Разработка автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости изделий с различной степенью детализации сведений об оцениваемом объекте

Прогноз временных затрат на производство номенклатуры изделий предприятия в условиях быстрой сменяемости продукции машиностроения необходим и позволяет ему эффективно и обоснованно перераспределять свои ресурсы. Особенно значимой становится роль прогнозирования в ситуации внедрения новой производственной номенклатуры. На этом этапе для различных служб предприятия возникает существенное множество задач, которые необходимо выполнить с минимальными потерями времени. В связи с этим, развитие методов обоснованного прогнозирования временных затрат на изготовление новой производственной номенклатуры изделий, является весьма актуальным, как с практической, так и научной точек зрения. Все это напрямую влияет на эффективность функционирования производственных систем машиностроения и затрагивает не только вопросы нормирования, но и дает возможность повысить эффективность решения задач управления производственными ресурсами. В условиях рыночной конкуренции обоснованное прогнозное знание своих затрат дает предприятию возможность определять спектр своей номенклатуры и не пытаться осваивать заведомо убыточные изделия.

Как показали исследования известных отечественных и зарубежных ученых и производственников весьма востребованным является прогнозирование затрат времени, которое было бы основано на методах, позволяющих уже на этапе разработки конструкторской документации или сс импортирования от заказчика получать' с достаточной точностью величины таких затрат. Обзор исследований в данной области показал, что данный вопрос решался в направлении развития методов аналогий, которые не дают достаточной точности. Предприятия машиностроительного комплекса интересует прогноз затрат на этапе принятия решения об освоении определенной номенклатуры изделий в производстве с ошибкой не более 20 процентов. Наиболее адаптированной к решению данных задач является теория конструктивно-технологической сложности, которая позволяет на основе оценки свойств изделий рассчитать трудоемкость их изготовления. Для этого не требуется технологическая подготовка производства по изделию или его опытное изготовление.

Научной школой под руководством профессоров 10. С. Шарина (УГТУ) и Б. А. Якимовича (ИжГТУ) разработана и развивается теория сложности. В соответствии с теорией сложности любое изделие наряду с классическими конструктивными и технологическими параметрами может быть представлено через универсальный количественный показатель конструктивно-технологической сложности. Данный метод может быть положен в основу нормативного обеспечения технического и прогнозного нормирования, в том числе и в составе автоматизированных систем.

В работе решается задача прогнозирования затрат на изготовление изделий машиностроения с использованием автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости с различной степенью детализации сведений об оцениваемом объекте. Разработанная система основана на методике оценки показателя конструктивно-технологической сложности с применением аппарата искусственных нейронных сетей для сокращения общего объема оцениваемых параметров и характеристик изделия, что позволило в зависимости от уровня детализации сведений об изделии провести оценку затрат на его изготовление с заданной степенью точности.

Цель работы: Формализовать и повысить эффективность метода оценки конструктивно-технологической сложности и трудоемкости изготовления изделий машиностроения на ранних этапах подготовки производства.

Основные задачи:

1. Разработка формального представления машиностроительного изделия в виде иерархической модели с использованием теории множеств.

2. Разработка методики выявления и численного оценивания значимых факторов, влияющих на конструктивно-технологическую сложность и трудоемкость машиностроительного изделия.

3. Разработка принципов классификации номенклатуры машиностроительных изделий с учетом степени детализации сведения об оцениваемом объекте на основе выявленных факторов, значимо влияющих на конструктивно-технологическую сложность и трудоемкость.

4. Разработка методики и алгоритма оценки показателя конструктивно-технологической сложности и трудоемкости машиностроительного изделия на основе выявленных факторов с использованием математического аппарата искусственных нейронных сетей.

5. Оценка точности определения конструктивно-технологической сложности и трудоемкости изготовления машиностроительного изделия в соответствии с уровнем детализации сведений об оцениваемом объекте.

6. Разработка концепции автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости машиностроительного изделия на ранних этапах подготовки производства.

7. Разработка и реализация автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости машиностроительного изделия на ранних этапах подготовки производства.

8. Апробация оценки показателя конструктивно-технологической сложности и трудоемкости машиностроительного изделия на ранних этапах подготовки производства и внедрение автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости на машиностроительных предприятиях.

При решении поставленных задач использовались методы оценки конструктивно-технологической сложности, статистического анализа, экспертного оценивания и теории множеств.

В качестве научной новизны выступает следующее:

— для наиболее часто встречающихся переделов машиностроения выявлены множества параметров, значимо влияющих на сложность и трудоемкость изготовления изделий;

— разработана методика поэтапной классификации номенклатуры машиностроительных изделий с учетом степени детализации сведений об оцениваемом объекте на основе выявленных параметров, значимо влияющих на конструктивно-технологическую сложность и трудоемкость;

— в соответствии с теорией сложности предложены методика и алгоритм оценки показателя конструктивно-технологической сложности и трудоемкости машиностроительного изделия с использованием математического аппарата искусственных нейронных сетей.

Разработанные принципы поэтапной классификации и методика определения конструктивно-технологической сложности изделий машиностроения позволяют с достаточной степенью точности оценивать прогнозную трудоемкость изготовления, используя различные уровни детализации сведений об оцениваемом объекте. На их основе разработана автоматизированная система определения прогнозной трудоемкости изделий. Результаты работы внедрены на ДОАО «Ижевский инструментальный завод» .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе решена задача определения показателя конструктивно-технологической сложности на начальных этапах жизненного цикла изделия для различных переделов машиностроения. Разработанные модели сложности предоставляют эффективный метод прогнозного нормирования на этапе принятия решения о внедрении в производство нового изделия, позволяя в минимальные сроки оценить экономическую эффективность и целесообразность ' проекта. Применение показателя сложности позволяет минимизировать затраты на подготовку производства и обеспечивают прогнозные значения экономических показателей изделия на ранних этапах проектирования без предварительной разработки технологической документации и до принятия решения о начале производства.

Как итог проведенных исследований были получены следующие практические и теоретические результаты:

1. Сформулировано формальное представление машиностроительного изделия. В дальнейшем предложенное представление может быть использовано для разработки информационных, структурных и других моделей, применяемых в автоматизированных системах промышленного назначения.

2. Выделены значащие параметры машиностроительного изделия наиболее применяемых переделов машиностроительных производственных систем, благодаря чему сокращен перечень параметров изделия, применяемых для определения трудоемкости, сложности и других экономических показателей.

3. В соответствии с полученными значащими параметрами на основе применяемых на предприятиях норм времени на операции и переходы основных машиностроительных переделов были построены тестовые нейронные сети для различных переделов машиностроения.

4. На основе проведенных исследований более чем на 50% сокращен список используемых параметров изделия путем выявления параметров, наиболее значимо влияющих на трудоемкость, сложность и другие экономические показатели изделия. Из исходного множества параметров для переделов штамповка, раскрой, сварка, механическая обработка, слесарно-сборочные работы, электрофизикохимическая обработка выделено 25 значащих параметров, определяющих сложность и трудоемкость изделия.

5. На основе отобранных параметров и статистики по изделиям, типовым представителям инструментального машиностроительного производства, создан автоматический классификатор изделий, состоящий из четырех классов: Класс 1 — малогабаритные ДСЕКласс 2 — непропорциональные ДСЕ с малым количеством обрабатываемых, поверхностейКласс 3 -типовые ДСЕ с усредненными значениями показателейКласс 4 -высокоточные ДСЕ с большим количеством обрабатываемых поверхностей. Для каждого класса построены и обучены нейросетевые модели расчета показателя конструктивно-технологической сложности. При использовании которых, относительное отклонение прогнозных значений сложности при обработке деталей машиностроительных изделий инструментального производства не превысило 25%. Уровень отклонения сопоставим с отклонением, получаемым при использовании аналитических и статистических методик оценки показателя конструктивно-технологической сложности.

6. С применением формального представления машиностроительного изделия разработана универсальная структура базы данных без жесткого определения свойств и параметров как изделия так и элементов производственной системы, позволяющая организовать иерархию изделий, элементов производственной системы без ограничения уровня вложенности структуры.

7. На основе математических моделей сложности и аппарата искусственных нейронных сетей разработана автоматизированная система определения прогнозной трудоемкости изделий.

8. Полученные практические и теоретические результаты внедрены в производство на ДОАО «Ижевский инструментальный завод» и приняты к использованию при укрупненном автоматизированном расчете трудоемкости изготовления изделий.