Разработка процессной модели управления технической подготовкой автоматизированного механообрабатывающего производства Деев Константин Александрович

Введение к работе

Актуальность работы. Для современного механообрабатывающего

производства характерно широкое использование высокотехнологичного

оборудования с ЧПУ, позволяющего реализовать практически любую

конструкторскую идею в металле на одной единице оборудования. Для обеспечения эффективной работы подобного оборудования в конструкторско-технологических отделах механообрабатывающих предприятий внедряются специализированные решения из области информационных технологий в виде современных систем автоматизированного проектирования (САПР).

Использование современных САПР в значительной степени меняет среду работы сотрудников технической службы. Основополагающей составляющей технической подготовки производства (ТПП) помимо чертежа становится электронная модель детали (ЭМД), на основе которой осуществляется работа во всех базовых конструкторско-технологических САПР: CAD/CAM/CAE/PLM. При этом меняется и принцип функционирования всего процесса ТПП.

При полном материально-техническом и интеллектуальном оснащении работа современного высокотехнологичного оборудования оказывается недостаточно эффективной: время обработки деталей значительно увеличивается из-за постоянно возникающих проблем в управляющих программах (УП) и технологических процессах (ТП), точность и качество обработки остаются, по-прежнему высок процент слесарной доводки деталей. При этом, несмотря на значительные достижения в оптимизации отдельно взятых этапов ТПП (разработка ЭМД, проектирование оснастки, разработка УП и т.д.) на основе применения САПР, весь процесс ТПП детали оказывается весьма долгим и сопровождается множеством организационных проблем. В особенности эти проблемы актуальны при производстве сложных машиностроительных деталей, изготавливаемых из различных материалов, отличающихся большим количеством сложных криволинейных поверхностей и разнообразием конструктивных элементов, высокими требованиями к качеству и точности размеров и, как следствие, увеличенными сроками подготовки производства.

При анализе процессов и работ, происходящих при ТПП сложных деталей, оказалось, что, во-первых, организация работ осуществляется по функционально-

ориентированному принципу, приводящему к непроизвольной разобщнности и
потере ответственности за конечный результат у исполнителей работ. Во-вторых,
процесс подготовки автоматизированного производства сложных деталей оказался
неконтролируемым вследствие применения пошаговой (программной) методики
организации деятельности, не учитывающей оперативные производственные
проблемы. Одной из таких ключевых проблем при ТПП сложных деталей является
несогласованность информационных ресурсов между различными участниками
процесса ТПП, работающими в постоянно обновляющихся CAD/CAM системах. При
этом также постоянно совершенствуются методы и стратегии разработки УП и ТП.
Это говорит о невозможности подчинения пошаговому закону управления, т.к. могут
возникнуть критические ситуации, при которых весь процесс останавливается из-за
отсутствия возможности альтернативного действия. Поэтому разработка

инструментов оперативного управления процессом ТПП становится особенно актуальной для ТПП деталей на станках с ЧПУ в современных условиях.

Степень разработанности темы исследования. Достаточно много работ российских и зарубежных учных посвящено исследованиям вопросов подготовки производства (работы Матвеева Ю.И., Ипатова М.И., Фатхутдинова Р.А., Амирова Ю.Д., Горанского Г.К. и других авторов), современных инструментов управления на предприятии (работы Орлова А.И., Фалько С.Г., Рыбакова А.В., Репина В.В., Каплана Р., Нортона Д., и др.), а также анализу принципов работы современных САПР (работы Норенкова И.П., Яблочникова Е.И., Ловыгина А.А., периодические издания «САПР и графика», «CAD мастер», «CAD/CAM/CAE Observer» и др.). Существующие работы по этим трм направлениям (базовая подготовка производства, современные методы управления, принципы работы САПР) предлагают достаточно глубокую изученность какого-либо одного из этих направлений, при этом использование современных инструментов управления для организации работ в САПР рассматривается только в общем виде. Традиционные подходы к организации ТПП не в достаточной мере учитывают особенности современных CAD/CAM систем и оборудования с ЧПУ. Вопросы актуальности выполнения тех или иных дополнительных работ для эффективного функционирования оборудования с ЧПУ рассматриваются лишь поверхностно. Данная работа призвана восполнить эти пробелы.

Цель диссертационной работы заключается в существенном сокращении сроков, повышении результативности и рационализации ресурсов технической подготовки механообрабатывающего производства деталей на станках с ЧПУ на основе разработанной процессной модели управления ТПП, обеспечивающей гибкость, оперативную контролируемость и прозрачность процесса ТПП.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1) провести исследования методов организации ТПП, существующих на
сегодняшний день способов автоматизации процесса ТПП, а также методов
современного моделирования процессов на основе CAD/CAM систем;

2) представить процесс технической подготовки автоматизированного
производства в виде бизнес-процесса верхнего уровня, произвести его декомпозицию
до 2-го уровня и выявить проблемные зоны;

1. определить необходимый информационный поток для загрузки оборудования с ЧПУ, определить требования к качеству информационных ресурсов;

2. определить совокупность показателей качества информационных ресурсов;

5) произвести реинжиниринг бизнес-процессов ТПП, учитывающий только те
работы, которые необходимы и достаточны для получения требуемых
информационных ресурсов;

6) создать процессную модель управления ТПП с использованием опере-жающих
показателей и их важности (основанную на управлении процессом ТПП по
отклонению и возмущению);

7) внедрить результаты исследования на механообрабатывающих предприятиях
различного масштаба.

Объектом исследования являются механообрабатывающие предприятия и участки с программируемым оборудованием.

Предмет исследования – методы организации процесса технической подготовки производства деталей на оборудовании с ЧПУ и управления этим процессом.

Область исследования – сложные машиностроительные детали,

изготавливаемые из различных материалов, отличающиеся большим количеством

сложных криволинейных поверхностей и разнообразием конструктивных элементов, высокими требованиями к качеству и точности размеров и, как следствие, увеличенными сроками подготовки производства.

Методологической основой исследования являются труды российских и зарубежных учных различных школ и направлений, касающиеся организации подготовки производства; фундаментальные положения современной экономической науки (контроллинг и эконометрика); мировые достижения в области внедрения средств автоматизации на предприятиях.

Методы исследования основаны на использовании положений организации
производства, технологии машиностроения, математической статистики,

эконометрики, базовых инструментов контроллинга и процессного подхода к организации деятельности, а также методов проектирования бизнес-процессов предприятия и принципов построения организационно-экономических моделей.

В качестве информационной базы использованы: сведения из научных книг,
статей, докладов, со специализированных сайтов; статистические данные конкретных
механообрабатывающих предприятий и участков; регламенты

механообрабатывающих предприятий.

Научная новизна работы включает:

1. выявление согласованных связей между всеми участниками процесса ТПП в виде операционных показателей качества информационных ресурсов, используемых при ТПП сложных деталей на оборудовании с ЧПУ, на основе построенной цепочки информационных потребностей оборудования – согласованного информационного потока всех ресурсов, обеспечивающих загрузку оборудования с ЧПУ;

2. разработку процессной модели управления ТПП, которая позволяет помимо стратегического (пошагового) управления использовать выявленные связи для оперативного (по отклонению и возмущению) управления процессом ТПП при помощи опережающих показателей. Тем самым повышается наджность управления;

3) формирование совокупности опережающих показателей, при помощи
которых представляется возможным воздействовать на процесс ТПП, накапливать
знания об этом процессе, прогнозировать качество обработки деталей, издержки и
трудомкость их производства на оборудовании с ЧПУ;

4) разработку метода оценки важности показателей, использующего понятие важности показателей качества информационных ресурсов, на основе которого в модели процесса ТПП добавлены точки принятия управленческих решений, делающие процесс ТПП более гибким и результативным.

Теоретическая значимость исследования заключается в:

1) формировании групп показателей качества информационных ресурсов,
каждая из которых соответствует определнному участнику бизнес-процесса ТПП и
обеспечивает формализацию требований к тому или иному информационному ресурсу
(УП, ЭМД, ТП и т. д.) на каждом конкретном этапе ТПП;

2) моделировании бизнес-процесса ТПП с учтом особенностей современного
оборудования с ЧПУ и необходимых для его работы согласованных ресурсов и
соответствующих им работ, что дало возможность исключить из структуры процесса
ТПП лишние операции (которые были актуальны при использовании универсального
оборудования) и добавить в не новые необходимые операции;

3) рекомендациях по назначению ролей бизнес-процесса ТПП на
машиностроительных предприятиях без изменения организационной структуры
предприятия, что позволяет наиболее оптимально распределить функции, полномочия
и ответственность между специалистами предприятия.

Практическая значимость исследования заключается в:

1) разработке метода оценки важности опережающих показателей;

2. разработке методики оперативного управления процессом ТПП по оценке опережающих показателей и их важности;

3. внедрении разработанных методик управления в деятельность Жуковского технологического центра при конструкторско-технологической проработке деталей, а также при оказании консалтинговых услуг машиностроительным предприятиям в сфере освоения методов эффективного производства деталей на внедряемом современном оборудовании с ЧПУ;

4) использовании разработанной процессной модели управления ТПП при
создании корпоративной системы управления проектированием и производством
аэродинамических моделей в Научно-производственном комплексе Центрального
аэрогидродинамического института имени Н.Е. Жуковского (ЦАГИ).

На защиту выносятся следующие результаты:

1. схема согласованного информационного потока для загрузки оборудования (цепочка потребностей оборудования), представляющая собой взаимосвязанную совокупность согласованных информационных ресурсов, исполнителей и инструментов, необходимых и достаточных для эффективной работы современного оборудования с ЧПУ;

2. определнные показатели качества информационных ресурсов, необходимых для производства деталей на оборудовании с ЧПУ;

3. метод оценки важности показателей качества информационных ресурсов как функции от целевых показателей (трудомкости, качества, издержек подготовки производства и издержек производства деталей на оборудовании с ЧПУ);

4. методика управления процессом ТПП по оценке опережающих показателей и их важности;

5) процессная модель управления технической подготовкой
автоматизированного механообрабатывающего производства, представленная в виде
схемы «свим-лайн» с использованием принципов ролевого моделирования и
инструментов ARIS eEPC.

Степень достоверности работы подтверждается адекватным использованием в
процессе исследований инструментов эконометрики и математической статистики,
основных нотаций моделирования бизнес-процессов, концепции контроллинга.
Помимо этого, экспериментальные и исследовательские работы, проводимые при
помощи ведущих отечественных и зарубежных САПР и с использованием
современного высокотехнологичного оборудования с ЧПУ, отличаются

согласованностью теоретических и практических результатов.

Результаты работы прошли апробацию при выполнении особо ответственных контрактных работ ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт имени Н.Е. Жуковского» в 2011-2013 годах, в числе которых аэродинамические модели в обеспечении разработки самолтов по проектам SSJ, МС-21, Т-50, а также при изготовлении ряда крупноразмерных монолитных гидроколс со сложными криволинейными поверхностями и опытных экземпляров лопаточных моноколс перспективной системы охлаждения вертолта Ка-226. Помимо этого, полученные в

работе методики управления ТПП были апробированы Жуковским технологическим центром (ООО «Феникс-Тулс») при подготовке производства различных деталей, таких как пресс-формы, моноколса, волноводы, корпусные детали приборов, авиационные детали, а также при оказании консалтинговых услуг различным предприятиям (ОАО «НПО «ГИДРОМАШ», г. Москва; ООО «Техноиндустрия», г. Кореновск; ОАО «Радиоприбор», г. Владивосток; и др.), осуществляющим обработку деталей на станках с ЧПУ.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах.

По материалам диссертационной работы опубликованы 13 печатных работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Выполненная научно-исследовательская работа соответствует областям исследований 1, 3, 6, 9 паспорта специальности 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами».

Структура и объм диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырх глав, заключения, списка используемых сокращений, библиографии и приложений. Содержание работы изложено на 211 страницах, включая 54 иллюстрации, 58 таблиц и 6 приложений. Список использованной литературы содержит 118 наименований.