Методическое пособие 467

имеющие размерность (передать сигнал с частотой 2 МГц, обеспечить поворот на 120° и т. п.), что дает возможность оценить функцию количественно; формулировка функции должна быть достаточно абстрактной, что позволяет предполагать различные варианты решений; например, «соединять две детали с помощью резьбового соединения» — неудачная формулировка функции, так как исключает из анализа другие способы соединения.

Эффективное проведение ФСА требует разработки классификаторов функций: для конструктивно-подобных групп, изделий; для технологии применительно к видам, сложности и характеру производства. Такие классификаторы должны стать неотъемлемым элементом автоматизированных систем проектирования, важным элементом банков данных. Фрагмент подобного классификатора представлен в табл. 3.2.

ФСА предусматривает классификацию функций по нескольким признакам. По отношению к внешней среде функции делятся на внешние и внутренние. Первые отражают условия эксплуатации изделия (эксплуатационные затраты), вторые - конструктивно-технологические связи внутри изделия (производственные затраты).

В свою очередь, внешние функции по степени удовлетворения заданной потребности делятся на главные, определяющие целевое назначение изделия, и второстепенные, не характеризующие работоспособность изделия, но обеспечивающие удобство пользования и конъюнктурность (эстетические, эргономические, экологические функции).

Внутренние функции в зависимости от их роли в достижении заданных параметров изделия могут быть основными и вспомогательными. К основным относятся такие функции, которые обеспечивают работоспособность изделия в соответствии с его назначением. Изъятие любой из них качественно преобразует изделие. Примерами основных функций могут быть: прием, ввод, передача, преобразование, хранение и выдача информации; регулирование, обеспечение энергией и т. п. Вспомогательные функции лишь способствуют реализации основных, например: соединительные, фиксирующие, направляющие, крепежные и т. п.

Для классификации функций на основные и вспомогательные требуются

31

определенные навыки, так как одна и та же функция в одном устройстве может быть основной, в другом — вспомогательной. Определение (формулировка) и последующая классификация функций осуществляются в строгом порядке — сначала формулируются функции изделия в целом, а затем функции его составляющих, для чего необходимо иметь либо схему изделия, либо спецификацию. Совокупность всех сформулированных функций и их взаимосвязи составляют функциональную структуру изделия. Для ее отражения могут быть использованы ориентированные графы или матрицы.

Граф функций или «дерево функций» строится по следующей схеме: на первом (верхнем) уровне располагаются внешние функции, на втором — основные функции изделия в целом, на третьем — вспомогательные. На последующих уровнях в том же порядке располагаются функции структурных элементов изделия — сборочных единиц и деталей. Каждая функция может обеспечиваться одним или несколькими структурными элементами, в связи с чем необходимо установить все связи элементов «дерева функций» с элементами сборочного состава изделия, т. е. ответить на вопрос: какие элементы изделия реализуют каждую из выявленных функций?

Построение полного «дерева функций» целесообразно осуществлять при ФСА относительно простых изделий, содержащих 10—15 деталей. Для сложных изделий графы строятся по отдельным узлам и блокам, которые затем «сшиваются» в «общее дерево».

Матричный способ построения функциональной структуры изделия заклю-

32

чается в следующем: в первом столбце матрицы указываются все структурные элементы (ai) изделия (табл. 3.3), а в первой строке — все функции (fj). Взаимосвязь элементов и функций фиксируется на пересечении соответствующих столбцов и строк1. Такой способ дает возможность наглядно отобразить взаимосвязь элементов и функций, а также оценить, как это показано в табл. 3.3, затраты на их реализацию.

Сравнительная оценка функций. С помощью стоимостной оценки функций в процессе ФСА решаются две задачи: анализ исходной конструкции с целью выявления причин повышенных затрат и элементов там, где они сосредоточены; сравнение альтернативных вариантов технических решений с целью определения наиболее эффективного варианта.

Если изделие находится на стадии производства или эксплуатации и появилась необходимость снизить затраты, выбор критериев оценки вариантов новых технических решений по данному изделию с помощью ФСА достаточно прост. На этих стадиях изделия достаточно «информированы», и сравнение вариантов может проводиться на базе общепринятой методики определения экономической эффективности новой техники. Все критерии оценки (показатели эффективности вариантов) можно условно разделить на две группы: стоимостные и качественные. В первой группе для целей ФСА достаточно использовать два показателя: удельные приведенные затраты (Sfj + EнK) на реализацию той или иной функции и расходы по эксплуатации изделия в целом (И + ЕнК). Первый показатель характеризует стоимость, второй — потребительную стоимость. Sfj — себестоимость функции, которая определяется в следующем порядке; 1) определяется стоимость Si каждого конструктивного элемента аi; из матрицы в табл. 3.3 в Si достаточно включить лишь затраты на материалы и заработную плату; 2) с помощью экспертизы устанавливаются значимости pj функций fj для каждого элемента аi (в табл. 3.3 значимости стоят в числителе дроби); 3) определяются стоимости Sj каждой функции

ционные затраты) включают только сопоставимые по вариантам затраты на эксплуатацию изделия в целом. В состав К (единовременные капитальные вложения) необходимо включать затраты, связанные с технической подготовкой производства по реализации новых функций.

Для новых изделий на стадии конструирования порядок определения стоимости функций и оценка вариантов остаются теми же. Однако приведенные затраты в сфере производства и эксплуатации целесообразно выражать относительными величинами, а затраты по функциям для различных вариантов конструкций или

1 В числителе указывается значимость данной функции в долях единицы, а в знаменат еле – затраты (в руб.) на реализацию этой функции или затраты на конструктивный элемент, обеспечивающий выполнение этой функции.

33

схемных решений определять экспертным путем через коэффициенты приведения. Вторая группа показателей сравнительной оценки — это показатели качества (ГОСТ 22851—77 и ГОСТ 15467—79). Главным из них для целей ФСА следует

считать обобщающий показатель

Iк = a1I1 + a2I2 + … + amIm, (3.32)

где a1, a2, … , am — коэффициенты значимости отдельных частных показателей I1, I2, … , Im, приведенных к единому измерителю.

Другие показатели этой группы выбираются исходя из целевой функции изделия, специфики его производства и эксплуатации. Например, при сравнении вариантов технической реализации функций РЭА может быть использован совокупный показатель качества:

торая исполняется в микроминиатюрном варианте.

Наиболее обобщенная и достаточно объективная оценка вариантов технических решений может быть дана при использовании показателей обеих групп. В этом случае для такой оценки следует брать отношения:

результатом ФСА является не только наиболее экономичная конструкция, но и технически более совершенная. Последнее обеспечивается новыми, нестандартными техническими идеями.

Успешному решению конструкторских задач способствуют современные методы генерирования новых идей и творческого поиска, наиболее распространенными из которых являются методы: аналогии, ассоциаций, эмпатии, фантазии, инверсии, морфологического анализа, «мозговой атаки», алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ).

Метод аналогии позволяет находить решения в смежных, а порой далеких от рассматриваемой проблемы областях знаний, явлениях природы, в растительном и животном мире, в литературе. Открытия и изобретения происходят, как правило, на стыке различных наук (биомеханики, биоэлектроники), что обеспечивает методу высокую эффективность.

Метод ассоциаций предусматривает связь представлений, в силу которых одни из них, появившись в сознании, вызывают другие.

Метод эмпатии связан с умением конструктора «войти в образ», представить себя процессом или устройством и, анализируя собственные «ощущения», находить правильные технические решения.

34

Метод фантазии основан на том, что придумываются, казалось бы, нереальные вещи, сверхъестественные решения. Между тем именно в них и может быть заложено рациональное зерно, оригинальное решение.

Метод инверсии предусматривает прямо противоположный традиционному взгляд на проблему и ее решение, она как бы «выворачивается наизнанку»

Морфологический анализ используется как метод, расширяющий область поиска вариантов технических решений и выполняется в следующем порядке: 1) определяются функции fi, которые изделие (блок, узел, деталь) должно выполнять; 2) устанавливаются ограничения, при которых изделие должно функционировать (габариты, масса, внешние условия и т. д.); 3) в соответствии с ограничениями определяются все возможно приемлемые варианты Rij реализации каждой функции; 4) строится морфологическая карта по типу табл. 6.4; 5) устанавливается традиционное сочетание вариантов реализации функций (в нашем примере — R13, R21, R32, R42); 6) рассматриваются все возможные случаи сочетания вариантов реализации функции (в нашем случае их число будет равно 5×3×2×3 = 90) и отбрасываются заведомо несовместимые; 7) оставшиеся функции анализируются по уровням новизны и сложности, возможностям изготовления, стоимости производства и эксплуатации и параметрам патентоспособности; 8) наиболее выгодный вариант принимается для конструктивной проработки.

Недостаток метода состоит в том, что для выявления функций и вариантов их реализации требуются глубокие знания проблемы, которую сам метод не раскрывает; преимущество — в огромном расширении области поиска конструктивных решений.

Метод «мозговой атаки» представляет собой способ коллективного генерирования идей на совещании экспертов. Метод включает в себя реализацию этапов: формирование группы экспертов (10— 15 человек) и группы анализа (2—4 человека): формулировка цели исследования, перечня ограничений, указания об организационном, финансовом и материально-техническом обеспечении; генерация идей без какой-либо критики; систематизация идей группой анализа; оценка идей на реализуемость; выделение практически приемлемых идей.

Порядок проведения ФСА. ФСА осуществляется в пять последовательно выполняемых этапов. На первом этапе осуществляется выбор объекта анализа и сбор информации о нем (программа выпуска, отзывы потребителей, сведения о функционировании аналогичных или схожих изделий, сведения о трудоемкости, стоимости и эксплуатационных затратах по аналогам и пр.). Второй этап связан с анализом, классификацией и оценкой функций изделия по принципам, изложенным выше. Третий этап — поиск возможных конструктивных решений с помощью современных методов генерирования идей. Здесь выявляются альтернативные варианты выполнения функций, при этом анализируется возможность: устранения ненужных функций, а вместе с ними и устранения ненужных деталей или их элементов; совмещения вспомогательных и основных функций; целесообразность ис-

35

пользования того или иного материала и т. п. В процессе анализа конструктор или творческая группа должны ответить на ряд заранее подготовленных вопросов, таких, как: можно ли сократить число функций, выполняемых изделием? можно ли исключить какие-либо детали или объединить их? можно ли заменить материал на более дешевый? можно ли сократить габариты и массу деталей, уменьшить отходы? можно ли снизить требования к допускам и чистоте поверхностей? можно ли использовать стандартные или унифицированные детали? можно ли снизить затраты на изготовление, улучшив технологический процесс? Число поставленных вопросов и их целевая направленность зависят от сложности и новизны решаемой проблемы, а также от квалификации конструктора или участников творческой группы. Четвертый этап — выбор решений и рекомендаций. В результате предыдущего этапа конструктор или рабочая творческая группа анализа должны располагать некоторым количеством альтернативных вариантов, из которых необходимо выбрать предпочтительный. Для этой цели устанавливается критерий предпочтительности (стоимость, трудоемкость, удобства эксплуатации и т. д.), по которому экспертным путем осуществляется выбор наилучшего варианта. Пятый этап - оформление предложений и расчеты эффективности предлагаемой конструкции, передача предложений на окончательную конструкторскую проработку.

Организация ФСА на предприятии. Руководящим органом по ФСА на предприятиях и в объединениях является утвержденный приказом директора совет по ФСА, возглавляемый главным инженером. В состав совета должны входить руководители научных и конструкторских подразделений, плановопроизводственного и планово-экономического отделов, служб материальнотехнического снабжения, сбыта, контроля качества. Текущую практическую работу по ФСА организует специальная группа (бюро), которая является самостоятельным структурным подразделением и подчиняется главному инженеру. Численность такой группы от 5 до 15 человек в зависимости от номенклатуры и сложности выпускаемых изделий. Профессиональный состав — конструкторы, технологи, экономисты. Рекомендуемые соотношения этих категорий работников — 3:2:1. Основными задачами такого подразделения являются: обучение сотрудников предприятия методам и приемам ФСА; выбор объектов для анализа; подготовка информации по объекту для целей ФСА; формирование рабочих экспертных групп, установление регламента их работы; организация «мозговых атак»; обобщение результатов анализа и контроль за внедрением.

Результаты ФСА рассматриваются советом ФСА и по его заключению принимаются к внедрению, после чего направляются в соответствующие службы для тщательной и глубокой проработки в установленные сроки.

В основе организации чертежного хозяйства лежит Единая система конст-

36

рукторской документации (ЕСКД), которая обеспечивает единые для всей страны принципы классификации изделий и документов, их индексацию, определенный порядок хранения, учета, дублирования и внесения изменений. Чертежное хозяйство находится в ведении отдела технической документации (ОТД), входящего в структуру конструкторского подразделения предприятия.

ГОСТ 2.101—68 предусматривает деление изделий по видам на детали, сборочные единицы, комплексы и комплекты. Однако такой классификации для предприятий радиопромышленности оказывается недостаточно, и при разработке чертежей, документации используется дополнительная классификация сборочных единиц по функциональным признакам: блоки, субблоки, узлы, подузлы, микросборки, микросхемы, интегральные схемы (ИС), большие интегральные схемы (БИС) и т. д. При разработке крупных радиотехнических комплексов используется и такое понятие, как «радиотехническая система» (РТС), которая представляет собой совокупность сигналов в пространстве, операторов и радиоэлектронной аппаратуры, размещенной на объектах в определенных точках на поверхности или в пространстве, действующих в условиях помех и внешних возмущений. В соответствии с ГОСТ 2.201—68 действует единая система классификации и обозначения изделий и конструкторской документации (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Структура обозначения изделий

По стадиям разработки конструкторские документы разделяют на проектные и рабочие. Первые разрабатываются на стадиях эскизного и технического проектов с целью отработки и выбора оптимального конструкторского решения; вторые — для непосредственного использования в процессе изготовления изделия и в сфере его эксплуатации.

По характеру оформления документация может быть текстовая (спецификации, технические условия, технические паспорта и т. д.) и графическая (чертежи сборочных единиц и деталей, принципиальные и кинематические схемы, графики и т. п.). По назначению конструкторские документы разделяют на: необходимые для непосредственного изготовления и приемки изделий в производстве (чертежи сборочных единиц, деталей, спецификации); необходимые для подготовки производства (ведомости покупных изделий, сведения о материалах и т. п.); используемые при эксплуатации и ремонте (технические паспорта, инструкции по эксплуа-

37

тации и т. п.); применяемые в системе управления качеством продукции (карты технического уровня, условия Госиспытаний, госприемки и т. д.).

ГОСТ 2.102—68 все конструкторские документы классифицирует на оригиналы, подлинники, дубликаты и копии. Оригиналы — документы, оформленные подлинными подписями, выполненные на любом материале и служащие для изготовления подлинников. Подлинники— документы, оформленные подписями и изготовленные на материале, позволяющем воспроизведение с них копий. Дубликаты— документы, которые являются повторением подлинников и допускают возможность воспроизведения копий. Копии — документы, выполненные способом, обеспечивающим их идентичность подлиннику или дубликату.

Размножение документации осуществляется в специализированном бюро множительной техники (БМТ), которое находится в составе ОТД конструкторского подразделения. Для размножения документации используется современная копи- ровально-множительная техника, которая позволяет осуществлять светокопирование, фотокопирование, микрофильмирование, офсетную, трафаретную и гектографическую печать.

Все имеющиеся на предприятии подлинники, дубликаты и копии конструкторской документации подлежат учету и хранению в ОТД. Подлинники документов хранятся в архиве ОТД поформатно в порядке возрастания номеров и выдаются только для изготовления копий и дубликатов, внесения изменений на основании извещений и для восстановления при их износе.

В архиве хранятся архивные, контрольные и рабочие копии документов. Архивные отражают первоначальное состояние конструкции сразу после утверждения ее заказчиком, изменения в эту документацию не вносятся. Контрольные документы служат для справок и сверок, в них вносятся изменения по установленному порядку, на руки они не выдаются и ими пользуются только в помещении архива под контролем архивариуса. Рабочие документы выдаются на руки исполнителям на установленный срок, при этом производится соответствующая регистрация.

Порядок внесения изменений в конструкторскую документацию установлен ГОСТ 2.503—74. Изменения вносят только предприятия-держатели подлинников на основании «Извещения об измене нии», подписанного лицами, составившими и проверившими изменение, представителями технологического и стандартизационного контроля, представителями производственного отдела, представителем заказчика и лицом, утвердившим данное изменение. Для уточнения вносимого изменения пользуются «Предварительным извещением», которое является документом временного пользования (3—4 месяца) и погашается «Извещением на изменение», по которому вносится изменение в подлинник. «Предварительное извещение» утверждается главным инженером предприятия и визируется главным конструктором, главным технологом и начальником производства. «Предварительное извещение» выпускается в случаях: обнаружения в документе явной ошибки, которая

38

может вызвать брак изделия; при необходимости предварительно проверить в производстве планируемое изменение; при необходимости предварительно подготовить производство.

3.6 Организационная структура службы конструкторской подготовки производства на предприятии (в объединении)

Конструкторская подготовка производства РЭА осуществляется в четырех основных организационных формах: в самостоятельных отраслевых научноисследовательских институтах, имеющих в своем составе проектноконструкторские отделы и опытное производство; в самостоятельных (на уровне НИИ) отраслевых специальных конструкторских бюро с опытноэкспериментальной производственной базой; в научно-производственных объединениях, в состав которых входят НИИ с конструкторскими подразделениями и опытными заводами; в конструкторских отделах и бюро непосредственно на заводах серийного производства, имеющих в своем составе опытноэкспериментальный цех. Состав и взаимосвязи конструкторских подразделений зависят от сложности разрабатываемой аппаратуры, ее целевого назначения, объектов конструкторских работ, масштабов выпуска разрабатываемых изделий, численности и квалификационного уровня исполнителей.

Воснове организационной структуры КПП лежит специализация и характер взаимосвязей подразделений, разрабатывающих РЭА.

Впрактике работы предприятий отрасли существует два основных направления в построении организационной структуры КПП: тематическая и функцио-

нальная.

Впервом случае конструкторы и исследователи-разработчики объединены

врамках тематических, научно-исследовательских лабораторий, отделов и отделений. При такой структуре упрощаются взаимосвязи конструкторов и разработчиков, сокращается цикл разработки новых изделий из-за практического отсутствия переходных процессов. Однако в данном варианте структуры бывает сложно обеспечить равномерную загрузку конструкторов в силу большой неравномерности «выхода» научной продукции от исследователей тематических лабораторных подразделений.

Централизация конструкторских работ в рамках самостоятельного подразделения (функциональная структура) позволяет осуществить более полную и равномерную загрузку конструкторов и создает условия для маневрирования кадрами при многотемном планировании. К недостаткам централизации конструкторских работ следует отнести появление при этом порой длительных переходных процессов, связанных с согласованиями, изменениями, возникновением конфликтных ситуаций и т. д. Кроме того, подобная структура приводит к некоторому снижению ответственности сотрудников лабораторий за конечный результат разработки, так как, закончив свой этап, они передают в КБ вместе с документацией и ответствен-

39

ность за дальнейшую ее реализацию в виде материализованного объекта-изделия. Избежать недостатков тематической и функциональной специализации

конструкторских подразделений позволяет матричная структура, при которой в функционально организованном КБ организуются специализированные группы конструкторов, которые на . время разработки темы закрепляются за тематической лабораторией. Функциональное руководство этой группой остается за руководителем КБ, а тематическое передается руководителю лаборатории или руководителю темы. В этом случае конструкторы привлекаются к работе над темой на стадии разработки ТЗ, а на стадии эскизного проекта по мере разработки принципиальных схем они совместно с разработчиками принимают решение о создании макетов, разрабатывают эскизную документацию, открывают заказы на изготовление деталей и сборочных единиц в опытном производстве и контролируют их исполнение. После окончательной отработки электрических схем конструкторы совместно с разработчиками составляют техническое задание на конструирование изделий, обсуждают варианты компоновок отдельных блоков, узлов и изделия в целом, компонуют печатные платы. Разработка рабочей конструкторской документации полностью лежит на конструкторском подразделении, а разработчики выступают при этом в роли консультантов.

Непосредственное участие инженеров тематических подразделений в конструкторской разработке значительно повышает качество конструкторских решений, снижает число конструкторских ошибок и в целом сокращает сроки разработки.

3.7 Системы автоматизированного проектирования

В настоящее время усложнились задачи проектирования изделий и технологических процессов в связи с необходимостью учитывать большое число технических и экономических факторов. Поэтому использование ЭВМ в ряде случаев оказывается единственно возможным способом получить требуемую конструкцию. Кроме того, автоматизация позволяет значительно сократить сроки разработки, повысить производительность труда, а также избавить человека от нетворческой работы.

Различают несколько способов проектирования. Ручное проектирование применяется только при создании простейших изделий. Проектирование с оцифровкой заключается в том, что созданная конструктором графическая информация (эскиз, чертеж) преображается в цифровую форму путем считывания (определения координат точек и линий) и кодирования (преобразование считанной информации в цифровой код). Проектирование в режиме интерактивного преобразования представляет собой модификацию второго способа: оператор выполняет считывание, используя полуавтоматические системы обработки графической информации с выходом на ЭВМ.

Можно выделить три поколения систем автоматизированного проектирова-

40