14. Использование функционально-стоимостного анализа при создании новой техники

При технической подготовке производства на стадии проектирова­ния новой машины весьма важна экономическая оценка ее конструкции. Она оценивается как объект производства и как объект эксплуатации.

Эффективным методом экономической доводки конструкции изделия на стадии конструирования является использование структурно-функ­ционального и функционально-стоимостного анализа.

Под структурно-функциональном анализом понимается процесс вы­явления основных функциональных элементов изделия технической системы и их конструктивно-технологической проработки в качестве самостоятельных возможных вариантов исполнения.

При проведении анализа описываются структурные части (агрегаты, узлы) изделия, их функции и параметры, способы и средства, обеспе­чивающие достижение этих параметров. Например, легковой автомо­биль состоит из трех основных элементов: двигателя, шасси, кузова. В каждом из них, в свою очередь, имеется ряд агрегатов, выполняющих определенные функции (например, в шасси — силовая передача, пе­редний и задний мосты, тормоза и др.).

Дальнейший структурно-функциональный анализ заключается в том, чтобы учесть ряд дополнительных ограничений (например, по мощности или габаритам двигателя, по виду и расходу топлива, токсичности отхо­дящих газов и др.) и на этой основе предложить варианты исполнения отдельных функциональных элементов для функционально-стоимост­ного анализа и окончательного выбора оптимального варианта. Поэто­му число вариантов решений, принятых для дальнейшей проработки, значительно меньше их общего числа. Например, при разработке кон­струкции грузового автомобиля обще число рассматриваемых вариан­тов по двигателю равно 16, по шасси — 182, а всего — 230, а число вариантов, подлежащих дальнейшей разработке, — соответственно 9, 56 и 79.

Функционально-стоимостный анализ изделия состоит в определении затрат на выполнение функций по каждому варианту в расчете на еди­ницу полезных свойств изделия в целом или по элементу (например, стоимость двигателя и затраты на топливо в расчете на 100 км пробега автомобиля, один тонно-километр перевезенного груза или на единицу мощности двигателя) и выборе варианта с наименьшими затратами.

Стоимость выполнения i-й основной функции C_Fi по каждому ва­рианту складывается из затрат на выполнение отдельных подфункций (затрат на изготовление узлов и деталей) и определяется по формуле

,

где к_д — количество подфункций (деталей, узлов), необходимых для вы­полнения основной функции по данному варианту; S_Fij — затраты на выполнение j-й подфункции (стоимость детали, узла) для выполнения i-й основной функции.

Оптимальный вариант конструкторского исполнения структурного элемента изделия выбирается по критерию минимальных затрат на его изготовление и эксплуатацию по формуле

,

где K_i — коэффициент затрат на выполнение i-й функции; С_эi — затраты на осуществление i-й функции в эксплуатации; Q_i — показатель абсо­лютной или относительной полезности рассматриваемого элемента, выполненного по данному варианту.

Схема выбора оптимального варианта исполнения каждого элемен­та по минимуму затрат на изготовление приведена в табл. 7.1, где лома­ной линией соединены варианты исполнения элементов конструкции изделия, обеспечивающие минимальные затраты на выполнение соот­ветствующих функций, подфункций и изделия в целом.

Таблица 7.1. - Схема выбора оптимальных конструкторско-технологических решений по методу функционально-стоимостного анализа

Таким образом, на тщательную доводку конструкции новой машины после изготовления и испытания опытного образца требуется от 3 до 5 лет. Следовательно, проектная стадия и стадия изготовления и испытания опытных образцов должны опережать стадию освоения в стабильном производстве минимум на три года. Другими словами, опытный обра­зец машины модели, например 2008 г., должен быть изготовлен и пере­дан на испытание не позднее 2005 г. За три года конструкция должна быть тщательно доработана и доведена до высоких эксплуатационных и технологических показателей, чтобы при запуске в массовое произ­водство конструктивные недоработки были сведены к минимуму или полностью исключены.

Тщательная доводка конструкции дает большой экономический эф­фект за счет ускорения темпов технического прогресса, так как после внедрения ее в производство появляется возможность переключиться на разработку проекта новой модели или новых модификаций.

Основным направлением, обеспечивающим тщательную и быструю доводку конструкции и удешевление опытно-доводочных работ, следует считать развитие опытно-экспериментальной базы не только по изго­товлению опытных образцов, но и по стендовым ускоренным испыта­ниям конструкций новых машин и отдельных их узлов. На стендах должны быть созданы все условия будущей эксплуатации: жара, холод, ударные нагрузки, запыленность, загазованность, вибрация и другие экстремальные внешние воздействия, т.е. все то, что определяет надеж­ность работы машин и механизмов. При отсутствии специальных уст­ройств для стендовых испытаний задних мостов, гидромеханических коробок передач и других основных узлов тяжелых автомобилей требу­ется проведение длительных ходовых испытаний, которые затягиваются на многие годы.

Важным фактором уменьшения времени доводки конструкции и уде­шевления опытно-доводочных работ является широкое использование компьютерных технологий в проектировании. Они позволяют не только ускорить непосредственную разработку конструкции, но и сократить время, необходимое для испытания отдельных узлов и агрегатов нового изделия, так как в ряде случаев непосредственные стендовые испыта­ния можно заменить расчетными компьютерными исследованиями, имитирующими поведение их в реальных условиях эксплуатации.

Так, проведение расчетных компьютерных исследований некоторых базовых деталей и узлов (балок, рам и др.) при разработке семейства автомобилей МАЗ-4370 на Минском автомобильном заводе позволило уменьшить затраты по сравнению с затратами на проведение стендо­вых испытаний в 3,5 раза при сокращении сроков проведения работ почти в 8 раз.