Geum.ru
Темы диссертаций по экономике » Организация производства

Разработка организационно-экономической системы повышения надежности технологических лазеров тема диссертации по экономике, полный текст автореферата



Автореферат



Ученая степень кандидат технических наук
Автор Мирзоев, Сафомудин Пахлаванович
Место защиты Москва
Год 1992
Шифр ВАК РФ 08.00.28

Автореферат диссертации по теме "Разработка организационно-экономической системы повышения надежности технологических лазеров"

Московский Ордена. Ленина, Ордена Октябрьской Ревотояии

и Ордена Трудового Красного Знамени осударственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана

На правах рукописи

МИРЗОЕВ САФОМУДИН ПАХЛА ВАН ОВИЧ

РАЗРАБОТКА ОРГАНИЗА ЦИОННО-ЭК ОН ОМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛАЗЕРОВ

08.00.28 - организация производства (промышленность) 05.03.07 - Оборудование и технология лазерной обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандитта технических наук

Москва 1992

Работа выпонена на кафедре "Экономика и организация машиностроительного производства Московского ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Государственного Технического Университета имени Н.Э. Баумана.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор ПОСТНИКОВ В.И.

Научный консультант - доктор технических наук,

додент СВАНИДЗЕ Э.Н.

Официальные оппоненты-д.Т.Н. ,1ГО0ф. ТрвТЬЯКОВ Э.

к.т.н.,доцент Соколов А.Р,

Ведущая организация - Государственное МОСКОЕСКС

машиностроительное предпр ятие имени Чернышева ^

Защита состоится ' 1992 г. В^У час

на заседании специализированного совбта К 053.15.16 в Московской Государственном Техническом Университете имени Н.Э. Баумана.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э. Баумана по адресу: 107005, г. Москва, 2-я Бауманская упида, дом. 5.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направить по адресу Московского Государственного Технического Университета,

Телефон для справок 2636514

Автореферат разослан ' * 1992 г.

Ученый секретарь

"ОсУуи ^ .'...г, "'-Л КИЬМС )

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЬОТЫ

Актуальность исследования. Ведущей проблемой экономического развития страны является повышение эффективности производства и превде всего создание и использование прогрессивных орудий труда. Как показывает опыт передовых в отношении индустриального развития стран, высокую эффективность в разработке и использовании орудий труда проявляет такое направление научно-технического прогресса как совершенствование лазерных технологий.

Лазерная технология относительно молодая ветвь научного и технического развития орудий труда. Вместе с тем на практике оказывается, что технологические лазерные системы (ТС) во многих отноше-. ниях уникальны и находятся вне конкуренции в таких, например, методах технологического воздействия, как формирование точных и высококачественных соединений в металоконструкциях, а также в других аспектах машиностроительной технологии.

Технологические лазерные системы в конструктивном отношении далеко не просты. Они содержат в себе принципиально новые физические принципы действия и поэтому предполагают особые подходы в отношении их использования и воспроизводства, т.е. поддержания их эксплуатационной надежности, осуществления комплекса мероприятий по ремонту ТДС и в необходимых случаях их модернизации. Исследование этих вопросов исключительно актуально, поскольку техника не тольк^ уникальна в конструктивном испонении и методах применения, но также и дорога экономически.

В предлагаемой диссертации автор проводит исследование вопросов надежности ТС и формирует определенную организационно-экономическую систему, обеспечивающую их надежность.

Цель и задачи исследования. В условиях формирующейся рыночной экономики с особой остротой перед производителями лазерных систем, а также перед пользователями этих систем встает проблема повышения их эффективности. Как уже сказано, целью данной диссертационной работы является исследование и разработка организационно-экономической системы повышения надежности технологических лазерных систем. Надёжность этих систем базируется на использовании метода технико-экономической оптимизации и в рамках поставленной основополагающей целевой функции применение метода разделяется на постановку, исследование и решение следующих задач:

- анализ состояния и перспектив развития лазерных систем;

- формирование и классификация технико-экономических показателей, характеризующих использование лазерных систем;

- выявление факторов и показателей, определяющих надежность технологических лазерных систем;

- разработка логико-технологической модели функционирования технологических лазерных систем, на основе которой создается организационно-экономическая структура повышения их надежности;

- создание методики выявления неустойчивых и "узких мест"

в процессе эксплуатации технологических лазерных систем и предложение экономически оптимальных конструкторско-техно-логических и организационно-экономических решений по их ликвидации;

- разработка оптимизационной системы программирования надежности технологических лазерных систем и определение границ её эффективности.

Объект исследования. Эксплуатационные характеристики технологических лазерных систем, разработка механизма повышения надежности ТС в ходе изучения влияния на надежность конструктивно-технологических параметров ТС, организационно-экономических работ и мероприятий.

Методы исследования.При формировании теоретической и методоло' гической основы создания в рамках данной диссертационной работы организационно-экономической системы повышения надежности технологических лазерных систем лежит программно-целевой, системный подход. Используется аппарат теории принятия решений, методы статистического анализа и теории вероятностей, методы экспертных оценок, методы математического моделирования и прогнозирования.

Методы исследования базируются на научном обобщении и анализе отечественного опыта в области экономики и организации управления качеством продукции, разработки и конструирования технологических лазерных систем.

Научная новизна. В диссертации разработана и обоснована в ряде принципиальных положений новая структура требований к организации программы обеспечения надежности технологических лазерных систем:

В первой главе - "Тенденция развития и резервы повышения надежей технологических лазерных систем" раскрывается состояние и переливы развития отечественной и мировой лазерной техники и техноло-I, дается технико-экономическая оценка, анализируются пути повыше-I надежности лазеров и оцениваются системы управления надежностью )го вида техники.

Технико-экономический анализ научно-технического процесса в об-:ти создания лазерных систем как в нашей стране, так и за рубежом утверждает, что лазерную промышленность характеризует устойчивость зтояния и перспективы прогрессивного роста. В первой главе работы {азано, что она стала крутой отраслью производства лазерных сие-л гражданского и военного применения.

Этот вывод свидетельствует о том, что наибольшая доля затрат сходится на разработку лазерной техники для военных целей, на на-^-исследовательские и опьггно-конструкторские работы по лазерной шике - соответственно 45,2% и 34,6^. Доля затрат, приходящихся лазерную технологию составляет всего 8,6%.

Если же проследить рост затрат на лазерную программу за последе 15-20 лет, видно, что затраты на лазерную технологию увеличились 4 раза, на военные цели - в 3, на энергетическую программу - в 7 раза, на НИОКР - на 1,6%.

В таблице I показана динамика реализации лазерной техники граж-нского применения на международном рынке. Ежегодные темпы роста ъема реализации лазерной техники в среднем составляют 16-20%, и к 00г. общий объем реализации достигнет 10-12 мрд.дол. Ежегодно развитых странах выпускается до 10 тысяч технологических лазерных тановок.

Таблица I

Объем реализации мн. .дол. по годам,

1986г. : Г98Эг. 1990г. прогноз на 1992г.

I : 2 : 3 4 5

шовые 216,0 264,0 315,3 490,0

том числе:

на углекислом газе 89,0 110,2 132,2 -

ионные 71,0 85,6 99,3 -

гелий-неоновые 38,0 43,8 50,8 -

Продожение таблицы I

I : 2 : 3 : : 4 : 5

г елий-кадми е вые 4,0 6,0 7,0 -

эксимерные 14,0 19,3 26,0 -

Твердотельные 82,0 84,6 112,8 138,0

Полупроводниковые 53,0 121,0 160,3 242,0

На красителях 23,0 31,2 44,3 65,0

Итого: 374,0 501,7 632,7 935,0

На основе изучения технического уровня и эксплуатационных xapai теристик технологических лазерных систем, которое находит свое отражение в первой главе диссертационной работы, следует вывод о том, Ч' для прогресса в машиностроительном производстве наиболее приемлемым] являются газовые лазеры. Можно отметить при этом, что они по сравнению с твердотельными обладают определенными преимуществами: работаю': в импульсном и в непрерывном режимах. В непрерывном режиме газовый лазер генерирует излучение, мощность которого значительно превосходит мощность излучения, твердотельных лазеров. КПД газовых лазеров д< ходит до 20Х, в то время как у твердотельного лазера он составляет 1-2л. Расходимость луча газовых лазеров 2-5 угловых минут, а твердотельных - 25-30.

Однако удовлетворение потребностей промышленности в технологичес ких лазерах происходит на фоне возрастания потребностей в лазерах с выходной мощностью более I кВт.

Как правило, в конструкциях газовых технологических лазерных ci тем фокусируются такие технико-экономические характеристики, как рас ход электроэнергии и воды, высокая стоимость изделия, увеличенные з траты на ремонт и техническое обслуживание в связи с усложнением кof струкции лазера, увеличение количества элементов, включенных в сист< му диагностики TJIC и измерительных приборов, обусловленных возрастанием их мощности.

В главе показано, что сложность и высокая стоимость технологических газовых лазеров обосновывает постановку и научное исследован! процессов их надежности. Это делает чрезвычайно актуальными вопросы совершенствования существующих систем управления надежностью TJIC и изыскания резервов и путей повышения надежности TJ.C,

В главе дан анализ современных методик оценки уровня надежное^ продукции, показано их несовершенство и непригодность их исполь-

шия для управления техническим уровнем изделий лазерной техни-лоставлена задача организации непрерывного прогнозирования, ти и управления уровнем надежности ТС, начиная с ранних ста-проектироаания, определены средства и конструкторско-техноло-зские приемы, с помощью которых можно заложить в ТС заданный зень надежности.

Во второй главе диссертации "Теоретические основы формирова-и классификация показателей эффективности и надежности техно-веских лазерных систем" выдвигается следующее исходное положе-. Автором установлено, что система показателей дожна включать ю основные группы: физико-технические, конструктивные и орга-щионно-экономические. Для отбора показателей в эти группы, их григрупповой классификации и определения при необходимости со-дщого интегрального критерия для комплексной оценки техничес-з решения ТС предложено использовать экспертные методы, в час-:ти, метод назначения весовых коэффициентов, позволяющий полу> метрические оценки и обладающий достаточно высокой точностью, ;тотой процедуры, минимальными затратами времени.

Для получения исчерпывающих данных о согласованности мнений 1ертов и степени различимости ими оцениваемых показателей пред-зна специальная методика математико-статистической обработки 1ертной информации, использующая более совершенные статистичес-критерии - коэффициент различимости V/ , аналогичный критерию стандартный критерий для оценки резко выделяющихся изме-1Й О. , критерий Т для исключения резко выделяющихся мнений.

Агоритм проведения экспертизы по выбору показателей, влия-с на уровень надежности ТС, приведен на рис. I.

Показатели, влияющие на надежность ТС и подвергнутые эксперт-г анализу по предложенной методике, подразделяются на частные, зрые характеризуют какое-нибудь одно свойство надежности лазер-системы, и обобщенные, учитывающие одновременно несколько 5ств надежности.

Из частных показателей, характеризующих работоспособность ТС, 1ссертации проанализированы: свойство безотказности ТС, свойство знтопригодности, свойство договечности.

Установлено, что беэог'казность может быть оценена рядом характе-гик: вероятности) безотказной работы рШ или вероятностью отказа средним временем наработки до отказа Т, интенсивностью

1 Формирование и классификация т.-э. показателей УС }

отказов Av, I/, частотой отказов ЛИ', средней частотой отказов

наработкой на отказ t с р . Для каждой из названных характеристик приведены математические лиОо графические зависимости, по: волящие их количественно определять для конкретной ТС, и показ)

л их достоинства и недостатки, что делает возможным лигаь совокупное пользование их для характеристики надежности работы узлов и элемен-зв лазерных систем.

Свойство ремонтопригодности оценивается характеристиками: веро-гностью восстановления а(-) или вероятностью невосстановления \ (б)в течение определенного времени ; средним временем восста-. эвления , интенсивностью восстановлениячастотой ^)или ютностью вероятности восстановления. Перечисленные характеристики акже только в совокупности могут характеризовать ремонтопригодность зтемы.

Договечность лазерной системы характеризуют средний или гамма-эоцентный ресурс до среднего (капитального) ремонта 7р.н. , средний пи гамма-процентный ресурс до списания 7}з.с., средний срок службы до шсания.

В диссертации приведены формулы и уравнения, позволяющие вычинить значения каждого вида ресурса.

В качестве обобщенных показателей, характеризующих свойства без-гказности и ремонтопригодности, предложены комплексные показатели вдежности: коэффициент готовности Кг или коэффициент простоя и оэффициент расхода оборудования .

к - сР а)__(1)

це '.ср ( ) - среднее время между отказами системы;

- среднее время восстановления;

1С ' /7с (й*) * Пи1(АЬ) (2)

" ЛЬ -

де ПиI - число единиц оборудования -того типа, иззятопо

за период л-Ь при проведении профилактических осмотров и ремонтов.

Данные показатели надежности достаточны для решения задач обес-ечения надежности ТС на этапе расчета и проектирования.

Для оценки показателей надежности лазерных систем рекомендова-ы следующие способы их определения:

- по результатам работы системы при эксплуатации;

- по результатам специальных испытаний системы на надежность;

- по результатам испытаний или расчета надежности лимитирующих леыентов системы.

Анализ достоинств и недостатков каждого из этих способов позволил определить сферы их применения и некоторые граничные условия их использования, в частности,методов однократной и двукратной выборки при проведении контрольных испытаний, метода доверительных интервалов.

В третьей главе диссертации "Теоретические основы построения организационно-экономической системы повышения надежности технологических лазерных систем" автором определяются контуры данной системы, которые базируются на результатах предыдущих научных исследований и разработок.. В главе сформулированы теоретические и методологические принципы построения системы надежности ТС.

Являясь функциональной, такая система дожна максимально удовлетворять как потребителей ТС, так и их изготовителей. Интересы первых аккумулируются в показателе суммарных затрат на приобретение и поддержание ТС в работоспособном состоянии, для вторых важнейшим является установление оптимальных уровней надежности элементов и узлов системы.

В связи с этим в работе произведена классификация элементов по их влиянию на ресурс ТС и предложены критерии для вы-

явления элементов и узлов, определяющих работоспособность ТС. Надежность лазерной техники оценивается комплексно по коэффициенту готовности, затратам труда и материальных ресурсов на устранение отказов и неисправностей. Критерием оценки служит экономический ущерб от простоя системы за опорное время.

Исследования динамики коэффициента готовности К г ТС показали, что она носит нелинейный характер - кривые 1,2,3 на рис.2 отражающие характер изменения К г в процессе эксплуатации, имеют вид неравнобочных гипербол.

Среднее значение коэффициента готовности, необходимое для оценки "надежности ТС за весь срок службы, выводится по каадой модели системы на каждом производстве из уравнения

где Т - максимальная наработка, С и .Л, - эмпирические коэффИ' циенгы.

сэр,Щл-"о

При экономической оценке уровня надежности ТС предлагается юмиыо коэффициента готовности определять коэффициент ремонтных >асходов К.р с

5с + Е5э+с5р (4)

де - стоимость ТС;

I $э - эксплуатационные расходы (без ремонтов);

$р - затраты на все виды ремонтов.

В работе приведены примеры практического использования выбран-[ых критериев.

Решение задачи наивыгоднейшего (оптимального) уровня надежно-:ти ТС предлагается в рамках оптимизационной системы, для чего вы-юдены необходимые уравнения, позволяющие рассчитывать изменения ксплуатационных затрат и экономического ущерба по причине отказов [ экономический эффект от повышения надежности ТС.

Мероприятия по повышению уровня надежности ТС, (группирование в три основные направления - технологические, конструкторские, организационно-экономические, оцениваются и оптимизируются по эко-юмическоцу эффекту от их проведения Э ^ .

Э| - 3? - з! _ (5)

где- эффект от проведения мероприятия;

3? - затраты, связанные с отказом I -того элемента до

и после проведения мероприятия.

В четвертой главе диссертации "Исследование организационно-экономической системы повышения надежности технологических лазерных систем" (на примере газовых лазеров) автор завершает представление сформированных им научных положений и разработок. Основная цель научных изысканий заключалась в том, чтобы обеспечить оптималь ный уровень надежности ТС, т.е. такой уровень, при котором обеспечивается максимальная эффективность от эксплуатации ПС в определенных организационных и производственных условиях при минимальных суммарных затратах на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Использовася матричный метод построения организационной струк туры. Для повышения быстродействия системы в её структуру введено дифференцирующее звено в виде матрицы упорядоченных мероприятий по повышению надежности, что существенно повысило эффективность процес са управления надежностью ТС. Входом эвена являются планируемые конструкторско-технологические мероприятия повышения надежности элементов и узлов, выходом - те же мероприятия, но упорядоченные по степени важности для надежности ТС, скорости реализации и имеющимся ресурсам. Формирование матрицы производится на основе эксперт ного анализа этих мероприятий. К экспертизе было привлечено 19 экспертов из 8 различных институтов и машиностроительных предприятий, занимающихся созданием и эксплуатацией технологических лазеров,,выявлено 24 значимых показателя, влияющих на надежность ТС.

Установление элементов и узлов, определяющих надежность ТС, проводилось на основе информации об их фактической наработке и расчете ущерба от отказа элемента системы, учитывающего затраты на восстановление системы, ущерба от неиспользованных мощностей (потерь от недополученной за время простоя системы продукции),ущерба, связанного с потерями от брака, затрат на заработную плату работников, устранявших отказ.

Оптимизация конструкгорско-технэлогических и организационно-экономических мероприятий по повышению надежности газовых ТС проводилась по критерию максимального экономического эффекта от прове-

чия мероприятия с использованием разработанной автором программы которая позволяет специалистам в диалоговом режиме не-:редственно осуществлять оптимизацию и определять границы эффективно использования надежности ТС. На рис. 3 приведены результаты пользования ОЭСПН на примере газовых ТС.

1. Технико-экономический анализ современного состояния и перс-стив развития лазерной техники и технологии подтверждает вывод о л, что эта отрасль машиностроения находится в состоянии устойчиво роста. Еяегодные темпы увеличения объемов реализации лазерной шики составляют Между тем, потребность промышленности в снологических лазерах с выходной мощностью I квт. растет и покры-зтся ежегодно лишь на 17-20$.

2. Недоиспользование значительных производственных возможное} технологических лазеров объясняется рядом факторов., Одним из цтцих выступает фактор недостаточности научных и производственно-пшадных исследований в сфере эксплуатации технологических лазе-з, в особенности оценка надежности лазеров в эксплуатации.

3. С увеличением выходной мощности ТС возрастает их стоимость, :тут затраты на электроэнергию и воду, повышаются расходы на тех-еское обслуживание лазеров, на их ремонт, в связи с чем обостря-я экономическая значимость проблемы надежности ТС.

4. Анализ используемых в практике в настоящее время систем упоения надежностью ТС выявил их существенную недоработку в мето-[еском отношении и как следствие этого - низкую эффективность.

) обстоятельство предопределяет необходимость комплексного програм-ь-целевого подхода к формированию организационно-экономической сис-ш повышения надежности ТС.

5. Исходным пунктом формирования оптимальной системы управления нежностью технологических лазеров является классификация факторов, 'орые определяют надежность ТС. Исследования в области промыгален-'о использования лазеров находят отражение в диссертации в том,

> классификация факторов, элементов и узлов лазерных систем, опре-;яющих их надежность, основывается главным образом на анализе их :тической наработки. При этом определяющим критерием реализации "имизационной модели управления надежностью ТС является сопостав-ие денежных затрат на восстановление отказа элемента ТС и вели-[ы экономического ущерба от недоиспользозаяия мощности ТС.

Критерий ранжирования элементов

УЦ(№ ВТ Ш1Л тле ЗАТИТЫ >1 8ЛЕИГЕ ШТШ>1 УШ.1Р6 ОТ СЗЗСТС2 шниы УШМ 1Г 1Г1ЛИ 1ШЗШ> мил

Зс Зйво., К Упр. Уор Уо.т.

34и Звов.^ Упр.* Увр.+Укг. " тах

Критерий выбора мероприятий

ЭШШ1И!СШ ЗФ<РШ Здшш 11 ПУН Зммм ааеЕ ПУй

зл3-3; Чтах

ш Наименование элемента Мермрмтм Ю ПУН

1 КТ01Ы ШЛИ ОПТИМИЗАЦИЯ УРОВНЕ

2 ВЬШРОШТЕАЬ Ш'ШЙШЕ РЕЖИМА ВРОФЙШТ. РШТ

3 ВШБОЙ ТРАНСФОРМАТОР АУШРШНИ УЗАА

4 МЕХ. ЧАСТЬ ВЗМЕРПТЕАЯ М01ДОСТ1 (.Установка апагност. аппаратуры

5 Элемент скстеыы гермешаш л.ашйроваш у зла

6 Зеркааа резонатора л.Исправление обычным способом

Определение эффективной границы ПУН

йа ' гш

наработка на отказ шнеитвв та с [*/0]

6. Структурное оформление системы оптимального управления надеж-гтью ТС обосновывается в диссертации в комплексе следующих направ-яий построения системы: технологическом, конструкторском, организа-онно-экономическом, при этом центральным является оргонизационно-ономическое направление создания системы. В рамках этого направле-и в диссертации ставится и решается задача установления экономичес-

обоснованного уровня надежности ТС. Эта задача входит в состав гимизационной модели надежности ТС и включает расчет величины эко-мического ущерба по причине отказов в работе технологических ззе-в в сопоставлении с величиной эксплуатационных затрат, которые не еспечнвают достаточную надежность ТС. Критерием оценки является пане величин названных экономических показателей.

7. В диссертации доказывается, что формируемые в ходе анализа зплуатационного цикла ТС экономические показатели эффективности

2 необходимо ранжировать в направлении от частных, единичных пока-гелей к обобщающим, интегральным. Это сокращает отсчет оптимальной таи при выборе варианта использования ТС.

8. Суммарный экономический эффект от внедрения предлагаемой в ссертации оптимизационной системы управления надежностью ТС сос-вил 80 тыс.рублей.

СПИСОК ОПУЬШОВАНШХ РЛЬОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. В.С.Акопов, С.П.Мирэоев, Э.Н.Сванидзе. Некоторые вопросы уп-вления уровнем надежности технических систем /Управление эффек-пностья производства с применением ЭВМ и АСУ; Тезисы докладов на есоюзной научно-технической конференции . <-'

2. Методика (основные положения) определения социально-экономи-ской эффективности использования в промышленности технологических зеров./ В.И.Постников, Э.Н.Сванидзе, С.П.ГЛирзоев и др.//Материалы ведомственного научно-технического совета ГКНТ и АН СССР.Секция ехнологическое оборудование и лазерные методы обработки материа-в.-М.,1987.-27с.

3. Сванидзе Э.Н., мирзоев С.П. Оперативное управление эффектив-стью и качеством технологических лазеров //Теория и практика обесценил эффективности оперативного управления производством объединяй и предприятий: Межвузовский научный сборник.-Уфа: УАИ, 1907.

4. Э.Н.Сванидзе, С.П.Мирэоев. Совершенствование системы yпpaвJ ния надежностью новой техники //Социально-экономические проблемы ш учно-технического прогресса в новых условиях хозяйствования: Теэись доклада на Всесоюзной научно-технической конференции.-Кутаиси, ГЭЭЗ

5. Справочно-информационная база расчетов по определению социе льно-экономической эффективности использования в промышленности тех нологических лазеров /Э.Н.Сванидзе, С.П.Ыирзоев, О.Я.Харлампович и др.//Материалы Межведомственного научно-технического совета ГННТ и АН СССР. Секция "Технологическое оборудование и лазерные методы обработки материалов".-М., 1987.-144с.

Сдано в набор 16,11.02 Подписано в пвчагыб, 11.92

Формат 6СЫ90 1/16 Бум. офс- 1 Печать офсета&я

Усл. печ.л. 1,0 Усл.кр.-огг. 1,12 Уч.-юд.л.1,04

Тер. 100 в кз. Зах. 5467

Прокэаоастдоиво-вздатепьскжй комбинат ВИНИТИ 140010, Люберщл 10, Московской обл.. Октябрьский проспект, 403

Похожие диссертации