Разработка автоматизированной системы управления проектами освоения новых изделий машиностроения

Основными показателями эффективности функционирования машиностроительного производства в области освоения новых изделий и при многономенклатурном производстве являются затраты предприятия, связанные с финансами — денежным выражением затрат на изготовление изделия и временными — временем изготовления изделия. В идеале значение этих видов затрат должно стремиться к нулю, что невозможно в реальных производственных условиях. В связи с этим повышение эффективности машиностроительного производства всегда связано со снижением финансовых и временных затрат /7,8,13,19,64/.

Существует множество способов снижения таких затрат. Все их можно подразделить на три группы: технологические, технические и организационные /22,70,76,89/. Наибольший эффект в задаче повышения эффективности производств машиностроения достигается за счет использования всех трех групп в комплексе. Это возможно за счет учета большинства ресурсов, участвующих в производственном процессе изготовления изделий, и эффективного их использования. Если технический и технологический способы повышения эффективности машиностроительного производства рассматривают системы связей: свойств материалов детали, технического обеспечения производственных процессов и многие другие, то организационные такие системы связей трансформируют во временные, информационные и экономические, и используют эти связи с целью решения задачи обеспечения в процессе производства требуемых результатов при заданных ресурсах, резервах и ограничениях по времени и финансам /12,42,57/.

Отсюда возникают задачи, связанные с разработкой формального аппарата, позволяющего управлять такими связями и максимально автоматизировать процессы управления /30,36/. Такой аппарат должен учитывать специфику (характеристики, технические показатели, критерии) единичного многономенклатурного машиностроительного производства.

Именно такая цель поставлена в настоящей диссертационной работе «Разработка автоматизированной системы управления проектами освоения новых изделий машиностроения на основе математических моделей управления ресурсами, резервами и состояниями проекта».

В работе проводится краткий обзор существующей ситуации в области управления процессами освоения новых изделий, обосновывается целесообразность применения проектного подхода к освоению новых изделий в многономенклатурном машиностроительном производстве, рассматриваются возможности применения автоматизированных систем управления производством в данной области. На основе предлагаемой концепции «Резервы-ресурсы-результат» разрабатывается формальный аппарат для представления основных компонентов проекта и набора возможных состояний, в которых он может находиться в процессе своего жизненного цикла и переходов из одного состояния в другое под воздействием отклоняющих факторов и стабилизирующих воздействий. Вводится понятие показателя функциональности проекта, учитывающего величину и степень влияния на проект отклоняющих факторов и стабилизирующих воздействий. Это позволяет проводить анализ проекта еще на стадии его подготовки и принимать обоснованные решения о возможности реализации проекта. Определяются на практике интенсивности отказов ресурсов проекта, интенсивности конструкторско-технологических отклонений и интенсивности ликвидации этих отклонений. Строится модель управления проектом, управляющими параметрами которой являются интенсивности отказов ресурсов проекта и интенсивности конструкторско-технологических отклонений, управляемыми — интенсивность ликвидации вышеперечисленных отклонений, и интенсивность дополнительного контроля этапов проекта с целью своевременного обнаружения скрытых конструкторско-технологических отклонений. Разрабатывается оптимизационная модель, позволяющая определить значения управляющих параметров модели управления, при которых возможно достижения максимального значения показателя функциональности при ограниченных дополнительных денежных затратах. На основе результатов оптимизации формируется комплекс мероприятий по совершенствованию проекта и повышению эффективности ликвидации отклонений. Разрабатывается механизм определения на основе значения показателя функциональности проекта его прогнозируемой длительности и стоимости с учетом потерь времени и финансов, связанных с возникающими в процессе реализации проекта отклонениями.

Результатом работы являются математические модели и алгоритмы управления проектами освоения новых изделий машиностроения при многономенклатурном производстве и, разработанная на их основе, автоматизированная система управления проектами, апробация которой позволила сделать заключение о целесообразности ее применения и позволила внедрить ее в производство. Автоматизированная система позволяет повысить эффективность подготовки и реализации проектов за счет автоматизации всех расчетов, централизованного хранения информации о расписании проекта, ресурсах, резервах, анализа влияния отклоняющих факторов и стабилизирующих воздействий, решения задач прогнозирования и оптимизации.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук, доценту Боткинского филиала ИжГТУ Кузнецову Андрею Павловичу за оказание консультаций при проведении исследований в данной работе.

ВЫВОДЫ.

На основе теоретических разработок главы 2 и практических исследований, проведенных в главе 3, создана автоматизированная система управления проектами освоения новых изделий, позволяющая осуществлять подготовку проекта, определять интенсивности отклонений, происходящих в проекте, и интенсивности их ликвидации, вести его прогнозный мониторинг, определять оптимальные значения интенсивности дополнительного контроля этапов проекта для своевременного обнаружения скрытых конструкторско-технологических отклонений, оптимальные значения объемов запасов ресурсов и интенсивностей ликвидации отказов ресурсов. Система представляет собой программный комплекс, построенный по модульному принципу, состоящий из связанных друг с другом компонентов, использующих совместно общие базы данных. Одной из особенностей системы является то, что все методики и алгоритмы расчетов представлены на встроенном макроязыке и являются доступными для пользователя, который имеет возможность при необходимости вносить корректировки в расчет, таким образом, настраивая систему под особенности конкретной производственной системы предприятия. Набор статистических данных об интенсивностях отказов и интенсивностях ликвидации отказов ресурсов, хранимых в базе данных статистик, также при необходимости может быть откорректирован. Используемая в системе методика расчета прогнозируемых значений длительности и стоимости проектов освоения новых изделий позволяет определять их с погрешностью не более 12%.

Рассмотрен проект освоения новой модели бурового долота при поддержке автоматизированной системы. Использование системы позволило сформировать расписание проекта и определить оптимальные значения объемов запасов ресурсов, а также оптимальные интенсивности ликвидации отказов ресурсов, при которых обеспечивается сокращение длительности проекта в 1,58 раза и его стоимости в 1,33 раза. В целом по проекту освоения нового долота были решены следующие задачи:

1. Определены интенсивности отклонений и их ликвидации для каждого этапа проекта в зависимости от используемых на каждом этапе ресурсов, интенсивности конструкторско-технологических отклонений по стадиям ПКР, ТПП и ОП. Определена зависимость интенсивности отклонений и их ликвидации от времени в виде кусочно-линейных функций. Рассчитано среднее значение показателя функциональности проекта, значение которого составило 0.61. Данное значение ниже найденного критического значения, равного 0.757, что говорит о нецелесообразности выполнения проекта без его доработок. Прогнозная длительность и стоимость проекта при данном значении показателя функциональности составят 425,5 ч и 44 056 руб. соответственно. Это говорит о том, что такой проект не будет завершен в срок, составляющий 6 недель;

2. Решена задача определения оптимальных объемов запасов каждого ресурса, оптимальной интенсивности ликвидации отказов ресурсов, оптимальной интенсивности дополнительного контроля этапов с целью своевременного обнаружения скрытых конструкторско-технологических отклонений. Решение этой задачи позволило увеличить среднее значение показателя функциональности проекта с 0,61 до 0,77. Прогнозная длительность и стоимость проекта после оптимизации составили соответственно 277,66 ч. и 27 892 руб.;

3. Для использования результатов оптимизации в проекте был предложен и выполнен ряд организационно-технических мероприятий, связанный с созданием требуемых объемов запасов ресурсов и обеспечением требуемой интенсивности ликвидации отказов ресурсов. Он включал в себя выделение требуемых денежных сумм для ликвидации отказов ресурсов, введение дополнительных контрольных операций на стадиях ПКР и ТПП для обнаружения конструкторско-технологических отклонений. Также было предложено ввести двухсменную работу на стадии ОП для завершения проекта в срок, что было в результате достигнуто;

4. После выполнения проекта было установлено, что фактическая длительность проекта и его стоимость незначительно отличаются от значений, полученных после решения задачи оптимизации. Отношение фактической длительности к прогнозной составило 1.019, отношение фактических затрат к прогнозной составило 1.063.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе решена задача повышения эффективности проектов освоения новых машиностроения путем снижения их длительности и стоимости, за счет использования разработанной автоматизированной системы, в основу которой положены разработанные в настоящей работе математические модели и результаты статистических исследований параметров ПС освоения новых изделий.

Основным научным результатом диссертационной работы является разработанный показатель функциональности, учитывающий влияние на проект отклоняющих и стабилизирующих воздействий на протяжении всего его жизненного цикла. Данный показатель позволяет еще на стадии подготовки проекта к реализации проанализировать его состояние в будущем в любой момент времени его функционирования, выявить критические участки проекта, долю времени жизненного цикла проекта, характеризующуюся отсутствием отклонений, оценить прогнозируемую длительность и стоимость проекта. Показатель создан на основе математических моделей, разработанных в настоящей работе.

На основе теоретических разработок и практических исследований разработана автоматизированная система для поддержки управления инновационными проектами, позволяющая осуществлять подготовку проекта, определять интенсивности отклонений проекта, вести его прогнозный мониторинг, определять оптимальные значения интенсивности дополнительного контроля, объемов запасов ресурсов и интенсивностей ликвидации их отказов. Применение данной системы на предприятиях позволило рассчитать прогнозные значения длительности и стоимости проектов с достаточной точностью (в среднем до 12%), и снизить их за счет определения оптимальных значений объемов запасов ресурсов и оптимальной интенсивности ликвидации их отказов, что привело к сокращению сроков освоения новых изделий в 1,5 -2,5 раза и позволило сэкономить до 30% денежных средств, выделенных на проекты освоения новых изделий.

В диссертационной работе, получены следующие научные и практические результаты:

1. Разработаны модели управления ресурсами, преобразования резервов в ресурсы и управления состояниями проекта освоения новых изделий, позволяющие на стадии подготовки проекта учитывать возникающие в нем отклонения, производить анализ проекта, формировать комплекс мероприятий по повышению эффективности механизма ликвидации отклонений и контроля;

2. Установлена степень влияния на показатель функциональности абсолютных значений интенсивности отклонений и их ликвидации, отношения интенсивности отклонений к интенсивности их ликвидации, продолжительности временного интервала, на котором оценивается показатель функциональности. При малой продолжительности интервала времени наиболее значимыми являются абсолютные значения интенсивностей отклонений и их ликвидации. При большой продолжительности интервала времени наиболее значимым является отношение интенсивности отклонений к интенсивности их ликвидации, зависимость между значением показателя функциональности и данным отношением является обратной;

3. Сформирован критерий принятия обоснованного решения о возможности реализации проекта без его доработок, представляющий из себя критическое значение показателя функциональности пф, определяемое исходя из предельного уровня денежных затрат и затрат времени, которые предприятие готово понести для достижения цели проекта. Уровень предельных затрат времени и денег определяется.

Лицом, принимающим решение. Выполнение проекта обосновано.

ТГ > пкр при условии ич> ;

4. Установлено, что фактическая длительность и стоимость проекта зависят от среднего значения его показателя функциональности я">, рассчитываемого еще на стадии подготовки проекта. Это позволило сформировать механизм определения на его основе прогнозируемой длительности и стоимости проекта в виде регрессионных зависимостей с корреляционным отношением 0,96 — 0,97. Исследования показали, что величина ошибки между расчетными значениями длительности и стоимости и их фактическими значениями не превышает 12%, что обеспечивает требуемую точность расчетов;

5. Установлено, что распараллеливание независимых работ приводит к сокращению как плановой, так и прогнозируемой длительности проекта, несмотря на снижение среднего значения показателя функциональности. Однако интенсивность отклонений на временных интервалах перекрытия параллельных работ и прогнозируемые денежные затраты возрастают. Прогнозирование длительности и стоимости проекта на основе среднего значения показателя функциональности позволяет выбрать вариант организации работ проекта с удовлетворяющими технико-экономическими показателями;

6. Разработана оптимизационная модель, позволяющая определить численные значения параметров проекта, при которых возможно достижение максимального значения показателя функциональности при ограниченных дополнительных денежных затратах. В качестве таких параметров выступают величины объемов запасов каждого ресурса, численность исполнителей ликвидации отказов ресурсов и количество операций дополнительного контроля этапов проекта, служащие для своевременного обнаружения скрытых конструкторско-технологических отклонений;

7. Выявлены факторы, служащие причиной значительного увеличения длительности и стоимости проектов освоения новых изделий машиностроения на предприятиях, произведена их численная оценка, позволившая выявить наиболее значимые из них: конструкторско-технологические отклонения — 66% и отказы ресурсов (оборудования, технических средств, приспособлений, исполнителей и т. д.) -26,6%;

8. Установлено, что интенсивность конструкторско-технологических отклонений возрастает с увеличением сложности осваиваемых изделий, а интенсивность ликвидации конструкторско-технологических отклонений уменьшается. Определены зависимости между показателем конструктивно-технологической сложности изделий, интенсивностью конструкторско-технологических отклонений и интенсивностью их ликвидации в виде уравнений регрессии, определенных с корреляционным отношением 0,93 — 0,96;

9. На основе комплекса моделей и алгоритмов разработана автоматизированная система управления проектами освоения новых изделий, позволяющая повысить эффективность подготовки и реализации проектов за счет автоматизации всех расчетов, гибкой настройки и решения задачи оптимизации. Система апробирована на подготовке ряда проектов и внедрена в производство на ФГУП «ГПО «Боткинский завод», ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ», Нефтекамском и Октябрьском заводах нефтепромыслового оборудования. Использование автоматизированной системы на перечисленных выше предприятиях позволило сократить сроки освоения новых изделий в 1,5 — 2,5 раза и сэкономить до 30% денежных средств, выделенных на реализацию проектов освоения новых изделий машиностроения.