Главная  //  Теория  //  Теория сложности  //  Автоматизированная система оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия с использованием конструктивно-технологической сложности

Автор: А.И.Коршунов

Описывается комплексный метод оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия с использованием показателя конструктивно-технологической сложности и разработанная на его основе автоматизированная система оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия.

 

 

Одной из основных проблем в современных информационных системах машиностроительного предприятия является объективное определение трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия и его составляющих деталей–сборочных единиц (ДСЕ). Как известно, эти оценки в конкретных организационно-технических условиях производственной системы необходимы с целью решения таких задач, как формирование номенклатуры производственной системы, составление производственных программ и планов, расчет заработной платы работников и т.д.

В общем случае оценка затрат на изготовление изделия базируется на определении двух основных составляющих: трудоемкости изготовления изделия и затрат основных и вспомогательных материалов. Остальные составляющие производственных затрат определяются в процентном отношении к этим основным составляющим [1].

Рассмотрим подробнее задачу определения трудоемкости изготовления машиностроительного изделия в условиях конкретной производственной системы на различных этапах его жизненного цикла. Наиболее важными в этом смысле являются задачи, связанные с определенными этапами жизненного цикла изделия, в частности, некоторыми стадиями подготовки производства: определение трудоемкости изготовления изделия на этапе формирования пакета заказов предприятия с целью расчета его себестоимости и определения рентабельности; оценка трудоемкости на этапе постановки нового изделия в производство на основе конструкторской документации в условиях отсутствия разработанной технологической документации; определение трудоемкости изготовления изделия на этапе его производства в соответствии с применяемой технологией в конкретных производственных условиях; оценка эффективности используемых конструкторско-технологических решений и проведение аудита организационно-технического уровня производственных подразделений.

Применяемые в настоящее время методы технического нормирования не позволяют в полной мере обеспечить объективное решение рассматриваемых задач. В соответствии с изложенными выше соображениями, можно сформулировать требования [2], которым должен отвечать комплексный метод технического нормирования:

  • обеспечение необходимого уровня точности оценки в соответствии с условиями конкретной производственной задачи и минимальными необходимыми затратами ресурсов;
  • использование общей идеологии нормирования различных технологических переделов с учетом логической взаимосвязи между ними;
  • оценка организационно-технического уровня производственной системы с целью адаптации в конкретных производственных условиях;
  • формирование комплекса показателей, необходимых для оценки эффективности функционирования производственной системы;
  • обеспечение оценки трудоемкости производственных работ и промышленных изделий как с использованием разработанной технологической документации, так и в ее отсутствии на основе пакета конструкторской документации.

Рассматривая масштабность задачи расчета и прогнозирования трудоемкости изготовления машиностроительного изделия, можно прийти к выводу о целесообразности снижения сложности самого процесса оценки трудоемкости. В данном случае необходимо принять во внимание существование так называемого предела Бреммерманна [3], в соответствии с которым существует принципиальное ограничение скорости обработки данных любой вычислительной системой, естественной или искусственной. Таким образом, многие вычислительные задачи, принципиально имеющие решение, тем не менее не могут быть решены за приемлемое время. Это касается, в частности, и рассматриваемых задач оценки трудоемкости. Задача точного расчета трудоемкости для каждого из изделий принципиально, безусловно, разрешима, но трудоемкость самого процесса оценки достаточно высока, и для изделий высокой сложности может составлять сотни и тысячи нормо-часов, сравниваясь с трудоемкостью изготовления самого изделия.

Задача прогнозирования трудоемкости на этапе принятия решения о постановке нового изделия в производство в современных условиях требует получения решения в течение нескольких часов или дней, и не может быть, в соответствии с предыдущими соображениями, точно решена в приемлемые сроки. Если учитывать затраты на сам процесс точного расчета, то, в ряде случаев, экономическая целесообразность точного решения задачи в рассматриваемых условиях должна ставиться под сомнение. Подобные же соображения можно привести в случае задачи определения конструктивно-технологической сложности изделия. Задача является принципиально разрешимой, но при расчетах имеет чрезвычайно высокую размерность вариантов задачи для структурно сложных изделий, состоящих из большого числа комплектующих деталей - сборочных единиц. Сам процесс оценки также оказывается чрезвычайно трудоемким.

Предлагаемый метод основывается на использовании показателя конструктивно-технологической сложности (КТС) машиностроительного изделия [4], который представляет собой неотъемлемое его свойство, учитывающее геометрические, структурные и субстантные свойства изделия и его структурных составляющих, а также предъявляемые к ним конструкторские и технологические требования в соответствии с существующим уровнем развития производительных сил.

Конструктивно-технологическая сложность может рассматриваться как мера затрат ресурсов на реализацию различных этапов жизненного цикла машиностроительного изделия.

Анализ предложенных требований и производственных задач позволяет говорить о существовании нескольких уровней оценки конструктивно-технологической сложности и прогнозирования трудоемкости изготовления изделий в соответствии с уровнем детализации сведений об объекте прогнозирования [5]:

  1. Изделие рассматривается как единое целое, с учетом его классификации, функционального назначения, габаритно-весовых характеристик, используемых при его изготовлении материалов и комплектующих и т.д.
  2. Изделие полностью декомпозируется, строится его структура с учетом иерархии ДСЕ, для каждой из которых формируется вектор технологических переделов и соответствующих конструктивно-технологических элементов, для каждого из элементов иерархии определяется вектор его параметров.
  3. Изделие декомпозируется, на основе созданной иерархии структурных составляющих и их информационных моделей формируются технологические процессы их изготовления и производится их нормирование с использованием нормативов, учитывающих организационно-технические условия конкретной производственной системы.

Переход на более низкий уровень должен обеспечивать повышение точности оценки [2], соответственно увеличивая объем необходимых исходных данных и затраты на сам процесс оценивания. Выбор уровня должен определяться в соответствии с требованиями решаемой производственной задачи.

На первом уровне изделие рассматривается как единое целое, сущность, характеризуемая определенными свойствами, от которых зависит трудоемкость его изготовления. С целью формализации метода используются современные достижения методов классификации. Применение методов, использующих математический аппарат нечетких множеств, и моделей, основанных на нейронных сетях, позволяет оценить прогнозную трудоемкость изделия на различных этапах подготовки производства с достаточной степенью точности, получив достоверные и актуальные результаты с достаточной степенью точности при минимально возможных затратах. Классификация производится на основании анализа статистических данных, собранных в условиях конкретной производственной системы, и объективно отражающих ее организационно-технический уровень.

Второй и третий уровни требуют декомпозиции изделия и построения полной иерархической структуры входящих в него ДСЕ. При этом на втором уровне происходит абстрагирование от прямого использования технологии изготовления, вместо этого происходит определение конструктивно-технологической сложности для каждого элемента построенной иерархии и всего изделия в целом. Сложность ДСЕ определяется как функция, аддитивная относительно конструктивно-технологической сложности входящих в неё ДСЕ нижнего уровня и применяемых к ней технологических переделов в соответствии с выражением.

Предлагаемая модель позволяет с необходимой степенью детализации описывать технологический процесс изготовления (обработки) ДСЕ и, в случае механической обработки ДСЕ, обеспечивает связь с каждым технологическим переходом представления определенного конструктивно-технологического элемента, и таким образом, одновременно с автоматизированным формированием технологического процесса, формировать конструктивно-технологическую информационную модель ДСЕ. Соответственно появляется возможность оценивать конструктивно- технологическую сложность оцениваемого объекта с использованием разработанного технологического процесса ее изготовления.

Использование подобного подхода позволяет получить максимальную точность оценки прогнозируемой трудоемкости изготовления машиностроительного изделия, требуя одновременно больших затрат на проведение самой процедуры оценивания. Положительным моментом в данном случае может служить возможность использования разработанных технологических процессов в производстве непосредственно для изготовления изделия, при условии уточнения необходимых параметров, в частности типоразмера используемых оборудования, инструмента и приспособлений.

Использование предлагаемого комплексного метода определения конструктивно-технологической сложности, трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия для реализации элементов информационной системы машиностроительного предприятия позволяет решить весь комплекс задач, связанных с оценкой и расчетом трудоемкости изготовления машиностроительных изделий, одновременно обеспечивая определение для каждого изделия и его структурных составляющих показателя конструктивно-технологической сложности. Это позволяет разработать и создать на основе данного метода автоматизированную систему оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия.

В ходе проектирования сформулированы требования, которым должна отвечать перспективная система технического нормирования и оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия:

  • прогнозирование трудоемкости изготовления машиностроительного изделия на основе анализа конструкторской документации или опытного образца изделия с целью решения задач нормирования и оценки трудоемкости изготовления изделия на ранних этапах жизненного цикла;
  • комплексное использование различных методов нормирования, выбор которых должен определяться уровнем решаемой производственной задачи с целью повышения актуальности при обеспечении необходимого уровня точности получаемых результатов;
  • нормирование всей производственной номенклатуры предприятия в условиях одной программной среды с целью снижения стоимости владения системой по статьям затрат: обучение персонала; администрирование программного обеспечения и т.д.;
  • использование модульной архитектуры и открытого программного интерфейса с целью обеспечения высокой гибкости и расширяемости системы;
  • раздельное хранение расчетных алгоритмов, данных и программного кода модулей для обеспечения возможности адаптации системы в соответствии с организационно-техническими условиями конкретного предприятия.

Функционально автоматизированная система предназначена для обеспечения процессов технической и организационно-экономической подготовки производства на машиностроительном предприятии и решает следующие задачи: формирование и ведение справочника номенклатуры выпускаемых изделий; формирование и сопровождение информационной модели машиностроительного изделия; оценка конструктивно-технологической сложности машиностроительного изделия и его структурных составляющих; разработка технологических процессов изготовления машиностроительного изделия и входящих в него ДСЕ; нормирование технологических процессов изготовления машиностроительного изделия и его структурных составляющих; оценка трудоемкости изготовления машиностроительного изделия и определение рациональных технологических решений в соответствии с требуемым уровнем точности и организационно-техническим уровнем производственной системы; формирование и сопровождение справочников ресурсов и организационно-технического уровня предприятия; формирование и ведение справочников типовых технологических решений и типовых технологических процессов; нормирование материалов; формирование трудовых и материальных ведомостей и отчетов; оценка затрат на изготовление машиностроительного изделия.

При разработке автоматизированной системы использовалась информационная модель, элементы которой описаны ранее в работе [8].
Архитектура системы построена на основе модульного принципа, такой подход позволяет не только распараллелить процесс разработки системы в целом, но и упростить построение структуры баз данных, а так же обеспечить гибкость готового продукта при настройке под конкретную производственную систему. Ниже приведено краткое описание основных модулей автоматизированной системы, в соответствии с рис.1.

  • Модуль «Номенклатура» описывает изделия, многоуровневые иерархические связи между ДСЕ, входящими в конкретное изделие, и их характеристики. Верхним уровнем представления информации в системе является проект, который может включать одно или несколько изделий, представленных в виде древовидной иерархии структуры, состоящей из ДСЕ.
  • Модуль «Ресурсы» обеспечивает формирование и поддержку информационной модели производственной системы, описывая производственные мощности подразделений и их характеристики, используемые при изготовлении конкретной ДСЕ, создании технологического процесса и его нормировании.
  • Модуль «Организационно-технический уровень» обеспечивает решение задачи описания и оценки организационно-технического уровня производственной системы и структурных подразделений.
  • Модуль «Типовая технология» предназначен для формирования и хранения множества технологических решений, используемых при изготовлении изделий в конкретной производственной системе.


Рис.1. Структура модулей автоматизированной системы

  • Модуль «Конструктивно-технологическая сложность» предназначен для решения задачи оценки конструктивно-технологической сложности машиностроительных изделий и ДСЕ.
  • Модуль «Расчет трудоемкости» обеспечивает решение задачи прогнозирования и расчета трудоемкости изготовления изделий и составляющих его ДСЕ с использованием комплексного метода технического нормирования и оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия. Прогнозирование трудоемкости изготовления производится на основе анализа конструкторско-технологических признаков изделия. Оценка трудоемкости обеспечивается путем определения конструктивно-технологической сложности изготавливаемого изделия и статистических выборок представителей изготавливаемой номенклатуры. Расчет нормы на изготовление изделия производится путем проектирования технологического процесса и его нормирования с использованием нормативов, применяемых в конкретной производственной системе.
  • Модуль «Оценка затрат» предназначен для расчета затрат на изготовление машиностроительного изделия и составляющих его ДСЕ. На основании справочника нормативных затрат и параметров производственной системы последовательно формируются значения трудовых и материальных затрат на изготовление ДСЕ, изделия и проекта в целом. После чего рассчитываются значения остальных статей затрат и определяется оценка себестоимости изготовления изделия.

Проведенная в производственных условиях апробация автоматизированной системы показала ее высокую эффективность при решении производственных задач оценки трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительных изделий.

Предложенная методология формирования моделей оценки конструкторско-технологической сложности достаточно корректно устанавливает отношение между конструктивными элементами, способами их изготовления, трудоемкостью и затратами на процесс обработки. Таким образом, представляется возможным на стадии принятия решения о постановке в производство и основных стадиях подготовки производства производить оценку трудоемкости и затрат на изготовление конкретного изделия. Данная методология позволяет также распространить сферу действия полученной модели на этапы адаптации и восстановления переналаживаемых производственных систем машиностроения. Единый подход к формированию конструктивно-технологической сложности разнообразных технологических переделов позволил осуществить подход с системных позиций к созданию автоматизированной системы, обеспечивающей определение трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия.

Список литературы

  1. Скляренко В.К. Классификация и состав затрат на производство и реализацию продукции. Справочник экономиста. 2005. №8.
  2. Фоминых Р.Л., Коршунов А.И., Якимович Б.А. Определение организационно-технического уровня производственной системы при прогнозировании трудоемкости изготовления машиностроительного изделия. Машиностроитель. 2004. № 1.
  3. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990.
  4. Шарин Ю.С., Якимович Б.А., Толмачев В.Г., Коршунов А.И. Теория сложности. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1999.
  5. Коршунов А.И., Якимович Б.А. Оценка затрат на изготовление на ранних этапах жизненного цикла машиностроительного изделия. Информационные технологии в управлении жизненным циклом изделий: Материалы международной конференции 25-26 ноября 2003 года, Санкт-Петербург. СПб: Центр печати «СеверРосс», 2003.
  6. Шарин Ю.С., Якимович Б.А., Толмачев В.Г., Коршунов А.И. Теория сложности. Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 1999.
  7. Коршунов А.И., Якимович Б.А. Разработка элементов информационной системы машиностроительного предприятия с использованием показателя конструктивно-технологической сложности. Информационные технологии. 2004. № 6.
  8. Домбрачев А.Н., Коршунов А.И., Якимович Б.А. Автоматизированная система нормирования инструментальной оснастки на основе теории сложности. Автоматизация и современные технологии. 2004. № 10.