CC BY
35
УДК 658.562
В. Ю. Анцев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872)33-22-88, [email protected],
М.Х. Казанлеев, асп., (4872)35-18-87, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОЕКТОВ РЕКОНСТРУКЦИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Представлена методика повышения качества и сокращения сроков выполнения проектных работ при проектировании новых и реконструкции действующих машиностроительных предприятии за счет интеллектуализации систем информационной поддержки процесса проектирования производственных подразделений на основе экспертных систем и методов практической стандартизации проектныхрешений.
Ключевые слова: управление качеством, процесс проектирования, метод практической стандартизации, реконструкция машиностроительных предприятий.
В настоящее время многие предприятия переходят на выпуск новой номенклатуры продукции или существенно ее расширяют в соответствии с требованиями рынка, организационно перестраиваются. Взамен крупных возникает много малых предприятий механосборочного профиля, выпускающих продукцию широкой номенклатуры, гибко реагирующих на изменение потребностей рынка и мало отличающихся от средних и малых механосборочных или вспомогательных цехов по своей организационной структуре. В связи с этим задачи проектирования новых малых предприятий и расчета реконструируемых цехов и участков все чаще встречаются в повседневной работе инженеров-технологов. Причем при их решении возникает необходимость учета ряда слабо формализованных рекомендаций и ограничений на принимаемые архитектурно-строительные и компоновочные решения, а также специальных требований к условиям размещения технологического оборудования.
При выполнении отмеченных проектных процедур лицо, принимающее решение (ЛПР), делает свой выбор на основе личного опыта. Однако в настоящее время на отечественных предприятиях, в том числе и специализирующихся на проведении работ по проектированию новых и реконструкции действующих машиностроительных предприятий, крайне не хватает квалифицированных специалистов, способных принимать подобные решения. Зачастую ЛПР является либо строителем-проектировщиком, либо инженером-технологом, имеющим хорошую квалификацию в архитектурно-строительной сфере или в области проектирования технологических комплексов и недостаточную в смежной. Данные обстоятельства приводят к неоправданным затратам на организацию нового производства или к просчетам, сводящим на нет все усилия по организации выпуска конкурентоспособной продукции в условиях действующего производства.
Одним из возможных путей для преодоления таких трудностей является применение средств информационной поддержки, построенных с использованием концепции экспертных систем. Важным преимуществом таких систем является обеспечение институциональной памяти за счет входящей в их состав базы знаний, которая разрабатывается в ходе взаимодействий со специалистами предприятия и обеспечивает стандартизацию принимаемых проектных решений, представляющую собой процесс формирования единых принципов (правил), регулирующих те или иные стороны проектной деятельности. Стандартизованный набор знаний становится сводом квалифицированных мнений и постоянно обновляемым справочником наилучших стратегий и методов, используемых персоналом, накопителем опыта ведущих специалистов.
Поэтому актуальной является задача повышения качества проектирования и сокращения сроков создания новых и реконструкции действующих механосборочных и вспомогательных цехов и малых предприятий машиностроительного профиля на основе принципов стандартизации и унификации проектных решений и применения интеллектуальных средств информационной поддержки процесса принятия архитектурно-строительных и компоновочных решений.
Проектирование является первым и основным этапом капитального строительства, обеспечивающим создание новых и реконструкцию действующих механосборочных и вспомогательных цехов и малых предприятий машиностроительного профиля с целью обеспечения выпуска высококачественной продукции при наиболее благоприятных условиях труда. Проектирование является сложным и трудоемким процессом, в ходе которого одновременно решаются технические, архитектурно-строительные, экономические и организационные задачи. В современных условиях проектирование цехов и малых предприятий механосборочного профиля становится комплексной проблемой, объединяющей передовые достижения технологии машиностроения, экономики и организации промышленности, строительства, транспорта. На проектирование цеха или малого предприятия, строительство, монтаж и полное освоение проектной мощности уходит несколько лет. Сокращению сроков и трудоемкости проектирования способствует стандартизация принимаемых проектных решений и перевод расчетных и графических работ на ЭВМ.
Проект промышленного предприятия - это комплекс технических документов, содержащих описание, расчеты, чертежи, макеты зданий и сооружений, предназначенных к постройке или реконструкции [1]. Проект основан на выборе инженерных решений и строительных конструкций ддя создания объемно-пространственной, эстетически и технически совершенной композиции промышленного предприятия, удовлетворяющего требованиям экономики и современной организации строительства. Цель проектирования - подготовка документации, по которой можно воспроизвести в натуре намечен-
ный к строительству, расширению или реконструкции объект в соответствии с заданными требованиями.
Проектирование осуществляется в одну или две стадии. При этом выполняется либо только технический проект, совмещенный с рабочими чертежами, либо технический проект и рабочие чертежи. Технический проект состоит из пояснительной записки, графических материалов и сметы.
Специфика выполнения проектов реконструкции промышленных предприятий заключается в том, что технологический процесс необходимо увязать с существующим зданием старой постройки с установленной системой коммуникаций. Для составления проектного задания и грамотного выполнения проекта необходимо выполнить комплексное обследование для изучения производства, архитектурных решений, системы обслуживания персонала и др.
Качество любого проекта, в том числе проекта реконструкции машиностроительного предприятия, представляет собой совокупность свойств проекта, обусловливающих его способность выполнять конкретные функции в соответствии с назначением. Уровень качества проекта представляет собой относительную характеристику, основанную на сравнении технико-экономических показателей (ТЭП) качества с соответствующими совокупностями нормативных показателей.
Факторами, влияющими на качество проектов, являются технологическая дисциплина и качество труда исполнителей, ритмичность процесса разработки, нормативно-методическая база, технологическое обеспечение процесса проектирования, методы и средства разработки проектов и соответствующая организация труда проектировщиков. Управление качеством является функцией управления проектной организацией для обеспечения необходимого уровня качества проектов при их разработке и реализации, которое достигается за счет внедрения комплекса прогрессивных методов и средств проектирования и целенаправленного контроля результатов труда исполнителей и решений, принимаемых в процессе проектирования.
При разработке мероприятий по обеспечению качества важную роль играет выделение этапов процесса проектирования, на которых выполняются функции управления качеством труда исполнителей и проектных решений. При разработке проектов реконструкции предприятий наиболее целесообразно реализовать эти функции на следующих этапах проектирования: сбор исходных данных, выполнение расчетов, выбор принципиальных схем и решений, требования (задания) смежным отделам, оценка ТЭП основных решений, определение лимитов стоимости разделов проекта.
При проектировании участков и цехов механообрабатывающего и сборочного производства следует учитывать специальные слабо формализованные требования к условиям работы технологического оборудования,
обусловленные особенностями достижения требуемых параметров качества изготовления изделий. Это необходимо в связи с тем, что постоянное повышение уровня точности изготовляемых изделий, вызванное увеличением мощности и скорости машин и механизмов, приводит к росту доли прецизионного производства. Поэтому тенденция к повышению точности современных машин оказывает влияние на их условия изготовления: температуру, влажность, чистоту помещения, воздухообмен, освещенность, виброизоляцию оборудования и допустимый уровень звукового давления. Для учета данных требований необходимы внедрение в производственную практику проектировщиков промышленных предприятий методов стандартизации и экспертных систем и разработка на их основе системы информационной поддержки проектных работ.
Задача разработки системы информационной поддержки проектных работ при реконструкции машиностроительных предприятий обусловлена необходимостью принятия проектировщиком быстрых и обоснованных решений, связанных с выбором оптимальных компоновочно-планировочных решений, представляющих собой схему расположения оборудования и коммуникационных связей на площадях цеха (отделения, участка) с привязкой оборудования к энергоносителям и характеризующихся структурой площа-дей и коммуникационными связями. Полезный эффект от информационной поддержки процесса проектирования достигается повышением качества проектов, сокращением сроков их разработки и увеличением производительности труда разработчиков. Причем повышение качества обеспечивается за счет вариантного проектирования и оценки промежуточных решений, применения унифицированных элементов, при разработке которых используются наиболее прогрессивные схемы, узлы и конструкции.
Наиболее эффективными средствами информационной поддержки процесса проектирования являются постоянно развивающиеся интерактивные средства подготовки проектной документации, обеспечивающие режим диалога «человек-компьютер». Однако, несмотря на значительное количество однообразных типовых операций, формирующих этапы процесса проектирования, его формализация достаточно сложна и относительно трудоемка. Это связано с тем, что внедрение средств информационной поддержки предполагает передачу ЭВМ функций непосредственного управления ходом проектирования, внутримашинное согласование формируемого проектного решения с показателями эффективности объекта. Проведение внутримашинного согласования возможно лишь при наличии в памяти ЭВМ комплекса моделей проектируемых объектов и организации машинного архива нормативно-справочных данных.
Математическая формализация задачи информационной поддержки разработки проектов реконструкции машиностроительных предприятий выполнена исходя из предположения, что реконструируемое предприятие характеризуется некоторой совокупностью параметров (оптимальная номенклатура и объем выпуска продукции, максимальная прибыль, рацио-
нальный выбор оборудования, съем продукции с единицы площади, себестоимость продукции, рациональное использование сырья и энергии и др.). Из этой совокупности выделены параметры qi (i = 1, S), оказывающие непосредственное влияние на качество реконструируемого предприятия. Изменение данных параметров (показателей качества) ведет к монотонному изменению (ухудшению или улучшению) качества предприятия. Остальные параметры xj (j = 1, m) совокупности отнесены к разряду варьируемых
параметров предприятия.
Координаты вектора x = {xi, x2,..., xm } можно варьировать, изменяя внутреннюю структуру построения технологической системы предприятия. При этом изменяются и его качественные характеристики qi, т.е. qi = (x). Выбор конкретных значений x из некоторой области допустимых проектных решений D, определяемой технологическими и другими производственными требованиями, предъявляемыми к технологической системе предприятия, характеризует допустимый проектный вариант реконструкции предприятия. Область D формируется совокупностью ограничений типа равенств xj = xj0, неравенств xjmin < xj < xjmax, дискретности
(xj = 1, 2,3_), функциональных связей fp (x < 0). В результате модель
информационной поддержки разработки оптимальных проектов реконструкции машиностроительных предприятий формализуется следующим образом [2]:
q ={qb q2,..., qs }xgd ^ oPt;
D: qi = qi (x), i =1, S;
x = {xb x 2, ^, xm }, xj = xj 0, j = 1, r;
xlmin ^ xl ^ xlmax , 1 = 1, k (l * j, r + h = m \
fp (•xi 0, Г = 1,2,3,•••,
где opt - оператор векторной оптимизации, а показатели качества qi играют роль критериев оптимизации.
Так как в общем случае вектор q имеет более одной координаты, то решение задачи оптимального проектирования осуществляется в два этапа -выделение области компромиссов (решений, оптимальных по Парето) и дальнейшее ее сужение на основе некоторой системы компромисса, в частном случае - до единственного решения, оптимального с точки зрения проектировщика (ЛПР). При этом применяется метод динамического программирования Беллмана.
Решение задачи размещения технологического оборудования на заданных площадях состоит в выборе оптимального размещения оборудования из множества возможных вариантов. В общем случае задача формулируется следующим образом. Задано множество элементов (единиц обору-
дования), которые необходимо разместить на ограниченной части площади в определенной точке. Элементы размещения для простоты представляются в виде темплетов с указанием их геометрических размеров и фронтальной стороны. Каждый элемент согласуется со спецификацией планировки, унифицированной групповой операцией, для которой он предназначен, и операцией технологического маршрута, составляющих соответствующую унифицированную группу.
План производственной площади задается в виде многоугольника. На плане указана область предполагаемого размещения и «запретные» зоны (места расположения колонн, проходов, ранее установленного оборудования и т.п.), где элементы размещения не могут быть расположены. Ограничениями на выбор вариантов размещения являются также проектные нормы на расстояния между границами размещаемых элементов, существующих элементов, проектные нормы на ширину проходов и проездов.
Связи между размещаемыми элементами задаются матрицей смеж-
ности С =
Си
12 1 ~ , Где Су = Су ■ Су , Су > О - коэффициент, учитывающий
силу связи между 1-м и _/-м элементами размещения; С;- = {0,1} - коэффициент, учитывающий связь между 1-м и _/-м элементами. При этом структурная модель технологического процесса представляется в виде ориентированного графа О = (Q,У), где Q - множество технологических операций (вершины графа); У -множество операционных связей или операционных переходов (дуги графа).
Матрица С описывает структуру графа, определяющего технологический процесс. Тогда реализация средств информационной поддержки в решении задач структурной и параметрической оптимизации возможна на основе предложенной модели оптимального проектирования.
На основе вышеизложенного в работе предложен вариант решения задачи размещения технологического оборудования реконструируемого предприятия как следующей задачи оптимизации по функции предпочтения. По заданному вектору технологических операций Т = {г7- следует
найти такой вектор оборудования N = П -1 щ - > 0, чтобы выполнялось т т
условие XX X Ук^(п;,рк,-) ^ тт , где т;- - оборудование, которое ; к ,/е./(/,к)
может быть поставлено на_/-ю технологическую операцию; т - число размещаемых объектов; Ук - «вес» единицы расстояния, он является функцией, зависящей от величины мощности грузопотока между объектами I и к; ^(п ]пк 7) - расстояние между объектами I и к.
Использование в качестве критерия размещения суммарной мощности грузопотока обусловлено тем, что объекты размещения - цеха и участ-
ки - могут по необходимости менять свою форму, что естественно требует их перепланировки, в то время как при размещении оборудования в участках размещаемые объекты - элементы технологического оборудования -имеют фиксированную форму.
Структурная схема алгоритма оптимального решения данной задачи представлена на рисунке.
Структурная схема алгоритма оптимальногоразмещения технологического оборудования
В данной модели предусмотрено, что на некоторых операциях оборудование выбрано ЛПР, а остальное оборудование выбирается системой информационной поддержки из базы данных. Поэтому суммирование по индексам /, к ведется только на множестве, где возможен выбор оборудования. Ограничения при такой постановке задачи, как правило, не выполняются и их приходится расширять. Выбор оборудования по функции предпочтения осуществляется в результате экспертного анализа, когда группа специалистов комплексно оценивает каждое оборудование по каким-либо параметрам, например, по надежности, простоте в управлении, эргономичности, экологичности, стоимости и т.д. В результате каждое
оборудование получает определенный балл а,- j (0 <аi, j < 1). Тогда в каче-
m
стве целевой выступает функция предпочтения ^ ^ ai jUj j ^ max .
i=1jej (i)
Некоторые ограничения в этом случае также носят эвристический характер и могут изменяться в определенных пределах:
mm m
^ . ni, jsi, j - S; ^ , ni, jCi, j - C ± S ; ^ . ni, jbi, j - 5 ± S,
i=1, j'^.7 ) i=1j^j\i) i=1j^j\i)
где Si j - площадь, занимаемая одной единицей i-ro оборудования на j-й
технологической операции; S - максимально возможная площадь, занимаемая оборудованием; Ci j - стоимость i-й единицы оборудования на j-й
операции; bi j - транспортные расходы, которые возникают при доставке
выбранного оборудования; s, S - параметры, задаваемые экспертами; величины Си В - суммарные стоимость оборудования и транспортные расходы.
На основе вышеизложенного разработана система информационной поддержки процесса проектирования технологической системы реконструируемого предприятия. Данная система позволяет предприятию снизить трудоемкость работ проектировщиков, существенно упростить создание новых цехов и реконструкцию существующих, а также сократить время на составление технической документации.
Список литературы
1. Проектирование автоматизированных участков и цехов: учебник для вузов / В.П. Вороненко [и др.]. 3-е изд., М.: Высш. шк., 2003. 272 с.
2. Казанлеев М.Х. Формализованное представление автоматизированной разработки проектов модернизации машиностроительных предприятий // Лучшие научные работы студентов и аспирантов технологического факультета: сборник статей/ ТулГУ. 2008. С. 77 - 80.
V. Anzev, M. Kazanleev
QUALITY MANAGEMENT OF PROJECTS OF RECONSTRUCTION OF THE MACHINE-BUILDING ENTERPRISES
The technique of improvement of quality and reduction of terms of performance of design works at designing new and reconstruction of the operating machine-building enterprises at the expense of intellectualization of systems of information support of process of designing of industrial divisions on the basis of expert systems and methods of practical standardization of design decisions is presented.
Key words: quality management, designing process, a method of practical standardization, reconstruction of the machine-building enterprises.
Получено 18.02.10
