Методы автоматизации технологической подготовки технического перевооружения производства Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 621.001.2:658.512.4

С. Г. СЕЛИВАНОВ, Ю. М. ИВАНОВ, В. В. НИКИТИН

МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Для обеспечения смены технологических укладов в статье разработаны автоматизированные методы технологической подготовки производства, обеспечивающие проектирование технического перевооружения машиностроительных предприятий. В публикации впервые установлены закономерности и зависимости для анализа загрузки производственных мощностей и многокритериальной оптимизации проектных технологических процессов. Инноватика; технологическая подготовка производства в машиностроении; автоматизация технологического проектирования; техническое перевооружение производства

ВВЕДЕНИЕ

В мировой практике экономического роста промышленно-развитых стран пропорции в тенденциях развития имеют в настоящее время высокие соотношения в пользу технологических сдвигов средствами инновационной экономики [1]:

- значимость научно-технического прогресса среди факторов, влияющих на рост реального национального дохода США, в первой половине ХХ в. колебалась в среднем на уровне 28%;

- в исследованиях, выполненных в США после II мировой войны отмечалось, что 43% прироста внутреннего валового продукта обеспечивают изобретательство, технический прогресс, образование и другие источники;

- в конце XX в. нобелевский лауреат Р. Солоу установил, что значение технологических сдвигов (87,5%) для экономического роста США существенно выше, чем капитала и труда (12,5%) .

Названные закономерности интенсивного экономического роста уже освоены многими быстро развивающимися странами: не только Японией, США, Г ерманией, но и Китаем, Кореей, Сингапуром, Тайванем, Мексикой. Они стремятся обеспечить свой экономический рост за счет быстрого развития пятого технологического уклада: производства телекоммуникационного оборудования, создания компьютерных технологий, выпуска оптических инструментов и приборов, электроэнергетического оборудования и приборов, современных автотранспортных средств, медицинской техники, интенсивного развития других наиболее динамично прогрессирующих рынков.

Наша страна в настоящее время начала осуществлять переход к становлению конкурентоспособной инновационной экономики, обеспечивающей высокие темпы роста промышленного производства на основе решения задач управления технологическими сдвигами путем технического (технологического) перевооружения производства. Например, в Послании Президента РФ Федеральному собранию РФ от 10 мая 2006 г. отмечено:

1) мы уже приступили к осуществлению конкретных шагов по изменению структуры нашей экономики (об этом ранее много говорили), приданию ей инновационного качества;

2) большая часть технологического оборудования, используемого сейчас российской промышленностью, отстает от передового уровня даже не на годы, а на десятилетия;

3) нам надо сделать серьезный шаг к стимулированию роста инвестиций в производственную инфраструктуру и в развитие инноваций;

4) Россия должна в полной мере реализовать себя в таких высокотехнологичных сферах как современная энергетика, коммуникации, космос, авиастроение, должна стать крупным экспортером интеллектуальных услуг;

5) необходимо создать условия для ускоренного технологического обновления.

Важнейшими условиями ускоренного технологического обновления отраслей промышленности наряду с созданием техники новых поколений, разработкой высоких и критических технологий, подготовкой инвестиционных и инновационных проектов технологического перевооружения производства является создание автоматизированных систем технологической подготовки технического перевооружения производства.

1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ

ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Структура ориентированной на технологическую подготовку производственных мощностей автоматизированной системы технологической подготовки технического перевооружения производства представлена [1] на рис. 1. Входными потоками в рассматриваемой системе управления технологическим перевооружением производства являются не только организационно-распорядительная документация о постановке новых изделий на производство, но и документация технических проектов новых изделий, которые относятся либо к высокой технологии их использования, либо к критической технологии их применения по назначению, если речь идет о продукции нового поколения.

Каждая из названных на рис. 1 функций может быть представлена блок-схемами задач и процедур. Результаты такого системотехнического проектирования позволяют разрабатывать методы решения проектно-технологических задач, которые обеспечиваются средствами математического моделирования и оптимизации проектно-технологических решений и разработки проектной документации на ЭВМ. В связи с их большим разнообразием в данной публикации мы рассмотрим не все методы автоматизации, а только главные из них - те, которые обеспечивают организацию и управление инвестиционными и инновационными проектами и разработку техно-

логических процессов, которые являются основой для технологической части проектов технического перевооружения производства.

МД41.0.

"[Спепияльня я

пытная партия , ^3.0.00. Подсистема технологической

Функции управления производством:

1.0.00 Административные функции

2.0.00 Конструкторская подготовка производства

3.0.00 Технологическая подготовка производства

Рис. 1. Блок-схема функций системы технологической подготовки технического перевооружения производства

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ

Управление разработкой инновационного проекта обычно предусматривает его планирование, определение стоимости, ресурсов и бюджета, оценку качества, разработку системы информационного обеспечения в обеспечение продвижения разработок к намеченной цели.

В условиях осуществления хозяйственного способа проведения таких работ силами предприятия важно знать сроки выполнения работ по реконструкции или техническому перевооружению цехов или участков в обеспечение технологической готовности производственных мощностей предприятия к выпуску новой продукции. Рассредоточенные во времени точки перехода производственного подразделения из зоны резерва в зону дефицита производственных мощностей можно рассчитать в численном виде для определения сроков (tmln, tmax) проведения реконструкции или технического перевооружения с помощью схемы (рис. 2) следующим образом.

dt

(1)

Условные обозначения О - отчетные данные по объемам производства;

+ - расчетные данные по объемам производства на перспективу.

Рис. 2. Изменение соотношений объемов производства изделий и проектной производственной мощности

На основании приведенного графика можно определить tmin и tmax следующим образом:

t mln t ок

k j v(t)dt = j М пр.

V (tmax) = Smax F, (2)

где tmin - наиболее ранний срок технического перевооружения (реконструкции);

tmax - наиболее поздний срок технического перевооружения (реконструкции);

tok - расчетный срок окупаемости капиталовложений, определенный в акте ввода дополнительных производственных мощностей в момент tb

t1 - срок предшествующей реконструкции, расширения или строительства цеха (создания участка);

V(t) - функция изменения объёмов выпуска продукции во времени;

k - коэффициент изменения приведенных затрат с момента ti;

Мпр - проектная производственная мощность (пропускная способность);

Smax - максимально возможное число единиц оборудования в цехе

или на производственном участке;

F - годовой действительный (эффективный) фонд времени работы единицы оборудования.

Для решения этих уравнений, т. е. определения сроков реконструкции и (или) технического перевооружения использовалась известная математическая система MA TLAB. Новым в ее использовании стало применение математического пакета MATLAB для решения задач технического перевооружения предприятий, в данном случае для определения сроков реконструкции и технического перевооружения.

При построении математических моделей (1, 2) функции изменения объемов производства V(t) для оценки достоверности расчетов программа рассчитывает критерий согласия Пирсона для всех степеней полиномов.

Далее при помощи встроенных функций MATLAB (polyfit, polyval, roots) определяются сроки реконструкции и технического перевооружения цехов и участков машиностроительного производства. Программа расчета сроков реконструкции позволяет переводить полученные данные в календарные дни.

На рис. 3 показан пример работы программы расчета сроков реконструкции и технического перевооружения машиностроительного предприятия.

Рис. 3. Пример расчета сроков технического перевооружения

Зная данные о сроках технического перевооружения, которые по результатам приведенных выше расчетов отражаются в календарных план -графиках выполнения работ, можно заблаговременно приступать к разработке проектов технического перевооружения, центральной частью которых является разработка проектных технологических процессов.

3. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Проектные (перспективные, директивные, высокие, критические технологии) технологические процессы позволяют обеспечить постановку на производство новой конкурентоспособной техники (продукции, изделий). Комплект проектной технологической документации, перспективные и директивные технологические процессы (рис. 4) позволяют ответить на необходимые для технологического проектирования вопросы: определения трудоемкости, стан-коемкости и ремонтоемкости производства; расчетов количества единиц оборудования, площадей, числа работающих; выполнения чертежей технологических компоновок и планировок оборудования и т. д.

Из приведенной схемы (рис. 4) видно, что центральными задачами системотехнического проектирования в данном случае являются проблемы математического моделирования и оптимизации проектных (перспективных, директивных) технологических процессов. Для решения этих задач можно воспользоваться различными методами: теории графов, теории игр и теории статистических решений, средствами искусственного интеллекта [2] и другими методами, которые, как правило, не ориентированы на многокритериальную совместную оптимизацию проектно-технологических решений как по критериям максимальной экономической эффективности, так и максимумов показателей технического уровня.

В целях использования рассмотренных методов многокритериальной оптимизации для анализа высоких технологий (технологических процессов) распределим их по уровням технологии (рис. 5)

Рис. 4. Информационно-функциональная схема проектирования технологических процессов

По уровню технологии

Промежуточная

технология

Высокая технология I —

Критическая

технология

Непаспортизиро-

ванная

Паспортизирован-

ная

Рис. 5. Уровни технологических процессов

Показатели, которые чаще всего используют для выбора высоких технологий в проектном деле для технического перевооружения производства, рассматриваются в табл. 1, 2.

Таблица 1

Обозначения показателей технического уровня технологии

показатели | обозначение | Критерий

І.Уровень качества изделия (детали)

обеспечиваемый ква-литет точности Кт тіп

обеспечиваемая шероховатость Яа тіп

технологическое обеспечение надежности изделия Ми тах

2.Технический уровень используемого оборудования

коэффициент загрузки оборудования Кз тах

коэффициент сменности Ксм тах

уровень производительности оборудования Пт тах

коэффициент технического использования Лта тах

З.Уровень технологического процесса

производственная мощность М^ПТ тах

уровень автоматизации Кавт тах

коэффициент использования материала Ким тах

штучное время Т 1 шт тіп

затраты С '-'тп тіп

разряд работ Р тіп

Таблица 2

Распределения оценки относительной важности требований по технологическим процессам (тех-

нологиям)

промежу- точная непаспор- тизирован- ная паспорти- зированная критиче- ская

типовой ТП групповой ТП перспективный ТП (проектный) директивный ТП

С '-'■т і С™ і Ми і Яа і

Т шт 2 Тшт 2 Яа 2 Кт і

Ким 3 Ким 3 Кт 3 Ми і

Р 4 Р 4 Стп 5 Р 5

Кзагр 5 Кзагр 5 Тшт 7 Ким 5

Пт 5 Пт 5 Ким 8 Т 1 шт 5

Ксм 5 Ксм 5 Кзагр 8 С тп 5

Лти 5 Пти 5 Пт 8 Кзагр 7

Кавт 5 Кавт 5 Ксм 8 Ксм 7

Яа 9 Яа 7 Ц-ти 8 Пт 7

Кт 9 Кт 7 Кавт 8 Кавт 7

№ 9 Ми 7 Р 9 Ц-ти 7

показатели важность показателя показатели важность показателя показатели важность показателя показатели важность показателя

С помощью программного обеспечения в среде МсЛ-1аЬ 6.5, были составлены матрицы сравнения для всех анализируемых разновидностей технологических процессов и определены весовые коэффициенты для каждого показателя технического уровня технологического процесса табл. 3.

Таблица 3 Весовые коэффициенты по видам

технологических процессов_________

типовой ТП групповой ТП проектный ТП дирек- тивный ТП показа- тель

0.2530 0.2623 0.2832 0.2059 Стп

0.і867 0.і809 0.і983 0.2059 Тшт

0.і345 0.і809 0.і35і 0.2059 Ким

0.0942 0.іі70 0.0867 0.іі03 Р

0.0594 0.0709 0.0480 0.0534 Кзагр

0.0594 0.0432 0.0678 0.0534 Пт

0.0594 0.0257 0.0480 0.0534 Ксм

0.0594 0.0257 0.0480 0.0224 Щти

0.0594 0.0257 0.0480 0.0224 Кавт

0.0іі5 0.0257 0.0іі5 0.0224 Яа

0.0іі5 0.0257 0.0іі5 0.0224 Кт

0.0іі5 0.0і64 0.0іі5 0.0224 Ми

В качестве примера многокритериальной оптимизации технологического процесса в данной публикации рассмотрены технологические процессы изготовления деталей типа «фланец» с помощью разработанного в среде МаНаЪ 6.5 программного обеспечения и сетевых математических моделей (рис. 6).

- вариант выполнения технологической

операции;

__________- возможная последовательность выполнения технологических операций (маршрутный технологический процесс)

Рис. 6. Пример многовариантного сетевого технологического графа

По полученным результатам кроме многокритериальной оптимизации проектного технологического процесса выявлен также ряд зависимостей (рис. 7) между различными показателями технологических процессов, которые учитывают показатели их технического уровня. Эти взаимосвязи позволили определить Парето-оптимальные технологические процессы для проекта технического перевооружения механического цеха.

штучное время

штучное время

себестоимость

сме н ности

штучное время

1.2 * 1

§ 0.8

г 0.6

I 0.4

0.2 0

0.3 0.4 0.5

себестоимость

себестоимость

штуч ное время

прои зводитель ность

Рис. 7. Эмпирические взаимосвязи и изменения основных технико-экономических показателей технологических процессов, учитывающие технический уровень технологий

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Селиванов, С. Г. Технологическая инноватика /

С. Г. Селиванов. М. : Наука, 2004. 283 с.

2. Селиванов, С. Г. Теоретические основы реконструкции машиностроительного производства / С. Г. Селиванов, М. В. Иванова. Уфа : Гилем, 2001. 310 с.