Основы теории надежности технических систем (Автомобильный транспорт)

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 

«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 

 
 

Серия «Учебники ТГАСУ» 

 
 

В.Д. Исаенко, П.В. Исаенко, А.В. Исаенко 

 
 

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ  
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 

(Автомобильный транспорт) 

 
 

Рекомендовано Учебно-методическим советом ТГАСУ  
в качестве учебного пособия  
для подготовки бакалавров по направлению 23.03.03  
«Эксплуатация транспортно-технологических машин 
и комплексов» направленности 23.03.03.01  
«Автомобильное хозяйство и автомобильный сервис» 
 

 
 
 
 

Томск 

Издательство ТГАСУ 

2018 

УДК 621.01-192:629.113.004.58 (075) 
ББК 39.38я7 

 

Серия «Учебники ТГАСУ» основана в 2013 году 

 

Исаенко, В.Д. Основы теории надежности технических 
систем (Автомобильный транспорт) [Текст] : учебное пособие / 
В.Д. Исаенко, П.В. Исаенко, А.В. Исаенко. – Томск : Изд-во 
Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2018. – 208 с. 

ISBN 978-5-93057-864-5 
 
В настоящем пособии рассмотрены закономерности и причины изменения технического состояния автотранспортных средств в процессе эксплуатации. Изложены теоретические и практические основы оценки надежности 
агрегатов автотранспортных средств по стандартным параметрам с учетом 
закономерностей распределения случайных величин и международных стандартов качества ИСО серии 9000. 

Рассмотрены вопросы оценки надежности отдельных узлов и систем 
автотранспортных средств и некоторых эпизодов эксплуатации и ремонтновосстановительного производства. 

Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению 
подготовки бакалавров 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических 
машин и комплексов» направленности 23.03.03.01 «Автомобильное хозяйство 
и автомобильный сервис» при изучении дисциплины Б1. Б.23 «Основы теории 
надежности». 

УДК 621.01-192:629.113.004.58 (075)
ББК 39.38я7

 
Рецензенты: 
А.Д. Соболев, начальник Управления государственного автодорожного надзора по Томской области Федеральной службы 
по надзору в сфере транспорта – главный государственный инспектор госавтодорнадзора по Томской области, государственный советник РФ 2 класса; 
Ю.А. Власов, докт. техн. наук, профессор, декан механикотехнологического факультета ТГАСУ. 

 

ISBN 978-5-93057-864-5
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2018

© Исаенко В.Д., Исаенко П.В.,

Исаенко А.В., 2018

 

И85

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение............................................................................................ 7 

1. Общие положения теории надежности 
автотранспортных средств ........................................................... 8 

1.1. Общие понятия ....................................................................... 8 
1.2. Термины и определения ...................................................... 13 

2. Причины снижения надежности автотранспортных 
средств ............................................................................................. 18 

2.1. Общие сведения ................................................................... 18 
2.2. Влияние условий эксплуатации на надежность ................ 25 

3. Общие сведения о статистической информации ................ 35 

3.1. Случайная величина и ее характеристики ......................... 35 
3.2. Система сбора и подготовка информации к оценке 
надежности .................................................................................. 40 
3.3. Обработка первичной информации ................................... 46 

3.3.1. Построение и группировка вариационного ряда .... 46 
3.3.2. Критерии согласия. Проверка гипотезы 
о соответствии эмпирических и теоретических 
законов распределений ........................................................ 47 

4. Некоторые законы распределения случайной 
величины ........................................................................................ 50 

5. Закономерность распределения непрерывных 
случайных величин (закономерность II вида) ........................ 58 

6. Производственные функции в оценке надежности ........... 64 

6.1. Математические формы связи ............................................ 64 
6.2. Виды производственных функций ..................................... 66 
6.3. Закономерности изменения технического состояния 
автотранспортных средств ......................................................... 70 

6.3.1. Закономерность I вида ............................................... 71 
6.3.2. Закономерность III вида ............................................ 75 

7. Надежность и ее свойства ....................................................... 77 

7.1. Надежность – показатель качества изделий ...................... 77 
7.2. Свойства и показатели надежности .................................... 79 
7.3. Комплексные показатели надежности ............................... 86 

8. Оценка надежности сборочных единиц 
автотранспортных средств ......................................................... 88 

8.1. Показатели надежности для неремонтируемых 
изделий ......................................................................................... 88 
8.2. Показатели надежности для ремонтируемых изделий ..... 90 

9. Понятие надежности технологического процесса 
изготовления и ремонта автотранспортных средств ............ 95 

9.1. Процесс изготовления автотракторной техники .............. 95 
9.2. Технологичность деталей – основа 
эксплуатационной надежности .................................................. 97 
9.3. Эксплуатационная технологичность ................................ 100 

10. Порядок расчета вероятностной оценки надежности 
технических систем по уровню безотказности ...................... 105 

10.1. Нормирование показателей надежности ....................... 105 
10.2. Надежность систем в период нормальной 
эксплуатации ............................................................................. 106 
10.3. Надежность систем при механическом 
изнашивании .............................................................................. 109 
10.4. Надежность подшипников .............................................. 110 
10.5. Надежность резьбовых соединений ............................... 111 

11. Испытания на надежность .................................................. 115 

11.1. Виды испытаний на надежность .................................... 115 
11.2. Объекты испытания на надежность ............................... 116 
11.3. Характеристики, оцениваемые при испытаниях  
на надежность ............................................................................ 117 
11.4. Причины отказа изделия, возникающего раньше 
установленного ресурса ........................................................... 118 
11.5. Периоды эксплуатации машин ....................................... 120 

12. Повышение надежности машин ........................................ 121 

12.1. Методы и средства повышения надежности ................. 121 
12.2. Пути повышения надежности автомобилей .................. 124 
12.3. Направления дальнейших исследований в области 
надежности ................................................................................ 127 

13. Управление надежностью автотранспортных 
средств ........................................................................................... 135 

13.1. Основы прогнозирования работоспособности 
машин и оборудования ............................................................. 135 

13.1.1. Общие положения .................................................. 135 
13.1.2. Основные задачи и этапы прогнозирования 
надежности машин ............................................................. 139 
13.1.3. Технологические принципы разработки 
математической модели прогнозирования 
остаточного ресурса ........................................................... 142 

13.2. Международные стандарты качества ISO 9000 ............ 145 
13.3. Классификация статистических методов контроля 
качества изделий ....................................................................... 150 

13.3.1. Метод расслоения данных ..................................... 149 
13.3.2. Диаграмма Парето .................................................. 152 
13.3.3. Причинно-следственная диаграмма ..................... 153 
13.3.4. Гистограмма ............................................................ 155 
13.3.5. Диаграмма разброса ............................................... 161 
13.3.6. Контрольный листок .............................................. 161 
13.3.7. Контрольная карта .................................................. 163 

13.4. Контрольные карты Шухарта в системе управления 
качеством ................................................................................... 165 

13.4.1. Общие сведения ...................................................... 165 
13.4.2. Основы контрольных карт ..................................... 167 
13.4.3. Принципы построения карты ................................ 170 

Контрольные вопросы и задания ............................................ 172 

14. Примеры решения практических задач по 
надежности технических систем .............................................. 174 

Заключение .................................................................................. 200 

Список рекомендуемой литературы ....................................... 201 

Приложение 1. Значение критерия χ2 Пирсона 
в зависимости от вероятности безотказной работы 
и степени свободы ........................................................................ 204 

Приложение 2. Нормированная функция нормального 
распределения............ ................................................................... 205 

Приложение 3. Распределение Стьюдента ............................... 206 

Приложение 4. Схема контрольных карт Шухарта ................. 207 
 

ВВЕДЕНИЕ 

С развитием авиационной, космической и автотранспорт
ной техники, а также радиотехники, автоматики и телемеханики 
надежность узлов и деталей изделий стала проблемой № 1, 
главная задача которой – дать верную оценку их надежности как 
при проектировании и изготовлении, так и в эксплуатации. 

Автотранспортное средство (АТС) как машина представ
ляет собой сложную техническую систему, которая в результате 
еѐ использования стремится перейти из работоспособного состояния в неработоспособное. С ростом наработки изменение 
технического состояния АТС характеризуется энтропией (беспорядочностью), подчиняясь случайным процессам. Для снижения энтропии необходимо замедлить процесс самопроизвольного ухудшения технического состояния агрегатов АТС на всех 
этапах их жизненного цикла. Для этого необходимо уметь 
предотвращать отказы деталей и механизмов, прогнозируя их 
ресурс, т. е. управлять надежностью. 

Для повышения надежности АТС с учетом особенностей 

работы их сборочных единиц в конкретных условиях первостепенное значение имеет повышение износостойкости деталей. 
Поэтому важной проблемой является организация использования эффективных методов упрочнения поверхностных слоев деталей, обеспечивающих одно из направлений управления надежностью АТС. Для этих целей наряду с общеизвестными способами поверхностного упрочнения необходимо шире применять 
современные технологии порошковой металлургии, СВС-технологии и высокопрочные синтетические материалы. 

Основным требованием в технологии производства сбо
рочных единиц АТС является гарантия отсутствия нарушения 
и случайных отклонений технических условий от заложенных 
в конструкторско-технологической документации, возможность 
автоматического 
управления 
технологическим 
процессом, 

включающим точность и качество обработки. 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ  

АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 

1.1. Общие понятия 

Современное развитие автотранспортного комплекса ха
рактеризуется созданием и эксплуатацией достаточно сложных 
машин и технологического оборудования (объединенных в одно 
понятие – объекты), требующих постоянного контроля над их 
надежностью. 

Надежность – свойство объекта сохранять во времени 

в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. 

Теория надежности – это наука о методах обеспечения 

и сохранения надежности при проектировании, изготовлении 
и эксплуатации изделий. 

На этапе проектирования машины ее надежность рассчи
тывается путем теоретических предпосылок, учитывающих конструктивные особенности узлов и механизмов, свойства и состояния материалов и деталей, способных с определенной долей 
вероятности выполнять заданные функции в различных условиях эксплуатации. На этом этапе надежность закладывается конструктором. 

Надежность машины обеспечивается на этапе ее изготов
ления. Она зависит от качества изготовленных деталей, методов 
контроля выпускаемой продукции, возможностей управления 
ходом технологического процесса, от качества сборки машины 
и ее узлов, методов испытания готовой продукции и других показателей технологического процесса. Ответственность за качество машин здесь лежит на технологах и производственниках. 

При эксплуатации машины реализуется ее надежность. По
казатели безотказности и долговечности проявляются только 

в процессе использования машины и зависят от методов и условий 
эксплуатации машины, принятой системы ее ремонта, методов 
технического обслуживания, режимов работы и других эксплуатационных факторов. И за всем этим должен следить сам потребитель на основании приобретенных теоретических знаний и опыта. 

Теория надежности технических систем находится на сты
ке нескольких наук: теории вероятностей и математической статистики, теории трения и изнашивания, теории эксперимента 
и др. Основной задачей теории надежности является изучение 
закономерностей возникновения отказов и неисправностей объекта и на базе результатов исследований – разработка мероприятий, направленных на обеспечение выполнения объектом заданных функций с наименьшими затратами. 

Надежность машины зависит от множества факторов, ха
рактеризующих качество ее проектирования, изготовления, организацию технической эксплуатации, а также условия эксплуатации. Поэтому надежность машин даже одной и той же модели различна. 

Обеспечение надежности машины является сложной про
блемой, для решения которой необходимо проведение комплекса конструкторских, технологических и организационных мероприятий на всех стадиях ее существования. 

Конструирование машины, обоснование технологии изго
товления и сборки ее основных элементов, разработку и оптимизацию управляющих воздействий, направленных на поддержание заложенной в нее надежности в реальных условиях эксплуатации, следует проводить, учитывая техническое состояние 
основных сборочных единиц и закономерности его изменения 
в процессе работы машины. 

Характеристики надежности машин, их деталей, узлов 

и агрегатов имеют вероятностный характер. Поэтому ее можно 
характеризовать только путем обработки большого числа данных, 
полученных при их эксплуатации или испытаниях, с помощью 
методов теории вероятностей и математической статистики. 

Как известно из теории вероятностей, явления, которые при 

неоднократном воспроизведении одного и того же опыта протекают каждый раз несколько по-иному, называются случайными. 

Отказы деталей машин, происходящие во время испытаний 

или при их эксплуатации, относят к случайным, поскольку возникновение их в каждом отдельном случае предсказать невозможно. 

Вероятность (появление) события принято выражать по
ложительным числом (от нуля до единицы). 

Качество промышленной продукции вообще и машин в част
ности оценивается с помощью различных показателей: назначения 
надежности, технологичности, эргономичности, стандартизации 
и унификации, патентно-правовых. Надежность является одним из 
основных свойств и во многом определяет качество изделий. 

Из всего многообразия показателей, характеризующих 

технический уровень машин, показатели надежности в наибольшей мере поддаются управлению в сфере проектирования, производства и эксплуатации. 

Показатели надежности оцениваются теоретическими 

уравнениями или статистическими методами, приемлемыми для 
практических целей. 

Поскольку все нормативы для машин устанавливаются на 

километры пробега или часы работы, характеристику их надежности принято рассматривать как функцию наработки. 

Условия эксплуатации технических систем, особенно авто
транспортных средств, настолько сложны и неоднозначны, что 
угадать степень их влияния на отказы даже в реальном режиме 
времени практически невозможно без построения математических моделей. 

Недостаточная надежность машин сказывается на умень
шении их производительности из-за простоев в ремонте, на величине материальных и трудовых затрат на их содержание, на 
росте капитальных вложений в производственные фонды ремонтного производства и промышленность, занятую выпуском 
запасных частей.