Разработка организационно-технологической структуры производственного процесса на основе квалиметрической оценки межцеховых технологических маршрутов

В рамках технологической подготовки машиностроительного производства осуществляется формирование организационно-технологической структуры. производственного, процесса изготовления машин. Она 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.

При выполнении технологического процесса предмет труда последовательно проходит по цехам и производственным участкам в соответствии с выполняемыми технологическими операциями. Указанную последовательность называют межцеховым технологическим маршрутом. На основе межцеховых технологических маршрутов формируются машинокомплекты подразделений предприятия. Машинокомплект представляет собой совокупность деталей и узлов, входящих в данное конкретное изделие и изготавливаемых в данном цехе в пропорциях, предусмотренных его конструкцией, а также деталей, идущих на индивидуальный или кратный выпуск комплектов запасных частей [32].

Рациональное формирование машинокомплектов производственных подразделений позволяет значительно снизить напряженность производственных заданий и, как следствие, риск выпуска' несоответствующей продукции. Поэтому риск выпуска несоответствую продукции является системным свойством машинокомлекта как множества составляющих его предметов труда.

ГОСТ 14.205−83 определяет технологичность конструкции изделия при производстве как совокупность свойств конструкции, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат на изготовление для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Поэтому заводские технологи при разработке вариантов межцеховой, маршрутизации решают задачу практической стандартизации маршрутов5 на, основе их квалиметрической оценки по таким показателям технологичности, как трудоемкость изготовления изделия по этому маршруту и риск выпуска несоответствующей продукциис учетом условий выполнения работ. Для оценки рациональности машинокомплекта в целом они вынуждены интуитивно оперировать категорией его технологичности, как универсума свойств машинокомлекта относительно множеств свойств составляющих его предметов труда. Установление рационального компромисса между такими показателями качества производственного процесса изготовления машин как напряженность производственных заданий, характеризуемой составом и трудоемкостью машинокомплекта, и риском выпуска несоответствующей продукции, составляет задачу управления технологичностью машинокомплекта производственного подразделения, являющейся важным показателям качества производственного процесса.

Работа выполнена в соответствии с грантом Российского фонда фундаментальных исследований №* 08−08−99 045-рофи и рядом хоздоговорных НИР.

Методы и средства исследования. При выполнении работы использовались научные положения технологии машиностроения и всеобщего управления качеством продукции, теорий систем и системного анализа, информации, множеств, метода экспертных оценок, методологии структурного анализа и проектирования ГОЕБ, эксплуатационных исследований технологических систем в действующем 1 машиностроительном производстве, систематического изучения ежедневной профессиональной практики технологов, математико-статистической обработки данных об межцеховых технологических маршрутах изготовления деталей трубопроводной промышленной арматуры для нефтеи газопроводов.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем:

— структурно-функциональная модель процесса формирования на машиностроительном предприятии рациональных производственных заданий (машинокомплектов) производственным подразделениям и системы межцеховых маршрутов деталей и сборочных единиц;

— экспертно-аналитический метод решения задачи межцеховой технологической маршрутизации и формирования машинокомплектов производственных подразделений, позволяющий оптимизировать использование производственных мощностей предприятия;

— методика оценки полезности технологических проектных решений при формировании машинокомплектов производственных подразделений по однозначным правилам различными проектировщиками, имеющими свои субъективные представления о полезности принимаемых решений для достижения глобальной цели — обеспечения требуемого уровня качества машин;

— методика квалиметрической оценки технологичности машинокомплекта производственного подразделения на основе конструкторско-технологических моделей машинокомплекта и составляющих его деталей и сборочных единиц, представляющих собой совокупность трехмерных моделей предметов труда и дополнительных параметровназначенных на конструктивные элементы и элементарные поверхности.

Научная новизна результатов исследования.

— в области технологии машиностроении: выявлены информационные связи производственного процесса изготовления машин, основанные на теоретико-множественном представлении зависимости между трудоемкостью изготовления машинокомплекта в производственном подразделении и конструктивно-технологическими параметрами входящих в его состав предметов труда;

— в области стандартизации и управления качеством продукции: выявлены закономерности функциональных взаимодействий в рамках сети процессов предприятия между процессами межцеховой технологической маршрутизации и управления несоответствующей продукцией, основанные на представлении о технологичности машинокомплекта производственного подразделения, определяемой ее квалиметрической оценкой, и взаимозависимости между напряженностью производственных заданий и риском несоответствий.

Практическая значимость. Разработано математическое и методическое обеспечение процедуры разработки рациональной организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления машин на основе управления технологичностью машинокомплектов подразделений предприятия по критерию трудоемкости.

Реализация работы. Результаты данной работы внедрены на предприятии ЗАО «Тяжпромарматура» (г. Алексин Тульской обл.) и используются в учебном процессе на кафедре «Автоматизированные станочные системы» ТулГУ.

Публикации и апробация работы. По тематике исследований опубликовано 9 работ, из них 4 в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в список ВАК, общим объемом 2,9 п. л., в том числе авторских — 2,4 п. л.

Основные положения работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 20 082 011 гг.- на Международной научно-технической конференции «Бизнес-процессы и бизнес-системы» (г. Тула, 2006 г.) — на Международной научно-технической конференции «Экономика. Управление. Стандартизация.

Качество" (г. Тула, 2006 г.) — на Международной научно-технической конференции «Технологическая системотехника» (г. Тула, 2008 г.)-на девятой и десятой Всероссийских научно-практических конференциях «Управление качеством» (г.Москва, 2010, 2011 гг.) — на Всероссийской' научно-технической конференции студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (г. Тула, 2010 г.) — Всероссийской научно-практической конференции для студентов, аспирантов, молодых ученых «Инновационные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты» (г. Тула, 2010 г.).

В первом разделе выполнен анализ актуальных проблем проектирования организационно-технологических структур производственного процесса изготовления машин и маршрутно-операционной технологии их изготовления, а также методов квалиметрической оценки и обеспечения технологичности. Выполнено концептуальное исследование системы факторов, влияющих на качество машин в производстве, производительность труда и себестоимость изготовления машин. Показано, что необходимо интегрированное решение практических задач, относящихся как к области технологии машиностроения, так и к области управления качеством продукции.

Во втором разделе разработана методика решения задачи межцеховой технологической маршрутизации и формирования машинокомплектов производственных подразделений на основе экспертно-аналитического подхода. На основе методологии структурно-функционального моделирования ЮЕЕ0 разработана модель функциональных взаимодействий при решении задачи технологической маршрутизации предметов труда и формирования машинокомплектов производственных подразделений. Выполнена формализация процесса разработки технологического маршрута для конкретного предмета труда. На основе классификации различных объектов производства разработана система единичных показателей качества технологического маршрута, используемых при квалиметрической оценке технологичности машинокомплекта, а также система логических и лингвистических условий и ограничений.

Третий раздел посвящен разработке методики квалиметрической оценки технологичности машинокомплекта производственного подразделения. Квалиметрическая оценка технологичности? машинокомплекта определяется по ее важнейшей составляющей. — трудоемкости изготовления машинокомплекта, включающей трудоемкости изготовления предметов труда, составляющих данный машинокомплект. Трудоемкость изготовления предмета труда на этапе конструкторско-технологической подготовки производства определяется методом регрессионного анализа, основанного на получении математических зависимостей трудоемкости изготовления от различных параметров предметов труда. Раскрыта сущность интегрированной конструктивно-технологической модели машинокомплекта, представлена математическая модель расчета трудоемкости и методика интеграции этих моделей, выполнена оценка адекватности математической модели. С помощью метода экспертных оценок были установлены параметры предметов труда, оказывающие наибольшее влияние на трудоемкость их изготовления. Предварительное обучение регрессионной математической модели трудоемкости машинокомплекта было проведено на основе серии виртуальных экспериментов по моделированию механической обработки различных конструктивно-технологических элементов и поверхностей предметов труда с определением требуемого времени обработки.

В четвертом разделе рассмотрены результаты практической реализации разработанного методического, программного и информационного обеспечения, предназначенного для оперативной разработки и сравнительной оценки полезности проектных решений при формировании оптимальной организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления деталей машин на основе оценки технологичности машинокомплектов производственных подразделений. Представлены автоматизированные системы межцеховой технологической маршрутизации, регистрации и анализа информации о технологическом браке, оценки технологичности машинокомплектов производственных подразделений.

В заключении обсуждаются итоги работы и формулируются общие выводы по диссертации.

Автор выражает благодарность научным руководителям д.т.н., профессору Иноземцеву А. Н. и д.т.н., профессору Анцеву В. Ю. за научные консультации при подготовке диссертационной работы, сотрудникам кафедры «Автоматизированные станочные системы» Тульского государственного университета за помощь, поддержку, полезные замечания и предложения, высказанные в ходе обсуждения диссертационной работы, а также сотрудникам ЗАО «Тяжпромарматура» за помощь при практической реализации результатов исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

В работе решена актуальная задача управления технологичностью машинокомплекта производственного подразделения на основе установления рационального компромисса между напряженностью производственных заданий, характеризуемой составом и трудоемкостью машинокомплекта, и риском выпуска несоответствующей продукции.

Результаты проведенных теоретических исследований и их практическое использование позволяют сделать следующие основные выводы:

1. В результате структурно-функционального моделирования процесса формирования на машиностроительном предприятии рациональных производственных заданий (машинокомплектов) производственным подразделениям установлено, что квалиметрическая оценка технологических проектных решений при формировании машинокомплектов должна осуществляться на основе сочетания экспертных и аналитических методов поиска решений и использования лингвистического отношения предпочтения.

2. Установлено, что разработку технологических проектных решений по оптимизации использования производственных мощностей предприятия следует производить на основе экспертно-аналитического метода решения задачи межцеховой технологической маршрутизации и формирования машинокомплектов производственных подразделений, предусматривающего выбор предпочтительного варианта путем квалиметрической оценки технологачности машинокомплекта с использованием нечеткого отношения предпочтения на основе лингвистической переменной «Риск несоответствий», которая в режиме самообучения учитывает загрузку производственных подразделений, предысторию возникновения в них технологического брака и субъективные суждения разработчиков технологических проектных решений.

3. Показано, что рациональное решение задачи формирования машинокомплектов производственных подразделений следует осуществлять на основе разработанной системы логических условий и ограничений, учитывающих геометрическую форму (конфигурацию) предмета трудаспециализацию технологического оборудования производственных подразделенийобъем выпуска продукциивзаимосвязь габаритных размеров предмета труда с рабочим пространством технологического оборудованиявозможность обработки заготовки на станке исходя из максимальной массы заготовки, устанавливаемой на станкесоответствие класса точности металлорежущего станка параметрам точности изготавливаемого предмета трудавзаимосвязь параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей с предельным значением шероховатости, которое может быть достигнуто на рассматриваемом технологическом оборудовании.

4. Установлено, что квалиметрическую оценку технологичности машинокомплекта следует определять по ее важнейшей составляющейтрудоемкости изготовления машинокомплекта, которую на этапе конструкторско-технологической подготовки производства надлежит оценивать на основе разработанной конструкторско-технологической модели машинокомплекта, представляющую собой совокупность трехмерных моделей составляющих его предметов труда, специфицированных требованиями по качеству и точности поверхностей, назначенными на конструктивные элементы и элементарные поверхности предметов труда.

5. Показано, что трудоемкость изготовления предметов труда, составляющих машинокомплект производственного подразделения, следует определять методом регрессионного анализа, основанного на получении математических зависимостей трудоемкости изготовления от размеров конструктивно-технологических элементов предметов труда и параметров их шероховатости и квалитета точности, а первоначальное обучение регрессионной математической модели трудоемкости машинокомплекта целесообразно проводить на основе серии виртуальных экспериментов по моделированию механической обработки различных КТЭ и поверхностей предметов труда с определением требуемого времени обработки.

6. Установлено, квалиметрическую оценку технологичности машинокомплекта следует производить путем интеграции конструкторско-технологической модели машинокомплекта и математической модели расчета трудоемкости предмета труда, достигаемой на основе разработанной многоуровневой развернутой схемы квалиметрической оценки технологичности машинокомплекта.

7. Для оперативной разработки и сравнительной оценки полезности проектных решений при формировании рациональной организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления деталей машин на основе квалиметрической оценки технологичности машинокомплектов производственных подразделений разработаны автоматизированные системы межцеховой технологической маршрутизации, регистрации и анализа информации о технологическом браке, квалиметрической оценки технологичности машинокомплектов производственных подразделений.

8. Промышленная реализация результатов работы осуществлена в производственных условиях ЗАО «Тяжпромарматура» при изготовлении запорной арматуры для нефтеи газопроводов. В результате применения представленной процедуры разработки рациональной организационно-технологической структуры производственного процесса изготовления машин на основе управления технологичностью машинокомплектов подразделений предприятия по критерию трудоемкости доведен до 99,9% процент сдачи продукции с первого предъявления, на 47% снизился удельный вес потерь от брака в себестоимости, процент рекламаций на выпускаемую продукцию снизился до 0,1%.