Учебное пособие Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям

 
 
 

---

7
 
 
 
 
 
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
НАДЕЖНОСТИ МАШИН
1.1 . Общие понятия науки о надежности 
Наука о надёжности изучает закономерности изменения показателей 
качества машин и на основании этого разрабатывает методы, обеспечи-
вающие необходимый ресурс и безотказность их работы. 
Особенностью проблемы надёжности является её связь со всеми эта-
пами проектирования, изготовления и эксплуатации машины, начиная с 
момента, когда формируется и обосновывается идея её создания и закан-
чивается принятием решения о списании. 
Надёжность машины закладывается при проектировании и расчёте. 
На этом этапе она зависит от конструкции машины (агрегата, узла, меха-
низма), методов защиты от различных вредных воздействий, системы 
смазки, приспособленности к выполнению операций ТО и ремонта и дру-
гих особенностей конструирования. 
При производстве (изготовлении) машины показатели надёжности, 
заданные при конструировании, обеспечиваются. На этом этапе она зави-
сит от качества изготовления деталей, методов контроля выпускаемой 
продукции, возможности управления технологическими процессами про-
изводства, качества сборки, методов испытаний готовой продукции и дру-
гих элементов процесса изготовления. 
При эксплуатации машины заложенная на этапах проектирования и 
производства надёжность реализуется. Такие свойства, как безотказность, 
долговечность и ремонтопригодность проявляются только в процессе экс-
плуатации машины и зависят от принятой системы ТО и ремонта, условий 
и режимов работы и других эксплуатационных факторов. 
Таким образом, проблема надёжности является комплексной про-
блемой, так как вторгается в сферы конструирования, производства и экс-
плуатации машин. Поэтому для решения задач обеспечения надежности 
привлекаются различные отрасли знаний. 

---

8 
Специфическими особенностями науки о надёжности являются: 
– исследование выходных параметров машины во времени (или по 
наработке) в процессе её эксплуатации; 
– прогнозирование технического состояния объекта с точки зрения 
сохранения значений выходных параметров (показателей качества). 
Изменения показателей качества машины в процессе эксплуатации 
могут быть как абсолютными, так и относительными. 
Абсолютное изменение показателей качества связано с различными 
физическими процессами, действующими на машину и ухудшающими 
свойства и состояние материалов, из которых она изготовлена (физическое 
старение). 
Относительное изменение показателей качества машин связано с 
появлением новых, более совершенных, машин, характеристики которых 
превосходят существующие, хотя в абсолютных значениях они могут и не 
измениться (моральный износ). 
Наука о надёжности изучает изменение показателей качества машин 
под влиянием тех факторов, которые приводят только к абсолютным изме-
нениям её свойств. Она базируется на двух отраслях знаний: математиче-
ских методах теории надёжности и физике отказов. 
В связи с тем, что процессы, вызывающие отказы, подчиняясь опре-
деленным физическим закономерностям, имеют стохастическую (вероят-
ностную) природу, их взаимосвязь с изменением выходных параметров 
машины довольно сложная. Поэтому математические методы надёжно-
сти основываются на теории вероятностей и математической статистике, а 
также смежных с ними дисциплин. 
Второй теоретической основой науки о надёжности являются ре-
зультаты исследования естественных наук, изучающих физико-химические 
процессы разрушения, старения и изменения свойств материалов, из кото-
рых изготовлены машины, или которые необходимы для их функциониро-
вания (топлива, смазки и другие материалы). Сюда относятся отрасли зна-
ний, изучающие процессы механического разрушения материалов (сопро-
тивление материалов), изменения в материалах и поверхностных слоях де-
талей (физико-химическая механика, триботехника), химические процессы 
(коррозия), старение и др. Результаты этих наук в теории надёжности скон-
центрированы в области, которая носит название «физика отказов». 
Физика отказов изучает необратимые процессы, приводящие к по-
тере материалом начальных свойств при эксплуатации изделий. Изучение 

---

9
этих процессов во времени является базой для решения основных задач 
надёжности. 
Современный уровень развития техники позволяет достичь практи-
чески любых показателей качества и надёжности машины. Однако затраты 
на достижение этой цели могут быть столь высоки, что эффект от повыше-
ния уровня надёжности не возместит их, и суммарный результат от прове-
денных мероприятий будет отрицательным. В связи с этим оценка достиг-
нутого уровня надёжности и необходимость его повышения должна ре-
шаться в первую очередь с позиций экономики, так как экономика являет-
ся основным критерием для решения большинства практических вопросов 
надёжности. 
Сравнение различных вариантов достижения требуемого уровня на-
дёжности должно исходить из условия получения наибольшего суммарно-
го экономического эффекта с учетом затрат в сферах производства и экс-
плуатации машин и того положительного эффекта, который дает использо-
вание машины по назначению. 
В общем случае изменение во времени суммарного экономического 
эффекта при эксплуатации машины происходит под влиянием двух основ-
ных факторов (рис. 1.1). С одной стороны, необходимо учитывать затраты 
на изготовление новой машины С
и
, включая её проектирование, изготов-
ление, испытание, отладку, транспортировку и другое, а также затраты на 
эксплуатацию С
э
(t), включая ТО, ремонт, хранение, т.е. всё то, что связано 
с поддержанием и восстановлением работоспособности машины. При этом
С
и 
+ С
э
(t) являются отрицательными в балансе эффективности.
С другой стороны, работа машины дает положительный экономиче-
ский эффект С
р
(t)
, т.е. прибыль.
Изменение С
э
(t) в функции времени имеет тенденцию к возрастанию, 
так как износ и старение элементов машины приводят к необходимости 
вкладывания всё больших средств.
Изменение С
р
(t), наоборот, имеет тенденцию к уменьшению интен-
сивности роста, так как более частые простои машины в ремонте и техни-
ческом обслуживании снижают её производительность. Поэтому кривая 
суммарной эффективности С
Σ
(t) = С
и 
+ С
э
(t) + С
р
(t) имеет максимум и два 
раза пересекает ось абсцисс t.
Период t = Т
ок
, когда машина возвратила затраты, которые в неё бы-
ли вложены, называется сроком окупаемости. С этого момента машина 
начинает приносить прибыль. Однако прирост получаемого эффекта по-

---

10
степенно снижается из-за возрастания эксплуатационных затрат до t = Т
пр
, 
когда снова С
и
+ С
э
(t) = С
р
(t). При t > Т
пр
затраты на эксплуатацию превы-
шают тот экономический эффект, который может обеспечить машина. 
Рис. 1.1. Изменение экономической эффективности машины во времени
Длительность экономически целесообразной эксплуатации машины 
Т
э
находится в диапазоне между Т
max
и предельным сроком её службы Т
пр
, 
т.е. Т
max
< Т
э
< Т
пр
. 
Выбор варианта с позиции надёжности должен исходить из сравне-
ния затрат на изготовление, эксплуатацию и экономического эффекта, по-
лученного при работе машины. Например, при более высокой первона-
чальной стоимости машины С
и
´ экономический эффект от её работы С
Σ
´(t) 
выше за счет улучшения показателей надёжности.