Одна из характерных черт научно-технической революции — создание и применение сложных систем. Эффективность таких систем, т. е. способность выполнять поставленные перед ними задачи, во многом определяется их надежностью, т. е. способностью изделия работать без отказов в течение требуемых сроков при заданных условиях
Отказы техники вызывают большие потери средств, сил и времени из-за разрушения изделий, необходимости проведения восстановительных работ и связанных с ними простоев оборудования, ущерба от невыполнения определенных задач. Кроме того, недостаточная надежность технических устройств сказывается на безопасности их эксплуатации. Человечество во все времена так или иначе решало вопросы, связанные с обеспечением надежности техники, но только в последние несколько десятилетий окончательно оформились математические методы, позволяющие определять количественные показатели этого важнейшего свойства изделия.
Проблема надежности по своей сути является технической, так как она непосредственно связана с процессами проектирования, опытной отработки, производства и использования продукции. Совокупность общих методов, позволяющих создавать технические устройства с высокой надежностью и рассчитывать ее количественные показатели, составляет основу теории надежности.
Таким образом, условно в проблеме надежности можно выделить два направления: обеспечение надежности и ее расчет (контроль). Если первое направление основывается на решении традиционных конструкторских и технологических задач по созданию высококачественных изделий и правильной их эксплуатации, то второе связано в основном с применением специальных математических методов.
В начальный период развития теории надежности возникли тенденции противопоставления этих двух направлений, что объективно было вызвано, в частности, особенностями подготовки специалистов, занимающихся надежностью. Конструкторы и технологи, глубоко понимающие пути и возможности создания высококачественной техники, но недостаточно хорошо владеющие математическими методами теории надежности, считали бесполезными расчеты количественных показателей безотказности выпускаемой ими продукции. Специалисты же по прикладным методам теории вероятностей п математической статистики, разрабатывающие аппарат теории
надежности, недостаточно ясно представляли себе специфику технических задач и порой переоценивали роль количественных методов в обеспечении высокого качества изделий. Некоторая недооценка расчетных методов была связана и с тем, что для повышения надежности выпускаемой продукции необходимы дополнительные вложения средств, говоря проще, за надежность нужно платить. Желательно обеспечивать высокую надежность изделия на ранних этапах его создания. Так, устранение тех или иных конструкторских просчетов, снижающих надежность изделия, на этапе опытной отработки обычно требует на порядок больших затрат, чем при проектировании, а при доработке серийных образцов в условиях эксплуатации расходы возрастают на два-три порядка. Сложность психологической перестройки, связанной с выделением дополнительных ассигнований на выпуск продукции в том же количестве, но с более высокой надежностью, а также трудности подтверждения и контроля надежности больших систем в известной мере тормозили внедрение количественных методов.
‘ В последнее десятилетие повышению надежности промышленной продукции придается огромное значение, что подчеркнуто в решениях XXIV съезда КПСС. Одно из направлений решения этой проблемы—подготовка специалистов, владеющих методами теории надежности и умеющих их использовать при решении инженерных задач.
В последние годы появилось много книг, посвященных различным аспектам теории надежности и ее приложениям к технике.
В данной книге рассматриваются вопросы надежности, в основном применительно к беспилотным управляемым летательным аппаратам с реактивными двигателями (ЛА), однако значительная часть излагаемых методов носит достаточно общий характер и может использоваться в различных отраслях техники. При этом предполагается, что читатель знаком с основами теории вероятностей и математической статистики в объеме курса, читаемого в технических вузах.
В книге большое внимание уделяется комплексному решению вопросов разработки требований, обеспечения и контроля надежности ЛА на различных этапах его создания и эксплуатации, задачам обеспечения и контроля надежности ЛА при проектировании и опытной отработке. Значительное место занимают вопросы оптимизации требований к надежности ЛА с учетом экономических затрат и эффективности использования, а также оптимизации планов разработки новых образцов. При изложении материала тесно увязываются физические и статистические аспекты расчетов надежности ЛА. Современный летательный аппарат — довольно сложная система, включающая в себя механические, пневмогидравлические, электрические, радиоэлектронные и другие подсистемы или основные элементы. В книге большое внимание уделяется безотказности механических элементов и конструкции ЛА, поскольку вопросы надежности электронной аппаратуры значительно подробнее освещены в литературе.
Книга состоит из шести глав и приложения.
В гл. I применительно к летательному аппарату кратко изложены некоторые общие вопросы теории надежности. В основу расчетов надежности ЛА на этапе проектирования положены два принципа: структурный (анализ ЛА как сложной системы, характеристики надежности составляющих элементов которой известны) и параметрический (изучение стохастических процессов функционирования агрегатов и систем ЛА в условиях возмущений, анализ физических причин возникновения отказов).
Гл. II посвящена расчетам надежности элементов несущих конструкций ЛА в условиях статического и динамического нагружений. Рассмотрены возможные постановки задачи определения вероятности нёразрушеиия конструкций в зависимости от исходных данных, которыми располагает конструктор. Дан качественный обзор возмущающих параметров, обусловливающих стохастическую природу действующих нагрузок и несущей способности конструкции; приведены количественные характеристики некоторых из них.
В гл. III рассмотрены специфические, с точки зрения надежности, особенности устройства и функционирования основных бортовых систем ЛА: двигателей, систем управления, питания, разделения. Изложены инженерные методы расчета структурной и параметрической надежности этих систем.
В гл. IV изложены задачи и принципы организации наземной и летной отработки ЛА, показаны роль и место опытной отработки в процессе создания нового образца. Раскрыта структура экономических затрат, необходимых для создания летательного аппарата с заданными характеристиками.
В гл. V приведен математический аппарат, позволяющий описывать изменение надежности в процессе создания ЛА, рассчитывать показатели надежности по результатам испытаний, в ходе которых проводятся доработки, и объединять при оценке надежности статистическую информацию, полученную в результате разнородных испытаний. Большое внимание уделено вопросам теории и практического применения моделей роста надежности сложных систем, что дает возможность рассматривать надежность ЛА как функцию, характеризующую процесс его создания.
Гл. VI посвящена задачам оптимизации по экономическому критерию требований к надежности ЛА и его основных элементов (двигателей, систем управления, питания, разделения и др.) с учетом эффективности применения. Даны методы разработки оптимального плана наземной и летной отработки новых образцов летательных аппаратов.
Предлагаемые в книге методы расчетов иллюстрируются численными примерами. Приложение, включающее таблицы и справочные материалы, позволяет, без привлечения дополнительных источников, вести инженерные расчеты надежности, характерные для этапов проектирования и опытной отработки ЛА. Приведенные в конце каждой главы контрольные вопросы и задачи дают воз
можность проверить усвоение основных теоретических положений, а также практические навыки и умение вести основные расчеты надежности.
Материал между авторами распределяется следующим образом: введение, гл. IV, V и VI написаны докт. техн. паук, ироф. Л. И. Волковым, гл. I, II и III — канд. техн. наук, доц. А. М. Шишкевичем. Большой труд по оформлению рукописи проделан М. 3. Баскиной.
Авторы благодарны рецензентам докт. техн. наук И. Н. Садовскому и коллективу кафедры Московского авиационного института, возглавляемой проф. А. П. Абрамовым, за ряд ценных замечаний, которые учтены при окончательной редакции.
Книга, естественно, не лишена недостатков, и авторы с благодарностью примут все критические замечания.
Авторы Март 1973