CC BY
14
УДК 621.058.013.8
А. Ф. ШИРЯЛКИН, С. А. КОБЕЛЕВ, В. П. МАХИТЬКО
ОБ ОДНОМ АСПЕКТЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
Рассмотрена проблема повышения эффективности технической подготовки производства (ТеПП). Показано, что правильное системное формирование критериев технической управляемости производством, как базовой структуры классификации деталей машин, может позволить более осмысленно подходить к постановке задач ТеПП, качеству их автоматизации.
Ключевые слова: групповой метод, информация, информационное качество, эффективность технической подготовки производства, информационный поток, системы управления проектными данными (РЭМ), унификация.
В настоящее время в российском машиностроении обозначилась тенденция по возрождению серийного производства. Становятся на ноги не только мелкие и средние предприятия, которым удалось найти свою нишу заказов, но и такие, как некогда процветавшие авиагиганты (например, «Авиастар»), образуются новые корпорации. При этом основными направлениями усилий коллективов таких организаций является качество, оперативность, гибкость и эффективность производственного процесса. Среди методов достижения высоких показателей технической подготовки производством (ТеПП) для машиностроительных предприятий одним из эффективных считается групповой.
Групповой метод изготовления и обработки деталей машин был разработан и впервые внедрён проф. С. П. Митрофановым ещё в начале 50-х годов [1]. Внедрение этого метода позволя-
и
А/>Т<>*ЛПГР1 1Т»Г ЛЛА1/Ч1 гр^ч/т I Ш ГЛЛ1/А1 I ГТ/ЛГТ ПАгрА Г> ТГ Г X ГГПА
VI ^.'Л^итп и'О^п IпОД1 \./1У.т1\п ыту-
изводства новых изделий, повысить производительность труда, обеспечить снижение себестоимости продукции. Групповое производство создаёт условия для автоматизации научного и инженерного труда с помощью электронно-вычислительной техники путём создания автоматизированных систем управления предприятием (АСУП) в условиях серийного и единичного производства. Однако до сих пор, несмотря на значительные усилия специалистов, достаточно широкого внедрения этого метода в российское производство нет.
Исследование опыта внедрений групповой технологии [2], проведённое на ряде российских машиностроительных предприятий (ОАО «Авиа-
© Ширялкин А. Ф., Кобелев С. А., Махитко В. П., 2010
стар», «Утёс», ЗАО СВПК (г. Ульяновск), КЗАО (г. Самара), машиностроительный завод им. Орджоникидзе (г. Муром)) при участии авторов, показало, что через некоторое время после внедрения его результаты начинают размываться, остаются лишь немногие элементы. Наиболее важными из причин этого, по мнению авторов, является отсутствие удобной и гибкой системы технической подготовки группового производства (Те! 11II), а также недостаточная степень её автоматизации. Учитывая, что системно-организационной основой ТеПГП служит классификационная система информации о деталях машин (КС), актуальной задачей в этом аспекте является вопрос её качественной разработки и внедрения в производственную структуру.
Исследования также показали, что в существующей парадигме ТеПГП недооценена глубина и сложность поставленной проблемы.
\/ Т ? I *ИП1 ТПОГГ ПТ 1ЛАТа;ТА ЛПЛМГГГЛ^ОПГ ТЛТ1/Т\ЛП1ДО!1ГЛД л
^ пп I Ьюал оиюиа^Еи пхх^икуишацпп чу
деталях, разработка КС, адекватной конкретному машиностроительному производству, требует более тщательного подхода. А это может быть только тогда, когда элементы системы ТеПП исходили бы не только из системы признаков деталей машин на всех многочисленных уровнях производства, но и из парадигмы максимального удобства человеко-машинной системы производства в отношении её главного элемента -человека. При этом сфера действия системы должна распространяться на все этапы жизненного цикла производимых изделий. Учитывая высокий уровень современного программного обеспечения и надёжную сетевую связь между управляемыми объектами, такая постановка вопроса вполне корректна.
Таким образом, следует говорить о развитии на предприятиях эффективных производственных сред, информационное качество которых
определяется качеством информационных процессов в человеко-машинной системе производства. Качество же этих процессов зиждется на качестве информации об элементах •этой системы, объектах производства, генетически исходящих из качества информации об их деталях. Это во многом зависит от степени естественности классификации признаков деталей, составляющих основную структуру их информации производственной среды.
Учитывая высокую степень разнообразности машиностроительных предприятий и, соответственно, их разные возможности, целесообразно использовать генетический (классификационно-эволюционный) подход к формированию на них эффективных производственных сред [3]. При этом общий эффект будет складываться в зависимости от количества реализованных автоматизированных задач, а также от достигнутого системного уровня конкретизации информации о детали.
Учитывая высокую степень динамичности производственной среды, дальнейшее исследование производства основано на анализе потоковых процессов. В сфере материально-технического производства выделены два основных потока: материальный и информационный. Информационный поток (ИП) сопровождает материальный и является некоторой системой сообщений, необходимой для управления и контроля производства.
В машиностроительном производстве ИП разделены на несколько видов: ИП основных материалов, ИП вспомогательных материалов. ИП инструмента и т. д [3]. Указанные потоки образуют своего рода нервную систему производства, управляющую деятельностью материальных потоков производс тва - его кровеносной системы. В «позвоночном столбе» всего производственного организма проходит главный информационный поток - информация о деталях основного производства. Эта информация определяет причину существования всего производственного процесса и генетически призвана управлять всеми другими ИП на соответствующих уровнях производственной среды.
Основную цель создания оптимизированной системы подготовки и управления производства определим как чёткое распределение уровней информации о детали по уровням производственного процесса. При этом необходимо таю/се и присутствие системных связей между отдельными деталями.
Заметим, что такая постановка проблемы во многом созвучна с целями и функциями системы управления проектными данными PDM (Product
Data Management). Поэтому целесообразно функции управления проектированием, включая процесс внесения изменений, возложить на эту систему как ключевое средство управления конфигурацией CALS/ИПИ.
Анализ производства на ряде машиностроительных предприятий показывает, что даже для одной детали на уровне количества информации, достаточной для её обработки (материализации), получается хотя и конечная, но сложная и часто
запутанная система связей, существенно затруд-
#
няющая и замедляющая подготовку и управление её производством. Другими словами, участники больших многономенклатурных серийных производств (например, авиационных) никогда в достаточной степени не владели и не могли владеть информацией о курируемых ими участках производственного процесса. Внешне такие производственные издержки выливаются в виде известных феноменов: авральности, аритмии и постоянной лихорадки. Даже для малых серийных предприятий с номенклатурой деталей в 300-400 ' наименований, задача установления стабильности производственного процесса не всегда разрешима. А при номенклатуре несколько десятков или далее сотен тысяч наименований, характерной большим серийным предприятиям, без применения соответствующих средств автоматизации эффективное владение ей просто невозможно. Также, по мнению авторов, одну из главных причин нестабильности производственного процесса следует искать в недостаточной степени системности информации о детали.
Исследования выявили некоторые параметры информационной структуры производственной среды по количеству и качеству его информационных связей (ИС) как критерии технической управляемости производством, ч В последовательной оптимизации этих критериев и строится процесс системной технической подготовки и управления производством.
В целом информация об объектах производства, необходимая его участникам для управления этими объектами, должна иметь с ним на каждом уровне оптимальное количество максимально коротких информационные связей\9 т. е. максимальное приближение информации к участникам производства для владения ей в реальном шаге времени.
При минимизации количества ИС исключаются, по возможности, ненужные. Для этого проводится технологическая проработка и унификация деталей основного производства (ТПУ). Огметим, что стандартизация и унификация, как явление в технике и не только в технике, носит глобальный характер, а в машиностроении является
Таблица 1
Основные направления работ и критерии управляемости при реализации КАС ТеПУП
№ Направления работ по внедрению КАС ТеПУП Критерии оптимизации качества управления производством по ИП и ИС
1 разработка системы технологической проработки и унификации (ТПУ, РЭМ-системы) количество ИС; разветвлённость ИС; длина ИС
2 разработка ИПС КТН (РОМ-системы) прохождение прямого управляющего сигнала по ИС
л разработка системы автоматизированного расчёта трудоёмкости (САРТ) реализация обратной связи; время прохождения обратного управляющего сигнала по ИП и ИС
• 4 разработка системы оперативно- календарного планирования (АС ОКП) согласованность ИП и ИС в производственном пространстве и времени
< я -
одной из определяющих задач подготовки производства. В предлагаемом системном подходе унификацию определим как сокращение неоправданного разнообразия элементов производственной системы относительно разнообразия её подсистем (например, подсистема изготоляемых изделий), в которых эти элементы применяются. Унифицированны й элемент, например, деталь, предназначен для применения и в других подсистемах.
Опыт показывает, что качественная проработка и унификация существенно сокращает (на 20-30%) трудоёмкость дальнейших работ ТПП и значительно повышает серийность производства. Однако, учитывая значительную глубину информационного потока и большую степень ветвления при достаточно сложной номенклатуре деталей, не всегда на конкретных машиностроительных предприятиях технологическая проработка и унификация элементов производства проводится с должным качеством. Это связано с тем, что процесс её проведения для устоявшегося производства достаточно сложен и болезнен, особенно если он проводится «вручную». Поэтому качественное и оперативное выполнение работ по унификации невозможно без применения автоматизированных средств и методов поиска. Для этого и необходима разработка ин-формационно-поисковой системы конструктор-ско-технологического назначения (ИПС КТН), правильное построение которой позволило бы не только тщательно провести ТГ1У, но стать основой для решения большинства задач и подзадач ТеПП. При наличии РОМ-систсмы целесообразно функции управления процессом внесения изменений возложить на эту систему.
Процесс первой стадии последующего формирования автоматизированной системы технической подготовки и управления производством (КАС ТеПУП) дополняется созданием ещё двух систем: системы автомати-
зированного расчёта трудоёмкости (САРТ) и автоматизированной системы оперативно-календарного планирования (АС ОКП) [2].
Можно определить основные направления реализации КАС ТеПУП, предваряющие поэтапную разработку её систем, исходя из критериев оптимизации информационной структуры производственной среды (табл. 1).
Главный вид информации, реализованный в КАС ТеПУП - КС, - информация о деталях основного производства. Решающее значение для эффективного функционирования системы имеет качество заложенной в ней информации.
Если говорить о реализации PDM как системы управления конфигурацией изделия в машиностроительном производстве, то она может рассматриваться как одна из наиболее организационно сложных и эффективных элементов системы технической подготовки производством. Перечень основных функций PDM-системы как рабочей производственной среды:
□ управление хранением данных и документов;
ч □ управление процессами;
□ управление структурой изделия;
□ классификация;
□ календарное планирование.
Рассмотрим функцию классификации,
заострив вопрос на классификации деталей. Классификация хранящихся в PDM-системе компонентов изделия (в том числе деталей) является методом блочно-модульного проектирования. Смысл классификации состоит в том, что схожая информация (информация о схожих объектах) должна быть сгруппирована в классы, имена которых отражают суть объектов. Для большинства САПР машиностроения характерными аспектами являются свойства компонентов и сборок (эти сведения называют Bill of materials -BOMX модели и их документальное выражение (основными примерами могут служить чертежи,
3£)-модели визуализации, сеточные представления для конечно-элементного анализа, текстовые описания), структура изделий, отражающая взаимосвязи между компонентами и сборками и их описаниями в разных группах [3]. При классификации возможно использование атрибутов, выражающих важные свойства объектов, входящих в класс деталей.
Их классификация позволяет значительно упростить поиск изделий, отвечающих определённым характеристикам, что увеличивает количество повторно используемых деталей и, соответственно, снижает стоимость и сроки разработки изделия. Касаясь информации о деталях, также заметим, что она является исходной базой для привязки к ней информации других объектов производства.
В целом процесс разработки, совершенствования и внедрения КАС ТеПУП заключается в последовательной автоматизации решений множества задач ТеПП, в том числе и указанных выше:
□ конструкторский поиск деталей-аналогов при проектировании новых деталей и решении различных задач конструкторской подготовки производства;
□ присвоение чётких системных наименований;
□ разработка трёхмерных видовых моделей деталей для первоначального ориентирования в их номенклатуре и в качестве основы для последующего проектирования новых деталей;
□ технологическая проработка деталей и их унификация;
□ поиск ТП-аналогов для их последующей корректировки при проектировании новых техпроцессов;
□ группирование деталей по конструктивно технологическим признакам при решении конкретных задач технологической подготовки производства;
□ проведение расцеховки деталей, расчёт загрузки цехов и участков;
□ проектирование планировок цехов и участков;
Вход
п выбор и расчёт количества оборудования;
□ выбор деталей для их обработки на станках с ЧПУ;
п выбор и расчёт количества инструмента;
□ выбор и расчёт количества заготовок
□ выбор и расчёт количества приспособлений;
□ формирование предварительного маршрута обработки детали;
□ формирование предварительного маршрута обработки группы деталей;
□ автоматизированный расчёт трудоемкости (САРТ);
□ оперативный поиск дета/гей для решения различных конкретных задач конструкторско-технологической подготовки производства.
Каждая из этих задач будет добавлять в фонд производства некоторую частичку экономической эффективности. При этом на их решение используется одна и та же классифицированная информация. В среднем время ввода этой информации для одной детали не превышает 3-15 минут в зависимости от сложности. Таким образом, предлагаемая методика ТеПП деталей на базе МЭТК позволяет существенно сократить сроки технической подготовки. С. методологической стороны эта классификация отвечает критерию целесообразности Салина [2]: естественной будет та классификация которая позволяет достигнуть многих целей сразу. Разработка и внедрение указанных задач входит в процесс реализации САПР, который обозначает начало второй стадии внедрения КАС ТеПУП. Продолжением этой стадии является разработка и внедрение логистических систем по оптимизации материально-технических потоков и операций снабжения и сбыта, а также других CALS (ИПИ)-техпологий. Обобщённая функциональная схема реализации первого этапа разработки комплексной системы приведена на рис. 1.
АС ОКП следует представлять как результат более плотного взаимодействия систем ИПС КТН и САРТ: В этом случае сводная информация обоих систем будет достаточной для формирования системы календарного планирования для
Рис. 1. Обобщённая функциональная схема КАС ТеПУП
оперативного запуска заготовок в производство. Однако в первую очередь необходима более детальная разработка ИПС.
При этом, кроме информации о деталях основного производства, в технологическом отношении у ИПС КТН (PDM) должен присутствовать следующий состав элементов: комплект необходимых операций, последовательность их выполнения, рациональная заготовки, модели оборудования, приспособление, инструмент и др. Очевидно, что этот состав информации для конкретного предприятия можно регулировать в зависимости от его потребностей. Таким образом, мы получаем модель автоматизированного решения центральной задачи ТПП - создание структуры некоторой САПР ТП генерирующего типа, которая при последующем создании надстройки из проверочно-корректирующего диалога вполне может выступать в роли автономной системы проектирования унифицированных ТП.
Однако для практической реализации указанной системы необходимо предварительное построение и наполнение информацией базы данных системы, которые удобно производить, пользуясь возможностями информационно-поисковой системы (ИПС).
Второй стадией этапа является разработка и внедрение внешних CALS (ИПИ)-систем, в том числе и логистических задач по оптимизации материально-технических операций и сбыта продукции. Их может объединять PLM-система управления жизненным циклом изделия, представляющая на сегодняшний момент наиболее развитую и эффективную концепцию:
□ автоматизированное проектирование ТП обработки деталей;
□ оперативно-календарное планирование;
□ материалообеспечение;
□ инструмснтообсспечение;
□ учёт и поиск оснастки, приспособлений и их элементов;
□ планирование материальной потребности
MRP;
□ система управления взаимоотношениями с заказчиками CRM;
□ информационная поддержка других CALS (ИЛИ )-техн ологи й.
Таким образом, мы концептуально приближаемся к созданию автоматизированной системы управления предприятием (АСУП). Заметим, что её данные о деталях в этих системах структурирует некоторая классификация.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
0
1. Митрофанов, С. П. Групповая технология машиностроительного производства. В 2 т. / С. П. Митрофанов. - JI. : Машиностроение, 1983.
2. Ширялкин, А. Ф. Основы формирования многоуровневых классификаций естественного типа для создания эффективных производственных сред в машиностроении / А. Ф. Ширялкин. -Ульяновск : УлГТУ, 2009.
3. Норенков, И. П. Основы автоматизированного проектирования: учебник для вузов / И. П. Норенков. - М. : МВТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. -336 с.
4. Ширялкин, А. Ф. Разработка системы категориальных рядов признаков конструктивно-технологических элементов деталей / А. Ф. Ширялкин, П. Н. Куприн, М. А. Василенко // Автоматизация и современные технологии. -2007.-№Ю.
Ширялкин Александр Фёдорович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление качеством» УлГТУ. Область научных интересов -организация производства, стандартизация, классификация.
ТГг\ Sjr* А ГШ т /f 9|/)п/1Л fill T/V7 li/^1 ip\ /71И
jxOU&Jlt'O Ks ffiiifi Uwi ifO au/h/mi/u//^
технических наук, доцент кафедры «Самолётостроение» УлГТУ.
Махитько Вячеслав Петрович, кандидат экономических наук, доцент кафедры «Управление экономикой на воздушном транспорте» УВАУ ГА. Область научных интересов - моделирование интегрированных систем проектирования и производства воздушных судов.
