Инноватика

Глава 13. Высокие технологии

Нетрудно убедиться, что все промежуточные комбинации ребер на вертикальной оси дают значения, которые находятся в зоне, ограниченной линиями, соединяющими точки верхних и нижних границ.

***

Таким образом, вместо вычисления всех возможных комбинаций технологических операций, мы можем рассчитывать только граничные значения, сопоставляя их каждый раз с предельно допустимым значением по условиям реального действующего производства. В случае, когда на UL шаге управления заменой мы убедимся, что значение параметра X (UL) > X (Up), необходимо отбросить все оставшиеся ребра граф-дерева, которые не перешли из правой полуплоскости в левую. Они дают решения худшие, чем в действующем производстве по заданному параметру. Например, более трудоемкие или требующие больших затрат (повышается технологическая себестоимость или приведенные затраты).

Повторяя изложенную процедуру для оставшейся части исходного графа по второму, третьему и т.д. параметру, можно резко ограничить объем дальнейших вычислительных работ и определить в М-мерном пространстве параметров область существования эффективных по используемым параметрам решений.

Анализируя на рис. 13.6 зоны 1; 2; 3, можно утверждать, что для i-го маршрута (технологического процесса), значение отклонения которого Di входит в область 2 (ограниченную линиями перпендикулярными оси абсцисс и проходящими через точки (а,б) и точки пересечения прямой порогового значения параметра x(up) и границами поля чистых стратегий множества вариантов технологических процессов), существует вероятность P[x(uL)] принадлежности i-го маршрута множеству приемлемых вариантов.

Поскольку для оценки принятого решения необходимо учитывать все возможные исходы, то необходимо вести речь о средних потерях, определяемых на всем пространстве исходов эксперимента в зоне 2. Эти средние потери принято называть в теории игр функцией риска. Относительная функция риска определяет вероятность выбора технологического процесса с параметром выше порогового значения при неблагоприятных сочетаниях технологических операций. В интервале (а,б) на рис. 13.6 эта функция риска изменяется от 0 (точка а) до 1 (точка б), т.е. в зоне

331

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

1 эта вероятность равна нулю, во зоне 2 она приобретает дробные значения меньшие единицы, а в зоне 3 она равна 1,0.

В соответствии с этим названные зоны поля чистых стратегий получили наименование:

−зона двойной минимизации риска – (1);

−зона вероятного риска – (2);

−зона постоянного риска – (3).

Из графика видно, что приемлемые решения следует выбирать либо из первой (1) зоны, либо только из нижней части поля чистых стратегий второй зоны (2).

Изложенные выше теоретические положения позволяют с помощью теории игр (теории статистических решений) выполнять разборку исходного сетевого многовариантного технологического графа перспективных технологических процессов высокой и сверхвысокой вычислительной сложности и определить ядро квазиоптимальных решений Gопт , существенно ограничивая тем самым области возможных решений для последующей многокритериальной оптимизации перспективных или директивных технологических процессов.

Задачами последующих этапов (рис. 13.2) после математического моделирования и модификации структуры технологического процесса в соответствии с принятой выше информационнофункциональной схемой являются:

−расчет параметров;

−ввод данных в ЭВМ;

−структурная оптимизация технологического процесса. Решение этих задач возможно как по схеме однокритериальной

оптимизации, так и в условиях выполнения требований многокритериальной оптимизации.

13.4. Анализ технического уровня технологии

Выше мы уже отмечали, что для выбора проектных технологических процессов в целях технологического перевооружения производства используют не только экономические показатели, например, минимум технологической себестоимости или

332

Глава 13. Высокие технологии

приведенных затрат, но и различные показатели технического уровня. При этом наивысшие значения критерия технического уровня позволяют утверждать, что данная технология является «высокой».

В практике технологического проектирования, как в нашей стране, так и за рубежом, применяют большое число показателей для оценки технического уровня производства (технологии). Теоретическое обобщение методик расчета показателей данного критерия в виде модели выполнено на рис. 13.7.

Рассмотрим методы реализации этих принципов в ходе технологического проектирования, начиная с анализа технического уровня. Перечисленные в данной модели показатели технического уровня имеют следующие обозначения:

1)kсм – коэффициент сменности работы оборудования;

2)kим – коэффициент использования материалов;

3)η ти – коэффициент технического использования оборудования (основная характеристика его надежности);

4)η з – коэффициент загрузки оборудования;

5)Пт – показатель уровня производительности оборудования (обратная величина штучного времени tшт);

6)Yп – удельный вес прогрессивного оборудования;

7)dт – уровень механизации и автоматизации труда;

8)kпр – коэффициент выпуска годной продукции (обратная величина коэффициента производственных потерь от брака или ликвидации заделов при извещениях об изменении технической документации, которые вызваны недостатками технологической подготовки производства);

9)ауд – удельная площадь под оборудование (примечание: для оценки технического уровня используют обратную величину отклонения ауд от норматива удельной площади).

333

334

Глава 13. Высокие технологии

Названный комплекс показателей необходим для оценки возможностей интенсификации производственного процесса и ресурсосбережения. В этом плане даже без расчета названных показателей технического уровня специалисту, который анализирует объект технического перевооружения (производственный корпус, цех, производственный участок) видны внешние признаки резервов интенсификации производственного процесса.

Эти резервы очевидны, если низкий коэффициент сменности свидетельствует о том, что оборудование во вторую (или третью) смены в своей основной части простаивает. Низкий коэффициент загрузки свидетельствует о том, что и в первую – самую напряженную смену – часть оборудования недогружена.

Низкий коэффициент использования материалов, например, изза несовершенства заготовок, заставляет думать, что производственные мощности в основном ориентированы не на производство товарной продукции, а на производство отходов. О том же свидетельствует и высокий коэффициент производственных потерь, иллюстрации которого видны не столько в контейнерах для сбора отходов, сколько в изоляторах брака.

Малый удельный вес прогрессивного оборудования, большое число морально устаревшего и физически изношенного оборудования и без расчета технического уровня является ярким свидетельством необходимости обновления или реновации средств технологического оснащения путем замены его на оборудование, соответствующее требованиям высоких технологий.

Низкий коэффициент технического использования оборудования как главная характеристика его надежности является лишь численной иллюстрацией сверхнормативного числа наладчиков оборудования, большого числа дежурных слесарей и электриков, гипертрофированной ремонтной базы, которые все вместе преодолевают проблемы низкого качества используемого оборудования по показателю безотказности его работы.

Низкий уровень производительности старого оборудования и без расчета соответствующего показателя технического уровня свидетельствует об ограниченном применении прогрессивных, высокоскоростных режимов обработки, современных смазывающеохлаждающих технологических сред, малом удельном весе многоинструментальных наладок, многошпиндельной обработки,

335

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

многоместных приспособлений, групп многостаночного обслуживания, число которых прямо зависит от уровня автоматизации производства. Этот показатель технического уровня характеризует не только места сосредоточения отсталой, малопроизводительной техники, но нередко является индикатором мест сосредоточения ручного, тяжелого, монотонного, малоквалифицированного труда, часто во вредных для человека условиях.

Всвоем совместном действии низкие показатели технического уровня объекта технического перевооружения демонстрируют не только возможности интенсификации производственного процесса, но и возможности ресурсосбережения.

Производственные ресурсы, обозначенные на рассматриваемой модели (рис. 13.7) в виде «входных» переменных, в проектах весьма часто оформляют в виде таблицы абсолютных значений ресурсопотребления и (или) экономии производственных ресурсов в натуральном измерении:

1)Q – массы потребляемых материалов и их экономии ( Q);

2)П – используемых и высвобождаемых площадей ( П);

3)Sj – используемого и высвобождаемого оборудования ( Si);

4)К – требуемых для проекта инвестиций (капиталовложений) и выручки от продажи высвобожденного оборудования, а также других средств технологического оснащения ( К) по объекту;

5)Р – численность производственных рабочих и высвобождаемую численность производственного персонала ( Р);

6)Е – энергопотребление и экономию энергоресурсов или топливно-энергетических ресурсов ( Е);

7)I – использованные информационные ресурсы.

Вотличие от названных абсолютных технико-экономических показателей ресурсопотребления и ресурсосбережения, а также других абсолютных технико-экономических показателей, характеризующих, например, производственную мощность объекта технического перевооружения, показатели технического уровня включают в перечень относительных величин таблицы техникоэкономических показателей объекта технического перевооружения производства.

Факторы внешней среды, обозначенные на данной модели, имеют следующую символику:

−Бст – стоимость единицы оборудования;

336

Глава 13. Высокие технологии

−Ф – фонд времени одного рабочего;

−Fн – номинальный годовой фонд времени единицы оборудования;

−q – удельная масса изделия;

−Тсрок – сроки подготовки производства (реконструкции или технического перевооружения).

Целевой функцией в рассматриваемой модели используется величина объема выпуска продукции, в том числе новых, конкурентоспособных изделий, подлежащих постановке на производство – V(t).

***

Справочные данные.Соотношениями, которые связывают рассматриваемые показатели, являются общепринятые в проектных расчетах формулы. Например, расчет численности основных производственных рабочих выполняют по формуле :

группе оборудования, по которой выполняется расчет производственной мощности;

µ– норма многостаночного обслуживания.

Вданном случае F1 , Ф – факторы внешней среды, S – ресурс («входная» переменная), η з – параметр состояния или технического уровня исследуемой

производственной системы. Величина µ является сложной композицией, численное значение которой можно определить из соотношения:

где dt – величина уровня механизации и автоматизации труда на исследуемых технологических операциях (параметр состояния или технического уровня системы);с – константа групп многостаночного обслуживания, связанная с потерями времени на переходы рабочего между станками группы за штучное время.

Подобные общеизвестные в проектном деле соотношения использованы и при оценке коэффициента сменности Ксм из взаимосвязи объема выпуска

337

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

продукции V(t), в нормо-часах и производственной мощности (в данном случае пропускной способности объекта анализа – М):

где М = S×F1.

Преобразования формулы (13.12), которую также можно использовать для оценки объема производства, позволяют определить такой важный показатель технического уровня как коэффициент использования материалов Ким:

Аналогичным образом из используемых в проектном деле зависимостей получены и другие соотношения факторов в приведенном выше перечне показателей критерия технического уровня производства.

Не останавливаясь подробно на других методиках оценки технического уровня производства, важно отметить, что приведенная на модели (рис. 13.7) схема анализа может быть продолжена. Результатом таких действий может быть расширение номенклатуры используемых показателей технического уровня.

***

Все приведенные выше показатели технического уровня производства и его технологий объединяет одно общее свойство: все они являются индикаторами резервов роста объемов выпуска продукции, характеризуют имеющиеся возможности для интенсификации технологических процессов и ресурсосбережения. По этой причине расчет показателей технического уровня является обязательным в проектном деле для оформления и сопоставительного анализа таблиц технико-экономических показателей проектов технического перевооружения действующего производства и производств-аналогов.

338

Глава 13. Высокие технологии

13.5. Оптимизация технологии по показателям технического уровня и экономической эффективности

Рассмотрим методы оптимизации технологий на примере структурной оптимизации проектных технологических процессов, разрабатываемых на базе высоких технологий.

При построении многовариантных сетевых графов проектных (перспективных, директивных) технологических процессов, используемых для технического перевооружения производства (рис. 13.3), каждой вершине, характеризующей вариант выполнения технологической операции, присваивают параметры этой операции (значения технологической себестоимости или затрат, штучное время, уровень автоматизации). При этом базовый технологический процесс, т.е. технологический процесс, подлежащий замене, – это, нередко, рабочий технологический процесс, реализованный в цехе по изготовлению изделия-представителя до разработки проектносметной документации технического перевооружения данного производства. Его значения в математической модели обычно показывают на осевой линии вершин многовариантного сетевого графа. Этим вершинам присвоены значения параметров, определенных по существующему парку технологического оборудования и других средств технологического оснащения, по существующим режимам обработки или технологическим регламентам, по существующим затратам на выполнение данного технологического процесса.

Дополнительные вершины многовариантного сетевого технологического графа определяют исходя из возможностей выбора и использования высоких технологий, нового технологического оборудования и других прогрессивных средств технологического оснащения, в том числе современных средств автоматизации технологических процессов для их реализации в технологической части проекта технического перевооружения производства.

Анализ полученного многовариантного сетевого технологического графа возможен с использованием различных программнометодических комплексов на ЭВМ: однокритериальной9 и многокритериальной оптимизации, теории статистических решений,

9 Анферов М. А., Селиванов С. Г. Структурная оптимизация технологических процессов в машиностроении. Уфа. 1996. 185 с.

339

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

методов искусственного интеллекта10 и других средств системного анализа, которые позволяют определять оптимальные проектнотехнологические решения по использованию высоких и критических технологий в проектах технического перевооружения действующего производства.

В данном разделе мы несколько подробнее остановимся на методах многокритериальной оптимизации, так как они позволяют находить Парето-оптимальные решения не только по величине минимумов затрат или трудоемкости, но и по показателям высокого технического уровня технологических процессов. Другие методы мы более подробно рассмотрели выше, а методы искусственного интеллекта, которые можно применять в технологическом проектировании, изложены в работах10.

Анализ показывает, что все многочисленные методы решения многокритериальных задач11,12 можно свести к трем группам методов:

-главного показателя; -лексикографические (методы последовательных уступок); -результирующего показателя.

Метод главного показателя основан на переводе всех локальных показателей конкурентоспособности (в данном случае частных показателей технического уровня и затрат), кроме главного, в перечень ограничений типа равенств и неравенств.

10Селиванов С. Г. Технологическая инноватика. М.: Наука. 2004. 283 с.; Селиванов С. Г., Иванова М.В. Теоретические основы реконструкции машиностроительного производства.

Уфа. 2001. 310 с.

11Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач.

М.: Наука, 1982. – 256 с.

12Камаев В. А., Гришин В. А. Математическое моделирование изделий и технологий. Волгоград, 1986. 194 с.

340