автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Повышение эффективности технологических решений при подготовке судостроительного производства

На правах рукописи

ОГНЕВ Николай Вячеславович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПОДГОТОВКЕ СУДОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА (на примере сборочно-сварочного производства)

Специальность 05.08.04 «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург —2014 г.

3 и и-.Г 2014

005554002

005554002

Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Бурмистров Евгений Геннадьевич

Официальные оппоненты: Горбач Владимир Дмитриевич

доктор технических наук, профессор. ФГУП «ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей», главный сварщик.

Игошин Евгений Викторович

кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Центр техноло-

Защита состоится «16»декабря 2014 г. в 14-00 час. в ауд. 235а на заседании диссертационного Совета Д 223.009.04 в Государственном университете морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова по адресу: 198035, г. Санкт-Петербург, у».Двинская, 5/7, ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»:

http://gumrf.ru/useruploads/files/dissovet/d22300904/

Автореферат разослан «_/£_»2014 г.

гии судостроения и судоремонта»

д.т.н., доц.

Учёный секретарь диссертационного совета,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Подготовка современного судостроительного производства в условиях жёсткой конкуренции требует тщательного обоснования принимаемых технологических решений. Важной задачей является повышение их эффективности за счет количественной оценки технико-экономических показателей. Особенно актуальной данная проблема представляется для сборочно-сварочных цехов (ССЦ) верфей, так как именно на ССЦ приходится наибольшая трудоёмкость освоения заказа, а от эффективности его работы зависит эффективность функционирования смежных цехов и верфи в целом. Сложности возникают как в обеспечении слаженного взаимодействия ССЦ с другими цехами, участками комплектации и складами, так и в достижении согласованной работы производственных участков и рабочих мест собственно в ССЦ. Поэтому на этапах подготовки производства к освоению заказа, при планировании и организации строительства судов, разработке организаци-онно-технолошческих графиков, выборе способа формирования корпуса судна и его разбивки на секции и блоки, при распределении загрузки производственных мощностей верфи и т.д. необходимо принятие обоснованных технологических решений. От них зависят трудоёмкость, себестоимость, сроки строительства заказа и, в конечном итоге, конкурентоспособность верфи в целом. Это придаёт технологическим решениям высокую степень ответственности. Однако, на практике, на этапе подготовки производства, весьма затруднительно количественно оценить эффективность тех или иных решений. Поэтому, разработка и внедрение в производство методов такой оценки является актуальной задачей. Её решение может положительно отразиться на основных технико-экономических показателях отечественных верфей и повысить их конкурентоспособность на внутреннем и мировом рынках судостроительных услуг.

Решению вопросов организации судостроительного производства посвящены работы многих отечественных и зарубежных учёных, в том числе: Б.Я. Советова, Н. Д. Баженова, Е.Г. Бурмистрова, Дж. Клейнея, А.Г. Варжапетяна, В.В. Логвинца, С. Карлина и др. Однако, несмотря на значительный объём выполненных в данной области исследований, задача по оценке эффективности принятия технологических решений на этапе подготовки производства, до настоящего времени не получил удовлетворительного решения.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка метода повышения эффективности технологических решений при подготовке судостроительного производства.

Достижение поставленной цели требует решения ряда задач.

1. Выполнить анализ современных методов организации и подготовки судостроительного производства.

2. Разработать научно-обоснованные подходы к решению прикладных задач повышения эффективности технологических решений, принимаемых при подготовке производства.

3. Определить показатели эффективности принимаемых технологических решений, выявить факторы, на них влияющие, выработать критерии эффективности принимаемых решений.

4. Разработать математическую модель, описывающую зависимости между принимаемыми на этапе подготовки производства технологическими решениями (выбор габаритов сборочных единиц, обоснование загрузки кранового оборудования, определение соотношений между производственными, складскими и вспомогательными площадями и т.д.) и их эффективностью.

5. Разработать метод количественной оценки эффективности принимаемых при подготовке производства технологических решений, позволяющий повысить эффективность производства.

Областью исследования является технологическая подготовка производства и методы организации судостроительного производства на основе применения новых информационных технологий.

Предметом исследования является подготовка судостроительного производства и методы оценки эффективности принимаемых технологических решений.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Впервые разработан метод оценки эффективности принимаемых технологических решений на основе коэффициента эффективности использования фонда рабочего времени.

2. С учётом специфики отечественного судостроения впервые разработано математическое описание зависимостей между принимаемыми технологическими решениями и откликами производственной системы на них.

Практическое использование результатов исследований заключается в создании метода повышения эффективности принимаемых при подготовке производства технологических решений.

Использование результатов работы позволяет:

■ совершенствовать процедуры, связанные с организацией и технологической подготовкой производства;

■ уже на этапах подготовки производства количественно оценивать правильность принимаемых технологических решений с точки зрения их эффективности;

■ обеспечить сбалансированность пропускных способностей производственных участков и цехов верфи;

■ обосновывать массо-габаритные характеристики сборочных единиц, потребность в производственных и вспомогательных площадях с учётом производственных возможностей верфи.

Внедрение результатов исследований производилось на базе ОАО «Судоре-монтно-судостроительная корпорация» (г. Городец),. В практику работы перечисленных верфей внедрены: 1) «Методика предварительной оценки загрузки кранового оборудования в ССЦ»; 2) «Методика расчёта вспомогательных площадей и участков комплектации и соотношения между ними и производственными площадями ССЦ»; 3) «Методика определения оптимальных размеров секций при разбивке корпуса судна на секции и блоки при определении загрузки ССЦ». Ряд теоретических результатов исследований внедрён в учебный процесс и используется в ФБОУ ВПО «ВГАВТ» при преподавании цикла технологических дисциплин.

Достоверность научных результатов обеспечена применением общепринятых апробированных методов экспериментальных исследований, совокупностью данных компьютерных экспериментов и их сопоставимостью с реальными производственными данными. Экспериментальные исследования проводились с применением метода математического моделирования динамических процессов. Обработка результатов исследований осуществлялась с применением методов математического анализа.

Практическая ценность работы. Применение результатов исследования позволит повысить эффективность принятия технологических решений на этапе подготовки производства, что позволит сократить производственные издержки верфи в целом.

Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на НТК ФБОУ ВПО «ВГАВТ», НПК студентов и аспирантов в ФБОУ ВПО «СПбГУВК» - 2011 г., на международных форумах «Великие Реки - 2009-2014».

Список публикаций по теме исследований включает 11 статей общим объёмом 5,7 печатных листов, в том числе 2-е в журнале, реферируемом ВАК РФ (НПЖ «Су-

достроение» 2013, №2 и №3).

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

° Математическая модель, описывающая зависимости между принимаемыми на этапе подготовки производства технологическими решениями, в частности: выбором габаритов сборочных единиц, загрузки кранового оборудования, соотношений производственных, вспомогательных и складских площадей и т.д., и их эффективностью, позволяющая обосновывать правильность решений.

° Результаты экспериментальных исследований разработанной математической модели.

° Метод количественной оценки эффективности принимаемых технологических решений, позволяющий повысить эффективность производства и конкурентоспособность верфи.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из 4 глав, введения, заключения, библиографического списка и приложения. Объём основного текста составляет 149 стр., в том числе 12 таблиц и 33 рисунков. Приложение содержит копии актов внедрения результатов исследований. Библиографический список содержит 103 наименований использованных литературных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, указана их научная новизна и практическая значимость, изложены сведения об апробации результатов исследований в отраслевой печати, на форумах и конференциях различного уровня, внедрении на предприятиях отрасли и приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены особенности организации судостроительного производства, и методы оценки эффективности его технологической подготовки.

Детальный анализ библиографии по вопросам организации производственного процесса на судостроительных предприятиях позволил выявить круг проблем в подготовке судостроительного производства. Анализ показал, что на сегодняшний день при подготовке производства анализ эффективности принятых технологических решений выполняется не в полном объёме либо не выполняется вовсе и, как правило, основывается на опыте строительства аналогичных судов, что не всегда верно. Данное обстоятельство в совокупности с нестабильностью загрузки предприятий приводит к снижению эффективности работы верфи, в частности негативно сказывается на планировании и организации производства и нередко приводит к срыву сроков

строительства заказов. Поэтому необходимость тщательного анализа и оценки принимаемых решений на предмет их эффективности является необходимым условием сбалансированного распределения трудоёмкости по видам производства, согласования пропускной способности производственных участков и цеха в целом со смежными участками и цехами.

На основании выполненного в главе анализа установлено, что на сегодняшний день в отрасли отсутствуют эффективные методы оценки эффективности технологических решений, принимаемых при подготовке судостроительного производства. По результатам анализа определены также цели, задачи и методы исследований.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям в области эффективности технологических решений. Определены общие подходы к повышению эффективности технологических решений и обеспечению заданных технико-экономических показателей работы верфи.

На основе анализа имеющейся библиографии выработаны рекомендации для принятия технологических решений при определении параметров сборочных единиц (СЕ), выявлены определяющие факторы, рассмотрены общие подходы и требования к промежуточному складированию деталей и СЕ. Кроме того, определены требования к организации участков комплектации и промежуточного складирования, сформулированы критерии оценки эффективности размещения СЕ.

Эффективность использования склада обоснована путём расчёта коэффициента использования полезного объёма склада К^,. В зависимости от способа хранения этот показатель может принимать значения от 0,3 до 0,5 и вычисляется как отношение объёма стеллажей и штабелей к общему складскому объёму:

^о.с.'Ч'^гюл^склУС'^о.с/'о.с.)* (О

где Гши - часть объёма склада, занимаемая оборудованием, материалами и комплектующими или готовыми изделиями, м3; 5'1ЮЛ - полезная площадь склада, м2; Кох. -общий объём склада, м3; //скл - высота складского помещения, используемая для хранения изделий, м; Л'о с. - общая площадь склада, м2; /?<)с - высота складского помещения, м.

На основании изложенного разработана классификация складируемых единиц хранения в зависимости от их конструктивных особенностей. Также систематизированы общие подходы и требования к складированию корпусных деталей с различными конструктивными признаками. Базовыми принципами при этом являлись:

■ организация надлежащего хранения деталей и изделий;

■ бесперебойное обслуживание производственного процесса;

■ своевременная поставка СЕ (секций) на стапель.

Для формализации выявленных взаимосвязей между массогабаритными характеристиками СЕ, организацией складского хозяйства и технологическим процессом, предложено представлять изготавливаемую СЕ, как совокупность масс отдельных сборочных комплектов, приведённых к единице площади СЕ (секции) в плане. То есть:

нища обшивки, т; Мх.„, Мр-Н., Мд.н. - соответственно приведённые массы холостого и рамного набора, а также деталей насыщения на единицу площади СЕ, т/м2. Масса 1 м2 полотнища обшивки и приведённые массы, входящие в формулу (2) легко определяются по известным формулам. Это позволяет формализовать описание СЕ. Такая формализация позволяет выявить узкие места в технологическом процессе изготовления СЕ и количественно оценивать эффективность технологических решений, принимаемых при совершенствовании технологического процесса их изготовления. Весьма важными при этом представляются решения по обоснованию загрузки кранового оборудования. Выявленные автором особенности загрузки этого оборудования позволили рекомендовать в качестве одного из критериев при оценке эффективности принимаемых решений коэффициент загрузки кранового оборудования Кк:

где пэ - количество судовых элементов, устанавливаемых краном на секцию (элементы корпусных конструкций массой более 40 кг), ед; пс - количество одновременно собираемых типовых секций, обслуживаемых краном, ед.; пц - среднее количество циклов работы крана на обработку одного элемента секции, ед. Для формализации процесса организации производства на примере ССЦ разработана математическая модель, описывающая взаимосвязи между принимаемыми решениями при организации производства в ССЦ для количественной оценки их эффективности. Из условия обеспечения взаимодействия ССЦ с другими видами корпусных производств математически обосновано следующее.

Сроки поставки деталей в ССЦ должны обеспечивать своевременную поставку деталей на участки комплектации. Необходимым условием этого является:

ПзПс(£цПц + ¿м)

«ми

(3)

'„ЛИ-

(4)

где Ц1ф(_1 - цикл /-го этапа работ, ч; - время хранения г'-го комплекта на участке, ч; С„1+1 - интервал поставки /+1 комплекта, ч.

Объём производственной программы и сроки исполнения заказа определяют сроки обработки металла и, следовательно, производственную мощность верфи в целом. Формализацией этого положения является следующая зависимость:

м = (5)

где М — производственная мощность верфи, т/год; Ф, - эффективный фонд времени работы предприятия (цеха), ч; Т - трудоёмкость изготовления единицы продукции, нормо-ч.

Достаточным условием для своевременного выполнения заказа полагается выполнение следующего неравенства:

где С - масса перерабатываемого металла заказа, т; Ц - производственный цикл строительства заказа, ч; Кт - коэффициент загруженности предприятия заказами.

Блок-схема модели представлена на рис. 1. В целях её упрощения и снижения трудоёмкости разработки в математическое описание автором введён ряд следующих допущений и ограничений.

1. Так как первоочередной задачей производства является выполнение в срок производственной программы, то в целях обеспечения необходимого объёма выпуска продукции в модели необходимо ограничить минимальные значения массы изготавливаемых СЕ и сроки выполнения работ.

2. В целях гибкого регулирования численности производственного персонала трудоёмкость изготовления СЕ на различных этапах принята фиксированной для конкретного типа к СЕ.

3. В связи с тем, что количество единиц кранового оборудования величина известная и постоянная на количество перемещаемых в единицу времени грузов и на их массу наложены ограничения.

4. В силу ограниченности производственных площадей необходимо задавать максимально возможное значение производственных площадей, выделенных под строительство конкретного заказа.

С учётом перечисленных допущений и ограничений в блоке 1 модели задаётся перечень исходных данных, на основании которых в блоке 2 определяются оптимальные для данного цеха размеры сборочных единиц (СЕ).

Эти данные являются базовыми для расчёта складских и вспомогательных площадей, которые по известным алгоритмам вычисляются в блоке 3. В блоке сравнения 4 оптимизируется соотношение между производственной и вспомогательно-складскими площадями цеха. Если Рис. 1 - Блок-схема модели взаимосвязей условие выполнения заданной произ- междУ принимаемыми технологическими водственной программы выполняется, решениями при организации производства в блоке 5 производится расчёт массы в ССЦ

оптимальной СЕ и трудоёмкости её изготовления. Если не выполняется, определяются новые размеры СЕ. Масса СЕ проверяется на оптимальность в блоке 6. В слу-

чае необходимости расчёт повторяется. На основании обоснованных таким образом размеров и массы СЕ, а также площади ССЦ в блоках 7 и 8 рассчитывается и проверяется на оптимальность производственный цикл изготовления СЕ, после чего, в блоке 9 по известному алгоритму рассчитывается численность производственного персонала, необходимого для освоения заданной производственной программы.

Анализ особенностей организации производственного процесса позволил определить взаимосвязь между эффективным использования рабочего времени и численностью производственного персонала, приходящегося на единицу производственной площади. В свою очередь эффективность принятия того или иного технологического решения заключается в обеспечении максимальной эффективности производственного процесса, которую автором предложено оценивать интегральным коэффициентом использования фонда рабочего времени. Наиболее наглядно такая эффективность описывается следующим соотношением:

ПРЕфХПРПф

Л ПРЕпхПРП„' ^

где ПРЕф - фактические временные затраты на производство единицы продукции, ч; ПРЕп- плановые временные затраты на производство единицы продукции, ч; ПРПп — плановые период производства, ч; ПРПф- фактический период производства, ч.

Представим целевую функцию в виде:

Kl = f(naK, SC№), (8)

где псек - количество одновременно собираемых секций, шт.; £сск - площадь секции, м:.

Фактические временные затраты на производство единицы продукции можно выразить следующим образом:

ПРЕФ=^, (9)

"pao

где Л/ра6 - численность производственного персонала, необходимого для производства единицы продукции; Те - удельная трудоёмкость производства 1 т продукции, чел-ч/т; тсек - масса СЕ, т. Плановые временные затраты, ч:

ПРЕ„ = 'У"-"«", (10)

G

где Цк - цикл изготовления комплекта секций, ч; псек — количество одновременно собираемых секций; Мсек - масса секции, т; G - масса комплекта секций, т.

Плановый период производства из условия выполнения заданной производственной программы можно принять равным заданному производственному циклу:

ПРП,,^. (П)

Фактический период производства из условия выполнения заданной производственной программы можно принять равным заданному производственному циклу:

ПРПф = £ 1 тг-> (12)

где £ Тсек - трудоёмкость изготовления комплекта секций, чел-ч; Кп — Р(5раб) - коэффициент эффективности работы в зависимости от численности персонала на единице площади; 5раб — площадь, приходящаяся на одного производственного рабочего, м7чел. Таким образом:

^ — "¡^"ТГГ!—ГГГ"' 2!!" • (13)

«раб Цк 'Псск-Мгек КгГ«раб

Трудоёмкость изготовления комплекта секций в формуле (13) в зависимости от 5сех можно рассчитать как:

Тсек = Й1} = Ег (14)

где 1} - трудоёмкость /-го группового технологического процесса (ГТП) изготовления секции площадью 5сек, чел-ч; ^ - удельная трудоёмкость ./-го ГТП, приходящаяся на единицу площади секции, чел-ч/м2. Производственный цикл можно определить по формуле:

= ^ (15)

° Г1ССК

где б - масса комплекта секций, т; к - количество ГТП в техпроцессе изготовления типовой секции; Мсек - масса секции, принимаемая из условия выбора оптимального размера типовой секции, т;

Мсек = X? т;5сек, (16)

где mj - масса элементов секции, устанавливаемых в у'-ом ГТП, приведённая к единице площади секции, т/м2.

С учётом изложенного, численность производственного персонала должна быть не менее:

*раб = Пшчсф (17)

где тчел;- - принятая численность /-ой бригады, чел.,

а расчётные значения пчелу определяются по формуле:

^-И^Ь2^' (|8)

где значения в скобках округляются до большего целого числа.

Максимальный экономический эффект будет достигнут при стремлении К1—*тах. С учётом этого, а также после соответствующих преобразований формулу (6) можно переписать в виде:

Ираб'Ц 'Мсск Кп-ЛГраб

Формулу (19) можно рассматривать как математическую модель количественной оценки эффективности принимаемых технологических решений. Ограничениями для неё, принятыми из условия выполнения производственной программы, являются:

Мсмс«П,

сек с€к

„ _ nceKnfn,| I 2,5 h„ n Кзкран~ ЦсекП)[ I

где пг - количество грузов, пТ = f(Sztyi, Llax); nK - количество кранов в пролёте, ед.; ha - высота подъёма гака, м; t?0 - средняя скорость подъёма гака, м/ч; пц - количество циклов грузовых операций, приходящееся на одну деталь, шт.; /ср - средний путь тележки крана, м; 1К - средний путь крана, м; vx - скорость крана, м/ч; v2 — скорость тележки, м/ч; ton — затраты времени на дополнительные операции, ч.

= 5сек, (22)

где 5пр - производственная площадь участка для изготовления секции, м"; SCCK - площадь секции, м\

■^всп ~ /С^сек)' (23)

где 5ВСП - вспомогательная площадь участка для изготовления секции, м2.

^скл = ^сек ' 9¡ ' ^скл- (—4)

где 5СКЛ - складская площадь участка для изготовления секции, м"; g¡ - удельное значение массы комплекта деталей для j-го L 111. т/м2; Кскп — коэффициент складирования.

Для проверки разработанной математической модели на адекватность потребовалось выполнить комплекс необходимых экспериментальных исследований. Кроме

того, только по итогам экспериментов представляется возможным уточнить вид функций, описывающих взаимосвязи в системах цех - производственная площадь и цех - производственный персонал, а так же значения коэффициентов при переменных в уравнениях регрессии.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям модели количественной оценки эффективности технологических решений. В рамках исследования определена общая методология проведения экспериментов, сформулированы соответствующие задачи, выбраны факторы оптимизации модели и определены границы экспериментальной области факторного пространства, описан ход экспериментов и их результаты, выполнена проверка адекватности модели. Собственно эксперимент проводился согласно представленному на рис. 2 алгоритму.

В эксперименте рассматривались факторы, относящиеся ко всем этапам изготовления СЕ. Основными допущениями при проведении эксперимента являлись сле-

1) секции изготавливаются в одном цеховом пролёте, габаритные размеры пролёта известны и постоянны;

2) количество кранового оборудования и его технические характеристики известны и постоянны;

3) количество и уровень механизации СТО учитываются косвенно и определяются фактической трудоёмкостью секций;

4) численность производственного персонала, приходящегося на единицу площади секции, ограничена исходя из требований безопасности выполняемых работ;

5) в эксперименте рассматривается технологический процесс изготовления только плоскостных секций;

Рис. 2 — Алгоритм создания имитационной модели оптимизации основных параметров ССЦ

6) для расчётов производственного цикла, численности производственных рабочих, количества единиц оборудования и др. использованы данные по фактической трудоёмкости, принятые на ОАО «Судоремонтно-судостроительная корпорация» (г. Городец).

Экспериментальные исследования проводились путём создания имитационной модели (ИМ) ССП цеха КС-2 ОАО «Судоремонтно-судостроительная корпорация» (г. Городец) и последующей оптимизации на основе принимаемых решений производственного процесса изготовления комплекта секций стапельной палубы дока ремонтного пр. 28140.

В ходе исследования проверялось влияние производственной площади, приходящейся на одного списочного рабочего, на эффективность труда рабочих. Измерителем эффективности являлся коэффициент использования фонда рабочего времени.

По результатам

' эксперимента автором

построены зависимости интегрального коэффициента использования фонда рабочего времени для различного количества одновременно собираемых секций от площади, приходящейся на одного списочного рабочего (рис. 3). Сводные результаты данной части эксперимента приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Сводные результаты эксперимента

Рис. 3 - Графики функции при:

■ - «сек=1; А - пак=6; ♦ - /?сск=11

Количество одновременно собираемых секций, ед. Функция /СУраб) Экстремальное значение I Площадь, приходящаяся на одного списочного рабочего, м2/чел.

1 1>=-0,0109л'"+0,] 522дг-0,0363 0,459 6,98

6 >•=-(),004.*2+0,0923.т-0,0163 0,472 ос

11 )=-0,0069.Г+0,11721-0,0254 0,51 11,53

Полученные зависимости с достаточной степенью точности описываются полиномами второй степени с помощью интегрального показателя использования фонда рабочего времени, зависящего от «сек. Максимум функции будет являться оптимальным значением интегрального показателя при данном значении исек.

Для практических целей интерес представляют также максимально возможные интегральные показатели использования фонда рабочего времени. При этом кривая, на которой будут лежать точки максимальных значений этого показателя, будет являться кривой оптимальных значений показателя для конкретного производства (рис. 4).

Сама зависимость для опти- '

0,52

мальных значений функции 0515 Д«сек) может быть описана эмпи- 0,51

рической формулой: °'505

0,5 0,495 0,49 0,485 0,48 0,475 0,47

Рис. 4 - Функция /(«Сек) Для определения /0

/о=-0,001 ЗнсяГ+О.013 3/гсек+0,483. (25)

Экстремум функции оптимальных интегральных показателей будет являться точкой оптимальных значений псск и максимального значения показателя I.

Кроме того, в ходе эксперимента автором анализировалась зависимость между количеством одновременно собираемых секций и оптимальной площадью секции, и изучались зависимости основных технико-экономических показателей ССЦ от количества одновременно собираемых секций. Результаты данной части эксперимента представлены в табл. 2.

Таблица 2 — Результаты эксперимента по изучению зависимостей между основными ТЭП производства в ССЦ и псск

С, т (?ф,т т/чел. т/ч ^ЧСЛт чел. ■^сск-М* ■Я м2 кран Мсск, Т К1 с ,-к(СЛ.! м2/чел.

«сск= 1

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000

4000 4004,3 0,097 40 414 45 67,88 0,290 5,05 0,0116 0,16

10000 10018,3 0,097 100 1033 180 250,16 0,727 20,20 0,00030 0,24

20000 20016,3 0,097 200 2064 180 250,16 1,454 20,20 0,01819 0,12

100000 100000 0,097 1000 10317 180 250,16 7,272 20,20 0,03313 0,02

/7ССК=6

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000

4000 4004,3 0,084 40 475 45 407,28 0,332 5,05 0,07106 0,85

10000 10003.1 0,085 100 1182 45 407,28 0,831 5,05 0,01239 0,34

20000 20001,2 0,085 200 2361 45 407,28 1,662 5,05 0,00813 0,17

исек= 11

10 10,1 0,009 0,1 11 2,8125 247,06 0,001 0,32 0,00726 22,45

100 100,1 0,056 1 18 2,8125 247,06 0,008 0,32 0,27431 13,72

1000 1001,1 0,081 10 124 11,25 351,72 0,083 1,26 0,25071 2,83

2000 2000,9 0,083 20 242 11,25 351,72 0,166 1,26 0,13143 1,45

4000 4000,5 0,084 40 479 11,25 351,72 0,332 1,26 0,05634 0,73

10000 10003,1 0,084 100 1184 45 746,68 0,831 5,05 0,04551 0,63

20000 20001,2 0,084 200 2365 11,25 351,72 1,662 1.26 0,01098 0,14

где Кр - ежечасный выпуск продукции на одного списочного рабочего, т/чел; К,, —

ежечасный выпуск продукции, т/ч.

Экстремальные значения КI при различном количестве одновременно собираемых секций представлены в табл. 3.

Таблица 3 - Результаты экспериментальных исследований

«сек •^раб К1

1 6,98 0,49

2 - 0,50

6 11,54 0,52

8 - 0,51

11 8,49 0,47

Полученные результаты обработаны при помощи пакета МБ Ехе1. Регрессионная статистика эксперимента приведена в табл. 4.

Таблица 4 - Регрессионная статистика эксперимента

Множественный К 0,988312

Я2 0,976761

Нормированный /?2 0,969015

Стандартная ошибка 0,002979

Число наблюдений, п 5

Проверка адекватности модели выполнена по критерию Фишера (/-критерию). В табл. 5 представлены результаты дисперсионного анализа эксперимента.

Таблица 5 - Результаты дисперсионного анализа эксперимента

Ш Г Значимость /•"

Регрессия 1 0,001119 0,001119 126,093

Остаток 3 2,66Е-05 8,88Е-06 -

Итого 4 0,001146 - -

Вывод о том, является ли модель адекватной сделан путём сравнения расчётного и теоретического значения /•'-критерия. /^е0р.-критерий определяется двумя степенями свободы К, и К2:

= т = 3;

К2=п — т — 1 = 11 — 3 — 1 = 1, (26)

где т - количество критериев; п - число экспериментов.

Критическое значение /•'-распределения для вероятности 0,05 и степеней свободы 3 и 7 составляет /^еор. = 4,76.

^факт/^^теор,- (27) То есть, из (25) следует, что значение /-"-критерия не превышает табличного (см. табл. 5). Таким образом, с установленной доверительной вероятностью разработанную модель ССЦ можно считать адекватной.

В главе

метод

четвертой

представлен повышения

эффективности технологических решений, принимаемых при подготовке производства, на основе их количественной оценки. Изложены: алгоритм метода, методика применения для количественной оценки и анализа результатов стандартного блока MS Excel, а также методики количественной оценки эффективности принимаемых технологических решений при распределении трудоёмкости между цехами и производственными участками, при обосновании размеров СЕ, параметров участков комплектации и промежуточного складирования СЕ, загрузки грузоподъёмного и транспортного оборудования.

Алгоритм методики обоснования максимальных размеров секций представлен на рис. 5. В основу алгоритма положены три определяющих фактора: технические характеристики кранового оборудования, габариты цехового пространства и прочностные характеристики СЕ.

На первом этапе (блоки 1 и 2) выполняется обоснование максимальных габарит-

Рис. 5. Алгоритм обоснования максимальных размеров секций

ных размеров СЕ из условий осуществления технологического процесса в условиях рассматриваемого производства. А именно, соблюдением нормативных документов на проектирование и проведение работ вычисляются максимально возможные ширина, длина, высота СЕ. На втором этапе (блоки 3 и 4) выполняется проверка прочности СЕ из условия её четырёхточечной строповки одним краном. По результатам проверки уточняются максимально возможные размеры СЕ.

На третьем этапе (блоки 5-7) проверяется транспортабельность СЕ краном из условия грузоподъёмности имеющегося транспортного оборудования. На заключительном этапе (блок 8) выполняется окончательная корректировка размеров СЕ с учётом всех выявленных ограничений.

Алгоритм метода повышения эффективности технологических решений при подготовке производства, на основе их количественной оценки включает одиннадцать расчётных и обслуживающих блоков. Структура алгоритма представлена на рис. 6. Алгоритм разработан исходя из условия применения программ

ного обеспечения М5 Ехе1, как наиболее доступного широкому кругу пользователей. В блоке 1 задаются исходные данные, характеризующие параметры производства и изготавливаемых СЕ. На их основе, согласно алгоритму, изложенному на рис. 5, обосновывается оптимальный размер СЕ. По результатам обоснования в блоке 3 выполняется предварительный расчёт загрузки кранового оборудования. К3 определяется с учётом конструктивных особенностей СЕ и организационных параметров производства (такт и цикл изготовления СЕ). В блоке 4 по формуле (12) представленной выше математической модели выполняется расчёт трудоёмкости изготовления СЕ площадью 5КК. В блоке 5 по формулам (21) и (22) модели рассчитываются вспомогательная и складская площади, необходимые для изготовления СЕ. В блоке 6 по формулам (16) и (17) обосновывается требуемая численность производственного и вспомогательного персонала.

По результатам расчётов в блоке 7 по известным формулам рассчитываются технико-экономические показатели производства для заданного набора исходных данных. Затем в блоке 7* на основе анализа целевой функции К1 по принятым критериям выполняется оценка технологических решений на предмет их эффективности. При невыполнении условия эффективности программа переходит к следующей итерации заданного диапазона исходных данных.

В блоке 8 формируются показатели значений выбранных программой оптимальных данных и определяются экстремальные значения целевой функции. На их основе в блоке 9 формируются ограничения максимальных значений размеров СЕ исходя из технических характеристик производства и конструктивных особенностей СЕ. В

Рис. 6. Блок-схема алгоритма метода повышения эффективности технологических решений на основе их количественной оценки блоке 10 производится сравнение вариантов по критериям оптимальности и производится выбор варианта, отвечающего условиям задачи. Удовлетворяющий условиям оптимальности вариант выводится на печать (блок 11).

Использование данного метода позволяет уменьшить трудоёмкость подготовки производства за счёт сокращения времени обработки данных на 40% и повысить ка-

чество принимаемых решений благодаря снижению влияния человеческого фактора. В совокупности это способствует повышению качества выпускаемой продукции и конкурентоспособности отечественных верфей на рынке судостроительных услуг.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом выполненных исследований является разработка метода повышения эффективности технологических решений на этапе подготовки судостроительного производства. Разработанный метод позволяет снизить производственные издержки, сократить временные затраты на технологическую подготовку производства, повысить её качество и обеспечить конкурентоспособность верфей.

Основные результаты исследований сводятся к следующему:

1. На основе анализа современных методов организации и подготовки судостроительного производства разработаны и алгоритмизированы научно-обоснованные подходы к решению прикладных задач повышения эффективности принимаемых при подготовке производства технологических решений и повышения на этой основе конкурентоспособности отечественного судостроения.

2. Определены показатели эффективности принимаемых технологических решений, выявлены и систематизированы факторы, на них влияющие, выработаны критерии эффективности принимаемых решений.

3. Разработана математическая модель, описывающая зависимости между принимаемыми габаритами СЕ, их прочностными характеристиками, загрузкой кранового оборудования, соотношением производственных, складских и вспомогательных площадей, а также алгоритмизирующая процедуру получения функции интегрального коэффициента эффективности использования фонда рабочего времени, определяющей эффективность принимаемого решения.

4. Получены эмпирические коэффициенты основных зависимостей математической модели. При экспериментальной проверке модели на адекватность погрешность результата не превысила 5%, что говорит о её адекватности.

5. На основе разработанной и апробированной посредством компьютерного эксперимента математической модели создан метод количественной оценки эффективности принимаемых при подготовке производства технологических решений, позволяющий уменьшить трудоёмкость подготовки производства и сократить время обработки данных на 40%, повысить качество принимаемых решений.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в издания, рекомендованных ВАК РФ:

1. Галочкин, Д.А., Огнев Н.В., Бурмистров, Е.Г. Организация потоковых процессов и разработка средств механизации основных производств верфи с использованием методов имитационного моделирования и законов производственной логистики / Д.А. Галочкин, Н.В. Огнев, Е.Г. Бурмистров // Судостроение. - 2013. -№2. - С. 49 -53.

2. Огнев H.B., Галочкин, Д.А., Бурмистров Е.Г. Обоснование методологических принципов создания оптимизационной модели производственного процесса / Н.В. Огнев, Д.А. Галочкин, Е.Г. Бурмистров // Судостроение. - 2013. - №3. - С. 53 - 56.

Публикации в других изданиях:

3. Галочкин Д.А., Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г. Информационная поддержка основных производств верфи методами анимационного 3 D-моделирования // Труды XI конгресса МНПФ «Великие реки»-2009 Т.2.-С. 311 - 313.

4. Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г.Перспективы использования 3 D-технологий при проектировании новых средств технологического обеспечения (СТО) оснащения для отечественных судостроительных верфей // Труды XII конгресса международного научно-промышленного форума «Великие Реки»-2010. Т.2. - С. 308-310.

5. Галочкин Д.А., Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г. Механизированный сборочно-сварочный комплекс для узловой сборки объёмных конструкций // XIV МНПК «Современные технологи в машиностроении» Сборник статей. - Пенза, 2010 г. - С. 175 - 178.

6. Галочкин Д.А., Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г. Разработка программ поддержки систем 3 D-моделирования элементов производственных систем верфи // «Вестник ВГАВТ», выпуск 28, Н. Новгород, 2010. - С. 62 - 64.

7. Огнев, Н.В. Некоторые особенности оптимизационных схем материальных потоков на отечественных судостроительных верфях / Н.В. Огнев, Д.А. Галочкин, Е.Г. Бурмистров // Вестн. ВГАВТ. Вып. 31. - Н. Новгород: Изд-во «ВГАВТ». - 2012. -С. 73-77.

8. Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г. Особенности проектирования технологической оснастки для транспортировки крупногабаритных секций // Вестник ВГАВТ. Выпуск 31.- Н.Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ»,- 2012. - С. 68 - 73.

9. Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г. Трёхмерное моделирование как основа современных технологий проектирования и строительства верфей // Труды XIV конгресса

международного научно-промышленного форума «Великие Реки-2012». Т.1. - С. 296-302.

10. Огнев Н.В. Постановка задачи оптимизации соотношения между производственными, складскими и вспомогательными площадями // Вестник ВГАВТ . Выпуск 35. - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2013.- С 74-78.

11. Огнев Н.В. Применение методов имитационного моделирования в проектировании сложных производственных систем верфи/ Огнев Н.В., Дагочкин Д.А., Бурмистров Е.Г// Материалы II межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов. - С.Пб.: ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова», 2011.-С. 38-44.

12. Пат. 114285 1Ш, и 1. Робототехническое устройство для сварки / Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г., Галочкин Д.А. - №2011117731/02; заявлено 03.05.2011; опубл. 20.03.2012, Бюл. №8.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ССЦ - Сборочно-сварочный цех. СЕ - Сборочная единица.

ИМ - Имитационная модель. ССП -Сборочно-сварочное производство.

Подписано в печать с оригинал-макета автора 14.10.14 Сдано в производство 14.10.14 Формат 60x84 1/16 Усл.-печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,2. _Тираж 65 экз._Заказ № 96_

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7

Отпечатано в типографии ФГБОУ ВО ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2