Производственные технологии (стр. 9 )

Нужно отметить, что от того, какая числовая характеристика системы выбрана в качестве показателя эффективности, зависит интерпретация свойств системы и результатов ее исследования. Например, если в качестве показателя эффективности принять производительность, измеряемую средним числом изделий, выпускаемых в течение заданного интервала времени (например, за смену), то исходя из такого показателя эффективности при проведении мероприятий, связанных с усовершенствованием производства, мы будем наибольшее внимание уделять факторам, способствующим увеличению производительности. При этом неизбежно будут упущены из виду другие стороны организации производственного процесса, не связанные непосредственно с производительностью, такие как качество изделий, экономия сырья, энергии и фонда зарплаты, предотвращение износа оборудования и др.

Если же в качестве показателя эффективности производственного процесса выбрать среднюю величину себестоимости продукции, то в этом случае такие факторы, как экономия сырья, износ оборудования, расход энергии и фонда зарплаты, будут иметь большой вес, вместе с тем отойдут на второй план факторы, связанные с производительностью оборудования и качеством продукции.

Для согласования указанных разнородных тенденций в характере работы системы часто пользуются показателями эффективности, содержащие ограничительные условия:

1)  производительность при условии обеспечения заданного качества изделий и заданной средней себестоимости продукции;

2)  средняя себестоимость продукции при условии обеспечения заданной производительности и заданного качества изделий и некоторые другие.

Необходимо отметить, что показатели эффективности, содержащие ограничительные условия, имеют свои особые недостатки, сужающие сферу их применения, поэтому пользоваться ими нужно особенно осторожно. Например, легко видеть, что ограничение себестоимости продукции может оказаться тормозом для дальнейшего повышения производительности, а значит, и величины прибыли. Поэтому часто пользуются показателями эффективности, позволяющими согласовать разнородные цели их функционирования: средняя величина прибыли, средняя рентабельность и т. д.

Следующим показателем являются затраты, необходимые для достижения желаемого результата. К ним относятся затраты на разработку, производство и эксплуатацию. Эти затраты зависят от таких факторов, как стоимость приобретения оборудования, стоимость работ по его монтажу, эксплутационные затраты (стоимость обслуживания и ремонта), затраты на подготовку персонала и многих других составляющих. Другим фактором, учитываемым в этом показателе, являются потери, вызываемые неудовлетворительной работой оборудования. Этот фактор должен быть изучен и учтен на первых этапах проектирования и исследования системы.

Время, необходимое для разработки системы, удовлетворяющей предъявляемым к ней требованиям, также оказывает влияние на стоимость. Более совершенная система более эффективно выполняет стоящие перед ней задачи. И чем быстрее она будет осуществлена, тем скорее приносимый ею доход окупит затраченные средства.

Как было отмечено выше, сложные системы функционируют в условиях большого числа случайных факторов. Поэтому и результаты работы сложной системы неизбежно носят случайный характер. Если результаты сложной системы выражаются количественно в виде некоторой величины (например, число изделий, выпускаемых за смену), то такая величина должна рассматриваться как случайная величина.

Для того чтобы оценка эффективности системы относилась к некоторому среднему ее поведению в данных условиях и не зависела от случайного сочетания действующих на систему факторов, обычно в качестве показателей эффективности выбирают вероятности соответствующих случайных событий или средние значения (математические ожидания) соответствующих величин.

В подсистеме конструирования и технологии важную положительную роль играют стандартизация и унификация, а также использование новых решений при конструировании и разработке технологических процессов. Средствами унифицированных блоков (модулей) количество стандартного оборудования может быть сведено к относительно малому числу позиций при достижении большей производительности, большей надежности и более низкой стоимости. Усилия в области стандартизации направлены на выбор таких стандартов, которые позволили бы более просто осуществить неизбежно возникающие изменения.

2.3. Постановка задачи оптимизации конструкции
и технологии РЭА (ЭВА)

В самом общем случае под системой обычно понимается совокупность элементов, соединенных в одно организационное целое с помощью некоторой формы регулярного взаимодействия или взаимозависимости. Такое определение позволяет классифицировать в качестве системы все, начиная, например, от солнечной системы до интегральной микросхемы. Элементы определяются как такие части системы, которые для рассматриваемой задачи можно считать неделимыми. Например, элементами РЭА являются электрорадиоэлементы, узлы, блоки, аппараты и т. д.

В инженерном проектировании часто удобно представить систему (или процесс) в виде «черного ящика» с совокупностью входных и выходных характеристик (рис.2). В этом случае исследователь, не имея информации о существе, внутренней структуре системы (процесса), разделяет всю совокупность параметров, воздействующих на исследуемый объект, на ряд групп в соответствии с характером их участия в процессе.

 

Рис.2 Система – «черный сщик»

Любой побуждающий фактор (стимул) или любой фактор, изменение которого вызывает некоторую реакцию у системы, может рассматриваться как вход системы. Например, температура, влажность, вибрация, и т. д.

Результат, полученный от воздействия входной переменной, называют выходной характеристикой системы, например, масса, объем, стоимость, надежность, перегрев и т. д.

Задаче оценивания систем сопутствует наличие ограничений, как на входные, так и на выходные характеристики. Ограничения для одной из величин могут препятствовать получению лучшего значения другой (например, стоимость – производительность). Ограничения могут быть жесткими, когда с выходом величины за пределы ограничений происходит отказ системы или возникает серьезная угроза ее функционирования, и мягкими, когда ограничения могут в какой – то степени нарушаться. Наличие ограничений могут вызвать локальные трудности, препятствующие определению того оптимального решения, которое можно было бы получить без учета ограничений.

Как отмечалось выше, любая РЭС или ее часть (подсистема, устройство, блок, узел) характеризуется совокупностью показателей качества. Обычно при интегральной оценке качества систем и подсистем вводят понятие вектора К, при этом

К= {K1, …Kм},

где К1,…Км – показатели качества, причем число м может быть значительно больше единицы.

Естественно, что показатели качества системы будут определяться показателями качества подсистем данной системы.

В последние годы становится все более актуальной задача создания не только удовлетворяющих исходных данных, но и оптимальных (наилучших) систем. Это объясняется тем, что с каждым годом возрастают требования, предъявляемые к РЭС, время и средства, затрачиваемые на их изготовление. Поэтому весьма существенно не просто удовлетворить исходными требованиями, предъявляемым к показателям качества системы, но и перевыполнить эти требования (уменьшить по сравнению с запланированным стоимость системы и время ее разработки, повысить надежность и т. д.).

Оптимизация РЭС включает в себя оптимизацию как собственно разрабатываемой системы, так и процесса ее разработки. Обе эти стороны оптимизации взаимно связаны. Показатели качества разработанной системы существенно зависят от степени оптимальности процесса разработки и от отпущенных на нее времени и средств.

Мы будем рассматривать в основном оптимизацию двух подсистем: конструкцию и технологию РЭА, поскольку от степени оптимальности этих подсистем существенно зависят показатели качества РЭС. Очевидно, что в задачу оптимизации конструкции и технологии входит выбор лучшего варианта технологического процесса и лучших режимов его проведения.

К сожалению, до последнего времени эти вопросы очень часто решались интуитивно на основе опыта конструктора и технолога. Объясняется это высокой сложностью конструкции и технологических процессов, обилием и разнообразием всевозможных связей внутри каждого процесса. Для выбора оптимальной конструкции и технологического процесса необходимо сравнить различные варианты, учесть и проанализировать влияние огромного числа факторов на параметры изделия; И все это надо сделать в ограниченные сроки разработки конструкции и технологического процесса. Поэтому часто выбирались не лучшая конструкция и технологический процесс, и режимы его проведения.

Подсистема «Конструирование» начинает свое функционирование с получения технического задания на разработку, в котором оговорены исходные данные и ограничения на них. Но поскольку мы должны не только удовлетворить исходным требованиям, предъявляемым к показателям качества системы, но и превзойти эти требования, необходимо оптимизация конструкции и тех нологических процесса. Поэтому само техническое задание выступает формой постановки задачи оптимизации.

Сам же процесс оптимизации конструкции и технологии обычно проводится с учетом ограничений на параметры (типа равенств, неравенств, дискретности, связи и иного характера) и условия работы (диапазон температур, вибрации, давление и влажность и др.). Эти ограничения для одного из параметров, как уже отмечалось выше, могут препятствовать получению лучшего значения другого. Поэтому проектировщик должен искать вариант решения, удовлетворяющий критерию оптимальности по совокупности требований. Таким образом, за счет ограничений происходит уменьшение альтернатив, возникающих перед проектировщиком в процессе инженерного синтеза.

Вывод: общие вопросы оптимизации конструкции
и технологических процессов

Оптимизация системы осуществляется обычно как на этапах технического предложения и эскизного проекта, так и на всех последующих этапах. Однако важно осуществить оптимизацию в возможно большей степени на самых ранних этапах разработки, так как при этом она может быть наиболее радикальной и требует меньших экономических затрат. В дальнейшем отыскание оптимальной системы (конструкции) называется для краткости синтезом системы (конструкции).