Moskva, Moscow, Russian Federation
Moscow, Russian Federation
Bryansk, Bryansk, Russian Federation
Kaluga, Kaluga, Russian Federation
Information grounds for supporting decision-making on the optimal formation of automated systems for technological preparation of assembly production are in demand at the automotive cluster enterprises. The paper proposes to develop two databases in the process of forming the optimal set of control and verification equipment and the set of spare equipment and spare parts. This will allow accumulating information due to the feedback on the state of its subsystems in the process of operating automated systems for the technological preparation of assembly production. For this purpose, the paper proposes the database “A set of the system elements for providing mechanical assembly”, as well as the database “Statistical information for forming the stock of assembly equipment and spare parts in the system for ensuring mechanical assembly”. The work presents the information on the registration output, the structure and number of records of two developed databases, calculates the economic effect in the cost of technological preparation of production using the described databases.
databases, system of technological support of mechanical assembly, automotive cluster enterprises
Введение
В условиях предприятий автомобилестроительного кластера совокупность производственного оборудования, обеспечивающего процессы сборки, представляет собой разнородную сложную систему. Ранее данная совокупность и обеспечивающие ее работу автоматизированные системы управления не были рассмотрены как единая система подготовки сборочного производства на основе резьбовых соединений, поэтому разработка ее математического, информационного и алгоритмического обеспечения является важной и актуальной задачей для развития сборочного производства.
Вопросы формирования состава оборудования, автоматизации механосборочных цехов и автоматизированных систем управления технологическими процессами были рассмотрены, в частности, в работах Соломенцева Ю.М. [1 – 3], Долгова В.А. [4], Фролова Е.Б. [5, 6], Тимирязева В.А., Схиртладзе А.Г. [7], Дацко А.Г. [8]. Особенности разработки сборочных технологических процессов, расчета параметров сборочного оборудования и затяжки резьбовых соединений рассматривались в работах ученых Аббясова В.М. [9, 10], Бухтеевой И.В., Елхова П.Е. [10], Ламина И.И. [11]. Работы иностранных авторов Zhang X., Zeng J. [12], Basten R.J.I., Van der Heijden M.C., Schutten J.M.J. [13], Chen N., Ou L., Bai F. [14], Tan L., Sun C., Pang M., Xiang K., Tang B. [15] посвящены оборудованию сборки изделий на основе резьбовых соединений, работы Geda, M.W., Kwong, C.K., Jiang, H. [16] – автоматизированным системам технологической подготовки производства, исследования Tesfay Y.Y. [17], Xu W., Cheng Q., Yang C. [18] – автоматизации сборочных производств.
Изучение отечественных и зарубежных публикаций по автомобилестроительному кластеру показало, что на сегодняшний день востребованы формализация и разработка соответствующих алгоритмов для автоматизированных систем технологической подготовки производства сборки. Кроме того, информационное обеспечение автоматизированных систем технологической подготовки производства сборки позволит обеспечить оптимальную совокупность оборудования, применяемого на крупных предприятиях конвейерной отверточной сборки.
Предметная область исследования
Поддержка принятия решений по оптимальному формированию автоматизированных систем технологической подготовки производства сборки должна быть обеспечена информацией о конкретных элементах совокупности сборочного оборудования. Информационное сопровождение процесса принятия решений позволит повысить эффективность сборочного производства. Технолог получает четкое представление о том, какое оборудование используется для сборки изделия, что в целом упрощает его работу и позволяет оптимизировать процесс выбора конкретных сборочных инструментов, стендов и датчиков для проверок момента затяжки сборочных инструментов.
В качестве оснований информационной системы технологического обеспечения механической сборки автоматизированных систем технологической подготовки производства сборки могут выступать классификаторы, позволяющие группировать оборудование по следующим параметрам: степень автоматизации процесса затяжки, конструкция сборочного инструмента, возможность и удобство калибровки сборочного инструмента.
Ранее в работах авторов [19 – 21] была выполнена реализация разработанных моделей, классификаторов, баз данных и алгоритмов управления подсистемами автоматизированных систем технологической подготовки производства сборки. Также в работе [22] авторы описали информационное обеспечение поддержки принятия решений, формирующих систему обеспечения механической сборки на предприятиях автомобилестроительного кластера.
В процессе формирования информационного сопровождения системы технологического обеспечения механической сборки возникла необходимость разработать базу данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки», а также базу данных «Статистическая информация для формирования запаса сборочного оборудования и запчастей в системе обеспечения механической сборки». Это позволит учесть особенности цифровой трансформации предприятий автомобилестроительного кластера, в том числе тот факт, что в процессе функционирования автоматизированных систем технологической подготовки производства сборки происходит накопление баз данных информацией за счет обратной связи о состоянии подсистем ее составляющих.
Материалы, модели, эксперименты и методы
База данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки». Структура базы данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки» обусловлена наличием необходимой и достаточной информации для принятия управленческих решений по формированию оптимальной совокупности оборудования контроля и поверки и совокупности запасных сборочных инструментов и запасных частей.
База данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки» имеет регистрационный номер №2021623100 от 21.12.2021 (рис. 1).
Среда разработки базы данных: Microsoft Excel. Объем базы данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки» – 13 884 записей (рис. 2). База данных содержит следующую информацию в столбцах с первого по восьмой: местоположение элемента совокупности сборочного оборудования; серийный номер элемента совокупности сборочного оборудования; артикул элемента совокупности сборочного оборудования; выполняемые элементом совокупности сборочного оборудования операции технологического процесса; числовое значение момента затяжки элемента совокупности сборочного оборудования измеряемое в ньютон-метр; дата поступления элемента совокупности сборочного оборудования на рабочий пост в цехе; индекс воспроизводимости процесса Cp элемента совокупности сборочного оборудования; индекс воспроизводимости процесса Cpk элемента совокупности сборочного оборудования.
Рис. 1. Свидетельство о регистрации базы данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки»
Fig. 1. Certificate of registration of the database «Set of elements of the mechanical assembly support system»
Рис. 2. Структура базы данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки»
Fig. 2. The structure of the database «The set of elements of the mechanical assembly support system»
Назначение базы данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки» – накопление информации об элементах совокупности сборочного оборудования, например, об измерении моментов затяжки. Также информация базы данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки» может применяется при формировании оптимальной совокупности запасных сборочных инструментов, т.к. совокупность запасных сборочных инструментов призвана подготовить замену неисправного оборудования в установленные сроки.
Развитием базы данных «Совокупность элементов системы обеспечения механической сборки» может быть ее расширение полями «Степень износа k-ого сборочного инструмента» и «технологические приспособления, используемые с k-м сборочным инструментом».
База данных «Статистическая информация для формирования запаса сборочного оборудования и запчастей в системе обеспечения механической сборки». Структура базы данных «Статистическая информация для формирования запаса сборочного оборудования и запчастей в системе обеспечения механической сборки» представляет сведения об отказах конкретных элементов совокупности сборочного оборудования и совокупности оборудования контроля и поверки. Сведения, приведенные в представленной базе данных, могут быть использованы для последующего принятия решений в автоматизированной системе технологической подготовки производства сборки в части выбора необходимого и достаточного запаса сборочного оборудования и запчастей. База данных «Статистическая информация для формирования запаса сборочного оборудования и запчастей в системе обеспечения механической сборки» имеет регистрационный номер №2021623159 от 23.12.2021 (рис. 3).
Рис. 3. Регистрация базы данных «Статистическая информация для формирования запаса сборочного оборудования и запчастей в системе обеспечения механической сборки» в Федеральной службе по интеллектуальной собственности
Fig. 3. Registration of the database «Statistical information for the formation of a stock of assembly equipment and spare parts in the mechanical assembly support system» in the Federal Service for Intellectual Property
Среда разработки базы данных – Microsoft Excel. Объем базы данных «Статистическая информация для формирования запаса сборочного оборудования и запчастей в системе обеспечения механической сборки» – 1328 записей (рис. 4).
Рис. 4. Структура базы данных «Статистическая информация для формирования запаса сборочного оборудования и запчастей в системе обеспечения механической сборки»
Fig. 4. The structure of the database «Statistical information for the formation of a stock of assembly equipment and spare parts in the mechanical assembly support system»
База данных содержит следующую информацию (столбцы с 1-го по 8-й): о дате выдачи в производство элемента совокупности сборочного оборудования; о дате поломки сборочного элемента совокупности сборочного оборудования; внутренний номер сборочного инструмента в организационно-технологической системе обеспечения механической сборки; серийный номер элемента совокупности сборочного оборудования присваиваемый производителем; модель элемента совокупности сборочного оборудования; срок работы элемента совокупности сборочного оборудования; вид исправности элемента совокупности сборочного оборудования и замененные при его ремонте детали; числовое значение момента затяжки, на который настроен элемент совокупности сборочного оборудования измеряемое в Ньютон-метр.
База данных «Статистическая информация для формирования запаса сборочного оборудования и запчастей в системе обеспечения механической сборки» накапливает сведения об отказах конкретных позиций сборочного оборудования, а также об отказах оборудования контроля и поверки. Информация, представленная в базе данных, касается сроков работы оборудования, а также датах выхода из строя. Указанные сведения могут быть применимы для расчета численности запасных инструментов, приборов и приспособлений для последующего изучения статистики отказов и расчета оптимального количества запасных позиций потребного оборудования. Сведения о характере неисправности конкретной позиции сборочного оборудования или оборудования контроля и поверки, а также сведения об использованных при его ремонте деталях также может быть применена для конкретизации потребных запасных частей к оборудованию.
Результаты и их обсуждение
Рассмотренные базы данных могут быть использованы в работе предприятий автомобилестроительного кластера. На примере предприятия ООО «СМРК Аутомотив Текнолоджи Ру» были проведены экспериментальные исследования и рассчитана экономия затрат от применения разработанных баз данных. В качестве области расчетов была выбрана сфера технологической подготовки производства, в том числе на выполнение операций калибровки оборудования, на закупку оборудования и запчастей.
Рассмотрим экономию затрат на технологическую подготовку производства, при этом учтем размер часовой ставки занятого инженера-технолога. Примем, что средняя оплата в час работника составит 
= 500 руб/час (с социальными отчислениями). Экономический эффект, определяемый с учетом затрат на технологическую подготовку производства может быть определен следубщим образом (1):
, (1)
где 
– формируемая экономия затрат на технологическую подготовку производства, получаемая с учетом обеих представленных баз данных; 
– экономия затрат с учетом временного фактора.
Экономия затрат на технологическую подготовку производства в относительном выражении представлена в выражении (2):
(2)
где 
– экономия затрат на технологическую подготовку производства с учетом использования баз данных, %;
– общая трудоемкость без учета возможности испольхования представленных обеих баз данных, ч.
Расчет производился для 3350 единиц совокупности сборочного оборудования на примере предприятия ООО «СМРК Аутомотив Текнолоджи Ру». Общая трудоемкость технологической подготовки производства без применения разработанных баз данных составила 
= 960 ч. Таким образом, расчет экономии затрат на технологическую подготовку производства с применением каждой из разработанных баз данных составит:
40 ч,
(40/960)·100 % = 4,17 %,
40·500 = 20 000 руб.,
(24/960)·100 % = 2,5 %,
·500 = 12 000 руб.
Таким образом, экономический эффект при затратах на технологическую подготовку производства с применением двух описанных выше баз данных составит 32 000 руб.
Заключение
Таким образом, использование представленных баз данных позволяет обеспечить снижение трудоемкости технологической подготовки производства и обеспечивает оптимизацию работы оператора по периодической калибровке оборудования. Важно, что применение указанных баз данных востребовано в условиях работы предприятий автомобилестроительного кластера. Внедрение описанных баз данных способствует значительной экономии финансовых затрат на закупку оборудования и запчастей при формировании организационно-технологической системы обеспечения механической сборки.
1. Solometsev Yu.M., Frolov E.B. “Digital Twin” of Manufacturing System – Promising Tool to Increase Machine Park Effectiveness of Engineering Enterprise. Machine Park. 2018;8:36.-39.
2. Solomentsev Yu.M., Zagidullin R.R., Frolov E.B. Planning in Modern Systems of Production Control. Engineering Technique. 2010;4:76-81.
3. Solomentsev Yu.M., Frolov E.B. Modern Methods to Increase Effectiveness of Engineering Enterprises. Engineering Technique. 2015;8:54-58.
4. Dolgov V.A., Kabanov A.A. Basic Approaches to Formation of Information Model of Industrial-Processing System of Engineering Enterprise. Automation. Modern Technologies. 2018;4:178-184.
5. Frolov E.B., Kryukov V.V., Timofeev D.M., Kryukov A.V. How to Achieve Production “Transparency” or ISO Standards and Industrial Soft at Enterprise. Director General. 2010;11:22-27.
6. Frolov E.B., Zalygin A.R., Nesterov A.V. Executive Manufacturing Systems – Tool for Efficient Management of Engineering Enterprise. Director General. 2013;2:76-79.
7. Timiryazev V.A., Skhirtladze A.G., Datsko A.G. Controlling the Accuracy of Contouring Grooves in the Manufacture of Parts in the Repair Industry. Steel inTranslation. 2023;53:257-26.
8. Datsko A.G., Timiryazev V.A., Khostikoev M.Z., Danilov I.K. Controlling the Accuracy in Contour Milling. Russian Engineering Research. 2021;41(3):262-265.
9. Abbyasov VM, Samoilova AS, Makarov SV, Baikin DS, Chunina AA. Rear Axel Assembly Process Structure Formation Using Universal Assembly Conveyor. In: AIP Conference Proceedings of the International Scientific and Practical Symposium on Materials Science and Technology (MST2021): 2022. p. 209.
10. Bukhteeva I.V., Abbyasov V.M., Elkhov P.E. Directed Selection of a Configuration of Flexible Auto-mated Assembly Line for Assembling of Gearbox Shafts. Izvestiya MGTU “MAMI”. 2013;2-1(15):134-140.
11. Lamin I.I. Integrated Design Method of Technological Processes of Assembly in Auto Structure. Assembly in Mechanical Engineering, Instrument Making. 2014;2:32-36.
12. Zhang X, Zeng J. Joint Optimization of Condition-Based Repair-by-Replacement and Spare Parts Provisioning Policy With Random Maintenance Time and Lead Time. In: Qi E, Shen J, Dou R, editors. Proceedings of the 22nd International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management; Atlantis Press, Paris: 2015.
13. Basten RJI, Van der Heijden MC, Schutten JMJ, et al. An Approximate Approach for the Joint Problem of Level of Repair Analysis and Spare Parts Stocking. Annals of Operations Research. 2015;224:121-145.
14. Chen N, Ou L, Bai F. Research on Calculating Method of Repairable Spare Parts and Non-Repairable Spare Parts. In: Duan B, Umeda K, Hwang W, editors. Proceedings of the 7th Asia International Symposium on Mechatronics. Lecture Notes in Electrical Engineering; Springer, Singapore: 2020, vol. 588.
15. Tan L, Sun C, Pang M, Xiang K, Tang B. Design of Screw Fastening Tool Based on SEA. In: Yu H, Liu J, Liu L., Ju Z, Liu Y, Zhou D, editors. Intelligent Robotics and Applications. ICIRA 2019. Lecture Notes in Computer Science. Springer, Cham: 2019, vol. 11740.
16. Geda M.W., Kwong C.K., Jiang H. Fastening Method Selection With Simultaneous Consideration of Product Assembly and Disassembly From a Remanufacturing Perspective. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019;101:1481-1493.
17. Tesfay YY. Process Capability Analysis. In: Developing Structured Procedural and Methodological Engineering Designs. Springer, Cham; 2021.
18. Xu W, Cheng Q, Yang C, et al. Dynamic Analysis and Looseness Evaluation of Bolted Connection Under Vibration of Machine Tools. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021.
19. Averchenkova E.E., Shabanov A.A. Modelling of Control Systems for Organizational and Technological Support of Mechanical Assembly at Automotive Cluster Enterprises. Automation and Modelling in Design and Management. 2021;3-4:58-67.
20. Averchenkova E.E., Shabanov A.A., Averchenkov V.I. Model and Algorithm for Controlling the Assembly Equipment of Mechanical Assembly Supply System. Automation and Modelling in Design and Management. 2022;1:43-55.
21. Averchenkova E.E., Shabanov A.A. The Methodology for Creating the Optimal Set of Spare Equipment in the Organizational and Technological System for Providing Mechanical Assembly at the Enterprises of the Motor-Car Construction Cluster. Proceedings of the Southwest State University. 2021;25(4):201-219.
22. Shabanov AA, Averchenkova EE. Control System of Assembly Production Organizational and Technological System of Automotive Cluster Factories. In: Proceedings of the 5th International Scientific Conference on Information, Control, and Communication Technologies ICCT-2021; 2021, Oct 4-7; Astrakhan. Journal of Physics Conference Series: 2021, vol. 2091 p. 012057.
