Снижение себестоимости изделий на основе использования инновационнотехнологической оптимизации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 658.783

Л.А. Васин, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, (4872) 33-25-00, (Россия, Тула, ТулГУ);

С.В. Городничев, канд. техн. наук, доцент, (4872) 26-02-45, gorodnichev [email protected], (Россия, Тула, ВЗФЭИ)

СНИЖЕНИЕ СЕБЕСТОИМОСТИ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИННОВАЦИОННОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

Предложенный подход позволяет минимизировать трудоемкость этапа внедрения технологической операции и в результате снизить транзакционные издержки на основе использования инновационно-технологической оптимизации.

Ключевые слова: портфель заказов, система оперативного планирования, размер партии, операционная трудоемкость, нормативная трудоемкость.

В настоящее время большинство предприятий работают по заказам, сроки исполнения которых определены контрактом. Процесс выполнения заказа начинается с разработки технологических процессов, которые в дальнейшем проходят этап внедрения в производство. Трудоемкость процесса внедрения весьма велика. В частности, при внедрении операций технологического процесса часто проблемой является низкая виброустойчивость. Уровень вибрации настолько высок, что обеспечить требуемое качество обработки поверхности невозможно. Поэтому приходится решать эту проблему непосредственно, пробуя различные варианты реализации процесса непосредственно на станке. Это приводит к большим транзакционным издержкам. В связи с этим рассмотрим решение проблемы виброустойчивости на примере токарной операции с использованием инновационно-технологической оптимизации.

Оптимизация процесса точения должна строиться с учетом системного критерия, представляемого производительностью обработки; экономического, определяемого себестоимостью изготовления, и технического, связанного с его виброустойчивостью.

Следует отметить, что виброустойчивость токарной обработки обеспечивается на основе установления по размерам блестящих колец Уайтекера диапазона скоростей резания, соответствующих

безвибрационному процессу точения и использующихся в дальнейшем в качестве одного из ограничений технического плана. В связи с этим из трех критериев оптимизации остаются только два, а именно: производительность и себестоимость обработки, которые определяются через параметры режима резания:

п

(2)

где 1СМ — потери времени на смену или переточку инструмента; ¿хол — потери времени на установку и снятие детали, а также подвод и отвод инструмента; Е — себестоимость одной минуты работы станка; ЖТ — себестоимость инструмента за период его стойкости Т; П — площадь обрабатываемой поверхности детали; V — скорость резания; £ — подача.

При этом в зависимости (2) себестоимость С охватывает стоимость операционных затрат на единицу площади обработанной поверхности, а в выражении (1) производительность Q оборудования определяется площадью поверхности, обработанной в единицу времени, с учетом основных потерь времени. Наличие двух конкурирующих критериев затрудняет математическую постановку задачи оптимизации режимов резания, так как часто безусловный минимум одного критерия (например себестоимости) не соответствует максимуму другого

(производительности). Вместе с тем в соответствии с данными работы за рубежом эффективность функционирования токарных станков устанавливается на основе отношения производительности оборудования к затратам на его эксплуатацию. Учитывая вышеизложенное, для нахождения компромиссного решения воспользуемся не одной, а двумя целевыми функциями вида:

ос = Е-

ЖТ

-------1-------

Т ЕТ

1 +

уят

->тт

(3)

т

ход

П

Т

1 + -

Т

п

1+-

->тах

(4)

Т ЕТ

К этим целевым функциям необходимо присоединить ограничения, которые будут отражать основные требования к технико-экономическим показателям процесса.

К первому из ограничений следует отнести требование по себестоимости:

С„_ = 0

П

Т ЕТ

(5)

Второе и третье ограничения связаны с производительностью, а именно:

Qnped = max

1 + ^ +

T

WT

Et

\

П

Г т , т Wr C

х | 1 | см | Т заг х {k t Et t 1 шт 0 Et0 t0 J

1 t0 T ET

(6)

ЫП

4015 • 60 ( k3 max - кзф )‘

Если известна функция брака — зависимость последнего от параметров процесса резания, то следует добавить еще одно ограничение:

B < B

пред

(7)

Технические ограничения на величину подачи связаны с жесткостью обрабатываемой детали, жесткостью режущего инструмента, прочностью державки резца и режущей пластины, прочностью механизма подачи станка, а также качеством обработанной поверхности. Поэтому исходя из вышеуказанных ограничений, устанавливаются пределы изменения подачи:

(8)

Выбираемый диапазон подач учитывает возможность получения требуемой шероховатости и точности обработанных поверхностей.

Диапазон скоростей резания, обеспечивающих безвибрационный режим точения, устанавливается по размерам блестящих колец Уайтекера, которые образуются на торце образца, изготовленного из соответствующего материала, после его протачивания с подачами Smin; Scp.

И Smax.

Здесь

Sep. = (Smin+ Smax) / 2.

При этом глубина резания принимается с учетом условий реализации конкретной технологической операции. После измерения размеров блестящих колец на торце образца вычисляются минимальная и максимальная скорости резания по формулам:

V_;_ =

TiD-n

^Dmax П

1000 ’ 1000 ■

Тогда ограничение по скорости резания, обеспечивающей безвибрационный режим точения, запишется в следующем виде:

V < V < V

min max

(9)

Dm

Здесь Утш и Утах установлены экспериментально по размерам и блестящих колец Уайтекера. При этом остальные параметры,

входящие в принятые целевые функции, будем считать заданными для конкретного вида инструмента, станка, детали. Следует отметить, что и принятые целевые функции, и ограничения не учитывают в явном виде механические свойства обрабатываемого материала, а также условия работы инструмента, среди которых, как было показано, особенно важны вибрации резца при точении. В то же время известно, что снижение уровня вибраций при точении обеспечивает повышение стойкости инструмента и качества обработанной поверхности. Учитывая вышеизложенное, математическую формулировку задачи оптимизации режима резания можно записать следующим образом:

Найти минимум удельной себестоимости при ограничениях (3)-(8) и заданных управляющих параметрах еу, т, х, у, 1;, НВЛ, пи, Е, ’^, П. Учитывая что целевые функции нелинейны относительно параметров оптимизации V, б, то для решения этой задачи следует использовать методы нелинейного программирования. Отметим, что среди ограничений на параметры оптимизации не все равноценны. Ограничения (8), (9) выполняются элементарно определением прямоугольной области на плоскости параметров оптимизации (V, б). Нелинейные ограничения (3)-(6) проще всего удовлетворить методом штрафных функций, добавив их к целевой функции 11 или 12 Тогда окончательная целевая функция примет вид:

Ц(x) = h (x) + ^ih [C(x) - Cnpea ] + ß2h [Qnpea.i - Q(x)

^3h [Qnpe*2 - Q(x)] + ^4h [B(x) - Bnpefl ] ,

+

где L = 1, 2; h(£) = jy у^>0 — функция Хевисайда; ^ 0 —

коэффициенты штрафа, которые подбираются при отладке алгоритма оптимизации. Если положить одно из них равным нулю, то соответствующее нелинейное ограничение исключается из задачи. Окончательная математическая формулировка задачи оптимизации параметров процесса токарной обработки имеет вид:

x*=inf Ц(х). G:i v <x ^v , s <x2 <s }

/? I min л min 2 max) .

xeG

Разработана математическая модель процесса выбора оптимальных режимов резания, при которых обеспечивается виброустойчивость точения и необходимые производительность и себестоимость обработки, что позволяет уменьшить время изготовления изделий и гарантировать соблюдение как сроков выполнения заказов, так и допустимой величины себестоимости. Таким образом, используя предложенный подход, можно

минимизировать трудоемкость этапа внедрения технологической операции и в результате снизить транзакционные издержки, возникающие при переходе от этапа проектирования технологического процесса к его реализации в производственных условиях на основе использования инновационно-технологической оптимизации.

L.A.Vasin, S. V.Gorodnichev

Decrease in the cost prise of progucts on the basis of use of innovative-technological optimization

Questions of decrease transactional costs, arising at a stage of transition from designing of technological process to its realization by minimization of labour input of a stage of introduction of operation on the basis of use of the innovative-technological documentation, are considered.

Key words: the orders booked, the system of operative planning, batch quantity, operational labor coefficient, standard labor coefficient.

УДК 338.26

В.Д. Дудка, канд.техн.наук, профессор, тел. (4872) 56-84-36,

e-mail: [email protected] (Россия, Тула, Администрация Тульской

области)

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ИННОВАЦИОННЫМ РАЗВИТИЕМ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭКОНОМИКИ

В статье рассмотрены ключевые моменты, описывающие построение высокоэффективной системы управления инновационным развитиемрегионалъной экономики в условиях современного информационного общества.

Ключевые слова: экономика, система, инновация, модернизация, управление.

Мировой опыт показывает, что в современной ситуации снижается возможность управления инновационными процессами на национальном уровне, поэтому в современной экономике существует назревшая необходимость серьезных организационных преобразований в системе регионального управления, что требует разработки определенных институциональных условий. Внедрение принципиально новых технологий и технологическое развитие региона определяются управленческой политикой, направленной на развитие инновационной деятельности в регионах [1].