Разработка автоматизированной системы выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в машиностроении и приборостроении)

Разработка автоматизированной системы выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения

Замятин Константин Игоревич

Ижевск

2010



Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Кузнецов Андрей Павлович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Тененёв Валентин Алексеевич, Ижевский государственный технический университет

кандидат технических наук, доцент Власов Владимир Николаевич ООО «Делкам-Урал», г. Екатеринбург

Ведущая организация: ОАО «Воткинский завод», г. Воткинск

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент В.Н. Сяктерев

1. Общая характеристика работы

технологический автоматизация машиностроение

Актуальность работы. Снижение материальных и трудовых затрат при изготовлении сложных изделий особенно актуально для производственных систем (ПС) российских предприятий, которые находятся в состоянии модернизации активной части своих основных фондов. А таких ПС в России на сегодняшний день существенное количество. Таким образом, перед предприятиями, осуществляющими модернизацию ПС и одновременно переходящими на новую номенклатурную модель с более сложными изделиями, стоит комплекс задач, которые требуют соответствующего теоретического и методического обеспечения. В этих условиях информационные технологии приобретают особую значимость и играют важную роль в деле поддержки научно обоснованных решений при модернизации ПС и внедрении новых номенклатурных моделей (НМ) предприятия.

В связи с вышеизложенным и учитывая, что по данным различных министерств и ведомств, относящихся к производственному сектору экономики России, активная часть основных фондов имеет моральный износ второго рода в среднем до 60 процентов, разработка теоретико-практических методик, позволяющих повысить эффективность процессов модернизации ПС машиностроения предприятий России, является актуальной задачей и требует своего решения. Особенную актуальность данная задача приобретет в условиях частой смены НМ предприятия, при анализе которой в рамках диссертационной работы используются элементы теории конструктивно-технологической сложности.

Результаты диссертационной работы были использованы при разработке программы технического развития механообрабатывающих производств таких предприятий, как ЗАО «Технология», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «Купол». Все программы успешно внедрены на предприятиях.

Цель исследований. Повышение эффективности процессов модернизации машиностроительных предприятий путем разработки теоретических основ автоматизации выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения с учетом конструктивно-технологических элементов деталей, входящих в НМ предприятия.

Основные задачи исследования.

Проведение комплексного анализа структуры и параметров ПС машиностроения и их технологического и информационного обеспечения, деталей машиностроения и их конструктивно-технологических элементов (КТЭ). Формирование на основе проведенного анализа множества параметров, которые значимо влияют на достижение цели диссертационной работы.

Разработка модели выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения на основе элементов теорий множеств и методов теории конструктивно-технологической сложности.

Разработка алгоритма синтеза вариантов структур-стратегий ПС машиностроения с учетом параметров номенклатурной модели предприятия и критериев синтеза.

Создание информационного обеспечения автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий ПС машиностроения.

Создание программного комплекса, реализующего автоматизированную систему поддержки принятия решений, обеспечивающую выбор элементов технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения, а также их синтез в автоматизированном режиме.

Внедрение результатов исследований при разработке программ технического развития предприятий Уральского региона.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы теории нечетких множеств и математической статистики, методы теории конструктивно-технологической сложности, комбинаторный анализ и методы экспертного оценивания. При разработке программных комплексов применялись методы объектно-ориентированного анализа и проектирования (ООАП) сложных систем и основные положения объектно-ориентированного программирования, технологии разработки приложений с Web-интерфейсом.

Научная новизна. На основе системного анализа и формализации основных параметров номенклатурной модели предприятий, технологического и информационного обеспечения производственных систем машиностроения повышение их эффективности рассматривается как процесс комбинаторного синтеза и выбора эффективной структуры-стратегии технического развития в соответствии с разработками, приведенными в настоящей диссертационной работе:

поставлена и решена задача обоснованного сопоставления параметрам конструктивно-технологических элементов деталей параметров технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения, что впервые позволило при выборе последних формировать исходное множество решений в автоматизированном режиме;

разработан новый алгоритм решения задачи синтеза вариантов структур-стратегий, основанный на использовании методов теории конструктивно-технологической сложности и учитывающий конструктивно-технологические требования к номенклатурной модели предприятия;

с применением методов экспертного анализа разработан и предложен критерий выбора рационального варианта структуры-стратегии, позволяющий обеспечить обоснованное принятие решения при реализации программ технического развития предприятиям машиностроения.

Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в том, что рассмотренные в ней теоретические разработки, выводы и практические рекомендации обеспечивают процесс решения вопросов, связанных с совершенствованием производственных систем машиностроения, повышением рентабельности и конкурентоспособности продукции, изготавливаемой в конкретной производственной системе.

Разработанное математическое и информационное обеспечение автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий ПС машиностроения позволяет в автоматизированном режиме определять множество допустимых решений для технологического и информационного обеспечения.

Для конкретных производственных систем машиностроения на ЗАО «Технология», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ» в процессе проводимых исследований были синтезированы варианты структур-стратегий ПС машиностроения.

Результаты проведенных исследований и разработок после некоторого уточнения входных параметров могут быть использованы в смежных областях промышленности.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и практических исследований были использованы при разработке автоматизированной системы поддержки принятия решений, обеспечивающей синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения на основе методов теории конструктивно-технологической сложности, информационных моделей деталей, информационного и технологического обеспечения и заданных критериев синтеза.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических семинарах ГОУ ВПО ИжГТУ (2007 - 2010); научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «Воткинский завод» (Воткинск, 2009). Результаты работы докладывались на научно-технических семинарах и заседаниях технических советов на следующих предприятиях: ЗАО «Технология», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ». Диссертационная работы была выполнена в рамках гранта по государственной поддержке ведущих научных школ РФ (НШ-2010) на тему «Разработка теоретических основ структур-стратегий ПС машиностроения и создание концепции информационной системы моделирования и управления ресурсами, резервами и результатами сложных технических систем».

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в пяти печатных работах, из них две - в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата и доктора наук.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 41 таблицу, 19 рисунков. Список литературы состоит из 81 наименования.

2. Содержание работы

Во введении показана актуальность работы.

В первой главе выполнен анализ научных исследований и практических разработок в области повышения эффективности ПС машиностроения.

Многие российские и зарубежные ученые, среди которых наиболее известны Ю.Д. Амиров, Н.П. Бусленко, Л.В. Барташев, В.В. Бойцов, В.В. Волостных, Л.И. Волчкевич, М.Б. Грачева, Г.К. Горанский, М.И. Ипатов, В.Г. Колосов, В.С. Корсаков, Н.М. Капустин, Н.Б. Мироносецкий, С.П. Митрофанов, Р.Б. Михалев, А.Г. Медведев, Ю.П. Морозов, В.И. Нечипоренко, А.А. Первозванский, Р.М. Петухов, В.Т. Полуянов, Г.Х. Попов, Е.Л. Проскуряков, К.Ф. Пузыня, Ю.С. Шарин, А.Д. Цвиркун, В.Д. Чарнко, Б.А. Якимович, М. Хаммер, Дж. Чампи и др., добились значительных результатов в области совершенствования технического развития производственных систем и оценки их эффективности.

В результате проведенного анализа были сделаны выводы о необходимости дальнейших исследований в данной области. В современных условиях, характеризуемых частой сменой номенклатуры выпускаемых изделий, критическим уровнем морального и физического износа оборудования и острым дефицитом квалифицированных кадров, особенно остро встает проблема повышения эффективности ПС машиностроения. Это обеспечивает предпосылки к разработке моделей и алгоритмов выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроительных предприятий посредством анализа их номенклатурной модели.

В качестве новизны данной диссертационной работы, дополняющей разработки выше приведенных авторов, выступает то, что в качестве инструмента повышения эффективности машиностроения используется математическая модель выбора информационных и технологических элементов структур-стратегий, обеспечивающая формирование обоснованных вариантов модернизации ПС.

Все это определило цель и задачи представляемой автором диссертационной работы.

Во второй главе разрабатывается алгоритм синтеза вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, модель выбора их технологического и информационного обеспечения и определяются критерии синтеза.

Предложенная модель обеспечивает сопоставление конструкторско-технологических параметров планируемых к производству деталей с параметрами информационного и технологического обеспечения. При этом, в соответствии с методами теории конструктивно-технологической сложности и критерием выбора , осуществляется синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения.

Общая модель синтеза структур-стратегий может иметь вид:

ST>A >> F, (1)

где ST - ситуация принятия решения - внешнее состояние; А - правило принятия решения при синтезе информационных и технологических элементов структур-стратегий; - обобщенный критерий выбора варианта структуры-стратегии ПС машиностроения; F - решение, определенное на допустимом множестве решений.

Реализация алгоритма принятия решений при синтезе элементов структур-стратегий ПС машиностроения основывается на методах теории конструктивно-технологической сложности, математическом аппарате алгебры логики, теории множеств и методах комбинаторного анализа. Предложенная математическая модель (М) использует в качестве входных данных конструкторско-технологические параметры детали (КТП) и базу данных параметров металлорежущего оборудования (БД), содержащую необходимые технические характеристики конкретных станков. В качестве выходных данных в рассматриваемой модели выступает вариант структуры-стратегии производственной системы (В), полученный в зависимости от критериев синтеза (К). Синтез варианта структуры-стратегии ПС машиностроения проходит в три этапа. На первом (И) из которых происходит формирование исходного множества информационного и технологического обеспечения, пригодного для формообразования заданной номенклатуры деталей с учетом их конструкторско-технологических параметров, а также параметров информационного и технологического обеспечения. На втором этапе (П) происходит подбор информационного и технологического обеспечения с учетом конструкторско-технологических параметров деталей (БД). После выполнения данного этапа формируется множество информационного и технологического обеспечения, которое может быть использовано для формообразования заданных деталей. На последнем этапе (С) происходит синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения с учетом критериев синтеза (Рисунок 1).

Выбор технологического обеспечения ПС машиностроения подразумевает обработку некоторого исходного множества оборудования и последовательное исключение из него элементов, не удовлетворяющих заданным критериям.

На начальном этапе синтеза формируется множество A, содержащее набор параметров технологического оборудования, обеспечивающего выполнение технологических операций:

, (2)

где - подмножество параметров технологического обеспечения ПС машиностроения.

Рисунок 1. Модель синтеза варианта структуры-стратегии ПС машиностроения



Опишем технологическое обеспечение в виде кортежа его конструкторско-технологических параметров:

, (3)

где p_t^a - конечное множество типов оборудования; p_c^a - признак наличия ЧПУ; p_m^a - максимальный размер заготовки; p_w^a - вес станка; p_p^a - класс точности оборудования; p_a^a - множество технологических операций выполняемых на оборудовании; p_d^a - стоимость оборудования.

Также может быть сформировано множество параметров изготавливаемых деталей:

, (4)

Множество A включает в себя параметры оборудования, используемого для формообразования всех деталей номенклатурной модели предприятия, поэтому оно является избыточным для конкретной детали. Для сокращения множества A с точки зрения выбора оборудования для обработки конкретной детали d_i предлагается произвести декомпозицию детали на составляющие её конструктивно-технологические элементы. В качестве метода, реализующего такой подход, предлагается использовать элементы теории конструктивно-технологической сложности.

Опишем деталь d_i в виде кортежа параметров, характеризующего её конструкторские и технологические свойства:

, (5)

где p_t^d - тип детали - множество допустимых типов деталей (корпусная, тело вращения и т.д.); p_d^d - вектор размеров детали; p_m^d - материал, из которого изготавливается деталь; K - множество конструктивно-технологических элементов, описывающих обрабатываемые поверхности детали.

Для каждого d_i должно быть сформировано множество технологического оборудования, необходимого для формообразования всех КТЭ детали.

Множество КТЭ образующих деталь, будет иметь следующий вид:

, (6)

где k_i - конструктивно-технологический элемент, заданный кортежем параметров:

, (7)

где p_c^k - код конструктивно-технологического элемента; p_t^k - тип элемента (корпусной, тела вращения и т.д.); p_cp^k - признак необходимости использования при формообразовании КТЭ станка с числовым программным управлением; p_s^k - вектор размеров элемента; p_pr^k - класс точности изготавливаемого конструктивно-технологического элемента; p_cl^k - тип оборудования, на котором может быть изготовлен данный КТЭ (токарные, фрезерные, ОЦ и т.д.); p_o^k - типовая технологическая операция, необходимая для формообразования КТЭ.

На основе сформированных ранее множеств может быть получено множество оборудования , каждый элемент которого содержит параметры технологического оборудования, необходимого для изготовления конкретной детали:



, (8)

где X - подмножество параметров технологического оборудования, на которых функция может принимать единичное или нулевое значение.

Всего было определено четыре функции, учитывающие основные конструкторские и технологические особенности изготавливаемых деталей: f₁- логическая функция, учитывающая тип станка; f₂ - логическая функция, учитывающая типовую технологическую операцию, необходимую для формообразования КТЭ; f₃ - логическая функция, учитывающая размерный коэффициент детали; f₄ - логическая функция, учитывающая класс точности изготавливаемой детали.

, (9)

, (10)

, (11)

, (12)

Сформированное таким образом множество оборудования, необходимого для производства заданной детали, также не является рациональным, так как каждый из элементов данного множества может дублировать функции другого. Учитывая, что из имеющегося множества оборудования может быть синтезировано множество вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, необходимо решить задачу отбора элементов множества в зависимости от некоторого набора заранее определенных критериев синтеза. К таким критериям синтеза структур-стратегий может относиться стоимость оборудования, серийность производства и т.п. При этом необходимо установить определенные ограничения предлагаемой математической модели для исключения возникновения ситуаций, не отвечающих заданным требованиям функциональности. К наиболее значимым могут быть причислены следующие ограничения:

Данная модель не применима для организации экспериментального и высокоточного производства, т.к. зачастую это требует несколько классов технологических операций для формирования определенных конструктивно-технологических элементов (черновая и чистовая обработка).

В качестве множества входных параметров данной математической модели выступает полностью определенное множество деталей D, задача формирования которого не может быть решена в рамках разрабатываемой модели.

Синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения происходит в несколько этапов, на каждом из которых уточняются и отбираются варианты структур-стратегий ПС, удовлетворяющие потребностям конкретного предприятия.

На первом этапе в зависимости от типажа оборудования все элементы множества подлежат группировке в m упорядоченных множеств . При этом количество вариантов структур-стратегий ПС машиностроения будет равно количеству комбинаторных конфигураций, полученных сочетанием всех элементов ранее сформированных множеств.



Рисунок 2. Синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения

Таким образом, на данном этапе может быть сформировано множество B вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, имеющее вид, показанный ниже:

, (13)

, (14)

где b_i - вариант структуры-стратегии ПС машиностроения; t_k - комбинаторные конфигурации всех элементов множества T:

, (15)

, (16)

Учитывая, что в сформированные варианты структур-стратегий ПС машиностроения войдет оборудование разной ценовой категории, необходимо осуществить отсечение вариантов, не удовлетворяющих финансово-экономическим потребностям предприятия. Для выполнения такого отсечения все варианты структур-стратегий ПС машиностроения ранжируются в зависимости от их стоимости и объединяются в нечеткое множество , каждый элемент которого представляет собой вариант структуры-стратегии, нормализованный в соответствии с теорией нечетких множеств.

, (17)

при этом - характеристическая функция принадлежности элемента к множеству:

, (18)

где C^b_i - суммарная стоимость оборудования, входящего в i вариант структуры-стратегии. C_max - максимальная стоимость варианта структуры-стратегии ПС машиностроения.

Определим б-срез нечеткого множества как , где С_п - максимальная стоимость варианта структуры-стратегии, которую предприятие готово реализовать. Таким образом, задавая б-срез нечеткого множества , может быть отсечено множество вариантов, реализация которых не целесообразна по финансовым причинам.

Определим производительность технологического обеспечения, входящего в j-ый вариант структуры-стратегии как

, (19)

где N_i - количество деталей, обрабатываемых на i-ом технологическом обеспечении, Т_i - трудоемкость изготовления i-ой детали, F - фонд рабочего времени в год.

Определим критерий выбора у_i варианта структуры-стратегии ПС машиностроения следующим образом:

, (20)

где С_i - стоимость i-го варианта структуры-стратегии, P_i - производительность i-го варианта структуры-стратегии, С_max и P_max - максимальная стоимость и производительность технологического обеспечения, б₁ и б₂ - весовые коэффициенты, определяемые методом экспертной оценки, при этом б₁+ б₂=1.

Для определения факторов, значимо влияющих на эффективность ПС машиностроения, было проведено экспертное оценивание, при этом в качестве таких факторов экспертами была выделена производительность и стоимость технологического обеспечения.

В качестве основных факторов были приняты факторы, показанные ниже (Таблица 1).

Таблица 1. Оцениваемые факторы

Обозначение	Фактор
Ф1	Стоимость станка
Ф2	Масса станка
Ф3	Производительность станка
Ф4	Мощность электродвигателей привода
Ф5	Габаритные размеры станка



Рисунок 3. Выбор факторов, значимо влияющих на эффективность ПС машиностроения

Учитывая, что эффективность варианта технологического обеспечения стремится к максимуму, могут быть отобраны варианты структур-стратегий ПС машиностроения, эффективность которых выше эффективности базового варианта структуры-стратегии ПС, функционирующего на предприятии.

Таким образом, может быть синтезировано несколько вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, каждый из которых характеризуется технико-экономическими показателями, позволяющими лицам, принимающим решение, осуществить обоснованный выбор варианта модернизации.

Выбор информационного обеспечения ПС машиностроения происходит подобным образом и подразумевает обработку некоторого исходного множества программного обеспечения и последовательное исключение элементов, не удовлетворяющих заданным критериям.

Определим множество I информационных элементов структур стратегий ПС машиностроения:

, (21)

где - подмножество параметров информационного обеспечения.

Множество I включает в себя параметры CAD/CAM/CAE систем, которые могут быть использованы для проектирования и изготовления конкретных деталей. Обобщив характеристики наиболее распространенных САПР, был выделен следующий кортеж параметров, учитывающий основные конструкторско-технологические показатели систем проектирования:

, (22)

где p_tⁱ - тип САПР: <CAD, CAM, САПР ТП>; p_cpⁱ - наличие постпроцессора, обеспечивающего генерацию управляющей программы для станка ЧПУ; p_oⁱ - множество операций поддерживаемых САПР; p_cⁱ - класс системы: {легкая, средняя, тяжелая}; p_prⁱ - стоимость САПР.

На основе множества I и полученного ранее множества конструкторско-технологических параметров деталей D может быть получено множество параметров информационного обеспечения , каждый элемент которого содержит параметры САПР, необходимого для конструкторской подготовки деталей:

, (23)

где X - подмножество параметров, на которых функция может принимать единичное или нулевое значение.

В результате анализа современных систем машиностроения и наиболее распространенных САПР были выделены 2 функции: f₁ - функция, учитывающая тип САПР, и f₂ - учитывающая тип операции, необходимой для обработки КТЭ, и возможности САПР при разработке управляющей программы для станка с ЧПУ.



, (24)

, (25)

На основании рассмотренного алгоритма синтеза структур-стратегий ПС машиностроения может быть синтезировано множество вариантов технологического и информационного обеспечения, необходимого для создания программ технической модернизации машиностроительных предприятий. Были получены следующие результаты:

Решена задача сопоставления параметрам конструктивно-технологических элементов деталей параметров технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения.

Определены факторы, значимо влияющие на эффективность структур-стратегий производственных систем машиностроения. К таким факторам отнесена стоимость и производительность оборудования с весовыми коэффициентами 0,478 и 0,522 соответственно.

Разработан алгоритм синтеза множества допустимых решений вариантов информационного и технологического обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения.

В третьей главе описано информационное обеспечение автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий производственных систем машиностроения (СППР «Синтез ПС»). Также рассматривается структура приложения указанной системы.

Решение задачи выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения требует создания автоматизированной системы, обеспечивающей функционирование в условиях единого информационного пространства предприятия и использующей эффективную математическую модель на основе методов теории конструктивно-технологической сложности и заданных критериев синтеза структур-стратегий производственных систем машиностроения.

На этом основании была разработана автоматизированная система поддержки принятия решений «Синтез ПС».

Структура автоматизированной системы «Синтез ПС» показана ниже (Рисунок 4). Основой системы является модуль поддержки принятия решений, обеспечивающий выполнение основных операций, необходимых для проведения процесса принятия решений.

К подсистемам данного модуля относятся:

подсистема формирования исходных множеств - набор программных модулей, обеспечивающих выбор и формирование данных, необходимых для функционирования системы поддержки принятия решений. Данная подсистема обеспечивает выполнение первого этапа синтеза;

подсистема подбора информационного и технологического обеспечения - набор программных модулей, реализующих математическую модель выбора элементов структур-стратегий производственных систем машиностроения. Данная подсистема обеспечивает выполнение второго этапа синтеза и обеспечивает первоначальный подбор информационного и технологического обеспечения;

подсистема синтеза вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения на основе методов теории конструктивно-технологической сложности и заданных критериев синтеза. Данная подсистема обеспечивает выполнение третьего этапа синтеза;

подсистема формирования отчетов - набор программных модулей, обеспечивающий сбор, обработку и структурирование результатов работы автоматизированной системы поддержки принятия решений.

Алгоритм работы модуля поддержки принятия решений при выполнении синтеза структур-стратегий производственных систем машиностроения показан ниже (Рисунок 5). Функционирование модуля поддержки принятия решений начинается с подключения к справочнику конструктивно-технологических элементов, справочнику технологического оборудования и информационного обеспечения, настройки и создания основных структур, данных и объектов, используемых при выполнении синтеза структур-стратегий производственных систем машиностроения. На следующем этапе производиться подготовка и формализация запросов, необходимых для функционирования автоматизированной системы поддержки принятия решений.

После выполнения двух предыдущих этапов происходит непосредственно сам процесс выбора технологического и информационного обеспечения и синтез структур-стратегий производственных систем машиностроения. При этом формируются варианты модернизации элементов структур-стратегий в зависимости от заданных на этапе ввода параметров критериев синтеза. На заключительном этапе сформированные ранее варианты упорядочиваются в виде отчетов и предоставляются пользователю для дальнейшего использования.

Рисунок 4. Структура автоматизированной системы поддержки принятия решений «Синтез ПС»



На основании рассмотренного математического и информационного обеспечения была разработана подсистема поддержки информационных моделей деталей, технологического и информационного обеспечения, включающая реляционную базу данных, хранящих конструкторско-технологические параметры (Рисунок 6). Разработанная автоматизированная система имеет Web-ориентированный интерфейс поддержки принятия решений при синтезе вариантов структур-стратегий ПС машиностроения.

Рисунок 5. Общий алгоритм функционирования автоматизированной системы поддержки принятия решений



Рисунок 6. Информационная модель базы данных системы поддержки принятия решений

В четвертой главе приведены результаты внедрения разработанного математического и информационного обеспечения при разработке программ технического развития предприятий Уральского региона.

Работа была апробирована на следующих предприятиях: ЗАО «Технология», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО "ИЭМЗ "КУПОЛ".

Данные предприятия характеризуются выпуском разнообразной номенклатуры деталей, наибольшая часть из которых относится к корпусным и телам вращения. Среднее количество изготавливаемых деталей на рассмотренных предприятиях варьирует от 400 до 263420 штук в год, а трудоемкость изготовления годовой программы от 3694 до 71255 н/ч. Себестоимость изготовления годовой программы на рассмотренных предприятиях находиться в диапазоне от 17135 до 744266 рублей.

Для всех предприятий характерно использование оборудования со сроком службы более 20 лет и моральным износом от 50% до 99%, что существенным образом влияет на экономическую эффективность выпуска номенклатуры изделий.

В качестве примера в автореферате рассматривается программа модернизации механообработки цеха РМЦ на Октябрьском заводе нефтепромыслового оборудования. В результате проведенного исследования были выявлены показатели морального износа оборудования, представленные ниже (Рисунок 7).

Рисунок 7. Моральный износ оборудования по всему производству

Технико-экономические показатели для всего предприятия показаны в таблице 2.

Таблица 2. Технико-экономические показатели производства

Цех	Количество изгот. деталей, шт	Трудоемкость изготовления годовой программы, н/ч	Себестоимость изготовления годовой программы, руб
ЦНОиЗ	65721	71255	744266
РМЦ	5240	3694	45935
ЦНПО	145500	39861	444666
ИРУ	263420	9063	93213



Большинство деталей, выпускаемых в цехе РМЦ Октябрьского ЗНО, является корпусными. Фрагмент таблицы изготавливаемых деталей показан ниже (Таблица 3).

Таблица 3. Корпусные детали, выпускаемые в цехе РМЦ

Группа	Наименование	Размеры	Годовая программа шт.	Трудоемкость изготовления годовой программы, н/ч
Корпусные	БА 7.084.847.	24х17,5х51,5	768	11597
	114.8.034.584.	76х44х72	400	27120
	БА 8.000.578.	103,5х132,5х71	2016	52013
	114.7.890.019.	11х20х28	200	60
	114.8.601.004.	10х20х1	400	400
	БА 7.952.035.	244х150х10	1248	2995
	БА 8.641.016.	230х190х5	1440	12629

Все выпускаемые детали были декомпозированы до составляющих их КТЭ. На основе методов теории конструктивно-технологической сложности и математических моделей, описанных во второй главе, было произведено сопоставление параметрам конструктивно-технологических элементов деталей параметров технологического обеспечения, при этом было сформировано исходное множество решений, на основе которого был осуществлен синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения. Всего для цеха РМЦ было синтезировано 2625 варианта структур-стратегий ПС машиностроения, для которых были определены их технико-экономические показатели. С целью исключения вариантов, не удовлетворяющих экономическим потребностям предприятия, было сформировано нечеткое множество ?, при этом вариант с максимальной себестоимостью вошел в такое множество с минимальной вероятностью. С учетом максимальной стоимости варианта модернизации, заданного на уровне 5000 т.р., было отсечено 919 вариантов, стоимость которых превышает заданный уровень. Таким образом, в итоговое множество вариантов модернизации производственной системы цеха РМЦ вошло 1706 вариантов, для которых был рассчитан показатель выбора у. Фрагмент таблицы, содержащей технико-экономические параметры синтезированных вариантов, показан ниже (Таблица 4).

Таблица 4. Фрагмент множества параметров синтезированных вариантов структур-стратегий

Номер	Оборудование	Стоимость	у
b1532	СА-565PС, 6Т83Г, 16А20Ф3, 2С132, 3Д711ВФ11	3 275 000,00р.	0,462
b1322	СА-565PС, 6Т82Ш, 16А20Ф3, 2С132, 3Д711ВФ11	3 305 000,00р.	0,462
b1217	СА-565PС, 6К11, 16А20Ф3, 2С132, 3Д711ВФ11	3 210 000,00р.	0,460
b1427	СА-565PС, 6Т83Ш, 16А20Ф3, 2С132, 3Д711ВФ11	3 345 000,00р.	0,459
b482	СА-562С150Л, 6Т83Г, 16А20Ф3, 2С132, 3Д711ВФ11	3 265 000,00р.	0,456
b272	СА-562С150Л, 6Т82Ш, 16А20Ф3, 2С132, 3Д711ВФ11	3 295 000,00р.	0,456
b2057	ИТ1620, 6Т83Г, 16А20Ф3, 2С132, 3Д711ВФ11	3 115 000,00р.	0,456
b1847	ИТ1620, 6Т82Ш, 16А20Ф3, 2С132, 3Д711ВФ11	3 145 000,00р.	0,456
b1541	СА-565PС, 6Т83Г, 16А20Ф3, МН25Н-01, 3Д711ВФ11	3 327 000,00р.	0,455
b1331	СА-565PС, 6Т82Ш, 16А20Ф3, МН25Н-01, 3Д711ВФ11	3 357 000,00р.	0,455

Сравнительный график значений критерия выбора для синтезированных вариантов показан на рисунке 8.

Рисунок 8. Значение критерия выбора для синтезированных вариант вариантов

Сравнительный график стоимости синтезированных вариантов структур-стратегий ПС машиностроения показан на рисунке 9, а график производительности - на рисунке 10.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 9. Себестоимость синтезированных вариантов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 10. Производительность синтезированных вариантов

Согласно проведенному технико-экономическому расчету был выбран наиболее предпочтительный вариант, характеризующийся следующими технико-экономическими показателями: снижение себестоимости годовой программы на 16%, снижение трудоемкости годовой программы на 19,7%. А годовой экономический эффект от снижения трудоемкости обработки деталей составил 202 тыс. руб.

В соответствии с математическим и информационным обеспечением, рассмотренным в главе 2 и главе 3, для всех рассмотренных предприятий было синтезировано 20 697 возможных вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, при этом база технологического обеспечения содержала более 700 записей, а база информационного обеспечения - 10 записей.

Основные результаты и выводы

В работе решена актуальная научная проблема, имеющая существенное теоретическое и прикладное значение, заключающееся в разработке методических основ, теоретических и практических решений разработки автоматизированных систем выбора технологического и информационного обеспечения современных производственных систем машиностроения на этапах принятия решения об их модернизации и дальнейшем техническом развитии. В процессе теоретических и практических исследований, математического моделирования разработанных алгоритмов поддержки принятия технических решений для эффективного проведения модернизации ПС машиностроения получены следующие основные вывод и результаты:

При решении задачи повышения эффективности производственных систем машиностроения необходим углубленный анализ их номенклатурный модели на основе методов теории конструктивно-технологической сложности. Конструктивно-технологические характеристики номенклатурной модели значимо влияют на структуру производственной системы.

Определено множество параметров, значимо влияющих на выбор технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения, позволяющее сформировать исходное множество решений технологических и информационных составляющих структур-стратегий.

Разработана модель выбора технологического и информационного обеспечения для номенклатурной модели предприятия, позволяющая проводить математическое моделирование вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения в автоматизированном режиме.

Разработан алгоритм синтеза множества допустимых решений вариантов информационного и технологического обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения. Предложен критерий выбора у, позволяющий выбрать рациональный вариант структуры-стратегии производственных систем машиностроения. На основе экспертной оценки определены факторы, значимо влияющие на эффективность структур-стратегий производственных систем машиностроения. К наиболее значимым факторам отнесены стоимость и производительность оборудования с весовыми коэффициентами 0,478 и 0,522 соответственно.

Разработана автоматизированная система поддержки принятия решений при синтезе вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения «Синтез ПС», позволяющая обеспечить формирование технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем в соответствии с состояниями и характеристиками номенклатурной модели предприятия. Использование автоматизированной системы позволяет обеспечить оперативное моделирование и выбор рациональной структуры-стратегии при изменении номенклатурной модели предприятия.

Полученные научные и практические результаты и разработанная автоматизированная система поддержки принятия решений «Синтез ПС» использованы при анализе состояния и разработке структур-стратегий ПС машиностроения на ряде предприятий Уральского региона. Научно-практическая ценность подтверждена использованием результатов диссертационной работы при подготовке программ технического развития механообрабатывающего производства ЗАО «Технология», Октябрьского и Нефтекамского заводов нефтепромыслового оборудования.

Основные работы

1. Кузнецов, А.П. Выбор технологических элементов структур-стратегий производственных систем машиностроения / А.П. Кузнецов, К. И. Замятин // Известия Самарского науч. центра РАН. - Самара, 2009. - С. 292-295

2. Замятин, К.И. Выбор технологического обеспечения структур-стратегий производственной системы машиностроения (на примере детали типа «корпус») / К.И. Замятин, А.П. Кузнецов // Вестник ИжГТУ. - 2010. - № 1. - С. 19-22

3. Замятин К.И. Классификация конструктивных элементов при решении задач выбора технологического оборудования производственных систем машиностроения / К.И. Замятин, А.Н. Домбрачев // Наука. Техника. Образование: Сб. тр. науч.-метод. конф. Воткинского филиала ИжГТУ. - Екатеринбург; Ижевск: Изд-во Ин-та экономики УрО РАН, 2008. - С. 111-116.

4. Замятин К.И. Выбор информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения // Высокие технологии, фундаментальные исследования, образование, промышленность: Cб. тр. Восьмой Междунар. науч.-практич. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Россия, Санкт-Петербург, 27-28 октября 2009 г.). - СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2009. С. 139-143.

5. Andrej P. KUZNETSOV, Pavol BOЋEK, Konstantin Zamyatin. Stratйgia selektovania technologickэch buniek pre tvorbu vэrobnэch systйmov v strojбrstve. - Manaћment priemyselnych podnikov. Vedecky иasopis Univerzitnej vedeckotechnickej sploloиnosti vo Zvolene. Roиnнk 6, инslo 1/2009. ISSN 1336-5592. p. 27-32.

Размещено на Allbest.ru

...