автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка автоматизированной системы выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения

УДК 658.011.56

На правах рукописи

004612786

ЗАМЯТИН КОНСТАНТИН ИГОРЕВИЧ

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО И ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТРУДТУР-СТРАТЕГИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ МАШИНОСТРОЕНИЯ ;

Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами (в машиностроении и приборостроении)

АВТО РЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 НОЯ 2010

Ижевск 2010

004612786

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Кузнецов Андрей Павлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Тененёв Валентин Алексеевич, Ижевский государственный технический университет

кандидат технических наук, доцент Власов Владимир Николаевич ООО «Делкам-Урал», г. Екатеринбург

Ведущая организация:

ОАО «Боткинский завод», г. Воткинск

Защита диссертации состоится «25» ноября 2010 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.06 в ИжГТУ по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета. С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ГОУ ВПО ИжГТУ - http://www.istu.ru

Автореферат разослан «22» октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Снижение материальных и трудовых затрат при изготовлении сложных изделий особенно актуально для производственных систем (ПС) российских предприятий, которые находятся в состоянии модернизации активной части своих основных фондов. А таких ПС в России на сегодняшний день существенное количество. Таким образом, перед предприятиями, осуществляющими модернизацию ПС и одновременно переходящими на новую номенклатурную модель с более сложными изделиями, стоит комплекс задач, которые требуют соответствующего теоретического и методического обеспечения. В этих условиях информационные технологии приобретают особую значимость и играют важную роль в деле поддержки научно обоснованных решений при модернизации ПС и внедрении новых номенклатурных моделей (НМ) предприятия.

В связи с вышеизложенным и учитывая, что по данным различных министерств и ведомств, относящихся к производственному сектору экономики России, активная часть основных фондов имеет моральный износ второго рода в среднем до 60 процентов, разработка теоретико-практических методик, позволяющих повысить эффективность процессов модернизации ПС машиностроения предприятий России, является актуальной задачей и требует своего решения. Особенную актуальность данная задача приобретет в условиях частой смены НМ предприятия, при анализе которой в рамках диссертационной работы используются элементы теории конструктивно-технологической сложности.

Результаты диссертационной работы были использованы при разработке программы технического развития механообрабатывающих производств таких предприятий, как ЗАО «Технология», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «Купол». Все программы успешно внедрены на предприятиях.

Цель исследований. Повышение эффективности процессов модернизации машиностроительных предприятий путем разработки теоретических основ автоматизации выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения с учетом конструктивно-технологических элементов деталей, входящих в НМ предприятия.

Основные задачи исследования.

1. Проведение комплексного анализа структуры и параметров ПС машиностроения и их технологического и информационного обеспечения, деталей машиностроения и их конструктивно-технологических элементов (КТЭ). Формирование на основе проведенного анализа множества параметров, которые значимо влияют на достижение цели диссертационной работы.

2. Разработка модели выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения на основе элементов теорий множеств и методов теории конструктивно-технологической сложности.

3. Разработка алгоритма синтеза вариантов структур-стратегий ПС машиностроения с учетом параметров номенклатурной модели предприятия и критериев синтеза.

4. Создание информационного обеспечения автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий ПС машиностроения.

5. Создание программного комплекса, реализующего автоматизированную систему поддержки принятия решений, обеспечивающую выбор элементов технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения, а также их синтез в автоматизированном режиме.

6. Внедрение результатов исследований при разработке программ технического развития предприятий Уральского региона.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы теории нечетких множеств и математической статистики, методы теории конструктивно-технологической сложности, комбинаторный анализ и методы экспертного оценивания. При разработке программных комплексов применялись методы объектно-ориентированного анализа и проектирования (ООАП) сложных систем и основные положения объектно-ориентированного программирования, технологии разработки приложений с \>/еЬ-интерфейсом.

Научная новизна. На основе системного анализа и формализации основных параметров номенклатурной модели предприятий, технологического и информационного обеспечения производственных систем машиностроения повышение их эффективности рассматривается как процесс комбинаторного синтеза и выбора эффективной структуры-стратегии технического развития в соответствии с разработками, приведенными в настоящей диссертационной работе:

- поставлена и решена задача обоснованного сопоставления параметрам конструктивно-технологических элементов деталей параметров технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения, что впервые позволило при выборе последних формировать исходное множество решений в автоматизированном режиме;

- разработан новый алгоритм решения задачи синтеза вариантов структур-стратегий, основанный на использовании методов теории конструктивно-технологической сложности и учитывающий конструктивно-технологические требования к номенклатурной модели предприятия;

- с применением методов экспертного анализа разработан и предложен критерий выбора рационального варианта структуры-стратегии, позволяющий обеспечить обоснованное принятие решения при реализации программ технического развития предприятиям машиностроения.

Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в том, что рассмотренные в ней теоретические разработки, выводы и практические рекомендации обеспечивают процесс решения вопросов, связанных с

совершенствованием производственных систем машиностроения, повышением рентабельности и конкурентоспособности продукции, изготавливаемой в конкретной производственной системе.

Разработанное математическое и информационное обеспечение автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий ПС машиностроения позволяет в автоматизированном режиме определять множество допустимых решений для технологического и информационного обеспечения.

Для конкретных производственных систем машиностроения на ЗАО «Технология», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ» в процессе проводимых исследований были синтезированы варианты структур-стратегий ПС машиностроения.

Результаты проведенных исследований и разработок после некоторого уточнения входных параметров могут быть использованы в смежных областях промышленности.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и практических исследований были использованы при разработке автоматизированной системы поддержки принятия решений, обеспечивающей синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения на основе методов теории конструктивно-технологической сложности, информационных моделей деталей, информационного и технологического обеспечения и заданных критериев синтеза.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических семинарах ГОУ ВПО ИжГТУ (2007 - 2010); научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «Боткинский завод» (Воткинск, 2009). Результаты работы докладывались на научно-технических семинарах и заседаниях технических советов на следующих предприятиях: ЗАО «Технология», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ». Диссертационная работы была выполнена в рамках гранта по государственной поддержке ведущих научных школ РФ (НШ-2010) на тему «Разработка теоретических основ структур-стратегий ПС машиностроения и создание концепции информационной системы моделирования и управления ресурсами, резервами и результатами сложных технических систем».

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в пяти печатных работах, из них две - в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата и доктора наук.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 41 таблицу, 19 рисунков. Список литературы состоит из 81 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы.

В первой главе выполнен анализ научных исследований и практических разработок в области повышения эффективности ПС машиностроения.

Многие российские и зарубежные ученые, среди которых наиболее известны Ю.Д.Амиров, Н.П.Бусленко, Л.В.Барташев, В.В.Бойцов, В.В.Волостных, Л.И.Волчкевич, М.Б.Грачева, Г.К.Горанский, М.И.Ипатов,

B.Г.Колосов, В.С.Корсаков, Н.М.Капустин, Н.Б.Мироносецкий,

C.П.Митрофанов, Р.Б.Михалев, А.Г.Медведев, Ю.П.Морозов, В.И.Нечипоренко, А.А.Первозванский, Р.М.Петухов, В.Т.Полуянов, Г.Х.Попов, Е.Л.Проскуряков, К.Ф.Пузыня, Ю.С.Шарин, А.Д.Цвиркун, В.Д.Чарнко, Б.А. Якимович, М.Хаммер, Дж.Чампи и др., добились значительных результатов в области совершенствования технического развития производственных систем и оценки их эффективности.

В результате проведенного анализа были сделаны выводы о необходимости дальнейших исследований в данной области. В современных условиях, характеризуемых частой сменой номенклатуры выпускаемых изделий, критическим уровнем морального и физического износа оборудования и острым дефицитом квалифицированных кадров, особенно остро встает проблема повышения эффективности ПС машиностроения. Это обеспечивает предпосылки к разработке моделей и алгоритмов выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроительных предприятий посредством анализа их номенклатурной модели.

В качестве новизны данной диссертационной работы, дополняющей разработки выше приведенных авторов, выступает то, что в качестве инструмента повышения эффективности машиностроения используется математическая модель выбора информационных и технологических элементов структур-стратегий, обеспечивающая формирование обоснованных вариантов модернизации ПС.

Все это определило цель и задачи представляемой автором диссертационной работы.

Во второй главе разрабатывается алгоритм синтеза вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, модель выбора их технологического и информационного обеспечения и определяются критерии синтеза.

Предложенная модель обеспечивает сопоставление конструкторско-технологических параметров планируемых к производству деталей с параметрами информационного и технологического обеспечения. При этом, в соответствии с методами теории конструктивно-технологической сложности и критерием выбора а, осуществляется синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения.

Общая модель синтеза структур-стратегий может иметь вид:

БТ-*А (1)

где БТ - ситуация принятия решения - внешнее состояние; А - правило принятия решения при синтезе информационных и технологических элементов структур-стратегий; сг - обобщенный критерий выбора варианта структуры-стратегии ПС машиностроения; ^ - решение, определенное на допустимом множестве решений.

Реализация алгоритма принятия решений при синтезе элементов структур-стратегий ПС машиностроения основывается на методах теории конструктивно-технологической сложности, математическом аппарате алгебры логики, теории множеств и методах комбинаторного анализа. Предложенная математическая модель (М) использует в качестве входных данных конст-рукторско-технологические параметры детали (КТП) и базу данных параметров металлорежущего оборудования (БД), содержащую необходимые технические характеристики конкретных станков. В качестве выходных данных в рассматриваемой модели выступает вариант структуры-стратегии производственной системы (В), полученный в зависимости от критериев синтеза (К). Синтез варианта структуры-стратегии ПС машиностроения проходит в три этапа. На первом (И) из которых происходит формирование исходного множества информационного и технологического обеспечения, пригодного для формообразования заданной номенклатуры деталей с учетом их конструкторско-технологических параметров, а также параметров информационного и технологического обеспечения. На втором этапе (П) происходит подбор информационного и технологического обеспечения с учетом конструкторско-технологических параметров деталей (БД). После выполнения данного этапа формируется множество информационного и технологического обеспечения, которое может быть использовано для формообразования заданных деталей. На последнем этапе (С) происходит синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения с учетом критериев синтеза (Рисунок 1).

Выбор технологического обеспечения ПС машиностроения подразумевает обработку некоторого исходного множества оборудования и последовательное исключение из него элементов, не удовлетворяющих заданным критериям.

На начальном этапе синтеза формируется множество А, содержащее набор параметров технологического оборудования, обеспечивающего выполнение технологических операций:

А = {а1,а2,...,ап}, (2)

где а1={х1,х2,...,хт}>х^Х,1 = Щ, ] = подмножество параметров технологического обеспечения ПС машиностроения.

Рисунок 1 - Модель синтеза варианта структуры-стратегии ПС машиностроения

Опишем технологическое обеспечение в виде кортежа его конструктор-ско-технологических параметров:

где р" - конечное множество типов оборудования;р° — признак наличия ЧПУ; рта - максимальный размер заготовки; р„а - вес станка; рра - класс точности оборудования; ра" - множество технологических операций выполняемых на оборудовании; р/ - стоимость оборудования.

Также может быть сформировано множество параметров изготавливаемых деталей:

Множество А включает в себя параметры оборудования, используемого для формообразования всех деталей номенклатурной модели предприятия, поэтому оно является избыточным для конкретной детали. Для сокращения множества А с точки зрения выбора оборудования для обработки конкретной детали с1, предлагается произвести декомпозицию детали на составляющие её конструктивно-технологические элементы. В качестве метода, реализующего такой подход, предлагается использовать элементы теории конструктивно-технологической сложности.

Опишем деталь ф в виде кортежа параметров, характеризующего её конструкторские и технологические свойства:

(3)

(4)

где р, - тип детали - множество допустимых типов деталей (корпусная, тело вращения и т.д.); р/- вектор размеров детали; р„ — материал, из которого изготавливается деталь; К - множество конструктивно-технологических элементов, описывающих обрабатываемые поверхности детали.

Для каждого ф должно быть сформировано множество технологического оборудования, необходимого для формообразования всех КТЭ детали.

Множество КТЭ образующих деталь, будет иметь следующий вид:

К = {к1,к1,...,кв], (6)

где А, - конструктивно-технологический элемент, заданный кортежем параметров:

гдерск - код конструктивно-технологического элемента; рк - тип элемента (корпусной, тела вращения и т.д.); рсрк - признак необходимости использования при формообразовании КТЭ станка с числовым программным управлением; рк - вектор размеров элемента; рргк - класс точности изготавливаемого конструктивно-технологического элемента; рск - тип оборудования, на котором может быть изготовлен данный КТЭ (токарные, фрезерные, ОЦ и т.д.); рк - типовая технологическая операция, необходимая для формообразования КТЭ.

На основе сформированных ранее множеств может быть получено множество оборудования А', каждый элемент которого содержит параметры технологического оборудования, необходимого для изготовления конкретной детали:

А' =

а1,а2,...,а„ а, еА,при л / (Х) = 1

(8)

где X - подмножество параметров технологического оборудования, на которых функция может принимать единичное или нулевое значение.

Всего было определено четыре функции, учитывающие основные конструкторские и технологические особенности изготавливаемых деталей: /¡-логическая функция, учитывающая тип станка; ^ - логическая функция, учитывающая типовую технологическую операцию, необходимую для формообразования КТЭ; /3 - логическая функция, учитывающая размерный коэффициент детали; /4 - логическая функция, учитывающая класс точности изготавливаемой детали.

^ если а,.р°с екгркс1 [О, в противном случае

А =

1 ,если еагр")лрас

0,6 противном случае

(9) (10)

= и,если <агр°т 5 (,

(0,в противном случае

[ 1,еслис1гкгркрг<а,.р"р > (12)

[О, в противном случае

Сформированное таким образом множество оборудования, необходимого для производства заданной детали, также не является рациональным, так как каждый из элементов данного множества может дублировать функции другого. Учитывая, что из имеющегося множества оборудования может быть синтезировано множество вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, необходимо решить задачу отбора элементов множества А' в зависимости от некоторого набора заранее определенных критериев синтеза. К таким критериям синтеза структур-стратегий может относиться стоимость оборудования, серийность производства и т.п. При этом необходимо установить определенные ограничения предлагаемой математической модели для исключения возникновения ситуаций, не отвечающих заданным требованиям функциональности. К наиболее значимым могут быть причислены следующие ограничения:

1. Данная модель не применима для организации экспериментального и высокоточного производства, т.к. зачастую это требует несколько классов технологических операций для формирования определенных конструктивно-технологических элементов (черновая и чистовая обработка).

2. В качестве множества входных параметров данной математической модели выступает полностью определенное множество деталей Д задача формирования которого не может быть решена в рамках разрабатываемой модели.

Синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения происходит в несколько этапов, на каждом из которых уточняются и отбираются варианты структур-стратегий ПС, удовлетворяющие потребностям конкретного предприятия.

На первом этапе в зависимости от типажа оборудования все элементы множества А' подлежат группировке в т упорядоченных множеств е Т ■

При этом количество вариантов структур-стратегий ПС машиностроения будет равно количеству комбинаторных конфигураций, полученных сочетанием всех элементов ранее сформированных множеств.

Рисунок 2 - Синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения

Таким образом, на данном этапе может быть сформировано множество В вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, имеющее вид, показанный ниже:

В = {Ъ„Ьг,...,Ь„,Ьп}

(13)

(14)

где ¿, - вариант структуры-стратегии ПС машиностроения; - комбинаторные конфигурации всех элементов множества Т:

= {а^ е А'\тип оборудования|] )

(15)

(16)

Учитывая, что в сформированные варианты структур-стратегий ПС машиностроения войдет оборудование разной ценовой категории, необходимо осуществить отсечение вариантов, не удовлетворяющих финансово-экономическим потребностям предприятия. Для выполнения такого отсечения все варианты структур-стратегий ПС машиностроения ранжируются в зависимости от их стоимости и объединяются в нечеткое множество Ё, каждый элемент которого представляет собой вариант структуры-стратегии, нормализованный в соответствии с теорией нечетких множеств.

Ё-Щц^МЬ^ф,)}.....{Ь\Ие(Ь,)}]^ (п)

при этом //Е(х,.) - характеристическая функция принадлежности элемента ¿>. е в к множеству Ё:

где С6, - суммарная стоимость оборудования, входящего в / вариант структуры-стратегии. Стах - максимальная стоимость варианта структуры-стратегии ПС машиностроения.

Определим а-срез нечеткого множества £ как а _ ;_, где С„ -

С

тах

максимальная стоимость варианта структуры-стратегии, которую предприятие готово реализовать. Таким образом, задавая а-срез нечеткого множества Ё, может быть отсечено множество вариантов, реализация которых не целесообразна по финансовым причинам.

Определим производительность технологического обеспечения, входящего в./-ый вариант структуры-стратегии как

ьуМ

У ^ Р , (19)

где N1 - количество деталей, обрабатываемых на /-ом технологическом обеспечении, 7*( - трудоемкость изготовления 1-ой детали, Р - фонд рабочего времени в год.

Определим критерий выбора с, варианта структуры-стратегии ПС машиностроения следующим образом: С Р

^ > (20)

где С, - стоимость /'-го варианта структуры-стратегии, Р{ - производительность /-го варианта структуры-стратегии, Стах и Ртах - максимальная стоимость и производительность технологического обеспечения, щ и а2 -весовые коэффициенты, определяемые методом экспертной оценки, при этом а/+ «2=7.

Для определения факторов, значимо влияющих на эффективность ПС машиностроения, было проведено экспертное оценивание, при этом в качестве таких факторов экспертами была выделена производительность и стоимость технологического обеспечения.

В качестве основных факторов были приняты факторы, показанные ниже (Таблица 1).

Таблица 1 - Оцениваемые факторы

Обозначение Фактор

Ф1 Стоимость станка

Ф2 Масса станка

ФЗ Производительность станка

Ф4 Мощность электродвигателей привода

Ф5 Гэбаритные размеры станка

Рисунок 3 - Выбор факторов, значимо влияющих на эффективность ПС машиностроения

Учитывая, что эффективность варианта технологического обеспечения стремится к максимуму, могут быть отобраны варианты структур-стратегий ПС машиностроения, эффективность которых выше эффективности базового варианта структуры-стратегии ПС, функционирующего на предприятии.

Таким образом, может быть синтезировано несколько вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, каждый из которых характеризуется технико-экономическими показателями, позволяющими лицам, принимающим решение, осуществить обоснованный выбор варианта модернизации.

Выбор информационного обеспечения ПС машиностроения происходит подобным образом и подразумевает обработку некоторого исходного множества программного обеспечения и последовательное исключение элементов, не удовлетворяющих заданным критериям.

Определим множество I информационных элементов структур стратегий ПС машиностроения:

где = {х,,;с2,.еX, / = ] = 1 ,М - подмножество параметров

информационного обеспечения.

Множество / включает в себя параметры САО/САМ/САЕ систем, которые могут быть использованы для проектирования и изготовления конкретных деталей. Обобщив характеристики наиболее распространенных САПР, был выделен следующий кортеж параметров, учитывающий основные кон-структорско-технологические показатели систем проектирования:

где р! - тип САПР: <САБ, САМ, САПР ТП>; рср' - наличие постпроцессора, обеспечивающего генерацию управляющей программы для станка ЧПУ; ро - множество операций поддерживаемых САПР; рс' - класс системы: {легкая, средняя, тяжелая};ррг' ~ стоимость САПР.

(21)

(22)

На основе множества I и полученного ранее множества конструкторско-технологических параметров деталей Л может быть получено множество параметров информационного обеспечения /', каждый элемент которого содержит параметры САПР, необходимого для конструкторской подготовки деталей:

|„/2,...,/„!«, е/, при л /,(Х) = 1

(23)

где X - подмножество параметров, на которых функция может принимать единичное или нулевое значение.

В результате анализа современных систем машиностроения и наиболее распространенных САПР были выделены 2 функции: /, - функция, учитывающая тип САПР, и /2 - учитывающая тип операции, необходимой для обработки КТЭ, и возможности САПР при разработке управляющей программы для станка с ЧПУ.

1, если(с(,.к1 .ркср лI,.р| -САМ)\г/.p¡ =CЛDv

-г . (24)

V(-к) -Рср л• р\ = САПР ТП)

О, в противном случае

^ \\,еспи(1гкгрк0&11.р10 ; (25)

2 [О, в противном случае

На основании рассмотренного алгоритма синтеза структур-стратегий ПС машиностроения может быть синтезировано множество вариантов технологического и информационного обеспечения, необходимого для создания программ технической модернизации машиностроительных предприятий. Были получены следующие результаты:

1. Решена задача сопоставления параметрам конструктивно-технологических элементов деталей параметров технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения.

2. Определены факторы, значимо влияющие на эффективность структур-стратегий производственных систем машиностроения. К таким факторам отнесена стоимость и производительность оборудован™ с весовыми коэффициентами 0,478 и 0,522 соответственно.

3. Разработан алгоритм синтеза множества допустимых решений вариантов информационного и технологического обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения.

В третьей главе описано информационное обеспечение автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий производственных систем машиностроения (СППР «Синтез ПС»). Также рассматривается структура приложения указанной системы.

Решение задачи выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения требует создания автоматизированной системы, обеспечивающей функционирование в условиях единого информационного пространства предприятия и использующей эффективную математическую модель на основе методов теории конструктивно-технологической сложности и заданных критериев синтеза структур-стратегий производственных систем машиностроения.

На этом основании была разработана автоматизированная система поддержки принятия решений «Синтез ПС».

Структура автоматизированной системы «Синтез ПС» показана ниже (Рисунок 4). Основой системы является модуль поддержки принятия решений, обеспечивающий выполнение основных операций, необходимых для проведения процесса принятия решений.

К подсистемам данного модуля относятся:

- подсистема формирования исходных множеств - набор программных модулей, обеспечивающих выбор и формирование данных, необходимых для функционирования системы поддержки принятия решений. Данная подсистема обеспечивает выполнение первого этапа синтеза;

- подсистема подбора информационного и технологического обеспечения - набор программных модулей, реализующих математическую модель выбора элементов структур-стратегий производственных систем машиностроения. Данная подсистема обеспечивает выполнение второго этапа синтеза и обеспечивает первоначальный подбор информационного и технологического обеспечения;

- подсистема синтеза вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения на основе методов теории конструктивно-технологической сложности и заданных критериев синтеза. Данная подсистема обеспечивает выполнение третьего этапа синтеза;

подсистема формирования отчетов - набор программных модулей, обеспечивающий сбор, обработку и структурирование результатов работы автоматизированной системы поддержки принятия решений.

Алгоритм работы модуля поддержки принятия решений при выполнении синтеза структур-стратегий производственных систем машиностроения показан ниже (Рисунок 5). Функционирование модуля поддержки принятия решений начинается с подключения к справочнику конструктивно-технологических элементов, справочнику технологического оборудования и информационного обеспечения, настройки и создания основных структур, данных и объектов, используемых при выполнении синтеза структур-стратегий производственных систем машиностроения. На следующем этапе производиться подготовка и формализация запросов, необходимых для

функционирования автоматизированной системы поддержки принятия решений.

После выполнения двух предыдущих этапов происходит непосредственно сам процесс выбора технологического и информационного обеспечения и синтез структур-стратегий производственных систем машиностроения. При этом формируются варианты модернизации элементов структур-стратегий в зависимости от заданных на этапе ввода параметров критериев синтеза. На заключительном этапе сформированные ранее варианты упорядочиваются в виде отчетов и предоставляются пользователю для дальнейшего использования.

Г Модуль поддержки принятия решений "!

Формирование исходных множеств

: Выбор информационного и технологического обеспечения . структур-стратегий ПС машиностроения

Синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения

Формирование и подготовка ответов ■

\МЕВ-ориентированный интерфейс автоматизированной системы

Авторизация пользователей

Определение конструктивных и технологических параметров деталей

Ввод критериев синтеза

Редактирование . справочников

База данных автоматизированной системы

Справочник «Технологические ;.. операции»

о м База данных «Детали»

Я5 X 5 = 9: со X м О. База данных «КТЭ»

с * 58 г? База данных «Технологическое обеспечение»

База данных : «Информационное обеспечение» V

База данных «Варианты структур-стратегий» :

Рисунок 4 - Структура автоматизированной системы поддержки принятия решений «Синтез ПС»

На основании рассмотренного математического и информационного обеспечения была разработана подсистема поддержки информационных моделей деталей, технологического и информационного обеспечения, включающая реляционную базу данных, хранящих конструкторско-технологические параметры (Рисунок 6). Разработанная автоматизирован-

16

ная система имеет \УеЬ-ориентированный интерфейс поддержки принятия решений при синтезе вариантов структур-стратегий ПС машиностроения.

Рисунок 5 - Общий алгоритм функционирования автоматизированной сио темы поддержки принятия решений

Информационное обеспечение

ктэ

у

Типовая технологическая

Размерные коэффициент ы КТЭ

Имеет

I

Содержаться

КТЭ

Относиться

Деталь

?

Имеет

$

Размерны« коэффициенты детали

Текнолотческие операции

—выполняет"-'

I Технологическое

Технологическое обеспечение

Рисунок 6 - Информационная модель базы данных системы поддержки принятия решений

В четвертой главе приведены результаты внедрения разработанного математического и информационного обеспечения при разработке программ технического развития предприятий Уральского региона.

Работа была апробирована на следующих предприятиях: ЗАО «Технология», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО "ИЭМЗ "КУПОЛ".

Данные предприятия характеризуются выпуском разнообразной номенклатуры деталей, наибольшая часть из которых относится к корпусным и телам вращения. Среднее количество изготавливаемых деталей на рассмотренных предприятиях варьирует от 400 до 263420 штук в год, а трудоемкость изготовления годовой программы от 3694 до 71255 н/ч. Себестоимость изготовления годовой программы на рассмотренных предприятиях находиться в диапазоне от 17135 до 744266 рублей.

Для всех предприятий характерно использование оборудования со сроком службы более 20 лет и моральным износом от 50% до 99%, что существенным образом влияет на экономическую эффективность выпуска номенклатуры изделий.

В качестве примера в автореферате рассматривается программа модернизации механообработки цеха РМЦ на Октябрьском заводе нефтепромыслового оборудования. В результате проведенного исследования были выявлены показатели морального износа оборудования, представленные ниже (Рисунок 7).

№ Тип оборудования Процент износа

1 Шлифовальные, полировальные, доводочные, заточные 89,5

2 Фрезерные 48,3

3 Токарные 66,1

4 Строгальные, долбежные, протяжные 78,3

5 Сверлильные и расточные 71,5

6 Разрезные 65,0

7 Разные 74,8

8 Прессовое 50,0

9 Зубо- и резьбообрабатывающие 70,4

10 Другие 50,0

Тип оборудования

Рисунок 7 - Моральный износ оборудования по всему производству

Технико-экономические показатели для всего предприятия показаны в таблице 2.

Таблица 2 - Технико-экономические показатели производства

Цех Количество изгот. деталей, шт Трудоемкость изготовления годовой программы, н/ч Себестоимость изготовления годовой программы, руб

ЦНОиЗ 65721 71255 744266

РМЦ 5240 3694 45935

ЦНПО 145500 39861 444666

ИРУ 263420 9063 93213

Большинство деталей, выпускаемых в цехе РМЦ Октябрьского ЗНО, является корпусными. Фрагмент таблицы изготавливаемых деталей показан ниже (Таблица 3).

Таблица 3 - Корпусные детали, выпускаемые в цехе РМЦ

Группа ; ; 1 1' ... жмб > { . ' Наименование Размеры Годовая программа шт. Трудоемкость изготовления годовой программы, :. н/ч

Корпусные БА 7.084.847. 24x17,5x51,5 768 11597

114.8.034.584. 76x44x72 400 27120

БА 8.000.578. 103,5x132,5x71 2016 52013

114.7.890.019. 11x20x28 200 60

114.8.601.004. 10x20x1 400 400

БА 7.952.035. 244x150x10 1248 2995

БА 8.641.016. 230x190x5 1440 12629

Все выпускаемые детали были декомпозированы до составляющих их

КТЭ. На основе методов теории конструктивно-технологической сложности и математических моделей, описанных во второй главе, было произведено сопоставление параметрам конструктивно-технологических элементов деталей параметров технологического обеспечения, при этом было сформировано исходное множество решений, на основе которого был осуществлен синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения. Всего для цеха РМЦ было синтезировано 2625 варианта структур-стратегий ПС машиностроения, для которых были определены их технико-экономические показатели. С целью исключения вариантов, не удовлетворяющих экономическим потребностям предприятия, было сформировано нечеткое множество Ё, при этом вариант с максимальной себестоимостью вошел в такое множество с минимальной вероятностью. С учетом максимальной стоимости варианта модернизации, заданного на уровне 5000 т.р., было отсечено 919 вариантов, стоимость которых превышает заданный уровень. Таким образом, в итоговое множество вариантов модернизации производственной системы цеха РМЦ вошло 1706 вариантов, для которых был рассчитан показатель выбора а. Фрагмент таблицы, содержащей технико-экономические параметры синтезированных вариантов, показан ниже (Таблица 4).

Таблица 4 - Фрагмент множества параметров синтезированных вариантов структур-стратегий

Номер Оборудование Стоимость а

Ы532 СА-565РС, 6Т83Г, 16А20ФЗ, 2С132, ЗД711ВФ11 3 275 000,00р. 0,462

М322 СА-565РС, 6Т82Ш, 16А20ФЗ, 2С132, ЗД711ВФ11 3 305 000,00р. 0,462

М217 СА-565РС, 6К11, 16А20ФЗ, 2С132, ЗД711ВФ11 3 210 000,00р. 0,460

М427 СА-565РС, 6Т83Ш, 16А20ФЗ, 2С132, ЗД711ВФ11 3 345 000,00р. 0,459

Ь482 СА-562С150Л, 6Т83Г, 16А20ФЗ. 2С132, ЗД711ВФ11 3 265 000,00р. 0,456

Продолжение таблицы 4

Номер Оборудование Стоимость о

Ь272 СА-562С150Л, 6Т82Ш, 16А20ФЗ, 2С132, ЗД711ВФ11 3 295 000,00р. 0,456

Ь2057 ИТ1620, 6Т83Г, 16А20ФЗ, 2С132, ЗД711ВФ11 3 115 000,00р. 0,456

М847 ИТ1620, 6Т82Ш, 16А20ФЗ, 2С132, ЗД711ВФ11 3 145 000,00р. 0,456

М541 СА-565РС, 6Т83Г, 16А20ФЗ, МН25Н-01, ЗД711ВФ11 3 327 000,00р. 0,455

М331 СА-565РС, 6Т82Ш, 16А20ФЗ, МН25Н-01, ЗД711ВФ11 3 357 000,00р. 0,455

Рисунок 8 - Значение критерия выбора для синтезированных вариант вариантов

Сравнительный график значений критерия выбора для синтезированных вариантов показан на рисунке 8.

Сравнительный график стоимости синтезированных вариантов структур-стратегий ПС машиностроения показан на рисунке 9, а график производительности — на рисунке 10.

Согласно проведенному технико-экономическому расчету был выбран наиболее предпочтительный вариант, характеризующийся следующими технико-

экономическими показателями: снижение себестоимости годовой программы на 16%, снижение трудоемкости годовой программы на 19,7%. А годовой экономический эффект от снижения трудоемкости обработки деталей составил 202 тыс. руб.

В соответствии с математическим и информационным обеспечением, рассмотренным в главе 2 и главе 3, для Рисунок 9 - Себестоимость синтезированных всех рассмотренных

вариантов предприятий было син-

Стоимость

3 400000,00р. 3 350000,00р. 3 300000,00р. 3 250000,00р. 3 200000,00р. 3 150 000,00р. 3100 000,00р. 3 050000,00р. 3 ООО 000,00р. 2 950000,00р.

Ь1532 Ы322 Ы217 Ы427 Ь482 Ь272 Ь2057 Ы847 Ы541 Ь1331

тезировано

20 697 возможных вариантов структур-стратегий ПС машиностроения, при этом база технологического обеспечения содержала более 700 записей, а база информационного обеспечения -10 записей.

Рисунок 10 - Производительность синтезированных вариантов

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научная проблема, имеющая существенное теоретическое и прикладное значение, заключающееся в разработке методических основ, теоретических и практических решений разработки автоматизированных систем выбора технологического и информационного обеспечения современных производственных систем машиностроения на этапах принятия решения об их модернизации и дальнейшем техническом развитии. В процессе теоретических и практических исследований, математического моделирования разработанных алгоритмов поддержки принятия технических решений для эффективного проведения модернизации ПС машиностроения получены следующие основные вывод и результаты:

1. При решении задачи повышения эффективности производственных систем машиностроения необходим углубленный анализ их номенклатурный модели на основе методов теории конструктивно-технологической сложности. Конструктивно-технологические характеристики номенклатурной модели значимо влияют на структуру производственной системы.

2. Определено множество параметров, значимо влияющих на выбор технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения, позволяющее сформировать исходное множество решений технологических и информационных составляющих структур-стратегий.

3. Разработана модель выбора технологического и информационного обеспечения для номенклатурной модели предприятия, позволяющая проводить математическое моделирование вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения в автоматизированном режиме.

Производительность 0.620 0,610 0,600 0,590 0,580 0,570 0,560 0,550 0,540 0,530 0,520

Ы.532 М322 Ы217 М427

Ь482

Ь272 Ь2057 М847 М541 Ы331

4. Разработан алгоритм синтеза множества допустимых решений вариантов информационного и технологического обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения. Предложен критерий выбора а, позволяющий выбрать рациональный вариант структуры-стратегии производственных систем машиностроения. На основе экспертной оценки определены факторы, значимо влияющие на эффективность структур-стратегий производственных систем машиностроения. К наиболее значимым факторам отнесены стоимость и производительность оборудования с весовыми коэффициентами 0,478 и 0,522 соответственно.

5. Разработана автоматизированная система поддержки принятия решений при синтезе вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения «Синтез ПС», позволяющая обеспечить формирование технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем в соответствии с состояниями и характеристиками номенклатурной модели предприятия. Использование автоматизированной системы позволяет обеспечить оперативное моделирование и выбор рациональной структуры-стратегии при изменении номенклатурной модели предприятия.

6. Полученные научные и практические результаты и разработанная автоматизированная система поддержки принятия решений «Синтез ПС» использованы при анализе состояния и разработке структур-стратегий ПС машиностроения на ряде предприятий Уральского региона. Научно-практическая ценность подтверждена использованием результатов диссертационной работы при подготовке программ технического развития механообрабатывающего производства ЗАО «Технология», Октябрьского и Нефтекамского заводов нефтепромыслового оборудования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Печатные работы в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Кузнецов, А. П. Выбор технологических элементов структур-стратегий производственных систем машиностроения / А. П. Кузнецов, К. И. Замятин // Известия Самарского науч. центра РАН. -Самара, 2009. - С. 292 - 295

2. Замятин, К. И. Выбор технологического обеспечения структур-стратегий производственной системы машиностроения (на примере детали типа «корпус») / К. И. Замятин, А. П. Кузнецов // Вестник ИжГТУ. - 2010. - № 1.-С. 19-22

Печатные работы в прочих изданиях:

3. Замятин К. И. Классификация конструктивных элементов при решении задач выбора технологического оборудования производственных систем машиностроения / К. И. Замятин, А. Н. Домбрачев // Наука. Техника. Образование : Сб. тр. науч.-метод. конф. Боткинского филиала ИжГТУ. - Екатеринбург ; Ижевск : Изд-во Ин-та экономики УрО РАН, 2008. - С. 111 - 116

4. Замятин К.И. Выбор информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения // Высокие технологии, фундаментальные исследования, образование, промышленность: Сб. тр. Восьмой Междунар. науч.-практич. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Россия, Санкт-Петербург, 27-28 октября 2009 г.). - СПб.: Изд-во Политех, ун-та, 2009. С. 139 - 143

5. Andrej P.KUZNETSOV, Pavol BOZEK, Konstantin Zamyatin. Strategia selektovania technologickych buniek pre tvorbu vyTobnych systcmov v strojärstve. - Manazment priemyselnych podnikov. Vedecky Casopis Un-iverzitnej vedeckotechnickej sploloCnosti vo Zvolene. Roinik 6, Cislo 1/2009. ISSN 1336-5592. p. 27-32

В авторской редакции

Подписано в печать2Ы 0. 2010 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № ¿52.

Отпечатано в типографии ИжГТУ, 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

1.1 Состояние современных машиностроительных предприятий.

1.2 Основные направления реинжиниринга ПС машиностроительных предприятий.

1.3 Оценка эффективности ПС машиностроительных предприятий.

1.4 Методы синтеза производственных систем машиностроения.

1.5 Методы классификации конструктивных элементов деталей.

1.6 Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ СИНТЕЗА ВАРИАНТОВ СТРУКТУР-СТРАТЕГИЙ ПС МАШИНОСТРОЕНИЯ С УЧЕТОМ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЛОЖНОСТИ.

2.1 Формальное представление структур-стратегий ПС машиностроения.

2.2 Анализ параметров структур-стратегий ПС машиностроения, влияющих на выбор технологического и информационного обеспечения.

2.3 Модель выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения.

2.4 Комбинаторный алгоритм синтеза вариантов структур-стратегий ПС машиностроения.

2.5 Критерий выбора рационального варианта структуры-стратегии ПС машиностроения.

2.5.1 Выбор и анализ факторов, влияющих на эффективность структур-стратегий ПС машиностроения.

2.5.1 Критерий выбора а.

2.6 Моделирование структур-стратегий ПС машиностроения на примере детали типа «корпус»

2.6.1 Формирование исходного множества решений.

2.6.2 Синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения.

2.6.3 Выбор рационального варианта структуры-стратегии ПС машиностроения.

2.7 Выводы.

ГЛАВА 3. ИНФОРМАЦИОННОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

ПРИ СИНТЕЗЕ СТРУКТУР-СТРАТЕГИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ МАШИНОСТРОЕНИЯ (СППР «СИНТЕЗ ПС»).

3.1 Место автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий производственных систем машиностроения в информационном пространстве современных машиностроительных предприятий.

3.2 Структура автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий производственных систем машиностроения.

3.3 Информационное обеспечение системы поддержки принятия решений при синтезе вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения.

3.4 Выводы.

ГЛАВА 4. АПРОБАЦИЯ ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА СИНТЕЗА ВАРИАНТОВ СТРУКТУР-СТРАТЕГИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

4.1 Синтез вариантов структур-стратегий ПС на ООО «Октябрьский ЗНО».

4.1.1 Анализ технико-экономических параметров на ООО «Октябрьский ЗНО».

4.1.2 Формирование исходного множества решений.

4.1.3 Синтез вариантов структур-стратегий для цеха РМЦ ООО «Октябрьский ЗНО».

4.1.4 Выбор рационального вариантов структур-стратегий ПС машиностроения.

4.2 Синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения па ООО «Нефтекамский ЗНО» и ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ».

4.2.1 Анализ технико-экономических показателей производства на ООО «Нефтекамский ЗНО».

4.2.2 Анализ технико-экономических показателей производства на ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ».

4.2.3 Варианты структур-стратегий на ОАО «ИЭМЗ«КУПОЛ».

4.2.4 Варианты структур-стратегий на ООО «Нефтекамский ЗНО».

4.3 Выводы.¡

В настоящее время машиностроение России представляет собой комплекс отраслей промышленности изготавливающих оборонную продукцию и средства производства, а также средства транспорта и предметы потребления.

Роль и значение машиностроительного комплекса определяется, прежде всего, тем, что это базовая отрасль экономики страны, тесно взаимосвязанная с ведущими отраслями экономики, обеспечивающая их устойчивое функционирование, положение потребительского рынка и являющаяся основой развития технологического ядра промышленности.

Результаты коренной перестройки экономических отношений в стране в 90-е годы отрицательно повлияли на состояние машиностроения. К сожалению, кратковременный всплеск роста производства не привел машиностроение к решению главной задачи - модернизация оборудования и технологий. Это вызвало, наряду с другими макро и микро причинами, недостаточность инвестиций и низкую инновационную восприимчивость предприятий. Необходимо отметить, что уровень инновационной активности на предприятиях остается на сегодняшний день весьма низким. Между тем, физический и моральный износ основных средств производства достиг критического уровня (по некоторым данным от 65 до 75%). Выбытие основных средств идет с темпами, превышающими темпы обновления технологической базы.

Активность государства в деле повышения эффективности машиностроения заметно повысилась. Об этом говорит создание общественной организации "Союз машиностроителей России" и те мероприятия, которые приняты на II съезде организации в феврале 2008 года и которые осуществляются под пристальным вниманием правительства России.

Если говорить, что на макро-уровне работы по повышению эффективности машиностроения ведутся, то на микро-уровне предприятиям необходимо быть готовыми к принятию, а не к отторжению инновационных предложений со стороны правительства и инициативных структур. Такая готовность обусловлена многими аспектами. Один из аспектов - научно-методическое сопровождение любых инновационных мероприятий, реализуемых на предприятии. Следует отметить, что в этой области, как области научных знаний сделано большое количество фундаментальных и научно-прикладных исследований, которые являются научной базой для предприятий, внедряющих инновационные принципы организации, управления, технологии и оборудование.

Такие российские ученые как Ю.Д.Амиров, Н.П.Бусленко, Л.В.Барташев, В.В.Бойцов, В.В.Волостных, Л.И.Волчкевич, М.Б.Грачева, Г.К.Горанский, М.И.Ипатов, В.Г.Колосов, В.С.Корсаков, Н.М.Капустин, Н.Б.Мироносецкий, С.П.Митрофанов, Р.Б.Михалев, А.Г.Медведев, Ю.П.Морозов, В.И.Нечипоренко, А.А.Первозваиский, Р.М.Петухов, В.Т.Полуянов, Г.Х.Попов, Е.Л.Проскуряков, К.Ф.Пузыня, Ю.С.Шарин, А.Д.Цвиркун, В.Д.Чарнко сформировали основы эффективности производственных систем машиностроительных предприятий.

Анализ предметной области и всесторонний обзор научных исследований показал, что необходимо развить теоретическую и методическую базы в следующем направлении - это создание необходимых научно-практических методов построения автоматизированных систем технической подготовки производства.

Перед современными машиностроительными предприятиями, стоит важная научно-прикладная задача - какое инновационное оборудование и технологии им необходимо приобрести? На решение этой задачи и направлены исследования в данной диссертационной работе.

Результаты диссертационной работы были использованы при разработке программы технического развития механообрабатывающих производств таких предприятий, как ЗАО «Технология», ООО «Октябрьский завод нефте4 промыслового оборудования», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «Купол». Все программы успешно внедрены на предприятиях.

Цель исследований. Повышение эффективности процессов модернизации машиностроительных предприятий путем разработки теоретических основ автоматизации выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения с учетом конструктивно-технологических элементов деталей, входящих5 в номенклатурную модель (НМ) предприятия.

Основные задачи исследования:

1. Проведение комплексного анализа структуры и параметров ПС машиностроения и их технологического и информационного обеспечения, деталей машиностроения и их конструктивно-технологических элементов (КТЭ). Формирование на основе проведенного анализа множества параметров, которые значимо влияют на достижение цели диссертационной работы.

2. Разработка модели выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения на основе элементов теорий множеств и методов теории конструктивно-технологической сложности.

3. Разработка алгоритма синтеза вариантов структур-стратегий ПС машиностроения с учетом параметров номенклатурной модели предприятия и критериев синтеза.

4. Создание информационного обеспечения автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий ПС машиностроения.

5. Создание программного комплекса, реализующего автоматизированную систему поддержки принятия решений, обеспечивающую выбор элементов технологического и информационного обеспечения струк5 тур-стратегий ПС машиностроения, а также их синтез в автоматизированном режиме.

6. Внедрение результатов исследований при разработке программ технического развития предприятий Уральского региона. Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы теории нечетких множеств и математической статистики, методы теории конструктивно-технологической сложности, комбинаторный анализ и методы экспертного оценивания. При разработке программных комплексов применялись методы объектно-ориентированного анализа и проектирования (ООАП) сложных систем и основные положения объектно-ориентированного программирования, технологии разработки приложений с \№еЬ-интерфейсом.

Научная новизна. На основе системного анализа и формализации основных параметров номенклатурной модели предприятий, технологического и информационного обеспечения производственных систем машиностроения повышение их эффективности рассматривается как процесс комбинаторного синтеза и выбора эффективной структуры-стратегии технического развития в соответствии с разработками, приведенными в настоящей диссертационной работе:

- поставлена и решена задача обоснованного сопоставления параметрам конструктивно-технологических элементов деталей параметров технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения, что впервые позволило при выборе последних формировать исходное множество решений в автоматизированном режиме;

- разработан новый алгоритм решения задачи синтеза вариантов структур-стратегий, основанный на использовании методов теории конструктивно-технологической сложности и учитывающий конструктивно-технологические требования к номенклатурной модели предприятия; 6

- с применением методов экспертного анализа разработан и предложен критерий выбора рационального варианта структуры-стратегии, позволяющий обеспечить обоснованное принятие решения при реализации программ технического развития предприятиям машиностроения. Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в том, что рассмотренные в ней теоретические разработки, выводы и практические рекомендации обеспечивают процесс решения вопросов, связанных с совершенствованием производственных систем машиностроения, повышением рентабельности и конкурентоспособности продукции, изготавливаемой в конкретной производственной системе.

Разработанное математическое и информационное обеспечение автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий ПС машиностроения позволяет в автоматизированном режиме определять множество допустимых решений для технологического и информационного обеспечения.

Для конкретных производственных систем машиностроения на ЗАО «Технология», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ» в процессе проводимых исследований были синтезированы варианты структур-стратегий ПС машиностроения.

Результаты проведенных исследований и разработок после некоторого уточнения входных параметров могут быть использованы в смежных областях промышленности.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и практических исследований были использованы при разработке автоматизированной системы поддержки принятия решений, обеспечивающей синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения на основе методов теории конструктивно-технологической сложности, информационных моделей деталей, информационного и технологического обеспечения и заданных критериев синтеза.

В первой главе работы выполнен анализ современного состояния машиностроения, определены основные тенденции его развития. Сделан всесторонний обзор научных исследований в направлении повышения эффективности производственных систем машиностроения. На основе анализа и обзора был сделан основной вывод: необходимо разработать научно-практический инструментарий, который позволит в автоматизированном режиме провести выбор технологического и информационного обеспечения для изготовления изделий определенной конструктивно-технологической сложности. В настоящее время такой инструментарий отсутствует, и принятие решений о том или ином приобретении инновационного обеспечения происходит в условиях существенной неопределенности.

Во второй главе автором приводится системный анализ процессов обозначенного выше выбора. Определяются основные параметры объектов выбора. Формируются алгоритмы и процедуры выбора, разрабатывается алгоритм принятия решений, а также алгоритм синтеза вариантов структур-стратегий ПС машиностроения и критерий выбора их рационального варианта.

В третьей главе разрабатывается информационное и программное обеспечение автоматизированной системы поддержки принятия решений «Синтез ПС». Определяются состав и алгоритмы функционирования модулей автоматизированной системы.

В четвертой главе проводиться математическое моделирование, где разработки второй главы находят свое применение при создании программы технического развития предприятий машиностроения. В качестве примера приводиться синтез вариантов структур-стратегий для Октябрьского завода нефтепромыслового оборудования.

4.3 Выводы

На основании главы 4 диссертационной работы, в 2007 г. была проведена оценка эффективности синтезированных вариантов структур-стратегий ПС машиностроения на Октябрьском ЗНО, при этом проведенному технико-экономическому расчету был выбран наиболее предпочтительный вариант, характеризующийся следующими технико-экономическими показателями: снижение себестоимости годовой программы на 16%, снижение трудоемкости годовой программы на 19,7%. А годовой экономический эффект от снижения трудоемкости обработки деталей составил 202 тыс.руб.

Основными результатами исследований приведенных в главе 4, являются следующие:

1. Рассмотрены и проанализированы технико-экономические параметры ЗАО «Технология», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «Купол». На основе проведенного анализа принято решение о необходимости модернизации механообработки данных предприятий.

2. На основании данных, приведенных в главах 2 и 3 настоящей диссертационной работы, было синтезировано 20 697 вариантов модернизации ПС машиностроения.

3. В соответствии с предложенным в главе 2 критерием выбора а для всех рассмотренных предприятий были сформированы рекомендации при подготовке программ технического развития.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена актуальная научная проблема, имеющая существенное теоретическое и прикладное значение, заключающееся в разработке методических основ, теоретических и практических решений разработки автоматизированных систем выбора технологического и информационного обеспечения современных производственных систем машиностроения на этапах принятия решения об их модернизации и дальнейшем техническом развитии. В процессе теоретических и практических исследований, математического моделирования разработанных алгоритмов поддержки принятия технических решений для эффективного проведения модернизации ПС машиностроения, получены следующие основные вывод и результаты:

1. При решении задачи повышения эффективности производственных систем машиностроения необходим углубленный анализ их номенклатурной модели на основе методов теории конструктивно-технологической сложности. Конструктивно-технологические характеристики номенклатурной модели значимо влияют на структуру производственной системы.

2. Определено множество параметров, значимо влияющих на выбор технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения, позволяющее сформировать исходное множество решений технологических и информационных составляющих структур-стратегий.

3. Разработана модель выбора технологического и информационного обеспечения для номенклатурной модели предприятия, позволяющая проводить математическое моделирование вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения в автоматизированном режиме.

4. Разработан алгоритм синтеза множества допустимых решений вариантов информационного и технологического обеспечения структурстратегий производственных систем машиностроения. Предложен критерий выбора а, позволяющий выбрать рациональный вариант структуры-стратегии производственных систем машиностроения. На основе экспертной оценки определены факторы, значимо влияющие на эффективность структур-стратегий производственных систем машиностроения. К наиболее значимым факторам отнесены стоимость и производительность оборудования с весовыми коэффициентами 0,522 и 0,478 соответственно.

5. Разработана автоматизированная система поддержки принятия решений при синтезе вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения «Синтез ПС», позволяющая обеспечить формирование технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем в соответствии с состояниями и характеристиками номенклатурной модели предприятия. Использование автоматизированной системы позволяет обеспечить оперативное моделирование и выбор рациональной структуры-стратегии при изменении номенклатурной модели предприятия.

6. Полученные научные и практические результаты и разработанная автоматизированная система поддержки принятия решений «Синтез ПС» использованы при анализе состояния и разработке структур-стратегий ПС машиностроения на ряде предприятий Уральского региона. Научно-практическая ценность подтверждена использованием результатов диссертационной работы при подготовке программ технического развития механообрабатывающего производства ЗАО «Технология», Октябрьского и Нефтекамского заводов нефтепромыслового оборудования.

1. Станкостроение в России: состояние, тенденции, перспективы / Портал машиностроения / Портал машиностроения http://www.mashportal.ru /тасЫпегуш881а-15488.азрх

2. Концепция формирования Государственной комплексной программы развития машиностроения России / Союз машиностроителей России / Союз машиностроителей России http://www.soyuzmash.ru /тГогтсеп1ег/сопсерЪ/сопсер1.111т

3. Ойхман Е.Г., Попов Э.В. Реинжиниринг организации и информационные технологии. — М.: Финансы и статистика, 1997 336 с. ил.

4. Сергеева Г.В. Анализ освоения производства новой техники. М.: Финансы и статистика, 1989. - 96 с.

5. Анализ и формирование организационной структуры промышленного предприятия: Вопросы методологии и методики / Г.В. Гренбек, В.Г. Басарева, В.Л. Куперштох, Т.А. Сильченко. Новосибирск: Наука, 1983. 223 с.

6. Мосин В.П., Транев В.А. Управление процессом проектирования. М.: Наука, 1980.

7. Мосин В.Н., Устинов В.А. Подготовка производства новой техники. М.: Московский рабочий, 1976. 179 с.

8. Железнов И.Г. Сложные технические системы (оценка характеристик): Учебн. пособие для техн. вузов. М.: Высшая школа, 1984. - 119 с.

9. Волощенко А.П. Теоретические основы и методы оценки продуктивности и экономичности металлорежущих станков-автоматов и полуавтоматов // Теория машин-автоматов и гидро-пневмопривода.- М.: Маш-гиз, 1963.-С.25 -34.

10. Ипатов М.И., Туровец О.Г. Экономика, организация и планирование технической подготовки производства: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1987.-320 с.

11. Ицкин Р.Х. Организация технологической подготовки серийного производства. М.: Машиностроение, 1969. 309 с.

12. Мироносецкий Н.Б., Андерсон А.Р. Управление подготовкой производства. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1976. - 160 с.

13. Полковникова Е.В., Полковников A.B. Планирование и управление проектами с использованием Time Line. М.: «Диалог-МИФИ», 1994. -249 с.

14. Н.Митрофанов С. П., Гульнов Ю.А., Куликов Д. Д., Падун Б.С. Применение ЭВМ в технологической подготовке производства. М.: "Машиностроение", 1981.-286 с.

15. Кунц Г., О'Доннел Р. Управление: системный ситуационный анализ управленческих решений. -М.: Прогресс, 1981. Т. 1-2

16. Анутов P.M., Кузнецов А.П., Якимович Б.А. Возможности технологического прототипирования в литейном производстве // Наука производству. - 1997. - №4. - с. 2 - 4

17. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании). / Под. ред. Половинкина А.И. М.: Радио и связь, 1981.-344 с.

18. Управление производством новых изделий / Под. ред. Н.Б. Мироносец-кого. Новосибирск, Сиб. отд-ние : Наука, 1980. - 215 с.

19. Мильнер Б.З., Евенко Л.И., Рапопорта B.C. Системный подход к организации управления. М.: Экономика, 1983.

20. Организация группового производства / Под. ред. С.П. Митрофанова и В .А. Петрова. Л.: Лениздат, 1980.-288 с.

21. Морозов Ю.П. Автоматизация технологической подготовки производства // Стандарты и качество, 1991. №4

22. Морозов Ю.П. Организационно-экономические основы автоматизации технологической подготовки производства в приборостроении: монография. Н.Новгород: Изд-во ННГУ, 1993.- 144 с.114

23. Полуянов В.Т. Структурный анализ уровня механизации и автоматизации технологических процессов в машиностроении по системе СИП. В сб. «Автоматизация процессов механической обработки и сборки». Ан СССР. -М.: Наука, 1967. 132 с.

24. Демьянюк Ф.С. Технологические основы поточного и автоматизированного производства. М.: Высшая школа, 1958. - 694 с.

25. Шарин Ю.С. Технологическое обеспечение станков с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1986. - 176 с.

26. Агарков А.П., Аникин Б.А. Эффективная организация и управление инструментальным хозяйством предприятия. М.: Экономика, 1981. -127 с.

27. Бялковский B.C. Экономические вопросы технического прогресса в машиностроении. М.: «Знание», 1967. — 64 с.

28. Землеглядов К.Т. Совершенствование технологической подготовки производства. Л.: Машиностроение, 1973. - 304 с.

29. Сергеева Г.В. Анализ освоения производства новой техники. М.: Финансы и статистка, 1989. - 96 с.

30. Барташев Л.В. Организация и экономика технологической подготовки производства. М.: Высшая школа, 1972. - 172 с.

31. Ганштак В. И., Розенберг И. А. Анализ технического и организационного уровня машиностроительного предприятия. М.¡Машиностроение, 1973. 254 с.

32. Бойцов В.В. Механизация и автоматизация в мелкосерийном и серийном производстве. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1971. - 416 с.

33. Проскуряков Е.В. Организация создания и освоения новой техники. -М.: Машиностроение, 1974. 224 с.

34. Амиров Ю.Д. Научно-техническая подготовка промышленного производства. М.: Экономика, 1989. 223 с.

35. Зб.Чарнко В.Д. Основы выбора технологического процесса механической обработки.-М.: Машиностроение, 1963.

36. Полуянов В.Т. Структурные преобразования в технологии механосборочного производства. — М.: Машиностроение, 1973. 280 с.

37. Проектирование автоматизированных участков и цехов: Учеб. для ма-шиностроит. спец. вузов / В.П.Вороненко, В.А. Егоров, М.Г.Косов и др.; Под. ред. Ю.М. Соломенцева. 2-е изд., испр. М.: Высш. шк., 2000 — 272 е.: ил.

38. Митрофанов С.П. Научная организация серийного производства. JL: Машиностроение, 1970. - 158 с.

39. Митрофанов С.П. Научные основы технологической подготовки производства. Л.: ЛДНТП, 1963. - 233 с.

40. Цветков В.Д. Система автоматизации технологических процессов. М.: «Машиностроение», 1972. 240 с.

41. Шарин Ю.С., Якимович Б.А., Толмачев В.Г. Коршунов А.И. Теория сложности. Ижевск: Издательство ИжГТУ, 1999 - 132 с.

42. Якимович Б.А. Анализ эффективности и совершенствование переналаживаемых производственных систем машиностроения. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ижевск, 1994. -333 с.

43. Коршунов А.И. Создание автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа. / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ижевск, 1998- 180 с.

44. Якимович Б.А. Теоретические основы конструктивно-технологической сложности изделий и структур-стратегий производственных систем машиностроения : монография / Б.А. Якимович, А.И. Коршунов, А.П. Кузнецов. Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2007. - 280 с.

45. Шарин Ю.С., Поморцева Т.Ю. Теория сложности и её использование в машиностроении. Екатеринбург, ЦНТИ, 1996. 237 с.

46. Данилевский В.В. Технология машиностроения. Изд. 3-е, перераб. и доп. Учебник для техникумов. М. «Высшая школа» 1972. 544 с.

47. Мушек Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений: Пер. с нем. М.: мир, 1990. - 208 е., ил.

48. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: Учебное пособие для втузов. 2-е изд., переработанное и дополненное - М.: Высшая школа, 1988. - 239 с.

49. Замятин К.И., Кузнецов А.П. Выбор технологического обеспечения структур-стратегий производственной системы машиностроения (на примере детали типа «корпус») // ВЕСТНИК ИЖГТУ. №1. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2010

50. Аляев Ю.А. Тюрин С.Ф. Дискретная математика и математическая логика. М.: Финансы и статистика, 2006. - 368 с.

51. Ершов Ю.Л., Палютин Е.А.Математическая логика: Учеб. пособие для вузов. М., Наука, 1987. - 336 с.

52. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств: Пер. с франц. М.: Радио и связь, 1982. - 432 е., ил.

53. Круглов В. В., Дли М. И., Голунов Р. Ю. Нечёткая логика и искусственные нейронные сети. Учеб. пособие. М.: Издательство Физико-математической литературы, 2001. 224 с.

54. Воронов Ю.П. Методы сбора информации в социологическом исследовании. — М.: Машиностроения, 1974.

55. Евланов Л.Г., Кутузов В.А. Экспертные оценки в управлении. М: Экономика, 1978. - 133 с.

56. Лагутин М. Б. Наглядная математическая статистика: Учебное пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 472с.

57. Якимович Б.А., Тененев В.А. Методы анализа и моделирования систем. -Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2001. 152 с.

58. Домбрачев А.Н. Разработка автоматизированной системы определения сложности и прогнозной трудоемкости изготовления деталей инструментального производства. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ижевск, 2005.

59. Якимович Б.А., Коршунов А.И. Методы укрупненного нормирования в машиностроении и перспективы получения прогнозной трудоемкости // Информатика Машиностроение. - 1996. - №3. - 34 - 37 с.

60. Шарин Ю.С. Вопросы точности в теории сложности. Воткинск: Боткинское полиграфическое объединение, 1991. 20 с.

61. Лавров В.Д. Планирование и учет опытных и исследовательских работ в машиностроении. М.: Машгиз, 1961.

62. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. — М.: Машиностроение, 1981. 184 е., ил.

63. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента: Учебное пособие для вузов. -М.: Радио и связь, 1983. -248 с.

64. Ларичев О.И. Петровский А.Б. Системы поддержки принятия решений: современное состояние и перспективы развития // Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1987.

65. Д.Кинг. Создание эффективного программного обеспечения. М.: Мир, 1991.-288 с.

66. Разработка САПР: в 10 кн. Кн. 4: Программирование баз данных САПР: Практическое пособие. / Вейнер О.М., Самохвалов Э.Н. Под ред. Петрова A.B. М.: Высшая школа, 1990.

67. Марти Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1978.

68. Системы управления базами данных и знаний: Справ, изд. / Наумов А.Н., Вендров A.M., Иванов В.К. и др.; Под ред. Наумова А.Н. М.: Финансы и статистика, 1991. - 196 с.

69. Мейер Д. Теория реляционных баз данных: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.-608 с.

70. Джексон Г., Проектирование реляционных баз данных для использования с микроЭВМ. М.: Мир, 1991. - 252 с.

71. Томсон JL, Веллинг JI. Разработка Web-приложений на PHP и MySQL.- К.: "ДиаСофт", 2001. 672 с.

72. Иванов Г.С. Технология программирования: Учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. - 320 с.

73. Спейнауэр С., Куэрсиа В. Справочник Web-мастера. К: "BHV", 1997.- 368 с.

74. Ратшиллер Т., Геркен Т. РНР4: разработка Web-приложений. СПб: Питер, 2001.-384 с.

75. Кузнецов Максим, Симдянов Игорь PHP 5/6. Спб.: «БХВ-Петербург», 2009.- 1024 с.

76. Кузнецов Максим, Симдянов Игорь Объектно-ориентированное программирование на PHP. Спб.: «БХВ-Петербург», 2007. - 608 с.

77. Эд Леки-Томпсон, Алек Коув, Стивен Новицки, Хьяо Айде-Гудман PHP 5 для профессионалов = Professional PHP 5. М.: «Диалектика», 2006. - 608 с.

78. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении / B.C. Корсаков, Н.М. Капустин, К.Х. Темпельгоф, X. Лих119тенберг; Под общ. ред. Н.М. Капустина. М.: Машиностроение, 1985. - 304 е., ил.

79. Волощенко А.П. Теоретические основы и методы оценки продуктивности и экономичности металлорежущих станков-автоматов и полуавтоматов // Теория машин-автоматов и гидро-пневмопривода.- М.: Машгиз, 1963. С.25 -34.

80. Экономика машиностроительного производства: учеб. для машиностр. спец. вузов/Ю.А.Абрамов, И.Э.Берзинь, Н.Н.Застрожнова и др.; Под. ред. И.Э.Берзиня, В.П.Калинина. М.: Высш. шк., 1988. - 304 с.