Расчет надежности при конструировании

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение  
высшего профессионального образования 
«Воронежская государственная лесотехническая академия» 
 
 
 
 
 
 
А.В. Макаренко 
 
 
 
 
 
 
 
 
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ 
 
Учебное пособие 
по дисциплине «Расчет надежности при конструировании машин и 
оборудования лесного комплекса» «Расчет надежности при конструировании 
деревообрабатывающего оборудования» для студентов по направлению 
подготовки 151000 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Воронеж 2014 

УДК 621.1 
 
 
Печатается по решению учебно-методического совета 
ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № … . от .......................... г.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Макаренко, А. В. 
Расчет надежности при конструировании [Текст] : Учебное пособие по 
дисциплине 
«Расчет 
надежности 
при 
конструировании 
машин 
и 
оборудования лесного комплекса» «Расчет надежности при конструировании 
деревообрабатывающего оборудования» для студентов по направлению 
подготовки 151000 / А. В. Макаренко ; М-во образования и науки РФ, 
ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2014. – 86 с. 
 
 
В учебном пособии рассматриваются вопросы расчетов показателей 
надежности, прогнозирование надежности и контроля надежности по 
средствам контроля качества. 
Учебное пособие предназначено для студентов 4 курса механического 
факультета по направлению подготовки 151000 – Технологические машины 
и оборудование. 
УДК 621.1 
 
     © Макаренко А.В., 2014 
© ФГБОУ ВПО «Воронежская 
государственная 
лесотехническая академия», 2014 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Надежность является одним из самых важных показателей современ
ных технических систем. От нее зависят такие показатели, как качество, эф
фективность, безопасность, риск, готовность, живучесть. Техника может 

быть эффективной только при условии, если она имеет высокую надежность. 

Надежность техники определяется при ее проектировании и производ
стве. Чтобы создать техническую систему, удовлетворяющую требованиям 

надежности, необходимо уметь рассчитать ее надежность в процессе проек
тирования, знать методы обеспечения высокой надежности и способы их 

технической реализации.  

Первые шаги в области исследований надежности относятся к 50-м го
дам прошлого столетия. Они были связаны со сбором статистических данных 

о надежности радиоэлементов и разработкой элементарных уравнений для 

расчетов надежности простых радиоэлектронных устройств. 

Развитие науки о надежности шло по разным направлениям. Укажем 

некоторые из основных направлений развития теории надежности. 

1 Развитие математических основ теории надежности. Обобщение ста
тистических материалов об отказах и разработка рекомендаций по повыше
нию надежности изделий вызвали необходимость определять математиче
ские закономерности, которым подчиняются отказы, а также разрабатывать 

методы количественного измерения (оценки) надежности и инженерные рас
четы ее показателей. В результате формировалась математическая теория 

надежности. Ее возникновение – исходный пункт создания науки о надеж
ности. 

2 Развитие методов сбора и обработки статистических данных о надеж
ности. Обработка статистических материалов в области надежности потребова
ла развития существующих статистических методов и привела к накоплению 

большой статистической информации о надежности. Возникли методы, позво
ляющие рассчитать статистические характеристики надежности и изучать зако

номерности возникновения отказов. Работы в этом направлении послужили ос
новой формирования статистической теории надежности. 

3 Развитие физической теории надежности. Наука о надежности не 

могла и не может развиваться без исследования физико-химических процес
сов. Поэтому большое внимание уделяется изучению физических причин от
казов, влиянию старения и прочности материалов на надежность, разнооб
разных внешних и внутренних воздействий на работоспособность изделий. 

Совокупность работ в области исследования физико-химических процессов, 

обусловливающих надежность изделий, послужила основой физической тео
рии надежности. 

В конкретных областях техники разрабатывались и продолжают разра
батываться прикладные вопросы надежности, вопросы обеспечения надеж
ности данной конкретной техники (полупроводниковые приборы, судовые 

установки, транспортные машины, вычислительная техника, авиация и т.д.). 

При этом решается вопрос о наиболее рациональном использовании общей 

теории надежности в конкретной области техники и ведется разработка таких 

новых положений, методов и приемов, которые отражают специфику данно
го вида техники. Так, возникли прикладные теории надежности, в том числе 

прикладная теория надежности информационных систем. В каждом из пере
численных направлений в свою очередь выделялись самостоятельные разде
лы. Например, в математической теории надежности самостоятельное значе
ние приобрели модели: управления запасами, резервирования, прогнозирова
ния, эффективности с учетом экономических факторов и т.п. 

Отечественные ученые внесли большой вклад в развитие всех перечис
ленных выше направлений теории и практики надежности. В этой области 

работали и продолжают работать большие коллективы крупных ученых и 

специалистов. 

Так, академики А.И. Берг и Н.Г. Бруевич заложили первоосновы работ 

по надежности. Акад. АН УССР Б.В. Гнеденко и его коллеги по МГУ А.Д. 

Соловьев и Ю.К. Беляев опубликовали ряд работ по математическим основам 

теории надежности, член-корр. АН СССР Б.С. Сотсков с группой учеников 

возглавил работы по физической теории надежности. 

Расчёт надёжности – это процедура определения значений показателей 

надежности объекта с использованием методов, основанных на их вычисле
нии по справочным данным о надежности элементов объекта, по данным о 

надежности объектов-аналогов, данным о свойствах материалов и другой 

информации, имеющейся к моменту расчета.  

В заключении отметим, что учебном пособии приведены лишь общие 

сведения по методологии контроля качества, прогназирования и расчетов на
дежности. В настоящее время существует множество других методов прогнози
рования и оптимизации, которые можно найти в специальной литературе.  

 

 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

1 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ 
8 

1.1 Международные стандарты качества ИСО серии 9000  
 
 
8 

1.2 Контроль качества и его методы 
 
 
 
 
 
        14 

2 КРИТЕРИИ НАДЕЖНОСТИ 
 
 
 
 
 
 
        18 

2.1 Критерии и показатели надежности  
 
 
 
 
        18 

2.2 Расчет параметров теоретических законов распределения ресурса,  

проверка адекватности  
 
 
 
 
 
 
 
        20 

2.3 Модели параметрической надежности, безотказности и  

технического состояния машин и оборудования 

лесного комплекса 
 
 
 
 
 
 
 
 
        26 

3 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ 
 
 
 
 
 
        33 

3.1 Общая характеристика машин и оборудования как  

сложных систем  
 
 
 
 
 
 
 
 
        33 

3.2 Расчет надежности систем 
 
 
 
 
 
 
        34 

4 МЕТОДЫ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ  
 
 
 
 
        37 

4.1 Структурные методы расчета надежности  
 
 
 
        37 

4.2 Логико-вероятностный метод  
 
 
 
 
 
        41 

4.3 Метод однократной выборки 
 
 
 
 
 
 
        43 

4.4 Метод Байесса 
 
 
 
 
 
 
 
 
        46 

4.4.1 Основные понятия и определения  
 
 
 
 
       46 

4.4.2 Метод Байеса в определении неисправностей  
 
 
       50 

4.5 Опережающие методы прогнозирования 
 
 
 
 
        57 

4.6 Экспертные методы прогнозирования 
 
 
 
 
        60 

5 ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ КОНТРОЛИРУЕМЫЕ  

В ПРОЦЕССЕ ИСПЫТАНИЙ 
 
 
 
 
 
 
        63 

5.1Общая характеристика показателей 
 
 
 
 
 
        63 

5.2 Контроль показателей технологической точности  
 
 
        64 

5.3 Контроль показателей технологической стабильности  
 
        65 

5.4 Контроль показателей геометрической точности  
 
 
        65 

5.5 Многомерный статистический контроль 
 
 
 
 
        67 

6 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ И  

КАЧЕСТВА МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ 
 
 
 
 
        73 

7 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ОБОРУДОВАНИЯ  

ПРИ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ 
 
 
 
 
 
 
        76 

8 ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ  

АВТОМОБИЛЕЙ 
 
 
 
 
 
 
 
 
        82 

8.1 Определение оптимальных сроков профилактики  
 
 
        83 

8.2 Обоснование требуемого количества запасных частей   
 
        83 

8.3 Определение оптимального состава индивидуальных и  

групповых комплектов запасных частей   
 
 
 
 
        85 

 

 
 

1 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ 

 

1.1 Международные стандарты качества ИСО серии 9000 

 

Требования к надёжность определяются рядом стандартов. Для обеспе
чения высокого уровня надежности техники Российского производства не
достаточно лишь национальных стандартов качества, необходимо, что бы 

техника соответствовала международным стандартам качества. 

Ведущее место в области организационно-методического обеспечения 

сертификации принадлежит международной организации по стандартизации 

(The International Organization on Standardization – ISO).  

Стандарты серии ИСО 9000 – это пакет документов по обеспечению 

качества подготовленный членами международной делегации, известной как 

"ИСО/Технический Комитет 176" (ISO/TC 176). В настоящее время семейст
во (серия) ИСО 9000 включает: 

все международные стандарты с номерами ИСО 9000-9004, в том числе 

все части стандарта ИСО 9000 и стандарта ИСО 9004; 

все международные стандарты с номерами ИСО 10001-10020, в том 

числе все их части; 

ИСО 8402. 

Три стандарта из серии ИСО 9000 (ИСО 9001, ИСО 9002 и ИСО 9003) 

являются основополагающими документами Системы Качества, описываю
щими модели обеспечения качества и представляющими три различные фор
мы функциональных или организационных взаимоотношений в контрактной 

ситуации. 

Стандарты ИСО 9000 и ИСО 9004 не более чем справочники: 

ИСО 9000: "Общее руководство качеством и стандарты по обеспече
нию качества" 

Часть 1: "Руководящие указания по выбору и применению". Это руко
водство было создано для оказания помощи потенциальным пользователям в 

решении вопроса предпочтительности той или иной модели обеспечения ка
чества с учётом специфических договорных взаимоотношений. 

Часть 2: "Общие руководящие указания по применению ИСО 9001, 

ИСО 9002 и ИСО 9003". Данное руководство помогает пользователю прояс
нить трактовку требований стандартов ИСО 9001, ИСО 9002 и ИСО 9003. 

Часть 3: "Руководящие указания по применению ИСО 9001 при разра
ботке, поставке и обслуживании программного обеспечения". Предназначе
на для помощи в трактовке требований стандарта ИСО 9001 поставщикам 

интеллектуальной продукции. 

Часть 4: Руководство по управлению программой надежности". 

ИСО 9004: "Общее руководство качеством и элементы системы каче
ства". Этот документ предоставляет пользователю пакет руководств, с по
мощью которых система качества может быть разработана, осуществлена и 

установлена, т.к. он предоставляет информацию и предложения по осущест
влению Системы Всеобщего Руководства Качеством, которая запускается 

после установки и (возможно) сертификации Системы Качества. 

Часть 1: "Руководящие указания". 

Часть 2: "Руководящие указания по услугам". 

Часть 3: "Руководящие указания по перерабатываемым материалам". 

Часть 4: "Руководящие указания по улучшению качества". 

Часть 5: "Руководящие указания по программе качества". 

Часть 6: "Руководство качеством при управлении проектированием" 

(проект стандарта). 

Часть 7: "Руководящие указания по управлению конфигурацией" (про
ект стандарта). 

Из вышесказанного следует, что ни ИСО 9000, ни ИСО 9004 не явля
ются моделями Обеспечения Качества и не должны рассматриваться как обя
зательные требования. Таким образом, бессмысленно говорить о сертифика
ции или регистрации по ИСО 9000 или ИСО 9004. Могут быть получены 

только сертификаты на соответствие ИСО 9001, 9002 или 9003.