Внедрение достижений науки и техники, современных технологий характеризуется созданием сложных систем и устройств с высоким уровнем автоматизации, выполняющих интеллектуальные, адаптивные функции управления в космической и авиационной технике, тепловой и атомной энергетике, химической, нефтехимической, нефтегазодобыва-ющей, металлургической, обрабатывающей и других отраслях промыш- ленности и транспорта. Успешное решение задач управления, связан-ных с повышением эффективности производств, поставило в качестве первоочередной проблему обеспечения высокой надёжности таких си- стем и технических средств. Важность этой проблемы обусловлена воз-можным существенным ущербом, который может возникнуть в опасных производствах и производствах с большими единичными мощностями.
Следует отметить, что вопросам обеспечения высокой надежности при конструировании и эксплуатации устройств и систем всегда уделя- лось значительное внимание, однако эти вопросы долгое время не вы- делялись в самостоятельную область исследования.
В нашей стране проблема надёжности машин в концептуальном аспекте впервые была выдвинута и обсуждена на сессии Академии наук СССР в 1934 году. На начальных этапах развития теории надёжности основное внимание уделялось разработке методик, регламентирующих порядок сбора и обработки статистических данных об отказах изделий. При этом совершенствовались вероятностно-статистические методы ис- следования, в том числе, определение адекватных законов распределе- ния показателей безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Начали разрабатываться методы расчёта и испытаний изделий с учётом случайного характера отказов.
Если говорить о теории надежности в том ее виде, в каком она су-ществует сейчас, то она появилась в США после второй мировой вой- ны. Американцы ощутили проблему ненадежности во время Корейской войны, когда военные машины ведущих государств – США и СССР за-метно модернизировались. На полях сражений этой войны отрабатыва- ли и совершенствовали новую технику и современную тактику боя аме- риканские, китайские и советские войска. Здесь и проявился фактор
«чужой земли»: американцам было дальше всех до ремонтных баз, где можно было отремонтировать технику и пополнить запас комплектую-щих. Поэтому и возникла проблема надежности, к которой американцы отнеслись с должным вниманием.
В США в Институте Радиоинженеров (IRE) была создана секция надежности и контроля качества, которая стала выпускать ежекварталь-ные журналы и, начиная с 1954г., созывать ежегодные симпозиумы по надежности. Волна публикаций по различным каналам докатилась и до Москвы. Уже в 1954 г. вышел первый сборник переводов под ред. ака-демика В.И. Сифорова, в котором были затронуты вопросы надежности. Потом один за другим стали издаваться сборники трудов американских симпозиумов по надежности, которые сыграли решающую роль в раз- витии советской школы надежности.
В 1958 г. состоялась Первая Всесоюзная конференция по надежности.
К тому времени уже сформировалась группа специалистов (в основном военных из Академии имени Н.Е. Жуковского), которые возглавили рабо- ты в Москве: Б.В. Васильев, Г.В. Дружинин, В.А. Кузнецов, Б.Р. Левин, И.И. Морозов, М.А. Синица, К.Ф. Цветаев. Уже в 1959 г. в отделе надеж-ности одного из Ленинградских НИИ Судпрома была выпущена первая книга, всего на 139 страницах – «Основы теории и расчета надежности». Авторами книги были основоположники ленинградской школы надежно-сти: И.М. Маликов, А.М. Половко, Н.А. Романов и П.А. Чукреев.
Основными организаторами работ по развитию теории надёжности, в том числе прикладной, стали академик А.И. Берг, Я.М. Сорин, со-здавший первый отдел надежности в «девятке» оборонных министерств, в котором работали известные учёные в области надёжности – профес- сора Б.Р. Левин и Я.Б. Шор.
Круг проблем, входящих в компетенцию теории надёжности, наиболее полно сформулировал А.И. Берг, которому принадлежит кры- латая фраза «Надежность – проблема номер один»:
«Теория надёжности устанавливает закономерности возникновения отказов и восстановления работоспособности системы и её элементов, рассматривает влияние внешних и внутренних воздействий на процессы в системах, создаёт основы расчёта надёжности и предсказания отказов, изыскивает способы повышения надёжности (при конструировании и изготовлении систем и их элементов, а также способы сохранения надёжности при эксплуатации)».
В начале 1960-х годов интенсивно начала развиваться математи-ческая теория надежности. Крупнейший вклад в данной области был сделан Б. В. Гнеденко, А. Д. Соловьевым, Ю. К. Беляевым, ставшими тремя китами советской школы надёжности.
Большой вклад в развитие теории надёжности в нашей стране внес- ли также Х.Б. Кордонский, возглавлявший Рижскую школу надёжности, Н.А. Шишонок, В.Ф. Репкин и Л.Л. Барвинский из Киевской школы надёжности, М.А. Ястребенецкий, Т.А. Голинкевич, И.А. Ушаков и др.
В конце 1970-х и начале 80-х годов появилось много ярких специали-стов и авторов по надёжности: В.А. Гадасин, Э.В. Дзиркал, В.А. Каштанов, Ю.К. Коненков, И.В. Павлов, Г.Б. Рубальский, Р.С. Судаков, О.И. Тескин.
Проблемы надёжности современных информационно-вычисли- тельных систем, автоматизированных систем управления рассматрива- ются в работах А.Е. Александровича, Ю.В. Бородакия, В.О. Чуканова, Ю.Н. Фёдорова и др.
Следует отметить, что вопросы надежности интенсивно исследова-лись и за рубежом, например, такими специалистами, как Д. Нейманом, А. Пирсом, К. Барлоу, С. Прошаном и др.
Высокая надежность технических систем, в том числе и систем управления, определяется не только проектированием и изготовлением включаемых в них технических средств, но и рациональной эксплуата-цией, поэтому вопросам эксплуатационной надёжности, проведения ис- пытаний и обработки информации об эксплуатации устройств и систем, всегда уделялось большое внимание.
Самостоятельную область исследования представляет собой тех-ническая диагностика, в которой рассматриваются вопросы контроля, ремонта и восстановления систем.
Изучение вопросов надёжности следует разделить на три направления
К первому следует отнести весь перечень вопросов общей теории надежности – научной дисциплины, изучающей общие закономерности отказов и восстановлений технических устройств и общие методы обеспечения надежности. Так как построение общей теории надежности основано на вероятностных представлениях, то и изучение этой теории должно осуществляться после курса теории вероятности и математической статистики. Хотя общая теория надежности справедлива для любых технических устройств, однако ее изучение целесообразно осуществлять на примерах конкретных технических объектов, например, устройств автоматики, для чего необходимо изучение этих устройств хотя бы в объеме курса «Введение в специальность».
Знание общей теории надежности позволит при изучении различ-ных систем и объектов рассматривать методы и способы обеспечения надежности, которые базируются на общих принципах, однако их реа- лизация специфична для этих систем и объектов.
Поэтому, ко второму направлению относятся те разделы, которые касаются надежности отдельных элементов и устройств, изучаемых в специальных курсах.
К третьему направлению следует отнести изучение специальных вопросов теории надежности систем различного назначения, а также методов и способов повышения их надежности.
В предлагаемом учебном пособии изложены вопросы общей тео-рии надежности применительно к системам автоматического регулиро- вания и управления, механическим системам, относящихся к техниче- ским системам, однако в ряде разделов излагаются сведения, относящи- еся, ко второму и третьему направлениям изучения надёжности.