CC BY
68
УДК 658.562
A.Н. Иноземцев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-18-87, zem@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
B.Ю. Анцев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 33-22-88, anzev@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
КВАЛИМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ МАШИНОКОМПЛЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ
В статье представлено решение задачи управления технологичностью машинокомплекта производственного подразделения на основе установления рационального компромисса между напряженностью производственных заданий, характеризуемой составом и трудоемкостью машинокомплекта, и риском выпуска несоответствующей продукции.
Ключевые слова: машинокомплект, межцеховая технологическая маршрутизация, квалиметрическая оценка, риск несоответствий, трудоемкость.
В рамках технологической подготовки машиностроительного производства осуществляется формирование организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления машин. Она представляет собой совокупность связей технологического процесса изготовления машины, конструкторской и технологической подготовки производства, а также организации обслуживания производственного процесса, обеспечивающей упорядоченность, координацию и регулирование деятельности технологической системы.
При выполнении технологического процесса предмет труда последовательно проходит по цехам и производственным участкам в соответствии с выполняемыми технологическими операциями. Указанную последовательность называют межцеховым технологическим маршрутом. На основе межцеховых технологических маршрутов формируются машинокомплекты подразделений предприятия. Машинокомплект представляет собой совокупность деталей и узлов, входящих в данное конкретное изделие и изготавливаемых в данном цехе в пропорциях, предусмотренных его конструкцией, а также деталей, идущих на индивидуальный или кратный выпуск комплектов запасных частей [1].
Рациональное формирование машинокомплектов производственных подразделений позволяет значительно снизить напряженность производственных заданий и, как следствие, риск выпуска несоответствующей продукции. Поэтому риск выпуска несоответствующей продукции является системным свойством машинокомлекта как множества составляющих его предметов труда.
ГОСТ 14.205-83 определяет технологичность конструкции изделия при производстве как совокупность свойств конструкции, определяющих
ее приспособленность к достижению оптимальных затрат на изготовление для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Поэтому заводские технологи при разработке вариантов межцеховой маршрутизации решают задачу практической стандартизации маршрутов на основе их квалиметрической оценки по таким показателям технологичности, как трудоемкость изготовления изделия по этому маршруту и риск выпуска несоответствующей продукции с учетом условий выполнения работ. Для оценки рациональности машинокомплекта в целом они вынуждены интуитивно оперировать категорией его технологичности, как универсума свойств машинокомлекта относительно множеств свойств составляющих его предметов труда. Установление рационального компромисса между такими показателями качества производственного процесса изготовления машин как напряженность производственных заданий, характеризуемой составом и трудоемкостью машинокомплекта, и риском выпуска несоответствующей продукции, составляет задачу управления технологичностью машинокомплекта производственного подразделения, являющейся важным показателям качества производственного процесса.
Необходимость совершенствования методов межцеховой технологической маршрутизации обусловлена феноменом межцеховых технологических маршрутов. Они могут быть альтернативными. Это характерно для средних и крупных предприятий, имеющих сложную структуру, включающую в себя десятки производственных подразделений с аналогичными технологическими возможностями. Для предприятий с такой производственной структурой задача рациональной межцеховой технологической маршрутизации имеет существенное значение с точки зрения управления качеством, поскольку она определяет не только эффективность производственного процесса, но и уровень качества продукции предприятия.
Проектирование организационно-технологических структур производственного процесса изготовления машин осуществляется технологами вместе со специалистами других профессиональных групп, отвечающих за различные аспекты производственного процесса [2]. К этим аспектам можно отнести управление качеством, управление и организацию производства, материально-техническое обеспечение, применение средств автоматики и вычислительной техники, экономику предприятия, конструирование машин и др. Качество конечного результата их работы зависит от четкости и полноты представлений о производственном процессе, понимания каждым специалистом своих задач, согласованности их действий и полезности принимаемых решений с точки зрения конечной цели производства. Большое количество участников процесса разработки проектных решений обусловливает важнейшую проблему технологического проектирования - наличие межаспектных противоречий и связанных с ними неопределенностей. Присутствие данных неопределенностей при практической реализации технологических проектных решений ведет к нерационально-
му использованию и перерасходу различных производственных ресурсов: временных, материальных, информационных, а также производственных мощностей. Однако этому факту до последнего времени специалистами в области технологии машиностроения и управления качеством уделялось недостаточное внимание.
Формализация процесса разработки технологического маршрута для конкретного предмета труда выполнена в предположении, что технолог, принимая во внимание множество F = {Fl,F2>••• ,Fp} частных факторов, существенно влияющих на выбор маршрута движения предметов труда по производственным подразделениям предприятия, выбирает предпочтительный маршрут из множества возможных (допустимых) технологических маршрутов U = {щ,и2,... ,и8} . Для выбора предпочтительного варианта осуществляется квалиметрическая оценка
i=в
У = /(ЧъЧ2>■■■ >Чв)= £СгЧг ,
г=1
где Чг - единичные показатели качества, Сг - положительные или отрицательные коэффициенты. Положительные коэффициенты ставятся при тех единичных показателях качества, которые следует максимизировать, отрицательные - при тех, которые следует минимизировать. Абсолютные значения коэффициентов («веса») соответствуют степени относительной важности единичных показателей качества.
На основе классификации различных объектов производства разработана система единичных показателей качества технологического маршрута, используемых при квалиметрической оценке технологичности машинокомплекта, а также система логических и лингвистических условий и ограничений Ь = {Ь^Ь2,Ьт} . Единичными показателями качества при квалиметрической оценке альтернативных вариантов межцеховых технологических маршрутов и машинокомплектов производственных подразделений являются: технологичность машинокомплекта, уровень качества продукции, риск несоответствий в производстве, себестоимость продукции, время производственного цикла, число различных производственных подразделений, участвующих в производственном цикле и др.
Каждый технологический маршрут формируется в результате учета технологом всех р логических условий и ограничений Ь, поэтому окончательное решение данной задачи будет характеризоваться выполнением ло-
г=т
гической функции Ь = л Ь .
г=1
В случае существования нескольких альтернативных межцеховых технологических маршрутов, удовлетворяющих разработанным логическим условиям и ограничениям, разработчик проектных решений выбирает наиболее предпочтительный из них на основе использования нечеткого
84
отношения предпочтения. Для его применения введена лингвистическая переменная <«Риск несоответствий», Т, [0, 100]>, где Т={«Незначительный», «Малый», «Средний», «Высокий», «Очень высокий»}.
После генерации множества маршрутов движения предметов труда по цехам предприятия решается задача формирования производственным подразделениям машинокомплектов с целью обеспечения их равномерной загрузки и снижения риска выпуска несоответствующей продукции. Критериями рационального распределения машинокомплектов по цехам и участкам является степень и равномерность их загрузки текущими работами, так как неравномерная загрузка цехов и участков ведет к нарушению ритмичности производственного процесса и, как следствие, к неполному использованию производственной мощности и ресурсов предприятия и снижению качества выпускаемой продукции.
Формирование машинокомплектов производственных подразделений предприятия осуществляется в соответствии с целевой функцией
( К
М ( Тм. Л М 1 ^уху
""" I 1 -
/=1
Р (х )= I
/=1
1-
мк/
И/
/ У
I=1
^ Ш1Д ,
где М - количество производственных подразделений; Тмк/ - трудоемкость изготовления машинокомплекта; N - количество наименований комплектуемых объектов; di - объем выпуска предметов труда; - трудоемкость изготовления 1-го объекта в /-м подразделении; X/ - булева переменная, определяющая принадлежность 1-го объекта к /-му подразделению; И/ - эффективный фонд времени подразделения.
Рассматриваемая задача относится к категории линейных дискретных задач распределения ресурсов. Ее решение осуществляется с помощью алгоритма на основе метода градиентно-случайного поиска оптимума целевой функции, позволяющего с достаточно высокой степенью точности и при относительно невысокой сложности алгоритма находить предпочтительное решение.
Квалиметрическая оценка технологичности машинокомплекта определяется по ее важнейшей составляющей - трудоемкости изготовления машинокомплекта Тмк, включающей трудоемкости изготовления N предметов труда, составляющих данный машинокомплект. Трудоемкость изготовления предмета труда на этапе конструкторско-технологической подготовки производства определяется методом регрессионного анализа, основанного на получении математических зависимостей трудоемкости изготовления от различных параметров предметов труда. В общем виде
процесс квалиметрической оценки технологичности машинокомплекта представлен на рис. 1.
С помощью метода экспертных оценок были установлены следующие параметры предметов труда, оказывающие наибольшее влияние на трудоемкость их изготовления: квалитет точности, шероховатость поверхностей, предельные отклонения размеров, габаритные размеры, масса, материал. Данные параметры предложено интегрировать в конструкторско-технологической модели машинокомплекта (КТММК), представляющей собой объединение конструкторско-технологических моделей предметов труда, составляющих машинокомплект.
Рис. 1. Общая структура процесса квалиметрической оценки технологичности машинокомплекта
Конструкторско-технологическая модель машинокомплекта позволяет классифицировать и кодировать составляющие его предметы труда, что позволяет сопоставить им регрессионные уравнения и провести расчет трудоемкости изготовления. Математическая модель трудоемкости Т представлена системой степенных регрессионных уравнений вида
Ь Ь
У = % 'П Х1 1 , где ао и Ь1 - коэффициенты, подлежащие определению I
экспериментальным путем:
N
T = IF Mj, Kj);
j=1 n
Kj = I f (Si, Rai, ti),
i=1
где N - число предметов труда, составляющих машинокомплект; Mj -
масса j -го предмета труда; Kj - оценочная функция конструктивной
формы j -го предмета труда; n - число различных конструктивно-технологических элементов (КТЭ) и поверхностей предмета труда; Si -
площадь обрабатываемой i-й поверхности; Raj - требуемая шероховатость i-й поверхности; tj - допуск (квалитет точности) i-й поверхности.
Предварительное обучение регрессионной математической модели трудоемкости машинокомплекта было проведено на основе серии виртуальных экспериментов по моделированию механической обработки различных КТЭ и поверхностей предметов труда с определением требуемого времени обработки. При этом были определены значения коэффициентов уравнений регрессии в зависимости от конструкторско-технологических параметров КТЭ и поверхностей предметов труда.
Квалиметрическая оценка технологичности машинокомплекта на основе его конструкторско-технологической модели и технологического классификатора осуществляется в соответствии с представленной на рис. 2 развернутой многоуровневой схемой. Представленная схема включает в себя два цикла и выполняется для каждого предмета труда и входящих в него КТЭ или поверхностей в отдельности. При этом циклически формируется технологический код КТЭ или поверхности, по которому из базы регрессионных уравнений выбирается соответствующее уравнение и выполняется расчет трудоемкости ее обработки. Трудоемкость изготовления предмета труда определяется суммированием трудоемкостей обработки составляющих его КТЭ и поверхностей, а трудоемкость изготовления машинокомплекта, на основе которой формируется квалиметрическая оценка его технологичности, - суммированием трудоемкостей составляющих его предметов труда.
Для практической реализации представленного подхода разработаны автоматизированные системы межцеховой технологической маршрутизации, регистрации и анализа информации о технологическом браке, квалиметрической оценки технологичности машинокомплектов производственных подразделений.
Автоматизированная система межцеховой технологической маршрутизации практически реализует принципы проектирования рациональных межцеховых технологических маршрутов и формирования машинокомплектов подразделений на этапе технологической подготовки машиностроительного производства. Данная автоматизированная система разработана на основе технологии реляционных баз данных, объектно-ориентированного анализа и программирования.
Она может использоваться для проектирования и изменения межцеховых технологических маршрутов с использованием функций заимствования проектных решений и справочников нормативных документов. С помощью данной системы также возможно ведение иерархически структурированного банка технологических проектных решений с целью хранения параметров разрабатываемых межцеховых технологических маршрутов и обеспечения проведения оперативного поиска и заимствования разработанных ранее технологических маршрутов.
87
Рис. 2. Схема квалиметрической оценки технологичности
машинокомплекта
Промышленная реализация автоматизированной системы межцеховой технологической маршрутизации обеспечила информационное взаимодействие технологов со специалистами других профессиональных групп, участвующих в управлении качеством продукции. С этой целью был проведен анализ около 24,5 тыс. межцеховых технологических маршрутов, реализуемых при производстве запорной арматуры для нефтяных и газовых трубопроводов в ЗАО «Тяжпромарматура» (г. Алексин Тульской обл.), что позволило выявить характер влияния загруженности производственных подразделений на качество выпускаемой продукции.
Автоматизированная система регистрации и анализа информации о технологическом браке обеспечивает оперативное выявление причин и мест возникновения брака в производственном процессе и адекватное реагирование системы менеджмента качества предприятия в случае возникновения систематических несоответствий параметров производственного процесса техническим требованиям, установленным в конструкторско-технологической и нормативной документации. На основании учета данных о технологическом браке в различных производственных подразделениях предприятия и напряженности производственных заданий в них, а также неформальных субъективных суждений разработчиков проектных решений о качестве выпускаемой продукции в том или ином подразделении, непрерывно в режиме самообучения уточняется вид функций принадлежности нечетких множеств, описывающих значения лингвистической переменной «Риск несоответствий».
Автоматизированная система квалиметрической оценки технологичности машинокомплектов производственных подразделений включает информационно-справочную систему обеспечения технологичности конструкции изделия и систему расчета трудоемкости его изготовления, реализованную как приложение САПР Компас-3D. Созданное программное обеспечение способствует повышению эффективности проведения операции технологического контроля в современных производственных условиях и также может быть использовано для обучения и повышения квалификации конструкторов и технологов.
Промышленная реализация представленных результатов осуществлена в производственных условиях ЗАО «Тяжпромарматура» при изготовлении запорной арматуры для нефте- и газопроводов. В результате применения представленной процедуры разработки рациональной организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления машин на основе управления технологичностью машинокомплектов подразделений предприятия по критерию трудоемкости доведен до 99,9 % процент сдачи продукции с первого предъявления, на 47 % снизился удельный вес потерь от брака в себестоимости, процент рекламаций на выпускаемую продукцию снизился до 0,1 %.
Список литературы
1. Звягинцев Ю.Е. Оперативное планирование и организация ритмичной работы на промышленных предприятиях. Киев: Тэхника, 1990. 155 с.
2. Насретдинов А.В., Пац И.Н., Мешков Е.В. Проектирование организационно-технологических структур производственных систем механической обработки. Л.: Политехника, 1991. 255 с.
A.N. Inozemtsev, V.Yu. Antsev
QUALIMETRIC MEASUREMENT OF MANUFACTURABILITY OF PRODUCTION UNIT'S MACHINE PARTS
The solution of manufacturability control of machine parts in production unit based on determination of compromise between intense of production objective which characterized by composition and labor content of machine parts and inapplicable machine production risk is represented.
Key words: machine parts, interplant manufacturing routing, qualimetric estimate, misfit risk, labor content.
Получено 19.06.12
УДК 621.785.54
И.Х. Исрафилов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (8552) 58-91-72, v1p1@1neka.ru (Россия, Набережные Челны, ИНЭКА), А.Т. Галиакбаров, канд. техн. наук, доц., (8552) 58-91-72, v1p1@1neka.ru (Россия, Набережные Челны, ИНЭКА),
Д.И. Исрафилов, канд. техн. наук, доц., (8552) 58-91-72, v1p1@1neka.ru (Россия, Набережные Челны, ИНЭКА),
А.Т. Габдрахманов, асп., ст. преподаватель, (8552) 58-91-72, v1p1@1neka.ru (Россия, Набережные Челны, ИНЭКА), А.Д. Самигуллин, асп., (8552) 58-91-72, v1p1@1neka.ru (Россия, Набережные Челны, ИНЭКА)
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В РАЗРЯДНОЙ КАМЕРЕ ИМПУЛЬСНОГО ПЛАЗМЕННОГО ГЕНЕРАТОРА
Рассмотрены особенности компьютерного моделирования течения газа в газоразрядной камере импульсного плазменного генератора с помощью программы STAR-ССМ+. Показано влияние способа подачи и расхода плазмообразующего газа на выходные параметры плазменного генератора.
Ключевые слова: моделирование течения газа, импульсный плазменный генератор, плазма.
Введение. Плазмотрон является основным элементом установки для плазменной обработки материалов и представляет собой устройство, генерирующее стабилизированный в пространстве поток дуговой плазмы с
90
