Основы инженерного творчества(Суздальцев А.И

пустимых технических решений. Если же вершины несовместимы или хотя бы одна из них не удовлетворяет требованиям технического задания, то соответствующее техническое решение заносится в список недопустимых.

Этот шаг повторяется до тех пор, пока не будет произведѐн полный перебор всех возможных вариантов или (если общее число вариантов слишком велико) пока в списке допустимых решений окажется достаточное число (один-два десятка) технических решений.

На втором шаге для каждого из допустимых решений по показателям И-вершин вычисляется показатель корня дерева. Это и будет количественный критерий качества соответствующего технического решения. Решение, соответствующее максимуму (или минимуму) этого критерия, и будет оптимальным.

Построение и последующий анализ И-ИЛИ-дерева технических решений позволяют не только компактно и наглядно представить множество возможных технических решений, но и выбрать из них решения, удовлетворяющие техническому заданию, а среди них – оптимальное по тому или иному выбранному критерию.

Таким образом, неформальной процедурой в этом методе является только присвоение И-вершинам нижнего уровня количественных показателей эффективности в каких-то безразмерных условных единицах. Все остальные процедуры здесь формализованы и могут выполняться с помощью ЭВМ. В этом случае не составит труда провести сопоставительный анализ даже десятков тысяч вариантов.

2.5. Функционально-стоимостный анализ

2.5.1. Всесторонняя экономия ресурсов

Начиная с конца 60-х годов ХХ столетия в инженерной практике технически развитых стран стал быстро распространяться новый подход к снижению стоимости (затрат) и повышению качества продукции. Этот подход назвали функционально-стоимостным анализом (ФСА). Многочисленная статистика разных стран показывает, что ФСА позволяет на одну денежную единицу затрат получить до 20 единиц экономии.

Основная суть ФСА заключается в следующем [14]:

70

-применение системного подхода при выявлении по возможности всех излишних затрат (трудоемкость, расход материалов и энергии и т. д.) в существующих или проектируемых изделиях;

-систематическое применение методов инженерного творчества при поиске новых ТР с пониженными затратами;

-четкая организация работ, исходящая от руководства предприятием и направленная на проведение ФСА и реализацию его предложений.

При проведении ФСА выполняют следующую работу:

-выявляют и определяют функции (назначение) элементов изде-

лия;

-оценивают стоимость выполнения каждой функции (в виде расхода материала, энергии, денежных затрат и т. д.);

-выделяют «лишние» (ненужные) функции и функции с чрезмерными затратами на реализацию;

-исключают элементы с ненужными функциями и выбирают наиболее рациональные ТР элементов с чрезмерными затратами;

-реализуют на практике результаты ФСА.

Решение задач, связанных со снижением себестоимости, предполагает возможность применения двух подходов: предметного и функционального. Традиционным, применяемым в течение многих десятилетий, является предметный подход. Специалист, занимающийся проблемой снижения себестоимости изделия, формулирует задачу примерно следующим образом: как снизить затраты на данное изделие?..

При функциональном подходе специалист, наоборот, полностью абстрагируется от реальной конструкции анализируемой системы и сосредоточивает внимание на ее функциях. При этом изменяется и направление поиска путей снижения себестоимости продукции. Четко определив функции анализируемого объекта, их количественные характеристики, специалист по-другому формулирует задачу: необходимы ли эти функции? Если да, то необходимы ли предусмотренные количественные характеристики? Каким наиболее экономичным путем можно достичь выполнения функций?..

Важность и целесообразность функционального подхода обусловливается тем, что потребителя в конечном итоге интересуют не предметы и вещи как таковые, а те действия, которые он может производить с их помощью, т. е. их функции. Например, его интересует не электродвигатель, холодильник, трансформатор, лампочка и т. д., а

71

соответствующие выполняемые ими функции: вращение вала, сохранение продуктов, изменение напряжения, излучение света и т. д. Область применения ФСА весьма широка, поскольку этот подход имеет смысл использовать в любой сфере человеческой деятельности, в которой требуется снизить какие-либо затраты. ФСА является очень сильным средством интенсификации экономики. Учитывая опыт успешного применения ФСА, его в первую очередь рекомендуется использовать при решении следующих задач:

-проектирование новых изделий и технологий;

-модернизация освоенных в производстве изделий;

-реконструкция предприятий;

-снижение затрат основного и вспомогательного производства;

-снижение затрат сырья, материалов, топлива и энергии;

-снижение трудоемкости и экономия людских ресурсов.

В нашей стране наибольший опыт по освоению и использованию ФСА имело Министерство электротехнической промышленности

СССР, которое начиная с 1977 г. определило следующие организационные основы этой системы:

создание специальных органов и подразделений, способных реализовать резервы снижения затрат с помощью ФСА;

разработка методических и руководящих материалов по организации и проведению ФСА;

обучение основам метода ФСА и его пропаганда среди возможно большего числа специалистов отрасли;

непосредственное проведение ФСА конкретных изделий, освоенных как в производстве, так и на стадии их проектирования;

внедрение рекомендаций ФСА для получения реального экономического эффекта.

Все эти мероприятия взаимосвязаны между собой. В настоящей главе в основном обобщен и развит опыт указанного министерства [9,14] в направлении усиления ФСА с помощью широкого использования методов инженерного творчества.

2.5.2. Порядок проведения ФСА

Один из основополагающих принципов ФСА – определенная последовательность его проведения, задаваемая рабочим планом ФСА.

72

Рабочий план ФСА включает четыре взаимосвязанных этапа, каждый из которых состоит из нескольких отдельных работ. Последовательность, заданная рабочим планом, должна носить обязательный характер, т. е. нельзя приступать к очередному этапу, не выполнив полного объема работы предыдущего этапа.

Рабочий план проведения ФСА включает следующие этапы и виды работ:

а) Подготовительный этап

1.Выбор ТО и определение целей ФСА.

2.Подбор и утверждение состава исследовательской группы.

3.Обучение специалистов группы основам ФСА.

4.Составление, согласование и утверждение технического задания (ТЗ) на проведение ФСА.

в) Информационно-аналитический этап

1.Сбор и изучение информации по проектно-конструкторским решениям ТО, интересующим затратам, условиям работы и недостаткам ТО.

2.Построение конструктивной функциональной структуры ТО.

3.Определение списка основных показателей и требований к ТО, критериев развития ТО.

4.Анализ и классификация функций элементов ТО.

5.Определение и сравнение стоимостей функций.

6.Выявление функциональных зон наибольшего сосредоточения затрат в ТО.

7.Постановка задач поиска более рациональных и оптимальных конструкторско-технологических решений.

с) Поисково-исследовательский этап

1.Поиск улучшенных ТР.

2.Математическое моделирование улучшенных ТР.

3.Поиск оптимальных параметров улучшенных ТР.

4.Экспериментальное испытание новых ТР.

5.Выбор наилучших вариантов ТР.

6.Оформление результатов в виде технического предложения или (и) эскизного проекта, их согласование с заинтересованными подразделениями и утверждение.

д) Разработка и внедрение результатов ФСА

1.Составление и оформление проектно-технологической документации и рекомендаций по реализации результатов ФСА с уточнением расчетов эффективности.

73

2.Согласование предложений по п.д.1 с заинтересованными подразделениями, службами и их утверждение.

3.Организация работы по реализации предложений.

4.Материальное и моральное поощрение участников разработки

ивнедрения рекомендаций по ФСА. Оформление отчета о выполненной работе с предложениями по улучшению проведения ФСА.

Работа на первом, подготовительном этапе имеет две стадии. Сначала по п.п. а.1, а .2 готовится приказ, в котором, во-первых, указывается, какое изделие или какой технологический процесс требуется проработать с позиции ФСА и какие затраты понизить в первую очередь. Во-вторых, определяется состав временной группы специалистов, сроки проведения исследований и подразделения, обеспечивающие работу временной группы ФСА.

Во временную группу ФСА входят один или несколько человек из постоянной группы (отдела) ФСА, а также прикомандировываются разные специалисты (технолог, методолог, энергетик, снабженец, экономист, эколог и т. д.), компетенция которых необходима при решении поставленных задач ФСА. Если на предприятии нет подразделения ФСА, то во временную группу необходимо включить хотя бы одного специалиста (желательно руководителя временной группы), владеющего подходом ФСА, и методолога-специалиста, владеющего методами инженерного творчества.

На второй стадии (п.п. а.3, а.4 подготовительного этапа) временная группа ФСА составляет ТЗ, в котором уточняется:

- какие узлы и блоки изделия необходимо подвергнуть тщательному ФСА;

- какие затраты требуется сократить в первую и во вторую очередь;

- какие особые условия и ограничения требуется выполнить; - какая необходима работа обеспечивающих подразделений по

сбору и подготовке информации.

Составной частью ТЗ является также сетевой график или планграфик проведения ФСА. Одновременно с составлением ТЗ ведется обучение членов временной группы основам ФСА, если они не имеют соответствующего опыта работы. Для этого иногда целесообразно привлекать преподавателя (методолога) со стороны.

2.5.3.Методический пример

74

Рассмотрим пример, иллюстрирующий использование ФСА на втором этапе (выполнение п.п. в.1 – в.7) при решении задачи совершенствования конструкции школьного портфеля.

в.1. Портфель предназначен для переноса книг, тетрадей и прочих мелких предметов общей массой не более 5 кг. Условия эксплуатации портфеля довольно тяжелые. В дождь переносимые предметы должны защищаться от повреждения. Он часто используется не по назначению, а в качестве орудия самозащиты и нападения, для сидения на нем и т. д. Портфель может лежать на сырой земле или траве, на снегу, в пыли. Срок эксплуатации 2 – 3 года – это нормативный ресурс. В настоящее время существует большое число различных моделей школьных портфелей, которые обладают рядом недостатков: быстро теряют внешний вид, не всегда обеспечивают предохранение предметов от воздействия окружающей среды и т. д.

в.2. В табл. 2.2 приведено описание конструктивной функциональной структуры наиболее распространенной конструкции портфеля, а на рис. 2.6 изображена соответствующая структура.

Таблица 2.2

Элементы и функции портфеля

75

Рис. 2.6. Функциональная структура конструкции портфеля

в.3. Список основных требований к школьному портфелю можно сформулировать таким образом:

надежное предохранение предметов внутри портфеля от действия окружающей среды;

обеспечение удобства переноса портфеля; сроки эксплуатации 3 г.; снижение себестоимости; собственная масса не более 1,2 кг; сохранение объемной формы;

повышение надежности работы замка; улучшение внешнего вида портфеля.

Можно выделить следующие критерии развития: трудоемкость изготовления портфеля:

расход материалов;

76

эргономичность; красота внешнего вида.

в.4. Функции элементов портфеля, выявленные и описанные при выполнении п. в.2.2 можно разделить следующим образом. Функция элемента Е0 совпадает с функцией ТО в целом и является главной. К основным функциям относятся Функции относятся к вспомогательным. Ненужные функции отсутствуют, что, повидимому, вызвано длительной эволюцией конструкции портфеля.

в.5. Определение и сравнение стоимости функций элементов портфеля нетрудно сделать в сопоставимых денежных единицах. В табл. 2.3 приведена сводная ведомость стоимости функций, где максимально допустимая стоимость соответствует выпускаемым портфелям, а минимально возможная определена по лучшим аналогам и экспертным оценкам специалистов.

Таблица 2.3

Сводная ведомость стоимости функций

в.6. Выявление зон наибольшего сосредоточения затрат нужно начать с оценки ресурса функций. Степень использования функции Ф0 определяет ресурс всего портфеля. Как правило, в первую очередь нарушение (примерно на 25 %) этой функции происходит из-за повреждения углов корпуса.

Функция Ф1 реализуется только в условиях непогоды, и поэтому избыточность составляет 50 %.

Функция Ф"1 реализуется при переносе портфеля и связана с функцией Ф' 1 Крышка изготовляется из того же материала, что и корпус, и имеет повышенную жесткость. Таким образом ресурс функции Ф"1 завышен по сравнению с ресурсом портфеля примерно на 20 %.

Функция Ф2 имеет ресурс, соизмеримый с продолжительностью эксплуатации портфеля.

77

В рассматриваемой конструкции у функции Ф3 заниженный ресурс, обусловленный сложной конструкцией замка и более низким сроком безотказной работы по сравнению с портфелем. Ресурс этой функции занижен на 30 %.

Функция Ф4 имеет повышенный ресурс, примерно на 60 %. Функция Ф”4 совмещается с функцией Ф’4 и имеет завышенный

на 10% ресурс по сроку службы.

Функция Ф5 имеет ресурс, превышающий срок службы портфеля на 40 %.

Для выявления зон наибольшего сосредоточения затрат результаты проведенного анализа удобно представить в виде табл. 2.4, из которой видно, что наибольшие излишние затраты выпадают на долю функции Ф’1 (крышки), а наибольшие недостающие затраты несут

функции Ф0 (корпуса) и Ф3.

На основе табл. 2.4 составляется табл. 2.5 наибольших разностей (более 10 %) стоимостей функций в порядке убывания.

Таблица 2.4

Излишние функциональные затраты

Таблица 2.5

Разность стоимостей функций

На основании табл. 2.4, 2.5 можно сделать вывод, что наибольшие затраты сосредоточены при реализации функций Ф0, Ф1, Ф3. Кроме

78

того, следует обратить внимание на низкую надежность выполнения

функций Ф0, Ф3.

в.7 По результатам расчетов, приведенных в табл. 2.4, 2.5 можно сформулировать задание по усовершенствованию конструкции портфеля в целях снижения его стоимости и повышения эксплуатационной надежности. Доля излишних затрат по функции Ф0 значительна и требует перехода на другие, более дешевые и технологичные материалы В то же время доля недостающих затрат по функции Ф0 также велика по фактическим расходам. Усовершенствование корпуса за счет уплотнения его углов металлическими планками или плотным материалом требует незначительных дополнительных затрат позволяющих существенно повысить ресурс этой функции Для исключения избыточности функций Ф’1 и Ф’2 целесообразно на конструктивной функциональной структуре (см рис. 2.6) разделить элемент E1 в соответствии с функциями Ф’1 и Ф”1. Для реализации функции Ф’1 следует ввести элемент E’1 который может быть выполнен в виде тонкой полимерной пленки а для реализации Ф”1 - элемент E”1, который может быть изготовлен в виде ремней, несущих типовую нагрузку. При этом элементы E’1 и E”1 могут быть конструктивно скреплены. Имеет смысл упростить конструкцию замка. В качестве варианта конструкции замка можно использовать подпружиненную защелку, конструктивно совмещенную с выделенным элементом Е”1. Совершенствовать ручки конструкции нет необходимости, так как на реализацию ее функции излишние затраты незначительны. Более подробно примеры выполнения ФСА можно найти в книге [11].

2.6. Роль красоты в инженерном творчестве

Красота – это наивысшая степень целесообразности, степень гармоничного соответствия и сочетания противоречивых элементов во всяком устройстве, во всякой вещи, во всяком организме.

И. Ефремов

2.6.1.Человек и красота окружающего мира

Создатели новых изделий на уровне лучших мировых достижений, как правило, были людьми широкой культуры. Из всех искусств

79