Методология реорганизации систем технической подготовки производства на основе моделей инженерного консалтинга

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методология реорганизации систем

технической подготовки производства

на основе МОДЕЛЕЙ инженерного консалтинга

Специальность: 05.02.22 - Организация производства (промышленность) (технические науки)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

консалтинг инженерный производство реструктуризация

БИРБРАЕР Радислав Александрович

Москва 2009

Работа выполнена в инженерно-консалтинговой фирме “Солвер” и на кафедре “Управление качеством и сертификация” ГОУ ВПО "МАТИ" - Российского государственного технологического университета имени К.Э. Циолковского.

Научный консультант: -доктор технических наук, профессор

Червяков Леонид Михайлович

Официальные оппоненты:

-доктор технических наук, профессор

Олейник Андрей Владимирович

-доктор технических наук, профессор

Гатауллин Рустам Мухтарович

-доктор технических наук

ОСТРОВЕРХ Александр Ильич,

Ведущее предприятие: ГОУ ВПО МГТУ им. Н.Э.Баумана

Защита состоится “16” декабря 2009 года в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Д 212.110.03 ГОУ ВПО "МАТИ" - Российского государственного технологического университета имени К.Э. Циолковского по адресу:

121552, г. Москва, Оршанская, д. 3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке "МАТИ" - Российского государственного технологического университета имени К.Э. Циолковского.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) просим направлять по адресу: 121552, г. Москва, Г-552, ул. Оршанская, д.3, Диссертационный совет Д 212.110.03 "МАТИ" - Российского государственного технологического университета имени К.Э. Циолковского

Автореферат разослан “__” ____________ 2009 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Машиностроительные предприятия России в полной мере вошли сегодня в рыночные отношения, как внутри страны, так и в мировом масштабе. Определяющим фактором успеха на рынке является высокая конкурентоспособность выпускаемой продукции. Причем, большинство предприятий осваивает новые, нетрадиционные виды изделий для выхода на новые перспективные рынки. Такой интенсивный социально-экономический процесс перехода за 15 лет от защищенного для конкуренции социалистического хозяйствования к давно устоявшимся в мировом экономическом пространстве жестким рыночным принципам производства не позволил «выжить» большинству отечественных предприятий.

Сырьевая направленность российской экономики этого периода не обеспечила возможность получения финансовых средств машиностроительным предприятиям для требуемого интенсивного технического перевооружения, так что технологический уровень, по-существу, затормозился в пределах созданных 15-20 лет назад мощностей. Причем, мощностей не только «машинных», но и «человеческих»: за последние два десятилетия произошло значительное интеллектуальное ослабление машиностроения в виду отсутствия притока молодых квалифицированных специалистов (престижными являлись профессии банкира, менеджера топливных компаний, но не инженера).

И без того сложная ситуация в отечественном машиностроении усугублялась произошедшей реструктуризацией предприятий и их специализированных конструкторских бюро (КБ). Повсеместно произошло юридическое разделение заводов и КБ, так что серийные заводы оказались без интеллектуальной поддержки выпускаемой продукции (модификаций старых и разработки новых образцов изделий), а КБ с их опытным производством не получили технологической поддержки для самостоятельного серийного производства. Это привело к серьезной утрате позиций на совместно завоеванных рынках.

Сегодня происходит очевидный процесс активизации экономического значения машиностроительной продукции, особенно, в таких областях, как энергетический сектор, железнодорожный транспорт, приборостроение, военная техника. Появляются новые собственники предприятий (в том числе, и государственные) со значительными финансовыми возможностями. Эти собственники стремятся в минимальные сроки создать максимально эффективные производства (захватить и освоить новые рынки продукции или укрепить позиции на старых рынках). Но, к сожалению, в их распоряжении оказывается не только физически и морально изношенный технологический ресурс, но и недостаточный по сегодняшним меркам квалификационный потенциал разработчиков, производственников и управленцев. Поэтому направляемые на техническое перевооружение предприятий средства по рекомендациям собственных специалистов с багажом старых плановых представлений о принципах развития производства резко увеличивают затратные статьи, но не обеспечивают требуемой прибыльности продукции. Попытки «аварийного» создания собственниками специальных инжиниринговых компаний, стоящих над предприятиями и жестко диктующих им пути технического развития, но не несущих при этом реальной ответственности за предлагаемые решения, оказываются малоэффективными. Поиски руководителями машиностроительных предприятий рецептов развития в экономически развитых странах Запада с привлечением различного рода консультантов часто сталкиваются с проблемой неприемлемости искомых продвинутых внешних рецептов для интеллектуально отсталой внутренней производственной структуры предприятий. Эти рецепты остаются в виде ни к чему не обязывающих обе стороны бумажных рекомендаций. Сказанное позволяет утверждать, что главная и основная цель для отечественного машиностроения в современных экономических условиях подчинить развитие предприятия трем базовым рыночным требованиям:

- сократить производственные циклы изготовления;

- повысить качество изделий;

- уменьшить производственные затраты.

Важно придать процессу перевооружения не только техническую, но и прежде всего организационную направленность с последующим созданием на предприятиях иной инженерной и управленческой среды, которая в состоянии эффективно использовать новые дорогостоящие производственные мощности строго в соответствии с поставленной целью.

Цель работы заключается в развитии теории и методов подготовки производства на основе создания и применения методологии инженерного консалтинга, обеспечивающих конкурентные преимущества предприятиям за счет эффективной организации производства продукции

Для достижения поставленной цели работы определены следующие

направления исследований:

- построение концепции “интеллектуального производства”, обеспечивающей создание у предприятия организационно-технической системы (комплекса, потенциала), способной самостоятельно формировать и сопровождать реализацию рациональных организационно-технологических решений по техническому перевооружению;

- создание методологии инженерного консалтинга, направленной на реализацию концепции “интеллектуального производства”;

- разработка методологической схемы “трех проектов” определяющей процесс последовательных изменений организационно-технологической структуры промышленного предприятия;

- определение состава организационной структуры, реализующей комплексное решение задачи технического перевооружения, обеспечивающей методическую поддержку процессов реструктуризации производства;

- обоснование направлений инженерного консалтинга, нацеленных на повышение его эффективности - снижение затрат производства, сокращение сроков освоения и повышение качества машиностроительной продукции.

Объектом исследований является процесс реорганизации технической подготовки производства выпуска машиностроительной продукции.

Предметом исследований является организационная система принятия организационно-технических решений выпуска машиностроительной продукции.

НаучнУЮ новизнУ работы составляют:

1. Концепция «интеллектуального производства» как набора программно-технических и методических средств обеспечения процессов формирования и реализации организационно-технических решений по перевооружению промышленных предприятий, принципы построения которой раскрываются тремя моделями: предприятия; изделия; инженерно-консалтинговой фирмы, - базирующимися на широком применении современных информационных технологий.

2. Концептуальная схема реинжиниринга машиностроительного производства, основанная на базисном положении о проведении системы мероприятий, включающих последовательное выполнение трех проектов: экспериментального, внедрения и индустриального.

3. Организационная модель инженерного консалтинга машиностроительного производства, отличающаяся наличием четырех уровней, раскрывающих структуру взаимодействия при выработке решений как внутри инженерно-консалтинговой фирмы (ИКФ), так и между ИКФ и заказчиком.

4. Проблемно-ориентированная методика обучения и сертификации персонала правилам работы с информационными системами, обеспечивающими формирование организационных и конструкторско-технологических решений, на этапе внедрения производственных технологий.

5. Ряд частных решений в области технологической подготовки производства, направленных на повышение эффективности применения современного оборудования:

- методика конструктивно-независимого проектирования технологии обработки (система “СПИД+”);

- модель средств технологического оснащения производства.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методологии системно-структурного анализа, математического аппарата теории множеств, методов целочисленного программирования, методов технологической подготовки производства, теории организационных систем и организации производства, стандартами ИПИ/CALS-технологий.

Практическая значимость. Разработанная методология реорганизации систем технической подготовки производства на основе моделей инженерного консалтинга, обеспечивает повышение конкурентоспособности изделий на международном и внутреннем рынках за счет снижения себестоимости и сокращения сроков изготовления машиностроительной продукции, подтверждено положительными решениями, полученными на 61 предприятии отрасли.

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при выполнении государственных научно-технических программ, международных проектов и контрактов. Предложенные решения послужили основой для разработки методических материалов использованных в учебном процессе МАТИ им. К.Э. Циолковского, а также в реализации аналитической ведомственной целевой программы “Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)”.

Апробация работы. Основные научные и практические положения работы докладывались и обсуждались на 1-3 Конгрессах машиностроителей России (Словения, 2006-2008г.г.) и 5 всероссийских научно-технических конференциях, научно-практических семинарах (2002г. - ОАО «АПЗ» г.Арзамас; 2003г. - ОАО НПК «ЭЛАРА» г. Чебоксары; 2004г. - ОАО «Калугатрансмаш» г.Калуга; 2005г. - ОАО «АЛНАС» г.Альметьевск, ОАО «Коломенский завод» г.Коломна; 2008г. - ЗАО «ЗЭМ» РКК «Энергия» г.Королев; 2009г - ОАО «ПНППК», ОАО «Мотовилихинские заводы», г.Пермь и др. по настоящее время). По результатам выполненных исследований опубликовано 85 работ (32 из которых соответствуют перечню, рекомендованному ВАК).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы (216 наименований), изложена на 287 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков и 6 таблиц, приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы реорганизации систем технической подготовки производств, стремящихся обеспечить выпуск конкурентоспособной продукции. Обосновывается необходимость разработки методологии инженерного консалтинга. Дается аннотация работы, сформулирована цель работы и основные положения, представляемые к защите.

Построение рациональной структуры ИКФ, как показал проведенный в первой главе анализ, основывается на учете внешней и внутренней информации, выработке стратегических ориентиров по наиболее целесообразным направлениям развития, определении общих целей.

Проблемы организационно-технологического сопровождения производственных процессов имеют междисциплинарный характер. В исследование проблем организации систем и производственных процессов внесли значительный вклад: Акофф Р., Алешин Н.П., Гатауллин Р.М., Клир Дж., Колобов А.А., Котлер Ф., Кутин А.А., Месарович М.Д., Оптнер С.Л., Соломенцев Ю.М., Червяков Л.М., Шептунов С.А., Шпур Г. В анализ и разработку технологических решений, построение систем менеджмента качества - Балакшин Б.С., Бойцов Б.В., Васильев В.А., Горбунов М.Н., Григорьев В.П., Митрофанов В.Г., Петров А.П. и другие отечественные и зарубежные ученые. Системно-структурный анализ средств автоматизации принятия решений выполнялся с учетом результатов научных школ Горанского Г.К., Капустина Н.М., Норенкова И.П., Павлова В.В., Цветкова В.Д.

Современные инструменты, которые способны эффективно воздействовать на машиностроительное предприятие, должны сочетать передовые научные достижения в области машиностроения и специальные методологические приемы направления на практическое создание на предприятии адекватной рынку информационно-технологической среды. Эти инструменты должны работать на всех этапах жизненного цикла изготовления изделий (маркетинг, внедрение, эксплуатация, утилизация) и обеспечивать:

1. Возможность количественной оценки характеристик цели совершенствования производства: сроки, качество, затраты, - на основе математического моделирования процессов функционирования и изготовления изделия, а также информационного моделирования процессов проектирования его конструкции и разработки технологии (т.е. процессов технической подготовки производства).

2. Оценку экономического эффекта рассматриваемых вариантов производственных возможностей на основе соответствующих моделей.

3. Минимизацию сроков создания эффективного производства на основе прототипов производственных процессов по типовым изделиям производственной номенклатуры с возможностью масштабирования процессов на всю номенклатуру.

4. Уменьшение зависимости предприятия от имеющей место нехватки на рынке труда основного рабочего персонала.

5. Организацию бизнес-процессов внедрения, эксплуатации и утилизации производственных процессов за счет использования современных управленческих моделей с достижением характеристик цели и технико-экономического эффекта.

6. Учет исходной квалификации персонала и проведение его сертификации на основе передовых образовательных методик применительно к специфике создаваемого производства.

Таким образом, инструменты совершенствования производства машиностроительных предприятий представляют собой систему математических, экономических, управленческих, образовательных моделей и методик, работающую на всех этапах жизненного цикла производственных возможностей с достижением поставленной цели.

Сформулированная в ходе анализа организационной деятельности предприятий и процессов машиностроительного производства проблема исследования предполагает поиск решений в следующих основных направлениях:

1. Отказа от старой плановой методологии технического перевооружения предприятий, при которой оценки рыночной результативности (определяемые указанной выше целью) не принимались во внимание.

2. Разработки новых подходов и на их основе новой стратегии перевооружения предприятий с детальной предварительной оценкой результативности и построением механизма внедрения новых технологий в соответствии с этими оценками, а также системы ответственности за такое соответствие.

3. Выявлении принципов, раскрывающих новые подходы и на их основе разработки методологии ресурсного перевооружения предприятий.

4. Разработки инструментальных средств эффективного внедрения и эксплуатации методологии ресурсного перевооружения.

Решение сформулированной таким образом проблемы позволит определить содержание (структуру) и направления деятельности нового организационного образования - инженерно-консалтинговой фирмы.

Разработке методологической схемы инженерного консалтинга в процессе организации производства продукции посвящена вторая глава, ключевым элементом которой является концепция «интеллектуального производства». Важнейшими признаками и компонентами концепция являются:

1. Наличие электронной модели организации производства изделий, включающей не только технические параметры изделий, но и технологические и экономические, связанные с подготовкой их производства и производством.

2. Единая система нормативов по всем этапам всех процессов подготовки производства и производства, возведенная в ранг стандарта предприятия.

3. Обязательная корпоративная (по всей организационной структуре) сертификация специалистов предприятия по единой системе нормативов.

4. Трехэтапная система планирования и контроля инвестиций в развитие предприятия:

- детальная оценка предстоящих инвестиций и организационных преобразований на основе моделирования собственно новых изделий и процессов их производства;

- оценка соответствия фактического результата от инвестиций по внедрению новых технологий по плановым показателям;

- регулярный мониторинг соответствия текущего фактического результата при производстве новых изделий нормативным показателям.

5. Система контроля производства по срокам изготовления, затратам и качеству изделий.

Базовые принципы реализации концепции раскрываются тремя моделями: предприятие; изделие; инженерно-консалтинговой фирма.

Организационная модель современного машиностроительного предприятия может быть представлена в виде «четырехуровневой» пирамиды (рис. 1).

Рис. 1. Структурная пирамида модели предприятия

Основанием, первым уровнем этой пирамиды является производство, обеспечивающее выпуск готовой продукции. Основные затраты (оборудование, производственные площади, электроэнергия и т.д.) относятся к производству. Как бы много предприятие не затратило средств на покупку новых станков, но слабо оснащенные и не владеющие современными методами проектирования технологи и конструкторы не могут оперативно реагировать на конъюнктуру рынка и в короткие сроки разрабатывать и запускать новые изделия в производство. Даже прекрасно оснащенное производство ничего полезного не произведет, если изделия недостаточно функциональны, плохо конструктивно и технологически спроектированы. Поэтому качество работы на первом уровне во многом определяется работой на втором уровне, где осуществляется конструкторско-технологическая подготовка производства.

Первые два уровня, не могут обойтись без третьего, который призван обеспечивать учет (без которого невозможно корректировать оперативную деятельность), а также управление жизненным циклом изделий, отдельными проектами и предприятием в целом.

Четвертый уровень пирамиды, тесно связанный с первыми тремя, в то же время существенно от них отличается. Если первые три обращены внутрь предприятия, на них снижают себестоимость, сокращают сроки, повышают качество продукции, последний обращен, прежде всего, во внешний мир: там планируют продажи и обеспечивают выполнение планов, отслеживают текущее состояние рынка, пытаются предсказать пути его развития и динамику. На четвертом уровне определяется стратегия предприятия, его рыночное позиционирование, методы конкурентной борьбы, а также ставятся задачи (по срокам, качеству, себестоимости), которые решаются на остальных уровнях.

«Пространство» бизнеса предприятия, в котором построена эта четырех уровневая пирамида может быть представлено в трехмерном виде, координатными осями которого являются «стоимость ресурсов», «детализация производственных процессов» и «обобщение свойств изделий» (рис. 1).

Проблемы построения структурной модели предприятия сводятся к устранению дисбаланса, согласованию интересов разных уровней (по трем координатам пирамиды). Например, недостаточная детализация технологических процессов на втором уровне на Д₁ (из-за отсутствия моделирования и оптимизации ЧПУ-программ обработки деталей) приведет к излишней детализации на Д₂ на первом уровне (из-за создания программы оператором) и росту затрат на производство на Д₃ (из-за возможной поломки инструмента и даже оборудования, брака и т.д. - см. рис. 2).

Рис. 2. Дисбаланс (по ?1, ?2, ?3) уровней структурной пирамиды

Баланс на третьем и четвертом уровнях пирамиды по трем координатным осям (на третьем уровне рассматривается комплектность изделия, на четвертом - конкурентоспособность) строится на возрастании степени обобщения свойств изделий при снижении степени детализации и уменьшении стоимости ресурсов. Так, на последнем уровне стоимость ресурсов - это, в основном, зарплата менеджеров, которая даже при ее больших суммах меньше затрат на производство (первый уровень) или его подготовку (второй уровень). В противном случае - имеет место явный дисбаланс структурной пирамиды.

Типичными примерами дисбаланса уровней структурной пирамиды являются: много станков - мало идей; много идей - мало станков; много идей - много станков - мало связей. Гармонизация пирамиды предприятия может осуществляться по двум основным сценариям: баланс по минимально развитому уровню и баланс по максимально развитому уровню. Очевидно, что в итоге формируются два совершенно разных решения, и затраты на реализацию этих стратегий будут кардинально отличаться. Но оба этих гармоничных состояния лучше, чем исходное.

Модель изделия определяется по трем координатам - качество, сроки, затраты. Пирамид «моделей изделия» столько, сколько основных видов продукции.

Модель инженерно-консалтинговой фирмы строится на основании той же модели четырех уровней бизнеса, что и машиностроительное предприятие, в тех же координатных осях, что и пирамида предприятия. Векторы направлений их воздействия на соответствующие уровни предприятия (рис. 3) сводятся к: внедрению процессов эффективного производства (четвертый уровень); комплексной автоматизации управления жизненным циклом изделий (третий уровень); решению конструкторских и технологических задач (второй уровень); подготовке производственных процессов (первый уровень).

Для обеспечения бизнес-преобразований на предприятиях, инженерно-консалтинговая фирма должна сама быть достаточно сбалансированной по уровням бизнеса, для этого необходимы:

- технический центр, собственные производственные и технологические мощности - как полигон для натурной отработки параметров выполняемых проектов,

- проектный центр с высочайшим уровнем автоматизации - иначе трудно предлагать клиентам не изученные досконально программные средства и новые технологии,

- полноценный учет затрат и управление проектами,

- грамотный маркетинг, выверенная и регулярно обновляемая стратегия.

Инженерный консалтинг должен быть ресурсно готов к решению разнообразных задач на всех уровнях бизнеса предприятия. И если сегодня машиностроительные предприятия чаще всего предпочитают начинать изменения с первого, производственного уровня, значит именно это звено в инженерно-консалтинговой структуре должно быть самым весомым.

Рис. 3. Подобие структур ИКФ и предприятия

Любые инновации - технические, программные, организационные - инженерно-консалтинговая фирма сначала опробует на себе. На фирме должен осуществляться детальный учет рабочего времени, который позволяет:

- оценивать трудоемкость каждого проекта и отдельного его этапа;

- оценивать загрузку сотрудников, их востребованность со стороны руководителей проектов;

- накапливать статистику о проектах и сотрудниках и вырабатывать нормативы;

- создавать внутренние стандарты по структуре проектной документации;

- сокращать по мере накопления опыта время реализации проектов;

- согласовывать систему мотивации с реальными результатами труда.

Наличие «карты бизнеса», прописанных бизнес-процессов и схем взаимодействия (пример фрагмента одной из таких схем приведен на рис. 4), налаженного документооборота - все это позволяет эффективно организовать собственный бизнес, обеспечить динамичное его развитие.

ИКФ, обладая самыми современными техническими и программными средствами, а также технологическим оборудованием, позволяет предприятиям создать устойчивые процессы современного производства на основе поставленного технологического оборудования, программного обеспечения с возможностью выпуска конкурентоспособных изделий заданной номенклатуры, предлагает предприятиям все те «ноу-хау», которые опробовала и использует в собственной деятельности.

Рис. 4. Фрагмент «карты бизнеса» инженерно-консалтинговой фирмы

Отличия инженерно-консалтинговой фирмы от бизнес-консалтинговой в том, что ИКФ:

- охватывает предприятие целиком, все его уровни - от производства и технической его подготовки до системы управления предприятием и стратегии его развития;

- реализует обосновывающие проекты, доказывая применимость и эффективность своих подходов и предложений в ходе решения принципиально важных проблем клиента;

- предлагает взаимоувязанные решения, которые гарантированно воплощаются в конкретных проектах внедрения, завершающихся выпуском нового изделия, необходимого рынку;

- содействует переходу от конкретных проектов внедрения к новой системе выпуска продукции по тематическим проектам, максимально удовлетворяющим запросы конечных потребителей;

- обеспечивает гарантийные обязательства и демпфирует особенности отечественных предприятий (неподготовленность и недисциплинированность персонала, неотлаженность технологий, необязательность исполнения) перед западными поставщиками оборудования.

Последнее ключевое понятие методологии инженерного консалтинга - это «мир проектов». Он рассматривается как альтернатива всем привычному «миру планов», в котором разрозненные функциональные подразделения предприятия ведут себя как слабо связанные между собой. В проектной пирамиде нижняя часть - мир планов, верхняя - мир проектов (рис. 6). На координатной оси «количество комплексных поставок оборудования и программного обеспечения (ПО) в рамках проектов» проектной пирамиды есть три уровня точек, соответствующих количеству комплексных поставок на основе экспериментальных проектов (Э), проектов внедрения (В) и индустриальных проектов (И). Охарактеризуем эти типы проектов:

1. Экспериментальный проект (создание на основе моделирования экспериментального прототипа нового производства, доказывающего конструктивную, технологическую и экономическую целесообразность изделия). В экспериментальном проекте центр тяжести - на специалистах инженерно-консалтинговой фирмы, которые используют свой опыт для реализации конкретного проекта;

2. Проект внедрения (создание действующего прототипа нового производства и организационно-технических предпосылок для развития этого прототипа в масштаб предприятия). Здесь акцент уже на формировании совместной проектной группы, включающей как специалистов инженерно-консалтинговой фирмы, так и (обязательно!) специалистов самого машиностроительного предприятия. Структурные изменения при переходе к проектной организации бизнеса (как высшей его стадии) просто не могут быть выполнены снаружи;

3. Индустриальный проект (проектное обеспечение выпуска новых конкурентоспособных изделий в соответствии с потребностями рынка). Здесь акцент делается на проектные группы самого предприятия с возможным участием специалистов инженерно-консалтинговой фирмы. Наивысшая оценка работы консультантов - когда клиенты в большинстве проектов могут обходиться и без них.

Методология трех проектов в процессе создания (реинжиниринга) производственной системы реализует модель, поддерживающую стратегию применения передовых технологических решений и перспективного оборудования.

Традиционная модель определяется следующими основными положениями:

1. Фиксированным набором технологий для реализации модели и перевода изделия из состояния в состояние.

T = <T₁,T₂,T₃, …, T_i>,(1)

где T_i - множество технологических процессов; T = <, _о, _и, _п>- элементы технологической среды:  - технологические операторы, _о - оборудование, _и - инструмент, _п - приспособления.

2. Существующей технологической средой и жестко зафиксированным набором состояний, через которые изделие должно пройти при создании

S = (S_i),(2)

где S_i - множество состояний, определенных из возможностей технологической среды. Причем в каждом состоянии изделие имеет разработанный для этого состояния набор характеристик Q:

S_i = <Q_i>, S_i+1 = < Q_i+1 >, S_i+2 = < Q_i+2 > ,

где Q_i = <S_i, F_i, N_i>- наборы соответственно структурных, качественных и количественных характеристик.

3. Строго определенным конечным состоянием Y_к и, как правило, не строго определенным, начальным Y_н:

S_К = < Q_К> , S_Н = < Q_Н >

Важными ограничениями модели являются:

- следующее состояние изделия заранее не определено, является следствием и всецело зависит от текущего (имеющегося) технологического процесса

S_n = T_n(S_n-1); (3)

- не существует единой закономерности, позволяющей трансформировать известные процессы на другие изделия

Ш: И_B^Вх И_B^Вых;

л: И_D^Вх И_D^Вых;

Щ: И_C^Вх И_C^Вых ,

где И_В, И_D, И_С - различные изделия.

T : ИВх ИВых; T ШлЩ ,	(4)

где И - изделие.

Предлагаемая модель отличается от традиционной модели следующими основными положениями:

1. Существуют варианты (многообразие) первоначально сформированных состояний, через которые возможно осуществить создание изделия. Формирование состояния не ограничивается технологической средой, поскольку технологический процесс при формировании этапов вообще не учитывается

S = {S_i};

S_i = f(G, A, C) ,

где S_i - множество определенных моделью состояний.

В каждом состоянии изделие имеет одинаковый набор характеристик:

S_i = <Q>; S_i+1 = <Q>; S_i+2 = <Q>.

Строго зафиксировано конечное состояние S_К.

Осуществляется выбор целесообразного, позволяющего обеспечить необходимые условия начального состояния S_Н.

2. Каждый раз предлагается полный спектр теоретически возможных процессов, из которого выбираются необходимые

T_i = {T^G_i, T^A_i, T^C_i },(5)

где T^G_i - множество технологических процессов, изменяющих форму представления (например, геометрию); T^C_i - множество технологических процессов, изменяющих характеристики изделия (например, физико-химические, механические); T^A_i - множество технологических процессов, изменяющих форму детализации изделия (например, сборка).

3. Принципиальные отличия и преимущества модели заключаются в том, что первоначально:

· формируются все возможные состояния изделия

S = {Si}; Sn Tn(Sn-1); ,	(6)

· формируются конечные состояния изделий для всей номенклатуры проекта Y_К, возможные характеристики для каждого изделия

S_Кj = (Q_j);(7)

· характеризуются все возможные последовательности прохождения состояний (траекторий) при соединении начального и конечного состояний

M_j = (m_1j, m_2j, … , m_lj);(8)

· определяются характеристики всех допустимых (возможных) технологических процессов, реализующих выявленные траектории

m_l(Q_j) = (T_1l, T_2l, … T_kl,);(9)

4. Осуществляется целенаправленный выбор необходимых технологий, приемлемых для данных условий. Для решений задачи в данной постановке применяются стандартные процедуры целочисленного программирования.

При этом целевая функция приобретает вид

 n

B_jy_j

j=1

Т_ок = min , (10)

n

Z_сущ - ( x_ij(c^t_jt_ij + r_ij))

j=1 iI_j

где

x_ij- булева переменная, принимающая значение x_ij=1, если детале-операция i выполняется на станке модели j, и 0 в противном случае, x_ij=f(_о, _п);

I_j - подмножество детале-операций, которые могут выполняется на станках модели j;

t_ij -трудоемкость обработки детале-операции i на станке модели j, t_ij=f(, _о, _п);

n- общее количество станков;

y_j- количество станков модели j;

B_j= K_0j + K_пj; K_0j , K_пj - соответственно затраты по приобретению оборудования и строительству новых площадей, приведенные к одному станку;

c^t_j - стоимость 1 нормо-часа на станке модели j, (руб.);

r_ij=f(_и) - затраты на инструмент по детале-операции i на станке модели j;

Z_сущ- затраты по существующему варианту технологического процесса;

Т_ок- срок окупаемости оборудования.

Неизвестными величинами являются булевы переменные x_ij и целочисленные неотрицательные переменные y_j. Решение ищется при ограничениях

 n

Z_сущ > ( x_ij(c^t_jt_ij + r_ij)) ,

j=1 iI_j

n

[B] > B_jy_j.

j=1

Здесь [B] - допустимый бюджет проекта.

Методология инженерного консалтинга в формируемой модели производственной системы готовит базис для реализации концепций современного производственного менеджмента.

Одной из наиболее эффективных и признанных в мире методологий управления и организации производством при наличии внутренних ограничений на пропускные способности ресурсов является методология, предложенная доктором Голдраттом. Эта методология основана на разработанной им же теории ограничений (ТОС - Theory Of Constraints). Согласно этой теории, реальные ограничения для промышленного предприятия лежат в одной из четырех областей: рынок (недостаточный спрос), поставщики (недостаточно материалов в данный момент времени), внутренние ресурсы (мощность оборудования, либо нехватка квалифицированного персонала), методы управления предприятием (неадекватные бизнес-процессы). Как правило, для российских промышленных предприятий в настоящее время наиболее существенным ограничением является внутренний ресурс.

Информационная модель, механизмы построения системы технологической подготовки производства, формируемые в процессе реализации проектов, закладывают основы последующего применения эффективных методов управления производством на основе программных продуктов SYMPHONY.

В третьей главе рассматриваются особенности построения нового поколения подсистем управления жизненным циклом изделий. Жизненный цикл в системах автоматизации управлением потоком работ (PDM, WF) представляется наборами этапов, ассоциированных с рабочими потоками, и описывающими логику работы с объектом. Основной задачей подсистем является сокращение длительности подготовки производства за счет уменьшения потерь времени при передаче заданий между исполнителями, автоматизации мониторинга выполнения потоков работ и сокращения затрат при передаче и поиске конструкторско-технологической информации о разрабатываемом изделии.

Затраты при передаче, хранении и поиске информации вызваны тем, что предприятие зачастую не придает должного внимания необходимости внедрения единой системы подготовки производства. В результате, все сводится к «лоскутной» автоматизации конструкторских и технологических задач, когда каждое подразделение выбирает себе систему, руководствуясь принципом «нам так удобнее». Это приводит к отсутствию единого формата данных, создаваемые данные приходится постоянно транслировать из одной системы в другую, что провоцирует возникновение ошибок и затрудняет процесс внесения изменений. Информация о том, кто, когда и какие конкретно вносил изменения не сохраняется, теряется история версий объекта. Все это усложняется многоступенчатой процедурой передачи данных в другие подразделения, участвующие в процессе разработки.

Полно и качественно решить эти проблемы позволяет переход на использование комплексной системы разработки изделий - от дизайна изделия, его разработки, производства и до сервисного обслуживания. Понятие жизненного цикла является определяющим в создании интегрированной информационной среды системы инженерного консалтинга. Практически на каждый объект (чертеж, модель, документ и др.) назначается свой жизненный цикл, в соответствии с которым он изменяется, последовательно переходя из одного состояния в другое.

В работе выполнен анализ разработок инструментальных средств анализа и реорганизации бизнес-процессов, определены правила выбора и применения средств моделирования.

В четвертой главе рассматриваются методологические аспекты создания и модификации электронных моделей (ЭМ) организации производства. Технический аспект реализации на предприятии программы модернизации производства включает разработку и освоение методологии информационного обеспечения всего жизненного цикла изделия. Для решения этих задач привлекаются специалисты инженерно-консалтинговой компании, а главная цель совместного экспериментального проекта заключается в проработке организационно-методологических принципов, регламентирующих организацию работы с электронными моделями. Работы по проекту включают в себя:

1. Методологическую часть: определение статуса ЭМ изделия, порядка ее разработки и требований к ней, правил информационного сопровождения ЭМ на ранних стадиях жизненного цикла изделия;

2. Практическую часть: создание ЭМ типовых объектов производства различными методами, сравнительный анализ этих методов; проработку методики создания и модификации ЭМ.

Отработка решений производится на основе глубокого анализа и моделирования процессов проектирования, подготовки производства и изготовления изделий.

Современная методология подготовки производства нового изделия предполагает сквозной цикл «Проектирование изделия - Проектирование оснастки - Разработка управляющих программ - Производство» на основе использования единой трехмерной математической модели изделия. Преимущества такого подхода:

1. Вся работа строится на базе исходной модели, созданной конструктором. Наличие единой геометрии позволяет исключить ошибки при создании оснастки и управляющих программ, а специализированные, встроенные в систему модули анализа - обеспечить соответствие функциональности проектируемого изделия заданным требованиям еще на этапах разработки изделия, что, несомненно, сказывается на качестве продукции.

2. Единая исходная геометрия позволяет распараллелить работу разработчиков - конструкторов и технологов: технологи имеют возможность приступить к работе еще в процессе проектирования изделия, не дожидаясь окончательного утверждения комплекта конструкторской документации. Несмотря на то, что труд инженера - процесс итерационный и, в каком то смысле, бесконечный (нет предела совершенству!), технологии сквозного проектирования позволяют при необходимости быстро и качественно проводить задуманные разработчиками изменения.

3. Процессы проектирования изделия и конструкторско-технологической подготовки производства в современных условиях немыслимы без использования единой корпоративной системы управления производством, обеспечивающей качественное управление процессами.

В пятой главе рассмотрены методические и технические вопросы отработки производственных систем предприятий на технологичность. При этом одной из главных задач ИКФ является обеспечение возможности доминантного вовлечения “прорывных” технических решений в процессы реинжиниринга производства, и прежде всего системы его конструкторско-технологической подготовки.

Совершенствование системы конструкторско-технологической подготовки производства, как одного из важнейших этапов организации производства, направлено: на решение задач конструкторской отработки изделий, их соответствия существующим технологиям и оборудованию; а в плане отработки технологической системы приоритеты ИКФ отдаются совершенствованию средств технологического оснащения (СТО) и поиску новых технологических решений, обеспечивающих более эффективное применение современного технологического оборудования.

ИКФ сталкивается как с решением задач совершенствования систем технической подготовки производства, так и с созданием новых производств. Но в настоящее время более востребованы работы по совершенствованию систем, что отражает существующее состояние отечественного машиностроения. По этой причине, методология инженерного консалтинга в полной мере раскрывается на решении проблем совершенствования существующих производственных систем.

Обязательным этапом инженерного консалтинга, предшествующим экспериментальному проекту, является анализ состояния системы подготовки производства и производства определенного контента изделий, поскольку позволяет сформулировать техническое задание на проект. Формирование технического задания на достаточно типовой ЭП по модернизации производства газотурбинной силовой установки (рис. 5) заняло почти 2 месяца.



Рис. 5. ЭМ узла «Контейнер» силовой установки

В инженерно-консалтинговой фирме была создана проектная группа из 12 человек: руководитель, 2 конструктора по созданию ЭМ, 2 специалиста по анализу прочности, разработчик чертежей, разработчик технологических процессов, разработчик управляющих программ для станков с ЧПУ, специалист по управлению документооборотом конструкторско-технологической подготовки производства, разработчик технического задания на поставку, переводчик для работы с англоязычной технической документацией. Общая продолжительность экспериментального проекта составила 4 месяца, трудоемкость - 540 чел/дн.

Были определены следующие этапы экспериментального проекта:

1. Разработка трехмерной электронной модели корпусного сборочного узла «Контейнер» (1183 наименований деталей и 147 сборочных единиц).

2. Конструкторско-технологическое проектирование трубопроводов, соединяющих силовые устройства агрегата между собой.

3. Оптимизация массы сварной конструкции узла «Контейнер».

4. Технологическое проектирование деталей сварной конструкции узла.

5. Планирование, контроль исполнения работ по конструкторско-технологической подготовке производства, управление изменениями.

Общая структура работ по проекту представлена на рис. 6.

В процессе построения трехмерной электронной модели были выявлены ошибки сборки, связанные с неправильными исходными размерами деталей. Использовался восходящий принцип проектирования, при котором электронная модель сборки создается из электронных моделей деталей, а электронные модели деталей строятся на основе существующих чертежей - в них-то и обнаружилось не менее 15 ошибок (в том числе, весьма сложных, потребовавших изменения геометрии сразу нескольких смежных, примыкающих друг к другу деталей).

В отсутствие электронной модели все эти ошибки стали бы заметными только на этапе реальной сборки в цехе. По экспертным оценкам, на их устранение потребовалось бы не менее двух месяцев. В ЭМ сборки на их обнаружение и устранение потребовалось не более одного рабочего дня конструктора.

Вообще, при внедрении современных систем автоматизации проектирования (САПР), позволяющих работать с трехмерными электронными моделями, существует устойчивое заблуждение, что они позволяют резко сократить время проектирования. Это не совсем так. Например, указанный «лишний» день работы, потраченный на выявление и устранение указанных ошибок и нестыковок сборки, отсутствует при работе конструктора с обычными чертежными САПР.

Таким образом, трудоемкость собственно процесса проектирования даже несколько увеличивается. Зато это дает существенную экономию времени на этапе производства и, соответственно, в общем цикле «проектирование - производство». Прежде всего, это касается опытных образцов, потому что, когда производство налажено, этих ошибок, естественно, уже нет.



Рис. 6. Структура работ по проекту

В результате выполнения экспериментального проекта:

- на первых двух этапах решались ключевые вопросы, которые обычно «сваливались» на производство,

- на третьем этапе оптимизация конструкции прямо затронула экономику предприятия (в части сокращения основных затрат на материалы), проблемы маркетинга, сегментирования рынка и рыночного позиционирования изделий;

- на четвертом этапе была разработана технология проектирования деталей сварной конструкции узла «Контейнер» и созданы технологические документы на ряд деталей, в том числе, для оценки времени разработки документов применительно к конструкции в целом.

Применение системы управления инженерными данными позволило смоделировать организационную среду конструкторско-технологической подготовки производства, в которой планирование и контроль исполнения реализуются на основе четко прописанных бизнес-процессов. За счет этого, а также за счет активного использования ранее разработанных элементов конструкции и связанных с ними технологических процессов и документов сроки разработки новых изделий могут быть сокращены на 20-30%.

Полная экспериментальная отработка процесса подготовки производства позволила сделать вывод о том, что производственный цикл в целом для силового агрегата можно сократить с 2 лет до 8-9 месяцев.

Один из элементов методологии инженерного консалтинга заключается в поиске новых и развитии существующих принципов изготовления деталей, позволяющих наиболее полно раскрыть технологические возможности современного оборудования. Эти принципы основаны на опыте, приобретенном при выполнении проектов внедрения с использованием высокотехнологичного металлорежущего оборудования.

Потенциально современный обрабатывающий центр - это основа технологической системы, в которой все размеры по чертежу детали должны быть обеспечены обработкой за один чистовой установ. Для решения задачи разрабатывается конструкционно-независимый подход, который определяет основное требование к чистовой обработке детали, как к обработке за один установ. При этом количество “черновых” установов принципиально не ограничивается. «Конструкционная независимость» в предлагаемом подходе - это обеспечение независимости способа и точности базирования заготовки при чистовом установе от геометрической формы и точности изделия. А это, в свою очередь, есть независимость конструкции приспособления от геометрических (конструктивных) особенностей обрабатываемых деталей. Такая независимость открывает чрезвычайно широкие возможности по типизации оснастки и резкому сокращению ее необходимого количества.