Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Исследование современного состояния вопросов организации производственного процесса изготовления заготовок для авиационных деталей . 13
1.1 Анализ современных подходов к организации производства заготовок для изделий авиационной техники: особенности, проблемы и направления совершенствования 13
1.1.1 Анализ способов получения заготовок для авиационных деталей 13
1.1.2 Анализ особенностей организации производственного процесса изготовления литых заготовок для изделий авиационной техники 21
1.1.3 Анализ вариантов организации производства литых заготовок для потребностей авиастроительного предприятия 23
1.1.4 Обзор и анализ цифровых технологий в металлургии
1.2 Проблема оценки эффективности организации заготовительного производства 37
1.3 Применение метода моделирования для решения задачи анализа и совершенствования производства
1.3.1 Обзор и анализ математического аппарата, применяемого для решения задачи управления производством 44
1.3.2 Анализ технических решений в области обеспечения заданных показателей производства 49
Выводы по Главе 1 54
Глава 2 Исследование комплексного механизма формирования ресурсоемко стипроизводственного процесса изготовления литой заготовки 57
2.1 Формализованное описание литейного производства авиастроительного предприятия 57
2.1.1 Организационная структура литейного производства 57
2.1.2 Производственный процесс изготовления литых заготовок
2.2 Исследование механизмов формирования затрат ресурсов при производстве литой заготовки 65
2.3 Исследование и разработка классификации факторов влияющих на производственный процесс 2.3.1 Исследование и разработка групп количественных факторов 75
2.3.2 Исследование и разработка классификации управляющих факторы 86
2.3.3 Установление степени влияния уровней факторов 88
2.4 Анализ рисков производственного процесса изготовления литых заготовок91
2.4.1 Оценка влияния неблагоприятных событий на ресурсоемкость производственного процесса изготовления литых заготовок 92
2.4.2 Зависимость функций затрат ресурсов от результирующих факторов... 95
Выводы по Главе 2 99
Глава 3 Разработка инструментов оценки и управления ресурсоемкостью производственного процесса изготовления литых заготовок 100
3.1 Разработка системы показателей оценки эффективности затрат ресурсов при производстве литой заготовки 100
3.1.1 Показатели группы «Эффективность расхода металла» 101
3.1.2 Показатели группы «Эффективность подготовки формы» 106
3.1.3 Показатели группы «Эффективность расхода электроэнергии» 109
3.1.4 Показатели группы «Эффективность расхода воды» 112
3.1.5 Показатели группы «Эффективность труда персонала» 113
3.1.6 Показатели группы «Эффективность затрат времени» 115
3.1.7 Исследование применимости показателей для оценки эффективности затрат ресурсов в производственном процессе 1 3.2 Методика оценки эффективности поэтапных затрат ресурсов с учетом рисков производственного процесса 121
3.3 Модель производственного процесса изготовления литых заготовок 1 3.3.1 Постановка задачи управления ресурсоемкостью производственного процесса изготовления литых заготовок 126
3.3.2 Формализация задачи управления ресурсоемкостью производственного процесса изготовления литых заготовок 128
3.3.3 Построение функций потерь ресурсов в производственном процессе... 131
3.4 Оценка влияния управляющих воздействий на модель производственного процесса изготовления литых заготовок 142
3.4.1 Проверка адекватности модели 143
3.4.2 Разработка и исследование управляющих воздействий на модель 146
Выводы по Главе 3 153
Глава 4 Разработка и апробация способа организации производственного процесса изготовления литых заготовок на основе принципов обеспечения минимальной ресурсоемкости 155
4.1 Разработка способа организации производственного процесса изготовления литых заготовок 155
4.2 Оценка технико-экономического эффекта 163
Выводы по Главе 4 169
Заключение 170
Список литературы
- Анализ особенностей организации производственного процесса изготовления литых заготовок для изделий авиационной техники
- Производственный процесс изготовления литых заготовок
- Показатели группы «Эффективность расхода металла»
- Оценка технико-экономического эффекта
Введение к работе
Актуальность темы
Себестоимость наукоемкой продукции является одним из основных факторов, определяющим ее конкурентоспособность как на российском, так и на мировом рынках. Этот параметр зависит в первую очередь от затрат разного вида ресурсов (например, сырье и материалы, трудозатраты, оборудование, производственные площади и проч.) потребляемых при производстве изделий. В настоящее время на авиастроительном предприятии большое значение среди остальных аспектов деятельности приобрело эффективное использование производственных ресурсов, в совершенствовании которого заложены резервы для снижения производственных потерь и себестоимости продукции, а также роста эффективности производства и качества продукции.
Существующие требования к эффективной организации производства изделий авиационной техники заключаются в первую очередь в снижении затрат ресурсов на каждом технологическом переделе производства воздушного судна. Заготовительное производство является стартовым в цепочке технологических переделов производства авиационной техники. Затраты ресурсов в заготовительном производстве зависят от организационных, технологических и технических условий производственного процесса изготовления металлических заготовок. Несовершенство этих условий обуславливает высокие удельные затраты ресурсов при их относительно низкой стоимости по сравнению с заготовительными производствами других стран (ЕС, США).
В авиастроении применяется большое количество способов изготовления заготовок с применением различного технологического оборудования. Доля деталей, получаемых из литых заготовок, составляет 40-50% в машиностроении1. В авиационной промышленности литые заготовки используются для производства большого многообразия деталей, основными требованиями к которым, помимо низкой стоимости, является надежность и вес по причине того, что им приходится длительно работать при высоких давлениях, температурах, в коррозионных средах при статических и динамических нагрузках. Кроме того методом литья изготавливают детали с внутренними полостями для снижения их веса, что невозможно другими методами (ковкой и штамповкой) - что также актуально для авиационной техники.
Стратегией развития OAK до 2025 года предусмотрено создание центров компетенции и центров специализации, в том числе на базе действующих производств предприятий авиастроительной отрасли, что позволит снизить себестоимость производимых заготовок, за счет роста объема производства заготовок для смежных отраслей2. При этом основные производства предприятия должны быть обеспечены металлическими заготовками требуемого качества в плановые сроки при минимизации затрат ресурсов на их изготовление Такие требования к производимым заготовкам превосходят производственные воз-
1 Евсеев В.И. О состоянии и перспективах развития литейного производства в России и Санкт-Петербурге.
Труды международной научно-практической конференции , посвященной 40-летию РУП «Гомельский
литейный завод «Центролит», 22-23 октября 2008 года // В.И.Евсеев, А. А.Ищенко// Спец выпуск журнала
«Литье и металлургия».-2008.-№3.-с44-49
2 Стратегия развития Объединенной авиастроительной корпорации до 2025 г.
можности предприятия. Очевидно, что необходимо совершенствовать производственно-технологическую структуру с целью повышения конкурентоспособности производимых заготовок.
Крупнейшее в России авиастроительное предприятие ЗАО «Авиастар-СП» имеет в своей структуре заготовительное производство, представленное комплексом литейного, кузнечно-прессового и термического цехов. Проблема заключается в необходимости определения производственного потенциала действующего литейного производства и оценке влияния управляющих воздействий на ресурсоемкость производственного процесса изготовления литых заготовок в условиях производственных рисков.
Таким образом, возникает необходимость разработки способа организации технологической системы литейного производства на авиастроительном предприятии, обеспечивающего заданные требования к ресурсоемкости производимых металлических заготовок.
Это может быть обеспечено за счёт последовательного анализа механизма формирования затрат ресурсов, определение значимых факторов в рассматриваемом пространстве угроз и построение модели управления технологической системой литейного производства.
Задача разработки способа управления работоспособностью технологической системы литейного производства, решаемая на основе исследования моделей изготовления литых заготовок с учетом явлений случайного характера, является актуальной.
Объектом исследования в настоящей работе является литейное производство авиастроительного предприятия, как совокупность организационных, технических и технологических характеристик реализующих производственный процесс изготовления литых заготовок.
Предметом исследования в работе являются методы и математические модели организации производственного процесса изготовления литых заготовок, обеспечивающие снижение его ресурсоемкости.
Цель работы.
Снижение ресурсоемкости производственного процесса изготовления воздушного судна за счет разработки и применения метода анализа и совершенствования литейного производства на авиастроительном предприятии
Для достижения указанной цели в работе необходимо решить следующие задачи.
-
Исследовать способы и особенности организации производственного процесса изготовления металлических заготовок для изделий авиационной техники.
-
Провести анализ, выявить и систематизировать результирующие и управляющие факторы, оказывающие влияние на ресурсоемкость производственного процесса изготовления литых заготовок для изделий авиационной техники.
-
Разработать и исследовать систему показателей оценки эффективности организации литейного производства на основе количественных результирующих факторов и неэффективных затрат ресурсов в производственном процессе.
4) Разработать методику оценки эффективности поэтапных затрат ресур
сов при производстве литых заготовок с учетом рисков потерь ресурсов в про
изводственном процессе.
5) Разработать и исследовать модель организации производственного
процесса изготовления литых заготовок, учитывающую влияние управляющего
воздействия на ресурсоёмкость литых заготовок, на основе построения локаль
ных функций потерь ресурсов в производственном процессе и учета их взаим
ного влияния.
-
Разработать способ организации литейного производства, включающий в себя применение разработанных системы показателей, методики поэтапного учета затрат ресурсов с оценкой рисков и модели оценки влияния управляющего воздействия на ресурсоёмкость производственного процесса.
-
Провести апробацию разработанного способа организации литейного производства авиастроительного предприятия и оценить технико-экономическую эффективность мероприятий по снижению ресурсоемкости производственного процесса изготовления литых заготовок.
Область исследования.
Разработка методов и средств организации производства в условиях технических и экономических рисков (согласно п.9 паспорта специальности 05.02.22 - организация производства (машиностроение)).
Методологической базой исследования послужили научные труды и разработки отечественных и зарубежных ученых по проблемам организации производственных процессов заготовительных производств, теоретические основы технологии машиностроения, организации производства, управления организационными системами. Решение поставленных задач осуществлялось на основе системного подхода к анализу процессов управления сложными системами, теории принятия решений, методов многокритериальной оптимизации.
Научная новизна.
Результаты диссертационной работы являются новыми и актуальными для организации производственного процесса изготовления литых заготовок, обеспечивающей снижение его ресурсоемкости.
Основным научным результатом работы является метод анализа и совершенствования организации литейного производства на авиастроительном предприятии, обеспечивающий оценку и достижение целевых показателей ресурсоемкости производственного процесса и заключающийся в применении совокупности разработанных и взаимосвязанных
комплексной системы показателей оценки эффективности организации литейного производства,
методики оценки эффективности поэтапных затрат ресурсов при производстве отливки с учетом угроз реализации производственного процесса,
- модели производственного процесса изготовления литых заготовок.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту, заключа
ется в следующем:
1) Разработана двухуровневая система факторов ресурсоемкости производственного процесса. Ее особенность заключается в разделении всей совокупности выявленных при анализе производственного процесса факторов на два уровня - результирующие(измеряемые параметры производственного про-
цесса) и управляющие(направления совершенствования производственного процесса), взаимосвязь между факторами устанавливается методом экспертных оценок. Определены количественные оценки влияния управляющих факторов на результирующие факторы ресурсоёмкости производственного процесса
-
Сформирована новая система показателей оценки эффективности организации литейного производства, состоящая из шести групп показателей эффективности затрат выделенных типов ресурсов в производственном процессе. Ее особенность состоит в структуре каждой группы показателей, формируемых на основе выделенных количественных факторов, а также в оценке ресурсоёмкости с точки зрения неэффективных затрат ресурсов в производственном процессе. Разработанные показатели оценивают работоспособное состояние технологической системы по затратам.
-
Разработана методика оценки эффективности поэтапных затрат ресурсов при производстве литых заготовок, особенностью которой является построение матрицы рисков потерь ресурсов на различных этапах производственного процесса. Особенностью методики является учет влияния явлений случайного характера на ресурсоемкость производственного процесса изготовления литых заготовок.
-
Разработана модель производственного процесса изготовления литых заготовок определяющая влияние управляющего воздействия на снижение ресурсоёмкости производственного процесса с учетом выявленных рисков. Особенность модели заключается в определении локальных функций потерь ресурсов в производственном процессе, их взаимного влияния и последующей их минимизации для оценки управляющих воздействий на производственный процесс.
Практическая значимость.
1) Разработан способ формирования комплекса организационно-
технических мероприятий, обеспечивающих достижение требуемых показате
лей ресурсоёмкости.
2) Проведена оценка эффективности организации производственного
процесса изготовления литых заготовок на примере литейного цеха авиастрои
тельного предприятия ЗАО «Авиастар-СП» с использованием разработанной
системы показателей.
-
Исследованы угрозы, приводящие к потерям ресурсов в действующем литейном цехе ЗАО «Авиастар-СП», оценены вероятности их проявления и ущерб от реализации.
-
Проведена количественная оценка влияния организационных, технологических и технических направлений совершенствования литейного производства на ресурсоемкость производимых заготовок.
-
Разработана программа организационно-технических мероприятий по снижению ресурсоёмкости производственного процесса изготовления литых заготовок для литейного цеха ЗАО «Авиастар-СП»
6) Результаты диссертационного исследования были применены при
обосновании и разработке проекта бизнес-плана «Создания центра специализа
ции по производству компонентов летательных аппаратов из стали, алюминия,
магния и титана» на российском авиастроительном предприятии ЗАО «Авиа
стар-СП».
7) Результаты диссертационного исследования целесообразно использовать в учебном процессе при подготовке студентов бакалавриата по направлениям 160100 - «Авиастроение», 220100 - «Системный анализ и управление», 220700 - «Автоматизация технологических процессов и производств», в читаемых курсах лекций по дисциплинам «Основы технологических процессов и производств», «Моделирование систем и процессов», «Управление в организационных системах», а также в ряде дисциплин по направлению подготовки «Экономика и управление на предприятии».
Предложенный метод анализа и совершенствования организации литейного производства может быть использован при организации (реорганизации) производственного процесса изготовления литых заготовок на предприятиях судостроения, автомобилестроения, машиностроения. Разработанная методика оценки эффективности поэтапных затрат ресурсов с учетом угроз, приводящих к потерям ресурсов после соответствующей адаптации к выбранной предметной области может применяться для исследования других производственных процессов предприятий.
Достоверность полученных результатов.
Достоверность результатов исследования обоснована корректным применением общенаучных теоретико-методологических принципов управления производством, теории организации производства, многоаспектностью исследования данной проблемы, универсальностью методов исследования, широкой апробацией полученных результатов, а также практическим применением результатов работы на авиастроительном предприятии ЗАО «Авиастар-СП», что подтверждается актом о внедрении результатов работы.
Апробация работы.
Основные научные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на седьмой Международной конференции «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (г. Ульяновск, 2009 г.), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной науки и образования» (г. Ульяновск, 2010 г.), второй всероссийской научно-практической конференции «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники» (г. Ульяновск, 2011 г.), на Симпозиуме с международным участием «Самолетостроение России. Проблемы и перспективы» (г. Самара, 2012 г.), на третьей Международной научно-практической конференции «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития» (г. Ульяновск, 2012 г.), на научно-техническом семинаре «Программное обеспечение Siemens PLM Software - доступные и эффективные решения САПР для российских промышленных предприятий» (г. Ульяновск, 2013 г.), а также на научных семинарах кафедры математического моделирования технических систем УлГУ и Центра компетенций «УлГУ-Авиастар», научных семинарах СГАУ.
Результаты диссертационной работы включены в научно-технические отчеты о выполнении государственного контракта № 14.740.11.1321 от 27 июня 2011 г. на выполнение НИР по теме «Математическое моделирование технологий и процессов авиастроительного предприятия на этапе конструкторско-
технологической подготовки производства» в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., мероприятие № 1.3.2 «Проведение научных исследований целевыми аспирантами».
Личный вклад автора. Постановка задач осуществлялась совместно с научным руководителем. Теоретические и практические исследования выполнены автором самостоятельно.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них в списке, рекомендованном ВАК - 8 работ. Список работ помещен в конце автореферата.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и заключения, списка литературы из 130 наименований источников, а также 6 приложений. Общий объем диссертационной работы составляет 235 страниц, в том числе 186 страниц основного текста (из них 15 страниц списка литературы) и 49 страниц приложений. Диссертация содержит 28 рисунков и 12 таблиц.
Анализ особенностей организации производственного процесса изготовления литых заготовок для изделий авиационной техники
Основным показателем, характеризующим экономичность выбранного способа получения металлической заготовки, является коэффициент использования материала (КИМ), выражающий отношение массы детали к норме расхода металла на деталь. Полагается, что металл в выбранном способе получения заготовок расходуется рационально, если величина КИМ составляет не менее 0.75. [5]. При современных литейных технологиях коэффициент использования металла достигает 85-95 % при производстве отливок их сплавов цветных металлов и более 80% при производстве отливок из чугуна. [1,6]
В работе [7] проведен анализ различных способов получения заготовок. Показано, что если существуют высокие требования к прочности, твердости и износостойкости (однородность механических свойств детали), а также чем больше объем производства и чем меньше такт выпуска то предпочтительнее применять метод штамповки, а не литья. Чем сложнее форма детали и чем выше стоимость материала, тем предпочтительнее использовать метод литья, потому что в этом случае повышается КИМ.
Принцип выбора технологического процесса изготовления заготовки заключается в определении нескольких альтернативных вариантов получения заготовки для детали и рассчитывается экономический эффект для реализации производственного процесса изготовления заготовки с наименьшими затратами при заданном объеме выпуска деталей.
Детали, изготавливаемые методом литья, имеют достаточно большое применение в авиационной промышленности. Доля деталей, получаемых из литых заготовок, составляет 40-50% в машиностроении [1]. В авиационной промышленности литые заготовки используются для производства большого многообразия деталей, основными требованиями к которым является надежность, вес и стоимость в связи с тем, что им приходится длительно работать при высоких давлениях, температурах, в коррозионных средах при статических и динамических нагрузках.
Литейное производство обеспечивает получение сложных по форме литых заготовок с внутренними полостями, что не всегда возможно и целесообразно выполнять методом сварки или ковки.
Особенностями процесса литья, в сравнении с другими способами получения заготовок, являются получение сложных поверхностей и сопряжений, поэтому литьем изготавливают детали, которые другими способами изготавливать достаточно сложно и если необходимо соблюдение определенных требований к механическим свойствам заготовок.
При этом следует учитывать такие особенности литых заготовок, как пониженная прочность, неметаллические дефекты, различные механические показатели в разных частях отливки, зависимость качества заготовки от применяемой технологии литья и конструктивных особенностей детали, склонность к образованию дефектов и внутренних напряжений [7].
Конструктивная сложность литых металлических деталей является специфичной именно для изделий авиационной техники, которые имеют большое число поднутрений для снижения их веса, что обуславливает сложность оснастки для изготовления моделей, форм и заготовок.
На выбор способа изготовления литой заготовки оказывают влияние технологичность отливки, применяемый материал, габаритные размеры и масса заготовки, сложность литых деталей, точность и шероховатость поверхностей, масштаб производства и технологические возможности предприятия [10]. Технологии и методы производства отливок в основном определяются их весом и объемами производства и в меньшей степени зависят от конкретных форм, что позволяет создавать высокотехнологичные производства с применением современных технологий при наличии большой номенклатуры. Из нескольких альтернативных способов литья должен быть выбран тот, который обеспечивает требуемый уровень качества литой заготовки при минимальных затратах ресурсов. Многие специальные способы литья позволяют повысить точность отливок, уменьшить припуски на механическую обработку, повысить производительность труда за счет автоматизации трудоемких технологических операций [11]. Наиболее часто применяемым способом получения литых заготовок является литье в песчаные формы, поскольку себестоимость 1 т таких отливок минимальна, а применяемое оборудование и оснастка во многом имеют универсальный характер [7].Однако окончательное решение о целесообразности изготовления отливки тем или иным способом может быть принято только после подробного расчета технико-экономической эффективности с учетом особенностей номенклатуры отливок и условий производства.
Технико-экономическая эффективность технологического процесса изготовления отливок зависит от большого числа факторов - сложность конфигурации отливки, ее масса и размеры, состав сплава, характер производства, способ изготовления формы, требования к качеству поверхности и т.п. Одним из важнейших факторов, влияющих на технико-экономические показатели, является технологичность конструкции отливки, то есть степень ее соответствия оптимальным производственно-технологическим условиям изготовления при заданной программе выпуска.
В работе [12] были выделены функциональные (например, скорость выполнения процесса литья, вероятность получения качественной отливки, соответствие получаемых свойств отливки ожидаемым) и ресурсные (материальные, энергетические, людские, временные, информационные) критерии эффективности производственного процесса изготовления литых заготовок. Также был сделан вывод о том, что основными и наиболее важными видами ресурсов при производстве литых заготовок являются материальные и энергетические.
Производственный процесс изготовления литых заготовок
Для плавки металла на российских предприятиях расходуется в среднем в два раза больше электроэнергии, чем на европейских предприятиях при одинаковом объеме производимых годных отливок [74] Это означает, что сам процесс более энергоемкий за счет применяемого оборудования, а также, что количество потребленной электроэнергии напрямую зависит и от количества производимых бракованных отливок, которые необходимо переделывать.
Специфика российских предприятий в части использования технических ресурсов, таких как вода, а также их относительно невысокая стоимость по сравнению с предприятиями стран Европы, Америки и др. не накладывает ограничений на объемы их потребления. На рисунке 2.4 приведена схема формирования затрат ресурса «вода» в производственном процессе.
В производстве различают два вида источника получения воды -техническая вода и вода для хозяйственных нужд (питьевая). Не все затраты воды при производстве заготовок являются безвозвратными. Техническая вода является оборотной, после использования она поступает вновь в систему, охлаждается, очищается и используется вновь.
Потери воды в производственном процессе обусловлены испарениями. Затраты технической воды для каждого производственного участка делятся на эффективные (то, что тратится на производство годных заготовок) и неэффективные (то, что тратится на производство бракованных заготовок, переделку бракованных форм и заготовок ). .-- Направлення потерь ресурса
Схема формирования затрат ресурса «вода» в производственном процессе Нужно отметить, что в условиях современных требований к экологичности производства необходимо стремиться к сокращению энергопотребления и водопотребления. На каждом этапе производственного процесса от этапа подготовки формы до этапа передачи заготовки цехам-потребителям в производстве участвуют различные типы персонала. Весь производственный персонал может быть разделен на три типа: 1) Основной производственный персона (например рабочий участка стального литья) осуществляющие производственный процесс изготовления форм, приготовления сплава, его заливку в формы, извлечение из форм и механообработку полученных отливок. Те люди, чей труд непосредственно «формирует» литую заготовку. 2) Инженерно-технический персонал (например, инженер-технолог, нормировщик), осуществляющий КТПП, разрабатывающий технологические процессы и чертежи. Те люди, чей труд осуществляет подготовку к производству литой заготовки. 3) Вспомогательный и обслуживающий персонал (например, наладчик оборудования) - обслуживающий оборудование, инструмент и оснастку, осуществляющий контроль производимого сплава, форм, заготовок. Те люди, чей труд обеспечивают техническое «сопровождение» производственного процесса. 4) Руководящий персонал, осуществляющий руководство и организацию работ в структурных подразделениях (например, мастер участка, начальник бюро технического контроля). При производстве литых заготовок необходимо определять достаточное количество персонала каждого типа.
Прямые затраты - те, что связаны с персоналом первого и второго типа. Непрямые затраты - те, что связаны персоналом третьего и четвертого типа. Кроме того неэффективные затраты персонала могут быть обусловлены болезнями, прогулами, производственными травмами - в связи с чем «расход» этого вида ресурса увеличивается.
На рисунке 2.5 приведена схема формирования затрат ресурса «время» в производственном процессе.
В затратах ресурса «время» выделяют эффективные затраты времени - все то время, которое тратится в производственном процессе при изготовлении годных отливок Неэффективные затраты - потери времени могут возникнуть на протяжении всего производственного процесса, на каждом его этапе. Они связаны с производственными задержками - ожидание поступления конструкторско-технологической документации и материалов, производство бракованных форм и/или отливок, что приводит к повторному их изготовлению и увеличению длительности производственного цикла. Простой оборудования может быть связан с его поломками или неэффективной загрузкой, простой персонала может быть связан, например, с болезнями, прогулами - все это также увеличивает длительность производственного цикла и снижает количество производимых годных заготовок в исследуемом периоде.
Таким образом, в затратах каждого из выделенных типов ресурсов можно выделить объем ресурсов, затрачиваемый на производство годных отливок и неэффективные затраты - потери ресурсов, которые вызваны несовершенствами организационно-управленческих, технологических и технических условий реализации производственного процесса. Причем потери могут быть как возвратные - например затраты металла на формирование отливки, признанной в последствии негодной затем возвращаются в производственный цикл, а, например, затраты времени связанные с переделкой бракованных отливок никак вернуть нельзя - это безвозвратные потери.
Для снижения ресурсоемкости производственного процесса изготовления литых заготовок можно двигаться в двух направлениях (рисунок 2.6): 1) Снижение затрат ресурсов в производственном процессе, то есть снижение ресурсоемкости каждой применяемой в производстве технологии изготовления литой заготовки, а именно: а) сокращение затрат металла при производстве литых заготовок; б) сокращение затрат формовочных материалов в производственном процессе изготовления литых заготовок; в) снижение объемов электроэнергии, потребляемой литейным производством; г) снижение объемов воды, потребляемой литейным производством; д) сокращение количества персонала, занятого в производственном процессе изготовления литых заготовок; е) сокращение длительности производственного процесса изготовления литых заготовок.
Для определения совокупности причин, влияющих на ресурсоемкость производственного процесса изготовления литой заготовки, разработаем классификацию факторов. На основе анализа производственного процесса, проведенного в параграфе 2.1 были выявлены факторы во взаимосвязи с потребляемыми ресурсами, и вся их совокупность разделена на два уровня.
На рисунке 2.7 представлена разработанная классификация факторов и их состав, взаимодействие между собой и влияние на производственный процесс. В существующих технологических, технических и организационных условиях с учетом выбранного технологического процесса изготовления литых заготовок ресурсоемкость производственного процесса ее изготовления будет зависеть от ряда количественных факторов.
На основе анализа механизмов формирования затрат ресурсов в производственном процессе изготовления литых заготовок (параграф 2.1, 2.2) выделены факторы первого уровня - результирующие (рисунок 2.8). Эти факторы являются измеряемыми, и они определяют уровень организационных, технологических и технических условий производственного процесса с точки зрения его ресурсоемкости. Факторы первого уровня представляют собой параметры, влияющие на затраты ресурсов в производственном процессе.
Результирующие факторы используются далее для оценки ресурсоемкости производственного процесса изготовления литых заготовок.
Параметры, связанные с затратами каждого вида ресурса в производственном процессе делятся на плановые и фактические. Исследуемый период может быть равен день, неделя, месяц, год.
Показатели группы «Эффективность расхода металла»
Разработана методика оценки эффективности поэтапных затрат ресурсов при изготовлении в существующих производственных условиях. Методика позволяет учесть риски неэффективного расходования ресурсов и избежать угроз их реализации. В методике учитываются такие угрозы как не соответствие качества материалов, выполнения работ заданным требованиям, выхода из строя оборудования и элементов инженерной инфраструктуры и др. Подробно все учтенные угрозы приведены в параграфе 2.4 и приложении В.
Методика применяется для измерения ресурсоёмкости литых заготовок с учётом оценки дополнительных расходов, вызванных реализациями потенциальных угроз. Для корректного применения методики необходимо задать требуемую точность результата. Точность определяется распределением вероятностей реализации угроз потерь ресурсов, и задаёт необходимый уровень детализации описания производственного процесса.
Опишем подробно этапы методики оценки эффективности поэтапных затрат ресурсов в производственном процессе. Для реализации методики необходимо: 1) Определить отвечающие заданному уровню детализации требования к описанию производственного процесса: перечень этапов производственного процесса, перечень производственных операций (в разрезе этапов), технического оснащения и др. 2) Определить типы ресурсов, необходимых для изготовления литых заготовок и функционирования литейного производства. 3) Определить единицы измерения затрат ресурсов и стоимость единицы каждого типа ресурса. 4) Определить затрачиваемые на каждом этапе типы ресурсов и их объем для последующего определения затрат ресурсов в производственном процессе. Строится матрица поэтапного учета затрат ресурсов А размера тхп. Элементы матрицы А обладают следующими свойствами: ay, где і = 1,2,... ,m,j = 1,2,... ,п - количество і-го типа ресурсов, измеренное в условных единицах, фактически затрачиваемых нау-ти этапе производственного процесса за анализируемый период; ац =арм+атерь (3.49) где а"орм - определяется технологическим процессом изготовления единицы годной заготовки (количество і-го типа ресурсов, в условных единицах, предусмотренное нормативом на j-м этапе производственного процесса за анализируемый период). потерь _ характерИЗует реализацию выявленных рисков потерь ресурсов.
Каждый элемент а"отерь представляют собой риск потерь і-го типа ресурсов нау-ти этапе производственного процесса и определяется следующим образом: где рьц- вероятность реализации h-ou угрозы, приводящей к потере і-го типа ресурса на j-м этапе производственного процесса, сьц - возможный ущерб (средняя потеря) і-го типа ресурса на j-м этапе производственного процесса от реализации h-ou угрозы, j = 1,..,J - количество угроз. Если i-ый ресурс не потребляется нау-ти этапе, то это означает, что ay = 0. Таким образом матрица учета поэтапных затрат ресурсов А в производственном процессе может быть представлена как сумма матрицы нормативных затрат ресурсов Анорм и матрица потерь ресурсов Апотерь.
При S snopos считается, что ресурсы расходуются эффективно для существующей организации литейного производства, snopos - некоторое пороговое отклонение фактических значений потребления ресурсов от плановых, определяемое экспертным путем. При s \, при условии выполнения плана производства, отмечается ресурсосбережение. При S s"opo2 делается вывод о том, что ресурсы расходуются неэффективно и необходимо принять меры для снижения затрат ресурсов в производственном процессе.
При \ S snopoz считается, что ресурсы расходуются эффективно для существующей организации литейного производства, snopoz - некоторое пороговое отклонение фактических значений потребления ресурсов от плановых, определяемое экспертным путем. При s i, при условии выполнения плана производства, отмечается ресурсосбережение. При S snopoz делается вывод о том, что ресурсы расходуются неэффективно и необходимо принять меры для снижения затрат ресурсов в производственном процессе.
На первом этапе методики может быть выбран только один тип ресурса, тогда по методике оценивается ресурсоемкость производственного процесса по выбранному типу ресурсов (например, если выбран тип ресурса - электроэнергия, то определяется энергоемкость производственного процесса изготовления заготовки). Если все столбцы матрицы А, кроме одного - нулевые, проводится оценка эффективности выбранного этапа (ненулевого столбца матрицы А) производственного процесса для принятия узкоспециализированных решений по повышению эффективности выбранного этапа за счёт управления указанным ресурсом. Методика определяет резервы эффективности существующего литейного производства - сравнивая текущее состояние с тем, в котором производственный процесс осуществляется без потерь ресурсов.
Далее необходимо разработать модель управления производственным процессом изготовления литых заготовок, обеспечивающая требуемые значения затрат ресурсов.
Модель производственного процесса изготовления литых заготовок разрабатывается с целью определения влияния управляющих воздействий на ресурсоемкость. Фактические значения показателей эффективности затрат ресурсов определяются на основе аналитической математической модели, разработанной в параграфе 3.1, оценка последствий неблагоприятных событий вызванных организационными, технологическими и техническими несовершенствами производственного процесса осуществляется на основе вероятностной модели, разработанной в параграфе 3.2.
Таким образом, возникает необходимость разработки модели технологической системы литейного производства, способной давать оценку влияния различных управляющих воздействий на эффективность затрат ресурсов в производственном процессе. Модель должна оценивать снижение как неэффективных потерь ресурсов за счет управления рисками производственного процесса, так и сокращение нормативов затрат ресурсов вследствие реализации мероприятий по совершенствованию организации производства.
Оценка технико-экономического эффекта
Применение систем моделирования и анализа процесса литья позволяет сократить ресурсоемкость производственного процесса следующим образом. Затраты металла из-за риска производства бракованных отливок путем оптимизации литниково-питающей системы и предварительной отработки технологического процесса на модели сокращаются на 10 %. Кроме того сокращаются затраты остальных видов ресурсов, которые были связаны с переделкой бракованных отливок: формовочного материала на 7%., электроэнергии на 3%., воды на 3% и персонала на 5%. Длительность производственного процесса сокращается на 14 часов 17 минут, за счет сокращения длительности этапа КТПП на 25%, исключения необходимости изготовления пробных отливок и сокращения времени на переделку бракованных заготовок. Кроме того, любое мероприятие, в результате которого происходит снижение риска производства бракованных отливок имеет аналогичный эффект.
Повышение квалификации персонала позволяет сократить ресурсоемкость производственного процесса следующим образом. Затраты формовочной смеси из-за производства бракованных форм сокращаются на 4% из-за снижения вероятности производства бракованных форм. Длительность производственного процесса сокращается на 12% так как уменьшается время на переделку бракованных форм. Затраты воды на подготовку форм снижаются на 4% из-за уменьшения количества бракованных форм. Кроме того повышение квалификации персонала необходимо для реализации других мероприятий (таких как внедрение систем проектирования технологических процессов или внедрение систем анализа процессов литья, которые требуются обучения.
Усиление контроля руководства на различных этапах производственного процесса направлено на снижение вероятности ошибок производственного персонала при приготовлении сплава и формовочных смесей, подготовки форм. Усиление контроля руководства позволят снизить затраты металла при приготовлении сплава на 0,47 %, и снизить затраты формовочной смеси на 1,15 %.
Контроль соблюдения температурных режимов при изготовлении сплава направлен на сокращение потерь металла из-за несоответствия качества металла требованиям, сокращение количества бракованных заготовок из-за несоответствия заготовок требованиям металлургии. Затраты металла сокращаются на 6 %. Снижения вероятности переделки заготовок вследствие вышеназванных причин обеспечивает сокращение потерь электроэнергии на 6 % из-за снижения количества загрузок плавильного оборудования.
Контроль качества формовочной смеси обеспечивает снижение вероятности переделки форм, и вследствие этого сокращает длительность производственного цикла из-за переделки форм на 5 %. Сокращение длительности производственного цикла
Применение автоматизированных систем планирования загрузки плавильного оборудование позволяет сократить затраты электроэнергии из-за неэффективных плавок на 6%.
Применение систем трехмерного проектирования позволяет сократить ресурсоемкость производственного процесса следующим образом. Сокращается длительность цикла КТПП на 30 %. Количество затрат времени, необходимого на внесение изменений в КД сокращается 35%. Обеспечивается рост плановых показателей производства за счет сокращения объема аутсорсинга на 45 %, при этом стоимость на изготовления отливки в литейном цехе в среднем в 7,6 раза ниже, чем на сторонних организациях. При этом длительность цикла КТПП сокращается на 16 часов 38 минут.
Применение систем автоматизированного проектирования технологических процессов обеспечивает сокращение длительности времени на разработки ТП на 27 %.
Таким образом, рассчитан технико-экономический эффект от реализации мероприятий по совершенствованию организационных, технических и технологических условий производства. В результате моделирования установлено, что реализация первого сценария обеспечивает уменьшение значения совокупного функционала потерь ресурсов при производстве литых заготовок на 12 %, а второго сценария на 16%. Сокращение потерь ресурсов в производственном процессе обеспечивает снижение ресурсоемкости производимых литых заготовок, что в свою очередь снижает ресурсоемкость производимого воздушного судна за счет эффективной организации первого технологического передела.
Результаты, полученные в диссертации были использованы при разработке и обосновании проекта бизнес-плана «Создания центра специализации по производству компонентов летательных аппаратов из стали, алюминия, магния и титана» на российском авиастроительном предприятии ЗАО «Авиастар-СП», что подтверждено актом о внедрении результатов (Приложение Е).
Основные задачи, которые ставит перед собой создаваемый центр специализации это обеспечение необходимого уровня качества, рентабельности, экономической эффективности производства рациональной заготовки на современном уровне, обеспечение производительности, способности ускоренного освоения и внедрение новой номенклатуры и технологий.
Предусмотрен рост объемов производственной программы центра специализации до 2016 года в 2,16 раза по количеству наименований, ив 1,55 раза по общему весу выпускаемого в год литья по сравнению с 2013 годом. В связи с увеличением объемов производства численность персонала планируется увеличить на 73 %. При планируемом росте производственной программы к 2016 году будет наблюдаться дефицит мощностей и потребуется переводить оборудование и производство из действующего односменного режима работы или в двусменный режим или закупать дополнительное производственное оборудование.
Применение способа позволило снизить первоначальные планируемые затраты на реализацию проекта по созданию центра специализации на 5%. Были выбраны организационно-технологические мероприятия обязательные к первоочередному исполнению. Показана нецелесообразность применения технологии быстрого прототипирования на начальном этапе реализации бизнес-плана. С целью обеспечения потребности предприятий в литых заготовках планируется произвести техническое перевооружение литейного производства на общую сумму 400 млн руб.