Расчет интегрального коэффициента технологичности и оценка качества проектируемых изделий в комплексной САПР корпусной мебели

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Аддитивный показатель к общей согласованности моделей экспертов равен 0,594, мультипликативный показатель К равен 0.563, степень нечеткости модели Y равна 0,347.

На основе сравнения результатов, полученных в рамках трех сформулированных множеств лингвистических значений возможности учета электронными учебниками индивидуальности обучаемого, сделан вывод, что оптимальным множеством лингвистической шкалы для экспертного оценивания завершенности программных средств является множество термов: «низкая», «средняя», «высокая».

Таким образом, в статье разработана методика составления системы характеристик качества образовательных информационных ресурсов и метод построения лингвистических шкал для их оценивания. Лингвистические шкалы строятся с оптимальным множеством элементов, что позволяет при экспертном оценивании качественных характеристик получать максимально согласованную информацию в условиях ее минимальной нечеткости.

Библиографический список

1. Антошина, И.В. Методика составления системы характеристик качества для программных средств / И.В. Антошина, В.Г Домрачев, И.В. Ретинская // Качество, инновации, образование. - 2002. - № 3. - С. 57-60.

2. Антошина, И.В. Построение иерархической системы характеристик качества математических пакетов / И.В. Антошина // Межвузовская научно-методическая конференция «Информационные технологии и фунда-ментализация высшего образования» (21 - 22 октября 1999г.). Тезисы докладов. - М.: РГУ нефти и газа им И.М. Губкина, 1999. - С. 48-50.

3. Антошина, И.В. Система характеристик качества электронных учебников / И.В. Антошина, В.Г. Домрачев, О.М. Полещук // Проблемы качества, безопасности и диагностики в условиях информационного общества: материалы научно-практической конференции. - М.: МИЭМ, 2005. - С. 236-239.

4. Домрачев, В.Г. Определение оптимального множества значений лингвистических шкал для экспертного оценивания качества программных средств / В.Г. Домрачев, О.М. Полещук, И.В. Ретинская // Телематика - 2003: труды Всероссийской научно-методической конференции. - СПб., 2003. - Т.1. - С. 255-257.

5. Полещук, О.М. Методы представления экспертной информации в виде совокупности терм-множеств полных ортогональных семантических пространств / О.М. Полещук // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник. - 2002. - № 5(25). - С. 198-216.

РАСЧЕТ ИНТЕГРАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРОЕКТИРУЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ В КОМПЛЕКСНОЙ

САПР КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ

П.Ю. БУНАКОВ, доц. каф. автоматизации производства и проектирования в машиностроении Коломенского института Московского государственного открытого университета, канд. техн. наук,

A. В. СТАРИКОВ, доц. каф. вычислительной техники ВГЛТА, канд. техн. наук,

B. Н. ХАРИН, проф. каф. вычислительной техники ВГЛТА, д-р техн. наук

В развитии отечественной мебельной промышленности в последнее время наметилась устойчивая положительная динамика. По оценкам экспертов, темпы роста объемов производства в 1-м полугодии 2006 г. по сравнению с соответствующим периодом 2005 г. составили более 10 %, при этом на выпуск корпусной мебели приходится около 75 % всей номенклатуры изделий [1]. Мебельным предприятиям приходится работать в условиях весьма жесткой конкуренции по всем сегментам рынка, соревнуясь как между собой, так с импортерами мебели, имеющими налаженные каналы поставок современной и качественной мебели из-за рубежа, главным образом из Италии (27 %), которая на протяжении многих лет выступает в роли законодателя мировой мебельной моды [1]. В результате отечественный потребитель получает возможность выбора ме-

бельных изделий в широком ценовом диапазоне. Это неизбежно приводит к смещению акцентов потребительских запросов в сторону новизны дизайнерских решений, гарантированно высокого качества изделий, использования современных, экологически чистых конструкционных и эстетически привлекательных отделочных материалов, оригинальности и индивидуальности при разработке проекта интерьера жилого помещения.

Изменение структуры качественных критериев потребительского спроса приводит к необходимости выполнения реинжиниринга бизнеспроцессов на мебельных предприятиях с целью удовлетворения максимально большего количества индивидуальных запросов потребителей. Как следствие возрастает объем дизайнерских, проектно-конструкторских и технологических работ при одновременном усложнении проектируемых

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

137

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

изделий, повышении требований к их качеству и технологичности, а также срокам реализации индивидуальных заказов или передачи новых образцов в производство. Практическое решение указанных задач требует широкого использования комплексных САПР (CAD/CAM/CAE/PDM-сис-тем), осуществляющих сквозную информационную поддержку процессов всех этапов жизненного цикла мебельных изделий.

Одной из важных задач автоматизации мебельного предприятия является повышение уровня технологичности выпускаемых изделий. Под технологичностью конструкции изделия понимают такую совокупность его конструктивно-технологических параметров, которая обеспечивает изготовление и сборку наиболее эффективным способом по сравнению с конструкциями аналогичного функционального назначения и качества, изготавливаемыми в одинаковых производственных условиях. Для оценки вариантов конструкций используются базовые показатели технологичности изделия, которые могут варьироваться для различных групп изделий, поэтому при сравнительной количественной оценке должны применяться одни и те же показатели, рассчитываемые по идентичным методикам [2].

Задача обеспечения технологичности конструкции мебельного изделия логически и информационно связывает этапы конструкторской (оптимизация конструктивных решений) и технологической подготовки производства. Ее цель - повышение производительности труда, сокращение времени на изготовление изделий, оптимизация трудовых и материальных затрат, сокращение внепроизводственных издержек.

Количественная оценка технологичности конструкции изделия производится по ряду показателей, основным из которых является технологическая себестоимость изготовления, имеющая комплексный характер. Уточняющими показателями могут служить трудоемкость изготовления изделия, удельная материалоемкость изделия, степень унификации конструкции и ряд других. Уровень технологичности изделия зависит от серийности производства, которая в условиях индивидуализации выпускаемой продукции имеет ярко выраженный вероятностный характер, поэтому при его оценке основную роль играют функциональное назначение изделия, степень его новизны, конструктивная сложность и условия изготовления.

Технологичность является интегрированной характеристикой мебельного изделия, которая проявляется в затратах труда, средств производства (инструментов), материалов и времени. Иными словами, она определяет общую эффективность организации процесса производства мебели на всех его стадиях. Показатели технологичности характеризуют эффективность выбранных конструкторско-технологических решений с точки зрения обеспечения максимального снижения трудоемкости и материалоемкости при изготовлении мебели промышленными способами.

В современном автоматизированном производстве технологичность является фактором непосредственного повышения эффективности производства, обеспечивая возможность роста выпуска продукции и производительности труда без дополнительных затрат средств и времени.

Работы по обеспечению технологичности мебельных изделий выполняются в следующей последовательности:

1) определение планируемых объемов выпуска изделия;

2) анализ исходных данных для оценки технологичности изделия и показателей технологичности изделий-аналогов;

3) определение показателей технологичности составных частей изделия и всего изделия в целом;

4) разработка рекомендаций и проведение мероприятий по повышению значений показателей технологичности.

На технологичность мебельных изделий влияет большое количество объективных и субъективных факторов, основными из которых являются следующие:

- степень унификации деталей и сборок;

- конструктивное подобие контуров щитовых элементов (панелей) сложных геометрических форм как основа применения типовых и групповых технологических процессов их изготовления;

- проработка конструктивных форм деталей и используемой фурнитуры для обеспечения необходимой точности, жесткости и прочности изделия в процессе сборки и эксплуатации;

- минимизация количества операций за счет использования единых технологических баз;

- конструктивные параметры деталей и фурнитуры, которые позволяют реализовать процесс изготовления с использованием унифици-

138

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

рованного технологического оснащения, транспортных и складских средств, обеспечивающих оптимальный уровень механизации и автоматизации производственных процессов;

- материалоемкость изделия, снижение которой за счет рациональной его компоновки и оптимизации раскроя материалов значительно уменьшает себестоимость.

Оценка уровня технологичности конструкции изделия может выполняться по качественным и количественным показателям. Качественная оценка носит обобщенный характер и базируется на субъективном опыте конструктора или технолога. Она явно или неявно выполняется на всех этапах проектирования в том случае, когда необходимо произвести выбор лучшего проектного решения. Качественная сравнительная оценка возможных вариантов конструкции или технологии изготовления является достаточной, если на данном этапе не требуется определения степени различия технологичности вариантов. В противном случае качественная оценка является необходимой и предшествует количественной оценке технологичности.

Количественная оценка технологичности конструкции изделия предполагает определение численных значений параметров, характеризующих степень реализации соответствующих требований. По природе задача количественной оценки технологичности является оптимизационной и в общем виде может быть сформулирована следующим образом.

Найти такую пару (к , tpp), которая обеспечивает

W

и удовлетворяет системе ограничений

/к

где W - приведенные затраты на изготовление изделия;

m - вектор параметров используемых материалов;

ф - вектор параметров используемой фурнитуры;

c - технологические константы производства;

k - вектор конструктивных параметров изделия;

t - вектор параметров технологических процессов изготовления;

K - множество допустимых вариантов конструкции изделия;

¥ - множество допустимых вариантов технологических процессов;

P - множество параметров, определяющее возможности производственной системы предприятия;

fk(k) - функция, определяющая показатели качества изделия;

fc(k,t) - функция, определяющая длительность производственного цикла и изготовления изделия;

kmin - заданный показатель уровня качества;

T - штучное время (время, затрачиваемое на изготовление единицы продукции).

Таким образом, конструкция мебельного изделия считается технологичной, если вектор kppt удовлетворяет условиям (1) и (2).

Для оценки технологичности мебельного изделия необходимо предварительно выполнить оценку технологичности изготовления отдельных панелей и сборочных единиц, изготавливаемых на данном предприятии (ящики, сборные раздвижные двери с профилем и т.д.). Соответствующие критерии вносят неодинаковый количественный вклад в общую оценку технологичности. По этой причине выбирается некоторый набор критериев технологичности отдельных панелей и сборок (в дальнейшем все их будем для краткости именовать деталями) и весовых коэффициентов, посредством которых учитывается удельный вес каждого критерия и реализуется связь с интегральным критерием технологичности. Весовые коэффициенты носят вероятностный характер и определяются на основании математической обработки результатов статистических исследований работающих мебельных производств, имеющих аналогичные технические и номенклатурные показатели.

В качестве критериев технологичности деталей можно использовать следующие показатели:

- коэффициент серийности выпуска изделий (kc);

- коэффициент унификации (ки);

- коэффициент использования материала

(к.);

4 т/ 7

- коэффициент геометрической и технологической сложности изготовления деталей (kg).

Приведенные затраты на изготовление изделия W функционально зависят от указанных критериев: W = F(kc, ku, k m, kg). Для оценки технологичности деталей в позаказном промышленном

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

139

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

производстве может использоваться следующая последовательность действий. Первоначально выполняется разделение всех возможных вариантов деталей на группы в соответствии с общностью технологических процессов изготовления, используемого оборудования, габаритов и геометрических характеристик, используемых материалов, серийности изготовления. Примерами таких групп могут служить фигурные столешницы, профильные фасады ящиков, стеклянные раздвижные двери с пескоструйным рисунком и т.д. Для выбранной детали-представителя каждой группы необходимо определить коэффициент серийности по формуле [2]

кр

c

Fd • 60 - а G - t

v s

где Fd - действительный фонд времени с учетом сменности работы производственного подразделения, час;

а - поправочный коэффициент, а = 0,8 г 0,9;

Gv - программа выпуска деталей за выбранный интервал времени;

ts - среднее штучное время изготовления детали по данным технологического процесса.

Коэффициент унификации характеризует удельный вес оригинальных компонент детали-представителя

кр = K / K,,

u o t

где ко - количество оригинальных компонент у детали-представителя;

kt - количество типовых компонент у детали-представителя.

Коэффициент использования материала (КИМ) рассчитывается как отношение суммы площадей полученных деталей-представителей к сумме площадей полноформатных листов

1>Л

кр

im

i=1______

q ,

V S.m.

j j

j=1

где S - площадь панели или полноформатного листа;

n. - количество деталей, получаемых при выполнении единичной операции раскроя материалов;

mj - количество полноформатных листов, раскраиваемых за одну операцию.

Коэффициент, характеризующий уровень геометрической и технологической сложности

изготовления детали-представителя, определяется отношением количества операций, требующих особой точности выполнения, и квалификации специалистов, к общему количеству операций

кР = О / O,

us

Общая оценка технологичности любой детали, входящей в одну из выделенных групп, производится на основании имеющихся коэффициентов технологичности для деталей-предста-вителей по формуле

к =

( кР V

V кс

(кр У ( кр У (кРр у

v к j

V и у

к

V к

V g j

где к - коэффициент технологичности детали в данной группе;

кр, x = {c, и, im, g} - один из перечисленных выше коэффициентов, рассчитанный для детали-представителя;

к x = {c, u, im, g} - один из перечисленных выше коэффициентов, рассчитанный для оцениваемой детали;

а, в, у, 5 - эмпирические показатели степеней при соответствующих отношениях.

Интегральная оценка технологичности изделия может быть рассчитана на основании имеющихся частных показателей технологичности входящих в нее деталей

n

Ек. а

i i

8

kizd

а

i=1

i=1

где к - значение коэффициента технологичности i-ой детали;

а - удельный вес коэффициента технологичности i-ой детали; n - количество деталей в изделии.

Для повышения технологичности изделий реализуются технические и организационные мероприятия, основными из которых являются следующие:

- применение современных материалов, фурнитуры и технологий;

- автоматизация процессов проектирования и технологической подготовки производства;

- ограничение количества конструкторских и технологических решений без ущерба для индивидуальности изделий;

- применение типовых и групповых технологических процессов.

Уровень технологичности продукции непосредственно связан с ее качеством, поэтому он в концентрированном виде выражает возможнос-

140

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ти предприятия по разработке и выпуску качественной и конкурентоспособной продукции.

Качество мебели определяется показателями исполнения, комфортабельности, эстетичности, надежности, прочности, жесткости, устойчивости, экологичности и безопасности [3, 4]. В зависимости от предполагаемых условий эксплуатации изделий у потребителя может меняться как состав показателей, так и вес каждого из них в интегрированном показателе качества. Каждый из этих показателей должен быть дифференцирован до получения единичного значения, которое легко измерить или определить экспертным путем. Для контроля качества изделий проводятся приемо-сдаточные, квалификационные и типовые испытания, а также испытания для проведения сертификации. На этапе конструирования изделия производится предварительный анализ показателей качества на основе расчетных формул или экспертных оценок в автоматизированном режиме. Полученные оценочные показатели верифицируются натурными испытаниями, на основе которых уточняются расчетные формулы и критерии экспертных оценок.

Показатели исполнения определяют степень соответствия выпускаемых предприятием изделий требованиям стандартов и других нормативных документов.

Показатели комфортабельности определяют удобство пользования мебелью, ухода за ней и размещения изделий в помещении. Они в значительной степени определяются размерами элементов мебели, обусловленными функциональными связями системы «человек - мебель». Эти связи проявляются в организации пространства, необходимого человеку в условных статических позах или движении в пределах оптимальных зон при различных функциональных процессах, в организации объемов хранилищ с учетом габаритов предметов, для размещения и хранения которых они предназначены, и в организации пространства, обусловленного проходами и планировочными параметрами помещений. Одной из основных задач проектировщика мебели является установление функциональных и габаритных размеров элементов и изделий мебели, непосредственно связанных с размерами человеческого тела.

Показатели эстетичности характеризуют мебель с позиции современных требований к форме и внешнему виду. Они характеризуются наибольшей субъективностью оценки, но в усло-

виях диктата потребителя приобретают большое значение.

Показатели прочности определяются в процессе испытаний путем нагружения деталей эксплуатационными нагрузками, определяемыми по формуле

Q = q х ^ [Н],

где q - нормированная удельная нагрузка на единицу длины, площади или объема детали, зависящая от ее функционального назначения [Н/{м, м2, м3}];

¥- длина, площадь или объем детали, [{м, м2, м3}].

Жесткость корпусного мебельного изделия оценивается относительным смещением несущих горизонтальных панелей основания при воздействии циклических горизонтальных нагрузок

L = Ln - L0 [мм],

где Ltn - смещение i-ой несущей панели после п-го цикла нагружения;

L0 - смещение i-ой панели после первоначального нагружения.

Надежность подвесной мебели обуславливается сопротивлением вертикальным нагрузкам, действующим на выбранную фурнитуру. Она определяется параметрами самой фурнитуры, конструктивными особенностями ее применения и свойствами материала панелей. Оценка расчетной нагрузки производится по формуле

Q = а^Экс + P) / N,

где а - коэффициент запаса надежности;

Q - эксплуатационные нагрузки на изделие;

Р - вес изделия;

N - количество элементов подвесной фурнитуры.

Из всех показателей качества наименее стабильными являются показатели исполнения. Их поддержка на требуемом уровне обеспечивается организацией контроля качества на всех этапах технологического процесса и его максимальной автоматизацией.

Оценка уровня технологичности мебельного изделия и его качественных показателей позволяет на основании анализа математической модели в процессе конструирования и технологической подготовки производства значительно улучшить технико-экономические параметры продукции. Для реализации этой возможности требуется разработка соответствующего программного

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

141