Содержание к диссертации
Введение
1. Актуальные проблемы формирования организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления деталей машин 14
1.1. Проблемы обеспечения качества машиностроительной продукции в современных условиях 14
1.2. Структурно-функциональная организация технологических систем в машиностроительном производстве 16
1.3. Групповая технология как метод повышения эффективности машиностроительных технологических систем 24
1.4. Инструментальное обеспечение машиностроительного производства 38
1.5. Анализ современной концепции технологического проектирования в условиях функционирования систем управления качеством 42
1.6. Методы структурно-функционального моделирования промышленных процессов 47
1.7. Экспертные оценки как метод разрешения неопределенности в процессах технологической подготовки производства 51
1.8. Цель и задачи исследований 62
2. Проектирование системы классификации изготавливаемых деталей машин 66
2.1. Роль систем классификации и кодирования технико-экономической информации в машиностроительном производстве 66
2.2. Анализ признаков классификации деталей машиностроительного производства 71
2.3. Методы классификации и группирования деталей машиностроительного производства 81
2.4. Система факторов, определяющих структуру системы классификации деталей машин 90
2.5. Обоснование использования метода экспертных оценок для проектирования оптимизации классификатора деталей маши 93
2.6. Реализация метода экспертных оценок в процессе проектирования классификатора деталей машин 100
2.6.1. Определение множества допустимых оценок 102
2.6.2. Формирование исходного множества классификационных признаков деталей машин 106
2.6.3. Построение классификационной системы по результатам экспертизы 108
2.7 Автоматизированная технология экспертной оценки 118
2.8. Экспериментальное исследование методики экспертного проектирования классификационной системы 122
2.9. Выводы ; 125
3. Проектирование межцеховых технологических маршрутов изготовления деталей машин 128
3.1. Задача проектирования межцеховых технологических маршрутов изготовления деталей и сборочных единиц 128
3.2. Принципы системного анализа межцеховых маршрутных технологических процессов 141
3.3. Разработка функциональной модели решения задачи технологической маршрутизации деталей и сборочных единиц 147
3.4. Оценка полезности технологических проектных решений при решении задачи межцеховой технологической маршрутизации 155
3.5. Методика организации и проведения экспертизы в процессе проектирования межцеховых технологических маршрутов 159
3.6. Система логических условий и ограничений в задаче межцеховой маршрутизации деталей и сборочных единиц 162
3.7. Формирование оптимальной структуры машинокомплектов производственных подразделений 174
3.8. Выводы 185
4. Формирование оптимальной системы инструментального обеспечения производственного процесса изготовления деталей машин 188
4.1. Проблемы повышения эффективности инструментального обеспечения машиностроительного производственного процесса 188
4.2. Система факторов, влияющих на формирование системы инструментального обеспечения производственного процесса 190
4.3. Структурно-функциональная модель инструментального обеспечения производственного процесса 196
4.4. Методика прогнозирования расхода режущего инструмента 203
4.5. Повышение качества прогнозирования расхода инструмента на основе самообучения регрессионных моделей 220
4.6. Выводы 234
5. Промышленная реализация результатов научных исследований 236
5.1. Группирование обрабатываемых деталей в процессе формирования организационно-технологической структуры участка токарной обработки 236
5.2. Автоматизация процедуры межцеховой технологической маршрутизации деталей и сборочных единиц 254
5.3. Автоматизированная система информационной поддержки инструментального обеспечения производственного процесса 262
5.4. Проектирование комплексной детали в процессе технологической подготовки производства патронов спортивно-охотничьего оружия 271
5.5. Выводы 282
Заключение и основные выводы по работе 285
Библиографический список 289
Приложение 308
- Структурно-функциональная организация технологических систем в машиностроительном производстве
- Построение классификационной системы по результатам экспертизы
- Система факторов, влияющих на формирование системы инструментального обеспечения производственного процесса
- Группирование обрабатываемых деталей в процессе формирования организационно-технологической структуры участка токарной обработки
Введение к работе
Актуальность работы. Машиностроение занимает центральное место в экономике страны, является основой технического перевооружения и реструктуризации всех отраслей экономики и способствует повышению благосостояния общества. Проводимые в нашей стране реформирования промышленности на принципах рыночных условий хозяйствования привели к необходимости создания принципиально новых подходов к управлению производственной деятельностью машиностроительных предприятий.
В настоящее время сложилась тенденция создания сложных технологических систем, характеризующихся большим числом и разнообразием входящих в них элементов и сложностью связей между элементами. Постоянное увеличение номенклатуры и ускорение сменяемости изделий машиностроения привело к тому, что создание новых или модернизация действующих технологических систем в многономенклатурном серийном машиностроительном производстве стало представлять собой чрезвычайно сложную технико-экономическую задачу для отечественных машиностроительных предприятий. Ее исключительная сложность заключается в необходимости совместного решения целого комплекса разнородных задач конструкторской, технологической и организационной подготовки производства на основе системы оценок, действующих на всех этапах процесса решения указанных задач. Это обстоятельство существенно расширяет область поиска оптимальных проектных решений.
В связи с этим проведение научных исследований в области создания новых методов технологической подготовки серийного машиностроительного производства в условиях рыночной экономики, направленных на обеспечение требуемого качества изделий с минимальными затратами труда, материальных и энергетических ресурсов, является актуальным и составляет научную проблему, имеющую важное значение для развития отечественного машиностроения.
Работа выполнена в соответствии с научно-техническими программами Министерства образования РФ "Научные исследования высшей школы в области производственных технологий" и "Государственная поддержка региональной научно-технической политики высшей школы и развитие ее научного потенциала" 2001-2002 гг., грантами по фундаментальным исследованиям в области машиностроения 1994-1995 и 2001-2002 гг., рядом хоздоговорных НИР.
Цель работы заключается в повышении эффективности изготовления машиностроительной продукции и обеспечении ее стабильного качества на основе выбора оптимальной организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления деталей машин.
РОС. НАЦИвНАЛЬНАЯ
СПетербург
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие научные задачи:
-
Выполнить анализ существующих научных методов формирования организационно-технологической структуры производственного процесса на предприятиях машиностроительного и приборостроительного профиля и выявить систему факторов, оказывающих влияние на процессы формирования этой структуры.
-
Провести анализ методов организации производственного процесса на принципах типовой и групповой технологии с целью выявления закономерностей в организации группирования предметов труда и систем классификации и кодирования технико-экономической информации по деталям машин и приборов.
-
Выявить систему задач, необходимых для формирования оптимальной организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления деталей машин и разработать способы их решения.
-
Разработать методику проектирования системы классификации изготавливаемых деталей; оптимальной для заданных условий осуществления производственного процесса, с целью последующего группирования деталей в процессах формирования организационно-технологической структуры производственного процесса.
-
Разработать метод проектирования системы оптимальных технологических маршрутов движения предметов производства (деталей, узлов, сборочных единиц машин) по производственным подразделениям машиностроительного предприятия на основе сочетания аналитических и экспертных методов поиска проектных решений технологического и организационного характера.
-
Разработать метод оптимального решения задачи формирования производственных заданий (машинокомплектов) производственным подразделениям машиностроительного предприятия, обеспечивающий загрузку подразделений, гарантирующую стабильность производственного процесса и снижение риска выпуска продукции, несоответствующей техническим требованиям.
-
Исследовать взаимосвязи и выявить закономерности между процессами формирования оптимальной организационно-технологической структуры и инструментального обеспечения производственного процесса изготовления деталей машин. На основе методологии системного анализа и моделирования разработать структурно-функциональную модель системы инструментального обеспечения производственного процесса режущим инструментом.
-
Исследовать систему объективных и субъективных факторов, оказывающих влияние на изменение величины расхода режущего инструмента в машиностроительном производстве с целью его обоснования как
интегрального критерия оценки эффективности проектных решений при формировании оптимальной организационно-технологической структуры производственного процесса.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе научных положений технологии машиностроения и современных методов управления качеством продукции с использованием теорий систем и системного анализа, информации, множеств, математической статистики, регрессионного анализа, метода экспертных оценок, методологии структурного анализа и проектирования SADT, алгебры логики, реляционной алгебры и реляционного исчисления, эксплуатационных исследований технологических и информационных систем, систем автоматизации в действующем машиностроительном производстве, систематического изучения профессиональной практики технологов, математико-статистической обработки статистических данных изготовления деталей машин и приборов различного назначения.
На защиту выносятся следующие новые научные результаты:
банк знаний по системам классификации и кодирования деталей машин и приборов, сформированный по результатам анализа методов и систем технологической подготовки производства на отечественных и зарубежных предприятиях отраслей машиностроения и приборостроения;
концептуальная схема процесса формирования оптимальной организационно-технологической структуры на основе системы задач, объединенных общностью подхода к их решению методами экспертных оценок, классификации и кластерного анализа;
методология реализации метода экспертных оценок в процессе формирования организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления деталей машин как средства разрешения неопределенностей;
экспертно-аналитический метод выбора и оптимизации структуры системы иерархической классификации технико-экономической информации на основе принципа полезности системы классификации заданным условиям осуществления производственного процесса;
структурно-функциональная модель процесса формирования на машиностроительном предприятии оптимальных производственных заданий (машинокомплектов) подразделениям предприятия и системы межцеховых маршрутов деталей и сборочных единиц и экспертно-аналитический метод оптимального решения данной задачи;
структурно-функциональная модель процесса управления инструментальным обеспечением производственного процесса изготовления деталей машин, раскрывающая структуру и закономерности информационных связей, возникающих в ходе обеспечения рабочих мест (станков) режущим инструментом;
математическая модель прогнозирования расхода режущего инструмента и методика ее адаптации к изменяющимся производственным условиям на основе применения алгоритмов самообучения, регрессионного и кластерного анализов;
программно-математический аппарат информационной поддержки процессов формирования оптимальной организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления деталей машин.
Научная новизна. Установлены закономерности проявления взаимосвязей между технологическими и организационными задачами, раскрываемые на основе экспертных оценок, классификации и группирования объектов машиностроительного производства, осуществляемых при решении задач технологического проектирования и организации производственного процесса, обеспечивающих упорядоченное взаимодействие иерархически соподчиненных технологических систем, функционирующих на уровнях операции, процесса, подразделения и предприятия.
Практическая значимость работы заключается в разработке и
производственной реализации на основе экспертно-аналитического подхода,
методов классификации и кластерного анализа системы методик и
компьютеризированных систем информационной поддержки проектирования
классификационной системы деталей машин, межцеховых технологических
маршрутов деталей и сборочных единиц, формирования машинокомплектов
подразделений, управления инструментальным обеспечением
производственного процесса, позволяющих сократить сроки технологической подготовки производства, снизить себестоимость продукции и риск выпуска несоответствующей продукции.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета в период с 1986 по 2003 гг.; на всесоюзных научно-технических конференциях "Создание гибких производственных систем механической обработки на базе станков с ЧПУ и промышленных роботов" (г. Киев, 1986 г.), "Автоматизированное проектирование и машинное моделирование технологических процессов в машиностроении" (г. Свердловск, 1987 г.), "Опыт создания и эксплуатации гибких производственных систем на базе отечественного оборудования с ЧПУ, промышленных роботов и вычислительной техники" (г. Киев, 1987 г.), "Конструктивно-технологические методы повышения надежности и их стандартизация" (г. Тула, 1988 г.), "Опыт создания и эксплуатации гибких автоматизированных систем механической обработки" (г. Киев, 1988 г.), "Комплексная механизация и автоматизация производства на основе внедрения станков с ЧПУ, промышленных роботов, гибких производственных систем и роторно-конвейерных линий" (г. Луцк, 1988 г.), "Проблемы автоматизации технологических процессов в
машиностроении" (г. Волгоград, 1989 г.), "Современная технология
производства приборов, средств автоматизации и систем управления" (г.
Суздаль, 1989 г.), "Технологическая подготовка производства с
использованием ЭВМ" (г. Ижевск, 1989 г.), "Автоматизация и диагностика
технологических процессов" (г. Луцк, 1990 г.), "Итоги, проблемы и
перспективы комплексно-автоматизированных производств в
машиностроении и приборостроении" (г. Горький, 1990 г.), "Автоматизация технологической подготовки механообработки деталей на станках с ЧПУ" (г. Ленинград, 1990 г.), "САПР конструкторской и технологической подготовки автоматизированного производства в машиностроении" (г. Харьков, 1990 г.); на международных конференциях и семинарах "Информационные технологии в машиностроении" (г. Ростов-на-Дону, 1995 г.), "Актуальные проблемы математического моделирования и автоматизированного проектирования в машиностроении" (г. Казань, 1995 г.), "Инновационное проектирование в проектировании, технике и технологии" (г. Волгоград, 1995 г.), "Проблемы теории проектирования и производства инструмента" (г. Тула, 1996 г.), "Конструкторско-технологическая информатика" (г. Москва, 1996, 2000 гг.), "Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, металлорежущих станков и инструментов (г. Тула, 1987 г.), "Дизайн 2000" (г. Тула, 2000 г.), "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" (г. Орел, 2000 г.), "Проблемы проектирования, инструментального и метрологического обеспечения и производства зубчатых передач" (г. Тула, 2000 г.), "Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики" (г. Новочеркасск, 2000 г.), "Автоматизация и информатизация в машиностроении" (г. Тула, 2000, 2001 гг.), "Проблемы и опыт обеспечения качества в производстве и образовании" (г. Тула, 2001 г.), "Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках" (г. Тамбов, 2001 г.), "Качество машин" (г. Брянск, 2001 г.), "Наука -производство- технология- экология" (г. Киров, 2001 г.), XXI Российская школа по проблемам науки и технологий" (г. Миасс, 2001 г.), "Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов" (Ульяновск, 2001 г.), "Производственные технологии- 2001" (г. Москва, 2002 г.), "Автоматизация: проблемы, идеи, решения (АПИР)" (г. Тула, 2001, 2002 гг.), "Технологическая системотехника" (г. Тула, 2002 г.), "Прогрессивные технологии в машиностроении" (г. Запорожье, 2002 г.).
Практическая реализация. Результаты работы использованы в процессе технологической подготовки производства для автоматизированного участка токарной обработки деталей микрофонов и телефонов на ОАО "Октава" (г. Тула); при совершенствовании систем инструментального обеспечения производственного процесса и межцеховой технологической маршрутизации деталей трубопроводной промышленной арматуры для
нефтяных и газовых трубопроводов в ОАО "Тяжпромарматура" (г. Алексин Тульской обл.); в процессах конструкторской и технологической подготовки деталей и боеприпасов для спортивно-охотничьего оружия в ОАО "Тульский оружейный завод" и ОАО "Тульский патронный завод".
Публикации. Основное содержание работы представлено в 48 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения, изложенных на 319 страницах машинописного текста. Содержит 32 таблицы, 66 рисунков, библиографический список из 205 наименований и приложение на 11 страницах.
Структурно-функциональная организация технологических систем в машиностроительном производстве
В соответствии с ГОСТ 27.004-85 под технологической системой понимается совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций. На машиностроительном предприятии существует четыре иерархических уровня технологических систем: технологическая система предприятия, технологические системы производственных подразделений, технологические системы процессов обработки и технологические системы операций [56, 57]. В результате функционирования технологической системы происходит изготовление из исходного сырья деталей с заданными параметрами качества. В общем случае в состав технологической системы входят реализуемые в ней технологические процессы, предметы производства (материалы, заготовки, полуфабрикаты), основное и вспомогательное технологическое оборудование, транспортно-накопительная подсистема, подсистема управления и обслуживающий персонал (рис. 1.2).
Технологические системы как сложные объекты определяются следующими основными характеристиками [140]:
- многомерностью, т.е. большим числом достаточно сложных составных частей;
- иерархичностью строения;
- многосвязанностью, выражающейся в большом количестве взаимосвязанных и взаимодействующих между собой подсистем на одном уровне и между равными иерархическими уровнями системы и внешней средой;
- многокритериальностью при принятии оптимальных управленческих или организационных решений;
- наличием управления, разветвленной информационной сети и интенсивных потоков информации;
- сложностью выполняемых функций, направленных на достижение заданной цели функционирования.
В настоящее время в машиностроении сложилась тенденция создания сложных технологических систем, характеризующихся большим числом и разнообразием входящих в них элементов и сложностью связей между элементами. Постоянное увеличение номенклатуры и ускорение сменяемости изделий машиностроения привело к тому, что создание новых или модернизация действующих технологических систем в многономенклатурном серийном машиностроительном производстве стало представлять собой чрезвычайно сложную технико-экономическую задачу для отечественных машиностроительных предприятий. Проблема проектирования эффективной для конкретных условий реализации машиностроительной технологической системы является комплексной и системотехнической. Ее сложность заключается в необходимости совместного решения целого комплекса разнородных задач. Разрешение этой проблемы заключается в органичном соединении и совместном решении задач конструкторской, технологической и организационной подготовки производства на основе сквозных оценок, действующих на всех этапах процесса решения указанных задач.
Состав и структура технологической системы механической обработки определяется рядом реализуемых в этой системе процессов. Технологические процессы определяют формирование из исходных материалов, полуфабрикатов и заготовок готовых деталей.
Вспомогательные процессы обеспечивают технологические процессы всеми необходимыми ресурсами. Организационные и управляющие процессы обеспечивают реализацию технологических и вспомогательных процессов изготовления деталей и определяют взаимосвязи между процессами и средствами, их обеспечивающими.
На каждом иерархическом уровне технологической системы машиностроительного предприятия решается определенный круг задач технологической и организационной подготовки производства (табл. 1). Все задачи являются тесно взаимосвязанными, а результаты их решения в конечном итоге и определяют организационно-технологическую структуру конкретного производственного процесса, осуществляемого на каждом иерархическом уровне технологической системы предприятия.
В общем случае производственный процесс изготовления деталей и определяемую им технологическую систему, или как материальное воплощение этого процесса, целесообразно рассматривать совместно с процессом подготовки производства в связи с взаимосвязанностью работ и затрат по этим процессам (рис. 1.3).
Тонкими стрелками на схеме изображены информационные потоки, объемными стрелками - материальные потоки. Совместно эти два процесса образуют цикл производства, состоящий из этапов обработки конструкторской информации, формирования технологической и организационно-экономической информации, материального производства. Для эффективной реализации этих этапов используются системы обработки управляющей информации и управления производством.
Приведенная схема процессов является инвариантной по отношению к любой серийности выпуска машиностроительной продукции, так как представленные на схеме процессы в том или ином виде реализуются при единичном, серийном и массовом изготовлении деталей машин.
Различные особенности выполняемых процессов, обусловленные серийностью выпуска продукции, определяют как выбор различных технических средств, так и выбор различных способов организации взаимодействия этих средств для реализации процессов и в конечном итоге определяют конкретную организационно-технологическую структуру технологической системы для заданных условий осуществления производственного процесса изготовления деталей машин.
Выбор технологической системы, оптимизация ее структуры или отдельных параметров должен производиться в соответствии с определенным критерием или совокупностью критериев эффективности системы. Таким образом, описав некоторым формальным образом всю совокупность процессов, реализация которых необходима для изготовления заданной номенклатуры деталей, и связав ее с критерием эффективности технологической системы, можно выявить связь между серийностью продукции и определенными особенностями технологической системы.
Организационно-технологическая структура производственного процесса на машиностроительном предприятии представляет собой совокупность связей технологического процесса изготовления машины, конструкторской и технологической подготовки производства, а также организации обслуживания производственного процесса, обеспечивающей упорядоченность, координацию и регулирование деятельности технологической системы (см. рис. 1.2).
Формирование организационно-технологической структуры производственного процесса осуществляется в рамках технологической подготовки машиностроительного производства. Эта структура формируется под влиянием обширного множества различного рода объективных и субъектных факторов. Однако единого подхода к принципам формирования структуры производственных процессов и оптимизации их функционирования пока не существует. В связи с этим совершенствование методов совместной оптимизации организационной и технологической структур производственного процесса в зависимости от заданных объектов производства следует рассматривать как один из важнейших факторов, определяющих в конечном итоге эффективность производственного процесса изготовления машины и ее качество.
Как показано на рис. 1.2 человек является одним из неотъемлемых элементов любой технологической системы, так как связь технологических систем всех иерархических уровней осуществляется на основе принятия организационных решений. Научно-производственный опыт показывает, что технология машиностроения зачастую рассматривает решение технологических задач в отрыве от разрешения проблем организационного характера. В машиностроении можно наблюдать ситуации, когда производительность технологических систем ограничивается человеческим фактором, а не уровнем технического совершенства современных технологических машин. Это объясняется тем обстоятельством, что технологические и организационные задачи в современном машиностроительном производстве стали настолько тесно взаимосвязанными, что их раздельное решение не всегда дает необходимые результаты. Поэтому оптимальная организационно-технологическая структура производственного процесса изготовления деталей машин формируется в результате принятия комплекса проектных решений организационного характера, в результате действия которых складываются оптимальные технологические, организационные и управленческие связи между всеми компонентами технологических систем машиностроительного предприятия (рис. 1.4). Это в конечном итоге обеспечивает эффективное функционирование технологических систем машиностроительного предприятия на всех иерархических уровнях и стабильное качество выпускаемых предприятием изделий.
Построение классификационной системы по результатам экспертизы
Цель обработки полученных от экспертов данных заключается в определении результирующих оценок по каждому исследуемому классификационному признаку, выбор наиболее значимых признаков и объединение их в классификационную систему. Схема алгоритма обработки экспертных оценок, представлена на рис. 2.6.
Если члены экспертной группы работают изолированно друг от друга (L = 0), то каждый эксперт высказывает свое мнение независимо от других и решает свою собственную задачу выбора самостоятельно. Задача эксперта состоит в сопоставлении оцениваемому признаку классификации некоторого числа - ранговой или балльной оценки. Таким образом, оценки каждого эксперта можно рассматривать как реализацию некоторой случайной дискретной величины сіц(і = l,N; j = \,п), принимающей значения из множества Q3. Поэтому к оценкам такого вида можно применить методы математической статистики [139], с помощью которых можно найти оценки по каждому классификационному признаку, согласованность мнений экспертов, статистическую значимость полученных оценок, выявить степень компетентности того или иного эксперта в проведенной экспертизе. При этом степень согласованности мнений экспертов указывает на достоверность результирующих оценок и качество проведенной экспертизы.
Чем меньше значения сг, и J3., тем с большей уверенностью можно опираться на найденное значение оценки а -. Надежность экспертизы и достоверность ее результатов тем выше, чем меньшую долю среднего значения составляет среднеквадратичный разброс.
В отличие от традиционной методики расчета использование формулы (2.23) позволяет повысить наглядность результатов математической обработки матрицы экспертных оценок. Кроме того, в практике анкетных исследований могут быть случаи, когда по одному или по нескольким оцениваемым объектам отсутствует ранговый номер (но это допускается не более у 15% общего числа экспертов), что приводит к нарушению условия составления матрицы рангов. Дробные ранги получают объекты с равными рангами: например, если два классификационных признака делят места 1-2, то каждый из них получает ранг 1,5.
Степень согласованности мнений экспертов может определяться исходя из эмпирического условия [53]: 0,68 W \. (2.28)
В ряде работ, например в [12, 178], предлагается менее строгое условие согласованности экспертных оценок: 0,32 W \. (2.29)
Если по результатам экспертизы значение коэффициента конкордации меньше граничного значения, то мнения экспертов считаются не согласованными. При этом необходимо исследовать причину несогласованности, внести, если требуется, корректировку в постановку задачи и повторно провести опрос экспертов. С другой стороны, если Ж 0,85, то это может означать, что эксперты принадлежат к одной научной или технической школе, что также может рассматриваться как нежелательное обстоятельство при использовании метода экспертных оценок [178].
Иногда коэффициент конкордации имеет низкое значение вследствие того, что эксперты образуют группы, высказывающие противоположные мнения. Значение вариации J3 как критерия согласованности ответов экспертов является более универсальным показателем, так как она может быть применена как к ранговым, так и к балльным оценкам. На основании опыта применения метода экспертных оценок для анализа качества радиоэлектронных устройств было установлено, что результаты экспертизы можно считать удовлетворительными, если Р не превышает 0,3, и хорошими, если значение /3 не более 0,2 [60]. Таким образом, величина вариации ответов экспертов в согласованной экспертизе должна находится в пределах от 0 до 0,3. В пользу использования величины вариации говорит и тот факт, что расчет коэффициента конкордации имеет смысл, когда число экспертов достаточно велико (более шести), в отличие от использования вариации, для которого должно выполняться менее жесткое условие - количество экспертов может быть не менее четырех [153].
Очевидно, что содержание множества А будет иметь смысл только в случае, если мнения экспертов являются согласованными. В противном случае необходимо провести коррекцию исходных данных, при необходимости изменить состав группы экспертов и провести повторную экспертизу.
Далее элементы множества средних оценок А ранжируется в порядке возрастания или убывания их значений. При этом каждому элементу множества приписываются числа из натурального ряда.
Между множеством исходных классификационных признаков Р и множеством рангов признаков R существует однозначное соответствие, на основании которого отроится оптимальный ряд классификационных признаков и формируется структура иерархического классификатора деталей машиностроительного производства. Для построения такого ряда могут использоваться либо все исходные признаки, каждый со своим весом (вес — это нормированное значение ранга), либо только часть из них. Во втором случае должно быть определено некоторое граничное значение оценки агр и соответствующее ей значение граничного ранга ггр.
Признаки, имеющие оценку ниже, чем агр (и, соответственно, ранг ниже ггр) из дальнейшего рассмотрения исключается. С учетом этого формируется множество оптимальных классификационных признаков PQ. Если в процессе технологического проектирования должны будут рассматриваться все ранжированные признаки, то вес каждого признака должен при этом присутствовать как исходные данные для алгоритма автоматического группирования деталей. С помощью весов признаков можно, например, осуществлять тонкую настройку алгоритма и соответствующей компьютерной программы классификации и группирования деталей в соответствии с заданной иерархией классификационных признаков [8].
Система факторов, влияющих на формирование системы инструментального обеспечения производственного процесса
Оптимальность системы инструментального обеспечения производственного процесса изготовления деталей машин может быть оценена путем анализа качества функционирования этой системы. При этом под качеством системы инструментального обеспечения производственного процесса подразумевается удовлетворение спроса внутренних потребителей производственного процесса в технологической оснастке по ее качеству, количеству и срокам поставки при минимальных общефирменных затратах [176]. При этом система инструментального обеспечения реализует соответствующий процесс управления, а качество любого процесса характеризуется его результативностью, эффективностью и гибкостью (рис. 4.1). Рассмотрим далее основные характеристики критериев эффективности системы инструментального обеспечения.
Результативность системы инструментального обеспечения отражает степень ее соответствия срокам подготовки производства. Она достигается пунктуальностью исполнения планов-графиков обеспечения производства, временем выполнения операций планирования. Эффективность системы инструментального обеспечения показывает, как хорошо используются финансовые ресурсы, выделенные на эти цели. Для измерения эффективности качества управления инструментальным обеспечением можно использовать расход ресурсов, выраженный в деньгах на рубль выпущенной продукции, экономический эффект от улучшения оборотных средств по инструменту в запасах, потери от дефицита инструмента [111].
Гибкость системы инструментального обеспечения — это возможность системы приспосабливаться (адаптироваться) различному роду изменениям за счет внутренних и внешних причин, оказывающих влияние на производственный процесс.
Исследование широкого спектра производственных процессов на машиностроительных предприятиях показало, что на формирование оптимальной системы инструментального обеспечения производственного процесса оказывает влияние довольно сложная и многомерная система факторов, которая представлена на рис. 4.2 в виде причинно-следственной модели.
Факторы воздействия системы инструментального обеспечения (СИО) на формирование оптимальной организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления деталей машин проявляются в конечном итоге в виде определенного уровня эффективности производственного процесса и качества готовой продукции. При этом причины неоптимальной системы инструментального обеспечения производственного процесса могут быть организационного, экономического и психологического характера [176].
Одной из наиболее часто встречающихся на практике причин сбоев в функционировании системы инструментального обеспечения является неудовлетворительная совместная работа ИНХ и экономической службы машиностроительного предприятия, что проявляется в задержках финансирования или недостаточно полном финансировании системы инструментального обеспечения. Последствия от этого являются одними из самых негативных: появляется необходимость пересматривать планы закупок инструмента, повышать объемы запасов инструмента на складах предприятия, что в свою очередь вызывает повышение издержек производства и себестоимости продукции. Все это оказывает негативное психологическое воздействие практически на всех работников предприятия.
Проведенные исследования показали, что в современных технико-экономических условиях в процессе формирования системы организации инструментального обеспечения необходимо обязательно учитывать и психологический фактор. В настоящее время создан ряд теорий, описывающих виды и взаимоотношения потребностей человека, на основании которых менеджер может действовать достаточно уверенно и добиваться хороших практических результатов. Среди них можно выделить теорию потребностей Авраама Маслоу, одно из основных положений в которой - принцип дефицита - объясняет потребность человека как ощущение дефицита, сопровождаемое стремлением его ликвидировать. По теории, ощущение дефицита приводит к нарушению психологического равновесия в человеке, а ликвидация дефицита восстанавливает его. Исследованиями установлено также, что одним из наиболее распространенных и достаточно очевидных источников проблем в коллективе является ограниченность ресурсов, к которым можно отнести бюджетные фонды, рабочее пространство (помещения), технические службы обеспечения и многие другие [176, 180].
В состав организационной составляющей входят такие факторы, как отсутствие слаженности работы между различными подразделениями предприятия, некачественное информационное обеспечение, отсутствие планирования и ритмичности работы, неудовлетворительная работа с поставщиками. В своей программе, направленной на повышение качества труда, известный исследователь Э. Деминг подчеркивал необходимость улучшения процессов планирования, производства и обслуживания, разрушения барьеров между подразделениями, службами и отделами [47].
Все рассмотренные факторы, как правило, являются внутренними недостатками работы ИНХ и влияют на оборачиваемость средств, выделенных на режущий инструмент, издержки хранения запасов, ритмичность производственного процесса и стабильность качества продукции.
Результаты выполненных исследований показали, что необходимую и достаточную информацию для формирования оптимальной системы инструментального обеспечения производственного процесса можно получить в результате анализа расхода режущего инструмента в ходе производства. Анализ научно-технических работ по проблемам организации инструментального обеспечения и результатов опроса специалистов на ряде машиностроительных предприятий Тульского региона показал, что расход режущего инструмента определяется, главным образом, следующими факторами (рис. 4.3):
- качеством самого инструмента;
- состоянием основного технологического оборудования и технологической оснастки;
- качеством исходных заготовок и полуфабрикатов;
- уровнем квалификации производственного персонала;
- качеством охлаждения зоны обработки и качеством смазочно-охлаждающей жидкости;
- качеством и уровнем организации производственных процессов; качеством используемых технологических процессов.
Указанные факторы являются необходимыми составляющими производственного процесса и в совокупности они способны отражать его эффективность. Регистрируя и контролируя расход режущего инструмента в ходе производственного процесса, можно выявить источники изменчивости процесса для того, чтобы оценить эффект его улучшений или определить, где действующий процесс нуждается в корректировке или модернизации.
Таким образом, параметры системы инструментального обеспечения оказывают во многих случаях решающее влияние на оптимальность организационно-технологической структуры производственного процесса в технологических системах обработки резанием всех иерархических уровней. При этом величина расхода режущего инструмента в процессе изготовления деталей машин может служить интегральным критерием оптимальности организации и функционирования системы инструментального обеспечения производственного процесса. В связи с этим актуальной задачей, требующей решения в ходе формирования оптимальной организационно-технологической структуры изготовления деталей машин, является разработка методологических принципов создания эффективной системы инструментального обеспечения производственного процесса.
Группирование обрабатываемых деталей в процессе формирования организационно-технологической структуры участка токарной обработки
Реализация методологических принципов формирование оптимальной организационно-технологической структуры производственного процесса в части классификации и группирования предметов производства осуществлялось в ОАО "Октава" (г. Тула) в процессе технологической подготовки производства малогабаритных деталей микрофонов и телефонов, применяемых в аппаратуре радиосвязи, бытовых телефонных аппаратах, слуховых аппаратах для инвалидов.
Обработка этих деталей осуществлялась в механическом цехе №2 завода на автоматизированном участке токарных станков с ЧПУ. При этом формирование организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления деталей микрофонов и телефонов осуществлялось применительно к вновь организуемому производственному подразделению в рамках плановой модернизации производственной структуры предприятия в связи с освоением новых видов продукции.
Процесс формирования оптимальной организационно технологической структуры производственного процесса токарной обработки содержал следующие работы:
- анализ исходного множества деталей, предназначенных для обработки на автоматизированном участке;
- формирование исходного множества деталей, подлежащих обработке на участке, и массивов исходных данных;
- формирование группы экспертов из числа работников предприятия для участия в экспертной оценке классификационных признаков обрабатываемых деталей;
- подготовка и проведение экспертизы с целью разработки оптимальной для заданных производственных условий классификационной системы деталей микрофонов и телефонов;
- разработка технической документации по разработанному классификатору;
- кодирование деталей в соответствии с разработанным классификатором;
- группирование деталей по конструкторско-технологическому подобию;
- расчет трудоемкости обработки деталей с целью определения по каждой детали коэффициента серийности;
- группирование деталей по критерию серийности производства с целью прогнозирования типа производства для полученных групп деталей;
- перегруппирование деталей в технологические группы;
- проектирование групповых технологических процессов.
В состав технологической системы токарной обработки деталей микрофонов и телефонов (планировка участка представлена на рис. 5.1) входят четыре патронных токарных станка с ЧПУ модели І6БІ6ТІСІ и четыре патронных станка с ЧПУ модели ТПК-125В. Каждый станок обслуживается промышленным роботом модели "Электроника НЦ-ТМ-01". Участок в целом обслуживается автоматизированным складом стеллажного типа с помощью одного трансманипулятора (крана-штабелера) модели "РСК-50". Централизованная система управления основным и вспомогательным технологическим оборудованием участка реализована на базе промышленной микро-ЭВМ.
Основные расчетные параметры исходного множества деталей для группированию по критерию типа производства представлены в табл. 5.1. Все анализируемые детали представляют собой тела вращения малой массы, имеющие наружный диаметр до 50 мм, и длину до 150 мм. Детали изготавливаются из штучных заготовок, прутка или трубы, конструкционный материал деталей — электротехнические стали и сплавы, латунь, бронза, алюминиевые сплавы. Точность размеров обрабатываемых поверхностей изменяется в диапазоне от 6 до 13 квалитета, а шероховатость обрабатываемых поверхностей варьируется от Rz40 до Ral,25.
Все исследуемые детали характеризуется малым штучным временем обработки, которое не превышает 12 минут, а также значительной вариацией годовых программ выпуска - от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч штук. Для автоматизированной классификации и группирования деталей по параметру серийности производства была использована соответствующая методика и специальная компьютерная программа кластерного анализа [174, 193].
Результаты классификации деталей по критерию серийности производства показали, что данный спектр деталей содержит два характерных семейства, включающие 40 и 25 деталей соответственно. При этом первое семейство деталей (40 штук) характеризуется серийным типом производства, а второе семейство - крупносерийным (табл. 5.2).
Статистический анализ всего множества деталей (рис. 5.2) показал наличие вероятностей смеси деталей, для которых параметры типа производства соответствуют среднесерийному (56,3% деталей), крупносерийному (40,6% деталей) и массовому (3,1% деталей) производству. Таким образом, доля деталей с массовым типом производства оказалась весьма незначительной, и поэтому алгоритм кластерного анализа не смог уверенно распознать и выделить в отдельное семейство детали с соответствующими характеристиками. При этом первое семейство деталей имеет средний коэффициент серийности Кд = 4,2, второе семейство - Кд = 5,6.
