CC BY
48
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИННОВАЦИЙ НА ПРИМЕРЕ КОНТРАКТНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОНИКИ Г.И. Коршунов, д-р техн. наук, профессор, С.Л. Поляков, ассистент
ФГАОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического
приборостроения», г.Санкт-Петербург
В статье ставится задача рассмотреть эффективность внедрения технологических инноваций на примере контрактного производства электроники. Данная проблема мало изучена и требует дальнейших исследований. В результате анализа процессов монтажа печатных плат предложена математическая модель оценки эффективности внедрения технологических инноваций на основе метода динамического программирования. Главное достоинство новой модели — оптимизация производственных процессов аутсорсинга на основе определения оптимального варианта распределения ресурсов с целью получения максимальной эффективности
В настоящее время контрактное производство является наиболее активно развивающейся формой предпринимательства, особенно ярко эта тенденция проявляется в производстве электроники. Толчком к резкому росту интереса к такому вида бизнеса как аутсорсинг, послужил выход международных стандартов ШО семейства 9000 версии 2000 года [1], в которых были изложены требования и рекомендации, связанные с аутсорсингом.
Основными аргументами в пользу выбора аутсорсинга являются увеличение качества получаемых товаров или услуг и освобождение внутренних ресурсов компании для развития других направлений. Кроме этого, контрактное производство обладает и рядом других привлекательных достоинств:
- сокращение и контроль издержек;
- снижение рисков, связанных с реализацией бизнес-процесса;
- увеличение прибыли предприятия без больших финансовых вливаний в производство;
- расширение ассортимента продукции.
Таким образом, компании использующие контрактное производство находятся в более выгодном положении по отношению к своим конкурентам, игнорирующим такой эффективный метод производства, как аутсорсинг. В свою очередь, предприятия выполняющие непосредственно производство продукции, должны обеспечивать необходимые требования для поддержания высокого качества производимых товаров, а так же удовлетворения потребностей заказчика. Это вынуждает руководителей предприятий постоянно совершенствовать и оптимизировать производство на всех его этапах, внедрять более эффективные технологии, поддерживать высокий уровень квалификации персонала, контролировать качество выпускаемой продукции.
Однако в настоящее время в недостаточной степени разработаны методы, обеспечивающие оценку эффективности процессов аутсорсинга на основе строгих математических моделей, что позволило бы предусмотреть конечный результат инновационной деятельности предприятия и принять решение о целесообразности использования нововведений на стадии планирования распределения ресурсов. Использова-
ние математических моделей применительно к контрактному производству электроники позволяет вывести на качественно новый уровень планирование и управление производственными процессами, а так же их результатами.
Контрактное производство электроники является характерным представителем пятого технологического уклада по классификации Н. Кондратьева [2]. Поэтому «прорывные» инновации, характерные для достижений электроники 70 - 80 годов прошлого века не характерны для нынешних вторичных технологических инноваций в этой области. Однако роль электронных производств как для задач пятого технологического уклада, так и для формирующегося шестого, очень велика. Значительны объемы производств, многообразие оборудования и возможности получения конкурентных преимуществ.
В современных условиях повышения эффективности производства можно достичь преимущественно за счет развития инновационных процессов, получающих конечное выражение в новых технологиях, новых видах конкурентоспособной продукции [3]. Постоянное обновление техники и технологий делает инновационный процесс основным условием производства конкурентоспособной продукции, завоевания и сохранения позиций предприятий на рынке и повышения производительности, а также эффективности предприятия.
Но применение той или иной технологической инновации не может гарантировать получение желаемого результата, необходим тщательный анализ, построенный на моделировании производственных процессов, вывода показателей и критериев, с последующим применением модели или моделей к конкретному производству. На стадии моделирования оценивается эффективность процессов и анализируется, как они будут выполняться с входными данными, не встречавшимися до сих пор в реальной работе предприятия.
Для исследования оценки эффективности применения технологических инноваций в производстве электроники необходимо заменить реальный процесс производства его математической моделью, которая
наиболее полно отражала бы все взаимосвязи этапов производства в математической форме.
Для описания математической модели процессов контрактного производства электроники целесообразно применение процессного подхода, тогда весь процесс производства можно представить как совокупность операций, необходимых для достижения конечной цели. Применение процессного подхода позволит определить показатели на каждой операции, которые образуют систему показателей оценки эффективности процессов производства в целом. Повышение эффективности всего процесса производства обеспечивается за счёт оптимизации показателей на каждой операции.
Весь процесс контрактного производства электроники на примере монтажа печатных плат P, в общем виде можно представить в виде последовательности операций:
- входной контроль заготовок печатных плат P1;
- нанесение паяльной пасты P2;
- установка чип-компонентов P3;
- групповая пайка P4;
- контроль качества монтажа P5;
P={ ^, P2, Pз, P4, P5} (1)
Входной контроль заготовок печатных плат P1 необходим для определения различных дефектов, а так же пригодности плат для загрузки в автоматическую линию.
Нанесение пасты P2 осуществляется с помощью автоматического принтера трафаретной печати. Для пайки элементов и удержания их на поверхности до момента образования паяного соединения используется паяльная паста, которая представляет собой порошкообразный припой с добавлением флюса и различных активаторов, присадок. За счет клеящих свойств пасты происходит удерживание компонентов платы на поверхности до момента пайки.
Нанесение пасты на контактные площадки печатной платы осуществляется через трафарет, отверстия в котором (апертуры) в точности повторяют рисунок, расположение и форму контактных площадок на плате. Видеосистема, расположенная в автомате, обеспечивает точное совмещение трафарета с платой. С помощью специальных ракелей происходит про-давливание пасты через отверстия в трафарете и ее нанесение на контактные площадки платы. Специальные устройства, встроенные в принтер, контролируют различные параметры процесса (скорость перемещения ракеля, давление, скорость отрыва трафарета от платы), а также выполняют такие операции, как контроль состояния и очистка трафарета.
Установка чип-компонентов P3 производится автоматом установщиком. Основная его задача - правильное размещение чип-компонентов на печатной плате. Перед началом монтажа специальная видеосистема определяет координаты реперных меток на пла-
те и вносит поправки на неточность позиционирования платы в рабочей области станка. Последовательность действий выполняемых оборудованием выглядит следующим образом: захват компонента из питателя, его центрирование с помощью видеосистемы, установка на плату. На данном этапе монтажа основными параметрами, оказывающие влияние на скорость выполнения операции являются: производительность по 1РС 9850 и количество автоматических установщиков.
Для пайки P4 собранных печатных плат применяться конвекционная печь оплавления. В процессе пайки, установкой обеспечивается равномерный прогрев всего изделия, плавный управляемый рост температуры до нужного пикового значения, и дальнейшее постепенное охлаждение спаянной платы, предотвращающее температурный стресс. На данном этапе основными параметрами процесса являются: скорость конвейера, длина зоны нагрева и длина зоны охлаждения конвекционной печи.
После конвекционной печи платы принимаются автоматическим разгрузчиком. После чего работник отдела технического контроля (ОТК) принимает их на проверку и контролирует правильность пайки печатной платы P5. Далее производится сортировка печатных плат по наличию или отсутствию брака и выполняется их отправка в упаковочный, либо в ремонтный цех.
Разработка модели применения технологических инноваций на основе метода динамического программирования [4] позволит произвести оптимизацию производственных процессов аутсорсинга на примере монтажа печатных плат (ПП).
На начальном этапе построения математической модели необходимо определить основной критерий эффективности применения технологических инноваций в производственном процессе монтажа печатных плат. На основании анализа технологической лини монтажа печатных плат, в качестве основного критерия рационально принять сокращение времени одной качественной пайки печатной платы.
Для построения модели процессов монтажа печатных плат необходимо ввести условные обозначения:
S0 - начальное состояние системы;
Sкон - конечное состояние системы;
Y - управляющее воздействие, которое приводит систему в конечное состояние;
Y=(У1,У2,У3,У4,У5), 0 < Y (2)
ДТ - сокращение времени одной качественной пайки за все 5 шагов.
Д^ - сокращение времени одной качественной пайки на 1 шаге.
ДТ= Д^+ Д^+ Д^+ Д^+ Д^ (3)
Определим все состояния системы при переходе из 80 в §5.
На 1-м шаге под действием переменной управления у! система переходит из состояния 80 в состояние
81, то есть:
81=81(8^1), 0 < у! < У, у1б У (4)
Здесь целевая функция равна F1(80,y1).
На 2-м шаге под действием переменной управления у2 система переходит из состояния Б1 в состояние
82, то есть:
82=82(81^2), 0 < у2 < У, у2Ё У (5)
Здесь целевая функция равна F2(81,y2).
На 3-м шаге под действием переменной управления у3 система переходит из состояния §2 в состояние
83, то есть:
8з=8з(82,уз), 0 < уз < У, узб У (6)
Здесь целевая функция равна F3(S2,y3).
На 4-м шаге под действием переменной управления у4 система переходит из состояния §3 в состояние 84, то есть:
84=84(83,у4), 0 < у4 < У, у4е У (7)
Здесь целевая функция равна F4(S3,y4).
На последнем 5-м шаге под действием переменной управления у5 система переходит из состояния §4 в состояние §5, то есть:
85=85(84^5), 0 < у5 < У, у5Ё У (8)
Здесь целевая функция равна F5(S4,y5).
В общем виде процесс применения управления можно показать так:
При решении задачи на каждом шаге выбирается управление, которое должно привести к оптимальному выигрышу. Если считать все шаги независимыми, тогда оптимальным управлением будет то управление, которое обеспечит максимальный выигрыш именно на данном шаге.
В задачах динамического программирования первое требование учитывают, делая на каждом шаге условные предположения о возможных вариантах окончания предыдущего шага и проводя для каждого из вариантов условную оптимизацию. Выполнение второго требования обеспечивается тем, что в этих задачах условная оптимизация проводится от конца процесса к началу.
В соответствии с алгоритмом обратной прогонки определим функцию Беллмана и оптимальное управление для всех состояний на каждом шаге, начиная с последнего.
На последнем, 5-м шаге, оптимальное управление определяется функцией Беллмана, в соответствии с которой максимум выбирается из всех возможных значений у5:
^5 (84) = тах (Д15 (84,у5)} Д15 > 0, у5бУ (9)
Дальнейшие вычисления производятся согласно рекуррентному соотношению, связывающему функцию Беллмана на каждом шаге с этой же функцией, но вычисленной на предыдущем шаге.
Б4(83) = тах { Д^ (83, у4) + Б5 (84)}, Д1 4 > 0, у4бУ (10) Б3(82) = тах { Д^ (82, у3) + Б4 (83)}, Д1 3 > 0, у3бУ (11) Р2(80 = тах { Д12 (81, у2) + Б3 (82)}, Д1 2 > 0, у2£У (12) Б^о) = тах { Дгх (80, у1) + Б2 (81)}, Д 1 > 0, у1бУ (13) После того, как функция Беллмана и соответствующие оптимальные управления найдены для всех шагов с 5-го по первый, осуществляется второй этап решения задачи, называемый безусловной оптимизацией. Пользуясь тем, что на первом шаге состояние системы известно - это ее начальное состояние 50, можно найти оптимальный результат за все 5 шагов и оптимальное управление на первом шаге, которое этот результат доставляет. После применения этого управления система перейдет в другое состояние зная
которое, можно, пользуясь результатами условной оптимизации, найти оптимальное управление на втором шаге, и так далее до последнего 5-го шага.
На основе разработанной математической модели был апробирован метод пошаговой оптимизации операций процесса монтажа печатных плат на предприятии контрактного производства электроники [6]. Применение процессного подхода при разработке данного метода, когда выходные параметры одного процесса являлись входными параметрами для следующего, позволило на начальном этапе определить параметры оптимизации подпроцессов и основной критерий эффективности применения технологических инноваций в производственном процессе монтажа печатных плат.
Процесс производства Р (6) путём последовательного управления переводится из начального состояния в конечное за п шагов (4), (5), (6), (7), (8). Были заданы количество шагов в соответствии с количеством операций, а также ограничения экономического характера. При этом разработанная математическая модель позволила на каждом шаге выбирать такое управление, при котором значение сокращения времени было бы максимальным (9), (10), (11), (12), (13). Оптимизация параметров производственного процесса на каждом шаге управления путём замены оборудования является основой метода обеспечения эффективности внедрения технологических инноваций в условиях заданных ограничений.
Разработанная модель позволяет найти оптимальный вариант распределения ресурсов на каждом шаге управления с целью получения максимальной эффективности от внедрения технологических инноваций в условиях ограничений. Кроме того, оценка эффективности применения технологических инноваций на предприятии обеспечивает эффективное использование материально-технических ресурсов и инвестиций в организацию производственных процессов.
Литература
1. ISO/TC176/SC2/№ 630R2. ISO 9000 Introduction and Support Package: Guidance on "Outsourced Processes". Пакет документов по введению и поддержке ИСО 9000:2000: "Руководство по применению процессов аутсорсинга".
2. Коротаев А. В., Цирель С. В. «Кондратьевские волны в мировой экономической динамике» // Системный мониторинг. Глобальное и региональное развитие / Ред. Д. А. Халтурина, А. В. Коротаев. М.: Либроком/URSS, 2009г. С. 189—229.
3. Глазьев С. Ю. «Стратегия опережающего развития России в условиях глобального кризиса». - Ида-тельство: Экономика, 2010г. С. 256.
4. Беллман Р. «Динамическое программирование». — М.: Изд-во иностранной литературы, 1960г.
С. 400.
5. Коршунов Г.И. «Процессы устойчивого развития контрактного производства электроники в условиях закрытых и открытых инноваций» НТВ СПбГПУ. Инноватика.. № 3(121) 2011.
6. Компания "ПАНТЕС", URL: http://www.pantes.ru
Э 8(921)930-9246
E-mail: kgi@pantes.ru
E-mail: ssera83@mail.ru
Ключевые слова: эффективность, инновации, производство электроники, математическая модель, оптимизация.
