Подход к комплексному прогнозированию основных параметров разделочно-филетировочного оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Калининградский государственный технический университет

УДК 664.951.022.6.002.5

Предпроектные исследования разделочно - филетировочного оборудования методами САПР

Подход к комплексному прогнозированию основных параметров разделочно - филетировочного оборудования

Фатыхов Юрий Адгамович, д. т. н., профессор

Агеев Олег Вячеславович, к. т. н.

Мацонко Александр Зенонович, аспирант

Калининград, Россия

Аннотации

В статье показана актуальность использования научных методов технического творчества на предпроектных стадиях разработки нового разделочно - филетировочного оборудования. Приведена обобщенная процедурная модель комплексного прогнозирования основных параметров оборудования для предприятий малого бизнеса. Показаны примеры применения методов «сценария проблемы», «дерева целей», «матрицы весовых оценок», «матрицы цель-средство»

Ключевые слова: РАЗДЕЛОЧНО-ФИЛЕТИРОВОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ФИЛЕТИРОВАНИЕ, ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, СЦЕНАРИЙ ПРОБЛЕМЫ, САПР

Annotation

In article the urgency of use of scientific methods of technical creativity at predesign stages of working out of the new cutting - filleting equipment is shown. The generalized procedural model of complex forecasting of key parameters of the equipment for the small-scale business enterprises is brought. Examples of application of methods of «the problem scenario», «a tree of the purposes», «a matrix of weight estimations», «matrixes the purpose-means» are shown

Keywords: CUTTING - FILLETING EQUIPMENT, FILLETING, PREDICTION, PROBLEM SCENARIO, C.A.D.

1. Разработка методики комплексного прогнозирования основных технико-экономических параметров разделочно-филетировочного оборудования

Разработка методики комплексного прогнозирования основных технико-экономических параметров разделочно-филетировочного оборудования (ТЭП РФО) проводится на основе соответствующей процедурной модели. Данная модель строится на основе ГОСТ, ОСТ, РТМ, РД, стандартов предприятия (СТП), результатов анализа существующей проектно-конструкторской документации и представляет собой совокупность проектных задач [1]. В нее входит перечень проектных задач, решаемых проектировщиком при обосновании основных ТЭП новой разделочно-филетировочной техники (табл. 1).

С учетом требований ГОСТ на разработку технического задания и технического предложения, а также отраслевых требований на разработку РФО процесс автоматизированного проектирования на данных стадиях должен включать в себя следующие рабочие задачи:

1. Разработка сценария проблемы создания нового РФО.

2. Определение главной цели разработки.

3. Определение направления разработки новой техники.

4. Определение прогнозных значений основных технико-экономических параметров РФО.

По результатам проведенного анализа построена процедурная модель комплексного прогнозирования основных ТЭП РФО, представленная на рисунке 1.

В качестве методического обеспечения для вышеперечисленных задач выбраны следующие методы прогнозирования:

1. Для решения первой задачи - метод составления сценария, включающий в себя набор словесных описаний проблемы.

Таблица 1 - Проектные задачи, решаемые при обосновании ТЭП РФО

2. Для решения второй задачи - графический метод целеполагания (метод «дерево целей»).

3. Для решения третьей задачи - метод составления матрицы «цель-средство».

4. Для решения четвертой задачи - метод статистического анализа (метод ортогональной регрессии). Данный метод позволяет осуществить измерение взаимосвязи между параметрами РФО, количественное выражение этой взаимосвязи, получение ее аналитической модели и оценку достоверности полученных результатов. Ортогональная регрессия позволяет установить взаимосвязь системы величин в виде уравнения поверхности, обеспечивающего минимальную сумму квадратов нормальных отклонений всех наблюдаемых точек. При ортогональной регрессии все переменные равноценны и любая из них может быть представлена как функция остальных в соответствии с уравнением поверхности. Ортогональная регрессия позволяет вводить в рассмотрение одновременно несколько характеристик затрат (например, массу и стоимость), что оказывается полезным при выполнении в дальнейшем проектных процедур расчета параметров РФО.

Основное назначение сценария проблемы РФО - определение главной цели разработки объекта прогнозирования, выявление основных факторов фона и формулирование критериев для оценки верхних уровней «дерева целей». В сценарии используются заранее подготовленные прогнозы и материалы по развитию объекта прогнозирования. К ним относятся результаты технико-экономического анализа основных технологических процессов. На основе сценария проводится вся дальнейшая работа по созданию нового РФО. При составлении сценария применяется системный подход, который состоит в следующем. Целое последовательно по определенным алгоритмам разбивается на отдельные части, затем исследуются взаимоотношения этих частей с позиций стоимости, эффективности, степени риска и так далее. Сценарий включает обзор, содержащий данные относительно ситуации, внутри которой протекают конкретные процессы, являющиеся объектом прогноза. Эти данные относятся к самым различным сторонам прогнозируемой научно-технической, социальной и экономической ситуации и включают в себя описание отдельных факторов или событий, оказывающих прямое или косвенное влияние на реализацию конкретного события. Описание событий, внутри которого будет протекать жизненный цикл проектируемого РФО, подразумевает определение факторов его непосредственного и косвенного окружения. К непосредственному окружению относится окружающая среда, внутри которой будет функционировать новое РФО. К косвенному окружению относятся факторы, определенные научно-технической, экономической и социальной ситуацией в стране и отрасли.

2. Предпроектные стадии создания нового РФО

2.1 Определение потребности в проектировании РФО

При определении потребности в создании нового РФО применяют методы целевого прогнозирования, основанные на исследовании объективных потребностей в новой технике. Определяющим при этом является запланированное в «Концепции развития рыбного хозяйства Российской Федерации на период до 2020 года» приоритетное развитие прибрежного рыболовства и аквакультуры, включающее масштабное обновление материально-технической базы рыбохозяйственного комплекса страны и, соответственно, технического обеспечения процессов разделывания сырья. В соответствии с концепцией Федеральное агентство по рыболовству разработало программу развития прибрежной инфраструктуры, рассчитанную до конца 2012 года, и в ближайшее время должно принять конкретные меры по ее реализации. Комплексное решение проблемы предполагает создание инфраструктуры по переработке, транспортировке и реализации рыбы на внутреннем рынке России. Согласно концепции, при строительстве новых перерабатывающих комплексов приоритет будет отдаваться небольшим предприятиям.

Рисунок 1 - Процедурная модель комплексного прогнозирования основных ТЭП РФО

Создание и модернизация прибрежных предприятий позволит наряду с увеличением производства рыбопродукции, обеспечить более глубокую переработку водных биологических ресурсов, внедрить безотходные технологии обработки сырья, повысить качество и расширить ассортиментную линейку выпускаемой продукции. Это более чем актуально, так как в настоящее время в стране практически отсутствуют высокотехнологичные малые рыбоперерабатывающие производства, соответствующие международным стандартам качества.

Системный подход к созданию таких производств предполагает первоочередную разработку базового типового проекта малого перерабатывающего комплекса и его модификаций, учитывающих специфику видового состава сырья и ассортимента вырабатываемой продукции в различных регионах. Подбор оборудования для мехатронных мини-линий этих предприятий, реализующих типовые технологические процессы по обработке рыбного сырья (заморозке, копчению, солению, консервированию и др.) должен осуществляться с учетом типажей оборудования отраслевой системы машин. При этом производительность и другие параметры мини-линий (соответственно и входящего в них оборудования) необходимо увязывать с поставками холодильных мощностей, энерго- и водопотреблением, теплоснабжением, очистными сооружениями, численностью и квалификацией обслуживающего персонала и многим другим.

Указанный подход позволяет ориентировочно определить исходные требования к РФО, применяемому практически на всех мини-линиях (способы разделывания, видовой и размерный диапазон обрабатываемого рыбного сырья, производительность, габариты, энергопотребление и т.д.).

Однако, к настоящему времени эти вопросы находятся в стадии постановки (внесены в ФЦП на 2009-2013 гг.) и пока далеки от своего решения. Следовательно, вопрос об исходных требованиях к РФО при использовании целевого подхода является открытым.

разделочный филетировочный рыбоперерабатывающий

2.2 Определение цели проектирования

В то же время вопрос оснащения новым РФО планируемых и существующих малых производств является весьма актуальным и давно уже нуждается в тщательной проработке. Объясняется это тем, что все произведенное ранее, а также производимое в настоящее время отечественное и многое зарубежное оборудование, ориентировано на высокопроизводительное разделывание больших объемов однотипного рыбного сырья океанического и морского промысла и не всегда может эффективно применяться для выше указанных целей, так как не учитывает специфики, запросов и возможностей малых производств. В тоже время указанная специфика включает: сезонность вылова, небольшой объем, разнообразный видовой состав, большой размерный диапазон и разная геометрия сырья (форма тела), отсутствие значимых средств на закупку оборудования, ограничения по энерго- и водопотреблению, по габаритам, сложности конструкции и обслуживанию и другое. В связи с отсутствием оборудования, учитывающего указанную специфику, при разделывании рыбы на действующих малых производствах повсеместно используется ручной труд.

Однако, если учесть и удовлетворить требования малых предприятий к такому оборудованию и разработать гибкую систему продаж (лизинга), то можно быть уверенным в устойчивом массовом спросе на него. Однако, несмотря на очевидную актуальность вопроса, в отрасли ранее не проводились работы по созданию эффективных и доступных средств для глубокого разделывания сырья прибрежного рыболовства и внутренних водоемов.

2.3 Анализ проектной ситуации

Из множества причин, которые приводят к такому положению, основными, на наш взгляд, являются: резкое сокращение и старение малого добывающего флота, стремительный взлет цен на дизельное топливо, снижение рыбных запасов, кратное увеличение себестоимости рыбной продукции, сокращение количества рыболовецких колхозов, слабое и неустойчивое финансовое состояние большинства вновь образовавшихся структур малого и среднего бизнеса в этой сфере, неумение их приспособиться к рыночным условиям, почти полная деградация отраслевых проектных и машиностроительных организаций, низкая конкурентоспособность имеющихся образцов оборудования и еще и многое другое.

Отсутствие системных заказов лишило отечественные предприятия, проектирующие и изготавливающие РФО перспективы на будущее, привело к работе по разовым (плохо прогнозируемым заказам), к практическому застою в деле разработки современных образцов оборудования, не говоря уже о его адаптации к условиям малых производств. В настоящее время на этих предприятиях практически не существует единой системы «наука-маркетинг-проектирование-производство-рынок». Начальное и конечное звенья этой цепи полностью отсутствуют.

В тоже время создание оборудования указанного вида в значительной мере зависит от состояния этих предприятий. Для зарубежных разработчиков указанный сегмент отечественного рынка оборудования вряд ли может считать перспективным при настоящем положении дел в этой сфере. Учитывая, с одной стороны, уровень цен на зарубежное РФО, с другой - финансовые возможности малых отечественных предприятий, а также то обстоятельство, что для разработки такого оборудования необходимо, как минимум, учитывать своеобразие сырьевой базы и особенности потребления рыбной продукции в различных регионах России, конкуренция с зарубежными производителями оборудования в этом сегменте рынка на ближайшее будущее представляется маловероятной. В то время как для отечественных производителей этот рынок весьма перспективен, так как в целом отвечает уровню их научно-технического развития и обеспечения.

Однако для стабильной, устойчивой работы отечественных производителей в данной сфере необходимо разработать программу обеспечения заказами на этот вид оборудования (ровно, как и на другое), выявить, проанализировать и учесть факторы, определяющие финансовую и техническую политику этих предприятий на этом направлении в ближайшие годы и более отдаленную перспективу.

Для этого можно воспользоваться традиционными методами целевого прогнозирования развития РФО, основными из которых являются:

- маркетинговые исследования;

- исследования по изучению современных требований потребителей к РФО;

- формирование совокупности реальных ограничений и условий эксплуатации.

2.4 Определение номенклатуры технико-экономических требований (ТЭТ) и ТЭП

Уже на данной стадии проработки вопроса можно определить перспективный вариант разработки нового РФО, основываясь на результатах маркетинговых исследований и изучении современных требований потребителей, отражающих специфику, запросы и возможности малых производств. В масштабе Калининградского региона проведены маркетинговые исследования по следующим направлениям:

- имеющемуся спросу на оборудование определенных видов и определенных характеристик;

- емкости рынка по категориям предприятий;

- емкости рынка по категориям оборудования;

- соответствию существующей техники требованиям потребителей;

- затратам на создание новой техники, учитывающей специфику малых предприятий.

Вышеупомянутые исследования показали, что наиболее эффективным техническим средством для обеспечения процессов разделывания рыбы для малых предприятий являются универсальные агрегатированные мехатронные разделочно-филетировочные комплексы.

Так как сырьевая база прибрежных предприятий постоянно меняется, перед ними остро стоит задача комплексной переработки сырья различного вида. Это делает не целесообразным разработку и использование оборудования для обработки отдельных видов рыб с ограниченным наборов способов разделывания. Специфика сырьевой базы требует смещения акцентов на эффективность и универсальность РФО, то есть выполнение большого количества функций и способность перенастройки на различное сырье и различные режимы.

Эти комплексы должны быть мобильными, малогабаритными и отвечать условию минимальной переналадки, что можно достичь выводом из действия рабочих органов без их демонтажа. Использование такого подхода позволит существенно снизить потребность в производственных площадях при установке и содержании оборудования, что особенно важно в судовых условиях. Среди прочего, применение средств мехатроники будет способствовать гибкой перенастройке производства в зависимости от изменения видового состава сырья и спроса на готовую продукцию [2].

Главное, чтобы они были недорогими и универсальными, что позволит наилучшим образом решить проблему соотношения запросов и возможностей потребителя. Единственно возможный подход к созданию таких комплексов - применение метода блочно-модульного агрегатирования на основе мехатроники, позволяющего достичь максимальной степени универсализации за счет широкого использования набора встроенных мехатронных модулей [2].

В общем виде задачу создания РФО для прибрежных перерабатывающих комплексов можно свести к созданию базового образца универсальной мехатронной разделочно - филетировочной машины и её модификаций, учитывающих региональную специфику.

2.5 Определение целей разработки

Метод «дерева целей» является методом краткосрочного прогнозирования, позволяющим увязать отдаленные цели, перспективы развития науки и техники с действиями, которые необходимо осуществить в настоящее время. Он использован для определения перспективных направлений исследований и разработки нового РФО. Построение «дерева целей» дает представление об объеме работ, которые необходимо выполнить, и дает возможность оценить относительную важность решаемых задач при достижении главной цели.

Метод «дерева целей» основан на поэтапном расчленении исследуемой проблемы на элементы с последующей оценкой их относительной значимости. Поэтапное расчленение проблемы проводится до тех пор, пока не будет достигнут требуемый уровень детализации, вытекающий из целей исследования, и пока не будут выяснены факторы, оказывающие влияние на решение каждой проблемы самого низшего уровня. «Дерево» начинается из исходной точки - вершины «дерева», которая характеризует цель высшего порядка. Ветви, исходящие из этой точки, образуют 1-й уровень. Из концов этой ветви выходят новые ветви, образуя 2-й уровень и т.д. При этом элементы более низких уровней обеспечивают выполнение задач более высоких уровней «дерева целей», являясь в то же время целями для элементов более низкого уровня. Нижние уровни конкретизируют пути и средства достижения поставленных целей при проектировании нового РФО. Пример «дерева целей» повышение эффективности разработки РФО представлен на рисунке 2.

Оценка значимости отдельных элементов каждого уровня «дерева целей» осуществляется не изолированно, а с учетом важности элементов более высоких уровней «дерева». Конечным результатом анализа с помощью «дерева целей» является ответ на вопрос, в какой степени решение любой из задач, находящихся на нижних уровнях, влияет на решение комплекса задач более высоких уровней «дерева целей». Реализация данного метода предполагает два последовательных этапа:

- построение «дерева целей», то есть установление полного набора элементов на каждом уровне, и определение взаимосвязи и соподчиненности между ними;

- расчет коэффициентов относительной важности элементов «дерева целей».

Анализ возможных технических решений РФО осуществляется при помощи матрицы весовых оценок (МВО), показанной на рисунке 3. С ее помощью осуществляется выбор наилучшего аналога-прототипа РФО. Выбирается образец РФО, получивший максимальную суммарную весовую оценку по отношению к «идеальному» варианту. «Идеальный» вариант РФО определяется следующими методами:

- экспертный опрос;

-экстраполяция параметров РФО на определенный период упреждения;

- построение логистических кривых параметров РФО.

Выбор направлений синтеза вариантов РФО осуществляется с помощью построения матрицы «цель-средство» (рис. 4, табл. 2) и выбора из нее перспективных решений. В данной матрице отражаются перспективные направления развития РФО и его компонентов, а также возможные пути реализации этих направлений.

Рисунок 2 - Фрагмент «дерева целей» РФО

Рисунок 3 - Фрагмент матрицы весовых оценок РФО

Рисунок 4 - Фрагмент матрицы «цель-средство» РФО

Таблица 2 - Фрагмент матрицы «цель-средство» РФО.

Из «дерева целей» в первую строку данной матрицы заносятся задачи, решение которых необходимо для разработки РФО. В первом столбце матрицы, по результатам предварительных анализов и патентно-информационных исследований, указываются технические решения, способные решить перечисленные задачи. По результатам оценки и сравнения перечня технических решений матрицы «цель-средство» выбираются перспективные варианты для дальнейшей разработки РФО.

Для определения степени важности тех или иных направлений, их влияния на отдельные характеристики и параметры РФО привлекается дополнительная информация, содержащая результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Получение прогнозных значений основных ТЭП РФО осуществляется при помощи методов экстраполяции. В качестве таких методов используются методы наименьших квадратов и метод ортогональной регрессии.

Метод ортогональной регрессии позволяет осуществить измерение взаимосвязи между параметрами РФО, количественное выражение этой взаимосвязи, получение ее аналитической модели и оценки достоверности полученных результатов. Ортогональная регрессия позволяет установить взаимосвязь системы величин в виде уравнения квадратов нормальных отклонений всех фактических точек. При ортогональной регрессии се переменные равноценны и любая из них может быть представлена как функция остальных в соответствии с уравнением поверхности. Ортогональная регрессия позволяет вводить в рассмотрение одновременно несколько характеристик затрат (например, массу и стоимость), что оказывается полезным при выполнении в дальнейшем проектных процедур расчета параметров РФО.

Регрессионный анализ предполагает решение двух подзадач. Первая подзадача заключается в выборе независимых переменных, существенно влияющих на зависимую величину, и в определении формы уравнения регрессии. Вторая подзадача решается статистическим методом - оцениваются параметры уравнения.

Конечной целью обработки прогностической информации является составление прогнозной модели РФО. Прогнозная модель представляет собой систему аналитических зависимостей между параметрами РФО, его компонентов и параметрами прогнозного фона (внешней среды). На рисунках 5 и 6, а также в таблице 3 приведены примеры связей решаемых проектных задач с информационными фондами.

Рисунок 5 - Схема информационных связей задач решаемых в процессе проектирования.

Рисунок 6 - Структурная схема процесса НИОКР при создании нового РФО

Таблица 3 - Матрица связей решаемых задач и информационных фондов

Список литературы

1. Агеев О.В. Прогнозирование основных технико-экономических параметров рыборазделочного оборудования / О.В. Агеев, А.М. Бондар, В.М. Евтропков // Инновации в науке и образовании - 2003: материалы междунар. науч. конф., посвящ. 90-летию рыбохозяйственного образования в России, Калининград, 13-15 окт. 2003 г. / КГТУ. - Калининград, 2003. - С. 157-158.

2. Фатыхов Ю.А. Современный подход к разработке ресурсосберегающего разделочно-филетировочного оборудования / Ю.А. Фатыхов, А.В. Шлемин, О.В. Агеев // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. - 2007. - № 3 (298). - C. 91-94.

3. Устройство для филетирования рыбы: пат. 2320178 РФ, МПК A22 C25/16 / О.В. Агеев, А.В. Шлемин; заявитель и патентообладатель Калининградский гос. техн. ун-т. - № 2006143884; заявл. 11.12.06; опубл. 27.03.08; бюл. № 9.

4. Бондар А.М. Системный подход к проектированию рыборазделочного оборудования / А.М. Бондар // Рыбное хозяйство. - 2005. - № 4. - С. 68-70.

Размещено на Allbest.ru