ПРИНЦИПЫ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ СТАНОЧНОГО ПАРКА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621: 65.011.56

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-6-215-224

ПРИНЦИПЫ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ СТАНОЧНОГО ПАРКА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО

ПРЕДПРИЯТИЯ

А.Ю. Лазарев, В.Н. Лисицин, Н.Н. Трушин

Рассмотрены принципиальные аспекты организации эффективного инструментального обеспечения металлорежущих станков на машиностроительном предприятии. Отмечается, что на средних и крупных машиностроительных предприятиях номенклатура основного и вспомогательного инструмента столь велика, что требуются специальные подходы к организации снабжения рабочих мест инструментами. Выполненные исследования базируются на принципах системного анализа, концепции всеобщего управления качеством промышленной продукции, методологии формирования оптимальной организационно-технологической структуры машиностроительного производства, технологии структурно-функционального моделирования процессов и систем IDEF. Выявлена система факторов, оказывающих существенное влияние на устойчивое обеспечение инструментами соподчиненных технологических систем машиностроительного предприятия. Представлена причинно-следственная модель низкого качества инструментального обеспечения. В качестве критерия эффективного управления производственными запасами режущего инструмента могут использоваться результаты расчета потребности в конкретных его видах с гарантированным обеспечением процесса выполнения производственной программы. Отмечается, что на качественный и количественный расход режущего инструмента влияет сложная система факторов технического, технологического, организационного и экономического характера. Приведена модель иерархических уровней распределения запасов инструмента по технологическим системам, на основе которой была разработана функциональная модель системы обеспечения режущим инструментом. Рассмотренные принципы организации инструментального обеспечения реализуются в информационной системе предприятия.

Ключевые слова: машиностроение, металлорежущий станок, инструментальное обеспечение.

Введение. Существующий мировой промышленный рынок заставляет машиностроительные предприятия увеличивать и часто менять номенклатуру своей продукции, оперативно адаптируясь к специфическим требованиям заказчиков. Это в свою очередь существенно увеличивает номенклатуру средств технологического оснащения, в том числе номенклатуру инструментов, и требует непрерывно изменять порядок и технологию его изготовления или приобретения. Основную часть парка производ-

ственного оборудования на машиностроительных предприятиях составляют металлорежущие станки, бесперебойное функционирование которых возможно при соответствующем обеспечении их режущими инструментами (РИ). Многие многооперационные станки оснащаются магазинами на 60-120 инструментов (а зачастую и более) [1-3]. Такие станки требуют для своей работы заказов на сотни и тысячи наименований различных инструментов, потребное количество которых в год исчисляется десятками и сотнями тысяч в зависимости от масштабов производства. Проблемы инструментального обеспечения еще более обостряются на крупных предприятиях, на которых работают десятки и сотни разнообразных металлорежущих станков. В связи с данными обстоятельствами требуются специальные научно обоснованные подходы к инструментальному обеспечению станков с ЧПУ.

Актуальность. Значение инструментального хозяйства машиностроительного предприятия определяется тем, что его организация существенного влияет на эффективность основного производства предприятия. Затраты на технологическую оснастку в мелкосерийном и единичном производстве составляют примерно 5% стоимости технологического оборудования, в крупносерийном - 10.. .15%, а в массовом производстве достигают 25.30%. При этом доля затрат на технологическую оснастку в себестоимости продукции варьируется от 1,5.4% (в массовом производстве) до 15% и более (в мелкосерийном и единичном производстве). Величина оборотных средств, вложенных в инструменты и прочую технологическую оснастку, колеблется от 15 до 40% общей суммы оборотных средств машиностроительного предприятия [4].

Собственные исследования и производственный опыт авторов показывают, что сложившиеся технико-экономические обстоятельства зачастую приводят к неоптимальному управлению инструментальным обеспечением и неоптимальному выбору инструмента. Реализация концепции комплексно-автоматизированных технологических систем требует для управления инструментальным обеспечением специальных компьютерных систем, интегрированных в общую систему управления предприятием и ориентированных на решение специфических задач инструментального обеспечения. Современное промышленное производство уже давно функционирует в условиях "информационного взрыва", когда объемы перерабатываемой информации увеличиваются в экспоненциальной зависимости. Это обстоятельство приводит к неоптимальному выбору конструкционных и инструментальных материалов, технологических процессов, что снижает качество и конкурентоспособность конечной продукции. Проблемы кадрового обеспечения современных технологических систем машиностроительного производства также обусловили определенные требования к эффективности систем управления производственными процессами [5]. Ранее выполненные научные и практические работы в области инструментального обеспечения требуют корректировки и адаптации к сложившейся технико-экономической ситуации [6-10].

В сложившихся технико-экономических условиях инструментальное обеспечение становится одной из важнейших составляющих подготовки производства и формирования оптимальной организационно-технологической структуры производственных процессов с целью создания конкурентоспособной продукции. Совершенствование инструментального обеспечения и разработка эффективных методов управления им является, таким образом, одним из условий успешного функционирования машиностроительных предприятий в жестких условиях рыночной экономики, а в последнее время -и жестких экономических реалиях. При этом многие разработанные ранее методы управления инструментальным обеспечением не всегда отвечают современным высоким требованиям по таким свойствам как гибкость, адаптивность, информационная надежность. Очевидно, что проблемы управления инструментальным обеспечением машиностроительных технологических процессов остро стоят практически на всех отечественных машиностроительных предприятиях. Тем более это стало чрезвычайно актуальным при реализации стратегии локализации производства в РФ сложной наукоемкой продукции.

Основная часть. Исходя из принципов всеобщего управления качеством (TQM), качество управления инструментальным обеспечением станочного парка состоит в удовлетворении спроса внутренних потребителей производственного процесса в технологической оснастке по ее качеству, количеству и срокам поставки при минимальных общефирменных затратах. Качество любого процесса характеризуется его результативностью, эффективностью и гибкостью. На рис. 1 представлена схема главных факторов, определяющих качество процесса управления инструментальным обеспечением [11].

Рис. 1. Факторы формирования качества управления инструментальным

обеспечением

Результативность управления инструментальным обеспечением отражает степень соответствия срокам подготовки производства. Она достигается пунктуальностью исполнения планов-графиков обеспечения производства, временем выполнения операций планирования. Эффективность управления инструментальным обеспечением показывает, как хорошо используются финансовые ресурсы, выделенные на эти цели. Для измерения эффективности качества управления инструментальным обеспечением можно использовать расход ресурсов, выраженный в деньгах на рубль выпущенной продукции, экономический эффект от улучшения оборотных средств по инструменту в запасах, потери от дефицита инструмента. Гибкость управления инструментальным обеспечением состоит в возможности его приспосабливаться (адаптироваться) к изменениям за счет внутренних и внешних причин, оказывающих влияние на производственный процесс.

Зависимость между качеством управления инструментальным обеспечением производственного процесса на машиностроительном предприятии и качеством его продукции является довольно сложной и многомерной. Причинно-следственная модель низкого качества процесса управления инструментальным обеспечением представлена рис. 2.

Факторы воздействия системы управления инструментальным обеспечением (СУИО) на качество продукции можно условно поделить на три части: организационную, экономическую и психологическую.

Одной из наиболее часто встречающихся на практике причин сбоев в инструментальном обеспечении является неудовлетворительная совместная работа инструментального хозяйства (ИНХ) и экономической службы предприятия. Речь идет о задержках финансирования или недостаточно полном финансировании системы инструментального обеспечения. Происходит это по ряду причин: от отсутствия средств на счету предприятия, задержки платежей до неадекватной оценки объемов средств, необходимых для выделения для организации инструментального обеспечения. Послед-

ствия этого являются одними из самых негативных: появляется необходимость пересматривать реестр поставщиков, планы закупок, повышать уровни запасов на складах, что в свою очередь влечет повышение издержек, а значит и себестоимости продукции, происходит психологическое воздействие на работников предприятия.

В некоторых исследованиях в сфере логистики отмечается большое влияние материально-технического снабжения на успешную работу предприятия по выпуску продукции требуемого качества и с минимальными издержками, особенно в связи внедрением на предприятии системы управления качеством в соответствии со стандартами ИСО.

Организационная часть

Неудовлетворительное финансирование работ по ИО

Экономическая часть

Психологическая часть 1 ' Игнорирование теории I I потребности \ и________________________

Издержки на содержание запасов инструмента

Издержки из-за возникновение дефицита инструмента

Издержки на экстренную закупку и доставку инструмента

Потери от использования оборотных средств в запасах инструмента

Снижение стабильности качества продукции

Снижение ритмичности производственного процесса

Снижение производительности производственного процесса

Рис. 2. Причинно-следственная модель низкого качества процесса управления

инструментальным обеспечением

При организации инструментального обеспечения необходимо учитывать и психологический фактор. В настоящее время существует ряд теорий, описывающих виды и взаимоотношения потребностей человека, на основании которых менеджер может действовать достаточно уверенно и добиваться хороших практических результатов. Среди них можно выделить теорию потребностей А. Маслоу, одно из основных положений в которой - это принцип дефицита - объясняет потребность человека как ощущение дефицита, сопровождаемое стремлением его ликвидировать. По теории, ощущение дефицита приводит к нарушению психологического равновесия в человеке, а ликвидация дефицита восстанавливает его [4].

Исследованиями установлено, что одним из наиболее распространенных и достаточно очевидных источников проблем в коллективе является ограниченность ресурсов, к которым можно отнести бюджетные фонды, рабочее пространство (помещения), технические службы обеспечения и др. При этом очевидным является тот факт, что вероятность возникновения негативной ситуации и интенсивность ее протекания тем больше, чем более ограничены и важны ресурсы, связанные с определенными потребностями соперничающих сторон.

В качестве примера подобной ситуации, возникающей из-за ограниченных ресурсов, можно привести случай, когда в организации проявляется недостаток режущего инструмента, и сотрудники предприятия пытаются для выполнения своих должностных задач получить контроль над ними. И если этот дефицит является действительным, то есть, выполнение задач на данной технологической базе действительно объективно невозможно, данная ситуация может резко сократить эффективность работы персонала и ухудшить отношения в коллективе.

В состав организационной составляющей входят такие факторы как отсутствие слаженности работы между различными подразделениями предприятия, некачественное информационное обеспечение, отсутствие планирования и ритмичности работы, неудовлетворительная работа с поставщиками.

Все рассмотренные факторы, кроме организационного, как правило, являются внутренними недостатками работы ИНХ и влияют на оборачиваемость средств, выделенных на режущий инструмент, издержки хранения запасов, ритмичность производственного процесса и стабильность качества продукции.

Результаты выполненных исследований на машиностроительных предприятиях г. Тулы и Тульской области показал, что качественный и количественный расход режущего инструмента также зависит от сложной системы факторов (рис. 3).

Неоднородность материала

Колебание припусков на обработку

Отклонение физических и химических свойств

Средняя стойкость-инструмента

Характеристики расброса стойкости

Качество заготовок

Состояние оборудования и приспособлений

Качество инструмента

Рис. 3. Система факторов расхода режущего инструмента

Представленные выше факторы являются необходимыми составляющими производственного процесса, а, значит, в совокупности способны отражать его эффективность. Контролируя расход инструмента, можно выявить источники изменчивости процесса для того, чтобы оценить эффект его улучшений или определить, где действующий процесс нуждается в корректировке в рамках работ по непрерывному постоянному его улучшению.

Управление производственными запасами режущего инструмента на машиностроительном предприятии должно основываться на расчете объективной потребности в конкретных его видах с гарантированным обеспечением процесса выполнения производственной программы и других видов хозяйственной деятельности предприятия. Решение этой задачи осуществляется на трех иерархических уровнях технологических систем предприятия. На рис. 4 приведена схема иерархических уровней распределения запаса инструмента по соподчиненным технологическим системам предприятия.

Основными источниками поступления режущего инструмента в центральный инструментальный склад (ЦИС) являются внешние поставщики и инструментальный цех (ИЦ). Из ЦИСа инструмент распределяется в соответствии с потребностями цехов по цеховым инструментально-раздаточным кладовым (ИРК), откуда он попадает на рабочие места (станки). Использованный, но еще годный инструмент возвращается через ИРК в ЦИС или, если требуется ремонт, направляется в инструментальный цех для восстановления. Как правило, основная доля запасов приходится на ЦИС и ИРК (до 70% и более) [12]. Если предприятие стремится работать в соответствии с концепцией "пяти нулей" в организации производства (отсутствие дефектов, отсутствие запасов, отсутствие времени подготовки производства, отсутствие остановок, отсутствие

документации) фактически сводит к минимуму запасы на ЦИС. Анализ номенклатуры и количества режущего инструмента, хранящихся в ЦИС машиностроительного предприятия, позволяет разделить его объем три части. Первая часть - это инструмент, ранее используемый в производстве и не выработавший свой ресурс, ненужный на сегодняшний момент, при этом по каким-либо причинам не списанный. Вторая часть - это инструмент, поступивший от поставщика и еще не распределенный по ИРК в силу каких-либо организационных причин: необходимо время на оформление прихода, проверки вновь прибывшего инструмента и т. д. Третья часть - это страховой запас, обусловленный ошибками при прогнозировании расхода инструмента и времени его поставки. Таким образом, значительная доля запасов режущего инструмента сосредоточена в цеховых ИРК, а основное управление запасами производится на уровне технологической системы цеха.

Рис. 4. Иерархия уровней распределения запасов инструмента

В общем виде весь процесс управления инструментальным обеспечением станочного парка предприятия можно представить в виде схемы, представленной на рис. 5.

Для качественного осуществления инструментального обеспечения необходимо обеспечить решение следующих задач:

в рамках технологического проекта изготовления машины разработка мероприятий по инструментальному обеспечению;

анализ плана производства на этапе технологической подготовки производства;

определение номенклатуры применяемого инструмента на этапе технологической подготовки производства;

прогнозирование потребности в режущем инструменте на этапе технологической подготовки производства;

прогнозирование времени поставки режущего инструмента на этапе планирования материально-технического снабжения;

установление нормативов складских запасов на этапе планирования материально-технического снабжения;

учет расхода инструмента и накопление статистических данных по его потреблению в ходе производственного процесса;

регулирование процесса инструментального обеспечения.

Многочисленные организационно-экономические причины, временной интервал между этапами проектирования и изготовления изделий обусловливают существование ряда неопределенностей. Поэтому СУИО должна обеспечивать как прямые (при разработке проектных и управленческих решений), так и обратные (при проведении изменений проектных решений и их согласовании) информационные связи [13-15].

Управление инструментальным обеспечением

Учет расхода РИ

Накопление статистики расхода РИ

Учет складских запасов

и

V

Анализ плана производства

Анализ технологии изготовления

Анализ предистории поставок

Определение номенклатуры

Определение норм складских запасов

Прогнозирование потребности в РИ

Оформление заявок на приобретение РИ

Планы-графики обеспечения производства РИ

Рис. 5. Основные задачи процесса управления инструментальным

обеспечением

ТД на изготовление продукции

Предистория поставок и расхода РИ

План производства

Денежные средства

Обеспечить производственный процесс режущим инструментом

о

Режущий инструмент

Отчет о степени обеспечения РИ производственного процесса

Службы предприятия

УЗЕЛ: А-0 Обеспечить производственный процесс НАЗВАНИЕ: режущим инструментом НОМЕР:М001

УЗЕЛ: АО

Обеспечить производственный процесс режущим инструментом

НОМЕР: М002

Рис. 6. Структурно-функциональная модель процесса обеспечения производственного процесса режущим инструментом

221

Для решения задачи повышения качества управления инструментальным обеспечением был выполнен функциональный анализ и синтез системы обеспечения производства машин режущим инструментом. В качестве лингвистического обеспечения были использованы методы структурного анализа и проектирования SADT/IDEF и диаграмм потоков данных DFD, разработанные для функционального моделирования сложных многоуровневых систем и представляющих собой графический язык и набор процедур анализа для понимания системы прежде, чем можно представить себе ее воплощение. Фрагмент функциональной модели системы обеспечения производственного процесса режущим инструментом, разработанный с помощью методологии IDEF, представлен на рис. 6.

Заключение. Выполненные исследования показали, что в результате анализа производственных ситуаций и последующего функционального моделирования процессов инструментального обеспечения можно было выявить несовершенство информационных потоков, приводящее к многократному дублированию информации и потере ее оперативности. Было также установлено, что основная информация, необходимая для решения задач инструментального обеспечения, сосредоточена в технологическом управлении предприятия. Это обстоятельство позволило в рамках действующей на предприятии системы управления качеством продукции модернизировать отдельные процессы организации производства и добиться тем самым снижения издержек на обеспечение станочного парка режущим инструментом. На основе результатов функционального моделирования необходимости модернизируется и организация работ с поставщиками, которая является задачей службы материально-технического снабжения.

Список литературы

1. Аврамова Т.М., Бушуев В.В., Гиловой Л.Я. [и др.]; под ред. В.В. Бушуева Металлорежущие станки: учебник. М.: Машиностроение, 2011. Т. 1. 608 с.

2. Аврамова Т.М., Бушуев В.В., Гиловой Л.Я. [и др.]. Металлорежущие станки: учебник; под ред. В.В. Бушуева. М.: Машиностроение, 2011. Т. 2. 586 с.

3. Мещерякова В.Б., Стародубов В.С. Металлорежущие станки с ЧПУ: Учеб. пособие. М.: ИНФРА-М, 2015. 336 с.

4. Фатхутдинов Р.А. Организация производства: учебник. М.: ИНФРА-М, 2007.

544 с.

5. Крылов Е.Г. Автоматизация подготовки инструментального оснащения обрабатывающего оборудования с ЧПУ: Монография. Волгоград: ВолГТУ, 2018. 140 с.

6. Инструментальные системы автоматизированного производства / Р.И. Гжи-ров, В.А. Гречишников, В.Г. Логашев [и др.] СПб.: Политехника, 1993. 399 с.

7. Агарков А.П., Аникин Б.А. Эффективная организация и управление инструментальным хозяйством предприятия. М.: Экономика, 1981. 128 с.

8. Автоматизация управления инструментальным хозяйством / Ю.К. Перский, Г.А. Казаков, В.Н. Решетников, А.П. Ямшинин. М.: Машиностроение, 1982. 128 с.

9. Волович В.А., Керженцов А.Ф., Филатов И.Г. Нормирование расхода режущего инструмента в машиностроении: Справочник. Минск: Беларусь, 1989. 174 с.

10. Курляндчик Р.И. Обеспечение ритмичности машиностроительного производства. Л.: Машиностроение, 1989. 144 с.

11. Анцев В.Ю., Васин С.А., Долгов Д.В. Информационная поддержка в системе инструментального обеспечения машиностроительного предприятия // Автоматизация и современные технологии. 2002. № 2. С. 3-9.

12. Иноземцев А.Н., Долгов Д.В., Трушин Н.Н. Компьютерная система учета инструмента на машиностроительном предприятии // Известия Тульского государственного университета. Экономика и управление. Вып. 3. Тула: ТулГУ, 2003. С. 109117.

13. Иноземцев А.Н., Долгов Д.В., Трушин Н.Н. Прогнозирование расхода режущего инструмента в групповом машиностроительном производстве // Известия ТулГУ. Машиностроение. Вып. 1 (спец.). Тула: ТулГУ, 2003. С. 183-189.

14. Трушин Н.Н. Организационно-технологическая структура производственного процесса на машиностроительном предприятии: Монография. Тул. гос. ун-т. Тула, 2003. 230 с.

15. Иноземцев А.Н., Долгов Д.В., Трушин Н.Н. Проблемы повышения эффективности инструментального обеспечения машиностроительного производства // Известия ТулГУ. Инструментальные и метрологические системы. Вып. 1. Часть 2. Тула: ТулГУ, 2004. С. 168-172.

Лазарев Андрей Юрьевич, аспирант, lazanur@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Лисицин Владимир Николаевич, начальник сектора, itmytrue@inbox.ru, Россия, Тула, АО «Конструкторское бюро приборостроения имени академика А.Г. Шипунова»,

Трушин Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, trushin@,tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

EFFICIENT TOOL MANAGEMENT FOR MANUFACTURING COMPANIES A.Y. Lazarev, V.N. Lisitsin, N.N. Trushin

The paper considers fundamental aspects of efficient tool management for manufacturing companies. Medium and large companies use an extensive range of primary and auxiliary tools that requires a special approach to delivering the right tool to the right position. The research applied system analysis principles, the concept of total quality management for manufactured products, a methodology of building an optimal organizational and engineering structure of the product lifecycle, structural and functional process modeling, and IDEF. We identified the factors significantly affecting sustainable tool supply. A cause-and-effect model of low quality tooling support is presented. The specific types of cutting tools required to fulfill the production schedule can be used as a criterion of tools stock management efficiency. A complicated system of engineering, manufacturing, organizational, and economic factors influences the tool consumption. A model of tool hierarchy levels is presented. It is based on a functional model of a tool supply system. The proposed tool supply principles are implemented as a corporate information system.

Key words: machinery production, machine tools, cutting tools, tool management

Lazarev Andrey Yurievich, postgraduate, itmytrue@inbox.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Lisitsin Vladimir Nikolaevich, head of the sector, itmytrue@inbox.ru, Russia, Tula, JSC «Instrumental Design Bureau named after academician A. G. Shipunov»,

Trushin Nikolay Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, itmytrue@inbox.ru, Russia, Tula, Tula state University