Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспертные методы управления технологичностью промышленных изделий. Монография
.pdf
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
-
,
X
Условия эксплуатации, B
Проверка техноло
гичности на мате-
матической модели
Система
показателей Q
технологичности
Требования технического задания, Q
i
?00=−iiQQ
да
i0
Решение
найдено
нет
Информационная
модель компоненты
Проектные решения
Формирование
технологичного конструк-
торского решения
Рис.1.2. Структура процесса управления технологичностью при
разработке отдельной компоненты изделия
условий итерационный цикл поиска прекращается и решение
{}
i
niXX
,1 , == , считается принятым. Технические решения в итераци-
онных циклах 1-го уровня иерархии определяют набор альтернатив, которые являются входными требованиями для компонентов 2- го уровня.
Однако проблема заключается в том, что изделие представляет совокупность информационных моделей частных проектных решений,
имеющих конфликтные взаимосвязи, и изменения проектных решений в
одной составной части объекта
могут изменить критериальные показатели в другой. Системное решение конфликтов для достижения высокой
технологичности и определяет сущность контроля и управления технологичностью [43].
Предлагается система мониторинга и управления технологичностью
изделий, обеспечивающая контроль за изменениями как общих показателей, так и показателей всех частных решений. При нарушении частных показателей проводится оценка влияния
нарушений на общесистемные показатели и принимаются адекватные меры по их ликвидации.
Система предполагает наличие предварительных требований к каждой
компоненте изделия, полученных на основе синтеза требований к аналогам. Невязки, возникающие в результате несоответствия реальных показателей технологичности Q
системой в виде вектора
входным требованиям Q0j, рассчитываются
j
QQ −=∆
и выдаются разработчику изде-
0
sss
лия для анализа и принятия решений. Это позволяет ему локализовать
источник возмущений или найти компромиссное по критерию технологичности решение.
21
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
1.3.2. Реализация в системе основных принципов и методов
управления
Управление технологичностью изделий реализуется на основе научно обоснованных и доказавших свою эффективность на практике
принципов ЕСТПП, системы управления качеством продукции, теории
управления сложными системами. Принципы комплексности и целевой
направленности также находят своё полное развитие при управлении
технологичностью изделий. Управление технологичностью включает
два концептуальных аспекта.
Первый аспект, назовем его основным, связан с формированием
критериальных требований к технологичности изделия, контролем их
выполнения, выработкой конструктивно-технологических решений и их
постоянной корректировкой в целях обеспечения заданных требований.
Одной из важнейших составных частей аспекта является математическое и информационное моделирование процессов обеспечения технологичности изделий, оценка и
прогнозирование показателей с помощью
количественных и качественных методов [96]. В современных условиях
перехода на CALS-технологии информационной поддержки жизненного
цикла изделий рассматриваемый аспект реализуется с использованием
инструментария CAD/CAE/CAM систем проектирования [94, 78, 105].
Второй аспект, он является вспомогательным, учётным, связан с
формированием информационного сопровождения при проектировании
и производстве изделий и разработкой организационной структуры
управления их технологичностью,
реализующей методические, плановые, диспетчерские, финансовые и иные функции. Важнейшей функцией этого аспекта является создание и ведение библиотек базовых компонентов и классификаторов систем автоматизированного проектирования
и организационного обеспечения. В состав библиотек входят описания
высокотехнологичных элементов различного уровня иерархии, используемых при формировании структуры объекта, описания элементов технологических процессов
, отработанные функциональные модели структурных компонентов, описание элементной базы и материалов, оперативные архивы проектов, а также планы, сетевые графики, сводные ведомости комплектующих и материалов, ведомости запуска производства, формирования производственного заказа. Классификаторы определяют нормативы по трудоёмкости и стоимостным характеристикам различных проектно-производственных процессов.
22
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
Управление технологичностью изделий включает следующие сис-
темные функции:
- формирование общих технических требований к изделию, в том
числе базовых показателей технологичности, при этом остаются актуальными и требуют решения вопросы прогнозирования этих показателей [1, 48], выбора адекватных проектируемым изделиям аналогов;
- декомпозиция изделия с определением частных критериальных
требований к каждой составной части, в
том числе формирование комплексов частных показателей технологичности, достоверно и полно отражающих свойства составных частей различных классов изделий;
- установление взаимосвязей составных частей на уровне информационных моделей проектных задач, их актуализация в соответствии с
исходными данными, мониторинг и управление проектными задачами в
форме контроля критериальных показателей и корректировки частных
требований, поиск альтернативных наиболее технологичных решений;
- создание и упорядочение информационного сопровождения разработки высокотехнологичных изделий, позволяющего обеспечить технологичность за счёт высокого уровня унификации, стандартизации и заимствования проектных решений у аналогов и прототипов;
- систематизация работ по обеспечению технологичности на промышленных предприятиях с определением роли и функций отдельных
подразделений в процессах управления технологичностью изделий на
различных стадиях их жизненного цикла.
Управление технологичностью промышленных изделий целесообразно осуществлять на основе комплексного использования специальных методов и приемов, обеспечивающих формирование целей и критериев оценки результатов, оперативное управление на основе предвидения изменений и принятия гибких решений. Для этого используются со
-
временные методы управления, некоторые из которых приведены в табл.
1.1 с преломлением к задачам управления технологичностью изделий.
Сегодня при практическом использовании математических моделей
и методов проектировщик при создании систем управления сталкивается с неадекватностью таких методов реальной ситуации, возникающей
из-за неполноты, нестабильности и противоречивости данных о процессах. Это приводит
к неоптимальному решению задач управления и необходимости использования в этих условиях гибкого сочетания математических методов с методами многокритериальной оптимизации, нечётких множеств, субъективных оценок.
23
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
Таблица 1.1
Методы, используемые при управлении технологичностью
промышленных изделий
Этап управле-
ния техноло-
гичностью
1 2 3
Определение
целей и планирование программ обеспечения технологичности
Мониторинг и
анализ
Оптимизация
решений
Метод Краткая характеристика и применение
Построение дерева целей
Программноцелевой метод
Сетевое планирование
Анализ иерархий
Факторный
анализ
Корреляционно-регрессионный анализ
Функционально-стоимостной
анализ
Размерный анализ
Определение главной цели управления технологичностью и декомпозиция цели в виде трехмерного пространства целей (ось X – варианты декомпозиции, ось
Y – уровни детализации, ось Z – решения в виде мероприятий).
Составление единого сквозного плана разработки
системы управления технологичностью проекта, который координирует затраты, сроки и трудоёмкость
всех основных работ.
Моделирование процессов создания и оперативного
управления технологичностью проектов с помощью
совокупности графических и расчётных методов, организационных и управленческих приёмов на основе
сетевого графика работ и событий.
Метод предполагает парное сравнение подцелей с записью результатов в матрицу сравнения, которая позволяет определить собственный вектор и собственное значение матрицы. Они и указывают на наиболее
приоритетные направления продвижения к цели.
Составление полного перечня входных переменных,
влияющих на технологичность конструкции, выделение существенных переменных.
Количественная оценка тесноты связей между признаками в статистической совокупности с построением уравнения регрессии. Применяется для прогнозирования показателей технологичности изделий на
ранних этапах проектирования по архивным данным
изделий-аналогов.
Оптимизация технического решения изделия на основе его комплексной поэтапной техникоэкономической оценки с минимизацией затрат для
обеспечения основных функций изделия. Используется на ранних стадиях проектирования.
Совокупность приёмов расчленения объекта на элементарные поверхности и на связи между ними.
Применяется для простановки размеров и их предельных отклонений с учётом оптимальности затрат
на изготовление и взаимозаменяемости частей конструкции при сборке, обслуживании, ремонте.
24
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
Продолжение табл. 1.1
1 2 3
Оптимизация
решений
Агрегатирование
Унификация Сокращение разнообразия составных частей изделия,
Типизация Совокупность приемов, посредством которых приво-
Симпликация Ограничение или простое сокращение количества ти-
Взаимозаменяемость
Заимствование Выбор составных частей, конструктивных элементов
Экспертный
анализ
Создание конечного изделия из совокупности относительно автономных элементов-агрегатов или узлов.
Способствует модульному формированию техники,
развитию специализации составных частей.
конструктивных элементов, материалов, технологических операций при сохранении (увеличении) разнообразия сфер применения объектов. Применяется
на всех стадиях проектирования и создания конструкции для повышения производительности труда,
качества работ, снижения себестоимости продукции.
дятся к единообразию структурные композиции однотипных исполнений изделия, либо технологические
решения с целью разработки оптимальных для данных условий техпроцессов. Метод эффективен при
многократной повторяемости конструктивных схем и
компоновок изделия, а также техпроцессов.
пов или других разновидностей изделия, созданных
ранее и функционирующих автономно, до количества, технически и экономически необходимого для
удовлетворения потребностей.
Совокупность приёмов, обеспечивающих возможность замены одного исполнения технической системы (компоненты) другим в процессе её преобразования. Эффективен для составных частей изделия, часто
сменяемых в процессе их эксплуатации и ремонта.
изделия и материалов из числа существующих для
применения в разрабатываемой конструкции. Применяется при наличии освоенного производства составных частей, конструктивных элементов и материалов.
Оценивание принимаемых решений по технологичности изделия на качественном уровне группой компетентных специалистов: содержательное описание
объекта управления, анализ исходной и текущей информации, оценка весовых коэффициентов факторов
технологичности, выделение существенных входных
факторов, интерпретация полученных математических моделей, выбор начальных условий и проведение имитационных экспериментов, ранжирование
экспертов с определением их весов, прогнозирование
технологичности изделия, выбор предпочтительных
вариантов изделий из альтернатив.
25
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
1.3.3. Организация работ по управлению технологичностью
промышленного изделия по стадиям жизненного цикла
Технологичность конструкции изделия является понятием комплексным и динамическим, развивающимся во времени и отражающим
соответствие технического совершенства изделия изменяющимся условиям его изготовления. Формирование технологичности является достаточно сложным и противоречивым процессом и разворачивается на всех
этапах проектирования, производства
и эксплуатации промышленного
изделия. Достижение высокой технологичности изделия и его составных
частей является основной целью системы управления отработкой конструкции на разных стадиях жизненного цикла. Сегодня многие учёные и
практики согласны с тем, что работы по обеспечению технологичности
конструкций должны проводиться на ранних стадиях проектирования,
так как затраты на изменение конструкции
, когда уже изготовлен опытный образец, достаточно велики и могут быть сравнимы с затратами на
проектирование нового изделия. Трудоёмкость работ по проектированию технологичных конструкций в среднем по этапам распределяется
следующим образом: техническое задание – 5 %; техническое предложение – 15 %; эскизный проект – 30 %; технический проект – 30 %; разработка рабочей документации – 20 % [73, 96]. Однако нельзя отрицать
того, что
и на стадиях разработки рабочей документации, технологической подготовки производства (ТПП) и даже в серийном производстве
активно продолжается решение большой группы задач по улучшению
технологичности осваиваемого изделия.
Стадия проектирования промышленного изделия представляет собой сложный, многоступенчатый процесс, формальной целью которого
является создание информационной модели изделия в виде, пригодном
для его дальнейшего
изготовления и использования. Вид модели регламентируется стандартами ЕСКД. В качестве материального носителя такой информационной модели служит комплект конструкторской документации, который в условиях безбумажного документооборота имеет
электронную форму.
Процесс проектирования по целенаправленности и последовательности работ был с учётом специфики конструирования промышленных
изделий разделен нами на этапы, примерно
соответствующие общепри-
нятому разделению стадий разработки изделий:
26
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
- разработка технического задания (ТЗ) и структурной схемы изде-
лия (разработка ТЗ и технического предложения);
- разработка принципиальных схем на уровне отдельных блоков
(разработка эскизного проекта);
- разработка конструкций изделия (разработка технического проекта
и рабочей документации).
Стадии ТПП и серийного выпуска можно охарактеризовать тесным
взаимодействием разработчика и изготовителя по принятию окончательных
конструкторско-технологических решений с учётом технологического уровня предприятия. В период эксплуатации промышленных
изделий оценивается уровень морального износа и целесообразность
модернизации данного изделия.
Проведенные исследования показали, что на всех рассмотренных
этапах проектирования и ТПП, активно протекают процессы формирования технологичности. Для более полного понимания процессов отработки изделий на технологичность,
эффективного управления информационными потоками для принятия действенных решений, применим
информационное моделирование, позволяющее представить эти процессы в виде набора стандартных модулей, т.е. относительно самостоятельных элементов, для которых определены правила функционирования,
параметры входных и выходных сигналов, виды носителей и технические характеристики информации, состав исполнителей и технических
средств, используемых
при решении задач.
Рассмотрим модель этапа разработки ТЗ и структурной схемы изделия, представленную на рис. 1.3. К разработке изделия приступают после получения заявки, в которой заказчик формулирует требования,
предъявляемые к будущему изделию. Формирование ТЗ осуществляется
разработчиком совместно с заказчиком и предполагает первоначальное
уточнение изделия-аналога, имеющего идентичное функциональное назначение. Отбор аналога проводится путём анализа информации об изделиях отечественного и зарубежного производства с точки зрения наилучших показателей технологичности, себестоимости, трудоёмкости и
т.д. На рассматриваемой стадии нет ещё достаточной информации по
слагаемым себестоимости, поэтому в этот период возможно лишь определение приблизительного уровня себестоимости по удельным показателям
материальных и трудовых затрат по видам изделий-аналогов. Выбор аналога во многом предопределяет границы стандартных, унифицированных, заимствованных деталей и сборочных единиц, входящих в из-
27
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
-
-
i
-го
-
-
?
-
-
-
-
-
Заказ
чик
Разра
ботчик
Разработка ТЗ на
проектирование
Заявка на разработку
Техническое
задание
Выбор базового из
делия и расчёт базовых показателей
технологичности
Мировой
уровень
Методика прогно
зирования базовых
показателей
технологичности
Анализ условий
эксплуатации
Анализ вариантов
структурных схем
Научно
технические материалы о тенденци-
ях развития изде-
Методика прове
дения функцио-
нально-
стоимостного ана-
лиза
Проведение функ
ционально-стои-
мостного анализа
Массив данных о
зарубежных
аналогах изделия
Научно
нет
исслед.
отдел
Техно
логич.
отдел
Допустимы
ли показате-
ли качества
Массив данных об
отечественных
аналогах изделия
да
да
Методика расчёта
уровня техноло-
гичности
Выбор
варианта
структурной схемы
Анализ
потенциальной
технологичности
Массив вариантов
структурных схем
изделия
Допустим ли
показатель тех-
нологичности?
Блок-схема изделия
нет
да
на i + 1 этап на i + 1 этап
а
изделия
лия
б
Рис.1.3. Организация работ по управлению технологичностью изделия на
этапе разработки ТЗ и блок-схемы
28
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
делие. Анализ условий эксплуатации будущего изделия позволяет сформулировать требования к эксплуатационной технологичности (контролепригодность, простота доступа, легкосъёмность, блочность, взаимозаменяемость и др.), тем самым, предопределяя и степень технологичности в сфере производства, так как эти элементы закладываются и в производственную технологичность [54, 56].
На основе анализа функциональной модели объекта проектирования
выбирается
блок-схема изделия. При выборе используются массивы информации об аналогах изделий и блоков данного класса и учитывается
не только качество функционирования объекта, но и возможность реализации в виде принципиальной схемы. Таких структурных схем разрабатывается несколько, из которых функционально-стоимостным анализом выбирается i-й вариант структуры.
Функционально-
стоимостной анализ предполагает абстрагирование
функций изделия от материальных его компонентов, анализ этих функций с точки зрения полезности для потребителя, выявление состава излишних функций, установление соответствующих блоков для их последующего исключения, замены или объединения [76, 100].
Этап завершается оценкой потенциальной технологичности изделия
и формированием окончательной структурной схемы будущего промышленного изделия
(см. рис. 1.3).
На следующем этапе проектирования производится выбор и обоснование принципиальных схем отдельных блоков изделия (рис. 1.4). Количество возможных схемных решений резко возрастает с увеличением
сложности и составных частей изделия. Разработчик выявляет варианты
схемотехнических решений, устанавливает их особенности, проводит
инженерный анализ и экономическую оценку вариантов. На этом этапе
проектирования
наиболее технологичной, с точки зрения разработчика,
будет схема, в которой использованы отработанные схемные решения,
не требующие дополнительных исследований.
Важно подчеркнуть, что на стадии эскизного проекта целесообразно
привлечь технологов (изготовителей) для консультаций по принимаемым решениям. Разработчик при проектировании стремится обеспечить,
прежде всего, заданные технические параметры, пренебрегая часто глубоким анализом степени
сложности изготовления изделия. Поэтому технологи, основываясь на оценке технологических возможностей своей
производственной базы, вносят благотворные изменения в вырабаты-
29
Глава 1. Система управления технологичностью изделий и экспертные методы
j
-
-
?
-
-
-
с i –1 этапа
Принципиальная
схема j-го блока
Анализ параметров
го блока изделия и вы-
бор одного
б а
Массив типовых
унифицированных
схемных решений
варианта
Анализ элементной
базы j-го блока
Макет
j-го
блока
Изготовление макета
j-го блока
Взаимоувязка входов
и выходов блоков
нет
Науч
но-
да
исслед.
отдел
Стыкуются
ли между
собой
блоки
Анализ потенциаль
ной технологичности
с учетом взаимо-
увязки блоков
НТД по оценке
уровня технологич-
ности
нет
Техно
логич.
отдел
Допустим ли
показатель тех-
нологичности
да
Выбор окончатель
ных принципиаль-
ных схем блоков
Принципиальные
схемы блоков изде-
лия
а
б
в
на i +1 этап на i +1 этап на i +1 этап
Рис. 1.4. Организация работ по управлению технологичностью изделия на
этапе разработки принципиальных схем блоков
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]