автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Создание автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа

На правах рукописи

Коршунов Александр Иванович

Создание автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа

Специальности:

05.02.08 - Технология машиностроения 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск -1998

Работа выполнена в Ижевском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Якимович Б Л. Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Шарин Ю.С.

кандидат технических наук, доцент

Пузанов Ю.В.

Ведущая организация:

ГП "Ижевский механический завод", г.Ижевск.

Защита диссертации состоится^/, (19. г в

/У-

часов на заседании диссертационного совета Д 064.35.02 Ижевского государственного технического университета по адресу:

426069, г.Ижевск, ул. Студенческая 7. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИжГТУ.

Автореферат разослан <¿0 ию^л. 933г..

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор:

Л.Т. Крекнин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных рыночных условиях повышение эффективности производства в машиностроительной отрасли является одной из насущных и настоятельно требующих решения задач. Одним из путей ее решения может явиться обеспечение для конкретного производства рациональной номенклатуры выпускаемых изделий, и особенно актуальной эта задача является для автоматизированных производственных систем. Для формирования рациональной номенклатуры производственной системы (ПС) необходимо оперировать некоторым показателем, с помощью которого возможна оценка затрат на производство конкретного изделия. Таким показателем является трудоемкость изготовления. Определение трудоемкости изготовления изделий в целом и входящих в них узлов и деталей на этапе подготовки производства подразумевает отсутствие разработанной технологической документации. В тагам случае необходимо говорить о прогнозной трудоемкости изготовления деталей и узлов изделий. В настоящее время наименее исследован вопрос определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является развитие методики определения прогнозной трудоемкости изготовления машиностроительных деталей корпусного типа, разработка методики определения показателей, учитывающих плохо формализуемые свойства детали и влияющих на/трудоемкость ее изготовления и создание на базе предложенной методики и результатов исследований автоматизированной системы определения прогнозной

трудоемкости деталей корпусного типа

Методы исследования. Решение поставленных задач базируется на методе оценки сложности, использовании методов экспертного оценивания и аппарата математической статистики. При создании программных комплексов использовались основные положения объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна. Основные научные результаты работы сводятся к следующему:

• определены с использованием экспертных методов оценивания значимые факторы, влияющие на конструктивно-технологическую сложность детали. На основе выявленных факторов сформирован структурно-параметрический показатель сложности конструктивно-технологического элемента (КТЭ) и определены численные значения входящих в него коэффициентов;

• решена задача формализации методики оценки прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа на основе показателя сложности и разработан алгоритм определения прогнозной трудоемкости деталей корпусного типа;

• создана "интеллектуальная среда", основанная на базе знаний правил выбора и базах данных расчетных формул и коэффициентов, реализованная в виде автоматизированной системы "СКАТ", на основе которой возможно формирование универсальной системы для определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей по различным видам работ.

Практическая ценность. Разработанный алгоритм определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа позволяет с достаточной степенью точности

оценивать прогнозную трудоемкость механической обработки деталей, обеспечивая решение некоторых задач на этапе подготовки производства, таких как формирование рациональной номенклатуры производства, оценка конструктивных и технологических решений. Разработанная методика определения факторов, влияющих на конструктивно-технологическую сложность деталей, позволяет формировать составляющие показателя структурно-параметрической сложности в рамках вышеупомянутого расчетного алгоритма определения прогнозной трудоемкости в соответствии с требованиями конкретной производственной системы, что позволяет значительно повысить точность модели. Автоматизированная система определения прогнозной трудоемкости изготовления "СКАТ" и прикладной пакет автоматизации разработки гонструкгорско-тсхнологичесюй документации на детали-шаблоны в инструментальном производстве "Туре", созданные с использованием результатов проведенных исследований, внедрены в производство на ГПО "Боткинский завод" и успешно используются, обеспечивая решение задач подготовки производства.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях:

Научно-технической конференции «Ученые ИжГТУ -производству»(г. Ижевск, 1994 г.); международной научно-технической конференции «Модель-проект 95» (г Казань, 1995 г); всероссийской научно-методической конференции (г. Ижевск, 24-27 июня 1997 г.); международной конференции «Проблемы системного обеспечения качества продукции промышленности"(г Ижевск, 5-10 октября 1997 г.); международной конференции "Автоматизированные технологические и мехатронные системы в машиностроении"(г. Уфа, 1997 г.); конференции "CAD/CAM/

САЕ системы в инновационных проектах" (г. Ижевск, 12-13 мая 1998 г.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 11 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Содержит 110 страниц печатного текста и 89 страниц приложений, 19 рисунков, 39 таблиц, список литературы из 121 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы.

В первой главе выполнен анализ существующих методов нормирования, которые могут быть использованы для оценки прогнозной трудоемкости изготовления машиностроительных деталей и существующих автоматизированных систем нормирования труда и определения трудоемкости обработки машиностроительных деталей.

Существенный вклад в развитие теоретических основ организации и нормирования труда внесли труды: Б.М. Генкина, Г.К. Горанского, H.A. Кольцова, Ю.С. Перевощикова, И.М. Разумова, E.JI. Смирнова, Ю.С. Шарина, Ф. Гилбрэта, Ф. Матчиньсюго, Ф. Тейлора и др. Обзор литературы показал, что в настоящее время существует и развивается достаточное количество методов, которые могут быть использованы в промышленности для оценки прогнозной трудоемкости изготовления машиностроительных деталей, однако большинство из этих методов обеспечивают оценку прогнозной трудоемкости изготовления деталей типа тел вращения, исследованиями прогнозной трудоемкости занимались такие ученые как Ю.С.

Шарин, Б.А. Якимович и др..

Показаны основные недостатки существующих методов: сложность построения достоверной модели в условиях множества определяющих факторов; необходимость определения детали-аналога; низкая точность результатов; высокая трудоемкость вычислений и сложность алгоритмизации. В качестве наиболее перспективного метода определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа выделен метод оценки сложности, разработанный в УГТУ-УПИ д.т.н., профессором Ю.С. Шариным.

Анализ методов оценки определяющих технологических факторов позволил сделать вывод о том, что для оценки влияния слабо формализуемых факторов с целью решения определенных задач возможно и допустимо использование экспертных методов оценивания.

Оценка прогнозной трудоемкости может производиться на основе определения некоторых элементарных поверхностей, входящих в информационную модель детали. В настоящее время существуют различные классификации таких элементов, как то поверхности, конструктивно-технологические модули, локальные поверхности, которые рассматриваются в работах Б.М. Базрова, В.Ф. Горнева, A.A. Маталина, С.П. Митрофанова, В. Д. Цветаева и др., однако все эти классификации разработаны для решения технологических проблем и не соотверствуют в полной мере специфике задаче оценки прогнозной трудоемкости изготовления изделий. В наибольшей мере задаче определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа соогветсвует понятие конструктивно-технологического элемента, рассматриваемое в работах Б.А. Якимовича.

Сформулирована главная цель исследований: разработка

методики определения значимых показателей, учитывающих свойства детали и влияющих на трудоемкость ее изготовления и создание на основе результатов исследований автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости машиностроительных деталей корпусного типа.

В диссертации решаются следующие задачи: исследование степени влияния конструктивно-технологической сложности деталей корпусного типа на эффективность функционирования ПС машиностроения; разработка на основе экспертных методов методики выявления значимых факторов, влияющих на конструктивно-технологическую сложность деталей корпусного типа, формирование структурно-параметрического показателя сложности и численная оценка составляющих его коэффициентов; разработка расчетного алгоритма определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа и оценка точности получаемых результатов; создание на основе разработанного алгоритма автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости; внедрение результатов исследований в промышленность.

Во второй главе описывается методика формирования структурно-параметрического показателя сложности и численного оценивания составляющих его коэффициентов и анализируется эффективность функционирования существующих и эксплуатирующихся в настоящее время ПС машиностроения.

Для повышения точности результатов, получаемых с использованием математической модели определения прогнозной трудоемкости изготовления машиностроительных деталей корпусного типа было решено в структуру показателя конструктивно-технологической сложности ввести показатель, предназначенный для учета факторов, плохо поддающихся

формализации, но оказывающих существенное влияние на сложность и трудоемкость изготовления деталей корпусною типа. В связи с этим его формирование было решено производить экспертным путем, для чего была сформирована группа из 15 экспертов. В процедуре экспертизы используется метод ранжирования для факторов, которые выделены в результате опроса экспертов.

На основе анализа докладных записок, составленных экспертами, было сформировано исходное множество оцениваемых показателей, куда вошли: жесткость детали и КТЭ; класс (тип) обрабатываемой детали; геометрическая форма КТЭ; расположения КТЭ относительно базовых элементов; влияние сопряженных элементов; количество КТЭ, рассматриваемых для данной детали; типоразмер применяемого оборудования.

Результаты ранжирования подвергались инвертированию и нормализации, после чего полученные значения рассматривались как случайные переменные, распределение которых отображает вероятность появления определенного события, в данном случае вероятность того что конкретный оцениваемый параметр оказывает влияние на сложность КТЭ, что позволило использовать в качестве статистических характеристик общее среднее и меру разброса. В результате анализа полученных результатов и отсеивания незначимых параметров окончательно структурно-параметрический показатель сложности выразился следующим образом в виде мультипликативной зависимости, включающей коэффициенты, учитывающие следующие параметры: форму КТЭ, его расположение относительно базовых поверхностей; жесткость детали и ее форму. Определение численных значений входящих в К коэффициентов производилось также экспертным путем с

использованием процедуры численной оценки повышенной точности, разработанной на основе метода Дельфи, что позволило за счет применения итерационного процесса при экспертном оценивании с отбраковкой и корректировкой оценок экспертов обеспечить достижение необходимой точности получаемых значений оцениваемой величины. Результаты использования процедуры для получения численного значения коэффициента формы элемента Кфэ для КТЭ "Плоскость закрытая" приведены на рис.1.

Схема формирования структурно-параметрического показателя сложности как совокупности составляющих его коэффициентов, учитывающих показатели детали в целом и составляющих ее конструктивно-технологических элементов представлена на рис.2.

В ходе исследований влияния конструктивно-технологической сложности деталей корпусного типа с учетом структурно-параметрического показателя сложности на эффективность функционирования автоматизированных ПС, функционирующих на ГПО "Боткинский завод", установлены регрессионные зависимости коэффициентов гибкости и адаптации, а также времени изготовления детали от конструктивно-технологической сложности детали, которые описываются формулами:

г|г = 0.432+ 0.175-^(Сд) ,(1)

с корреляционным отношением г=0.721,

■Лад = 0.055+ 0.238-^(Сд) ,(2)

с корреляционным отношением г=0.821,

=12.144 +5.595-Сд ,(3)

с коэффициентом корреляции г=0.998. Зависимости изображены

Ту? 1

г.»

гч га о О £>

г.о 1.8 0 о 0 О О а О

1.« ь $ § С о

о 8 0

г г - о " 0 О 0 б " 8 в

1.0 с о

он -

о.в

64 -

0,3 - > < > . 1 ., , 1 1

1.884 1-ввЭ

3-0.074 ({„=1.513

19 11 18 13

1.884

|.ога

6=0.049 К(.=1.607

Э-0.008 Кь= 1,503

7 3 9 Эксперты

|а и « 13 14

□ - опгимкстическяя оценка; с - наиболее вероятная оценка; о- пессимистическая оценка.

Рис. 1 Результаты экспертного оценивания коэффициента формы конструктивно-технологического элемента "Плоскость закрытая"

Деталь

( простая"-} :еЙИ§Й,)

( Сложна« ) )

Несущие КЭ стороны

X

Замыкающие стороны

Конструктивно-технологические элементы

X

( Вовиьльиов N СПониженной Л { Ниш:ой * ^жесткости } К жесткости у ^жэсгеости.

(¡Аикпшша) (^т?,?) (&йа)

г

Îtocяqcти■^ /Т\ Коктгёы] ¡Отверстая) |Оасоннус юоооакч чгооооо I а о ¿обо \-*ооооо

Г _,

I Линейный^/ ^Открытое щт^икие^.

Порождающие элементы^

Торожденкые )леиенты

ПадтмтеибЯ. ЛШаШ

мш

ШГШ'Ш

ОткрытьПЗЬткрмтый! I /вгюо\\ \1геюо\

Р] КООДТСЛШ!

21ГООО

СпожныЯ

" П°7гУао^|ПГ<Уе1го'оГ ¡Огеритий-] ртолужрытый [Закрытии' \_ujs--1 | \¿тор ¿¡ггор гиаоо

ЗакрытчЯЗакрытцй 1_ \iztaooW мггяоог

I??1320

ШШШ>]

ЬеттаияйсД' I ¿121001!

] Угловой!1 1 \iiSltWT,

Рис.2 Схема формирования структурно-параметрического показателя сложности детали корпусного типа

°о во юо 1во аоо 2во зоо аво 400 4С0 Сложность, ед.сл.

Сложность, ед.сл.

экспериментальное раеиетиое

Рис.3 Исследование влияния конструктивно-технологической сложности на показатели эффективности функционирования ПС

на рис.3.

Проведенные исследования позволили сделать вывод, что с учетом струюурно-параметрического показателя сложности относительная погрешность расчетов при оценке прогнозной трудоемкости лежит в интервале - 0.089 < Д005 < 0.115, что обеспечивает необходимую точность расчетов.

В третьей главе рассматривается реализация разработанного алгоритма определения прогнозной трудоемкости изготовления машиностроительных деталей корпусного типа в виде автоматизированной системы «СКАТ».

Система представляет собой программный комплекс, построенный по модульному принципу и состоящий из нескольких связанных друг с другом компонентов, использующих совместно общие базы данных. Комплекс реализован для операционной системы Windows 95, общая его структура представлена на рис.4.

Компонент администратора объединяет все компоненты в единую систему и координирует их работу, с его помощью происходит обслуживание баз данных и обеспечивается интерфейс с системами более высокого уровня.

Компонент формирования образа объекта предназначен для формирования информационной модели детали в ходе диалога с оператором. Обеспечивается интерфейс в режиме отновременной обработки нескольких документов. Выбор и редактирование параметров КТЭ сопровождается графическими иллюстрациями.

Компонент расчета трудоемкости определяет сложность и трудоемкость обработки представленных в детали КТЭ и формирует сложность и трудоемкость изготовления детали в целом.

Компонент формирования я обработод

правил

Ваза аваний правил выбора и расчетных формул

Ваяа данных 9кспертим1 оценок ,

Компонент

обработки экспертных оценок

Электронная экспертная

(Эксперты)

Компонент администратора

X

Компонент формирования обрава объекта

Деталь

Обр»б«пагя

ктэ

База База

дэдших данных

обрАпамш орстскшов

проектов расчета

Компонент расчета трудоемкости

Расчет трудоемкости обработки КТЭ

Расчет трудоемкости обработки объекта

Компонент расчета времени адаптации и переналадки ПС

Компонент визуализации данных

Рис. 4 Структурная схема системы определения прогнозной трудоемкости "СКАТ"

Епан

фОртмрзВШИЯ окпцгиой гижшл

База данных

Модуш. формирования данных

Модул* ойраОогли данных

Епосаг даыямх Би4л№зтекв шпешх Ьуухциз

Бага дьнких акслертаиг оценок

Модуль представления результатов

Ню! визуального предамшшии Блок вывода разулктвтая

..........

Модуле обмена данным»

Нет

.Да - Компонент формировал»

I я сбрайотяи

Твердая правил

КОПИЯ

Рис.5 Структурная схема компонента обработки экспертных оценок

Бвоа данных ойрабатываемых проектов

PROJECT-CODE

PROJECT-NAME

итст-сошяят

PROJECT-CODE

TYPE- DET

DET-IND

DET-КАМЕ

DET-AMOUNT

BBC-D«ECSÏATE

DIT- ÜATECRB ATE

DET-TYPZAQ

DET-QRMAt

DET-MATDET

DET-lfiD

PARAM-NUM РАКАМ—VALUE

DET-IND

ELEM-COßß

SLEM-IND

ELEM-АЦОЦЯТ

Basa данных гкпових деталей

FARAVt-CODE РАКАМ-VALUE

TYPE-DET

NAME—PET

ТУРЕ—ОЕТ м PAfUM-CODE

РАНАМ-CODE PARAU-NUM РАДАМ-NAME PARAM-NORM PARAM-BASE

ч* PARAM-CODE

PARAM-MIN РА!МЫ-МАХ

PARAM-BASE!

CHOICE-NAHE CHOICE-NUM CHOICE-VAL

Basa данных типовых КТЭ

COD-GR

•w. TOD-GR

WAMB-gR

ELEM— CODE EXEU-ЛАПЕ ELEM-aCETCH

ELEU-CODE

PARAM-CODB FARMU-NUM PARAN-NAME РЛШМ-HORM

PARAN- CODE

PARAW- BASE >4 PARAM-BASE

РАЯАЫ- CODE

PAW.W- MIN

PÀRAN- MAX

гНОКВ-MAWE [THOICE-NUU CHOICE-VAL

Ваза онанлй правил яыбора и расчетных формул

ELEN-CODE

BASETIME UACHltUNQ

ELEU-CODE

КОЕК-Ш КОЕ?-SOURCE

КПЕГ-ГО

КОЕГ-ИАМЕ

Вава данных экспертных оценок

мП

PRJ-NAMB PSJ-TYPE PEU-DATE

PRJ-NUM

WäE-IMD

РАСЕ-ЛАКЕ PAGE-TYPE PAGE-EXP РАПЕ-ВАТЕ РАСЕ-FILE PAGE-V13

ЕХР-ВДР

Вава данных протоколов paou«ra.

DET-iND

OATECALC COMPLEXITY SKTOCH ELEW - AMOUNT PROCES3T1ME REPAIRtlME ADAPTTIUE ADAPTKOEF

DET-JND

ELEM-iNB

COMPLEXITY

FR0CE5STTME

EXP -1NB

EXP -NAME

EXP -MEMO

EXP -TSriCHT

База давних материалов

DET-TYPZAC

TYP ZAO-NAME TYPZAC —VALU Й

DET-GRMAX

OftMAT—NAME

□ET-CRMAT

kUT-fND WAT-NAUE MAT-SVMN MAT-SVMAX MAT—KOEF

Baoa данкых расчетного модуля

FORM- ID

rCRM- NAME

FORM- BODY

FORU- RES

FORM- CON

0OUR- ID

souH- BODY

50UR- COM.. .

PORK-ID

ГОЮК-BODY rORM-COU

Рис.6 Структура баз данных автоматизированной системы «СКАТ»

Компонент расчета времени адаптации и переналадки ПС определяет численные значения времени переналадки и адаптации ПС и показателей эффективности функционирования ПС.

Компонент обработки статистической информации обеспечивает обработку и анализ больших объемов статистической информации и позволяет строить регрессионные зависимости.

Компонент визуализации данных обеспечивает графическое представление информации, представленной в базах данных, в виде графиков и диаграмм.

Компонент формирования и обработки правил предназначен для работы с базой знаний системы и обеспечивает функционирование ее компонентов. В своем составе он содержит интерпретатор символьных выражений и интерпретатор правил, а также развитую библиотеку базовых системных функций. Правила формулируются с помощью формального языка описания.

Компонент обработки экспертных оценок обеспечивает обработку результатов экспертного оценивания и позволяет использование "электронных бланков"-анкет экспертов (рис.5).

Система полностью реализацует принципа раздельного хранения данных и испоняемых модулей. Шаблоны типовых КТЭ, правила выбора, расчетные коэффициенты и формулы, информационные модели деталей хранятся в базах данных (рис.6), что обеспечивает свободный к ним доступ, упрощая процедуры обмена данными и их модификации.

В четвертой главе представлены результаты внедрения диссертационной работы в промышленность. Приведены примеры использования автоматизированной системы

определения прогнозной трудоемкости деталей корпусного типа "СКАТ" для расчета прогнозной трудоемкости изготовления изделий, осваиваемых в производство на ГПО "Боткинский завод". Применение автоматизированной система "СКАТ" позволило обеспечивает необходимую точность расчетов с применением методики определения прогнозной трудоемкости деталей корпусного типа, в несколько раз повышая их скорость и снижая вероятность возникновения ошибок.

Некоторых результаты исследований использовались при создании автоматизированного пакета разработки и создания конструкторско-технологической документации деталей-шаблонов в инструментальном производстве "Туре". В результате работы пакета формируются чертеж измерительного шаблона и маршрутный технологический процесс его изготовления, в том числе включая трудоемкость обработки шаблона на каждой технологической операции конкретного техпроцесса. Трудоемкость обработки определяется с использование показателя конструктивно-технологической сложности с выделением порождающих шаблонов простой геометрической формы и порожденных. Программный пакет "Туре" внедрен в производство и эксплуатируется в цехах инструментального производства ГПО "Боткинский завод".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе экспертного оценивания разработана методика определения значимых факторов, влияющих на конструктивно-технологическую сложность. Сформирован структурно-параметрический показатель сложности КТЭ, в который включены выявленные факторы.

2. Исследованы с использованием экспертных методов оценивания и определены численные значения коэффициентов, которые находятся в диапазонах: для коэффициента, учитывающего форму КТЭ -1.. 4 с точностью до 0.1, для коэффициента, учитывающего расположение КТЭ относительно базовых поверхностей - 0.9 .. 1 с точностью до 0.05, для коэффициента, учитывающего жесткость КТЭ - 1.. 1.7 с точностью до 0.1, для коэффициента, учитывающего форму детали -1 .. 1.2 с точностью до 0.05.

3. Показано влияние структурно-параметрического показателя сложности КТЭ и его составляющих на эффективность функционирования ПС машиностроения, установлены регрессионные зависимости показателей эффективности функционирования производственной системы коэффициентов гибкости и адаптации и времени изготовления от конструктивно-технологической сложности деталей с учетом структурно-параметрического показателя сложности. Зависимости адекватны с доверительной вероятностью 95%.

4. Исследование точности определения прогнозной трудоемкости изготовления с учетом структурно-параметрического показателя сложности показало, что значение относительной погрешности расчетов лежит в пределах вычисленного доверительного интервала -0.089<0005<0.115 при уровне значимости 0.05.

5. На основе проведенных исследований разработан алгоритм расчета прогнозной трудоемкости изготовления машиностроительных деталей корпусного типа в условиях автоматизированного производства, реализованный в виде автоматизированной системе "СКАТ", что позволяет решить следующие задачи: оценивать трудоемкость изготовления

вновь осваиваемых в производство изделий, формировать оптимальную номенклатуру производства, производить оценку конструктивных и технологических решений. Промышленное внедрение системы проводилось на ГПО "Боткинский завод", ожидаемый экономический эффект от внедрения системы оценивается в 30 тыс. руб. в год в ценах 1998 г. 6. Методика определения времени изготовления деталей на основе показателя нонструкгорско-техналогичесной сложности использована при разработке прикладного программного комплекса "Туре", предназначенного для автоматизации разработки и создания конструкторско-технологической документации на детали-шаблоны в условиях инструментального производства, ожидаемый экономический эффект от его внедрения в цехах инструментального производства ГПО "Боткинский завод" оценивается в 10 тыс. руб. в год в ценах 1998 г.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1.Коршунов А.И., Якимович Б.А. Анализ методов прогнозного определения трудоемкости изготовления корпусных деталей в производственных системах машиностроения./ Тез. докл. Научно - техн. конф. «Ученые ИжГТУ - производству». -Ижевск: Изд-во ИМИ, 1994. - С. 205.

2.Коршунов А.И., Якимович Б.А., Курко В.И. Автоматизированная система определения трудоемкости. / Тез. докл. МНТК «Модель-проект 95». - Казань: Изд-во КГТУ-КАИ, 1995 г. С. 98-99.

3.Коршунов А.И., Якимович Б.А. Автоматизированная

система обработки результатов экспертного оценивания./ Новые информационные технологии в образовательном процессе: Материалы Всероссийской научно-методической конференции (24-27 июня 1997 г.) - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1997. - С. 66-67.

4.Коршунов А.И., Якимович Б.А. Влияние требований к качеству на трудоемкость и сложность обработки деталей машиностроения./ В кн. «Проблемы системного обеспечения качества продукции промышленности./ Тезисы докладов (Ижевск, 5-10 окгабря 1997 г.)». - Ижевск: ЦИТ ИжГТУ, 1997. - С. 39-40.

5.Коршунов А.И., Якимович Б.А. Показатель структурно -параметрической сложности конструктивно-технологических элементов./ Автоматизированные технологические и мехатронные системы в машиностроении. Сборник научных трудов под ред. д.т.н. Зорикхуева В.Ц. - Уфа: Изд-во УГАТУ, 1997. С. 123-124.

6.Якимович Б.А., Коршунов А.И. Автоматизированная система прогнозирования трудоемкости обработки деталей в машиностроении. - М.; Машиностроение, «Информатика-Машиностроение» N 2,1996. - С. 55 - 59.

7.Якимович Б.А., Коршунов А.И. Методы укрупненного нормирования в машиностроении и перспектива получения прогнозной трудоемкости. - М.: Машиностроение, «Информатика-Машиностроение» № 3,1996. - С. 34 - 37.

8.Якимович Б. А., Коршунов А.И. Определение прогнозной трудоемкости изготовления корпусных деталей в условиях автоматизированного производства. - М.: Машиностроение, «Вестник машиностроения» № 8,1996. - С. 41-45.

9.Якимович Б.А., Коршунов А.И. Анализ методов получения прогнозной трудоемкости при обработке корпусных деталей в ГПС машиностроения. / Сборник научных трудов кафедры МСиС под ред. Свитшвскош Ф.Ю., Тананина А.И. -

Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1996. - С. 73-77.

Ю.Якимович Б.А., Коршунов А.И. Экспертные методы оценки структурно-параметрической сложности деталей. - М.: Машиностроение, «Информатика-Машиностроение» № 3,1997. - С. 28-32.

ПЛкимович Б.А., Коршунов А.И. Сложность деталей машиностроения и эффективное функционирование производственной системы./ Избранные ученые записки ИжГТУ в 3 томах. Том II - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1998. - С. 55-61.

Подписано к печати Н 07.9.в _Формат 60х84х/16

Усл.печ.л.1 Тираж 100 экз. Заказ № /37_

ИжГТУ г. Ижевск, ул. Студенческая 7

ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СОЗДАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГНОЗНОЙ ТРУДОЕМКОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ДЕТАЛЕЙ КОРПУСНОГО ТИПА

05.02.08 - «Технология машиностроения» 05.13.12 - «Системы автоматизации проектирования»

На правах рукописи

КОРШУНОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

УДК 65.9(2)2

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Якимович Б. А.

Ижевск -1998

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.................................................4

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................5

ГЛАВА I. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГНОЗНОЙ

ТРУДОЕМКОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ............................8

1.1. Обзор исследований в области нормирования трудоемкости машиностроения...............................................................................8

1.2. Анализ факторов, влияющих на трудоемкость машиностроения

и длительность этапов жизненного цикла изделия........................19

1.3. Использование экспертных методов при оценке прогнозной трудоемкости и влияющих на нее факторов....................................25

1.4. Анализ существующих систем автоматизации технического нормирования...................................................................................30

1.5. Цели и задачи исследования..........................................................35

ГЛАВА II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПОКАЗАТЕЛЯ СЛОЖНОСТИ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ .... 38

2.1. Показатель сложности и его использование при оценке эффективности функционирования производственной системы ..38

2.2. Исследование экспертными методами факторов, влияющих на

конструктивно-технологическую сложность

машиностроительных деталей корпусного типа............................51

2.3. Исследование коэффициента формы КТЭ.....................................61

2.4. Исследование коэффициента расположения КТЭ.........................67

2.5. Исследование коэффициента формы детали.................................76

2.6. Исследование коэффициента жесткости детали.............................85

2.7. Исследование влияния составляющих структурно-параметрического показателя сложности на показатели

эффективности функционирования производственной системы .. 93 Выводы.........................................................................................................99

ГЛАВА III. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРОГНОЗНОЙ ТРУДОЕМКОСТИ...........................................102

3.1. Модель процесса определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа......................................... Ю2

3.2. Структура автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости «СКАТ»...............................................115

3.3. Структура и функциональные возможности "интеллектуальной системы «СКАТ» ........................................................................121

3.4. Компонент обработки экспертных оценок....................................127

3.5. Информационное обеспечение системы........................................130

Выводы...................................................................................................133

ГЛАВА IV. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ....................135

4.1. Структура автоматизированной системы проектирования шаблонов в инструментальном производстве..............................135

4.2. Использование программы «Туре» для создания конструкторско-технологической документации деталей-шаблонов ........................................................................................140

4.3. Определение прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа с использованием автоматизированной системы «СКАТ» ............................................................................148

Выводы...................................................................................................165

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................................167

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................................170

ПРИЛОЖЕНИЯ...............................................................................................182

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ БД - база данных;

ГПС - гибкая производственная система;

ИП - интерпретатор правил;

ИСВ - интерпретатор символьных выражений;

КТЭ - конструктивно-технологический элемент;

ЛПР - лицо, принимающее решения;

ПС - производственная система;

ТП - технологический процесс;

ТЭ - типовой элемент.

ВВЕДЕНИЕ

Переход к рыночной экономике требует осмысления роли и значимости нормирования труда в системе управления производством. Это тем более важно, что на некоторых предприятиях в настоящее время отрицается необходимость нормирования труда вообще, однако нормирование труда является составным элементом хозяйственного механизма и, естественно, его несовершенство отрицательно сказывается и на организации нормирования труда. Между тем, без строгого учета и контроля за затратами, определения загруженности персонала на основе норм труда эффективно хозяйствовать, тем более в условиях рынка, нельзя. Ведь рынок - это форма взаимодействия, связи между производством и потреблением. Нормирование и занимается установлением меры затрат и результатов труда в виде определенных

Ви и и

странах с хорошо развитой рыночной экономикой организация нормирования труда рассматривается в качестве важнейшей составляющей внутрифирменного управления.

Отдельной проблемой нормирования является определение так называемой предварительной или прогнозной трудоемкости изготовления деталей и узлов. Решение целого ряда задач планирования и диспетчирования автоматизированного производства либо вообще невозможно, либо некорректно без учета данного показателя. В частности, решение задачи формирования номенклатуры изделий машиностроительного предприятия на текущий момент является сложной проблемой. Поскольку на первое место выдвинулись экономические проблемы и, в первую очередь, обеспечение эффективности производства, возникает необходимость предварительного определения прогнозной трудоемкости изготовления детали для оценки себестоимости ее изготовления и рентабельности в

производстве.

Особое значение данные проблемы имеют для автоматизированного производства, использующего оборудование с ЧПУ. Высокая эффективность оборудования с ЧПУ определяется целым рядом факторов: уменьшением трудоемкости механической обработки, сокращением или полной ликвидацией ручных доводочных и подгоночных работ, значительным сокращением потребности в квалифицированных станочниках универсалах и т.д.. Для достижения максимальной эффективности функционирования производств такого типа большое значение имеет выбор и формирование номенклатуры изготавливаемых деталей, точность планирования и эффективность диспетчирования и т.д., решение этих задач также может быть достигнуто на основе знания прогнозной трудоемкости деталей.

Наиболее трудоемкими операциями в машиностроительном производстве, по общему мнению, являются операции механической обработки деталей. Методы определения прогнозной трудоемкости механической обработки деталей типа тел вращения в настоящий момент достаточно разработаны и опробованы в производстве, однако задача определения прогнозной трудоемкости механической обработки деталей корпусного типа проработана в настоящий момент недостаточным образом и не получила удовлетворительного разрешения в условиях машиностроительного производства.

Решению этой задачи и посвящена настоящая работа: «Создание автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа».

В работе проводится краткий обзор существующего положения в области прогнозного нормирования изделий машиностроения, методов измерения норм времени и существующих автоматизированных систем технического нормирования. Анализируются и исследуются факторы,

влияющие на конструктивно-технологическую сложность и трудоемкость изготовления машиностроительных деталей корпусного типа. Предлагается использование экспертных методов для оценки влияния технологических факторов, плохо поддающихся формализации. Рассматривается использование показателя конструктивно-технологической сложности при оценке эффективности функционирования автоматизированных производственных систем машиностроения, оценивается точность математической модели, используемой для определения прогнозной трудоемкости изготовления деталей корпусного типа в условиях автоматизированного производства.

Результатом работы явилось развитие методики определения прогнозной трудоемкости изготовления машиностроительных деталей корпусного типа в условиях автоматизированного производства и создание на ее основе автоматизированной системы определения прогнозной трудоемкости «СКАТ».

ГЛАВА I. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГНОЗНОЙ ТРУДОЕМКОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ

1.1. Обзор исследований в области нормирования трудоемкости

машиностроения

Исторически сложилось таким образом, что основоположником научных методов организации труда считается Ф.Тейлор. Именно он в своих работах положил начало разработке принципов изучения и рационализации трудовых процессов.

Вполне определенный вклад в науку об организации и нормировании труда внес исследователь трудовых процессов Ф. Гилбрэт. В своих работах он установил, что во время выполнения трудовых операций работник совершает повторяющиеся движения. На основании этого были созданы стандартных трудовых элементов, названных терблигами. В своих исследованиях он доказал, что они могут применяться для исследования и анализа трудовых процессов.

В нашей стране известны работы Б.М. Генкина [17,18,67], Г.К. Горанского [5,22,23], H.A. Кольцова [36], Ю.С. Перевощикова [72, 73], И.М. Разумова [62,65] , Е.Л. Смирнова [87,88], Ю.С. Шарина [109,110,111] и др..

Из зарубежных авторов следует назвать Ф. Матчиньского [52].

Анализируя работы, посвященные организации труда и нормированию в машиностроительном производстве, необходимо заметить, что определение длительности жизненного цикла изделия и его составляющих применительно к автоматизированному производству исследовано недостаточно. В качестве примера необходимо указать актуальную в настоящий момент задачу получения прогнозной трудоемкости на этапе постановки изделия в производство [45].

Рассматривая задачу определения прогнозной трудоемкости, необходимо прежде всего проанализировать существующие и применяемые в настоящее время методы определения прогнозной трудоемкости, т.е. методы прогнозного нормирования. На данный момент возможно определение прогнозной трудоемкости деталей и узлов машиностроения с применением некоторых из методов укрупненного нормирования (укрупненного определения трудоемкости).

Укрупненное определение трудоемкости до настоящего времени использовалось и используется в основном при определении технологичности конструкции изделия, сравнительном анализе различных вариантов конструкции и т.п., при этом следует помнить, что укрупненные методы нормирования зачастую не только определяют численные значения трудоемкости, но и устанавливают решение ряда производственно-технологических задач, таких как задание метода и вида обработки, способа и последовательности выполнения и т.д.

Методы укрупненного нормирования характеризуются рядом требований [8,14,43]:

1. Объективность, т.е. требование к погрешности получаемых результатов ,которая должна лежать в допустимых пределах. В настоящее время допустимым уровнем погрешности считается, по разным источникам [101,102]:

•при массовом производстве - 5 %; •при крупносерийном производстве - 7 %; •при среднесерийном производстве - 10 %; •при мелкосерийном производстве - 15 %; •при единичном производстве - 20 %.

2. Общедоступность, т.е. любой исполнитель должен иметь возможность осуществлять с помощью выбранного метода необходимые расчеты в

обычных условиях. При этом должна быть исключена необходимость разработки дополнительных технологических документов.

3. Учет характерных особенностей производства и ориентировка на типовые конструкции изделий.

Представляется возможным дополнить эти требования следующими:

4. Универсальность, т.е. максимально возможная широта охвата данным конкретным методом всего спектра классов и типоразмеров деталей и узлов машиностроения.

5. Способность к алгоритмизации, т.е. возможность описания последовательности операций с помощью языка математической логики и дальнейшего перевода на любой из алгоритмических языков программирования с целью автоматизации процесса расчета.

В настоящее время существует и является общепринятой вполне определенная классификация методов определения трудоемкости обрабатываемых деталей в машиностроении. При этом определяющим признаком для классификации методов нормирования является степень обоснованности норм затрат рабочего времени. Различаются в общем случае два метода нормирования труда: аналитический и опытно-статистический [32,63,86]. На основании этих методов разрабатываются различные способы установления норм труда, которые обычно классифицируются по следующим признакам [70]:

• по характеру процесса нормирования: способ расчета по нормативам; способ сравнения с аналогом;

• по степени расчленения операции (процесса) на составляющие элементы: дифференцированный способ; укрупненный способ; суммарный способ.

Аналитический метод основан на всестороннем комплексном анализе производственного процесса, расчленении производственного

процесса на составные части и исследование факторов, влияющих на длительность каждого составляющего элемента, с целью учета всех производственных возможностей и передовых методов труда. Различаются аналитически-расчетный способ, предусматривающий определение нормы затрат труда на основе нормативов режимов работы оборудования и нормативов времени, и аналитически-исследовательский способ, предусматривающий определение нормы затрат труда на основе экспериментальных исследований, изучения фактических затрат труда, в том числе непосредственно на рабочем месте.

Основными способами установления норм аналитически-расчетного метода являются:

• моделирование трудового процесса и расчет нормы по нормативам на элементы процесса;

• установление нормы путем сравнения нормируемого процесса с эталоном (типовым) и подбор по укрупненным (типовым) нормам в целом на объект нормирования (деталь, узел и т.д.).

Основными способами установления норм аналитически-исследовательского метода являются:

• исследование в производственных условиях;

• исследование в лабораторных условиях.

Опытно-статистический метод заключается в определении норм на

основе опыта нормирования аналогичных деталей и данных о фактических затратах на их изготовление.

При опытно-статическом методе норма затрат труда устанавливается на объект нормирования в целом, минуя этап расчленения его на элементы и проектирования технологического и трудового процессов. В качестве основного недостатка этого метода указывается ориентация полученных в результате норм на

существующие организационно-технические условия труда со всеми недостатками в организации труда и производства. Целесообразным является применение данного метода в условиях опытного и единичного производства, когда использование аналитического метода невозможно или экономически невыгодно.

Рассмотрим некоторые из существующих методов укрупненного нормирования, которые используются в настоящее время или могут использоваться для определения прогнозной трудоемкости деталей машиностроения [69,82,91,101,102].

При использовании метода многофакторного анализа трудоемкость изделия определяется [101] зависимостью от исходного показателя трудоемкости изделия базовой конструкции в определенных условиях выполнения работ и корректируется коэффициентом, учитывающим конкретные условия выполнения работ: программу выпуска изделий, продолжительность выпуска изделий, серийность производства, технологическую оснащенность выполнения работ. Каждый из упомянутых показателей рассчитывается в свою очередь с помощью эмпирических зависимостей. Например, значение коэффициента, учитывающего программу выпуска изделий, определяется как отношение базовой и фактической программ выпуска.

Данный метод не учитывает уровень сложности самого изделия, т.е. либо придется каждый раз каким-то образом определять трудоемкость изделия базовой конструкции, при этом нормируемое изделие не должно значительно отличаться от базовой конструкции, либо, в противоположном случае, возможность применения метода при соблюдении удовлетворительного уровня точности является весьма проблематичной.

Метод учета сложности конструкции изделия основан на положении о том, что усложнение конструкции пропорционально изменению

трудоемкости изделия по сравнению с изделием-аналогом [82]. Для изделий одной типовой группы причинами усложнения могут быть увеличение параметров изделия, ужесточение технических требований к конструкции (точности, шероховатости повер�