CC BY
42
УДК 658.562
А.Н. Иноземцев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-18-87, zem@uic.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
М.Х. Казанлеев, асп., (4872) 35-18-87, stanki@uic.tula.ru (Росси, Тула, ТулГУ)
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОЕКТНЫХ РАБОТ
ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХПРЕДПРИЯТИЙ
Представлена методика повышения качества и сокращения сроков выполнения проектных работ при проектирования новых я реконструкция действующих машиностроительных предприятий за счет интеллектуализации систем информационной поддержки процесса проектирования производственных родразделений на основе экстртных систем и методов врактиеской стандартизации проектных решений.
Ключевые слова: управление качеством, проект предприятия, реконструкция, информационная роддержка.
В настоящее время многие предприятия переходят на выпуск новой номенклатуры продукции или существенно ее расширяют в соответствии с требованиями рынк, организационно перестраиваются. Взамен крупных возникет много малых предприятий механосборочного профиля, выпускающих продукцию широкой номенклатуры, гибко реагирующих на изменение потребностей рынка и мао отличающихся от средних и малых механосборочных или вспомогательных цехов по своей организационной структуре. В связи с этим задачи проектирования новых малых предприятий и расчета реконструируемых цехов и участков все чаще встречаются в повседневной работе инженеров-технологов. Причем при их решении возникет необходимость учета ряда слабо формализованных рекомендаций и ограничений на принимаемые архитектурно-строительные и компоновочные решения, а также специальных требований к условиям размещения технологического оборудования.
При выполнении отмеченных проектных процедр лицо, принимающее решение (ЛПР), делает свой выбор на основе личною опыта. Однако в настоящее время на отечественных предприятиях, в том числе и специализирующихся на проведении работ по проектированию новых и реконструкции действующих машиностроительных предприятий, крайне не хватает квалифицированных специалистов, способных принимать подобные решения. Зачастую ЛПР является либо строителем-проектировщиком, либо инженером-технологом, имеющим хорошую ква-лификцию в архитектурно-строительной сфере или в области проектирования технологических комплексов и недостаточную в смежной. Данные обстоятельства приводят к неоправданным затратам на организацию нового производства или к просчетам, сводящим на нет все усилия по органи-
зации выпуска конкурентоспособной продукции в условиях действующего производства.
Одним из возможных путей для преодоления таких трудностей является применение средств информационной поддержки, построенных с использованием концепции экспертных систем. Важным преимуществом таких систем является обеспечение институциональной памяти за счет входящей в их состав базы знаний, которая разрабатывается в ходе взаимодействий со специалистами предприятия и обеспечивает стандартизацию принимаемых проектных решений, представляющую собой процесс формирования единых принципов (правил), регулирующих те или иные стороны проектной деятельности. Стандартизованный набор знаний становится сводом квалифицированных мнений и постоянно обновляемым справочником наилучпшх стратегий и методов, используемых персоналом, накопителем опыта ведущих специалистов.
Поэтому актуальной является задача повышения качества проектирования и сокращения сроков создания новых и реконструкции действующих механосборочных и вспомогательных цехов и малых предприятий машиностроительного профиля на основе принципов стандартизации и унификации проектных решений и применения интеллектуальных средств информационной поддержки процесса принятия архитектурностроительных и компоновочных решений.
Проектирование является первым и основным этапом капитального строительства, обеспечивающим создание новых и реконструкцию действующих механосборочных и вспомогательных цехов и малых предприятий машиностроительного профиля с целью обеспечения выпуска высококачественной продукции при наиболее благоприятных условиях труда. Проектирование является сложным и трудоемким процессом, в ходе которого одновременно решаются технические, архитектурно-строительные, экономические и организационные задачи. В современных условиях проектирование цехов и малых предприятий механосборочного профиля становится комплексной проблемой, объединяющей передовые достижения технологии машиностроения, экономики и организации промышленности, строительства, транспорта. На проектирование цеха или малого предприятия, строительство, монтаж и полное освоение проектной мощности уходит несколько лет. Сокращению сроков и трудоемкости проектирования способствуют стандартизация принимаемых проектных решений и перевод расчетных и графических работ на ЭВМ.
Проект промышленного предприятия - это комплекс технических документов, содержащих описание, расчеты, чертежи, макеты зданий и сооружений, предназначенных к постройке или реконструкции [1]. Проект основан на выборе инженерных решений и строительных конструкций для создания объемно-пространственной, эстетически и технически совершенной композиции промышленного предприятия, удовлетворяющего требо-
ваниям экономики и современной организации строительства. Цель проектирования - подготовка документации, по которой можно воспроизвести в натуре намеченный к строительству, расширению или реконструкции объект в соответстви с заданными требованиями.
Проектирование выполняется в одну или две стадии. При этом выполняется либо только технический проект, совмещенный с рабочими чертежами, либо технический проект и рабочие чертежи. Технический проект состоит из пояснительной записки, графических материалов и сметы.
Специфика выполнения проектов реконструкции промышленных предприятий заключается в том, что технологический процесс необходимо увязать с существующим зданием старой постройки с установленной системой коммуникаций. Для составления проектного задания и грамотного выполнения проекта необходимо выполнить комплексное обследование для изучения производства, архитектурных решений, системы обслуживания персон а а и др.
Качество любого проекта, в том числе проекта реконструкции машиностроительного предприятия, представляет собой совокупность свойств проекта, обусловливающих его способность выполнять конкретные функции в соответствии с наначением. Уровень кчества проекта представляет собой относительную характеристику, основанную на сравнении технико-экономических покаателей (ТЭП) кчества с соответствующими совокупностями нормативных покзателей.
Факторами, влияющими на качество проектов, являются техноло-гическа дисциплина и качество труда исполнителей, ритмичность процесса раработки, нормативно-методическя база, технологическое обеспечение процесса проектирования, методы и средства раработки проектов и соответствующа организация труда проектировщиков. Управление качеством является функцией управления проектной организацией для обеспечения необходимого уровня качества проектов при их раработке и реаи-зации, достигаемого за счет внедрения комплекса прогрессивны: методов и средств проектирования и целенаправленного контроля результатов труда исполнителей и решений, принимаемых в процессе проектирования.
При разработке мероприятий по обеспечению качества важную роль играет выделение этапов процесса проектирования, на которых выполняются функции управления кчеством труда исполнителей и проектных решений. При раработке проектов реконструкции предприятий наиболее целесообрано релизовать эти функции на следующих этапах проектирования: сбор исходных данных, выполнение расчетов, выбор принципильны схем и решений, задания смежным отделам, оценка ТЭП о снов mix решений, определение лимитов стоимости раделов проекта.
При проектировании участков и цехов механообрабатывающего и сборочного производства следует учитывать специальные слабо формли-зованные требования к условиям работы технологического оборудования,
обусловленные особенностями достижения требуемых параметров качества изготовления изделий. Это необходимо в связи с тем, что постоянное повышение уровня точности изготовляемых изделий, вызванное увеличением мощности и скорости машин и механизмов, приодет к росту доли прецизионного производства. Поэтому тенденция к повышению точности современных машин окзывает влияние на их условия изготовления: температуру, влажность, чистоту помещения, воздухообмен, освещенность, виброизоляцлю оборудования и допустимый уровень звукового давления. Для учета данных требований необходимы внедрение в производственную практику проектировщиков промышленных предприятий методов стандартизации и экспертных систем и разработка на их основе системы информационной поддержки проектных работ.
Задача разработки системы информационной поддержки проектных работ при реконструкции машиностроительных предприятий обусловлена необходимостью принятия проектировщиком быстрых и обоснованных решений, связанных с выбором оптимальных компоновочнопланировочных решений, представляющих собой схему расположения оборудования и коммуникационных связей на площадях цеха (отделения, участка) с привязкой оборудования к энергоносителям и характеризующихся структурой площадей и коммуник^нтши связями. Полезный эффект от информационной поддержки процесса проектирования достигается повышением качества проектов, сокращением сроков их разработки и увеличением производительности труда разработчиков. Причем повышение кчества обеспечивается за счет вариантного проектирования и оценки промежуточных решений, применения унифицированных элементов, при разработке которых используются наиболее прогрессивные схемы, узлы и конструкции.
Наиболее эффектиными средствами информационной поддержки процесса проектирования являются постоянно развивающиеся интерактивные средства подготовки проектной документации, обеспечивающие режим диалога «человек - компьютер». Однако, несмотря на значительное количество однообразных типовых операций, формирующих этапы процесса проектирования, его формализация достаточно сложна и относительно трудоемка. Это связано с тем, что внедрение средств информационной поддержки предполагает передачу ЭВМ функций
непосредственного управления ходом проектирования, внутримашинное согласование формируемого проектного решения с показателями эффективности объекта. Проведение внутримашинного согласования возможно лишь при наличии в памяти ЭВМ комплекса моделей проектируемых объектов и организации машинного архива нормативно-справочных данных.
Математическая формализация задачи информационной поддержки разработки проектов реконструкции машиностроительных предприятий выполнена исходя из предположения, что реконструируемое предприятие
характеризуется некоторой совокупностью параметров (отимльнл номенклатура и объем выпуска продукции, максим льна прибыль, рацио-нльный выбор оборудования, съем продукции с единицы площади, себестоимость продукции, ращюнльное использование сырья и энергии и др.).
Из этой совокупности выделены параметры qi j = 1,S), оклывающие непосредственное влияние на качество реконструируемого предприятия. Изменение данных параметров (поклателей качества) ведет к монотонному изменению (ухудшению или улучшению) качества предприятия. Остальные параметры Xj {j = 1,m) совокупности отнесены к рлряду варьируемых
параметров предприятия.
Координаты вектора X ={xi, X2,..., xm } можно варьировать, изменяя внутреннюю структуру построения технологической системы предприятия. При этом изменяются и его качественные характеристик qi, т. е. qi = jx). Выбор конкретных значений X из некоторой области допустимых проектных решений D, определяемой технологическими и другими производственными требованиями, предъявляемыми к технологической системе предприятия, характеризует допустимый проектный вариант реконструкции предприятия. Область D формируется совокупностью ограничений типа равенств Xj =Xj0, неравенств Xjmin <xj < xjmax > дискретности
(Xj =1,2,3.), функщюнльных связей fp{x <0). В результате модель
информационной поддержки разработки оптимльных проектов реконструкции машиностроительных предприятий формализуется следующим об-рлом [2]:
q = Х1, q2,.,qs}xgd ^ °РГ;
D : qi =qi j), i =1, S;
X = X1, X2,.,Xm }, Xj = Xjo, j = 1,r;
Xlmin <Xl < X/max, l =1k j *J, r + h = m I
fp{Xi)<0, p = 1,2, 3,., где opt - оператор векторной оптимизации, а поклатели качества qi играют роль критериев оптимизации.
Так как в общем случае вектор q имеет более одной координаты, то решение задачи отимльного проектирования осуществляется в два этапа - выделение области компромиссов (решений, оотимльных по Парето) и дльнейшее ее сужение на основе некоторой системы компромисса, в частном случае - до единственного решения, оптимльного с точки зрения проектировщик (ЛПР). При этом применяется метод динамического программирования Беллмана.
Решение задачи размещения технологического оборудования на заданных площадях состоит в выборе оптимального размещения оборудования из множества возможных вариантов. В общем случае задача формулируется следующим образом. Задано множество элементов (единиц оборудования), которые необходимо разместить на ограниченной части площади в определенной точке. Элементы размещения для простоты представляются в виде темплетов с указанием их геометрических размеров и фронтальной стороны. Каждый элемент согласуется со спецификацией планировки, унифицированной групповой операцией, для которой он предназначен, и операцией технологического маршрута, составляющих соответствующую унифицированную группу.
План производственной пощади задается в виде многоугольник. На плане указаны область предполагаемого размещения и «запретные» зоны (места расположения колонн, проходов, ранее установленного оборудования и т.п.), где элементы размещения не могут быть расположены. Ограничениями на выбор вариантов размещения являются также проектные нормы на расстояния между границами размещаемых элементов, существующих элементов, проектные нормы на ширину проходов и проездов.
Связи между размещаемыми элементами задаются матрицей смеж-
ности С
Су
1 2 1
, где Су = С у С у ; Су > 0 - коэффициент, учитывающий си-
2
лу связи между I-м и у-м элементами размещения; Су = {0,1} - коэффициент, учитывающий связь между 1-м и у-м элементами. При этом структурная модель технологического процесса представляется в виде ориентированного графа О = ), где 2 - множество технологических
операций (вершины графа); V -множество операционных связей или операционных переходов (дуги графа).
Матрица С описывает структуру графа, определяющего технологический процесс. Тогда реализация средств информационной поддержки в решении задач структурной и параметрической оптимизации возможна на основе предложенной модели оптимального проектирования.
На основе вышеизложенного в работе предложен вариант решения задачи размещения технологического оборудования реконструируемого предприятия как следующей задачи оптимизации по функции предпочтения. По заданному вектору технологических операций Т = {1/}|^= следует найти такой вектор оборудования N = {пу}, щ у >0, чтобы выполнялось т т
условие £ Vkd(щ,у) ^тт, где т7- - оборудование, которое
/ к ^ к)
может быть поставлено нау-ю технологическую операцию; т - число размещаемых объектов; Vk - «вес» единицы расстояния, он является функци-
ей, зависящей от величины мощности грузопотока между объектами I и к; й(пI п j) - расстояние между объектами I и к.
Использование в качестве критерия размещения суммарной мощности грузопотока обусловлено тем, что объекты размещения - цеха и участки - могут по необходимости менять свою форму, что естественно требует их перепланировки, в то время как при размещении оборудования в участках размещаемые объекты - элементы: технологического оборудования -имеют фиксированную форму.
Структурная схема алгоритма оптимального решения данной задачи представлена на рисунке.
Структурная схема алгоритма оптимального размещения технологического оборудования
В данной модели предусмотрено, что на некоторых операциях оборудование выбрано ЛПР, а остальное оборудование выбирается системой информационной поддержки из базьы данных. Поэтому суммирование по индексам I, к ведется только на множестве, где возможен выбор оборудования. Ограничения при такой постановке задачи, как правило, не выполняются и их приходится расширять. Выбор оборудования по функции предпочтения осуществляется в результате экспертного анализа, когда группа специалистов комплексно оценивает каждое оборудование по ка-
ким-либо параметрам, например по надежности, простоте в управлении, эргономичности, экологичности, стоимости и т. д. В результате каждое оборудование получает определенный бал а/ j (о < а,.j -l). Тогда в каче-
m
стве целевой выступает функция предпочтения X X П/ j ^ max .
i=1j^j ()
Некоторые ограничения в этом случае также нося эвристический характер и могут изменяться в определенных пределах: m m m
X ni,jsi,j <S; X X ni,jni,j <±s ; X X ni ,jbi j <в ±5,
i=1, jej(/') i==j^j{i) i=1jji)
где s/,j - площадь, занимаема одной единицей i-го оборудования на j-й
технологической операции; S - максимально возможна площадь, занимаема оборудованием; п/ j - стоимость i-й единицы оборудования на j-й
операции; b/ j - транспортные расходы, возникающие при доставке оборудования; s, 5 - параметры, задаваемые экспертами; С и В - суммарные
стоимость оборудования и транспортные расходы.
На основе вышеизложенного разработана система информационной поддержки процесса проектирования технологической системы реконструируемого предприятия. Данна система позволяет предприятию снизить трудоемкость работ проектировщиков, существенно упростить создание новых цехов и реконструкцию существующих, а также сократить время на составление технической документации.
Список литературы
1. Проектирование автоматизированных участков и цехов: учебник для вузов / В.П. Вороненко [и др.]; под ред. Ю.М. Соломенцева. - 3-е изд. М. : Высш. шк., 2003. 272 с.
2. Казанлеев М.Х. Формаизованное представление автоматизированной раработки проектов модернизации машиностроительных предприятий // Лучшие научные работы студентов и аспирантов технологического факультета: сб. статей. Тула : Изд-во ТулГУ, 2008. С. 77-80.
A. Inozemtsev, M. Kazanleev
Quality management of design process for engineering manufacturing enterprises reconstruction
A methodfor increasing quality and reducing due date design process during designing new and reconstructing existing enterprises due to intellectualization of infotainment system for operating department design based on expert systems and practical standardization of designed solution method is represented.
Получено 19.01.09.
