Принимать решения приходится в самых различных областях человеческой деятельности, в том числе и при проектировании. Современный уровень развития техники требует принятия сложных решений, последствия которых бывают очень весомы для жизнедеятельности человека. Возникает потребность в определенных методах принятия решений, которые упрощали бы этот процесс и придавали решениям большую надежность.
Такая тенденция неизбежно требует формализации принятия решений, против чего у практиков могут возникнуть определенные возражения. Важные решения нередко принимаются людьми, довольно далеко отстоящими от математики (особенно от ее новых методов) и опасающимися больше потерять от формализации, чем выиграть. Современные математические модели могут неявно использовать такие методы оценивания, к которым инженеры испытывают недоверие. Любая формализация предполагает известное принуждение, так что применяющий ее чувствует, что его лишают свободы решения. Как раз в таких случаях становится неизбежным отказ от некоторых требований, связанных с существом дела, поскольку отказ от действенных методов может привести к еще большим потерям. Адекватная формализация может оказать существенную помощь при решении практических задач.
Теория надежности есть наука, изучающая закономерности возникновения отказов технических устройств. Именно теория надежности позволяет свести риск к минимуму и сделать его прогнозируемым.
Отказы относятся к малоизученным явлениям. Прежде всего, это объясняется тем, что время возникновения отказа зависит от большого числа случайных факторов, его трудно рассчитать и еще труднее измерить.
Наблюдая за внешним проявлением отказов, можно видеть, что они приводят к различным последствиям – полное прекращение работы аппарата или машины, ухудшение ее характеристик, временное прекращение работы с последующим восстановлением (сбой). Эти состояния технологического оборудования аналогичны смерти, болезни или временной потере работоспособности живого организма.
Время возникновения отказа или время работы объекта техники между отказами представляют собой явления случайные. Отказавший аппарат обычно восстанавливается. Так как его отказы могут возникнуть из-за отказов элементов различного типа, расположенных в различных местах сложной системы, то время восстановления также является случайной величиной. При изучении закономерностей отказов наибольший интерес представляет изучение места возникновения отказов. Промежутков времени восстановления и работы технологического оборудования между отказами.
Случайный характер отказов позволяет заключить, что математическим аппаратом теории надежности может быть теория вероятностей и математическая статистика. Она является самостоятельной наукой, а не отдельным разделом теории вероятностей. Она является технической дисциплиной, а круг решаемых ею задач не ограничивается задачами теории вероятностей.
Методы теории вероятностей позволяют исследовать закономерности отказов как случайных массовых явлений. Они не дают возможности предсказать время и место возникновения данного отказа (например, первого). Нужно говорить о надежности не одного конкретного образца техники, а целого класса однотипных систем. Однако это вовсе не означает, что вероятностные методы не позволяют вообще судить о надежности данного образца техники. Наблюдая за потоком отказов при длительной эксплуатации одного образца, можно судить не только о его надежности, но также о надежности целого класса однородных систем.
Невозможность точного предсказания момента возникновения отказа – существенный недостаток теории надежности, использующей методы теории вероятностей. Этот недостаток стимулирует исследователя на поиск иных путей анализа надежности технологического оборудования.
Отказу обычно предшествуют сложные внутренние изменения в системе, подобно тому, как смерти живого организма предшествует болезнь. Эти изменения могут проявляться по-разному в зависимости от типа аппарата, места и характера отказа. В одной машине возрастает потребляемая мощность, растут внутренние потери, и уменьшается коэффициент полезного действия, т. е. изменяется энергетическое соотношение между потребляемой энергией и производительностью. В другой – наблюдается дестабилизация качества выпускаемой продукции, появляются пульсации плотности формируемых таблеток, плывет содержание целевого компонента в смеси (степень ее очистки) и т. п., и значения выходных характеристик представляют собой целый спектр амплитуд, которые с течением времени возрастают.
Наблюдая в первом случае за энергетическим состоянием системы, а во втором – за стабильностью выходных характеристик, можно в каждый момент времени судить о запасе надежности системы, предсказать появление отказа и своевременно его ликвидировать или не допустить. Можно построить в первом случае энергетическую, а во втором – спектральную теорию надежности.
Особенность всякой автоматической системы состоит в том, что при отказе весьма ограниченного числа ее элементов наступает отказ системы. Он может привести к тяжелым последствиям, так как современные системы управления и контроля полностью автоматизированы и решают исключительно важные задачи, а нефтехимические установки отличается большой стоимостью, и порой обрабатывают потенциально опасные и токсичные продукты. Автоматизация становится целесообразной только при высокой их надежности.
Создание высоконадежной установки требует разработки новых методов конструирования и технологий изготовления технологического оборудования, научных методов его эксплуатации. Теория надежности – это молодая, еще не сформировавшаяся наука, возникшая из потребностей практики в связи с бурным техническим прогрессом и в первую очередь в связи с большой опасностью для жизнедеятельности человека вновь создаваемых сложных технических объектов. В общем случае она изучает:
- критерии и количественные характеристики надежности;
- методы анализа надежности;
- методы синтеза сложных систем по критериям надежности;
- методы повышения надежности;
- методы испытания машин на надежность;
- научные методы эксплуатации машин и аппаратов с учетом их надежности.
Это обоснование режимов профилактических работ, норм запасных элементов, методов отыскания неисправностей, методов сбора и анализа статистических данных об отказах.
Конечная цель изучения дисциплины заключается в приобретении студентами теоретических знаний и расчетных навыков, необходимых для успешной работы в области инженерной защиты окружающей среды.
