Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы синтеза оптимальной структуры цехов серийного производства 11
1.1. Обоснование выбора объекта исследования 11
1.2. Основные подходы при формировании компоновочных и планировочных решений серийного производства 13
1.2.1. Теоретические основы проектирования технологических систем серийного производства 13
1.2.2. Анализ форм специализаций участков и цехов, используемых при формировании технологических систем серийного производства 15
1.3. Анализ существующих методик синтеза и моделей технологической системы производства и их недостатки 17
1.4. Выводы по главе и задачи исследования 34
2. Анализ задачи синтеза технологически ориентированных структур машиностроительных цехов серийного производства 36
2.1. Декомпозиция основной задачи 36
2.2. Выбор критериев оценки синтезируемого решения 38
2.3. Выбор метода оценки решения 41
2.4. Анализ задачи формирования производственной структуры с позиции вычислительной сложности и выбор метода оптимизации 43
2.5. Формирование временной и принципиальной пространственной структуры технологической системы 49
2.5.1. Формирование перечня используемых технологических процессов и определение состава оборудования 49
2.5.2. Анализ методов группирования изделий и определения состава участков 51
2.5.3. Формирование и оптимизация принципиального решения по размещению технологического оборудования 56
2.6. Разработка плана размещения оборудования на основе принципиальной структуры технологической системы производства 59
2.6.1. Методы расчёта потребных площадей для размещения оборудования 60
2.6.2. Варианты размещения станков по отношению друг к другу и к цеховой инфраструктуре 62
2.6.3. Методы моделирования окончательного планировочного решения и расчёта целевых функций, использующих характеристики потоков и площадей 64
2.7. Требования к комплексной модели технологической системы производства и методике синтеза проектных решений 67
2.8. Исходные данные, необходимые для формирования решения 70
2.9. Выводы по главе 71
3. Разработка комплексной модели синтеза оптимальных компоновочно-планировочных решений для цехов и участков серийного типа производства 73
3.1. Требования к исходным данным, разработка математической модели технологической среды, общее описание программного комплекса 73
3.2. Синтез основной технологической структуры производственного процесса и определение состава применяемого оборудования 79
3.4. Формирование пространственной структуры цеха, использующей минимум межоперационного транспорта 99
3.5. Формирование принципиального планировочного решения 107
3.6. Использование имитационного моделирования для проверки принципиального решения на реализуемость 113
3.7. Формирование окончательного планировочного решения 115
3.8. Комплексная оценка плана расположения оборудования 129
3.9. Изменения, внесённые при реализации генетических алгоритмов 131
3.10. Краткое описание методики 132
3.11. Выводы по главе 134
4. Экспериментальная проверка разработанной модели и методики 136
4.1. Методика проведения машинного эксперимента 136
4.2 Технико-экономическое обоснование и определение границ применимости разработанной методики 153
4.3 Выводы по главе 156
Выводы и рекомендации 157
Литература 159
- Основные подходы при формировании компоновочных и планировочных решений серийного производства
- Выбор критериев оценки синтезируемого решения
- Синтез основной технологической структуры производственного процесса и определение состава применяемого оборудования
- Технико-экономическое обоснование и определение границ применимости разработанной методики
Введение к работе
Машиностроению принадлежит ведущая роль в развитии народного хозяйства. Для машиностроительных предприятий с серийным типом производства одной из основных проблем является необходимость периодического изменения структуры производства вследствие неустойчивости номенклатуры производимой продукции, изменения серийности, морального и физического износа технологического оборудования. Такое изменение проводится в ходе реконструкции и технического перевооружения предприятий.
Задачи, стоящие перед современным проектировщиком в случае проектирования предприятий мелко- и среднесерийного типа производства, достигают максимума сложности и были глубоко проработаны в плане технологической подготовки машиностроительного производства такими учеными-технологами, как: Андерс А.А., Балакшин Б.С.. Бойцов В.В., Вороненко В.П., Горанский Г.К., Дащенко А.И., Егоров М.Е., Ивашенко И.А., Крысин В.Н., Митрофанов В.Г., Митрофанов СП., Соколовский А.П., Соломенцев Ю.М., Султан-Заде Н.М., Тихомиров В.А., Чарнко Д.В., Челищев Б.В. и др.
Научные основы технологического проектирования таких машиностроительных предприятий не получили должного развития, и в настоящее время не позволяют обеспечить высокую экономическую эффективность принимаемых решений. Проектирование «вручную», практикуемое и по сей день, весьма трудоёмко и длительно. Это приводит к тому, что проектировщик оперирует приблизительными моделями в ходе принятия решения, либо использует ранее выполненные разработки.
Одним из эффективных подходов при проектировании машиностроительных предприятий с серийным типом производства может послужить использование современных информационных технологий с опорой на методологию принятия технологических решений, большой вклад в развитие
которой внесли: Аверченков В.И., Горнев В.Ф., Евгенев Г.Б., Капустин Н.М., Козлов Л.А., Кондаков А.И., Кузнецов П.М., Кузьмин В.В., Куликов Д.Д., Норенков И.П., Павлов В.В., Ракович А.Г., Селиванов С.Г., Соколов В.П., Цветков В.Д., Цырков А.В. и др.
При таком подходе возможно ускорение принятия технологических решений и повышение степени детализации проработки проекта. Ещё одним доводом в пользу применения современных информационных технологий и вычислительной техники служит возможность создания большего числа вариантов проектных решений и выбора лучшего из них. Эта возможность, будучи применённой на различных этапах проектирования, ведёт к существенному повышению качества проекта.
На основании вышеприведённых доводов была сформулирована цель исследования: повышение эффективности проектных решений и снижение их трудоемкости при технологической подготовке производства, разработке проектов технического перевооружения, а также при проектировании новых цехов серийного производства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
Анализ существующих подходов к структуризации технологической системы производства.
Анализ методов, используемых при проектировании технологической системы производства и обоснование возможности применения генетических алгоритмов в качестве основного метода оптимизации.
Разработка формализованных методов функционального и пространственного структурирования технологической системы производства на основе анализа технологических взаимосвязей оборудования.
Разработка формализованной комплексной модели технологической системы производства, методики и программного
7 обеспечения на её основе для формирования технологически ориентированных структур оборудования в пространстве цеха.
5. Синтез ряда проектных решений с использованием разработок и их сопоставление с имеющимися аналогами.
Объект исследования — структура технологических систем серийного производства в машиностроении.
Предмет исследования — функционально-пространственная
структуризация механосборочных цехов серийного производства
Методологическую базу исследования составили: основные научные положения технологии машиностроения, научные основы групповой и модульной технологии, теории: систем, множеств, алгоритмов.
В работе используются:
теоретические методы исследования операций как специальный раздел прикладной математики, разрабатывающий общие методологические принципы процессов оптимизации и специальные методы анализа процессов и систем;
методы численной оптимизации, как раздел информатики, применяемый в решении задач синтеза многокомпонентных систем, не поддающихся упрощению или перебору.
Научная новизна исследования заключается в разработке комплексной модели синтеза оптимальных компоновочно-планировочных решений цехов, позволяющей одновременно решать задачи выявления технологически однородных групп изделий и размещения оборудования для их изготовления в пространстве цеха с использованием современной вычислительной техники.
Практическая значимость работы:
разработана методика автоматизированного проектирования участков и цехов серийного производства на основе анализа технологических взаимосвязей между оборудованием;
выполнены задания на разработку программного обеспечения согласно стандарту IDEF0;
- разработано программное обеспечение, реализующее ряд основных этапов методики.
Данные результаты могут быть использованы как организациями-проектировщиками, так и технологическими отделами машиностроительных предприятий в целях реструктуризации, технического перевооружения или реконструкции существующего производства, а также при проектировании нового производства.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в учебный процесс в МГТУ им. Н.Э. Баумана в образовательных программах специальностей 15.10.01 и 15.04.01 при чтении курсов «Проектирование механосборочных цехов» и «Проектирование технологических комплексов механосборочного производства».
Апробация работы. Основные результаты работы были изложены в подразделе «Оптимизация размещения оборудования при техническом перевооружении машиностроительных цехов» программы министерства образования и науки РФ "Развитие научного потенциала высшей школы" (подпрограмма №3 «Развитие инфраструктуры научно-технической и инновационной деятельности высшей школы и ее кадрового потенциала», раздел №3.3 «Развитие научно-исследовательской работы молодых преподавателей и научных сотрудников, аспирантов и студентов»). - Гос. регистрационный номер темы: 01200603482; инвентарный номер публикации: 02200602576.
Отдельные аспекты темы освещены в докладе «Оптимизация размещения оборудования в цехах авиационной промышленности» на Международной научно-технической конференции «Технологическое обеспечение и автоматизированное управление параметрами качества поверхностного слоя, точности обработки деталей и сборки газотурбинных двигателей» (4 сентября 2007 г. Рыбинск).
По теме диссертации опубликованы 4 работы, в том числе 2 в рецензируемых изданиях.
Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 79 наименований и 2 приложений. Содержит 150 страниц основного текста, 31 рисунок, 4 таблицы.
В главе 1 проведен анализ основных подходов при формировании компоновочных и планировочных решений серийного производства. Рассмотрено влияние исходных технологических процессов на проектируемую технологическую систему производства. Выполнен обзор научных работ, затрагивающих методы синтеза и модели технологической системы серийного производства. На основе проведенного анализа сформулированы задачи исследования.
В главе 2 произведён анализ задачи синтеза технологически ориентированных структур машиностроительных цехов серийного производства. Обосновано применение различных методов оценки решений на различных этапах синтеза структуры технологической системы производства. Осуществлён выбор предпочтительного критерия и метода оптимизации. Рассмотрены вопросы разработки окончательного плана размещения оборудования и предложен ряд методических приёмов для решения данной задачи. Сформулированы требования к комплексной модели технологической системы производства и методике синтеза проектных решений.
В главе 3 разработана комплексная модель синтеза оптимальных компоновочно-планировочных решений для цехов и участков серийного типа производства. Предложен и обоснован метод анализа технологических взаимосвязей оборудования для формирования состава участков и групп деталей, изготавливаемых на этих участках. Предложена методика использования модели в проектной практике.
В главе 4 отражены результаты проверки модели (методики) и подтверждение результатов исследования.
10 На защиту выносятся:
комплексная модель синтеза оптимальных компоновочно-планировочных решений для цехов и участков серийного типа производства;
формализованная методика синтеза оптимальных компоновочно-планировочных решений цехов, позволяющая выполнить этапы вьывления технологически однородных групп изделий и размещения оборудования для их изготовления в пространстве цеха с использованием современной вычислительной техники;
метод анализа технологических взаимосвязей оборудования при формировании состава участков и групп деталей, изготавливаемых на этих участках;
метод синтеза окончательного планировочного решения на основе принципиальной схемы размещения оборудования с использованием генетических алгоритмов и растеризации.
Основные подходы при формировании компоновочных и планировочных решений серийного производства
Современное механосборочное производство представляет собой сложную динамическую систему. Процесс его проектирования, согласно [36], включает в себя четыре последовательно выполняемых этапа: структурно-функциональный, алгоритмический, параметрический и планировочный. В случае масштабности проектной задачи процесс синтеза окончательного результата может включать в себя несколько циклов с различной детализацией данных и уровнем принимаемых решений, каждый из которых будет содержать в себе все указанные этапы. Например, в случае проектирования цеха, таких цикла — два: результатом первого служит компоновка цеха, второго — планировки участков.
Суть структурно-функционального этапа заключается в синтезе структурной модели, которая отражает состав, тип и взаимосвязь элементов, и функциональной модели, учитывающей свойства элементов и системы, необходимые для выполнения ими своего служебного назначения. При проектировании технологической системы производственного подразделения на этом этапе выполняется: формирование совокупности технологических процессов, закладываемых в основу процесса проектирования, определение технологического оборудования, выбор состава участков, выбор состава и количества станков по участкам и т.д.
Алгоритмический этап проектирования включает в себя составление алгоритмической модели, содержащей взаимные связи между элементами и системами в процессе производства. На данном этапе проектирования выполняется выбор дисциплины обслуживания заготовок, составление расписаний для подтверждения достаточности рассчитанного количества оборудования (при необходимости).
На параметрическом этапе проектирования производится определение количественных значений взаимосвязей между отдельными физическими параметрами элементов системы. Параметрические модели представляют собой уравнения материально-энергетического баланса в различных проявлениях. На данном этапе рассчитываются характеристики потоков: материальных, энергетических, информационных. На основе этих расчётов определяется состав и количество вспомогательного оборудования и обслуживающих систем, накладываются требования на инфраструктуру производства.
На окончательном, планировочном этапе решается задача размерных связей между отдельными элементами системы. Модели этого этапа аналогичны структурным, но отношения между элементами оцениваются в метрике евклидова пространства. Результатом этапа служит планировочное решение участков.
Следует отметить, что каждый этап синтеза технологической системы производства можно разделить на множество подэтапов, обладающих собственными ограничениями. Вследствие этого сам процесс проектирования можно осуществить двумя принципиально различными путями: а) с введением в процесс обратных связей, позволяющих вернуться на предыдущий этап в случае непрохождения ограничений; б) с разбиением этапов на множество проектных задач, выстраиваемых затем по порядку, уменьшающему или исключающему необходимость возврата.
У рассматриваемых технологических систем серийного производства существует ряд особенностей, не присущих единичному и массовому производству. Речь идёт о необходимости структуризации совокупности технологических процессов изготовления изделий, входящих в программу выпуска. Структуризация такого рода позволяет повысить организационный уровень прочих составляющих технологической системы и понизить время, связанное с переходами от изготовления одного вида изделия к изготовлению другого.
Процесс структуризации совокупности технологических процессов называется унификацией. В ходе унификации осуществляется переход от множества единичных ТП к меньшему множеству унифицированных ТП. Работы по унификации технологических процессов получили развитие в рамках трёх методов (представлены в хронологической последовательности): 1. Метод типизации технологических процессов, разработанный и научно обоснованный доктором техн. наук А. П. Соколовским в 1930-1934 гг. [38] 2. Метод групповой обработки деталей, разработанный и научно обоснованный доктором техн. наук С. П. Митрофановым [38, 40]. 3. Метод обработки деталей с применением модульной технологии, разработанный доктором техн. наук Б. М. Базровым [4]. Для эффективного использования унифицированных технологических процессов в производствах серийного типа в соответствующие проектные решения должны быть заложены необходимые производственные условия. Такие условия в большой мере определяются правильно выбранной формой специализации производства.
В машиностроении четко определились три формы специализации предприятий и производственных подразделений [36]: 1. Технологическая, при которой в подразделении сосредоточивается изготовление изделий или заготовок, имеющих специфическую общность выполняемых технологических процессов или операций. 2. Предметная, при которой в подразделении сосредоточивается изготовление и сборка изделий или сборочных единиц, имеющих в большей или меньшей степени признаки конструктивно-технологической общности. 3. Подетальная, при которой в подразделении изготовляются детали, имеющие, как правило, признаки конструктивно-технологической или только технологической общности. Следует отметить, что если ранжировать технологическую, предметную и подетальную формы специализации интегрально по технико-экономическим критериям (производительности труда, использованию оборудования, связыванию оборотных средств и приведённых затрат на годовой выпуск), то их соотношение составит 1:1,5:1,9 [3 6].
Выбор критериев оценки синтезируемого решения
Для того, чтобы определить наиболее значимые критерии оптимизации проектного решения рассмотрим и классифицируем характеристики функционирования производственной системы. По урсшню воздействия на технологическую систему производства их можно разделить на три типа: технические (сменность работы, площадь цеха, количество оборудования и т.д.), управленческие (комплектование и выдача предметов труда, документации, инструмента, доставка предмета труда и т.д.) и экономические (себестоимость единицы продукции, рентабельность производства и т.д.).
Взаимосвязь описанных типов такова: технические характеристики отражаются как на процессе управления производственной системой, так и на экономических характеристиках производства. Характеристики управления производственным процессом, в свою очередь, также отражаются на экономических показателях производства. И чем ближе изменения в производстве к процессам изготовления продукции, тем больший экономический эффект они обеспечивают. Значит, наиболее рационально совершенствование производства на техническом уровне.
Следует отметить существование двух принципиально различных ситуаций в процессе проектирования по отношению к используемым критериям оценки синтезируемого решения. Первая - оценка промежуточного результата - базируется на сравнительно простых критериях, позволяющих оценить принятые принципиальные решения. Вторая — оценка окончательного результата, описываемого множеством параметров и требующего некоего комплексного критерия. Рассмотрим обе ситуации поподробнее.
В качестве критериев оценки решений на промежуточных этапах синтеза наиболее рациональным представляется использование технических характеристик грузопотоков, формируемых предметами производства и представляющих собой одну из сторон реализации технологических процессов и производственного процесса в целом. Поскольку процессы транспортировки и складирования, оперирующие потоками, являются непроизводительными с точки зрения создания добавочной стоимости. Именно с этого рода операциями связана большая часть финансовых издержек и затрат времени в современном производстве серийного типа. Поэтому их следует целенаправленно минимизировать. Проанализируем характеристики грузопотоков для выбора целевой функции оптимизации принципиальных планировочных решений. Характеристики подразделяются на: 1. качественные: наличие или отсутствие потока, направление потока (прямой или обратный); 2. количественные, характеризуемые следующими категориями: - пространство (размещение, маршруты потоков); - время (затраты времени, временные структуры в потоке); - масса (заготовок, инструмента и пр.); - организация (форма протекания процессов, организационные формы).
Очевидно, что наиболее важная для производственного процесса характеристика - время транспортировки изделий, отвечающее за непрерывность и ритмичность производственного процесса. Оно зависит от длины грузопотоков, обеспечивающих прямоточность движения предметов труда. Но перемещение детали массой 15 кг на 10 метров — не одно и то же, что перемещение узла массой 100 кг на то же расстояние. Следовательно, необходимо использовать интегральный показатель, включающий такую информацию об изделиях, как путь перемещения и массу.
Очевидно, что в случае механической обработки заготовок, их масса изменяется после выполнения каждой операции. Для упрощения расчёта, в качестве допущения примем, что масса каждого предмета производства в ходе технологического процесса постоянна и равна некоторому среднему значению. Перейдём к комплексной оценке окончательного планировочного решения. Оценку вариантов планировки можно осуществить различными методами. Ниже в общем виде излагаются два возможных метода [20]: 1) анализ полезной стоимости; 2) простая балльная оценка. Следует учесть, что в основе расчётов обоих методов заложено существенное субъективное влияние, количественно и качественно определяемое выбранными критериями, соотношениями весов и условиями определения частных критериев. В случае отсутствия значимой разницы в полезной стоимости нескольких вариантов планировочного решения это влияние может быть определяющим. Кроме того, при выборе важно принимать во внимание то, что отобранный вариант, хотя и представляет собой приемлемое решение с точки зрения ожидаемой полезности, не обязательно является наилучшим технико-экономическим решением.
Основным инструментом исследования и оценки эффективности проектируемых производственных систем является математическое моделирование [28]. Посредством его использования в процессе проектирования решаются задачи двух типов: а) формирование организационно-технологической структуры — определение состава основного оборудования, конфигурации и состава обеспечивающих систем, синтез плана размещения оборудования — по заданным критериям эффективности ПС (задача синтеза); б) определение по известным характеристикам элементов ПС, показателей эффективности системы в целом - производительности, коэффициентов загрузки оборудования, объема незавершенного производства (задача анализа). Для расчета характеристик проектируемого производства и целевых функций оптимизации используется три подхода математического моделирования, разделяемых по способу представления свойств объекта: аналитическое, алгоритмическое и имитационное моделирование [40].
Анализ самого процесса проектирования показывает, что наиболее эффективным является попеременное использование аналитических, алгоритмических и имитационных моделей в зависимости от решаемой задачи. Основным различием подходов является обеспечиваемая ими степень адекватности модели реальной системе. Она, определяется уровнем детализации, а значит, и сложностью модели.
Синтез основной технологической структуры производственного процесса и определение состава применяемого оборудования
Следует отметить, что на данном этапе выбор конкретной модели станка не только не обязателен, но даже нежелателен. Согласно принципу согласования целей системного подхода, на котором базируется подетальная специализация, цели подсистем должны быть согласованы с целью всей системы [36]. Цель участка: изготовить часть номенклатуры цеха в полном объёме на заданном пространстве с обеспечением поточности. Цель станка: выполнить операции ТП изготовления программы участка, характеризуемые заданными размерами и точностью. При обеспечении поточности производства станки одного вида, располагаясь на разных концах участка, обладают разными целями в плане исполняемых размеров и точности. Следовательно, выбор конкретных моделей оборудования следует производить после синтеза технологической структуры участка с учётом показателей точности и размерных характеристик всей совокупности изготавливаемых деталей. В таблицах используем обозначение: станок и-ый т-ого вида. В-четвертых, из таблицы «станок-деталь (станкоёмкость)» (А ) формируем таблицу «станок-деталь (грузопоток)» (А ), заменяя значения станкоёмкостей на величины суммарных грузопотоков, которые формируются соответствующими деталями при изготовлении на соответствующих станках. В случае выполнения одной операции изготовления деталей одного наименования на нескольких станках, суммарный грузопоток разбивается пропорционально количествам обрабатываемых заготовок. Наконец, в-пятых, на основе таблицы «станок-деталь (станкоёмкость)» и с использованием представленных маршрутных технологических процессов формируется таблица «деталь-операция» — А1. Её строки соответствуют деталям, столбцы - номерам операций, а каждая ячейка содержит: вид задействованного станка, его номер в указанном виде, станкоёмкость операции. Следует отметить, что вопрос разделения станкоёмкостей по станкам является принципиальным для решения последующих задач и может осуществляться иными способами. В данном случае за счёт ранжирования деталей по массе программы выпуска была обеспечена максимальная чувствительность принимаемых решений по отношению к выбранному критерию мощности грузопотока. В исследовании не были затронуты вопросы использования концентрации и дифференциации операций ТП (позволяющей перераспределять загрузку между станками, в том числе и разного типа) и возможности модификации оборудования (изменяющего его технологические возможности). Учёт данных нюансов несколько усложняет задачу структурного синтеза производства, увеличивает количество исходных данных и требует дополнительной методической проработки. Но при этом, включение указанных дополнительных возможностей в комплексную модель позволит формировать более «монолитную» технологически ориентированную структуру производства и, как следствие, достигать максимальной экономической эффективности.
Для программы, разработанной в целях демонстрации использования комплексной модели, предельными значениями характеристик синтезируемой системы являются: 100 станков и наименований 1000 деталей. Все три таблицы, сформированные на данном этапе и. служащие исходными данными для всех последующих этапов синтеза, хранятся в отдельных текстовых файлах.
В файл, хранящий таблицу «деталь - операция» (А1) помещается количество деталей, максимальное количество операций механической обработки и сама таблица, у которой строки соответствуют деталям, а для каждой операции выделяется три столбца. В ячейках таблицы указываются: вид задействованного станка, выполняющего соответствующую технологическую операцию, его номер в указанном виде, станкоёмкость операции. В случае исчерпания списка операций оставшиеся ячейки строки заполняются нулями.
В файл, хранящий таблицу «станок - деталь (станкоёмкость)» (А2) помещается количество станков, количество изделий и сама таблица, строки которой соответствуют единицам технологического оборудования, столбцы — предметам производства. В конец каждой строки таблицы добавляются соответствующие номер вида станка и его номер в указанном виде. В ячейки таблицы прописываются значения станкоёмкостеи операций. В случае, если станок не используется для изготовления детали, в соответствующие ячейки помещаются нули.
Технико-экономическое обоснование и определение границ применимости разработанной методики
Для того, чтобы определить, в каких случаях применение разработанной методики и программного обеспечения на её основе наиболее целесообразно, необходимо ответить на следующие вопросы: - какова разница в технико-экономических характеристиках технологической систем производства при проектировании с использованием точной и приведённой программы; - насколько может снизиться трудоёмкость процесса проектирования с использованием программного обеспечения, базирующегося на разработанной модели и методике, по сравнению с проектированием вручную.
Разница в технико-экономических характеристиках проектируемой технологической системы производства в случаях использования точной и приведённой программы будет значительной. Обоснуем это высказывание, не подвергая сомнению математический аппарат, используемый для расчёта приведённой станкоёмкости, а обратим внимание на её структуру, т.е. на то, какая её доля приходится на тот или иной тип оборудования. Такая структура будет отличаться от реальной, получаемой при проектировании по точной программе, в силу двух причин.
Во-первых, для расчётов по приведённой программе предварительно должно быть произведено группирование деталей. Поскольку технологические процессы изготовления на этот момент отсутствуют, то объединение в группы должно производиться по конструктивным признакам. Согласно произведённому в первой главе анализу, формализованные методики группирования, использующие конструктивные признаки, обладают рядом значимых недостатков, понижающих их эффективность в целом. А в случае средне- и мелкосерийного производства такие методики практически не применимы. Поэтому для группирования зачастую привлекаются эксперты технологи, результат работы которых сложно проверить. В связи с такой ситуацией можно утверждать, что при проектировании средне- и мелкосерийного производства в структуру станкоёмкостей при группировании закладывается погрешность порядка 5% («оптимистичная» величина по опытным данным) от суммарной станкоёмкости программы и более. Подразумевается, что 2,5% связывают с другим типом оборудования, нежели это обусловлено технологически. Это в свою очередь приводит к тому, что в проект закладываются избыточные мощности для одного типа оборудования и недостаточные - для другого.
Во-вторых, согласно порядку приведения станкоёмкостей, в качестве детали-представителя выбирается конструктивно наиболее сложная деталь и, предпочтительно, с наибольшим объёмом выпуска. Очевидно, что другие детали группы обладают более коротким технологическим маршрутом и другой структурой станкоёмкости. Также очевидна малая вероятность совпадения пропорций в структуре станкоёмкости для детали-представителя и для группы в целом. Поэтому погрешность в структуре приведённой станкоёмкости группы деталей для самого метода приведения можно оценить в 2% от суммарной станкоёмкости группы и более, независимо от типа производства.
Поскольку рассмотренные факторы являются взаимодополняющими, можно утверждать, что при проектировании средне- и мелкосерийного производства погрешность распределения станкоёмкостей может достигать 7% и более. Для участка с 30 станками (при рациональном числе станков на участках с подетальной специализацией 25 +- 35 единиц [36]) это означает неверное распределение станкоёмкостей в сумме равных 2,1-Ф А в итоге — простой оборудования одного типа, перегрузка и наличие «узких мест» по другим группам оборудования, необходимость доводки проектного решения в ходе производственного процесса и снижение технико-экономических показателей производства.
На основании сказанного можно утверждать, что разница в одной только рентабельности производств средне- и мелкосерийного типа, запроектированных на основе точной и приведённой производственной программы, сравнима с самой её величиной (для машиностроения - 15%).
Теперь рассмотрим второй из поставленных в начале раздела вопросов: насколько может снизиться трудоёмкость процесса проектирования с использованием программного обеспечения, базирующегося на разработанной модели и методике, по сравнению с проектированием вручную.
Опыт показывает, что проектирование вручную по приведённой программе на основе существующей методической базы требует большого количества времени, порядка нескольких недель или даже месяцев, в зависимости от размера проектируемого объекта. Поскольку даже в случае использования универсального программного обеспечения и автоматизации ряда расчётов трудоёмкость выполнения работы остаётся очень высокой. Удельные временные затраты на технологическое проектирование, по данным «; специалистов проектного института ОАО "Гипротяжмаш", составляют порядка 0,5 - - 1,5 дня из расчёта на один станок. Т.е. в случае проектирования участка с тридцатью единицами металлорежущего оборудования проектирование займёт порядка одного - полутора календарных месяцев (20 - - 30 рабочих дней).
В случае использования программного обеспечения на основе предлагаемой методики, несмотря на значительно больший объём исходных данных, синтез проектного технологического решения представляется возможным осуществить за несколько дней. Для рассмотренного участка — за 1- -2 дня. Таким образом, использования программного обеспечения на основе предлагаемой методики позволит понизить трудозатраты на технологическое проектирование как минимум в 10 раз.
