Современные предприятия всех отраслей промышленности оснащены разнообразным дорогостоящим оборудованием: станками с ЧПУ, роботизированными комплексами, автоматизированными транспортными средствами. В процессе промышленной эксплуатации детали и механизмы теряют свои рабочие качества, изнашиваются, ломаются, разрушаются. В результате снижается точность обработки, производительность оборудования, экономическая эффективность бизнеса. Проблема комплексного поддержания работоспособности остается в числе ключевых задач, которые необходимо решать фактически в ежедневном режиме.

 

 

Решения и подходы к поддержанию работоспособности технологического оборудования и минимизации рисков по возникновению функциональных отказов подробно обсуждались на сессии «Современная организация технического обслуживания и ремонта на машиностроительном предприятии. Техническая диагностика оборудования как инструмент предиктивного обслуживания по состоянию» конференции «Эффективное производство 4.0», проходившей в рамках выставки «Металлообработка-2025». Специалисты различных компаний собрались для того, чтобы обменяться полезным опытом, послушать практические примеры внедрения инструментов обслуживания.

 

 

Открывая обсуждение, ведущий сессии Максим Кандлин, директор по развитию ООО «Шпиндель-­Сервис», обратился к собравшимся с темой влияния правильного технического обслуживания шпиндельного узла на срок его службы.
Шпиндель является одним из самых нагруженных элементов станка. Производители регламентируют ресурс детали в 20 тысяч моточасов, но гарантия даётся только на две тысячи. С учётом того, что стоимость ремонта шпинделя может достигать 7–8 миллионов руб­лей, а для некоторых моделей станков и значительно больше, вопрос о поддержании надёжности шпинделя выходит на первый план.

Часто поломка происходит из-за ошибок при эксплуатации и незнания норм и правил технического обслуживания, результатом чего являются загрязнения, паразитные вибрации, разрушение подшипников.
Рабочий ресурс шпинделя реально существенно продлить. Практика показывает, что в ремонт часто направляются шпиндели с маленькой наработкой, но с неправильным вводом в эксплуатацию, что влечёт за собой большие затраты, поскольку ремонт сопряжён не только со стоимостью самих ремонтных работ, но и с простоем станка. В качестве простейшего примера можно рассмотреть самые скромные расчёты, когда ремонт выполняется за месяц, а убыток от простоя станка в день составляет 50 тысяч руб­лей, в итоге получается, что предприятие недополучит выручку на полтора миллиона руб­лей.

Существует несколько видов технического обслуживания. В первую очередь, реактивное обслуживание, когда механизм сломался и начинается ремонт. В этом случае процесс восстановления является непредсказуемым, поскольку элементы изнашивают друг друга, например, инструментальная оправка «убивает» инструментальный конус шпинделя. Недостаточно хорошо отфильтрованная смазочно-­охлаждающая жидкость (СОЖ) существенно уменьшает ресурс ротационного соединения.
Планово-­предупредительное техническое обслуживание более эффективно, но дорого, замена компонентов по регламенту не всегда оправдана, поскольку ресурс деталей зачастую вырабатывается не полностью. В классическом варианте ППР планируется по календарным циклам, но часть деталей нужно менять по их фактической наработке. Например, в соответствии с графиком ППР можно каждые полгода менять цангу притом, что она отрабатывает за этот период только 900 000 циклов при норморесурсе 1,5 миллиона. Поэтому важно совмещать оба эти подхода.

Более рационально перейти к формату технического обслуживания «по состоянию», но для этого на предприятии должен собраться вовлечённый персонал, обладающей определённой квалификацией. Обоснованно говорить о внедрении устойчивых систем технического обслуживания, в рамках которых сотрудники бережно относятся к инструменту, к оборудованию, знают, где что лежит, поддерживают все в чистоте и порядке. Внедрение подобных систем окупается, при этом актуальным остаётся вопрос: «Кто же должен следить за состоянием станка? Оператор или техническая служба?»
По опыту ежедневное и еженедельное обслуживание станка, простые действия, не требующие специальных навыков, должен делать оператор. Ежемесячное, ежеквартальное и ежегодное обслуживание должна делать служба главного механика или сервисная служба, потому что выполняемые процедуры являются более сложными, а некоторые регламенты требуют замены компонентов.
Набор ежесменных операций невелик, в обязательном случае: прогрев шпинделя, контроль поступления смазки в шпиндель, правильное завершение работы шпинделя после смены, чистка шпинделя, в том числе инструментального конуса, и смазка лепестков системы фиксации.

Еженедельно необходимо проводить проверку давления и качества воздуха, проверку осушителей воздуха и состояния фильтров, контроль уровня масла в гидросистеме и всей системы смазывания подшипников. Требуется обследование ротационного соединения на предмет утечек, проверка плавности вращения шпинделя и уровня вибрации. Необходимо контролировать систему зажима шпинделя: в каком состоянии лепестки цанги, в каком состоянии уплотнения.
Производственники часто забывают о важности качества СОЖ и ее правильной подготовке. Если пренебрегать этим, то возникает целый ряд проблем: это и общая коррозия станка, и разрушение всех уплотнений, контактирующих со смазочно-­охлаждающей жидкостью, и повреждение телескопических защит направляющих. Дополнительно необходимо контролировать и давление СОЖ, подаваемой через ротационное соединение: при недостаточном давлении торцевые уплотнения не сомкнутся и жидкость уйдет в дренажную камеру, а затем и в сам шпиндель. Результат — вымывание смазки подшипников, заливка обмотки и выход из строя мотора — дорогостоящий ремонт.

Затраты оператора станка на выполнение регламентных работ — 8 рабочих часов в месяц. Простые расчёты показывают, что одна тридцатая месячного фонда оплаты труда (ФОТ) значительно меньше миллионных потерь в период ремонта.

К сожалению, на заводах регламенты редко выполняются. Причины могут быть разные: нет ответственного, отсутствуют методики и понимание, каким инструментарием нужно выполнять подобные работы. Доказали свою эффективность специальные конверты, которые можно наклеить на станок, внутри них содержится развёрнутая информация для операторов и сотрудников технической службы по проведению технического обслуживания. Более продвинутым шагом станет обучение персонала в организациях-­лидерах по ремонту промышленного оборудования. Однако без постановки конкретных целей не будет развития, следовательно, без внедрения систем мониторинга и контроля технического состояния оборудования предприятие обречено на крупные убытки от поломок, простоя и восстановления оборудования.

 

 

Сергей Чуранов, технический директор дивизиона «Машиностроение и металлообработка» ГК «Цифра», анонсировал книгу «Автоматизированные системы управления техническим обслуживанием и ремонтом оборудования с ЧПУ. Практика создания и применения», автор которой Владимир Писарев, к. т. н., эксперт по ТОиР, два десятилетия проработал в должности начальника Технического центра РКЦ «Прогресс» («Роскосмос»).
В книге собрана исчерпывающая информация по эффективному техническому обслуживанию и ремонту оборудования, ключевым аспектам планирования и управления, внедрению автоматизированных систем управления, изложены различные методы диагностики, такие как визуальное обследование, инструментальные измерения и вибрационный контроль.
Ценность собранных сведений базируется на том, что «когда никто не знал об Индустрии 4.0» и не говорил об интернете вещей, автор уже говорил и писал о необходимости обслуживания «по состоянию» современного оборудования, о важности наладки процесса предиктивного обслуживания: не просто ремонтировать станки, а выявлять именно дефекты, причины, почему они ломаются.

 

 

Алексей Веялко, технический директор и совладелец компании «АВЕА Технолоджи», выступил с докладом на тему «Опыт эксплуатации оборудования на частном металлообрабатывающем предприятии и полезные ноу-хау».
Работа над поиском современных технологических решений для увеличения эффективности загрузки оборудования на основе системы быстрой переналадки началась на предприятии в 2014 году. Через четыре года была разработана система технологической оснастки нулевого позиционирования (Zero Point), выпускаемая под маркой Basis, которая обеспечивает прецизионное зажатие деталей в токарных и фрезерных станках. В настоящий момент модули Basis заменили на российском рынке системы ведущих мировых производителей, таких как Schunk, Erowa, DML. Вышли новые каталоги, отвечающие на вопрос, как зажать большинство типов заготовок, деталей, которые нужно поставить в станок, над чем очень часто ломают голову в конструкторских бюро, а потом в опытных цехах. В справочниках можно найти готовое решение и не тратить месяцы на разработку и создание технологической оснастки. Продолжаются освоение технологии и серийное производство гидропластовых патронов и термопатронов, необходимых для зажатия инструмента внутри шпинделя станка, начата разработка робота-накопителя для автоматизации работы станков с ЧПУ, что позволяет станку работать до одних суток автономно без оператора. Опыт показывает, что система нулевого позиционирования снижает потребность в квалифицированном персонале в три раза, а установка роботов-­сменщиков снижает количество необходимых операторов в 20 раз. То есть один оператор может спокойно осуществлять контроль работы 20 станков. Или операторы могут использовать высвободившееся время для выполнения операций по ежедневному, еженедельному и ежемесячному обслуживанию станков.

Внедрение подобных систем является первым шагом роботизации. Если предприятие планирует через несколько лет внедрить роботизированные системы, то уже сейчас нужно осваивать работу с такими элементами. Без «нулевой точки» во фрезерном станке автоматизация на полноценном уровне практически невозможна.

Раньше стандартный расход времени на переналадку в расчёте на одного наладчика составлял смену, сейчас один наладчик делает до четырёх переналадок за счёт того, что ему не надо ничего долго перемещать, компании не требуется большое количество квалифицированного персонала, которого просто физически нет на рынке.

Оператор, работающий с системой, практически не имеет возможности ошибиться в установке ­какой-то привязки. Производится либо установка заготовки в оснастку, либо система даёт отказ и выталкивает деталь.
Важным моментом в процессе внедрения системы является преодоление первого сопротивления персонала. Опыт показывает, что часть сотрудников придерживается позиции, что «это не будет работать, сейчас всё вырвет, зачем это нужно, у нас нет времени это внедрять». Если противодействие преодолевается и предприятие начинает работать в течение хотя бы 2–3 месяцев, то вопросов, зачем это нужно, больше не возникает. Уместно добавить, что одно из первых государственных предприятий, которое начало внедрять эту систему в 2017 году, за результаты, полученные по повышению производительности, получило президентскую премию.

Докладчик также отметил, что полезный опыт эксплуатации оборудования основывается на принципе необходимости планомерной замены ненового или проблемного оборудования. Замена производится по достижении оборудованием морального или физического износа.
В случае, если оборудование начинает доставлять много проблем, его нужно выводить из производства, его приобретут компании, которые не работают 24/7. 

Первыми под замену на заводе компании попали китайские образцы оборудования, которые не выдерживают требуемый производственный ритм. Нельзя утверждать, что всё китайское оборудование плохое, просто сложилась определённая практика, что у китайских производителей принято покупать ­что-то самое дешёвое, и никто не будет покупать китайский станок, который собран на лучших компонентах, потому что он начинает стоить уже 70–90% от аналога европейского или японского производства. Подобный подход позволяет меньше времени тратить на техническое обслуживание и ремонт оборудования, количество его простоев минимизируется.

Стандартизация используемого оборудования совместно с единой системой нулевого базирования снижает трудоёмкость наладки, решает определённые вопросы с качеством за счёт точного позиционирования заготовки. На отечественных предприятиях часто можно наблюдать картину с целым «зоопарком» оборудования, когда практически каждая единица — это индивидуальный станок индивидуального производителя с разными стойками ЧПУ, с разными шпинделями и конусами шпинделя. 
Обслуживать такой парк очень сложно, потому что крайне затруднительно на него содержать ЗИП (запасные части, инструменты и принадлежности). В случае, если оборудование унифицировано, то при поломке станка обработку можно перенести с одного станка на другой без внесения изменения в программу, без замены оснастки на другую. В кратчайшие сроки осуществляется масштабирование, расширение производства с одного на два или три станка. Если оборудование стандартизировано, то отпадает необходимость содержания на складе большого количества шпинделей и подшипников.

Предсказать поломку невозможно, надо заниматься обслуживанием и непрерывной проверкой. Требуется учитывать человеческий фактор, который никак невозможно победить. Например, существует классическая проблемная ситуация — старт с середины программы со сбросом привязок, что убивает любой шпиндель. Помимо ущерба из-за простоя оборудования требуется учитывать репутационные потери и возможные убытки от срыва контракта и непоставки продукции.
Говоря об успешном опыте обслуживания токарных и фрезерных станков, Алексей Веялко упомянул об устройствах, позволяющих выполнять очистку баков СОЖ. 
На некоторых предприятиях эта операция производится по старинке, при помощи ведра, тряпки, совка или лопаты. Процесс уборки останавливает станок на 2–3 дня в зависимости от сложности в обслуживании. Передовая практика доказывает, что для этих целей наиболее рационально применять специальный пылесос. Устройство позволяет мыть станок, собирать сухую и влажную стружку, фильтровать СОЖ, очищенную СОЖ собирать в себя. Пермская компания «Лазер Про» уже запустила производство таких пылесосов, поэтому за ними никуда ехать не надо, они стали отечественными.

 

 

Александр Фокин, руководитель развития продукта «Диспетчер ТОиР», ГК «Цифра», обосновал переход к методам технической диагностики как инструменту предиктивного обслуживания оборудования.
В настоящее время для достижения целей ТОиР технологического оборудования необходимо преодолеть ряд трудностей, связанных с большим количеством технически сложного оборудования, отсутствием опыта эксплуатации станков от новых производителей из Юго-­Восточной Азии, сложностями приобретения запасных частей, сокращением числа квалифицированных сервисных центров, высокой нагрузкой на оборудование, падением квалификации обслуживающего персонала. Напрашивается вывод, что традиционные методы управления ТОиР не справляются с требованиями современного производства. Нужен эволюционный переход в соответствии с вызовами времени от классической системы ППР, от реактивного обслуживания «по отказу» к обслуживанию «по состоянию», к предиктивному обслуживанию, когда система будет подсказывать вероятность выхода того или иного узла из строя, чтобы необходимые мероприятия были бы вовремя 
запланированы.

Следующим этапом на пути совершенствования можно рассматривать переход к прескриптивному (предписывающему) обслуживанию, когда функции предписывающей системы расширены, она не только подсказывает, когда ­что-то произойдет, а ещё и то, что надо сделать, чтобы исправить положение, выполнить конкретные мероприятия ТОиР. Система должна максимально отсрочить момент поломки, возможно, скорректировать режимы работы оборудования, выполнить дополнительные мероприятия для предотвращения функционального отказа.

 

Предписывающее техническое обслуживание является стратегией, использующей технологии искусственного интеллекта для корректировки условий эксплуатации и интеллектуального планирования с целью безаварийной работы и увеличения ресурса оборудования, включающей в себя ряд последовательных операций:
1. Организация автоматического сбора данных о работе оборудования.
2. Ведение учёта неисправностей оборудования (дефекты, сбои, ошибки).
3. Контроль действий эксплуатирующего и ремонтного персонала.
4. Определение перечня критического оборудования, отказ которого влечёт высокие риски для производства.
5. Организация периодической технической диагностики состояния критического оборудования.
6. Переход на обслуживание по состоянию критического оборудования.
7. Анализ данных и принятие решений по срокам проведения ТОиР и рекомендаций по эксплуатации оборудования.

 

Техническое состояние станка складывается из совокупности состояний его узлов, которые являются объектами диагностики. Автоматическую диагностику стоит применять для наиболее критичных из них, оказывающих влияние на основную функциональность оборудования и стоимость ремонта. Для каждого объекта определяются диагностические признаки, контроль которых выполняется раздельно по различным алгоритмам. Собранный массив информации дополняется ручным вводом данных, выполняемым ремонтным персоналом. Это могут быть данные о дефектах, выявленных во время осмотров, значения параметров, которые не удаётся получать в автоматическом режиме и т. д.

Для шпинделя, например, основными диагностическими признаками являются значения параметров вибрации. Для их контроля на шпиндельный узел устанавливаются трехосевые вибродатчики. Виброконтроллер записывает «сырой» сигнал и передаёт его в сервис анализа данных, где специализированные алгоритмы раскладывают его на спектры, анализируют частоту огибающей и, сравнивая с частотами конкретных дефектов подшипников, выдают отчёт об их состоянии и уровне износа. Также анализируется дисбаланс, неправильная посадка подшипников и другие проблемы. Всё это позволяет выявлять дефекты в таких критических узлах на ранней стадии, контролировать их развитие и своевременно проводить замену деталей, предотвращая аварийные остановы. А после накопления определённого объёма данных можно уже прогнозировать вероятность выхода из строя того же шпиндельного узла за 80–90 дней.

Сейчас в компании ведётся работа по созданию алгоритмов машинного обучения, которые на основе собственных диагностических моделей, анализа исторических данных и автоматического контроля диагностических факторов смогли бы прогнозировать не только отказ оборудования, но и вероятность возникновения самого дефекта.

За счёт постоянной автоматической диагностики состояния узлов оборудования и контроля режимов их работы сокращается число аварий по техническим причинам, увеличивается ресурс оборудования, а с учётом локализации текущих проблем оборудования сокращается трудоёмкость выполнения ремонтов, а значит, и их стоимость. Всё это приводит к повышению эффективности работы станков и снижению стоимости их содержания.

 

 

Сергей Митягин, заместитель технического директора АО «ОКБ «Кристалл»/АО «ММЗ «Вперёд», в свою очередь, поделился опытом внедрения системы ТОиР.
Основным направлением деятельности предприятия является разработка и реализация топливных насосов различных типов и предназначений, приводов-­генераторов переменного тока стабильной частоты мощностью от 15 до 150 кВт с возможностью стартёрного запуска авиационного двигателя самолета, воздушных компрессоров различных типов, агрегатов с приводом от воздушных турбин. Предприятие имеет производственные площадки с цехами механообработки, оснащёнными оборудованием ЧПУ Fanuc, Siemens, Heidenhain, Mitsubishi, Mazak; имеются опытные, подготовительные и слесарно-­сборочные участки. Предпосылками внедрения системы ТОиР с алгоритмами диагностики стали рост объёма выпускаемой продукции, повышенный риск выхода из строя оборудования, дороговизна и долгие сроки ремонта, увеличение общей наработки, ошибки операторов.

Подключение станков к информационной системе «Цифра. Диспетчер» дало возможность получать в электронном виде статистику по поломкам и вести необходимые журналы учёта. Система позволяет контролировать все реальные процессы, которые происходят с оборудованием. Так, на основе анализа данных о простоях было принято решение о реорганизации своей собственной сервисно-­ремонтной службы. А после анализа перечня наиболее часто выходящих из строя узлов было принято решение по организации участка по ремонту шпинделей, и в течение года был пройден путь по его созданию и успешному запуску.

Исторически сложилось так, что на предприятии много оборудования, «но всё оно разношёрстное», из 150 единиц высокоточного оборудования, обработки есть всего 5 единиц одной модели. На каждый вид оборудования держать подменный шпиндель и комплект запасных частей нецелесообразно, поэтому появилось логичное предложение ввести систему предиктивного анализа с компонентой вибродиагностики. Это нужно для того, чтобы заранее узнавать о проблеме и успевать заказать нужные запчасти. Система позволила охватить 15 критически важных видов оборудования. Для осуществления контроля остального оборудования используется переносной прибор компании «Диамех», которым производится статическое измерение в холостом режиме. Это выход, хотя получение и расшифровка данных в ручном режиме является трудоемким процессом.

Целью всего комплекса измерений является прогноз о том, что будет с узлом в ближайшем будущем, возможность подготовиться к ремонту, спланировать работу, технологический цикл, дать поручение ремонтным службам заказать подшипники или иной узел, провести эти все мероприятия в плановом, а не авральном порядке.

Для проведения точного непрерывного анализа состояния оборудования необходимо построение точных и эффективных диагностических моделей на основе данных вибромониторинга и технологии обработки. На следующем шаге требуется адаптация моделей к программам обработки, сбор массива аналитических данных, проведение анализа точек системных всплесков и вибраций. Вместе с тем на сегодняшний день необходимо констатировать отсутствие полноценных аналитических моделей предсказания выхода станков из строя, что снижает ценность применения системы непрерывного сбора данных.

В будущем прогнозируется использование искусственного интеллекта для обучения моделей на основе собранных данных. Предполагается, это приведёт к снижению затрат на обслуживание и ремонт, оптимизации складского хозяйства по хранению дорогостоящих компонентов. 
Путь вибродиагностики и предиктивного анализа представляется единственным выходом из ситуации, которая складывается на реальном производстве. Это долгосрочное решение — вклад в будущее.

 

 

Сергей Николаев, директор центра ИИ НИТУ МИСИС, генеральный директор ООО «Сайберфизикс», привёл примеры практического применения ИИ для предиктивной аналитики.
Компанией совместно с НИТУ МИСИС разработан программный продукт CyberStudio, представляющий собой платформу предиктивной аналитики состояния оборудования и оптимизации технологических процессов. Информационная система реализует функции предиктивной аналитики, дает рекомендации по оптимизации технологических процессов, производит имитационное моделирование. Программное обеспечение использует данные и специализированные алгоритмы для заблаговременного предсказания возможных проблем с оборудованием. 
Однако до практического внедрения в машиностроении дело ещё не дошло из-за отсутствия данных по оборудованию у большинства компаний, а без них система не работает.
При этом платформа хорошо показала себя в других отраслях. На предприятиях нефтегазовой отрасли внедрение CyberStudio позволило предотвратить 40% аварийных остановов, в металлургии — сэкономить 10% потребления газа, на 1,5% снизить себестоимость выплавки чугуна, на горно-­обогатительных комбинатах (ГОК) — сохранить 3000 тонн продукции, в химической отрасли — добиться 30% снижения себестоимости, в 3 раза увеличить эффективность линии переработки без глубокой модернизации.
Анализ данных предполагает сбор исторических сведений о работе оборудования. Причем в процессе мониторинга оборудования определяются расчётные параметры модели и собираются данные по его эксплуатации, поскольку алгоритм машинного обучения невозможно «тренировать на поломках».

Модель на основе статистических данных определяет параметры нормального состояния оборудования. 
И как только получаемые с датчиков данные начинают отклоняться от заданных границ, система определяет наличие проблемы, классифицирует ее и оповещает пользователя.

Для предиктивной аналитики выполняется анализ и прогноз индекса технического состояния оборудования в реальном времени. Для совершенствования технологического процесса выдаются рекомендации по оптимальным управляющим параметрам.

Предиктивная аналитика является мощным инструментом в системе поддержки принятия правильных решений, но она не приносит экономического результата, если отсутствуют достаточно большие массивы информации, поэтому сложно рассчитывать на окупаемость «пилотного проекта» с подключёнными тремя станками, начинать следует как минимум с 20 единиц оборудования.

Проблема наполнения платформы знаниями достаточно злободневна, логичным шагом мог бы стать обмен информацией между предприятиями, но сегодня этого не происходит, никто не хочет делиться. Также необходима идентификация бизнес-­процессов, в рамках которых были бы прописаны регламенты действий персонала после того, как информационная система выдаст предупреждение о вероятности скорой поломки оборудования. На сегодняшний день во многих организациях официально установлен только порядок проведения планово-­предупредительных ремонтов. Оптимальное решение — создание на предприятии единого центра, сотрудники которого имеют полномочия влиять на процессы внутри компании.

 

Цифровая трансформация в реалиях «Индустрии 4.0» стала ключевым элементом при достижении целей производительности труда, минимизации простоев, снижении финансовых затрат, уменьшении количества человеческих ресурсов. А методы предиктивной аналитики должны коренным образом изменить всю систему управления ремонтами и техническим обслуживанием промышленного оборудования.

Заглядывая в будущее, участники сессии сошлись в мнении, что объединение предиктивной аналитики и больших языковых моделей (Large Language Model — LLM) станет действенной мерой для автоматической интерпретации данных и формирования рекомендаций по эксплуатации и обслуживанию станочного парка.

Предиктивные модели, построенные на основе данных, поступающих с датчиков и систем управления оборудованием, и применяющие алгоритмы машинного обучения, алгоритмы для прогнозирования состояния техники, позволят предприятиям уверенно перейти к формату технического обслуживания «по состоянию», сократить количество поломок, простоев оборудования и повысить экономическую эффективность отечественных машиностроительных предприятий.

 

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 7-2025