Методы организации производства

Системы автоматизированного проектирования (САПР) в настоящее время являются во многих случаях единственно возможными методами при конструировании новых видов изделий (например, интегральных микросхем).

Под автоматизацией проектирования понимается автоматизированный конструкторский синтез устройства с выпуском необходимой конструкторской документации (КД).

В отличие от проектирования вручную, результаты которого во многом определяются инженерной подготовкой конструкторов, их производственным опытом, профессиональной интуицией и т. д. автоматизированное проектирование позволяет исключить субъективизм при принятии решений, значительно повысить точность расчетов, выбрать варианты для реализации на основе строгого математического анализа, значительно повысить качество конструкторской документации, повысить производительность труда проектировщиков, снизить трудоемкость, существенно сократить сроки конструкторской и технологической подготовки производства в цикле СОНТ, эффективнее использовать технологическое оборудование с ЧПУ.

Важным результатом внедрения САПР являются и социологические факторы: повышение престижности и культуры труда при замене неавтоматизированных методов автоматизированными; повышение квалификации исполнителей; сокращение численности работников, занятых рутинными операциями.

Наибольшую эффективность от внедрения САПР можно получить при автоматизации всего процесса проектирования - от постановки задачи, выбора предпочтительных вариантов построения изделия до технологической подготовки его производства и выпуска.

До внедрения САПР на предприятии нужно прежде всего решить, применительно к каким задачам (или работам) проектирования наиболее эффективно ее применение, сформулировать требования к ней, определить в общем виде структуру, выделить этапы разработки системы и составить перечень необходимых для этого исследований, а также установить, в каком объеме и виде она будет выдавать техническую документацию проекта и соответствие ее действующим нормативно-техническим документам (ГОСТ, ОСТ, СТП, РТМ и т. д.). Кроме того, должны быть выполнены работы по формализации задач выбора и оптимизации проектных и конструкторских решений, формированию библиотек типовых технических и проектных решений, информационных баз, пакетов прикладных программ и технологии автоматизированного проектирования.

САПР представляет собой организационно-техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с проектировщиками и подразделениями проектной организации. Проектировщик (конструктор, технолог) входит в состав любой САПР и является ее пользователем, так как без человека автоматизированная система не может функционировать. Объектом автоматизации в САПР являются действия проектировщиков, разрабатывающих изделия или технологические процессы. САПР нельзя создать вне конкретного производства, на котором она будет использована.

Комплекс средств автоматизации включает математическое, лингвистическое, программное, информационное, методическое, организационное, аппаратное и техническое обеспечение.

Математическое обеспечение составляют математические методы, модели и алгоритмы, необходимые для осуществления автоматизированного проектирования.

Лингвистическое обеспечение - совокупность специальных языковых средств проектирования, предназначенных для общения человека с техническими и программными компонентами САПР. Практика использования ЭВМ в проектировании привела к созданию наряду с универсальными алгоритмическими языками программирования (АЛГОЛ, ФОРТРАН и др.) проблемно-ориентированных алгоритмических языков, специализированных для проектных задач. Например, для автоматизации вычерчивания изображений служат графические языки ГП-ЕС, ГРАФОР, РЕДГРАФ, ФАП-КФ и др.

Программное обеспечение является непосредственным производным компонентом от математического обеспечения и представляет собой комплекс всех программ и эксплуатационной документации к ним.

Информационное обеспечение - это информация о прототипах проектируемых изделий или процессов, комплектующих изделиях и материалах, об используемом режущем инструменте, о правилах и нормах проектирования, а также любая другая справочная информация, используемая проектировщиками для выработки проектных решений. Основная часть информационного обеспечения содержится в банках данных, состоящих из баз данных и систем управления базами данных.

Организационное обеспечение устанавливает взаимодействие проектирующих и обслуживающих подразделений, ответственность специалистов за определение вида работ, приоритеты пользования средствами САПР и другие регламенты организационного характера. Соответствующий комплект документов составляют необходимые инструкции, приказы и штатные расписания.

Техническое обеспечение - комплекс всех технических средств, используемых при автоматизированном проектировании и для поддержания средств автоматизации в работоспособном состоянии.

Некоторые виды обеспечений объединены в группы, соответствующие наиболее простому представлению состава САПР, которому часто следуют на практике, когда не все обеспечения САПР разрабатываются, например, программно-информационное обеспечение, которое воплощается в виде программ и сопровождающей документации. На этот вид обеспечения, как правило, приходится основная трудоемкость разработки. В общей трудоемкости разработки сложных САПР его доля достигает 75 % и более. Организационно-методическое обеспечение включает весь комплекс обеспечивающих мероприятий, а также регламентирующую и организующую процесс автоматизированного проектирования документацию применительно к условиям конкретной проектной организации.

Условиями возможности и целесообразности создания САПР являются: а) единство принципов построения объектов проектирования; б) высокий уровень типизации и стандартизации элементов, из которых компонуют объекты проектирования; в) высокий уровень унификации процессов проектирования; г) большой объем проектных работ при индивидуальных требованиях к объектам проектирования.

Эволюция средств и методов автоматизации проектирования тесно связана с развитием вычислительной техники и программного обеспечения. На ранних стадиях создания САПР ЭВМ решала лишь отдельные инженерные задачи высокой трудоемкости. Затем с ее помощью стали выполняться в пакетном режиме задачи технической подготовки производства, включающие: разработку плановых показателей; нормирование расхода ресурсов; составление графиков запуска новых изделий, карт применяемости деталей, сборочных единиц, технологических карт; расчет режимов обработки деталей.

Однако это не позволило существенно сократить сроки запуска новых изделий в производство, так как при этом не охватывались проектно-конструкторские работы, на которые затрачивалось значительное время в цикле технической подготовки производства.

С появлением средств машинной графики - графических дисплеев, графопостроителей, графических печатающих устройств (плоттеров), кодировщиков и других - стало возможным автоматизировать наиболее трудоемкие процессы проектирования изделий и технологий. В состав таких САПР обязательно входит развитое программное обеспечение, включая универсальные и специализированные пакеты прикладных программ, обеспечивающие, как правило, работу системы в интерактивном (диалоговом) режиме.

В общем случае процесс проектирования включает три этапа: составление эскизного, технического и рабочего проектов.

Затраты труда на разработку объекта распределяются по этапам приблизительно в таком соотношении: 10, 25 и 65 %.

Наиболее творческой является стадия эскизного проектирования, требующего применения интерактивных средств графики. С их помощью конструктор может строить трехмерное изображение детали и моделировать траекторию движения инструмента для ее обработки (без чертежей).

Техническое проектирование предусматривает исполнение конкретного замысла в заданном масштабе, а также осуществление необходимых расчетов. Здесь используется значительный объем информации о стандартных деталях, покупных изделиях и т. д.

На стадии рабочего проектирования создаются рабочие чертежи и техническая документация. Деталировка, определение и нанесение размеров, составление спецификаций полностью формализуются и могут выполняться на ЭВМ с использованием средств машинной графики.

Технико-экономическое обоснование на стадии проектирования новой техники

Каждый вновь создаваемый вид техники или мероприятие по улучшению освоенной техники должен быть лучше ранее освоенных: он должен давать большую экономию живого и овеществленного труда, быть лучше по качеству и в большей мере удовлетворять потребности в новых или усовершенствованных видах продукции. Показатели качества вновь создаваемой техники должны быть на уровне высших мировых достижений в данной отрасли.

Новая или усовершенствованная техника должна быть лучше и эффективнее той, взамен которой она создается и будет производиться, с производственной, эксплуатационной или обеих точек зрения.

В первом случае к новой (усовершенствованной) конструкции предъявляются требования как к объекту производства на заводе-изготовителе. Главным здесь является экономичность производства и минимальные сроки его подготовки и освоения. Экономичность изготовления каждой новой конструкции зависит от ее технологичности, оттого, насколько прогрессивными и производительными будут применяемые технологические процессы. Конструкция является технологичной, если она экономична для производства.

При наличии нескольких вариантов конструкции техники, полностью удовлетворяющих эксплуатационным требованиям, предпочтение отдается более технологичной.

Для выбора наилучшего варианта конструкции имеется ряд показателей технологичности:

- трудоемкость изготовления - абсолютная (на одно изделие) и относительная (на единицу установленной мощности, производительности, другого показателя);

- материалоемкость или масса конструкции - абсолютная или относительная;

- трудоемкость подготовки изделия к функционированию;

- степень конструктивной стандартизации и унификации;

- капиталовложения в производство новой продукции;

- себестоимость и отпускная цена новой продукции;

- прибыль и рентабельность производства.

Трудоемкость изготовления продукции определяется в процессе ее проектирования и является весьма важным показателем. Более технологичной считается та конструкция, которая при прочих равных условиях менее трудоемка. Снижение трудоемкости изделия на стадии его производства - одна из важнейших задач, которая ставится перед разработчиками. Большие возможности снижения трудоемкости заложены в правильном выборе современных прогрессивных методов получения заготовок, рациональном выборе квалитетов и классов шероховатости. На смену обработки деталей резанием (механообработки) постепенно приходят точные методы формообразования деталей - штамповки, прессования, литья под давлением и др.

Материалоемкость характеризует общий расход материала на изготовление данной конструкции изделия или удельную материалоемкость на эксплуатационный параметр. Во многих случаях у конструктора есть возможность при проектировании детали выбрать материал из двух или даже многих, обеспечивающих одинаковые эксплуатационные свойства детали, но различные по стоимости, трудоемкости обработки, а иногда способствующие снижению массы изделия.

Повышение определяющего эксплуатационного показателя изделия, как правило, дает снижение материалоемкости и трудоемкости в расчете на единицу основного параметра. При этом снижение удельной материалоемкости на единицу мощности или другого параметра происходит значительно быстрее, чем уменьшение общего расхода материала на единицу изделия.

Трудоемкость подготовки изделия к функционированию определяется в процессе проектирования и зависит от сложности регулировочно-настроечных процессов, проводимых с целью получения необходимых технико-экономических параметров. Возможности снижения трудоемкости здесь заложены в качестве используемой контрольно-измерительной аппаратуры и специальных стендов для испытаний.

Степень конструктивной стандартизации и унификации - это показатель, характеризующий конструкцию изделия сточки зрения реализации в ней стандартизированных и унифицированных деталей, что приводит к повышению объема выпуска однотипных деталей, сборочных единиц, изделий в целом, а также к применению более прогрессивной технологии, а это как следствие позволяет не только существенно снизить трудоемкость изготовления, но и несколько уменьшить материалоемкость.

Капиталовложения в производство новой конструкции характеризуют общие затраты на приобретение дополнительного и изготовление нестандартного оборудования и перепланировку в производственных цехах, создание производственных запасов. Чем меньше потребности предприятия в капиталовложениях, тем технологичнее новая конструкция изделия.

Себестоимость, прибыль и рентабельность новой конструкции изделия являются обобщающими показателями ее технологичности.

С производственной точки зрения новая конструкция будет считаться технологичной, а следовательно, и эффективной в том случае, если дополнительная прибыль (ДП), полученная в результате освоения, выпуска и реализации новой продукции, обеспечит рентабельность не ниже средней сложившейся рентабельности на предприятии-изготовителе. Этому условию должно удовлетворять неравенство:

где ДК - дополнительные капиталовложения, связанные с освоением новой конструкции изделия; П - суммарная годовая прибыль предприятия-изготовителя до выпуска новой конструкции изделия; О_ф - стоимость производственных фондов предприятия-изготовителя.

Дополнительная прибыль (ДП) определяется по формуле

ДП = [N₂ (Ц₂ - С₂) -З_Т] - [N₁ (Ц₁ - С₁)],

где N₁ и N₂ - среднегодовой выпуск ранее освоенной и новой конструкции изделия; Ц₁ и Ц₂ - соответственно цены на ранее освоенную и новую конструкцию; С₁ и С₂ - соответственно себестоимость ранее освоенной и новой конструкции; З_т - среднегодовые затраты, связанные с технической подготовкой и освоением в производстве конструкции нового изделия.

С эксплуатационной точки зрения потребителя новая конструкция должна обладать следующими показателями: 1) более надежной (долговечной, безотказной, ремонтопригодной и сохраняемой) в эксплуатации; 2) удобной в обслуживании и ремонте эстетичной и безопасной в эксплуатации; 3) эргономичной (с точки зрения психологии, физиологии и гигиены труда работников обслуживания); 4) более производительной в единицу времени; 5) более экономичной в потреблении электроэнергии и капиталовложений эксплуатационников новой продукции; 6) обеспечивать минимальную себестоимость единицы работы, выполняемой изделием.

Если эксплуатационные свойства новой техники повышаются по сравнению с ранее освоенной (заменяемой), то экономическая эффективность ее определяется путем соизмерения капитальных вложений потребителя со снижением себестоимости работы, выполняемой новой техникой. Лучшим признается вариант с наименьшей суммой приведенных затрат:

U_i + E_нК_i > min,

где U_i - годовые эксплуатационные издержки предприятия-потребителя продукции по i-му варианту; К_i - капитальные вложения предприятия - потребителя продукции по i-му варианту; Е_Н - нормативный коэффициент экономической эффективности.

После расчета суммы приведенных затрат по вариантам техники можно определить годовой экономический эффект использования новой или усовершенствованной техники.