пїњ

Ћќ√» ќ-√≈Ќ≈“»„≈— »… ћ≈“ќƒ —“–” “”–Ќќ… ќѕ“»ћ»«ј÷»» ‘ќЌƒќ—Ѕ≈–≈√јёў»’ “≈’ЌќЋќ√»„≈— »’ ѕ–ќ÷≈——ќ¬

ћјЎ»Ќќ—“–ќ≈Ќ»≈
”ƒ  621.001.2:658.512.4
—. √. —еливанов, ¬. ¬. Ќикитин, ¬. √. Ўипилова
Ћќ√» ќ-√≈Ќ≈“»„≈— »… ћ≈“ќƒ —“–” “”–Ќќ… ќѕ“»ћ»«ј÷»» ‘ќЌƒќ—Ѕ≈–≈√јёў»’ “≈’ЌќЋќ√»„≈— »’ ѕ–ќ÷≈——ќ¬
–ассмотрены задачи внедрени€ бережливого производства в авиадвигателестроении. ѕредложен и разработан логикогенетический метод дл€ многокритериальной оптимизации фондосберегающих технологических процессов. ѕроведено математическое моделирование и получены результаты внедрени€ логико-генетического метода на примере оптимизации технологического процесса изготовлени€ деталей типа Ђ рышкаї. ј—“ѕѕ, ресурсосбережение; генетические алгоритмы; многокритериальна€ оптимизаци€
ќдной из актуальных проблем обеспечени€ конкурентоспособности современного машиностроительного производства €вл€етс€ создание и внедрение автоматизированных систем технологической подготовки бережливого производства (ј—“ѕѕ-№–). «начение внедрени€ таких систем бережливого производства дл€ российских предпри€тий огромно. ‘инансовые и маркетинговые вопросы успешные компании в основном уже научились решать, однако отечественна€ продукци€ часто неконкурентоспособна во многом из-за того, что при ее производстве часто возникают очень высокие издержки.  роме того, значительна€ часть выпускаемых товаров не соответствует мировым стандартам по качеству. ƒл€ вывода производства из этого состо€ни€, с помощью систем технологической подготовки бережливого производства, необходимо:
Х разрабатывать и внедр€ть ресурсосберегающие1, в том числе фондосберегающие технологические процессы (рис. 1);
 онтактна€ информаци€: (347) 272-26-76.
1 ћатериалосбережени€ (безотходные и малоотходные технологии, технологические процессы, снижающие потери от брака и обеспечивающие экономию остродефицитных и драгоценных металлов в производстве); трудосбережени€ (снижение затрат подготовительно-заключительного и штучного времени на изготовление изделий, увеличение коэффициента штучного времени по услови€м многостаночного обслуживани€, снижение потерь времени на техническое и организационное обслуживание оборудовани€, быстрое восстановление его работоспособности при отказах); фондосбережени€ (модернизаци€ оборудовани€, снижение потребности в площад€х и удельных производственных площадей на единицу оборудовани€, снижение запасов оснастки, складских запасов запчастей дл€ ремонта оборудовани€ и т. п.); энергосбережени€ (минимизаци€ расхода электроэнергии, газа, технической воды, пара,
Х высвобождать из производственного процесса физически изношенное и моральноустаревшее оборудование;
Х сокращать удельные площади под оборудование;
Х сокращать избыточные запасы средств технологического оснащени€, материалов, деталей.
«адачи главных специалистов (главного технолога, главного металлурга, главного сварщика) при внедрении системы бережливого производства в рамках функции ј—“ѕѕ-№– Ђ–азработка комплекта технологической документации перспективных ресурсосберегающих технологических процессовї (рис. 1) заключаютс€ не только в оптимизации технологических процессов, но также эти работы предусматривают [2]:
1) разработку и внедрение трудосберегающих, материалосберегающих, фондосберегающих, энергосберегающих технологических процессов;
2) разработку унифицированных технологических процессов (типовых, групповых, стандартных);
3) обеспечение ресурсосбережени€ при разработке и внедрении перспективных и директивных технологических процессов;
4) обеспечение внедрени€ быстроперенала-живаемых средств технологического оснащени€;
5) разработку технологических процессов переработки отходов, в том числе изготовлени€ из отходов изделий подсобного производства, возврата отработанной технической воды, регенерации —ќ∆ и т. д.;
6) внедрение прогрессивных материальных
норм и нормативов (расхода материалов, запасов оснастки, стойкости инструментов);
вакуума, удельных расходов топлива и других топливно-энергетических ресурсов)
“ехнологии эксплуатации
“ехнического обслуживани€ (регламентных работ)
“ехнологии производства
—тандартные
“ иповые (групповые)
“ ехнологии подготовки
ѕерспективные ƒирективные

ћатериало- сберегающие ћатериалов

“ рудосберегающие ƒеталей

‘ондосберегающие —борочных единиц

Ёнергосберегающие  омплектов и комплексов изделий
 
ќ
Ќ
 



Ќ

ќ

ѕ
ќ

ќ
Ѕ
Ќ
ќ



новой техники
–емонта
(реновации)
”тилизации
новой техники
≈диничные
–абочие
(временные,
посто€нные)
производства новой техники
ѕроектные
»нформационного назначени€
Ќового строительства
≈диные
(узловые)
–екон-
струкции
¬ысокие
“ ехнического перевооружени€
 ритические
ѕредварительные проекты “ ƒ
–ис. 1.  лассификаци€ технологий, обеспечивающих конкурентоспособность изделий машиностроени€
7) внедрение технически обоснованных норм времени, в том числе экспериментальноаналитических, полученных по результатам фотографии рабочего дн€ и хронометража.
ќпыт внедрени€ бережливого производства в авиадвигателестроении на Pratt & Whitney (—Ўј) показал [1], что к моменту завершени€ проекта по переходу на бережливое производство на предпри€тии не осталось ни одного процесса, который бы не прошел через процедуру усовершенствовани€ на основе принципов бережливого производства хот€ бы один раз.
1. –ј«–јЅќ“ ј ћ≈“ќƒј »— ”——“¬≈ЌЌќ√ќ »Ќ“≈ЋЋ≈ “ј ƒЋя ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»я –≈—”–—ќ—Ѕ≈–≈√јёў»’ “≈’ЌќЋќ√»„≈— »’ ѕ–ќ÷≈——ќ¬
¬ данной публикации дл€ разработки автоматизированной системы технологической подготовки бережливого производства (ј—“ѕѕ-LP) предложен и обоснован логико-генетический метод оптимизации фондосберегающих технологических процессов, который нар€ду с
методами разработки материалосберегающих, трудосберегающих и энергосберегающих технологий обеспечивает комплекс работ по ресурсосбережению в машиностроении.
ѕредложенный ниже метод основан на использовании генетических алгоритмов дл€ многокритериальной оптимизации фондосберегающих технологических процессов. ¬ качестве критериев оптимизации фондосберегающего технологического процесса на основании предварительно отобранных на сетевом технологическом графе (рис. 2) вариантов технологических процессов, обеспечивающих наименьшие значени€ приведенных затрат, прин€ты:
1) максимум производительности техноло-ги-ческих операций,
2) максимум коэффициентов выбыти€ морально устаревших и физически изношенных основных фондов,
3) максимум загрузки работы оборудовани€,
4) минимум капиталовложений в оборудование и технологической себестоимости.
–ис. 2. —труктурна€ многовариантна€ модель перспективных технологических процессов изготовлени€
детали типа Ђ рышкаї
√енетические алгоритмы (√ј) - это стохастические, эвристические оптимизационные методы, впервые предложенные ’олландом (1975) [3]. ќни основываютс€ на идее эволюции развивающихс€ систем с помощью естественного отбора. √енетические алгоритмы обеспечивают более высокую производительность вычислений по сравнению с методами динамического программировани€ за счет максимального распараллеливани€ вычислительного процесса.  роме того, метод генетических алгоритмов относитс€ к так называемым Ђм€гким вычислени€мї, которые в р€де областей компьютерного моделировани€ более эффективны, чем классические методы оптимизации, так как приспособлены дл€ решени€ задач, в которых сложно получить однозначный ответ. ѕоэтому генетические алгоритмы примен€ютс€ дл€ решени€ NP--полных задач, к каким относитс€ задача многокритериальной оптимизации технологических процессов.
ƒл€ автоматизации решени€ задачи многокритериальной оптимизации фондосберегающего технологического процесса использована система математического моделировани€ MatLab 7.3.0, в частности, специализированный пакет Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox.
√енетические алгоритмы работают с совокупностью особей (хромосом) - попул€цией, кажда€ из которых представл€ет возможное решение данной проблемы.
–абота метода многокритериальной оптимизации технологических процессов на основе генетического алгоритма состоит из следующих процедур:
1. —оздани€ попул€ции. ¬ качестве начальной попул€ции создаетс€ возможный путь на исходной математической модели в виде сетевого графа (рис. 2), который далее представлен в виде матрицы смежности, в каждой €чейке которой записываетс€ число, определ€ющее наличие св€зи от вершины-строки к вершине-столбцу (либо наоборот), где i - число вершин, а j - число слоев технологического графа.
2. —елекции. —елекци€ хромосом производитс€ методом рулетки (рис. 3). —уть данного метода заключаетс€ в следующем: каждой хромосоме сопоставл€етс€ сектор колеса рулетки, величина которого устанавливаетс€ пропорционально значению функции приспособленности данной хромосомы.
1 000110ї 10 15%
2 111001101 25%
3 000110110 40%
4 111101111 20%
–ис. 3. ќператор селекции типа колеса рулетки с пропорциональными функции приспособленности секторами
ќценивание функции приспособленности состоит в расчете целевой функции, котора€ рассчитываетс€ по методу результирующего показател€ качества. —уть данного метода заключаетс€ в том, что частные критерии объедин€ютс€ в один обобщенный критерий, а затем находитс€ минимум данного критери€.
ќбобщенный критерий найдем с помощью применени€ аддитивного критери€, целевую функцию которого получают путем сложени€ нормированных значений частных критериев. ƒл€ ^й технологической операции величина аддитивного критери€ определ€етс€ по формуле:
* * * * fi =mi Х Ki г+^2 Хѕ +m Х  ъј +m Х  з rЃmin
где ѕ*,  выб*,  з*г - нормализованные приведенные значени€: капиталовложений в оборудование ( *г ), производительности технологических операций (ѕ*), коэффициентов выбыти€ морально устаревших и физически изношенных основных фондов ( выб*) и загрузки
оборудовани€ ( з*г) на i-ой технологической операции, выполн€емой на r -ой модели технологического оборудовани€. “ак как значени€ капиталовложений стрем€тс€ к минимуму, в то врем€ как значени€ критериев показателей технического уровн€ должны стремитьс€ к максимуму, то дл€ минимизации целевой функции их нужно привести к виду:
F '(х) = 1 - F(x).
Ќормализаци€ критериев, т. е. приведение их к безразмерному виду, осуществл€етс€ по формуле [4]:
* Ui
и =Ч,
Umax
где umax - максимальное значение критери€ и на
*
множестве решений; ui и и i - текущее и нормализованное значени€ критери€ и на i-ой опера-
ции; ц - положительные числа, характеризующие относительную важность критериев:
ц1 + ц2 + ц3 + ц4 = 1.
ѕоэтому чем больше значение функции приспособленности, тем больше сектор на колесе рулетки и веро€тность выбора данной хромосомы в качестве родител€.
3. —крещивани€. ¬ данном алгоритме используетс€ одноточечный кроссовер, суть которого заключаетс€ в случайном выборе точки скрещивани€ или точки разрыва, в которой обе хромосомы дел€тс€ на две части и обмениваютс€ ими (рис. 4).
4. ћутации. ѕроцедура предназначена дл€ того, чтобы поддерживать разнообразие особей в попул€ции. ѕри прохождении мутации с определенной веро€тностью измен€ютс€ гены в хромосоме, которыми €вл€ютс€ вершины графа различных вариантов технологического процесса (рис. 2). ¬ данном случае гены могут замен€тьс€ только на вершины соответствующего сло€ графа.
“акже в рассматриваемом генетическом алгоритме многокритериальной оптимизации примен€етс€ принцип элитизма: в новое поко-
ление включаютс€ только лучшие особи предыдущего поколени€.
”словием остановки алгоритма €вл€етс€ либо достижение ѕарето-оптимального значени€, или выполнение заданного количества итераций (шагов расчета).
2. –≈«”Ћ№“ј“џ ѕ–»ћ≈Ќ≈Ќ»я Ћќ√» ќ-√≈Ќ≈“»„≈— ќ√ќ ћ≈“ќƒј ƒЋя ѕ–ќ≈ “»–ќ¬јЌ»я ‘ќЌƒќ—Ѕ≈–≈√јёў≈√ќ “≈’ЌќЋќ√»„≈— ќ√ќ ѕ–ќ÷≈——ј Ќј ѕ–»ћ≈–≈ ƒ≈“јЋ» “»ѕј Ђ –џЎ јї
–абота программно-методического комплекса данного метода была проверена на примере математического моделировани€ и оптимизации фондосберегающего технологического процесса изготовлени€ деталей типа Ђ рышкаї. ¬ результате проведени€ серии компьютерных экспериментов в системе ћаја№ 7.3.0 с помощью данного метода было перебрано около 10830 возможных вариантов путей технологического процесса и получено множество значений целевой функции, которые подчин€ютс€ закону усеченного нормального распределени€ (рис. 5).
–ис. 5.  рива€ усеченного нормального распределени€ значений целевой функции многокритериальной оптимизации технологического процесса (где х - значени€ целевой функции многокритериальной оптимизации, ф(х) - частота попаданий в интервал)
загрузка оборудовани€
производительность
ѕ|>0413 водите Ћ№Ќ ќ—1№
з аг рузка оборуд овани€
–ис. 6. Ћинии регрессии взаимосв€зей анализируемых технико-экономических показателей
технологических процессов
ѕри этом действительные значени€ целевой функции наход€тс€ в интервале [7,58; 8,716].
»з рис. 5 видно, что максимальную веро€тность по€влени€ имеет минимальное (7, 58) значение целевой функции/ которой соответствует оптимальный путь (2-5-7-10-13-17-20-23-26-2933) на графе (рис. 2). ќстальные решени€ имеют существенно меньшую веро€тность по€влени€. ƒл€ численного решени€ задачи многокритериальной оптимизации фондосберегающего технологического процесса были использованы следующие данные.
Ќаиболее приоритетным был назначен критерий максимума производительности технологических операций (ц = 0,5), который обеспечивает наибольшую экономию действительных фондов времени работы оборудовани€ и максимальную экономическую эффективность технологии.
ѕо полученным результатам вы€влен р€д зависимостей между критери€ми оптимизации фондосберегающего технологического процесса (рис. 6). »з рисунка видно, что производительность и коэффициент выбыти€ слабо коррелируют между собой, из чего следует, что эти критерии €вл€ютс€ независимыми по предпочтению.
Ёти взаимосв€зи позвол€ют определить ѕа-рето-оптимальные фондосберегающие техноло-
гические процессы дл€ анализа возможностей применени€ высоких технологий в проектах цехов бережливого производства, а также на уровне создани€ производственных участков и производственных корпусов машиностроительных предпри€тий.
«ј Ћё„≈Ќ»≈
”становлено, что разработка и внедрение автоматизированных систем технологической подготовки бережливого производства (ј—“ѕѕ-№–) позвол€ет оптимизировать решение важнейших задач ресурсосбережени€ на машиностроительных предпри€ти€х.
«адачи главных специалистов (главного технолога, главного металлурга, главного сварщика) при внедрении системы бережливого производства в рамках ј—“ѕѕ-№– предусматривают не только разработку и внедрение ресурсосберегающих технологических процессов, но также унификацию технологических процессов (типовых, групповых, стандартных), разработку и внедрение перспективных и директивных технологических процессов, технологических процессов переработки отходов, разработку и внедрение прогрессивных материальных норм (нормативов) и технически обоснованных норм времени.
—ѕ»—ќ  Ћ»“≈–ј“”–џ
1. ¬умек ƒжеймс ѕ., ƒжонс ƒэниел “. Ѕережливое производство:  ак избавитьс€ от потерь и добитьс€ процветани€ вашей компании. ћ.: јльпина Ѕизнес Ѕукс, 2004. 473 с. (—ери€ Ђћодели менеджмента ведущих корпорацийї).
2. —еливанов —. √., »ванова ћ. ¬. “еоретические основы реконструкции машиностроительного производства. ”фа: √илем, 2001. 310 с.
3. –утковска€ ƒ., ѕилиньский ћ., –утков-ский Ћ. Ќейронные сети, генетический алгоритмы и нечеткие системы. ћ.: √ор€ча€ лини€-“елеком, 2006. 452 с.
4. ѕодиновский ¬. ¬., Ќогин ¬. ƒ. ѕарето оптимальные решени€ многокритериальных задач. ћ.: Ќаука, 1982. 344 с.
ќЅ ј¬“ќ–ј’
—еливанов —ергей √ригорьевич, проф. каф. технол. маши-ностр. ƒипл. инж. по автоматиз. и компл. механиз. машиностр. (”ј», 1970). ƒ-р техн. наук по технол. машиностр. (ћосстан-кин, 1991). »ссл. в обл. технол. подг., реконстр., организ. пр-ва.
Ќикитин ¬италий ¬икторович, асп. той же каф. ƒипл. спец. (”√ј“”, 2007). »ссл. в обл. технологическ. подготовки, реконструкции производства.
Ўипилова ¬лада √еоргиевна,
магистрант. ƒипл. спец. в обл. технол. машиностр. (”√ј“”,
2008).

пїњ