работы Дж. Неймана в 1954 г. вышла статья основоположника современной теории информации Клода Шеннона (1916–2001), в которой на примере схем из реле заложены основы теории синтеза высоконадежных схем. В СССР период становления теории надежности (конец 1940-х — начало 1960-х гг.) характеризуется расчетом надежности систем по интенсивности отказов входящих в нее элементов. Первые в нашей стране работы были выполнены под руководством академиков А. И. Берга (1893–1979) и Н. Г. Бруевича (1896–1987). Математические вопросы развивались под руководством Б. В. Гнеденко (1912–1995). Вехой в развитии теории надежности стала опубликованная в 1954 г. статья члена-корреспондента Академии наук СССР В. И. Сифорова, доказавшего методами теории вероятностей возможность создания надежных систем из недостаточно надежных элементов [60]. Материалы теории и расчета надежности систем в отечественной литературе систематизированы в работе [53]. Период с 1960 по 1980 г. — это этап углубления и совершенствования теории надежности. В конце прошлого века в технике обострилось внутреннее противоречие, которое заключается в том, что, с одной стороны, прогресс ведет к усложнению систем, с другой — к росту требований по надежности, иначе это усложнение техники не будет оправдано. Одним из важнейших путей для разрешения этого противоречия является стандартизация и сертификация систем качества. Сравнительный анализ взаимоотношений между естествознанием и техникой в разные времена условно сводится к определению того, что является лидером — наука или техника. Академик Б. М. Кедров выделял три исторических этапа [49, с. 39–40]. 1. Наука отстает от техники в своем развитии и решает задачи, которые практически уже нашли свое применение в технике (XVII–XVIII в.). 2. Наука постепенно догоняет технику, решая задачи, которые только еще получают техническую реализацию (XIX в.). 3. Наука начинает опережать технику в своем развитии, ставя и решая такие задачи, которые лишь впоследствии на основе предварительного научного исследования и теоретического решения находят практические приложения. По нашему мнению, в развитии теории надежности на протяжении ХХ в. прослеживаются эти же этапы, характеризующие общие тенденции взаимоотношения науки и техники. 1. До 1930-х гг. попытки научного подхода к проблеме надежности носят стихийный характер. Вопросы производства надежного устройства решаются исключительно по результатам практики. 2. Теория надежности начинает догонять технику, и в первые послевоенные годы, когда происходит бурное развитие статистических методов, теоретически решаются проблемы, которые получают вскоре техническую реализацию (например, теория резервирования в 1950–1960-е гг.). 3. С 1970-х гг. теория надежности начинает опережать технику в своем развитии, что проявилось в увлечении теоретическими задачами, решение которых лишь в будущем обещает найти применение на практике. Современная теория надежности — это наука о закономерностях возникновения отказов устройств, методах их прогнозирования и предотвращения, об общих методах и приемах, которых следует придерживаться при проектировании, изготовлении, транспортировке, хранении и эксплуатации изделий для обеспечения их эффективности в процессе использования, а также об общих методах расчета надежности устройств по известным показателям надежности составляющих их частей и способах контроля надежности при приемке партий продукции. Внимание! Авторские права на книгу "Управление качеством. 2-е издание. Учебник" ( Гродзенский С.Я. ) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
