CLUSTER ANALYSIS OF NOBILITY OF A DESIGN SOLUTION

Воробьев А.А.¹, Спицын И.Н.², Кравченко Н.В.³

¹Кандидат технических наук, доцент, ²старший преподаватель, ³кандидат технических наук, старший преподаватель, Сибирский государственный аэрокосмический университет

КЛАСТЕРНЫЙ АНАЛИЗ НОВИЗНЫ ПРОЕКТНОГО РЕШЕНИЯ

Аннотация

В работе описана методика и представлена прикладная программа для исследования технического уровня проектируемого технологического оборудования.  Особенностями программы «KANP_DOO» является то, что для оперативной оценки технико-экономических показателей проектируемого оборудования используются весовые коэффициенты, а необходимое количество аналогов оборудования, используемых для анализа, задается экспертом - пользователем программы.

Ключевые слова: рабочая машина, оборудование, конкурентоспособность, технический уровень, риск, проектирование, качество, аналог, прототип.

Vorobjev A.A.¹, Spitsyn I.N.², Kravchenko N.V.³

¹PhD in Engineering, Associate Professor, ²senior lecturer, ²PhD in Engineering, senior lecturer, Siberian State Aerospace University

CLUSTER ANALYSIS OF NOBILITY OF A DESIGN SOLUTION

Abstract

The paper describes the methodology and presents the application for estimation of the technical level of the technological equipment developed. The main feature of KANP_DOO application is that for the quick assessment of technical and economic indicators of the equipment designed we use weight coefficients, and the required number of analogs of the equipment used for analysis is set by the expert user of the application.

Keywords: working machine, equipment, competitiveness, technical level, risk, design, quality, analog, prototype.

В процессе проектирования технологических машин, а также в ходе НИОКР инженеры сталкиваются с проблемой формирования и оценки новизны, качества и совершенства конструкции создаваемой рабочей машины в сравнении с прототипами и аналогами. Существующие методики рекомендуют реализовывать проблему решением подмножества задач [1], [2]. Чаще всего в методиках рассматриваются задачи функционально-стоимостного анализа, или описываются методы оптимизации конструкции рабочей машины, например, по критериям масс и (или) производительности.

Качественное описание конструктивных и технологических факторов, как движущих сил конкурентоспособности проекта, внешних и внутренних причинных связей, способствующих осуществлению технологической машиной рабочего процесса, в упомянутых методиках слабо отражает количественные соотношения в следственных связях, дающих однозначную приоритетную парадигму конкурирующего сопоставления. Используемые при анализе термины «сходство» и «различие» большей частью недостаточно полно обосновывают принимаемое решение, основанное на оценке численной характеристики сравнения.

Количественная оценка новизны, мер сходства и различия сравниваемых технологических машин выполняется преимущественно по методикам ГКНТ и отраслевых министерств [2].

В типажах металлорежущих и деревообрабатывающих станков, издаваемых в середине и конце 20 века, число новых конструкций практически удваивалось через десятилетие, но для сохранения индустрии станкостроения страны такие темпы обновления оказались недостаточными. Поэтому периодический системный анализ конструкций проектируемых и эксплуатируемых рабочих машин требует разработки и внедрения новых современных технологий и методик.

Суть описываемых в статье технологии оценки и методики аналитического расчета конкурентоспособности проектируемых рабочих машин заключается в том, что для отобранных на первом этапе технических показателей, описывающих конструктивные и технологические свойства конструкции, выполняется оценка их значимости – определяются весовые коэффициенты. Анализ значений весовых коэффициентов позволяет оперативно отразить преимущество и новизну проектируемого оборудования в сравнении с аналогами и прототипом.

Перед началом анализа определяется оценка индекса конкурентоспособности сравниваемых машин K_i по формуле

где p_mx - технические параметры (вероятность безотказной работы, p; ресурс точности, p_m; ремонтосложность, R_общ и др.);

p_сист- системные параметры (виброскорость, V_v; радиальное биение, r_б; шероховатость, Rm_max; стоимость, Ц_об; производительность, П и др.);

p_фп– технологические параметры (частота вращения, n; скорость резания, V_z; скорость подачи, V_s и др.);

p_з- площадь цеха, заполненного оборудованием.

По методике берутся единичные параметры K_i базового и проектируемого оборудования. Каждый единичный параметр K_i  при расчете должен быть по величине больше, либо равен 1. Большее числовое значение параметра подставляется в числитель дроби.

Представим формулу (1) в развернутом виде, в которой верхние индексы, обозначают «н» - параметр проектируемого оборудования, «б» - параметр базового оборудования.

  (2)

Далее по формулам (3) и (4) выполняется оценка рисков соответственно изготовителя и заказчика оборудования

    (3) - (4)

где P_t - количество патентов в проекте;

K_nh - количество используемых в проекте «now how».

Далее сравниваем расчетные значения с нормативным  r_i=0,2.

Если полученные значения рисков меньше нормативного, то это означает, что риск постановки на производство проектируемого оборудования минимален.

Из всего множества анализируемых конструкций и соответствующих расчетных показателей индекса конкурентоспособности, характеризующих единичный объект анализа, лучшим считается тот, который имеет большее значение индекса K_i.

На основе результатов НИОКР в области металлорежущих станков [3] был создан программный продукт «KANP_DOO» позволяющий осуществлять компьютерный анализ новизны проектных решений технологического оборудования [4].

Особенностями программы KANP_DOO» является то, что для оперативной оценки технико-экономических показателей проектируемого оборудования используются весовые коэффициенты, а необходимое количество аналогов оборудования, используемых для анализа, задается экспертом - пользователем программы.

Исходные данные для анализа, представляющие собой основные технико-экономические показатели разрабатываемой машины и их значения для выявленных моделей машин - аналогов заносят в столбцы с 1 по 10 формы 1 программы «KANP_DOO». Технически возможно задать любое количество дескрипторов и аналогов, но для достоверности анализа рекомендуется использовать не менее 10 показателей. В столбец «гносеологическая модель» вносятся значения технико-экономических показателей (дескрипторов) лучших мировых аналогов (рисунок 1).

Рис. 1 – Форма 1 программы «KANP_DOO»

Далее выполняется сравнение технико-экономических показателей моделей оборудования с использованием весовых коэффициентов b_i и заполняется форма 2 программы «KANP_DOO».

Заполнение формы 2 производится построчно, путем попарных сравнений анализируемых показателей (рисунок 2). Если одному из показателей отдается предпочтение, то на соответствующем пересечении строки и столбца ему присваивается значение b_i=2, а парному показателю программа автоматически выставляет значение b_i=0. Если при оценке показателей эксперт определяет их как равнозначные, то соответственно программой выставляется этим показателям значение b_i=1.

Рис. 2 – Форма 2 программы «KANP_DOO»

  Суммарный по строке весовой коэффициент w_i дескриптора определяется по формуле где  – сумма по строкам весовых коэффициентов по оценке эксперта; n – количество технико-экономических показателей. Также программой рассчитываются следующие показатели: коэффициент уровня u, который определяется по формуле где r - новая разработка; g - гносеологическая модель. Совокупный показатель уровня C_u , определяется по формуле Усредненный показатель уровня P, определяется по формуле

Рекомендация разработчику проектируемого оборудования по каждому анализируемого показателю (дескриптору) определяется на основе соотношения значений показателя гносеологической модели к аналогичному значению проектируемой машины из формы 1 и сравнения полученного значения с единицей. При значении показателя меньше 1 необходимо его повышение, при значении большем 1 – снижение.

Результаты расчетов приведены в следующей форме 3 программы.

Рис. 3 – Форма 3 программы «KANP_DOO»

 

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

1. Разработана прикладная программа «KANP_DOO» для компьютерного анализа новизны проектных решений, реализованных в рабочей машине, позволяющая ускорить разработку и постановку на производство конкурентоспособных конструкций.
2. Предлагаемая методика анализа конкурентоспособности технологического оборудования позволяет существенно сократить временные затраты в сравнении с существующими методиками.
3. Методика, реализованная в программе «KANP_DOO» позволяет прогнозировать класс точности, надежность и производительность проектируемого оборудования.
4. Значимость представленной методики моделирования и анализа техническо­го уровня оборудования заключается в достоверности принятого решения. Использование методики снижает риск постановки на производство оборудования низкого техни­ческого уровня.
5. Прикладная программа «KANP_DOO» может быть использована при проведении НИОКР для различных объектов техники.

Список литературы / References

1. Кац, Г.Б. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин [Текст] / Г.Б. Кац, А.П. Ковалев.-М.: Машиностроение,1981. - 214 с.
2. Балясников, В.А. Исследование технического уровня разработок и промышленной продукции с помощью ЭВМ // Автоматика и телемеханика, №3, 1984.
3. Спицын, И.Н., Воробьев, А.А., Егоров, Ю.В., Филиппов, Ю.А. Аналитический расчет конкурентоспособности ленточнопильных станков [Текст] // Актуальные проблемы лесного комплекса. Сборник научных трудов по итогам Международной научно-практической конференции. – Брянск: БГИТА, 2009, Выпуск 24. – с. 151-155.
4. Воробьев, А.А., Спицын, И.Н., Филиппов, Ю.А. «KANP_DOO» Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2013612382 Российская Федерация. ФГБОУ ВПО «СибГТУ». Заявка № 2013610101 от 09.01.2013; зарег. 26.02.2013.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Kac, G.B. Tehniko-jekonomicheskij analiz i optimizacija konstrukcij mashin [Tekst][ Techno-economic analysis and optimization of machine designs] / G.B. Kac, A.P. Kovalev.-M.: Mashinostroenie,1981. - 214 s. [in Russian]
2. Baljasnikov, V.A. Issledovanie tehnicheskogo urovnja razrabotok i promyshlennoj produkcii s pomoshh'ju JeVM [The analysis of the technical level of development and industrial products with the help of computers ]// Avtomatika i telemehanika [Automation and remote control], №3, 1984. [in Russian]
3. Spicyn, I.N., Vorob'ev, A.A., Egorov, Ju.V., Filippov, Ju.A. Analiticheskij raschet konkurentosposobnosti lentochnopil'nyh stankov [Tekst][ Analytical calculation of the competitiveness of band saw machines] // Aktual'nye problemy lesnogo kompleksa. Sbornik nauchnyh trudov po itogam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Actual problems of forestry complex. Collection of scientific papers in the International scientific-practical conference] – Brjansk: BGITA, 2009, Vypusk 24. – s. 151-155. [in Russian]
4. Vorob'ev, A.A., Spicyn, I.N., Filippov, Ju.A. «KANP_DOO» Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM. № 2013612382 Rossijskaja Federacija. FGBOU VPO «SibGTU». Zajavka № 2013610101 ot 09.01.2013; zareg. 26.02.2013.[ "KANP_DOO" Certificate of state registration of computer programs. No. 2013612382 Russian Federation. FGBOU VPO "Siberian state technological University". Application No. 2013610101 from 09.01.2013; higher. 26.02.2013.] [in Russian]