CC BY
6
Анцев Александр Витальевич, д-р. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, a.antsev@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Воробьев Алексей Владимирович, заместитель главного инженера проекта, super-worobyov-av@yandex.ru, Россия, Тульская область, Донской, ООО «Стройтехника»
METHODOLOGY FOR ANALYSIS OF CUSTOMER REQUIREMENTS TO THE QUALITY OF LIFTING MACHINES
A.V. Antsev, A.V. Worobyov
The task of reducing the duration of the production cycle of manufacturing products by reducing the time of implementation of the stage of the product life cycle «Design and development of technical requirements, product development» based on improving the methodology for analyzing the requirements for lifting machines established by the consumer, according to the criterion of resource intensity, is considered. Relationship equations for quality parameters and components of resource intensity of lifting machines are obtained by regression analysis based on the use of averaged values of quality parameters for all lifting machines produced at a crane building enterprise and the empirical equation of multiple non-linear regression. To assess the type offunctions from the main quality parameters of the lifting machines, single regressions of the main quality parameters and components of the resource intensity of the lifting machines were constructed in the form of polynomials of the first, second and third degrees. The correspondence of the considered models to the data was assessed using the coefficient of determination. The resulting equations for the relationship of labor intensity, material consumption and the cost of manufacturing a crane from the joint influence of the main quality indicators were used in Stroytekhnika LLC when designing an overhead crane 10-A5-22.5-12-U2. Because of the application of an improved requirements analysis methodology, the efficiency and quality of the design preparation process for the production of overhead crane has increased.
Key words: quality parameters, resource intensity, analysis of consumer requirements, multiple non-linear regression, lifting machines.
Antsev Alexander Vitalyievich, doctor of technical science, docent, head of the department, a.antsev@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Worobyov Alexey Vladimirovich, deputy chief engineer of the project, super-worobyov-av@yandex.ru, Russia, Tula region, Donskoy, LTD «Stroytekhnika»
УДК 658.5:004.9
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-257-258
ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНСТРУКТОРСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
А.В. Анцев, А.В. Воробьев
Рассмотрена задача развития современных инструментов и методов информационной поддержки управления качеством грузоподъемных машин на стадии конструкторской подготовки их производства в условиях цифровизации и интенсификации производства. Для практической реализации концепции повышения эффективности и качества процесса конструкторской подготовки производства грузоподъемных машин представлена система информационной поддержки Кран Экспресс, состоящая из базы данных цифровых двойников мостовых кранов и программы для ЭВМ для обеспечения взаимодействия пользователя с базой данных, анализа требований к грузоподъемным машинам, установленных потребителем, и квалиметрической оценки близости цифровых двойников-аналогов проектируемой грузоподъемной машине. Приведена структура системы информационной поддержки, алгоритм взаимодействия пользователей с системой в виде диаграммы прецедентов, даталогическая модель базы данных системы. Рассмотрен пример использования системы информационной поддержки в процессе заключения договора и конструкторской подготовки производства мостового крана 10-А5-22,5-12-У2 на ООО «Стройтехника» (г. Донской Тульской области). В результате практического использования представленной системы информационной поддержки достигнуто снижение на 15-20 % времени проектирования мостовых кранов.
Ключевые слова: конструкторская подготовка производства, управление процессом, информационная поддержка, грузоподъемные машины.
В настоящее время наблюдается устойчивый рост спроса на грузоподъемные машины (ГПМ), выпускаемые предприятиями подъемно-транспортного машиностроения. Это обусловливает рост конкуренции, в условиях которой предприятиям необходимо постоянное повышение качества грузоподъемных машин и эффективности реализации всех стадий жизненного цикла ГПМ. Одной из важнейших стадий жизненного цикла ГПМ является стадия конструкторской подготовки производства, которая представляет собой совокупность процессов и работ, направленных на разработку конструкторской документации для серийного изготовления новых и совершенствования выпускаемых изделий, в ходе которой обеспечивается качество продукции, обусловленное проектированием [1]. В процессе конструкторской подготовки производства ГПМ осуществляется проработка конструкции, соответствующей установленным потребителем показателям качества, и разработка комплекта конструкторской документации, соответствующей требованиям Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) [2].
Современные предприятия подъемно-транспортного машиностроения, работающие в условиях цифрови-зации и интенсификации производства, постоянно растущих темпов обновления объектов производства и увеличения их номенклатуры, сталкиваются с проблемой постоянного сокращения времени, отпускаемого на принятие различных организационно-технических, в том числе проектных, решений [3, 4]. В результате увеличивается неопределенность процесса конструкторской подготовки производства, повышающая риск снижения его эффективности и качества, и возрастает потребность в учете фактора преемственности проектных решений, как обязательного условия уменьшения их неопределенности, существенного сокращения сроков проведения и максимально возможного совмещения конструкторских работ во времени [3]. Указанные обстоятельства в качестве цели ставят перед процессом конструкторской подготовки производства необходимость достижения в минимально допустимые сроки количественной и качественной определенности ГПМ в соответствии с потребностями всех заинтересованных сторон и с учетом ресурсных и других ограничений [3]. Поэтому предприятиям подъемно-транспортного машиностроения необходимо постоянно совершенствовать методики и инструментарий повышения эффективности и качества конструкторской подготовки производства грузоподъемных машин для снижения трудоемкости проектно-конструкторских работ и повышения качества обслуживания потребителей [5, 6].
При решении отмеченной задачи в настоящее время широко используются известные методы контроля качества и инструменты управления качеством, процессный подход и риск-менеджмент, стандартизация и унификация проектных решений, информационная поддержка процессов разработки в виде CAD/CAE/CAM-систем, а также другие инструменты и методы [7, 8]. Однако темпы развития современных методик и инструментария повышения эффективности и качества конструкторской подготовки производства грузоподъемных машин являются недостаточными и не позволяют предприятиям подъемно-транспортного машиностроения оперативно реагировать на постоянно изменяющиеся требования рынка, что негативно сказывается на их конкурентоспособности. Отмеченные обстоятельства обусловливают необходимость дальнейшего развития современных инструментов и методов управления качеством ГПМ на всех стадиях их жизненного цикла, а также средств их информационной поддержки в условиях цифровизации и интенсификации производства.
Для практической реализации концепции повышения эффективности и качества процесса конструкторской подготовки производства грузоподъемных машин [9] была разработана соответствующая система информационной поддержки Кран Экспресс. Предложенная система информационной поддержки состоит из двух основных частей: реляционной базы в среде PostgreSQL данных цифровых двойников 1185 мостовых кранов, выпущенных предприятием ООО «Стройтехника» (г. Донской Тульской обл.), и программного обеспечения, разработанного на языке Python с использованием фреймворка для построения графического интерфейса Qt6, обеспечивающего взаимодействие пользователя системы информационной поддержки с базой данных цифровых двойников, анализ требований к грузоподъемным машинам, установленных потребителем, по критерию ресурсоемкости грузоподъемных машин и квалиметрическую оценку близости цифровых двойников-аналогов проектируемой грузоподъемной машине. Использованные программные средства обеспечивают возможность работы данной системы на всех популярных в настоящее время платформах - Windows, MacOS и Linux.
Система информационной поддержки Кран Экспресс состоит из четырех основных модулей:
1. Модуль анализа требований к грузоподъемным машинам.
2. Модуль квалиметрической оценки близости цифровых двойников-аналогов.
3. Модуль просмотра заказов.
4. Модуль просмотра цифровых двойников.
Структура системы информационной поддержки Кран Экспресс представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структура системы информационной поддержки Кран Экспресс
Алгоритм взаимодействия пользователей с системой информационной поддержки изображен на диаграмме прецедентов (рис. 2).
Модуль анализа требований к грузоподъемным машинам обеспечивает ввод параметров заказа в систему с помощью блока редактирования заказа и его экспресс-оценку. В блоке редактирования заказа указываются основные параметры заказчика, полученные от потребителя при заключении контракта на изготовление мостового крана:
грузоподъемность, т; пролет крана, м; высота главного подъема, м; высота вспомогательного подъема, м; база крана, м; высота крана, м; скорости передвижения крана, м/мин; скорости передвижения тележки, м/мин; скорость подъема главного и вспомогательного крюка, м/мин; группа режима работы крана; климатическое исполнение с категорией размещения; тип подкранового пути; база тележки, м; колея тележки, м; высота перил тележки, м; тип кабины; тип моста; тип тележки. Для удобства пользователя параметры заказа можно скопировать из других заказов, хранящихся в базе данных.
Рис. 2. Диаграмма прецедентов системы Кран Экспресс
Для проведения анализа требований к грузоподъемным машинам по критерию ресурсоемкости используется блок экспресс-оценки параметров заказа. Оценка трудоемкости, материалоемкости и себестоимости получается с использованием самообучающихся за счет постоянного добавления в базу данных новых кранов и учета индекса потребительских цен на товары и услуги в Российской Федерации множественных нелинейных регрессий.
Информация о заполненном и проанализированном заказе сохраняется в базе данных. Просмотр сохраненной в базе данных информации о заказах можно осуществить с помощью модуля просмотра заказов. С его помощью можно вывести на экран компьютера как информацию обо всех имеющихся заказах, так и ограничить полученный список с помощью фильтров.
Для работы с описанием проектируемого крана после принятия заказа к исполнению предназначен модуль квалиметрической оценки близости цифровых двойников-аналогов. Он обеспечивает ввод параметров крана в систему с помощью блока редактирования крана и проведение квалиметрической оценки близости цифровых двойников-аналогов на основе расчета коэффициента сходства.
Работа с описанием проектируемого крана в системе Кран Экспресс начитается с указания номера заказа. На основе номера заказа из базы данных загружаются основные параметры проектируемого крана, предоставленные потребителем и введенные в блоке редактирования заказа. При этом в ходе проектирования крана и по согласованию с заказчиком указанные параметры могут быть изменены.
Следующим шагом является подбор цифровых двойников-аналогов на основе расчета коэффициента сходства с использованием данных заказа с помощью блока расчета коэффициента сходства. В результате работы данного блока пользователь получает перечень из наиболее близких проектируемому крану цифровых двойников-аналогов. Указав заводской номер цифрового двойника-аналога в блоке редактирования крана можно автоматически заполнить поля основных параметров крана параметрами аналога. К параметрам изготовленного по контракту крана, сохраняемым в базу данных, относятся: комплектующие механизмов главного и вспомогательного подъема (двигатели, тормоза, редукторы; диаметры и длины барабанов, м); комплектующие механизмов передвижения тележки и крана (двигатели, тормоза, редукторы; диаметры колес, м); трудоемкость изготовления крана, нормо-час, материалоемкость крана, кг, себестоимость крана, руб.; дата изготовления крана. Также можно загрузить в базу данных архив с конструкторской документацией изготавливаемого крана. Просмотр сохраненной в базе данных информации о кранах можно осуществить с помощью модуля просмотра цифровых двойников. С его помощью можно вывести как информацию обо всех имеющихся цифровых двойниках, так и ограничить полученный список с помощью фильтров. С помощью данного модуля можно сохранить для дальнейшей работы архив с конструкторской документацией цифровых двойников-аналогов, хранящийся в базе данных. Даталогическая модель базы данных системы Кран Экспресс, соответствующая реляционной модели, разработанной в работе [10], приведена на рис. 3.
В базе данных системы Кран Экспресс содержится 7 таблиц:
- основная таблица цифровых двойников кранов Cranes;
- таблица заказов предприятия Orders, связанная с основной таблицей кранов через номер заказа;
- таблица для хранения архивов цифровых моделей кранов DesignDocumentation;
- справочная таблица режимов работы крана WorkingModes для проверки корректности вводимых данных;
- справочная таблица климатических исполнений с категорией размещения InstallationLocations для проверки корректности вводимых данных;
- справочная таблица весовых коэффициентов Weights для квалиметрической оценки близости цифровых двойников-аналогов;
- справочная таблица индексов потребительских цен в Российской Федерации для учета уровня инфляции при анализе требований к грузоподъемным машинам по грузоподъемности.
<*:■ риЬНс
{Э Сгалп
г к] гКвдог Ц ГдП1:гу_питЬсг
«вег.питЬв! Ояпая ча>
П кж!_саркЯу г?а1 0 сгвпс_«+л геМ
ф риЫк
~ Ом1дпОос1мл*г
9 №пд_Г|е>дМ_рпП1 г«
9 «а»
9 Kfervg.Wed.pnm геа!
О сглпе.Ьам гм! 0 сгаг*_ье1дщ 1ы1
0 иоИву_пмй_арейЛ№а1
ф риыьс ^ «ГогЙ1ЛдЫо<1*»
•>"4110) О смЯМмп геа!
0 |*а1
р «сткпд пиМе сь*г#аег чл гутд(10)
(иикмйп.кхлЬоп слагал е» га1утд|10)
Ф ртыч £ ишц*"*
0 кэайсзраспу геа! ~ аапе-грал гед1 О ИиидтГй10Ы «а!
сгапе- Ьлн- геа! 0 гса(
9 еппе.11га«1_5рмв «а!
0 гей
О «а!
9 *олзпд_т<к1е г«1 9 рша11абог1=1есалоп геал
<ё>
ф риЫК
тЯат&сл_1«*ол с!чг«с< -« деуВДЮ)
Рис. 3. Даталогическая модель базы данных системы Кран Экспресс
Разработанная система информационной поддержки была использована в процессе заключения договора и конструкторской подготовки производства на ООО «Стройтехника» (г. Донской Тульской области):
1. Маркетинговая служба получила заявку на заказ совместно с исходными техническими требованиями (ИТТ) на производство мостового крана 10-А5-22,5-12-У2, имеющего следующие характеристики:
- грузоподъемность крана Q - 10 т;
- группа режима работы крана - А5;
- пролет Ь - 22,5 м;
- высота главного подъема Н - 12 м;
гл.п. '
- климатическое исполнение с категорией размещения - У2;
- скорость подъема главного крюка ц 7,5 м/мин;
- скорость передвижения тележки (тали) ц т - 38 м/мин;
75 м/мин;
- скорость передвижения крана ц
пер.кр.
м;
- база крана Д^ - 4,4
- высота крана Нкр - 2,1 м.
2. Маркетолог выполнил экспресс-оценку показателей ресурсоемкости заказа, подставляя в них значения характеристик крана (рис. 4).
кран Экспресс номер »нам
|927
Е!ькии главного лидьели, г
[км
Скорость крлнл, м/мин
[гмо
Режим работы крана
а
Копр и тедетккк, и
Ем
оппрмлл
Себестоимость. р/Ь. »072142.11_
иэ ВД Сокронить в БД высоте есиом. пил ьемз. и
|оос
СКОРОСТЬ ТеЛРЖКИ, «/МНИ
Климлтичеекое иегюлнение
Ныеотд перил тележки, м
^РВДОЙИКОСТЬ. «Ш-ЧК
=
л
Грузоподъемность, г
ГТооо :
Елза креме, м
[мо 1]
Скорость подъема главная, м/мин
[мо Г]
Тип подкранового пути
Мятсрнмосмюсп», кг
[12486,70
Пролет крана, м
122.50
\ш_
Скороаь подъема вспоы., м/мин
I
НПО
Г.ата тележки, ы
1,50
Тип мосте Л. I 1
Рис. 4. Экспресс-оценка показателей ресурсоемкости заказа в системе Кран Экспресс
3. На основе рассчитанных показателей ресурсоемкости были сформированы коммерческое предложение и техническое описание и отправлены заказчику для заключения договора. На основе заключенного договора конструкторской службе предприятия направлено техническое задание на разработку необходимой для изготовления грузоподъемной машины конструкторской документации.
4. Конструкторская служба по результатам заключенного договора получила согласованное с заказчиком техническое задание (ТЗ) на производство мостового крана 10-А5-22,5-12-У2.
5. По результатам поиска в базе данных цифровых двойников грузоподъемных машин аналогов, имеющих максимальное значение коэффициента сходства, система информационной поддержки конструкторской подготовки производства грузоподъемных машин представила конструктору следующие аналоги для разработки конструкторской документации (рис. 5):
- 1 кран: 10-А5-20-10-У3;
- 2 кран: 10-А7-14-10-У3;
- 3 кран: 10-А5-20,8-12-У3;
- 4 кран: 5-А1-13,79-16-УХЛ4;
- 5 кран: 10-А3-28-18-У1.
^ Аплпшшюг и роге 1И |И 1 ы н иг X
ю ГррСПСДКЫНОСТЪ Пролет крич Вьката гкда лыл [ш«{' м Высоте <рлнв Скорость рана Сюростътеле «™ Скорость под Режии р ■5оги £пнНЫГНЧ«КПЕ: ^пплмнне к!пнцчит о:
1 дмп-даг КШ т ггл АЛ 1» «Л ЕЛ ¡Л V* С Ж
1 Л О (В№ №0 го.о ш ЛЛ 1-Ш т »Л « « « №
1 ННИ-М» Ю.О а.о то Л.Л 1А Т5Я ИЛ 15 АЗ У1 оя
4 гмимм КШ 14« №0 *А 1.379 70.4 ил 1.76 А7 VI иш
^ жа-ш « 16-0 « 2.1 4*Д 1« и Д1 УХ/И ам
ИЛЯТН 1Н1Л4ГН | ЛкрЧ
Рис. 5. Поиск крана-аналога в системе Кран Экспресс
Параметры кранов-аналогов представлены в табл. 1.
Параметры кранов-аналогов
Номер крана-аналога Параметр крана 1 2 3 4 5
Грузоподъемность крана Q , т 10 10 10 5 10
Группа режима работы крана А5 А7 А5 А1 А3
Пролет X, м 20 14 20,8 13,79 28
Высота главного подъема Н , м гл.п. 10 10 12 16 18
Климатическое исполнение с категорией размещения У3 У3 У3 УХЛ4 У1
Скорость подъема главного крюка ц , м/мин 7,5 8,76 8,4 2,4 7,5
Скорость передвижения тележки (тали) ц т , м/мин 38 34 37 19,2 38
Скорость передвижения крана ц кр , м/мин 75 70,5 76 48 75
База крана А^ , м 4,4 4,4 4,4 3,8 4,4
Высота крана Нкр , м 1,379 1,379 1,55 2,1 1,6
Коэффициент сходства 0,97 0,9 0,98 0,64 0,91
6. В качестве крана-аналога конструктором выбирается кран, для которого коэффициент сходства имеет максимальное значение:
КС4 = 0,64 < КС2 = 0,9 < КС5 = 0,91 < КС1 = 0,97 < КС3 = 0,98 .
Следовательно, в качестве крана-аналога выбирается кран 10-А5-20,8-12-У3.
7. Из базы данных конструкторской документации извлекается рабочая документация выбранного крана-аналога и конструктором создается копия рабочей конструкторской документации крана-аналога.
8. Производится доработка конструкторской документации выбранного крана-аналога в соответствии с техническим заданием в результате которой составляется рабочая конструкторская документация проектируемого конструктором крана.
9. В базу данных вносится соответствующая информация по выполненному заказу на создание грузоподъемной машины 10-А5-22,5-12-У2 (рис. 6).
1а
|ам "
■Г^РКГк ЛТК1А V
■ кгъш. и
Л!
Гймуоют_
!АМТ1И42М®6«УЭ
¡1.10
гкг-гоо «
О»«*!* А»
|*мгепгм*бУбя
Ссбестсмкость. ру^ 1+10000000
тонки
зшв1(-1бо-э1з-гб-пшп-у1
зц3м».1».31>'3г(38|п1ип.я Ред)ч'ср кзИШ. Лщмиа
Рис. 5. Сохранение информации по выполненному заказу на создание грузоподъемной машины
261
В результате практического использования представленной системы информационной поддержки конструкторской подготовки производства грузоподъемных машин на предприятии подъемно-транспортного машиностроения и формирования решения принятия заказа на изготовление грузоподъемных машин в ООО «Стройтехника» достигнуто снижение на 15-20 % времени проектирования мостовых кранов.
Список литературы
1. Организация производства и управление предприятием: Учебник / О.Г. Туровец, М.И. Бухалков, В.Б. Родинов и др.; Под ред. О.Г. Туровца. 3-е изд. М.: ИНФРА-М, 2011. 506 с.
2. Единая система конструкторской документации: Справочное пособие / С.С. Борушек, А.А. Волков, М.М. Ефимова и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во стандартов, 1989. 353 с.
3. Амиров Ю.Д. Основы конструирования: Творчество - стандартизация - экономика: Справочное пособие. М.: Издательство стандартов, 1991. 392 с.
4. Чернецова Е.А. Управление процессом анализа контракта на создание грузоподъемных машин: 05.02.23: дис. ... канд. техн. наук / Е.А. Чернецова ; Тул. гос. ун-т. Тула, 2014. 156 с.
5. Ивахненко А.Г., Сторублев М.Л. Управление процессами организации на основе данных о результативности // Методы менеджмента качества. 2009. № 5. С. 8-12.
6. Пузанов В.Е., Ивахненко А.Г. Исследование свойств математических моделей динамики качества машиностроительной продукции // Известия Юго-Западного государственного университета. Техника и технологии. 2012. № 2-1. С. 128-131.
7. Васин С.А., Иноземцев А.Н., Анцев В.Ю. Информационная инфраструктура технологической подготовки производства // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2004. № 6 (6). С. 32-44.
8. Информационная поддержка систем управления качеством изготовления машин / С.А. Васин, В.Ю. Анцев, А.Н. Иноземцев, Н.М. Пушкин; Под общ. ред. С.А. Васина. Тула: Тул. гос. ун-т, 2002. 428 с.
9. Воробьев А.В. Методика повышения эффективности и качества конструкторской подготовки производства грузоподъемных машин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 4. С. 469-475.
10. Анцев А.В., Воробьев А.В., Анцев В.Ю. Реляционная модель процесса аналогового проектирования грузоподъемных машин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 8. С. 368-373.
Анцев Александр Витальевич, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, a.antsev@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Воробьев Алексей Владимирович, заместитель главного инженера проекта, super-worobyov-av@yandex.ru, Россия, Тульская область, Донской, ООО «Стройтехника»
INFORMATION SUPPORT OF MANAGEMENT OF THE PROCESS OF DESIGN PREPARATION OF PRODUCTION OF
LIFTING MACHINES
A.V. Antsev, A.V. Worobyov
The task of developing modern tools and methods of information support for quality management of lifting machines at the stage of design preparation of their production in the context of digitalization and intensification of production is considered. For the practical implementation of the concept of improving the efficiency and quality of the process of design preparation for the production of lifting machines, the information support system Crane Express is presented, consisting of a database of digital twins of overhead cranes and a computer program to provide user interaction with the database, analysis of requirements for lifting machines established by the consumer, and qualimetric assessment of the proximity of digital twins-analogues of the designed lifting machine. The structure of the information support system, the algorithm of user interaction with the system in the form of a use case diagram, the logical data model of the system's database are given. An example of using the information support system in the process of concluding a contract and design preparation for the production of an overhead crane 10-A5-22.5-12-U2 at Stroytekhnika LLC (Donskoy, Tula Region) is considered. Because of the practical use of the presented information support system, a reduction of 15-20% in the design time of overhead cranes was achieved.
Key words: design preparation of production, process control, information support, lifting machines.
Antsev Alexander Vitalyievich, doctor of technical science, docent, head of the department, a.antsev@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Worobyov Alexey Vladimirovich, deputy chief engineer of the project, super-worobyov-av@yandex.ru, Russia, Tula region, Donskoy, LTD «Stroytekhnika»
