Введение к работе
Актуальность темы. В последнее десятилетие значительно окрепла тенденция роста доли мелкосерийного и единичного производства изделий. Объективность этой тенденции очевидна и связана с сокращением общего жизненного цикла изделий, стремлением к их частой смене и к широкой номенклатуре выпуска, вызванных необходимостью поддержания требуемых показателей эффективности предприятия.
Современное машиностроительное производство становится все более многономенклатурным. До 851 изделий в мировом масштабе выпускают в условиях единичного и мелкосерийного производства (ЕМП), себестоимость которого в среднем пока в 5 раз выше массового. Рост объемов ЕМП сопровождается и ростом общей трудоемкости выпуска изделий. Для обеспечения необходимых трудозатрат необходимо повышение производительности труда в сфере единичного производства.
Конвейер, механизированные поточные линии, автоматические линии и роторно-конвейерные линии обеспечивали и способны обеспечивать достаточно высокий уровень производительности в условиях дискретного и дискретно-непрерывного крупносерийного и массового производства с редкосменяемой номенклатурой. Однако, эти глубоко Проработанные и испытанные приемы и техника автоматизации оказываются недостаточными в условиях широкономенклатурного единичного производства, так как, не обладая гибкостью, не способны обеспечить быстрый и экономичный переход на выпуск нового изделия. Кроме того, автоматизируя только собственно процесс изготовления изделий, они не
затрагивают процесса его проектирования и постановки на производство. Трудоемкость проектных работ составляет на предприятиях с ЕМП 50-90% всех затрат на подготовку производства и изготовление изделия. Кроме того, в настоящее время, рост темпов развития задерживался из-за непроработанности и недостаточности методов исследования таких комплексных систем. Это определяет необходимость автоматизации процессов их проектирования и, в конкретном случае, стадия системного проектирования, которая оказывается узким местом в процессе автоматизации и осуществления технического проекта по созданию комплексной системы гибкого производства.
Работы М. Грувера, С.А. Майорова, П.Н. Белянина, С. П. Митрофанова, Ю.М. Соломенцева, Л.И. Болчкевича, 3. Зи-мерса, Г.В.Орловского, И.М. Макарова, В.Г. Колосова, И.Л. Туккеля, И. Хатвани, Дж. Хартли, Б.И. Черпакова, У. Эн-гельке и других ученых положили начало фундаментальной разработке проблематики гибких производственных систем как нового класса производственных систем.
Дальнейшие исследования интегрированных производственных систем, обеспечивающих "сквозную'' автоматизацию создания изделия - от формирования и анализа технических требований до его материализации и сбыта, - проводимые в Центре наукоемкого инжиниринга Санкт-Петербурского государственного технического университета, привели к разработке концепции создания интегрированных проектно-производственных систем (ИППС) на базе типового решения; определению структурных уровней и методов, обеспечивающих гибкость, унификацию и адаптируемость; разработке принципов организации и алгоритмов проектирующих и управляющих
подсистем ИППС механообработки как человеко-машинных систем.
Актуальность проблематики ГПС подтверждается принятым на федеральном уровне перечнем приоритетных направлений и критических технологий развития науки и техники (постановления правительства Российской Федерации от 21.07.96 г. Я* 2727П-П8 и от 21.07.96 г. № 2728п-П8), а также новыми направлениями развития компьютеризации производства, принятыми Национальным Советом науки и технологии Мексики (CONACYT), и Технологическим институтом высшего образования Монтеррея - ITESM (Мексика). Данная работа выполнена при поддержке грантов CONACYT-ITESM.
Цель работы. В настоящей работе развивается концепция технологии системного проектирование предметно-ориентированных ИППС механообработки на базе типового проблемно-ориентированного решения для машиностроительного производства в условиях ЕМП, в масштабах участка/цеха, обеспечивающих:
сокращение сроков и затрат проектирования ИППС;
универсальность технологического потенциала ИППС;
сквозную автоматизацию процесса "проектирование-изготовление" для изделий заранее неизвестной номенклатуры с ограничениями лишь по массогабаритным и точностным характеристикам этих изделий;
- конкурентоспособность и быструю адаптацію системы к вы
пуску нового изделия.
Цель заключается в теоретическом обосновании исследуемой технологии проектирования, определении системных ограничений ее применимости, и формировании подхода для автоматизации стадии системного проектирования.
Достижение поставленной цели обеспечивается за счет решения следующих задач:
формулировка математического обоснования применения технологии системного проектирования на базе типового решения;
разработка алгоритма системного проектирования заказных систем по предлагаемой технологии;
использование методов структурного анализа и проектирования, как наиболее полно учитывающих последовательность действий, функциональные и информационные данные для рацио- нального проведения этапов системного проектирования;
использование методов и техники управления проектами для обеспечения автоматизации стадии реализации проекта по созданию ИППС;
разработка методики системного проектирования ИППС на базе типового решения.
Методы исследования базируются на представлении ИППС как большой технической (человеко-машинной) системы, при этом используется аппарат и методы системного анализа, в том числе математического анализа и теории автоматического управления. Функциональное моделирование результатов проводилось в среде пакета Design/IDEF 3.1.
Научная новизна. На защиту выносятся следующие положения и результаты:
- развитие концепции технологии системного проектирования
предметно-ориентированных ИППС на базе типового проблем
но-ориентированного решения единичной и мелкосерийной ме
ханообработки деталей;
формулировка и доказательство теоремы о существовании предметно-ориентированного решения как подмножества проблемно-ориентированного;
алгоритм и методика проектирования заказных систем по предлагаемой технологии;
в процессе экспериментальной отладки технологии системного проектирования на базе типового решения показано, что существующие программные пакеты системного анализа и проектирования (например методология SADT в пакете De-sign/IDEF 3.1) могут быть использованы для реализации данной технологии проектирования;
показано, что предлагаемый подход дополняет существующие пакеты Project Management и обеспечивает автоматизацию управления проектами по созданию ИППС на стадии системного проектирования.
Практическая ценность реаультатов заключается в создании инструментальных средств, автоматизирующих процесс разработки проектов в машиностроении на стадии системного проектирования заказных ИППС на базе типового решения, и формулировке рекомендаций по ее проведению.
Разработана, апробирована и внедрена в практику методика системного проектирования ИППС на базе типового решения.
Разработанная технология проектирования ИППС и управления проектами используется как инструментальное средство в Центре наукоемкого инжиниринга при реализации Федеральной программы "Российская инжиниринговая сеть технических нововведений" (Пост, прав-ва РФ от 15.04.94 г. N 322, направление 2, комплексный проект 2.5).
Кроме того, методология и инструментальные средства системного проектирования используются в учебном процессе С.-Петербургского государственного технического университета.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 статьи (в том числе, одна в международном журнале), учебное пособие, написаны отдельные главы в двух депонированных отчетах по научно-исследовательским работам, имеющих государственные регистрационные номера.
Апробация работы. Основные положения докладывались и обсуждались на научных семинарах Центра наукоемкого инжиниринга СПбГТУ (1994-1997 гг.), на научно-технической конференции Ассоциации технических университетов России "Фундаментальные исследования в технических университетах" (С.-Петербург, 16-17 июня 1997 г.), а также на V международной конференции по функциональному анализу комплексных систем "IFMAA Workshop-97" (Париж-Труа, Франция, 1-3 июля 1997 г.) .
Структура диссертации. Структурно она состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений и списка литературы из 72 наименований. Материал изложен на 153 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков и 5 таблиц.
