Исследование и моделирование информационных потоков конструкторско-технологических изменений на этапах освоения и серийного производства изделий

ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ НА ЭТАПАХ ОСВОЕНИЯ И СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА ИЗ ДЕЛИЙ

Г.Х. Ирзаев, канд. техн. наук, доцент

Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала

Анализируются проблемы разработки и внедрения конструкторско-технологических изменений в изделиях при технологической подготовке и освоении на серийном предприятии, предлагаются пути их решения. Разработана модель информационного потока между различными подсистемами согласования и обработки изменений в виде сетевого ориентированного графа, позволяющая определить трудозатраты каждого исполнителя работ

Внедрение разработанной конструкторской документации (КД) на новое изделие на стадии технологической подготовки производства (ТПП) является ключевым этапом для процесса освоения его производства предприятием-изготовителем. В идеале производственные подразделения должны получать качественные, хорошо отработанные чертежи в сроки, обеспечивающие успешное налаживание стабильного серийного производства. На практике же часто получается так, что процессы отработки, доводки и совершенствования промышленных изделий начинаются у разработчика, продолжаются во время ТПП и заканчиваются иной раз в ходе серийного выпуска и эксплуатации изделия.

Между отработкой технологичности конструкций изделий в процессе проектирования, опытного изготовления и совершенствованием технологичности конструкции при освоении серийного производства наблюдается очень тесная связь. Результаты каждого из этих двух процессов взаимно влияют друг на друга. Доводка изделия в серийном производстве нередко заставляет существенно пересмотреть ранее принятые разработчиком конструктивные решения, подвергнуть основательным изменениям переданные изготовителю чертежи и другую конструкторскую и технологическую документацию (ТД).

Появление требований на изменения в конструкции или технологии, и это подтверждают результаты проведенных наблюдений, вызвано следующими причинами:

- недостаточный учет при проектировании специфики предприятия-изготовителя, его производственно-технологической базы и потенциальных возможностей, имеющегося в наличии специализированного оборудования, оснастки, методов сборки, построения технологических циклов;

- необходимость модернизации серийно выпускаемых изделий с улучшением их эксплуатационнотехнических характеристик (расширение диапазона функций, повышение надежности и т.п.);

- необходимость снижения себестоимости для поддержания интереса потребителей к продукции;

- низкое качество конструкторско-технологических решений, что требует их пересмотра, а также ошибки, опечатки, неточности, допущенные разработчиком в процессе проектирования.

После проведения конструкторско-

технологической отработки конструкции нового изделия в чертежи должны быть внесены изменения, необходимость которых выявлена результатами отработки.

С момента получения производством полного комплекта КД на новое изделие цехи считаются укомплектованными документацией и все последующие досылки дополнительных эскизов, технических записок, извещений об изменениях и прочей уточняющей документации относятся к конструкторско-технологическим изменениям. Пока эти изменения вносятся по результатам конструкторско-технологической отработки конструкции изделия, производство особых затруднений не испытывает, так как цехи получают документальное подтверждение того, что уже сделано. Но часто уже в ходе освоения и доводки изделия, когда первый экземпляр (или даже партия) почти изготовлены, многие технические решения окончательно отработаны, возникает необходимость серьезного пересмотра конструкции.

В подобных случаях отработку изделия необходимо проводить заново. Следовательно, это и переделка выполненной работы, списание заменяемой элементной базы, деталей, узлов, а если был задел, то и задела, изготовление новых деталей, узлов, их монтаж, новые отработки, расчеты. Кроме того, иногда возникает необходимость в пересмотре технологических процессов изготовления, изменении конструкции технологической оснастки и т.п. Вот почему многие специалисты считают отработку технологичности конструкции изделия на первой партии выпуска практически неосуществимой задачей, а в реальном производстве изменения допускаются даже во второй и третий годы серийного производства сложных изделий.

Несмотря на большую важность, неизбежность и объективную необходимость конструкторско-технологических изменений, их разработка и реализация сопряжены на серийных предприятиях с немалыми трудностями по решению комплекса взаимосвязанных проблем. Анализ процессов отработки технологичности конструкции после технической приемки комплекта КД, проведенный нами на нескольких серийных предприятиях, показал, что мероприятия по разработке и внедрению изменений в конструкции и

технологии изделий содержат в себе множество актуальных проблем и недостатков. Эти проблемы и предлагаемые пути их решения представлены в таблице.

Таким образом, на любом серийном предприятии функционирует система обработки информации об изменениях в конструкции и технологии, куда входят специалисты различных технических и производственных подразделений изготовителя. Информационный поток требований на изменения оформляется в

Проблемы разработки и внедрения конструкторско

виде извещений на изменение или предложений об изменении. На предприятии возможны процессы проведения изменений в КД по извещениям от сторонних организаций-держателей подлинников, либо проведение собственных предложений на изменения. При этом важной задачей со стороны системы является учет распространения изменений на КД и ТД независимо от способа их проведения по времени действия, по шифрам изделий.

-технологических изменений и пути их решения

№ п/п Проблемы разработки и внедрения изменений Предлагаемые пути решения

1. Малая результативность изменений из-за отсутствия экспериментальной базы в составе конструкторского отдела Организация отработки изменений, требующих проведения экспериментов, в цехах изготовителя, создание собственной опытно-экспериментальной базы для макетирования, проверки расчетов и технических решений

2. Отсутствие методики расчета техникоэкономической эффективности изменений Разработки методики расчета технико-экономического эффекта от реализации изменений, обоснования оптимального варианта конструкторско-технологического изменения

3. Отсутствие планов и перечней конструкторско-технологических изменений, подлежащих внедрению в очередном календарном периоде из-за невозможности прогнозирования их объемов Разработка и внедрение методики обработки статистической информации об изменениях и прогнозировании их объемов и структуры

4. Отсутствие четкой классификации изменений по причинам появления Разработка классификатора причин изменений с четким и конкретным группированием

5. Отсутствие возможностей анализа проекта изделия и быстрого доступа к точной информации из-за жесткой регламентации конструктора во времени Внедрение автоматизированных систем трехмерного проектирования с конструкторскими базами данных

б. Отсутствие взаимоувязки изменений, ответственности исполнителей за непродуманные изменения Создание единой системы по разработке и внедрению конструкторско-технологических изменений с постоянным контролем выполнения работ в системе

7. Отсутствие методов нормирования труда исполнителей, занятых разработкой и проведением конструкторско-технологических изменений Разработка системы определения трудоемкости внедрения конструкторско-технологических изменений, вклада каждого исполнителя работ, планирования их рациональной численности и загрузки

8. Недостаток информации о технологическом уровне изготовителя изделия Обязательное согласование КД с изготовителем, опытная проверка, отработка и испытания на макете изделия, привязка принятых в конструкции решений к технологии изготовления, обмен информацией с изготовителем.

В зависимости от целей использования в информационной системе, можно провести такую классификацию документов на изменения:

- директивные (извещение);

- прикладные (справка к извещению);

- версионные (изменяемые КД и ТД);

- архивные.

Диаграмма информационных потоков проведения, согласования и утверждения изменений в КД/ТД показана на рис. 1.

При освоении новых изделий текущая информация об их технологичности представляет собой поток требований (извещений) на внесение конструктивных изменений, который обрабатывается соответствующими службами предприятия. После проведения не-

обходимой технологической подготовки производства эти изменения вносятся в конструкторскую документацию.

На современных предприятиях управление процессами внесения изменений обеспечивается PDM-системами (системы управления данными об изделии) в среде единого информационного пространства. Для выполнения этих задач применяется инструментарий технологии Workflow, обеспечивающий поддержку коллективной работы, связывание людей, информации и ресурсов, в том числе приложений [1]. Все это происходит в единой корпоративной вычислительной сети, имеющей средства электронной почты для организации документооборота, потока заданий и управляющих сообщений.

Рис.1. Диаграмма информационных потоков при проведении требований об конструкторско-технологических изменениях на предприятии

Рассмотрим решение одной из актуальных задач разработки и внедрения изменений на реальном предприятии, а именно задачу нормирования труда исполнителей, занятых проведением этих изменений (в таблице она представлена под номером 7).

По каждому изделию можно построить частные структурные схемы маршрута движения извещений между исполнителями. Они будут отличаться конфигурацией связи между исполнителями в зависимости от причины изменения, группы сложности, необходимости повторной доработки. Устойчивость структурных связей в такой системе позволяет говорить о типовости структуры обращения информации по изменениям конструкции и технологии, т.е. информации о технологичности конструкций изделий. Стати-

стические наблюдения за потоком извещений позволяют построить типовые маршруты обработки извещений по 20-ти причинам и 2-м группам сложности. Зная время запуска извещения и время внесения изменения в КД, можно рассчитать полный цикл его прохождения, а также суммарную трудоемкость обработки извещения [2].

Определение трудоемкости обработки извещения и величины вклада каждого исполнителя в проведение конструкторско-технологического изменения позволяют охватить нормированием одну из важных составных частей творческой деятельности инженера. Ведь нормирование конструкторского труда по-прежнему остается одним из наиболее трудных про-

цессов для экономического анализа из-за сложности технологии творческого труда.

Таким образом, информационный поток между различными подсистемами согласования и обработки извещений об изменении конструкции и технологии образует сеть связи, в которой любой субъект может послать по цепочке информацию любому другому субъекту. Информационная цепочка имеет конечное число субъектов, каждый из которых рассматривает проходящее через него извещение и принимает по нему решение. Поэтому особую важность приобретает задача определения загруженности каждого исполнителя в информационной сети связи при рассмотрении извещения на конструктивное изменение по определенной причине и группе сложности.

Эту задачу можно решить, используя в качестве математической модели сети связи ориентированный граф о = О(К) с множеством вершин V, представляющих собой некоторое семейство пар вида

Е = {(а, Ь); (а, I); (Ь, с); (с, й); (й, с); (й, е); (й, ^);

Будем считать, что каждый исполнитель с равной вероятностью посылает извещение любому другому субъекту в сети. В сети связи происходит случайный процесс, значения которого интерпретируются как состояния в,В, -В , в которых находится сеть в моменты времени ^^ ,.., . Вероятность

начального состояния а, и вероятности перехода сети из одного состояния в другое Ру определяют цепь Маркова с конечным числом исходов.

Графовая модель превращается в марковскую цепь, переходная матрица которой показывает долю информации, проходящей через каждого исполнителя в сети обработки конструкторско-технологических изменений. Для рассматриваемого случая интуитивно можно предположить, что наиболее загруженным в сети будет исполнитель ё - начальник группы изменений отдела главного технолога (ОГТ), который играет ключевую роль в согласовании изменений с другими службами предприятия.

Обозначены следующие исполнители: а - ведущий конструктор изделия; Ь - начальник конструкторского бюро отдела главного конструктора; с -

ё

Е = (а,Ь);а,Ь еК, указывающее, какие узлы сети связи соединены между собой ориентированными ребрами [3]. Если от субъекта х извещение поступает к субъекту у, то проводим ориентированное ребро от х к у.

Изобразим сеть связи для случая, когда извещение на изменение 1 группы сложности (т.е. не требующее эксперимента, технологической подготовки производства, объем листов составляет не более 3-х формата А4) по причине П10 - «Повышение экономичности изделия за счет изменения класса шероховатости обработки деталей и сборочных единиц» обрабатывается одиннадцатью исполнителями (рис. 2).

Построенная сеть связи является связной, так как любая пара узлов связана между собой определенным маршрутом. Примем, что субъект не может посылать сообщений самому себе, т.е. нет ребер, у которых совпадают концевые точки. Таким образом, получим следующее множество ребер:

(e, /);(/, gУ; (g, а);(g, ЬУ, (А 0; (^, Л ^, с);(1, й)}.

начальник бюро технической документации; ё -начальник группы изменений ОГТ; е - инженер-технолог конструкторско-технологического бюро ОГТ; / - начальник конструкторско-технологического бюро ОГТ; g - главный технолог; к - главный конструктор; I - представитель заказчика; ] - начальник службы стандартизации; I - начальник отдела труда и зарплаты.

Квадратная матрица, сумма элементов каждой строки которой равна единице, задает эргодическую цепь. В построенной марковской цепи нет замкнутых классов за исключением класса всех состояний, т.е. извещение, посланное одним из исполнителей, может быть получено любым другим исполнителем. Поэтому цепь является неприводимой. Доля извещений, направленных в произвольное состояние, сходится к пределу, который не зависит от начального состояния цепи. Этот предел равен соответствующей компоненте вероятностного неподвижного вектора матрицы (1).

Рис. 2. Сеть связи в виде ориентированного графа для обработки извещений.

g

Матрица переходных вероятностей имеет вид:

a 0 l/2 0 0 0 0 0 0 0 0 V2

b 0 0 l 0 0 0 0 0 0 0 0

с 0 0 0 l 0 0 0 0 0 0 0

d 0 0 l/3 0 l/3 0 l/3 0 0 0 0

e 0 0 0 0 0 l 0 0 0 0 0

f 0 0 0 0 0 0 l 0 0 0 0

g l/2 0 0 0 0 0 0 l/2 0 0 0

h 0 0 0 0 0 0 0 0 l 0 0

і 0 0 0 0 0 0 0 0 0 l 0

j 0 0 l 0 0 0 0 0 0 0 0

l 0 0 0 l 0 0 0 0 0 0 0

вектора a= (a , a2,.. ,ai ) соот- р е м (m и и ц а р е ите =0,1, ...); am - J

ветствует мере загруженности /-го исполнителя в сети по обработке извещений. Вектор а такой, что

аР = а,Еа,= 1,(1 = 1,п) •

I=1

Решение системы находим по формуле:

мера загруженности,

вычисленная на предыдущем шаге итерации.

Начальное значение меры загруженности /-го исполнителя определяется по формуле:

У ха

j=l

a,m+l =

l n n

У amx.

^ j j j=l

ЕЕ а-х,

1=1 ,=1

где хц - элемент матрицы переходных вероятностей (1); / - порядковый номер исполнителя; т - но-

а = (0,070;0,035;0,171;0,205;0,068;

Анализ составляющих вектора а подтверждает интуитивное предположение о том, что наиболее загруженным в сети обработки извещений по конкретной причине изменения и группе сложности будет исполнитель ё. Наименее загружены работой исполнители Ь и / (соответственно начальник конструкторского бюро отдела главного технолога и начальник отдела труда и зарплаты).

Предложенный метод расчета загруженности исполнителей в сети обработки извещений об изменении конструкции и технологии изделий на этапах освоения и серийного производства промышленных изделий можно использовать для нормирования соответствующих трудозатрат инженеров, планирования их рациональной численности и загрузки на любом предприятии, где ведутся работы по модернизации, повышению уровня качества, надежности и технологичности выпускаемых изделий. Зная общие затраты времени на рассмотрение извещения по конкретной группе сложности и причине появления, можно определить трудовое участие каждого исполнителя в процессе принятия решения по изменению, так как мера загруженности этого исполнителя является известной величиной, вычисленной по приведенной выше модели.

В заключение следует заметить, что точность предлагаемой модели в сильной степени зависит от

,=1 j=1

Для реализации итерационного процесса по формулам (2), (3), (4) разработана программа. Для рассматриваемой сети связи из 11 исполнителей в результате выполнения программы были получены следующие значения меры загруженности исполнителей:

0,069;0,138;0,070;0,070;0,069;0,035)

точности оценки вероятностей переходов в цепи. Для нахождения этих оценок могут быть использованы накопленные на предприятии статистические данные по классам изделий.

Литература

1. Бурец Д.В. Управление процессами по технологии Workflow в конструкторско-технологическом бюро машиностроительного предприятия / Д.В. Бурец // Информационные технологии. 2007. №11. С. 16-21.

2. Адамов А.П. Методологические основы обеспечения технологичности электронных средств / А.П. Адамов, Г.Х. Ирзаев, А.А. Адамова. - СПб.: Политехника, 2008.

3. Оре О. Теория графов / О. Оре. - М.: Наука,

1980.

8 (8722) 62-00-58

E-mail: irzajev@mail.ru

Ключевые слова: конструкторско - технологическое изменение, поток извещений, ориентированный граф

a, =