Оценка и оптимизация проектных технологических решений

Целью технологического проектирования является разработка объектов (ТП, операций, управляющих программ для станков с ЧПУ), оптимальных для заданных условий их применения.

Характеристики оптимального объекта обеспечивают при за­данных ограничениях их значений достижение экстремума задан­ной целевой функции.

Для решения оптимизационной задачи необходимо:

• построить модель объекта проектирования;

• задать ограничения для значений характеристик объекта;

• определить целевую функцию;

• определить значения характеристик объекта, обеспечивающие
достижение экстремума целевой функции.

Отбор более предпочтительных вариантов объектов проектиро­вания выполняют, оценивая и сравнивая их по какому-либо при­знаку (характеристике). Признак, на основании которого прово­дят такую оценку и сравнение называют критерием. Критерием называют и способ сравнения различных стратегий достижения поставленной цели проектирования.

Значение, принимаемое критерием для данного объекта, назы­вают оценкой. Оценка может быть количественной, выражаемой размерной или безразмерной величиной, или качественной («хуже», «лучше», «хорошо», «плохо» и т.д.).

При сравнении технологических операций и процессов приме­няют следующие абсолютные и относительные критерии.

1.Основное (t_o), штучное (t_mT) и штучно-калькуляционное вре­
мя (t _шт._к) применяют при первичном, приближенном оценивании
вариантов технологических операций. Более предпочтительному
варианту соответствует меньшее значение каждой из приведенных
величин. Этот критерий не может быть применен для окончательного выбора варианта, но позволяет выделить более производи­тельный вариант операции.

2.Коэффициент основного времени (η₀)

Критерий используют для сравнения операций. Чем больше (бли­же к единице) значение η₀, тем эффективнее использовано обо­рудование.

3. Трудоемкость изготовления детали или сборочной единицы (Т_д)

где t _шт._к — штучно-калькуляционное время для i операции ТП; N — число операций в ТП изготовления детали или сборочной единицы.

Более предпочтительному варианту ТП соответствует меньшее значение Т_д.

4. Коэффициент основного времени для ТП в целом (η₀)тп

где t_oi — основное время для i операции.

Чем ближе значение (η₀)тп к единице, тем более предпочтителен вариант ТП.

5. Себестоимость изготовления детали (С)

где М_о — стоимость основных материалов или исходной заготовки] за вычетом стоимости реализуемых отходов; З_о — заработная плата основных производственных рабочих; Ц_о — цеховые расходы (амортизация и ремонт оборудования; затраты на электроэнергию, инструмент; заработная плата вспомогательных рабочих и т.д.). Варианту более предпочтительному соответствует меньшее значение себестоимости. Точную оценку себестоимости при автоматизиро­ванном проектировании получить трудно, поэтому ее часто оце­нивают приближенно:

где Ц_н — цеховые (накладные) расходы в процентах от заработной платы основных рабочих.

6. Суммарные (приведенные) затраты (П)

где Е — коэффициент сравнительной экономической эффективности; К — капиталовложения (дополнительные) при реализации ТП. Чем меньше затраты, тем более предпочтителен вариант ТП.

Кроме приведенных используют и другие критерии [2], в том числе и связанные с рассмотренными, например, производительность (технологическая и цикловая), оперативное время, коэффициент загрузки оборудования, экономическая точность, стойкость лимитирующего инструмента, расход инструмента и т.д.

Частные (локальные) критерии позволяют оценить объект проектирования по конкретному признаку, но не дают возможности оценить объект в целом. Так, например, на основании критерия «трудоемкость» однозначно выбрать ТП нельзя, так как в ТП с меньшей трудоемкостью изготовления изделия может быть исполь­зовано более дорогостоящее оборудование. Это может вызвать рез­кий рост суммарных затрат на его реализацию.

Каждый из приведенных критериев характеризует объект про­ектирования лишь с определенной стороны. Полученная оценка, как правило, недостаточна для окончательного выбора варианта ТП или технологической операции.

Выбор наиболее эффективного варианта ТП обычно требует решения задачи многокритериальной оптимизации и применения обобщенных (комплексных) критериев.

Любое проектное технологическое решение принимают с целью достижения полезного эффекта при его реализации. Полезный эф­фект от реализации спроектированного ТП могут характеризовать, например, его производительность, надежность обеспечения доми­нирующих показателей качества, прибыль и т.д. Желательно, что­бы полезный эффект (Q) от реализации ТП был максимальным.

С другой стороны, разработка и реализация ТП связана с соот­ветствующими затратами (3), которые желательно минимизиро­вать. При этом 3 ≠ 0 (реализация ТП без затрат невозможна). Воз­никает неопределенность цели проектного решения:

Преодоления этой неопределенности достигают введением ком­плексного критерия (К_к):

Более предпочтительному варианту ТП соответствует большее значение К_к. Достоинством этого критерия является то, что в нем учтены разные стороны проектного решения.