docszacowanie kosztów wytwarzania elementów maszyn oparte na
download 
Reklamacja Transkrypt
szacowanie kosztów wytwarzania elementów maszyn oparte na
Józef MATUSZEK Dariusz WIĉCEK Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku Biaáej SZACOWANIE KOSZTÓW WYTWARZANIA ELEMENTÓW MASZYN OPARTE NA INTEGRACJI SYSTEMÓW CAD I CAPP 1. WstĊp Szacowanie kosztów produkcji jest procesem przybliĪonego okreĞlania kosztów produktu zanim wszystkie fazy cyklu Īycia produktu zostaáy zakoĔczone, na podstawie informacji wygenerowanych na zakoĔczonych etapach tego cyklu [4]. W opracowaniach [4] przedstawiono podziaá metod szacowania kosztów na kilka podstawowych grup: – Metody intuicyjne (przez doĞwiadczenie) – opierające siĊ na wiedzy i doĞwiadczeniu eksperta; – Metody analogiczne – wykorzystujące systemy klasyfikacyjne pozwalające na okreĞlanie kosztów projektowanych produktów na podstawie podobieĔstwa z produktami wczeĞniej wytwarzanymi; – Metody analityczne – pozwalające na okreĞlanie kosztów projektowanego produktu na podstawie dekompozycji zaáoĪonej metody produkcji na zadania elementarne; – Metody statystyczne i parametryczne – są to metody, które dąĪą do sprowadzenia kosztów do funkcji kilku istotnych parametrów. W pracach [4-6] dokonano podziaáu metod szacowania kosztów odnoszący siĊ do metod automatyzacji projektowania procesów produkcyjnych. Autorzy wyodrĊbnili trzy grupy metod: metody wariantowe, metody generacyjne, metody hybrydowe. Rozwój systemów CAD/CAM wykorzystujących modelowanie 3D spowodowaá rozwój metod szacowania kosztów bazujących na metodach projektowania elementów wykorzystujących obiekty elementarne – feature based costing (FBC). W wielu pracach naukowych przedstawiano rozwiązania dotyczące integracji projektowania konstrukcji, procesów wytwarzania z ukierunkowaniem na okreĞlanie kosztów wykorzystując modelowanie projektowanego elementu oparte na obiektach elementarnych [7]. Metody opierające siĊ na obiektach elementarnych wykorzystują te same zaáoĪenia, co metody analityczne czy generacyjne. Rozwój tych metod wynika z rozwoju metod modelowania projektowanych 124 Józef Matuszek, Dariusz WiĊcek elementów w oparciu o obiekty elementarne, które odnoszą siĊ do coraz wiĊkszego zakresu informacji o elemencie, nie tylko informacji o cechach konstrukcyjnych, ale równieĪ o cechach technologicznych i organizacyjnych dotyczących projektowania procesów. 2. Proponowana metoda szacowania Proponowana metoda szacowania kosztów elementów maszyn opiera siĊ na sformalizowanym opisie informacji o cechach konstrukcyjnych, wytwarzania i organizacyjnych dotyczących projektowanego elementu, metodach sztucznej inteligencji (systemy eksperckie) oraz na modelu okreĞlania kosztów produkcji elementów maszyn opartym na metodzie rachunku kosztów dziaáaĔ. Tok postĊpowania w proponowanej metodzie podzielono na kilka faz, które wykorzystują informacje generowane na róĪnych etapach projektowania procesu produkcyjnego wspomaganego przez systemy CAx lub informacje przechowywane w bazach danych tych systemów. PrzyjĊty model postĊpowania oraz umiejscowienie poszczególnych faz w obszarach funkcjonalnych systemów CAx przedstawiono na rysunku 1. Wymagane informacje do prawidáowego oszacowania kosztów ustalane są na podstawie danych o parametrach konstrukcyjnych obiektów elementarnych tworzących zapis konstrukcji projektowanego elementu. W celu usystematyzowania przetwarzanych parametrów zbudowano bazĊ konstrukcyjnych obiektów elementarnych. Rys. 1. Ogólny model postĊpowania w proponowanej metodzie Szacowanie kosztów wytwarzania elementów maszyn oparte… 125 Baza konstrukcyjnych obiektów elementarnych BazĊ konstrukcyjnych obiektów elementarnych stworzono wykorzystując komercyjny system CAD-SolidWorks. Projektując bazĊ konstrukcyjnych obiektów elementarnych (KOBE) przyjĊto cztery koncepcje tworzenia bazy: – Pierwsza wykorzystuje zbiory plików, które zawierają zapis postaci konstrukcyjnej KOBE jako bibliotek standardowych obiektów elementarnych. – Druga koncepcja wykorzystuje proste, KOBE wbudowane w systemie SolidWorks. Są to na przykáad: faza (chamfer), zaokrąglenie (fillet/round), otwór prosty (simple hole). – Trzecia koncepcja związana jest z obiektowym zapisem postaci záoĪonych KOBE w jĊzyku C++, przy wykorzystaniu wbudowanego w system SolidWorks mechanizmu SolidWorks API Objects (API, Application Programming Interface). – Czwarta koncepcja związana jest wykorzystaniem wczeĞniej stworzonych modeli w pakiecie SolidWorks, które stają siĊ tzw.: „Elementem bazowym” (Base Part) dla projektowanego elementu. 2.1. Generowanie zbioru wartoĞci czynników kosztotwórczych W tym etapie na podstawie zbioru wartoĞci parametrów opisujących projektowany element generowany jest zbiór wartoĞci czynników kosztotwórczych związanych subdziaáaniami procesu wytwarzania rozumianymi tutaj jako zabiegi technologiczne, które są wymagane, aby projektowany element uzyskaá wáaĞciwoĞci zgodne z zaáoĪeniami konstrukcyjnymi. Schemat procesu generowania zbioru wartoĞci czynników kosztotwórczych przedstawia Rys. . Podstawowym elementem w tym procesie jest dedykowany system ekspertowy. Zaproponowana baza wiedzy technologicznej przechowuje podstawową wiedzĊ technologiczną, która zostaáa pozyskana od eksperta. Zebrana w bazie wiedza musi umoĪliwiü okreĞlenie wartoĞci czynników kosztotwórczych, dlatego dotyczy ona informacji o zbiorach zabiegów technologicznych, wymaganych dla osiągniĊcia zaáoĪonych wartoĞci parametrów konstrukcyjnych w przyjĊtym wariancie procesu wytwarzania. Na podstawie przeprowadzonych analiz przyjĊto reprezentacjĊ wiedzy w formie ram i reguá. Do reprezentacji wiedzy dla danej ramy wykorzystano tablice decyzyjne. Budowa moduáu pozyskiwania wiedzy jest ĞciĞle związane z przyjĊtą metodą jej pozyskiwania. W pracy zaproponowano bezpoĞrednią metodĊ pozyskiwania wiedzy nazywaną „uczenie siĊ na pamiĊü”. Zaprojektowany moduá pozyskiwania wiedzy jest dialogowym interfejsem, poprzez który ekspert dokonuje zapisu posiadanej wiedzy dotyczącej tworzenia zbiorów zabiegów pozwalających na uzyskanie w procesie wytwarzania wartoĞci parametrów opisujących projektowane elementy. Moduá pozyskiwania wiedzy zostaá zaprojektowany w taki sposób, aby ekspert miaá do dyspozycji informacje o wszystkich parametrach opisujących projektowany element. Moduá zostaá równieĪ sprzĊĪony z bazą da- 126 Józef Matuszek, Dariusz WiĊcek nych systemu CAPP. Na podstawie tak zebranych zbiorów informacji tworzone są tablice decyzyjne wykorzystywane w procesie wnioskowania, czyli wyborze wariantu obróbki (zbioru zabiegów). Rys. 2. Schemat generowania wartoĞci czynników kosztotwórczych W zaproponowanym systemie ekspertowym przyjĊto metodĊ wnioskowania w przód (progresywną). ZaáoĪeniem tej metody jest to, Īe na podstawie znanych reguá, przesáanek i faktów system generuje nowe fakty, dla których w bazie wiedzy znajdzie siĊ fakt bĊdący odpowiedzią na postawiony cel (hipotezĊ), czyli w rozpatrywanym aspekcie celem jest sprawdzenie, czy dany wariant procesu Szacowanie kosztów wytwarzania elementów maszyn oparte… 127 technologicznego moĪna zastosowaü dla projektowanego elementu. Na podstawie zbioru wartoĞci parametrów opisujących projektowany element sprawdzane są przesáanki dotyczące poszczególnych reguá zapisanych w ramie. Ze wzglĊdu na wystĊpowanie róĪnej liczby przesáanek zastosowano strategiĊ specyficznoĞci sterowania wnioskowaniem. 2.2. Generowanie zbioru wartoĞci czynników kosztotwórczych Generowanie wartoĞci czynników kosztotwórczych oparto na module pakietu CAPP SYSKLASS SYSNORM. Moduá SYSNORM pozwala na okreĞlenie wielkoĞci normy zuĪycia czasu dla poszczególnych zabiegów technologicznych bĊdących jednymi z czynników kosztotwórczych. Wyznaczenie tych norm opiera siĊ na zmiennych wejĞciowych, które nastĊpnie mogą byü przetwarzane w sposób analityczny, deterministyczny lub wykorzystując funkcje regresji. Wszystkie dane wstĊpne zadeklarowane dla metod okreĞlania norm czasowych dla poszczególnych zabiegów zostaáy związane ze zbiorem parametrów opisujących projektowane elementy. Na podstawie wartoĞci zmiennych wstĊpnych oraz przy wykorzystaniu metod ustalania wartoĞci zmiennych wyjĞciowych ustalane są wartoĞci czynników kosztotwórczych dotyczących skáadników kosztów generacyjnych związanych z zabiegami technologicznymi. Przykáadowe wartoĞci czynników kosztotwórczych przedstawia Rys. 3. Szacunkowy koszt wyznaczany jest na podstawie wartoĞci czynników kosztotwórczych związanych wyáącznie z wartoĞciami parametrów cech opisujących projektowany element. Na przykáad koszty robocizny bezpoĞredniej i koszty dziaáaĔ procesu przetwarzania dotyczące zbioru zabiegów technologicznych są wyznaczone na podstawie wartoĞci norm zuĪycia czasu wyznaczonych w module SYSNORM dla zabiegów technologicznych wygenerowanych poprzez system ekspertowy. Rys. 3. Przykáadowe wartoĞci zmiennych wstĊpnych i wartoĞci czynników kosztotwórczych 128 Józef Matuszek, Dariusz WiĊcek 3. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badaĔ wyciągniĊto nastĊpujące wnioski: – Zaproponowane w pracy metody pozwalają okreĞliü koszty wáasne projektowanych elementów maszyn na podstawie zbioru informacji ustalonych zgodnie z zaproponowanym sposobem opisu tych elementów, dokonywanego w trakcie tworzenia zapisu konstrukcji. – Zastosowanie zapisu konstrukcji wykorzystującego sparametryzowane konstrukcyjne obiekty elementarne przyspiesza proces tworzenia tego zapisu, oraz pozwala automatycznie dokonaü zapisu informacji w postaci zbioru cech opisujących projektowane elementy oraz zbiorów wartoĞci parametrów opisujących cechy elementu wymaganych na dalszych etapach projektowania. – Konieczne jest poszerzenie proponowanych metod o analizĊ kosztów dziaáaĔ związanych z montaĪem, co pozwoliáoby na szacowanie kosztów nie tylko elementów maszyn, ale równieĪ podzespoáów, zespoáów i caáych wyrobów. Bibliografia: 1. Brinke E.: Costing support and cost control in manufacturing, PhD. Thesis, University of Twente, Enschede 2002. 2. Knosala R. i zespóá: Zastosowania metod sztucznej inteligencji w inĪynierii produkcji, WNT, Warszawa 2002. 3. Roy R., Kerr C.: Cost engineering: Why, what and how? Decision Engineering Report Series. Cranfield University, Cranfield 2003. 4. Shehab E.M., Abdalla H.S.: Manufacturing cost modelling for concurrent product development. Robotics and Computer Integrated Manufacturing 17 (2001) 341-353. 5. Weustink I.F., Brinke E., Streppel A.H, Kals H.J.J.: A generic framework for cost estimation and cost control in product design. Journal of Materials Processing Technology 103 (2000) 141-148. 6. WiĊcek D.: The rough-cut cost analysis on the engineering design stage. Industrial Engineering and Increasing of Productivity, Sáowacja, Belušské Slatiny 11-12.11.1999. 7. Wierda L. S.: Linking design, process planning and cost information by feature based modelling. Journal of Engineering Design, 2(1) 1991: 3-19.
