Надежность и диагностика технологического оборудования

В. Э. ЗАВИСТОВСКИЙ

НАДЕЖНОСТЬ И ДИАГНОСТИКА 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для учащихся учреждений образования, 
реализующих образовательные программы среднего специального
образования по специальности «Технологическое  
оборудование машиностроительного производства»

Минск
РИПО
2019

УДК 67.05(075.32)
ББК 30.605я723
       З-13
А в т о р: 
доцент кафедры автомобильного транспорта  
УО «Полоцкий государственный университет»,  
кандидат технических наук, доцент В. Э. Завистовский.

Р е ц е н з е н т ы:
цикловая комиссия специальных учебных предметов  
(дисциплин) филиала «Колледж современных технологий  
в машиностроении и автосервисе» УО «Республиканский  
институт профессионального образования» (М. Б. Бондарев);
начальник научно-технического центра «Технологии  
машиностроения и технологическое оборудование»  
ГНУ «Объединенный институт машиностроения НАН  
Беларуси», доктор технических наук, доцент В. Л. Басинюк.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой 
ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь.

З-13
Завистовский, В. Э.
Надежность и диагностика технологического оборудования : 
учеб. пособие / В. Э. Завистовский. – Минск : РИПО, 2019. – 
257 с. : ил.
ISBN 978-985-503-852-9.

В учебном пособии рассмотрены основные положения теории надежности, раскрыта взаимосвязь надежности с безотказностью, работоспособностью, долговечностью технологического оборудования. Рассмотрены источники и причины изменения начальных параметров станков, 
методы и средства диагностирования. Приведены сведения о видах технического обслуживания и ремонта технологического оборудования.
Учебное пособие предназначено для учащихся учреждений среднего 
специального образования машиностроительного профиля. Может быть 
полезным для студентов технических специальностей.

 
 УДК 67.05(075.32)
 
 ББК 30.605я723

ISBN 978-985-503-852-9 
© Завистовский В. Э., 2019
© Оформление. Республиканский институт
профессионального образования, 2019

ВВЕДЕНИЕ

Технологическое оборудование (металлорежущие станки, 
прессы, литейные и сварочные машины, агрегаты для термообработки, прокатные станы и др.) – основная, наиболее дорогая 
часть технологической системы, от работоспо собности которой 
зависит эффективность всего процесса производства продукции. 
Обеспечение надежности технологического оборудования является главным фактором готовности техники и персонала к выполнению поставленных производственных задач, отвечающих 
требованиям как высокой производительности промышленного 
оборудования, так и увеличения уровня номенклатуры выпускаемых изделий на основе оптимальной организации системы технического обслуживания и ремонта.
Надежность относится к числу основных показателей качества 
технологического оборудования, она проявляется во времени и 
отражает изменения, происходящие в процессе его эксплуатации. 
Достижение высокого уровня надежности требует проведения сопутствующего диагностирования и прогнозирования технического состояния оборудования. 
Диагностика состояния и прогнозирование работоспособности машин, оборудования, конструкций и сооружений, являясь 
одной из составляющих общей проблемы надежности, связана 
с решением таких задач, как предотвращение аварий, оптимизация производственных и ремонтных технологий, обоснование 
необходимости проведения поддерживающих работоспособность 
профилактических мероприятий, обеспечение экологически чистых и безопасных условий труда рабочих. 
Машиностроительный комплекс включает машиностроение 
и металлообработку. В этом комплексе создаются различные 
машины и оборудование. Машиностроение и металлообработка 

Введение

играют исключительно важную роль в экономике страны. Основные задачи машиностроения – обеспечение орудиями труда 
всех отраслей хозяйства и удовлетворение потребностей населения в разнообразных приборах и аппаратах бытового назначения.
Особенность современного машиностроения – исключительно высокая экспортность его продукции. Вместе с тем следует отметить, что современный уровень этой отрасли, ее научнотехническая и производственная база не отвечают возрастающим 
требованиям экономического и социального развития страны. Совершенствование современного станочного оборудования име- 
ет своей целью сокращение трудозатрат и экономию времени, 
что благоприятно сказывается на конечной себестоимости выпускаемой продукции. Трудно переоценить также роль фактора 
повышения надежности станочной техники за счет ее оснащения 
новейшими измерительными и контролирующими устройствами, встроенными системами диагностирования. Создание гибких станочных модулей невозможно и без широкого применения 
роботов-манипуляторов, осуществляющих вспомогательные операции по установке заготовок и снятию готовых изделий, смене 
режущего инструмента, очистке рабочей зоны станка от стружки и т. д. Особенно эффективным является применение объединенных в гибкие производственные системы функциональных 
комплексов, в состав которых интегрированы действующие по 
управляемой компьютером единой программе станки, роботыманипуляторы и средства контроля. Такая интеграция обусловливает возможность стремительного наращивания темпов крупносерийного многономенклатурного производства, увеличения 
его производительности при минимальных затратах и оперативного перехода к изготовлению новых, более совершенных образцов выпускаемых изделий.
Металлорежущий станок – это станок для высокоточной 
(прецизионной) обработки деталей. Cовременный металлорежущий станок можно рассматривать как некую систему из трех составляющих: измерительной, вычислительной, исполнительной. 
Ни одна из них не совершенна, каждая вносит погрешности в 
точность изготовления. 
Точность измерительной части зависит от показаний применяемых датчиков. Точность измерения повышается с применением более совершенных датчиков – измерительных устройств, 

Введение

сегодня подобные устройства способны отслеживать размеры до 
нескольких нанометров.
Прецизионные станки с ЧПУ содержат вычислительные процессоры с высоким быстродействием, решающие многие задачи 
с заданной точностью. В режиме реального времени просчитываются огромные массивы данных с любой разрядностью чисел. 
Благодаря достижениям электроники вычислительная система 
обладает наибольшей точностью. 
Исполнительная точность непосредственно зависит от узлов 
и агрегатов станка. Чем выше будут параметры составляющих 
оборудования, тем меньшая сложится окончательная погрешность. Прецизионное оборудование обеспечивает обработку деталей идеальной геометрической формы, особо точным пространственным расположением осей вращения. Станки позволяют 
получить шероховатость поверхности до одиннадцатого класса 
чистоты. Параметры изготовления при определенных условиях 
достигают значений, характерных для первого класса чистоты.
Для достижения таких показателей необходимо применение 
станочных узлов и агрегатов, изготовленных по соответствующим стандартам, имеющих минимальные погрешности при их 
производстве. Особое значение придается используемым подшипникам. На прецизионных станках по металлу используются 
гидродинамические и аэростатические подшипники высокого 
класса изготовления. При работе металлообрабатывающего оборудования происходит большое выделение тепла, воздействующего как на узлы станка, так и на заготовки. При этом и те 
и другие испытывают механические деформации, приводящие 
к снижению точности изготовления. В высокоточных станках 
реализована функция активного отвода тепла, препятствующая 
геометрическим отклонениям элементов станка и деталей. Понижение уровня нежелательных вибраций также способствует 
точности изготовления. Двигатели, редукторы содержат подвижные части, имеющие люфты, поверхности скольжения со временем претерпевают износ – все это непосредственно влияет на 
качество обработки. Такое понятие, как точность позиционирования системы «станок – деталь», напрямую зависит от исполнительной точности. Стоимость оборудования значительно выше 
по сравнению с обычными станками. Это является следствием 
применения новейших наукоемких технологий при изготовлении 

Введение

станков. В качестве примеров можно привести: использование 
аэростатических направляющих, где суппорт с рабочим инструментом скользит на расстоянии в несколько микрон от поверхности, т. е. фактически находится в «воздухе»; электрошпиндели, 
совмещающие в своей конструкции электрический асинхронный 
двигатель, патрон для зажима инструмента, а также высокоточные подшипниковые узлы; Coil-моторы, состоящие из подвижной обмотки в виде группы катушек, залитых теплопроводящей 
смолой (якоря), и магнитной дороги в виде наклеенных на стальную пластину магнитов (статора), в которых усилие передается 
непосредственно через воздушный зазор, т. е. отсутствует механическая передача, что обеспечивает высокие точностные параметры мотора, и др.
Целью изучения учебной дисциплины «Надежность и диагностика технологического оборудования» является получение 
первичных знаний для обеспечения должного уровня надежности технологического оборудования в процессе его эксплуатации. Представленное учебное пособие не претендует на полноту рассмотрения всех явлений и процессов, которые могут быть 
связаны с возникновением неисправностей и отказов технологического оборудования, и является по существу введением в 
прикладную теорию надежности. Не вдаваясь в глубину данной 
проблемы и не рассматривая сложный математический аппарат, 
который необходим для решения задач надежности и диагностики, автор стремился раскрыть качественную структуру важнейших положений надежности и диагностики технологического 
оборудования. 

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ МАШИН

1.1. Общие сведения о надежности

Надежность есть свой ство объекта сохранять во времени в 
установленных пределах значения всех пара метров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных 
режимах и условиях применения, технического обслуживания, 
транспортирова ния. 
Надежность является одной из важнейших характеристик, 
учитываемых на этапах разработки, проектирования и эксплуатации самых различных технических систем. При изучении вопросов надежности рассматривают самые разнообразные объекты: изделия, сооружения и др. Надежность изделия зависит от 
надежности его элементов, и чем выше их надежность, тем выше 
надежность всего изделия.
Теория надежности опирается на совокупность различных 
понятий, определений, терминов и показателей, которые строго 
регламентируются в государственных стандартах (ГОСТ). 
1.1.1. Надежность технологического оборудования
Проблема обеспечения надежности оборудования комплексная. Каждый из этапов создания станков и условия их эксплуатации оказывают на решение этой проблемы определенное влияние. 
Надежность станков закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и реализуется при эксплуатации.
Надежность является комплексным свойством, которое характеризуется без отказностью, долговечностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью или определенным сочетанием этих 
свойств (рис. 1.1).

Раздел 1. Основы надежности машин

Рис. 1.1. Структурная схема надежности

Надежность станка – это способность выпускать годную 
продукцию с заданной производительностью в течение определенного срока службы при соответствующих условиях работы и 
технического обслуживания. Степень надежности характеризуется так называемым коэффициентом надежности и определяется 
статистическим путем как отношение фактического времени работы станка к запланированному:


 
пр

рп

1
,
n
Т

Т

где Тпр – время простоя станка вследствие неисправностей; Трп – 
время рабочего периода. 
Значение коэффициента надежности колеблется в пределах 
0,80...…0,98.
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого срока или некоторой наработки.
Оборудование должно быть безотказным. Отказ оборудования может привести к аварии. По окончании приработки наступает период нормальной эксплуатации, который составляет 
несколько тысяч часов. Для оценки безотказности чаще всего 
служит наработка на отказ. 

НАДЕЖНОСТЬ

Безотказность

Наработка

суточная
месячная
на отказ

Интенсивность 
отказов

Ресурс

Среднее время 
сохранения 
работоспособного 
состояния

Вероятность
сохранения
работоспособного 
состояния

Вероятность
безотказной 
работы

Долговечность
Ремонтопригодность
Сохраняемость

1.1. Общие сведения о надежности

Безотказность станка – это способность не иметь отказов 
в течение требуемого периода эксплуатации в заданных условиях. Нарушение работоспособности (отказ) станка приводит 
к прекращению выпуска продукции, а если станок продолжит 
работать, то изготовленная продукция является бракованной.
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступле ния предельного состояния при установленной системе технического обслужива ния и ремонта. 
Основными факторами, лимитирующими долговечность, а 
следовательно, и надежность оборудования, являются поломки деталей, износ трущихся поверхностей, повреждения поверхностей в результате коррозии, действие контактных напряжений и наклеп, пластические деформации деталей, вызываемые местным или общим переходом напряжений за предел 
текучести или (при повышенных температурах) за предел ползучести.
Долговечность станка – это свойство сохранять работоспособность до выхода параметров станка за границы допустимых норм (наступление предельного состояния) при условии проведения установленного технического обслуживания 
и ремонта. Долговечность зависит главным образом от изнашивания подвижных соединений, усталости и старения материала элементов станка. Долговечность можно также определить как вероятную продолжительность работы оборудования 
на заданном режиме, при котором возможный выход оборудования из строя не превышает условного предела. Фактическая долговечность оборудования в зависимости от условий 
работы может отличаться от расчетной. Она снижается при 
систематической перегрузке оборудования и повышается при 
облегченных условиях работы. Влияние условий работы на 
долговечность учитывают с помощью коэффициента режима 
работы.
Ремонтопригодность – это свойство объекта, заключающееся 
в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин 
возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Ремонтопригодность входит в понятие надежности. Однако высокая надежность машины не всегда означает высокую 
ремонто пригодность.

Раздел 1. Основы надежности машин

Ремонтопригодность 
характеризуется 
контролепригодностью, ремонтодоступностью и ремонтоспособностью. Контролепригодность определяется возможностью удобного контроля состояния узлов и деталей, ремонтодоступность – доступностью и 
легкосъемностью узлов и деталей, ремонтоспособность – способностью машины к замене деталей и способностью деталей к восстановлению. Основной показатель ремонтопригодности – среднее время восстановления (вынужденного простоя), необходимое 
для обнаружения и устранения отказа.
Восстановление работоспособности оборудования начинается после отказа одного или нескольких элементов, например 
поломки инструмента. Длительность восстановления работоспособности оборудования включает в себя его простои. При этом 
необходимо учитывать занятость обслуживающего персонала. 
Чем меньше средняя длительность восстановления станка, тем 
выше его ремонтопригодность, т. е. приспособленность к предупреждению, обнаружению как причин возникновения отказов, 
так и их последствий путем проведения технического обслуживания и ремонта.
Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных 
пределах значения параметров, характеризующих способность 
объекта выполнять требуемые функции, в течение эксплуатации, 
после хранения (или транспортирования). Одна из составляющих 
сохраняемости проявляется во время хранения и транспортировки, а другая – во время применения объекта после его хранения 
и транспортировки.
1.1.2. Показатели надежности
Каждое из перечисленных свойств надежности характеризуется набором показателей. Безотказность описывается следующими показателями: вероятность безотказной работы, наработка 
до отказа, гамма-процентная наработка до отказа, интенсивность 
отказов, средняя наработка на отказ, параметр потока отказов. 
Для режимов хранения и транспортировки могут также использоваться термины «вероятность безотказного хранения» или «вероятность безотказной транспортировки».
Вероятность безотказной работы P(t) – это вероятность того, что 
в пределах заданной наработки отказ изделия не возникает. Функция P(t) является непрерывной монотонно убывающей функцией 
времени, обладающей следующими очевидными свойствами: