CC BY
4
Key words: small spacecraft, serial robotic production of small spacecraft, cyber-physical production system, conceptual model of a digital mass production plant, digitalization ofproduction processes, intelligent production cell, digital twin of the production system.
Tkachenko Ivan Sergeevich, candidate of technical sciences, deputy rector, director of the institute, [email protected], Russia, Samara, Samara, Samara, Samara National Research University named after S.P. Korolev,
Antipov Dmitry Vyacheslavovich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, an-tipov.dv@ssau. ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after S.P. Korolev
УДК 004.942
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-8-337-338
РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К МОДУЛЬНОМУ ПРОГРАММНОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПО НОРМИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ
Д.А. Горохова, Е.К. Савич, Г.И. Рыжов
В статье рассмотрены требования к модульному программному обеспечению по нормированию технологических операций. Данное ПО позволят повысить производительность процессов нормирования труда, а так же снизить требования к компетентности персонала, выполняющего функции по нормированию и расчету норм времени, норм выработки и норм численности.
Ключевые слова: программное обеспечение, нормирование труда, цифровой завод, технологическая операция.
Модульное программное обеспечение (ПО) представляет собой аналитическую систему расчета времени работ на основании замеров, и их регистрации полученных в ходе наблюдений за работой сотрудника. Цель - расчет норм времени на выполнение операции или изготовления детали.
Сфера применения: применяется технологом, специалистом по нормированию в организации, специалистом по оптимизации, производственными мастерами.
ПО позволяет вести запись рабочего времени на выполнение операций/работы, проводить градацию по видам работ с присвоением отрезков времени на их выполнение и выдавать рассчитанные данные в виде таблиц, графиков и диаграмм для анализа потерь рабочего времени и расчета штучного времени на выполнение операции или изготовление детали.
С помощью разработанного ПО по нормированию можно нормировать технологические и вспомогательные операции. При этом трудоемкость нормирования сокращена в разы.
Основные задачи по разработки ПО представлены в таблице 1.
Таблица 1
Задачи и мероприятия по разработке модульного программного обеспечения_
Задачи Мероприятия
1. Разработка структуры модульного программного обеспечения (ПО) по нормированию труда, включающего элементарное планирование технологических операций Определение функционала ПО; Разработка форм для интерфейса; Разработка ТЗ на программирование.
2. Программирование и разработка модульного программного обеспечения по нормированию труда, включающего элементарное планирование технологических операций Разработка и тестирование ПО.
3. Апробация модульного ПО. Сбор статистики. Нормирование технологических операций с помощью ПО; Расчет норм времени; Расчет норм выработки; Расчет норм численности; Выявление несоответствий и недостатков; Устранение несоответствий и недостатков; Формирование базы норм.
4. Интегрирование ПО в информационную систему.
Ожидаемые результаты:
структура модульного программного обеспечения по нормированию труда, включающего элементарное планирование технологических операций;
модульное программное обеспечение по нормированию труда, включающего элементарное планирование технологических операций;
статистические данные по нормированию труда Основные требования:
структура модульного программного обеспечения по нормированию труда должна содержать перечень функционала программного обеспечения; формы интерфейса и техническое задание на разработку программного обеспечения;
модульное программное обеспечение по нормированию труда должно содержать базу (классификатор) элементов технологической операции и нормы времени;
статистические данные по нормированию труда должны включать результаты расчета норм времени, норм выработки, норм численности, а также данные по несоответствиям и недостаткам.
Функциональные возможности
- Внесение информационных данных о производственной операции, модели, наименовании узла, материале, оборудовании, цехе, участке
- Внесение данных об операторе, стаже работы
- Занесение данных количества рабочего времени. (Общего времени смены, время приема пищи, регламентированные перерывы)
- Выбор разделов программы: фотография рабочего времени, нормирование, самофотография рабочего
времени.
- Регистрация наименование операции/трудовых элементов
- Измерение длительности действий
- Занесение в программу количества времени (мин./сек.) на выполнение операции
- Выбор установленных индексов для обозначения отрезков работ
- Описание отрезков времени
Возможности программы.
- Отображение результатов расчета итогов фотографии рабочего времени
- Отображение результатов расчета итогов нормирование операции
- Отображение результатов расчета итогов самофотографии рабочего времени
- Отображение данных об операции, деталей, узлы, дате проведении.
- Отображение количество циклов измерений
- Автоматический расчет времени индексов
- Расчет среднего времени на все виды работ (циклическая, периодическая, вспомогательная)
- Градация и суммирование различных видов работ
- Построение графиков и диаграмм с визуальным предоставлением структуры рабочего времени потерь и рабочего времени.
- Построение итоговой таблицы отчета с основными показателями рабочего времени и выводе штучного времени, времени цикла
- Возможность внесение комментариев и приложений по итогам замеров
- Расчет коэффициентов рабочего времени и возможности увеличении производительности.
ПО позволяет записывать видео выполнения операции с временной шкалой, на которой ставятся отметки, характеризующие отдельные элементы (трудовые приемы). Также возможно заполнение листа хронометражных наблюдений, в котором технологические операции разбиты на элементы. В зависимости от технологической операции ПО определяет: необходимое количество повторений. В результате хронометража формируется технико-нормировочная карта с элементами операции и классификацией временных затрат (основное время, вспомогательное время, перекрываемое время и т.д.) и нормой времени Тштучное.
ПО формирует базы норм для выполнения технологических операций и отдельных рабочих процессов ИТР. База норм технологических операций содержит Тштучное, а также отдельные виды временных затрат (основное, вспомогательное время, время обслуживания и т.д.), которое является составляющим Тштучное
ПО позволяет формировать калькулятор численности для расчета потребности рабочих при выполнении технологических операций и расчета потребности ИТР при выполнении их рабочих процессов.
Хронометраж учитывает особенности выполнения операции (условия труда, позы рабочего, вес деталей и
т.д.).
Макет интерфейса ПО с главным меню приведен в таблице 2.
Интерфейс ПО с главным меню
Таблица 2
Комментарий
Кнопки открывают страницу, на которой производятся расчеты, соответствующие названию
Интерфейс расчета норм времени тех. операций и внесение данных приведен в таблице 3.
Создается база (классификатор) элементов технологической операции. Для элементов разрабатываются нормы времени. Интерфейс ПО позволяет разбивать технологическую операцию на элементы. Для технологической операции на основании элементов рассчитывается норма времени, в результате формируется технико-нормировочная карта с перечнем элементов и норм времени. Интерфейс программы позволяет создать упрощенную технологическую планировку рабочего места, на которую наносятся предметы и средства труда, обозначаются перемещения работника.
Интерфейс анализа технологических операций приведен в таблице 4.
Интерфейс расчета норм времени тех. операций
Таблица 3
Визуализация
Комментарий
Кнопка «Новый расчет» инициирует открытие ниже на листе заполнения формы «Данные о предприятии» и «Данные»
Меню выбора позволяет открыть один из предыдущих расчетов
Текстовые поля заполняются 1 раз при первом запуске программы, и подгружаются для каждого следующего расчета
Текстовые поля заполняются для каждого расчета.
Внизу кнопка, позволяющая загрузить фото По левому краю полоса прокрутки листа Кнопка «ОК» завершает заполнение формы, проверка на заполнение всех текстовых полей формы
Интерфейс анализа технологических операций
Таблица 4
Визуализация
Комментарий
«Анализ циклических элементов» - заполняется таблица с данными
«Анализ периодической работы» - заполняется таблица с данными
Сотрудник самостоятельно заполняет данные в таблицах
Кнопка «Сформировать ЛХН» - формирует форму листа хронометража.
Данные, заполненные сотрудником переносятся в форму, согласно приложению Excel. И в форму на листе ниже.
Кнопка «Сформировать ЛХН» - формирует форму листа хронометража (на картинке) В таблице перечислены все занесенные операции. Кнопка «Точка отсчета» запускает секундомер (фиксирует время начала замеров) для проведения замеров длительности операции» Повторное нажатие на кнопку «Точка отсчета» переводит замер на следующую операцию из таблицы. Замеры проводятся по всем операциям, затем запускается второй круг с первой операции (зафиксировать начало 2 круга) Над кнопкой «Точка отсчета» - счетчик кругов. Кнопка «Окончание замера» завершает замер, останавливает секундомер, фиксирует время окончание замеров.
Кнопка «Отчет в EXCEL» отправляет на указанную электронную почту заполненный ЛХН.
В таблице автоматически заполняется номер операции;
В таблице рассчитывается программой Время операции
Алгоритм проверяет устойчивость хроноряда для каждой операции по всем произведенным замерам:
Оператор в третьей колонке из списка выбирает необходимый коэффициент: То - основное время технологической операции (ТО);
Твн - вспомогательное неперекрываемое время
Визуализация
Комментарий ТО;
Тобн - время обслуживания неперекрываемое;
Тотл - время на отдых и личные надобности._
В таблице «Расчет нормы времени на орг. Обслуживание» производится расчет с учетом измеренных данных
Пользователь из списков выбирает исходную рабочую позу, положение исполнителя, вес.
Кнопка «Сформировать ТНК» формирует технико-нормировочную карты и отправляет файл Excel на указанную почту
Кнопка «Сформировать акт проверки и пересмотра норм» формирует акт и отправляет файл Excel на указанную почту Документы формируются в формы.
Архитектура программного обеспечения - это структура и организация компонентов программного обеспечения, которая определяет его основные характеристики, взаимодействие между компонентами и правила их взаимодействия.
Архитектура программного обеспечения играет ключевую роль в обеспечении качества программного продукта и его эффективной разработке. Она помогает разработчикам организовать код, определить структуру и компоненты приложения, управлять его сложностью и сделать его легко понятным и поддерживаемым.
Разрабатываемый модуль является частью системы «Цифровой завод». Его основной задачей является возможность ведения справочников и таблиц для в нормирования труда и создания технологических операций. Взаимодействие модуля «Нормирование труда» с другими модулями цифрового завода представлена на рисунке 1.
Администратор
Веб-клиент модуля «Нормирование труда»
Rest API
Микросервис «Нормированиетруда»
Веб-сервер
-Rest API-----
Микросервис «Расчет эффективности оборудования»
Микросервис «Цифровые двойники и телеметрия»
Микросервис «Имитационное моделирование производственных процессов»
Рис. 3. Схема взаимодействия модуля «Нормирование труда» с другими модулями цифрового завода
Архитектура системы предоставляет возможность добиться расширяемости и масштабируемости. Когда пользователь получает доступ к модулю «Нормирование труда» через систему авторизации «Цифровой завод», он может использовать каждый из подмодулей для выполнения соответствующих задач.
340
а г =г
I
•е.
к
г
£ а
о
I
ж в
г
и
Идентификатор квалификации
Идентификатор родительской квалификации РК
Название
Описание
111И11111И11111И11111111П
» -
Больничный
Технологический перерыв
Идентификатор перерыва
Время начала Время окончания Идентификатор расписания (РК)
Идентификатор сотрудника
Идентификатор типа (РК) Идентификатор квалификации (РК) | Фамилия
Имя
Отчество Дата рождения Электронная почта Телефон
Оборудование
Идентификатор оборудования
Название Описание
Идентификатор типа оборудования (РК)
Идентификатор больничного 1 1 -МП 1 1
Дата начала Дата окончания Идентификатор сотрудника (РК)
Отпуск 1
Идентификатор отпуска 1
Дата начала Дата окончания Идентификатор сотрудника (РК) »-------
Расписание работы сотрудника
Идентификатор расписания ► J
Дата и время начала работы Дата и время окончания работы Идентификатор сотрудника (РК)
Тип оборудования
I
Тип сотрудника
Идентификатор типа
Название Описание
4
Допуск к оборудованию
Идентификатор допуска
Идентификатор типа оборудования (РК) Идентификатор сотрудника (РК)'
Идентификатор операции
Название
Описание Время выполнения Предельный возраст сотрудника Количество сотрудников Идентификатор оборудования (РК) Тип операции
Идентификатор группы операци (РК) Последовательность выполнения
7
Операции производственной цепочки
Идентификатор
Идентификатор операции (РК) Идентификатор цепочки (РК) Предыдущая операция РК Последующая операция РК Количество затрачиваемых руеурсов Идентификатор ресурса (РК)
ж '"
I
Производственная цепочка
I---
Тип шаблона расписания
Идентификатор типа шаблона расписания
Название Описание
Расписание обслуживания оборудования Идентификатор расписания
Дата начала Дата окончания
Идентификатор оборудования (РК)
Шаблонное расписание
Ресурс
Идентификатор шаблонного расписания
Время начала работы
Время окончания работы
Идентификатор дня (РК)
Идентификатор типа шаблона расписания (РК)
[
Шаблонный перерыв
Идентификатор ресурса
Название
Количество доступных Идентификатор типа ресурса (РК)
Тип ресурса
Справочник дней недели
Иде нтифика т ор дня
Название Тип дня
Идентификатор перерыва
Название Описание
Продолжительность перерыва Идентификатор шаблонного расписания (РК)
Идентификатор типа ресурса
Название Описание
Идентификатор цепочки
Название Описание
Взаимозаменяемые опреации
Идентификатор первой операции РК Идентификатор второй операции (РК)
Группа операций
Идентификатор группы операци
Название
Описание
5!
Ь
а 3
I
I
5
г-|
и
в-
I
Рис. 3. Физическая модель данных модуля «Нормирование труда»
На рисунке 2 представлена физическая модель базы данных модуля «Нормирование труда». Построение физической модели базы данных производилось на основе логической модели, представленной на рисунке 3. В таблице 5 приведено описание соответствия сущностей логической модели и таблиц физической модели данных.
Особенностью архитектуры системы является ее способность принимать новые подмодули без необходимости крупной переработки программного кода. Это означает, что при добавлении нового подмодуля в систему, не требуется значительных изменений в существующем коде, что повышает гибкость и эффективность разработки и поддержки системы.
Такая гибкая архитектура позволяет быстро и эффективно реагировать на изменения в требованиях или добавлении нового функционала.
Серверная часть ПО «Нормирования труда» должна состоять из подмодуля работы с сотрудниками, подмодуля работы с технологическими операциями, веб-сервера и базы данных.
Подмодуль работы с сотрудниками предназначен для ведения учета запланированного и фактически отработанного времени для сотрудников, составления шаблонов рабочего времени.
Подмодуль работы с технологическими операциями предназначен для составления последовательности операций в технологические цепочки. Данные из обоих подмодулей используются в модуле «Имитационного моделирования производственных процессов» и модуле «Расчета эффективности использования оборудования».
Данные о доступном оборудовании модуль «Нормирования труда» получает от модуля «Цифровых двойников и телеметрии». Все взаимодействия с модулями осуществляются через Rest API.
Клиентская часть должна представлять собой веб приложение, написанное с использованием фреймворка Angular. Основная задача клиентской части ведение всех таблиц, необходимых для нормирования труда.
Логическая модель данных - это представление данных, основанное на конкретных требованиях и бизнес-правилах. Она описывает структуру данных, связи между ними и ограничения, которые определяют их взаимодействие. Логическая модель данных позволяет разработчикам и аналитикам лучше понять информационные потребности организации и структурировать данные для эффективного хранения и обработки.
Логическая модель данных помогает разработчикам определить, какие данные необходимо сохранить и как они должны быть структурированы для поддержки бизнес-процессов организации. Она также помогает идентифицировать связи между данными и определить характеристики каждого элемента данных.
Логическая модель базы данных модуля «Нормирование труда» представлена на рисунке 6.13.
Для хранения типа операции было решено не заводить отдельную таблицу, а хранить их возможные значения в enum классе. Всего система поддерживает три типа операций - ручные, атомарные и групповые.
Физическая модель базы данных - это описание структуры и организации данных в базе данных с точки зрения физических характеристик, таких как типы данных, ограничения на значения, индексы, ключи, отношения между таблицами и т.д.
Таблица 5
Соответствие сущностей логической и физической моделей_
Сущность Таблица
Квалификация сотрудника qualification
Больничный sick leave
Отпуск vacation
Расписание работы сотрудника employee timetable
Технологический перерыв employee break at work
Сотрудник employee
Тип сотрудника employee type
Тип шаблона расписания timetable template type
Шаблонное расписание template type
Справочник дней недели day of week
Шаблонный перерыв template break at work
Допуск к оборудованию equipment access
Оборудование equipment
Тип оборудования equipment type
Расписание обслуживания оборудования equipment service
Ресурс resource
Тип ресурса resource type
Операция operation
Операции производственной цепочки operation of chain
Производственная цепочка production chain
Взаимозаменяемые операции interchangeable operations
Группа операций group_of_operaton
Физическая модель базы данных может быть представлена в виде диаграммы сущность-связь, которая показывает таблицы и их связи, а также атрибуты каждой таблицы.
Список литературы
1.ГОСТ Р ИСО 9001-2015. Системы менеджмента качества. Требования. М.: Стандартинформ, 2015. 32 с.
2.IATF 16949:2016 Фундаментальные требования к системе менеджмента качества для производств автомобильной промышленности и организаций, производящих соответствующие сервисные части. Automotive Industry Action Group, 2016. 60 с.
Горохова Дарья Сергеевна, преподаватель, [email protected], Россия, Тольятти, Тольяттинский государственный университет,
Савич Екатерина Константиновна, канд. техн. наук, доцент, savich. ek@ssau. ru, Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет им. ак. С.П. Королёва,
Рыжов Георгий Игоревич, старший лаборант, ryzhov.gi@ssau. ru, Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет им. ак. С.П. Королёва
DEVELOPMENT OF REQUIREMENTS FOR MODULAR SOFTWARE FOR STANDARDIZATION OF TECHNOLOGICAL
OPERATIONS
D.A. Gorokhova, E.K. Savich, G.I. Ryzhov
The article discusses the requirements for modular software for the normalization of technological operations. This software allows you to increase the productivity of labor rationing processes, as well as reduce the requirements for the competence of personnel performing the functions of rationing and calculating time standards, production standards and number standards.
Key words: software, labor rationing, digital plant, technological operation.
Gorokhova Darya Sergeevna, teacher, gorokhovada@yandex. ru, Russia, Tolyatti, Tolyatti State University,
Savich Ekaterina Konstantinovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Samara National Research University named after S.P. Korolev,
Ryzhov George Igorevich, senior laboratory, ryzhov. gi@ssau. ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after ak. S.P. Korolev
УДК 004.021
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-8-344-345
СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ТРАЕКТОРИЙ ПОЛНОГО ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ КЛЕТОЧНУЮ ДЕКОМПОЗИЦИЮ
А.Р. Егоров
В данной статье анализируются и сравниваются основные методы построения траекторий движения мобильных агентов для полного покрытия поверхности, использующих клеточную декомпозицию. Алгоритмы этих методов сравниваются для нахождения наиболее эффективного по таким критериям качества, как отношение площади покрытой области к общей площади поверхности, длина полученной траектории, количество поворотов. В статье рассмотрены метод волнового фронта, спиральный метод, основанный на построении минимального остовного дерева, биологически вдохновлённый нейросетевой метод. Выделены преимущества и недостатки каждого из рассмотренных методов и предложен анализ методов с другими типами декомпозиции.
Ключевые слова: построение траектории, полное покрытие, мобильные агенты, декомпозиция, эффективность методов.
Задача разработки траекторий движения агентов на плоскости для полного покрытия поверхности заключается в нахождении пути, при движении по которому робот или другой агент будет покрывать своей рабочей поверхностью все точки целевого пространства.
Алгоритмы разработки таких траекторий имеют большое разнообразие в применении их в разных отраслях робототехники. В качестве примеров областей, в которых применяются методы нахождения траекторий для полного покрытия поверхности, могут выступать роботы-пылесосы и другие роботы для уборки помещений, автоматические газонокосилки, роботы-сапёры для исследования и разминирования территории, сельскохозяйственные комбайны с автоматическим управлением для обработки и уборки полей, беспилотные летающие аппараты для исследования территорий, а также для обработки сельскохозяйственных культур, подводные автоматические аппараты для исследования дна и других подводных объектов и явлений, принтеры трёхмерной печати при создании плоских и объёмных неполых фигур, состоящих из последовательных слоёв, и др.
Для решения задачи оптимизации различных расходов при движении автоматически управляемых наземных мобильных агентов с целью полного покрытия поверхности необходимо найти или разработать алгоритм построения траекторий для различных вариантов сред, который будет наиболее эффективным по следующим критериям качества: отношение площади покрытой области к общей площади поверхности (в наиболее сложных средах эти значения могут сильно отличаться, если присутствуют участки поверхности, до которых мобильный агент физически неспособен добраться); длина полученной траектории; количество поворотов (считается, что во время поворота мобильный агент снижает свою скорость, там самым увеличивая общее время покрытия). Задача ставится в условиях постоянных обширных естественных наземных сред, которые могут иметь препятствия различной формы внутри покрываемых областей. Мобильные агенты имеют ограничения на скорость движения, скорость покрытия, максимальную ширину покрывающего инструмента, а также на минимальный радиус разворота.
В научной литературе [1, 2, 3] представлены различные методы, связанные с задачей разработки траекторий движения агентов для полного покрытия поверхности. Большинство из них состоит из трёх основных этапов: декомпозиции охватываемой области, определении очерёдности покрытия подрайонов, определении траектории заполнения каждой из ячеек.
Декомпозиция целевой области заключается в её разбиении на более простые подобласти для их последовательного покрытия агентом. Методы разработки траекторий для полного покрытия поверхности используют разные подходы к декомпозиции охватываемой поверхности, часть из которых можно выделить в отдельную группу -клеточную декомпозицию. При такой декомпозиции целевая область разбивается на сетку из простых фигур, чаще всего квадратов. Нередко размер квадратов совпадает с размером рабочей поверхности робота, который покрывает данную область. Такое решение позволяет упросить этап определения траектории заполнения каждой из ячеек, так как если агент прошёл через центр квадрата, то считается, что он покрыл всю ячейку.
344
