Разработка автоматизированной системы выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения

В настоящее время машиностроение России представляет собой комплекс отраслей промышленности изготавливающих оборонную продукцию и средства производства, а также средства транспорта и предметы потребления.

Роль и значение машиностроительного комплекса определяется, прежде всего, тем, что это базовая отрасль экономики страны, тесно взаимосвязанная с ведущими отраслями экономики, обеспечивающая их устойчивое функционирование, положение потребительского рынка и являющаяся основой развития технологического ядра промышленности.

Результаты коренной перестройки экономических отношений в стране в 90-е годы отрицательно повлияли на состояние машиностроения. К сожалению, кратковременный всплеск роста производства не привел машиностроение к решению главной задачи — модернизация оборудования и технологий. Это вызвало, наряду с другими макро и микро причинами, недостаточность инвестиций и низкую инновационную восприимчивость предприятий. Необходимо отметить, что уровень инновационной активности на предприятиях остается на сегодняшний день весьма низким. Между тем, физический и моральный износ основных средств производства достиг критического уровня (по некоторым данным от 65 до 75%). Выбытие основных средств идет с темпами, превышающими темпы обновления технологической базы.

Активность государства в деле повышения эффективности машиностроения заметно повысилась. Об этом говорит создание общественной организации «Союз машиностроителей России» и те мероприятия, которые приняты на II съезде организации в феврале 2008 года и которые осуществляются под пристальным вниманием правительства России.

Если говорить, что на макро-уровне работы по повышению эффективности машиностроения ведутся, то на микро-уровне предприятиям необходимо быть готовыми к принятию, а не к отторжению инновационных предложений со стороны правительства и инициативных структур. Такая готовность обусловлена многими аспектами. Один из аспектов — научно-методическое сопровождение любых инновационных мероприятий, реализуемых на предприятии. Следует отметить, что в этой области, как области научных знаний сделано большое количество фундаментальных и научно-прикладных исследований, которые являются научной базой для предприятий, внедряющих инновационные принципы организации, управления, технологии и оборудование.

Такие российские ученые как Ю. Д. Амиров, Н. П. Бусленко, Л. В. Барташев, В. В. Бойцов, В. В. Волостных, Л. И. Волчкевич, М. Б. Грачева, Г. К. Горанский, М. И. Ипатов, В. Г. Колосов, В. С. Корсаков, Н. М. Капустин, Н. Б. Мироносецкий, С. П. Митрофанов, Р. Б. Михалев, А. Г. Медведев, Ю. П. Морозов, В. И. Нечипоренко, А. А. Первозваиский, Р. М. Петухов, В. Т. Полуянов, Г. Х. Попов, Е. Л. Проскуряков, К. Ф. Пузыня, Ю. С. Шарин, А. Д. Цвиркун, В. Д. Чарнко сформировали основы эффективности производственных систем машиностроительных предприятий.

Анализ предметной области и всесторонний обзор научных исследований показал, что необходимо развить теоретическую и методическую базы в следующем направлении — это создание необходимых научно-практических методов построения автоматизированных систем технической подготовки производства.

Перед современными машиностроительными предприятиями, стоит важная научно-прикладная задача — какое инновационное оборудование и технологии им необходимо приобрести? На решение этой задачи и направлены исследования в данной диссертационной работе.

Результаты диссертационной работы были использованы при разработке программы технического развития механообрабатывающих производств таких предприятий, как ЗАО «Технология», ООО «Октябрьский завод нефте4 промыслового оборудования», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «Купол». Все программы успешно внедрены на предприятиях.

Цель исследований. Повышение эффективности процессов модернизации машиностроительных предприятий путем разработки теоретических основ автоматизации выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения с учетом конструктивно-технологических элементов деталей, входящих5 в номенклатурную модель (НМ) предприятия.

Основные задачи исследования:

1. Проведение комплексного анализа структуры и параметров ПС машиностроения и их технологического и информационного обеспечения, деталей машиностроения и их конструктивно-технологических элементов (КТЭ). Формирование на основе проведенного анализа множества параметров, которые значимо влияют на достижение цели диссертационной работы.

2. Разработка модели выбора технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения на основе элементов теорий множеств и методов теории конструктивно-технологической сложности.

3. Разработка алгоритма синтеза вариантов структур-стратегий ПС машиностроения с учетом параметров номенклатурной модели предприятия и критериев синтеза.

4. Создание информационного обеспечения автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий ПС машиностроения.

5. Создание программного комплекса, реализующего автоматизированную систему поддержки принятия решений, обеспечивающую выбор элементов технологического и информационного обеспечения струк5 тур-стратегий ПС машиностроения, а также их синтез в автоматизированном режиме.

6. Внедрение результатов исследований при разработке программ технического развития предприятий Уральского региона. Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы теории нечетких множеств и математической статистики, методы теории конструктивно-технологической сложности, комбинаторный анализ и методы экспертного оценивания. При разработке программных комплексов применялись методы объектно-ориентированного анализа и проектирования (ООАП) сложных систем и основные положения объектно-ориентированного программирования, технологии разработки приложений с №еЬ-интерфейсом.

Научная новизна. На основе системного анализа и формализации основных параметров номенклатурной модели предприятий, технологического и информационного обеспечения производственных систем машиностроения повышение их эффективности рассматривается как процесс комбинаторного синтеза и выбора эффективной структуры-стратегии технического развития в соответствии с разработками, приведенными в настоящей диссертационной работе:

— поставлена и решена задача обоснованного сопоставления параметрам конструктивно-технологических элементов деталей параметров технологического и информационного обеспечения структур-стратегий ПС машиностроения, что впервые позволило при выборе последних формировать исходное множество решений в автоматизированном режиме;

— разработан новый алгоритм решения задачи синтеза вариантов структур-стратегий, основанный на использовании методов теории конструктивно-технологической сложности и учитывающий конструктивно-технологические требования к номенклатурной модели предприятия- 6.

— с применением методов экспертного анализа разработан и предложен критерий выбора рационального варианта структуры-стратегии, позволяющий обеспечить обоснованное принятие решения при реализации программ технического развития предприятиям машиностроения. Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в том, что рассмотренные в ней теоретические разработки, выводы и практические рекомендации обеспечивают процесс решения вопросов, связанных с совершенствованием производственных систем машиностроения, повышением рентабельности и конкурентоспособности продукции, изготавливаемой в конкретной производственной системе.

Разработанное математическое и информационное обеспечение автоматизированной системы поддержки принятия решений при синтезе структур-стратегий ПС машиностроения позволяет в автоматизированном режиме определять множество допустимых решений для технологического и информационного обеспечения.

Для конкретных производственных систем машиностроения на ЗАО «Технология», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ» в процессе проводимых исследований были синтезированы варианты структур-стратегий ПС машиностроения.

Результаты проведенных исследований и разработок после некоторого уточнения входных параметров могут быть использованы в смежных областях промышленности.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и практических исследований были использованы при разработке автоматизированной системы поддержки принятия решений, обеспечивающей синтез вариантов структур-стратегий ПС машиностроения на основе методов теории конструктивно-технологической сложности, информационных моделей деталей, информационного и технологического обеспечения и заданных критериев синтеза.

В первой главе работы выполнен анализ современного состояния машиностроения, определены основные тенденции его развития. Сделан всесторонний обзор научных исследований в направлении повышения эффективности производственных систем машиностроения. На основе анализа и обзора был сделан основной вывод: необходимо разработать научно-практический инструментарий, который позволит в автоматизированном режиме провести выбор технологического и информационного обеспечения для изготовления изделий определенной конструктивно-технологической сложности. В настоящее время такой инструментарий отсутствует, и принятие решений о том или ином приобретении инновационного обеспечения происходит в условиях существенной неопределенности.

Во второй главе автором приводится системный анализ процессов обозначенного выше выбора. Определяются основные параметры объектов выбора. Формируются алгоритмы и процедуры выбора, разрабатывается алгоритм принятия решений, а также алгоритм синтеза вариантов структур-стратегий ПС машиностроения и критерий выбора их рационального варианта.

В третьей главе разрабатывается информационное и программное обеспечение автоматизированной системы поддержки принятия решений «Синтез ПС». Определяются состав и алгоритмы функционирования модулей автоматизированной системы.

В четвертой главе проводиться математическое моделирование, где разработки второй главы находят свое применение при создании программы технического развития предприятий машиностроения. В качестве примера приводиться синтез вариантов структур-стратегий для Октябрьского завода нефтепромыслового оборудования.

4.3 Выводы.

На основании главы 4 диссертационной работы, в 2007 г. была проведена оценка эффективности синтезированных вариантов структур-стратегий ПС машиностроения на Октябрьском ЗНО, при этом проведенному технико-экономическому расчету был выбран наиболее предпочтительный вариант, характеризующийся следующими технико-экономическими показателями: снижение себестоимости годовой программы на 16%, снижение трудоемкости годовой программы на 19,7%. А годовой экономический эффект от снижения трудоемкости обработки деталей составил 202 тыс. руб.

Основными результатами исследований приведенных в главе 4, являются следующие:

1. Рассмотрены и проанализированы технико-экономические параметры ЗАО «Технология», ООО «Октябрьский завод нефтепромыслового оборудования», ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования», ОАО «ИЭМЗ «Купол». На основе проведенного анализа принято решение о необходимости модернизации механообработки данных предприятий.

2. На основании данных, приведенных в главах 2 и 3 настоящей диссертационной работы, было синтезировано 20 697 вариантов модернизации ПС машиностроения.

3. В соответствии с предложенным в главе 2 критерием выбора, а для всех рассмотренных предприятий были сформированы рекомендации при подготовке программ технического развития.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе решена актуальная научная проблема, имеющая существенное теоретическое и прикладное значение, заключающееся в разработке методических основ, теоретических и практических решений разработки автоматизированных систем выбора технологического и информационного обеспечения современных производственных систем машиностроения на этапах принятия решения об их модернизации и дальнейшем техническом развитии. В процессе теоретических и практических исследований, математического моделирования разработанных алгоритмов поддержки принятия технических решений для эффективного проведения модернизации ПС машиностроения, получены следующие основные вывод и результаты:

1. При решении задачи повышения эффективности производственных систем машиностроения необходим углубленный анализ их номенклатурной модели на основе методов теории конструктивно-технологической сложности. Конструктивно-технологические характеристики номенклатурной модели значимо влияют на структуру производственной системы.

2. Определено множество параметров, значимо влияющих на выбор технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем машиностроения, позволяющее сформировать исходное множество решений технологических и информационных составляющих структур-стратегий.

3. Разработана модель выбора технологического и информационного обеспечения для номенклатурной модели предприятия, позволяющая проводить математическое моделирование вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения в автоматизированном режиме.

4. Разработан алгоритм синтеза множества допустимых решений вариантов информационного и технологического обеспечения структурстратегий производственных систем машиностроения. Предложен критерий выбора а, позволяющий выбрать рациональный вариант структуры-стратегии производственных систем машиностроения. На основе экспертной оценки определены факторы, значимо влияющие на эффективность структур-стратегий производственных систем машиностроения. К наиболее значимым факторам отнесены стоимость и производительность оборудования с весовыми коэффициентами 0,522 и 0,478 соответственно.

5. Разработана автоматизированная система поддержки принятия решений при синтезе вариантов структур-стратегий производственных систем машиностроения «Синтез ПС», позволяющая обеспечить формирование технологического и информационного обеспечения структур-стратегий производственных систем в соответствии с состояниями и характеристиками номенклатурной модели предприятия. Использование автоматизированной системы позволяет обеспечить оперативное моделирование и выбор рациональной структуры-стратегии при изменении номенклатурной модели предприятия.

6. Полученные научные и практические результаты и разработанная автоматизированная система поддержки принятия решений «Синтез ПС» использованы при анализе состояния и разработке структур-стратегий ПС машиностроения на ряде предприятий Уральского региона. Научно-практическая ценность подтверждена использованием результатов диссертационной работы при подготовке программ технического развития механообрабатывающего производства ЗАО «Технология», Октябрьского и Нефтекамского заводов нефтепромыслового оборудования.