Компьютерное моделирование процессов расчёта режимов резания и норм времени как информационная база организации производства

Компьютерное моделирование процессов расчёта режимов резания и норм времени, как информационная база организации производства Шарафеев И. Ш., докт. техн. наук Актуальность. В технологической подготовке производства, трудоёмкость расчёта режимов резания и норм времени по каждой технологической операции занимает существенную долю (около 1,95 часа на одну операцию). По значимости (приоритетности), эти расчёты можно классифицировать, как первый этап организации производства, где величина основного (машинного) времени позволяет управлять загрузкой станочного оборудования, расходом режущего инструмента, потреблением электроэнергии, смазочно-охлаждающих жидкостей, а общая норма времени штучно-калькуляционное время численностью исполнителей и их загрузкой. В силу этого, актуальность компьютерного моделирования «расчёта режимов резания и норм времени», как способа повышения производительности труда инженеров-технологов и инженеров-нормировщиков, не вызывает ни каких сомнений. Использование подобного класса средств автоматизации, позволяет повысить производительность труда в 5 7 раз.

Общее описание. Достигнутый (теоретический и практический) уровень научных исследований в этой сфере нагляднее всего продемонстрировать на основе классификации по группам направлений их развития и по уровням укрупнения норм времени, как показано на рис. 1.

Можно выделить четыре направления развития средств автоматизации:

1. Увеличение видов работ, охватываемых автоматизированным нормированием;

2. Повышение уровня автоматизации нормирования труда (т.е. уменьшение объёмов исходной информации посредством их определения косвенно, через другие параметры);

3. Интеграция средств автоматизации (т.е. комплексное решение задач подготовки и планирования производства со смеженными средствами автоматизации);

Рис. 1 — Направления развития компьютерного моделирования нормирования труда и уровни укрупнения Уровень укрупнения Д (деталь); уровень укрупнения О (операция); уровень укрупнения П (переход); уровень укрупнения М (микроэлементы); Т_шт.к штучно-калькуляционное время, мин; T_шт штучное время, мин; S_o подача на оборот мм/об; V скорость резания, м/мин; n частота вращения шпинделя станка, об/мин; Т_уст вспомогательное время, связанное с установкой и снятием детали, мин; Т_о основное (машинное) время, мин; Т_всп вспомогательное время, мин; Т_оп оперативное время, мин; Т_п.з подготовительно-заключительное время, мин.

4. Повышение уровня интеллекта средств автоматизации (решение задач обучаемости и самообучаемости).

По уровням укрупнения расчётных норм времени, также можно выделить четыре уровня:

уровень Д, предполагающий расчёт норм времени на деталь в целом;

уровень О, предполагающий расчёт норм времени по технологическим операциям;

уровень П, предполагающий расчёт норм времени по технологическим переходам;

уровень М, предполагающий расчёт норм времени на элементарные движения (по микроэлементным нормативам времени).

Уровень укрупнения «П». Нормирование с дифференциацией по технологическим переходам, наиболее отработано в методологическом аспекте. Для этого способа нормирования разработано достаточно большое количество нормативных материалов. Именно этот способ можно считать первым, положенным в основу автоматизированного нормирования. Функционально он решал две задачи: расчёт режимов резания и норм времени. Первая задача, несмотря на то, что она относится к сфере технологических решений, была включена в средства автоматизации (СА) этого уровня укрупнения ввиду её тесного переплетения с экономическими задачами и, в частности при расчёте основного (машинного) времени. Благодаря этому нормы времени, рассчитываемые при этом варианте, получили статус «технически обоснованные». Вторая задача расчёт норм времени представляет собой более субъективную составляющую, уровень объективности которой обеспечивается качеством хронометража и фотографии рабочего времени, а также использованием микроэлементных нормативов (уровень укрупнения «М»).

Уровень укрупнения «О». Нормирование с дифференциацией по технологическим операциям широко используется для однопереходных операций. Например, при нормировании слесарно-механических операций используются таблицы штучно-калькуляционного времени, штучного времени и неполного штучного времени, для заготовительно-штамповочных операций штучно-калькуляционного времени.

Уровень укрупнения «Д». Этот способ нашёл практическое применение при нормировании типовых деталей. В этом случае норма времени штучно-калькуляционное время рассчитывается с учётом наиболее важных характеристик, выделяющих конкретную деталь из образованной группы деталей. Помимо этого, этот способ был практически реализован для более широкого круга деталей, с использованием индивидуально-динамического укрупнённого нормирования (ИДУН) Индивидуально-динамическое укрупнённое нормирование (ИДУН).

В методологической основе этого способа положены генетические алгоритмы (ГА), а основным условием применения является отсутствие технологической документации [1], что характерно для ранних этапов технологической подготовки производства, когда в качестве исходной информации для нормирования производственных процессов может быть использована только конструкторская документация.

В программных средствах автоматизации проектирования норм труда ГА реализуются в комплексе двух систем. Первая система основана на дифференцированном нормировании, где исходная информация формируется посредством технологической документации, вторая система на укрупнённом нормировании, где исходная информация формируется посредством конструкторской документации. Процедура отработки ГА осуществляется следующим образом.

Первая система (помимо решения своих функциональных задач расчёта режимов резания и норм времени) формирует информацию, характеризующую потенциальных прародителей. Эта информация включает в себя конструкторско-технологические особенности деталей-прародителей и их организациионно-технические условия изготовления.

Вторая система, решая свои функциональные задачи:

формирует множество исходной информации (из конструкторской документации конкретной детали) в интерактивном режиме;

считывает из информационной базы (доступной для данного комплекса систем) конкретное множество информации о прародителе;

скрещивает два образованных множества;

рассчитывает нормы времени, используя информацию скрещенного множества.

Старение средств автоматизации.

Проявление старения провоцируется несоответствием представлений (информации и знаний) [2], заложенными в модель первоначально, с текущим состоянием организационно-технических условий исполняемых производственных процессов на предприятии. В определенный критический момент это может привести к прерыванию жизненного цикла существования разработанных СА. Рассмотрим некоторые возможные причины этого факта.

Математический аппарат, используемый в СА технологического назначения, в основной своей массе представлен уравнениями регрессии. Эти уравнения, как известно, строятся на основе различных методов статистического анализа, например посредством многофакторного корреляционного анализа, которые выявляют истину только в массе наблюдений, в отличие от функциональных зависимостей — истинных всегда. Одним из требований для проведения корреляционного анализа является однородность статистической совокупности в качественном и количественном отношениях [3, с. 3]. На предприятиях, в результате проведения определенных реорганизационных мероприятий, однородность некоторых статистических совокупностей может быть нарушена и, как следствие, образуются новые однородные групп в образовавшейся неоднородной статистической совокупности. Это является причиной пересмотра математического аппарата, заложенного в СА. В результате проведения различных корректировок в программном обеспечении СА появляются так называемые «заплатки». Эти «заплатки» могут сильно поломать первоначальную структуру модели. В крайнем случае, по старой структуре будет невозможно смоделировать видоизмененный предмет исследования, а это говорит о неизбежности утилизации модели. В результате этого придется разрабатывать принципиально новые СА, что может потребовать значительных затрат по времени и по финансовым ресурсам, которые, в свою очередь, просто могут быть не найдены. Поэтому весьма актуальным становится атрибут «гибкость СА». Рассматривая гибкость под углом зрения экономической эффективности как реорганизацию средств автоматизации с минимальными затратами времени их исполнения и минимальными дополнительными финансовыми ресурсами весьма интересным представляется способ «соблюдения баланса внутреннего и внешнего субъективизма» СА [4, с. 5; 141−146]. Этот баланс достигается за счёт использования внутреннего языка представления информации и знаний, собственной разработки табличного алгоритмического языка ТАЯ. Реализация этого языка основана на чёткой проработке структур и разновидностей информации и знаний.

Баланс внутреннего и внешнего субъективизма.

Соблюдение баланса внутреннего и внешнего субъективизма необходимо для своевременного продления жизненного цикла существования средств автоматизации, где эффективность этого баланса обеспечивается за счет уменьшения трудоемкости разработки принципиально новых модификаций. Для достижения этой цели необходимо наделить СА определенной самодостаточностью. Самодостаточность обеспечивается использованием инструментальных средств только частично зависящих от инструментальных средств предлагаемых рынком сбыта товаров и услуг, имеющих особенность периодически сменяться или обновляться. Если рассматривать СА в общем, то, на определенном уровне абстракции — это взаимоувязанное множество представлений (информации и знаний) о предмете исследования или, еще более абстрактно — определенные отношения между представлениями о предмете исследования, т. е.:

(1)

где: М — формальное обозначение модели СА; R — формальное обозначение определенных математических действий (отношений); - множество представлений () над которыми выполняются математические действия. Выражение «баланс внутреннего и внешнего субъективизма» по природе своего происхождения предполагает возможные изменения доли субъективизма. Рассматривая выражение (1) можно утверждать, что отношения представлений (правая часть выражения) не могут изменять величину субъективизма, т. е., где: Sub — формальное обозначение субъективизма (от англ. subjectivism). Истинность этого утверждения подтверждается тем, что эти отношения отражают определенные закономерности предмета исследования и некоторые, принятые при всеобщем согласии, условности, которые не зависят от воли Разработчика СА. Переменный субъективизм может иметь место только в части способов формализации этих отношений. Таким образом, баланс внутреннего и внешнего субъективизма предполагает определенный баланс способов формализации. Какие способы здесь имеются ввиду? Под способом формализации подразумеваются различные алгоритмические языки, имеющиеся на рынке сбыта товаров и услуг, которые в данном случае являются внешним субъективизмом по отношению к средствам автоматизации, ввиду их изменчивости независимо от воли разработчика. Внутренним субъективизмом являются языки собственной разработки, разработанные специально для конкретных СА, независимые (или, более корректно — менее зависимые) от общего рынка товаров и услуг. Что полезного можно извлечь от использования языков собственной разработки? Допустим, мы формализовали часть функций СА с использованием собственного языка, тогда при смене программных средств перепрограммировать придется только оставшуюся часть алгоритма модели, оставляя неизменным фрагменты, написанные на собственном (внутреннем) языке. На практике все происходит следующим образом: разработчик разрабатывает свой алгоритмический язык, а на существующих алгоритмических языках описывает процедуру обработки этого языка. Тогда при появлении новых алгоритмических языков достаточно переписать программу обработки этого языка, что существенно снижает трудоемкость разработки новой модификации СА. Таким образом, собственный язык модели, балансируя в определенном соотношении его применения с имеющимися на рынке сбыта алгоритмическими языками, обеспечивает гомеостазис модели. В результате этого критические периоды в жизненном цикле существования модели сглаживаются в эволюционные протекания жизненного цикла. Представим, формально, баланс внутреннего и внешнего субъективизма выражениями:

(2)

(3)

(4)

(5)

компьютерный моделирование укрупнение нормирование где: Subin — внутренний субъективизм; Subon — внешний субъективизм; ks — коэффициент пропорциональности. Чем меньше значение «ks», тем выше гомеостазис СА. В этом выражении, Subin можно назвать постоянной величиной формализма, а Subon — условно постоянной величиной (с точки зрения возможной смены алгоритмических языков на рынке сбыта). На основании этого можно сделать следующее определение: баланс внутреннего и внешнего субъективизма — это определенное соотношение объема постоянной части формального алгоритма СА и его периодически (скачкообразно) изменяющейся условно-постоянной части. Увеличение внутреннего субъективизма увеличивает самодостаточность СА, увеличение внешнего субъективизма увеличивает способность понимания СА во внешней среде и, как следствие обеспечивает возможность их интеграции со смежными СА.

Таким образом, в статье была рассмотрена область развития средств автоматизации технологического назначения и некоторые их особенности: в области нормирования труда на ранних стадиях технологической подготовки производства и необходимости соблюдения баланса внутреннего и внешнего субъективизма средств автоматизации. В качестве научно-методической базы для написания статьи, был использован опыт разработки и внедрения системы автоматизированного проектирования норм труда САПР НТ «NORMA» [1; 2; 4−6], сформировавшийся на основе более 60-ти научно-исследовательских разработок, проведённых на промежутке времени более 40 лет. Эта система имеет опыт разработки на трех поколениях вычислительной техники и опыт внедрения на более чем 50-ти предприятиях отечественных товаропроизводителей и товаропроизводителей ближнего зарубежья.

1. Шарафеев И. Ш. Индивидуально-динамическое укрупненное нормирование труда // Вестник Казан. гос. техн. ун-та им. А. Н. Туполева. 2008 № 3. С. 20−23.

2. Шарафеев И. Ш. Time-кибернетика как управление временем при исполнении бизнес процессов: представления о предмете исследования. С. 6−7. МашМетСварка. Набережные Челны: ООО «Экспозиция», 3/М (91) 2009.

3. Сиськов В. И. Корреляционный анализ в экономических исследованиях. М.: «Статистика», 1975, 168 с.

4. Шарафеев И. Ш., И. М. Закиров. Расчет режимов резания и норм времени на основе концепции моделирования систем автоматизации технологического назначения. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та им. А. Н. Туполева. 2006. 180 с.

5. Шарафеев И. Ш. Расчёт режимов резания и норм времени операций механообработки в условиях автоматизированного производства. // Вестник Казан. гос. техн. ун-та им. А. Н. Туполева. 2012 № 4. С. 98−102.

6. Афанасьев А. К., Исмагилова Р. А., Шарафеев И. Ш. Система нормирования токарных, карусельных, токарно-револьверных, сверлильных, фрезерных и шлифовальных работ с использованием ЕС ЭВМ // Методические материалы ММ 1.4.1492.85 — М.: НИАТ, 1986.