CC BY
16Концепция расчета технико-экономических параметров мебельных изделий
на основе структурно-атрибутивных моделей
о см о см
Бунаков Павел Юрьевич
д.т.н., доцент, кафедра информатики, Государственного социально-гуманитарного университета, [email protected]
Бочаркина Олеся Юрьевна
аспирант, кафедра информатики, ГОУ ВО МО «Московский Социально-Гуманитарный Университет», [email protected]
В современных условиях существенную роль в формировании конкурентоспособного мебельного предприятия играет наличие системы автоматизации технико-экономических расчетов, интегрированной с комплексной системой автоматизированного проектирования (САПР) и технологической подготовки производства. Большинство предприятий мебельного сектора уже прошли этап частичной автоматизации, получив от него максимально возможную выгоду. Дальнейшее их развитие связано с автоматизацией конструкторских, технологических, производственных, экономических и управленческих задач в общем информационном пространстве с внедрением безбумажных технологий. Только такой подход способен привести к реальному повышению эффективности работы предприятий, повышению качества продукции и сокращению сроков ее изготовления. Среди технико-экономических задач наиболее важной является задача точного расчета себестоимости проектируемого изделия. Понятие себестоимости продукции включает в себя стоимость сырья, материалов и энергии, основных фондов, трудовых затрат, износ оборудования и ряд других затрат. Характерной особенностью расчёта себестоимости в мебельном деле является разнообразие применяемых методик её калькуляции. В статье рассматривается подход к автоматизации технико-экономических расчетов, в частности, расчета себестоимости, основанный на использовании модифицированной концепции технологического сопутствия и структурно-атрибутивных моделей изделий корпусной мебели, которые инкапсулируют в себе геометрическую и объектно-ориентированную информацию. Это позволяет использовать их для разработки программных модулей технико-экономических расчетов, которые могут использоваться в САПР на любых этапах проектирования изделий.
Ключевые слова автоматизация, себестоимость, технологическое сопутствие, структурно-атрибутивные модели
О Ш
т х
Комплексная автоматизация конструкторских, технологических, производственных и управленческих задач становится ключевым фактором успеха промышленных предприятий в условиях современного высококонкурентного рынка [12]. Для этих целей разработано большое количество различных систем автоматизированного проектирования (САПР) и управления, как универсальных, так и специализированных. Они охватывают практически все этапы жизненного цикла изделий [6-8, 11]. В полной мере эта тенденция проявилась и в мебельной промышленности, поскольку она непосредственно выходит на конечного потребителя. [1, 3].
Мебельные предприятия в России - это в основном малый или средний бизнес, работающий по индивидуальным заказам, или по технологии позаказного промышленного производства. Этап частичной автоматизации, когда САПР устанавливаются в конкретных подразделениях для решения частных задач, большинством из них уже пройден, и максимально возможная выгода от него получена. На очереди новый этап - интеграция всех задач, решаемых в рамках реализации проектов изготовления мебели, в общем информационном пространстве на основе внедрения безбумажных технологий. Только такой подход способен дать новый импульс развитию мебельных предприятий [10]. Таким образом, теоретические исследования в области комплексной автоматизации и практическая разработка элементов информационного, методического, математического и программного обеспечения высокоинтегрированных САПР является в современных условиях актуальной задачей.
С точки зрения автоматизации существенными особенностями предприятий мебельной промышленности являются [2]:
• наличие конкретного заказчика каждого изделия, который непосредственно включен в процесс проектирования на его начальном этапе;
• равнозначность функциональных, эстетических и художественных требований к изделиям;
• индивидуальный характер каждого проекта, даже при наличии серийно выпускаемых изделий и складской программы;
• огромное количество видов используемых материалов и фурнитуры;
• наличие территориально распределенной сети сбыта продукции и, как следствие, востребованность облачных решений;
• широкое применение современных станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и обрабатывающих центров (ОЦ).
3
<
т о х
X
Схематичное изображение потоков информации на мебельном предприятии приведено на рисунке 1.
Для изготовления и передачи заказчику мебельного гарнитура, состоящего из некоторого множества изде-
лий, необходимо подготовить ряд документов в бумажном и/ или электронном виде. Основными из них являются комплект чертежей и спецификаций, маршрутные и операционные технологические карты, карты раскроя плитных и погонажных материалов, управляющие про-
граммы (УП) для станков с ЧПУ и ОЦ, технико-экономические документы (сводные таблицы материалоемкости и трудоемкости, сметы затрат и т.д.), эксплуатационные документы.
Рисунок 1. Схема информационных потоков мебельного предприятия
Условия рыночной экономики неизбежно требуют продукции, обладающей высоким качеством, доступной ценой и минимальными сроками изготовления. Для достижения оптимального баланса между этими противоречивыми требованиями с точки зрения автоматизации необходима прямая интеграция информационных массивов, формируемых в процессе приема заказов, моделирования и конструирования, технологической подготовки производства, изготовления и отгрузки изделий. Это требует отказа от традиционных для САПР геометрических моделей и перехода к моделям, инкапсулирующим разнородную информацию об изделии и технологии его изготовления. Они получили название объектных структурно-атрибутивных моделей. Для информационной интеграции технико-экономической и геометрической информации в рамках моделей данного класса предлагается использовать доработанный вариант концепции технологического сопутствия [4], в том числе расширить ее возможности для применения в мультиа-гентной среде проектирования [9].
Понятие себестоимости любой продукции отражает стоимость сырья, материалов и энергии, а также основных фондов, затрат труда, ресурса оборудования и ряда других затрат. В мебельной промышленности особенностью расчета себестоимости является применение разнообразных вариантов ее калькуляции, следствием чего является уникальность методик расчета практически на каждом предприятии [5]. С точки зрения реализации средств автоматизации это означает высокую вариативность расчетных алгоритмов и возможность их «тонкой» настройки на специфические требования конкретного предприятия.
Себестоимость мебельного изделия складывается из прямых и косвенных затрат. Прямые затраты - это стоимость плитных и облицовочных материалов, фасадов (если они имеются), фурнитуры и стандартных элементов (выдвижные ящики, пантографы, декоративные элементы и т.д.). Косвенные (накладные) затраты не имеют прямой связи со спецификой мебельного производства и включают в себя арендные платежи, амортизацию оборудования, транспортные и складские расходы, оплату труда производственных рабочих, расходы на обучение специалистов, общехозяйственные расходы и ряд других.
Автоматизированный расчет себестоимости изделия предполагает определение себестоимости единицы произведенной продукции на основании информации из объектной модели. При этом необходимо учитывать как расходы, непосредственно связанные с изготовлением продукции, так и расходы, относимые на неё для целей учёта. Полученные данные являются основой анализа целесообразности и рентабельности выпуска изделий определенной номенклатуры. Для мебельных предприятий наиболее предпочтительным следует признать по-заказный метод калькуляции [5]. Его программная реализация может быть выполнена на основе информации, содержащейся в структурной части структурно-атрибутивной модели мебельного изделия [10].
В общем случае заказ на мебель предполагает изготовление некоторого мебельного гарнитура - набора изделий, реализующих функциональные и эстетические потребности заказчика. Структурная модель гарнитура отражает его иерархическую декомпозицию на взаимосвязанные уровни:
X X
о
го А с.
X
го т
о
ю
2 О
м о
о es о es
о ш m
X
3
<
m О X X
здесь Lд - уровень детали; L6 - уровень блока; Le -уровень секции; Lи - уровень изделия; Lr - уровень гарнитура.
На уровне деталей гарнитур представляется в виде множества панелей из плитных материалов заданной геометрической формы, а также связанных с ними элементов крепежной и декоративной фурнитуры: Мс(Ьд) = PUF.
Свойства панелей pkEP определяется множеством геометрических и проектных параметров S(p), которое, в свою очередь, содержит геометрические параметры панелей (G), свойства плитных и облицовочных материалов (M) и свойства присадочных отверстий под фурнитуру (H):
pkEP^S(pk) = (Gk,Mk,Hk ).
Каждый из указанных компонентов описывается парой значений: показатель некоторого свойства (g, m, h) и способ его учета (d) при автоматическом выполнении экономических расчетов:
G=U (gi,dl); М =U (ml,dl); Н =U (hl,dl).
i i i
Элементы fkEF определяют характеристики обобщенных отверстий HS и набор возможных схем соединения панелей в рассматриваемом узле сопряжения SI:
fEF ^ S(f) = (HS,Sl)
HS =U (ol,dl); SI =U (sl,dl). i i
Параметр d - это признак способа учета того показателя, с которым он ассоциирован. Для него возможно 4 варианта значений:
• d =1 - показатель учитывается в единицах площади, что характерно для ДСП, ДВП, облицовочного пластика и аналогичных материалов;
• d =2 - показатель учитывается в линейных единицах (облицовочная лента, профиль, плинтусы, карнизы и т.д.);
• d =3 - показатель учитывается штучно (системы выдвижения, приобретенные на стороне изделия, светильники и т.д.);
• d = 4 - показатель учитывается в весовых или объемных единицах (краска, растворители, клеи и т.д.).
На уровне блоков в модель включаются блоки двух видов:
• стандартные, не подлежащие декомпозиции на более мелкие элементы по физическим или логическим причинам и входящие в структурную модель изделия в качестве единого целого по требованиям технологического процесса изготовления данного изделия;
• сборные, изготавливаемые на самом предприятии, в его филиалах, или приобретаемые в сторонних организациях для установки в гарнитур без дополнительной обработки.
Сборный блок по структуре идентичен изделию в целом. Он также состоит из панелей, узлов сопряжения, стандартных и ранее созданных блоков, т.е. имеет рекурсивную структуру. Его обособление в модели обусловлено конструктивными технологическими или экономическими соображениями, актуальными для конкретного предприятия.
Секция - это часть внутреннего пространства изделия, полностью или частично ограниченная панелями, закрепленными стационарно. Элементами секции являются любые ассоциированные с ней элементы нижеле-
жащих уровней. На этом уровне начинают формироваться функциональные и художественные особенности мебельного гарнитура.
На уровне секции и выше появляется понятие узлов сопряжения N - специальных структурных единиц, характеризующихся определенным набором панелей Р в количестве от одной до трех, вариантом сопряжения v и элементом крепежной фурнитуры f:
N={n}: nE N ^ S(n) = (P,v,f); P={p,, i=1..3}.
Обобщенная структура узла сопряжения показана на рисунке 2. Узлы сопряжения в модели выполняют две функции:
• определение варианта скрепления панелей;
• контроль корректности скрепления за счет наличия функциональной связи крепежного элемента определенного типа с допустимой конфигурацией панелей и вариантом сопряжения: f=Q(v, P).
Рисунок 2. Структура узла сопряжения
В структурно-атрибутивной модели секции выполняют задачу формирования структуры изделия:
М(ЬИ) = (у = 041 ,
где в/ - секции изделия; п - межсекционные узлы сопряжения.
На уровне гарнитура отдельные мебельные изделия объединяются в единое целое по эстетическим, функциональным, конструктивным и иным требованиям заказчика:
маг) = {иМ(11))и{рг}и{пг},
где рг- панели, ассоциированные одновременно с несколькими изделиями гарнитура (столешницы, балюстрады и т.п.); Пг - узлы сопряжения, предназначенные для скрепления мебельных изделий между собой или с элементами интерьера.
На всех уровнях структурной декомпозиции изделия каждый параметр используется в паре с показателем б, который описан выше. Это позволяет в автоматическом режиме на основе объектной модели реализовать алгоритмы точного расчета материалоемкости изделия От в соответствии с соотношением:
(И \ / м
¡=1 ' аг \;=1
, (1)
где Ы, М, К, Р- количество материалов, показателем расхода которых является, соответственно, площадь, длина, штука и вес (объем); а/, в, б/ - повышающие коэффициенты, определяемые технологическими процессами и учетной политикой предприятия; Б/ - суммарная площадь деталей из /-го материала; и - суммарный
линейный размер деталей из у'-го материала; Щ - множество штучных деталей /-го типа; Т - общий вес (объем) материала /-го вида.
Определение трудовых затрат на изготовление гарнитура требует связать с каждой технологической операцией определенный параметр объектной модели для расчета расхода. Это дает возможность сгруппировать технологические операции по характеру отношения к отдельным параметрам модели. При таком подходе трудоемкость изготовления Ор автоматически и дифференцировано по операциям рассчитывается по соотношению, аналогичному соотношению (1):
Qv =
+
+ СЙ^-иО, + (!?=
■к
+
М=1
■ т)
где Ы, М, К, Р - количество операций, учет трудоемкости которых пропорционален соответственно, площади, длине, количеству и весу (объему) материала; /л р/, о/, п - коэффициенты трудоемкости соответствующих операций; Б/ - суммарная площадь деталей, требующих выполнение /-ой операции; Ь/ - суммарная длина деталей, требующих выполнение /-ой операции; Щ/ - количество элементов, учитываемых в единицах исполнения, над которыми выполняется операция /-ого вида; Т/ - суммарное количество материалов, требующих выполнения операции /-ого вида.
Помимо материалов и комплектующих, которые непосредственно входят в мебельное изделие, для его изготовления необходимы дополнительные материалы, которые получили название сопутствующих материалов. Их необходимость определяется технологическими операциями, а также требованиями упаковки, транспортировки и реализации продукции. В явном виде в структурной объектно-ориентированной модели их нет, однако они могут быть ассоциированы с определенными параметрами основных материалов и технологических операций. Следовательно, для их автоматического учета в расчетах можно использовать соотношение, аналогичное соотношению (1), если заменить повышающие коэффициенты коэффициентами удельного расхода. Множество сопутствующих материалов Ос, ассоциированных с некоторым объектом модели, образуют дерево, пример которого показан на рисунке 3.
Облицованное ДСП
1 1 I » 1 | 1 ■
Необлицоаанное ДСП Шпон Лак Грунг-пак Абразивная лента
Подготовка Облицовывание облицовок пласти
Контроль качества
Подготовка поверхности
Шлифование поверхности
*
Клей
Нанесите лая
Рисунок 3. Пример дерева сопутствия
Общая формула для расчета материалоемкости мебельного изделия и трудоемкости его изготовления получается объединением всех вышеприведенных соотношений: О=От+Ор+Ос.
Таким образом, алгоритм автоматического определения себестоимости мебельного гарнитура при использовании объектной структурно-атрибутивной модели на любом этапе работы с заказом, включая этап концептуального обсуждения с заказчиком, определяется формулой:
С= ЙГ=1 с1-т1 + сн.ч ■ 2?=1Ч1 + Е^ЕЁ! с/ ■ ,
где N - количество видов основных материалов в изделии; с/ - стоимость /-го основного или сопутствующего материала в изделии, отнесенная к единице его учета [руб./ед.]; т/ - количество основного или сопутствующего материала /-го вида в единицах учета; сн-ч - стоимость нормо-часа; М- количество операций; д/ - трудоемкость выполнения /-ой операции в нормо-часах; Ь -количество путей в дереве сопутствия; К - количество вершин на /-ом пути.
Рассмотренный вариант модификации концепции технологического сопутствия и объектных структурно-атрибутивных моделей мебельных изделий дают возможность интегрировать в комплексную САПР корпусной мебели специализированный модуль автоматического расчета технико-экономических показателей. Это позволит сократить общее время работы над проектом, проводить обоснованную ценовую политику, сделать процесс приема заказов понятным и прозрачным для заказчика, что, безусловно, окажет положительное влияние на принимаемые им решения. Важным моментом является оперативное формирование в автоматическом режиме исходных данных для выполнения всех необходимых расчётов.
При практической реализации предлагаемых алгоритмов создаются предпосылки для формирования единого информационного пространства конструкторской, технологической и экономической информации. Это открывает путь к внедрению интегрированной системы проектирования и управления на предприятии.
Литература
1. Бабичев, С. Комплексная автоматизация мебельного производства: этапы, процедуры, требования к компонентам программных средств / С. Бабичев, С. Ди-митрюк // САПР и графика. - 2012. - №10. - С. 26-30.
2. Барташевич, А.А Конструирование мебели //А.А. Барташевич, С.П. Трофимов / Минск: Современная школа, 2006. - 336 с.
3. Брыкин, А.С. Сквозная информационная поддержка позаказного промышленного производства корпусной мебели / А.С. Брыкин, А.В. Стариков // Лесотехнический журнал. - 2013. - №3. - С. 76-82.
4. Бунаков, П.Ю. Теория технологического сопутствия как основа интеграции конструкторской, технологической и экономической информации в комплексной САПР корпусной мебели // Известия высших учебных заведений - Лесной журнал. - 2009. - № 6. □ С. 94-100.
5. Гриненко, В.А. Особенности учета затрат и калькулирования себестоимости продукции мебельной промышленности // В.А. Гриненко, О.В. Гришина, С.А. Иго-нина / Альманах современной науки и образования. -2017. - № 7 (120). - С. 41-46.
6. Евгенев, Г.Б. Интегрированная система автоматизации проектирования технологических процессов и оперативного управления производством / Г.Б. Евгенев, С.С. Крюков, Б.В. Кузьмин, А.Г. Стисес // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2015. -№3. - С. 49-60.
X X
о
го А с.
X
го т
о
ю
2 О
м о
о es о es
7. Красавин, М. Цифровое предприятие. Опыт реализации цифрового предприятия на основе возможностей системы Technologies / Максим Красавин, Борис Бабушкин // САПР и графика. - 2018. - №4. - С. 24-26.
8. Кульга, К.С. Управление ресурсами цифрового позаказного производства с помощью интегрированной автоматизированной информационной системы предприятия // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2016. - №4(3). - С. 418-424.
9. Мешков, Д.А. Формализованное представление процесса проектирования изделий корпусной мебели в мультиагентной среде // Д.А. Мешков, А.В. Стариков / Лесотехнический журнал. - 2014. - №3. - С. 205-213.
10. Стариков, А. В. Теоретические и методологические основы автоматизации проектирования корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства [Текст]: автореф. ... д-ра техн. наук: 05.13.12 / А. В. Стариков. - 2011. - 36 с.
11. Уолтерс, Анн-Мари 3D-моделирование сокращает расходы на проектирование // САПР и графика. -2018. - №6. - С. 8-11.
12. Хлебенских, Л. В. Автоматизация производства в современном мире / Л. В. Хлебенских, М. А. Зубкова, Т. Ю. Саукова // Молодой ученый. - 2017. - №16(150). - С. 308-311. - URL: https://moluch.ru/archive/150/42390/ (дата обращения: 06.05.2020).
Concept of calculating technical and economic parameters of furniture products based on structural and attribute models
Bunakov P.U., Bocharkina O.U.
State Social and Humanitarian University, department of informatics In modern conditions, a significant role in the formation of a competitive furniture enterprise is played by the availability of a system for automating technical and economic calculations, integrated with a complex computer-aided design (CAD) and technological preparation of production system. Most parts of companies in the furniture sector have already passed the stage of partial automation and have got the maximum possible benefit from it. Their further development is associated with the automation of design, technological, production, economic and managerial tasks in the general information space with the introduction of paperless technologies. Only this approach can lead to a real increase in the enterprise efficiency, quality of products improving and the time of its production reducing. The task of accurately calculating the cost price of the designed product is the most important among the technical and economic tasks. The concept of production cost price includes the cost of feedstock, materials and energy, fixed assets, labor costs, equipment wear and tear, and a number of other costs. A characteristic feature of calculating the cost price of furniture is the variety of methods used for its calculating. The article considers an approach to automation of technical and economic calculations, in particular, the calculation of cost price, based on
the use of the modified concept of technological accompaniment and structural and attribute models of Cabinet furniture products, which encapsulate geometric and object-oriented information. This allows us to use them to develop software modules for technical and economic calculations that can be used in CAD at any stage of product design.
bywords: automation, cost price, technological accompaniment, structural and attribute models
References
1. Babichev, S. Complex automation of furniture production: stages, procedures, requirements for software components / S. Babichev, S. Dimitryuk / / CAD and graphics. - 2012. - №10. -P. 26-30.
2. Bartashevich, A. A. designing furniture / / A. A. Bartashevich, S. p. Trofimov / Minsk: Modern school, 2006. - 336 p.
3. Brykin, A. S. End-to-end information support of posakazny industrial production of Cabinet furniture / A. S. Brykin, A.V. Starikov / / Lesotechnicheskiy Zhurnal. - 2013. - no. 3. - P. 7682.
4. Bunakov, P. Yu. the Theory of technological accompaniment as the basis for integrating design, technological and economic information in the integrated CAD system of Cabinet furniture / / Izvestiya higher educational institutions-Lesnoy Zhurnal. -2009. - no. 6. C. P. 94-100.
5. Grinenko, V. A. Features of cost accounting and calculating the cost of production of furniture industry / / V. A. Grinenko, O. V. Grishina, S. A. Igonina / Almanac of modern science and education. - 2017. - № 7 (120). - P. 41-46.
6. Evgenev, G. B. Integrated system of automation of design of technological processes and operational management of production / G. B. Evgenev, S. S. Kryukov, B. V. Kuzmin, A. G. Stises // News of higher educational institutions. Mechanical Engineering. - 2015. - No. 3. - P. 49-60.
7. Krasavin, M. Digital enterprise. Experience in implementing a digital enterprise based on the capabilities of the TechnologiCS system / Maxim Krasavin, Boris Babushkin / / CAD and graphics. - 2018. - №4. - P. 24-26.
8. Kulga, K. S. Managing the resources of digital posakaznogo production with the help of an integrated automated information system of the enterprise // Izvestiya Samara scientific center of the Russian Academy of Sciences. - 2016. - №4(3). - P. 418424.
9. Meshkov, D. A. Formalized representation of the process of designing Cabinet furniture products in a multi-agent environment / / D. A. Meshkov, A.V. Starikov / forest Engineering journal. - 2014. - no. 3. - P. 205-213.
10. Starikov, A.V. Theoretical and methodological bases of automation of design of Cabinet furniture in the conditions of post-order industrial production [Text]: autoref. ... d-RA tekhn. science: 05.13.12 / A.V. Starikov. - 2011. - 36 p.
11. Walters, Anne-Marie 3D modeling reduces design costs / / CAD and graphics. - 2018. - №6. - P. 8-11.
12. Khlebenskikh, L. V. automation of production in the modern world / L. V. Khlebenskikh, M. A. Zubkova, T. Yu. Saukova / / Young scientist. - 2017. - №16(150). - P. 308-311. - URL: https://moluch.ru/archive/150/42390/ (accessed: 06.05.2020).
О Ш
m x
<
m о x
X
