Методика формирования машинной подсистемы ПС предприятия

В основе методики формирования машинной подсистемы ПС предприятия в связи с изменениями, вносимыми в его продуктовый портфель, лежит принцип рационального сочетания свойств целостности ПС, уровня универсализма оборудования, входящего в её машинную подсистему и текущего (или прогнозируемого) уровня радикальности изменений продуктового портфеля предприятия.

Уровень целостности ПС определяет возможность её развития по частям, т.е. путем модернизации или замены её отдельных элементов на более прогрессивные. Наличие такой возможности, безусловно, на этапе эволюционного развития фирмы более предпочтительно, по отношению к радикальной перестройке всей ПС. А именно такая перестройка характерна для ПС, когда уровень её целостности высок, а внесение изменений – необходимо.

Рациональный уровень целостности ПС зависит и определяется принятой на предприятии стратегией его развития в данный исторический отрезок времени.

При стратегии развития предприятия ориентированной на массовый характер производства и сбыта однородной продукции, при ориентации на большие рыночные доли, оно может и должно стремиться к повышению целостности ПС, т.к. именно целостные системы позволяют обеспечить высокую производительность процесса, относительно низкие издержки, что в свою очередь, позволяет получать предприятию экономию на масштабе.

При стратегии развития предприятия, ориентированной на диверсификацию производства, на не большие рыночные доли и объемы производства и продаж продукции, на короткие ЖЦ продуктов и высокий уровень инноватики в них, скорее всего, предпочтение должно отдаваться обособленным системам. Именно такие системы обеспечат высокую гибкость ПС, её легкую перестройку при переходе на новый продукт или технологический процесс, относительно «дешёвое» развитие ПС за счет модернизации или замены отдельных её составляющих.

Если же в портфеле предприятия имеются продукты массового производства и сбыта, а так же продукты, выпускаемые не большими разовыми тиражами и частой их сменяемостью, то ПС такого предприятия должна носить смешанный по показателю целостности характер. Отдельные сегменты такой ПС должны иметь высокую степень целостности, другие сегменты – существенно более высокий показатель обособленности.

Для вновь проектируемой машинной подсистемы ПС производственного предприятия алгоритм её построения сводится к следующей очередности этапов, представленный на схеме рис.52.

Дадим краткую характеристику каждому из этапов предложенного алгоритма.

1. Как уже говорилось выше, любое изделие является технической системой, состоящей и комплекса узлов и деталей, которые и определяют формы специализации ПС и методы организации её функционирования. Таким образом, первый этап алгоритма связан с декомпозицией продуктового портфеля фирмы на элементарные составляющие.

Второй этап проектирования машинной подсистемы ПС предполагает классификацию всей совокупности элементарных составляющих изделий по основным конструктивно-технологическим признакам с целью формирования относительно однородных элементарных конструктивно-технологических групп (КТГ). К таким признакам относятся: вид материала, вид заготовки, тип детали, её габаритные размеры, масса и т.д. Формирование КТГ может осуществляться по следующей схеме. Первоначально в целях измерения классифицируемых признаков в одном масштабе осуществляют нормирование их значений. Действительно, габариты детали измеряются в миллиметрах, объем производства - в штуках, вес детали - в килограммах и т.д. Суть нормирования сводится к

тому, что абсолютная величина значения того или иного V-ого признака i-ой детали заменяется на его нормированное значение, вычисленное по формуле

, (80)

где - среднее арифметическое значений величины V-ого признака i-ой детали;

- среднее квадратическое отклонение.

	Декомпозиция продуктового портфеля фирмы на элементарные составляющие
	Классификация элементарных составляющих по конструктивно-технологическим признакам. Формирование конструктивно-технологических групп (КТГ)
	Выбор из альтернатив типовых (групповых) ТП изготовления однородных КТГ
	Декомпозиция на детале-операции выбранных ТП для каждой КТГ. Формирование их не дублированного списка.
	Выбор из каталогов возможного для исполнения детале-операций оборудования. Формирование избыточного (дублированного) списка оборудования.
	Построение целевого дерева специализации оборудования.
	Определение по объемной модели ПС рационального сочетания - Сп - .
	Определение на целевом дереве специализации иерархического уровня со степенью специализации близкой к рациональной. Формирование не дублированного минимально достаточного списка оборудования, формирующего машинную подсистему ПС предприятия.
	Определение расчетного числа единиц каждого вида оборудования , вошедшего в недублированный список.
	Определение принятого числа единиц каждого вида оборудования , вошедшего в недублированный список.

Рис. 52. Схема алгоритма проектирования новой машинной системы предприятия.

Далее нормированные по признакам объекты подвергаются классификации с построением многоуровневого дерева целей. Схема дерева целевой декомпозиции представлена на рис.53. Корнем его является множество D, в которое входят все анализируемые объекты (детали). Вершиной - слой единичных объектов (деталей). Промежуточные слои (классы, подклассы, типогруппы, группы и т.д.) состоят из сгруппированных по тем или иным признакам объектов (деталей). При построении дерева важно точно определиться с иерархическим уровнем того или иного классификационного признака. Определить этот уровень можно используя экспертный метод парных сравнений, когда все признаки классификации сравниваются друг с другом с целью выявления их значимости в характеристике объектов классификации. Более значимые признаки формируют более высокий слой в иерархии. В результате группирования объектов создаются горизонтальные и вертикальные ряды классификации. Расчетный пример такого построения приводится в Приложении 2.

D

признаки уровни

Р1 = вид материала... классы

Р2 = вид заготовки... подклассы

Р3 = конструктивный.... типогруппы

тип детали

Р4 = габаритные.... группы

размеры детали

Рис.53. Схема классификационного дерева целей.

При группировании деталей в КТГ стремятся создать такие группы (классы), затраты на изготовление которых были бы наименьшими. Однако зависимости, устанавливающие влияние группировки деталей на затраты весьма трудно определить. Хотя интуитивно ясно, что чем плотнее группа объектов, тем больше возможностей использования типовых технологических процессов и меньше разнообразие средств технологического оснащения. А это напрямую влечет снижение издержек на технологическую подготовку производства.

Объединение деталей в КТГ может осуществляться вычислением меры близости между деталями как взвешенное расстояние в Евклидовом пространстве. Смысл сказанного может быть пояснен схемой, изображенной для объектов, характеризующихся двумя признаками V1 и V2. (Рис.54). Каждый объект Xi в двухфакторном Евклидовом пространстве (в данном случае - на плоскости) изображается в виде точки. Естественно, легко может быть определено расстояние Ri,j между любыми двумя точками в этом пространстве,

V1

Xi

V1i

Rij

V1j Xj

Xz

V2i V2j V2z V2

Рис. 54. Схема двухмерного Эвклидова пространства с

объектами Xi,Xj,Xz.

которое и есть критерий близости двух объектов друг к другу по - ому признаку.

В общем виде расстояние между базовым и анализируемым объектами в n-мерном Евклидовом пространстве определится так

(81)

где Рv - вес V-ого признака, задаваемый экспертным путем с учетом важности рассматриваемых признаков;

При этом сравнивается j-ый объект с базовым объектом i по каждому V-ому признаку (V = 1 ¸ q).

С целью удобства расчетов расстояние R(i,j) преобразуют в коэффициенты подобия, которые являются частным случаем так называемой потенциальной функции

(82)

- безразмерная величина, принимающая значения от 0 до 1, чем она ближе к 1, тем выше сходство анализируемой детали по V-ому признаку с базовой деталью.

Е- коэффициент, влияющий на скорость убывания потенциальной функции, Е>0.

Далее задаётся пороговое значение потенциальной функции >B и если её реально вычисленное значение для некоторого объекта ниже заданного порогового значения В, то анализируемый объект в группу не включается. По окончанию формирования группы однородных деталей, процесс формирования повторяется для оставшихся объектов, не вошедших в сформированную группу и т.д. до тех пор, пока все объекты не будут включены в ту или иную группу деталей.

В практической деятельности широкое распространение при классификации объектов и формировании КТГ нашел матричный метод, описанный в [20].

3. При формировании маршрутной технологии изготовления m -ой конструктивно-технологической группы (КТГ ), учитываются все возможные типовые альтернативные совместные частичные ТП. Выбор из альтернатив может вестись с привлечением методики, изложенной в главе 6.

4. Построенные, в результате реализации этапа 3 маршрутные технологии дают проектировщику определенность как с числом укрупненных операций обработки, так и с их характером и очередностью исполнения. Такие маршрутные технологии носят типовой (групповой) характер и строятся для каждой КТГ. Далее предполагается декомпозиция всех маршрутных ТП на укрупненные детале-операции и формирование не дублированного их списка. Перечень таких детале-операций является достаточным и необходимым для изготовления всех элементов продуктового набора фирмы.

5. Пятый этап является сложным в исполнении, т.к. связан с выбором из каталогов оборудования, способного реализовать ту или иную детале- операцию обработки, определенную в этапе 4. При этом выборе должны учитываться специфические особенности элементов изделий, такие, как габаритные размеры, вид материала, конструктивный тип и т.п. Выбор оборудования, вообще говоря, производится из относительно небольшого числа сопоставимых вариантов, так как многие варианты схем технологического процесса отпадают на этапе общей оценки условий производства и конструктивных особенностей предметов обработки. Однако, учитывая проведенную ранее классификацию элементов и формирование КТГ, эта работа существенно упрощается. Ещё большая эффективность исполнения этой работы может быть достигнута при формировании электронной базы данных такого оборудования. Полученные множества видов оборудования конечны и пересекаются, в различных операционных группах могут быть одни и те же виды оборудования, т.е. имеется определенное дублирование. Дублирование обусловлено универсализмом того или иного вида оборудования.

6. Шестой этап реализации алгоритма связан с формированием целевого дерева специализации оборудования, используемого для исполнения определенных технологических процессов изготовления КТГ.

Построение целевого дерева специализации ведется следующим образом.

6.1. Строится матрица соответствия «Наименование изделия - деталеоперация», форма которой, для четырех операций изготовления четырех изделий, представлена в табл.20.

Первый столбец матрицы содержит наименования изделий, входящих в продуктовый портфель предприятия.

Второй столбец содержит информацию об объемах производства изделий портфеля.

Таблица 20

Матрица соответствия «Наименование изделия - деталеоперация»

Наименование изделия	Объем производства	Наименование (шифр) деталеоперации обработки
Операция 1	Операция 2	Операция 3	Операция 4
Изделие 1			-			+
Изделие 2				-		+ +
Изделие 3		-		-		+
Изделие 4		-			-	+
Суммарная трудоемкость операции на программу	+	+ +	+	+ +

В ячейках матрицы проставляются величины штучных времен исполнения операций обработки, если они применяются в ТП изготовления того или иного изделия.

Итоговая строка содержит сумму произведений штучного времени исполнения операции для того или иного изделия на объем производства этого изделия, по всем изделиям продуктового портфеля предприятия (трудоемкость исполнения операции по всем изделиям продуктового портфеля с учетом объемов их производства).

Итоговый столбец содержит информацию о трудоемкости исполнения каждого изделия с учетом объема его производства

Последняя ячейка матрицы (нижняя правая) содержит суммарную трудоемкость исполнения всего продуктового портфеля предприятия.

6.2. Затем строится матрица соответствия «Деталеоперация - оборудование» (табл. 21), в которую для каждой операции заносится всё возможное оборудование (в машиностроении - станки), способное эту операцию выполнить.

Таблица 21

Матрица соответствия «Деталеоперация - Оборудование»

Наименование деталеоперации	Наименование (шифр) оборудования
СТ1	СТ2	СТ3	СТ4	СТ5	СТ6	СТ7	…
Операция 1	Х	Х	-	-	-	-	-
Операция 2	-	Х	-	Х	Х	-	Х
Операция 3	-	-	Х	-	Х	-	-
Операция 4	-	-	-	-	-	Х	Х
…

- шифр оборудования

При этом в каждой строке матрицы не менее одной ячейки должно быть занято.

6.3. На этой стадии строится целевое дерево специализации по следующей схеме. Нижний слой дерева представляет собой весь перечень оборудования, способного выполнить ту или иную операцию обработки. При этом имеет место повторение шифров одних и тех же видов оборудования, используемых для исполнения различных операций обработки. Например, вид оборудования СТ5 используется как для выполнения операции 2, так и для операции 3, и т.д. Оборудование, формирующее нижний слой дерева, имеет разный уровень специализации.

Второй слой так же формируется пооперационно, из оборудования, содержащегося в первом слое, но с более высокой степенью универсализма, т.е. способного выполнить не только указанную операцию, но и еще какую-либо из них. Например (см. табл.21), СТ1 исполняет лишь одну операцию и, по этому, во второй слой не входит, а СТ2 может реализовать две операции, его включаем во второй слой целевого дерева и т.д.

Процедура формирования третьего слоя повторяет процедуру, использованную для второго слоя, но при ещё большем универсализме, т.е. в этом слое содержится в основном оборудование, способное выполнять уже 3 операции обработки. И т.д., до тех пор, пока для формирования очередного слоя соответствующего оборудования уже не окажется (падение показателя специализации для очередного слоя прекратится). Пример формы построения целевого дерева специализации представлен на рис.54.

При формировании дерева должно неукоснительно соблюдаться требование о том, что при построении каждого слоя дерева не должно быть пустых операционных ячеек. Если же для следующего слоя в предыдущем нет оборудования с требуемым уровнем универсализма, то в ячейку следующего слоя заносится один из станков предыдущего слоя, шифр которого в этом слое не встречается (т.е. выбирается станок, которого в этом слое пока нет), таким образом реализуется принцип максимального разнообразия. Например (рис. 55), ячейка, соответствующая операции 1 при формировании третьего слоя целевого дерева не будет содержать ни одного вида оборудования, что недопустимо. Тогда СТ2 второго слоя переносим в соответствующую ячейку третьего слоя. Такой перенос на рис.55 отмечается пунктирной линией.

Затем для каждого иерархического слоя целевого дерева специализации рассчитывается величина показателя специализации. Однако, сначала необходимо сформировать окончательный минимально достаточный перечень оборудования. Такое формирование так же идет при выполнении принципа максимального разнообразия видов оборудования машинной системы. Вид оборудования единственный в той или иной ячейке слоя входит в список обязательно. Из ячеек, где присутствует несколько видов (шифров) оборудования, выбирается то, которое по уровню специализации, соответствует рассматриваемому слою (т.е. если слой предполагает исполнение в основном 2-х операций, то предпочтение при выборе оборудования отдается именно двух - операционному). Но желательно, чтобы при выборе из альтернатив, избиралось оборудование, не повторяющее уже избранное (максимальное разнообразие). Важное значение, конечно, имеет опыт проектировщика.

Величина показателя специализации определяется как отношение

.

При этом модернизированный коэффициент закрепления операций рассчитывается как отношение числа исполняемых операций, к количеству наименований (шифров) видов оборудования, вошедших в недублированный список исследуемого слоя. Например, для целевого дерева, изображенного на рис.55 для первого слоя число исполняемых операций = 4;

количество видов (шифров) оборудования S=7;

величина модернизированного коэффициента закрепления операций окажется равной , а показатель специализации .

Для второго слоя число исполняемых операций = 4;

количество видов (шифров) оборудования S=3;

и показатель специализации ;

Для третьего слоя число исполняемых операций = 4;

количество видов (шифров) оборудования S=3;

и показатель специализации ;

То есть, видим, что с ростом иерархического уровня целевого дерева универсализм оборудования, применяемого в ТП, до определенного слоя растет (в примере – до второго слоя включительно).

Недублированный список необходимого оборудования формируется для каждого слоя путем исключения дублирующих шифров. Учитывая, что после ликвидации дублирования оборудования в каждом иерархическом слое остается только то оборудование, которое необходимо для реализации

всех операций обработки, то показатель Сп характеризует среднюю величину универсальности варианта машинной подсистемы ПС предприятия (подразделения). Каждый из вариантов совпадает с определенным иерархическим слоем целевого дерева.

7. Этот этап реализации алгоритма сводится к определению на объемной модели рациональной величины показателя специализации машинной подсистемы ПС. Для этого обращаемся к объемной модели, использование которой сводится к следующей процедуре. Уровень

	Наименование (шифр) операции
Операция 1	Операция 2	Операция 3	Операция 4
Корень дерева
3 слой
2 слой
1 слой

Рис. 55. Целевое дерево специализации оборудования

радикальности изменений продуктового портфеля фирмы , соответствующий принятой стратегии развития, является априорно заданной величиной и, как правило, задается в некотором интервале ().

По величине (а этот предел характеризует наиболее широкие возможности предприятия по использованию возникающих во внешней среде выгод) на модели определяется рациональный уровень специализации оборудования (рис.56), соответствующий ожидаемой радикальности изменения портфеля, а так же рациональный уровень целостности ПС (). Этот уровень является минимально необходимым для данной ПС при ожидаемой радикальности изменения продуктового портфеля.

Сп

Рис. 56. Определение рационального уровня проектируемой ПС.

Снижение может повлечь за собой рост гибкости ПС, но приведет к потере её производительности и удорожанию. Рост , наоборот, приведет к потере гибкости ПС, её адаптивности к изменениям продуктового портфеля, к росту упущенной выгоды предприятия.

8.Очередной этап алгоритма сводится к выбору на целевом дереве специализации оборудования иерархического уровня, показатель специализации Сп которого наиболее близок к величине этого показателя, определенного на объемной модели ПС, а именно . По этому слою дерева формируется итоговый список оборудования, необходимого для изготовления продуктового портфеля предприятия. Например, для второго слоя целевого дерева специализации, представленного на рис.54, полный перечень возможного оборудования состоит из СТ2 для операции №1, СТ2, СТ7 и СТ5 для операции №2, СТ5 для операции №3 и СТ7 для операции №4. Недублированный список этого оборудования будет содержать СТ2, СТ5 и СТ7.

В результате этой работы формируется окончательный недублированный список наименований (шифров) оборудования, входящего в машинную подсистему ПС предприятия (подразделения), достаточный для изготовления продуктового портфеля предприятия.

9. В этом этапе определяется число единиц каждого вида оборудования, вошедшего в недублированный список, сформированный в результате выполнения этапа 8.

по каждому z-ому виду оборудования определяется по известному соотношению суммарной трудоемкости исполнения той или иной операции для всего объема продукции на конкретном виде оборудования к величине действительного фонда времени работы оборудования в плановом периоде, т.е.

(83)

Если та или иная j- ая операция обработки выполняется на единственном z –ом виде оборудования, то полученная величина соответствует оборудованию z. Таким образом, определяются все однозначно связанные с той или иной операцией виды оборудования и расчетное число их единиц.

Операции, выполнение которых возможно на нескольких видах оборудования, вошедшего в недублированный список, распределяются между z -ыми видами оборудования так, чтобы обеспечить его минимально необходимое количество при максимально возможном разнообразии и наилучшей загрузке (см. ниже условный пример). При этом возможны различные варианты количественного соотношения оборудования разных видов, вошедших в недублированный список. Выбор из альтернатив зависит от условий производства и компетентности проектировщика.

После определения варианта состава оборудования для каждого его вида определяется принятое число единиц каждого вида оборудования.