Жизненные циклы технических объектов и систем

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМ

Определение и общая структура жизненного цикла ТО и ТС

Декомпозиция жизненного цикла ТО и ТС

Декомпозиция жизненного цикла ТО и ТС на стадии проектирования

Декомпозиция жизненного цикла ТО и ТС на стадиях освоения и производства

Декомпозиция жизненного цикла ТО и ТС на стадии эксплуатации

ЮРГТУ(НПИ)

 

 

6.1

 

Декомпозиция жизненного цикла

ТО и ТС

___________________

Каждая из рассмотренных выше стадий имеет свои закономерности развития во времени, в ходе которого осуществляются определенные затраты, происходят изменения материально-вещественной формы ТО и ТС. Т.е. общая декомпозиция цикла жизни предполагает деление на стадии, а каждая стадия может быть разделена на этапы. такая декомпозиция позволяет:

1. Распределить по стадиям глобальные цели и задачи, стоящие перед ТО или ТС. Т.е. ТО или ТС должны в конечном результате дать определенный эффект, выполнять заданную функцию, отвечать определенным требованиям и т.д. Ряд таких задач, например, должен решаться на уровне проектирования, а некоторые – на уровне эксплуатации.

2. В соответствии с этим обосновать локальные задачи для каждой стадии. Чтобы добиться конечного результата, нужно иметь промежуточные результаты по каждой стадии, которые позволят это сделать. Для этого формируют цель и задачи каждой стадии.

3. Обосновать перечень работ с учетом приоритетности для каждой стадии жизненного цикла. Конкретный состав работ, проводимых на каждой стадии, а также их очередность определяются особенностями рассматриваемой системы, спецификой отношений между заказчиком, разработчиком, изготовителем и потребителем продукции и рядом других факторов.

4. Оценить затратную долю каждой стадии жизненного цикла, т.е. часть суммарных расходов, приходящуюся на стадию, этап, работу.

При этом некоторые виды работ последующих стадий жизненного цикла могут проводиться до окончания работ предыдущих стадий. Так, подготовка производства может начаться еще до передачи полного комплекта рабочей документации изготовителю, а стадии производства и эксплуатации по классу машин протекают параллельно. Частичное совмещение во времени и в затратах стадий жизненного цикла ТО или ТС показано на рис. 4.2.

В зависимости от вида ТО и ТС соотношения между фазами жизненного цикла по времени и затратам различаются. В связи с усложнением ТО и ТС увеличиваются затраты и продолжительность начальных стадий. Коренная смена выпускаемой продукции приводит, как правило, к снижению показателей эффективности производственных подразделений. В связи с этим стадия освоения, с одновременным снятием с производства предыдущего изделия, требует существенных материальных затрат и времени.

Виды работ и глубина декомпозиции на стадии жизненного цикла необходимо рассматривать как в крупной классификационной группе (например, экскаваторы одноковшовые), так и в конкретной номенклатурной единице (например, экскаватор ЭО-5111Б). Для крупной группы ТО и ТС (класса машин) и отдельного ТО или ТС характер стадий и продолжительность жизненного цикла будут различны.

Уровень затрат

Время         Т

1

2

3

4

5

6

Рис. 6.2. Совмещение затрат и времени стадий жизненного цикла ТО и ТС 1- затраты на фундаментальные и поисковые исследования 2- затраты на прикладные исследования и проектирование 3- затраты на промышленно-экономическое освоение производства 4- затраты на производство и реализацию 5- затраты на эксплуатацию 6- затраты на утилизацию То и ТС, закрытие и ликвидацию производства

 

 

Таким образом, можно сделать выводы:

1. Стадии жизненного цикла ТО и ТС могут быть разделены (условно) на отдельные этапы в рамках которых можно установить работы в соответствии с целями и задачами, решаемыми на данной стадии.

2. Отдельные стадии по затратам и во времени могут быть совмещены. Характер и величины таких совмещений зависят от конкретных ТО и ТС, технико-экономических условий и других факторов.

3. Этапы и стадии жизненного цикла следует рассматривать на двух уровнях классификационного деления:

· по номенклатурной единице продукции, т.е. по совокупности продукции, выпускаемой по одной и той же документации;

· по группе однородной продукции, т.е. по продукции, имеющей единый размерный ряд главных параметров и единую номенклатуру признаков.

На каждом этапе (и) или стадии развития ТО и ТС может находиться в различных состояниях. например, на стадии эксплуатации – в работоспособном и неработоспособном состоянии. Или, во время работы двигателя изменения температуры отражаются на его характеристике – состояние ТС изменяется плавно. Таким образом, как было отмечено ранее ТО и ТС во время своего жизненного цикла переходят из одного состояния в другое. В определенных случаях под воздействием специальных, целенаправленных факторов, а в других – под воздействием случайных и (или) внешних факторов, ТС изменяет сове состояние во времени и пространстве, т.е. в разное время может находиться в различных состояниях.

Сосотояния системы S₁; S₂;S_i …могут быть дискретными и непрерывными. Система с дискретными состояниями может иметь ограничеснное множество состояний. Переход системы из одного сосотояния в другое осуществляется скачком в момент, когда в системе происходит событие, вызванное фактором, изменяющим состояние системы. Система с непрерывными состояниями изменяются плавно в рамках отведенного интервала значений.

Переходы системы из одного состояния в другое могут быть обратимыми и необратимыми.

Относительно времени изменения состояния системы могут быть с непрерывным и дискретным времененм перехода из одного состояния в другое. Если пререход в другое состояние возможен только в определнные моменты времени или интервалы времени, то систему считают с дискретным временем перехода (t₁ или t₁≤Δt≤t₂). Если переход в другое состояние возможен в любой момент времени, то систему считают с непрерывным временем перехода.

Граф состояний системы показывает возможные состояния системы и направления возможных переходов системы из одного состояния в другое. На графе множество состояний системы обозначают прямоугольником, а возможные переходы – линиями. В ориентированном графе сосотояний системы линии связей заменяют стрелками, указывающими направления возможных переходов системы из одного состояния в другое. Иногда на стрелках указывают фактор или его характеристику, благодаря которым система может перейти в другое состояние.

Декомпозиция жизненного цикла до «состояний» объекта широко используется в теории надежности, качества изделий и процессов, работоспособности.

Рассмотрим первоначально декомпозицию основных стадий жизненного цикла.

 

 

6.3

 

ТО и ТС на стадиях освоения

И производства

___________________

Производственный процесс представляет собой совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления продукции (ГОСТ 14.004-83). Технологический процесс (ГОСТ 1109-82) является частью производственного процесса, содержащей целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте, называается технологической операцией. Отдельные операции выполняются в строго определенном порядке, регламенте, т.е. технология изготовления детали, узла определяет структуру такого процесса.

В зависимости от назначения выделяют основные, вспомогательные и обслуживающие производственные процессы.

Основные производственные процессы предназначены для непосредственного изменения формы или состояния материала товарной продукции (т.е. той продукции, которая для предприятия или цеха является товаром).

Вспомогательными производственными процессами называются процессы, в результате которых получается продукция, как правило, используемая на самом предприятии, чтобы обеспечить нормальное функционирование основных процессов. Напрмер, изготовление оснастки, средств механизации, выработка пара, сжатого воздуха для производства и т.п.

Наконец, обслуживающие производственные процессы обеспечивают основные и вспомогательные процессы услугами, необходимыми для их нормального функционирования. Например, транспортные, складские и прочие.

Таким образом, жизненный цикл ТС на стадии производства определяется основными, вспомогательными и обслуживающими процессами. Сам производственный процесс можно разделить на отдельные операции. Процессы и операции оргвнизованы и характеризуются временем.

Интервал календарного времени от начала до конца всего технологического процесса называется производственным циклом. Производственный цикл - совокупность всех процессов начиная с запуска в производство первой заготовки и заканчивая выпуском готового изделия или сборочной единицы. Производственный цикл включает выполнение технологических, контрольных, транспортных, складских операций, естественных процессов и время перерывов.

Время выполнения технологических операций в производственном цикле составляет технологический цикл. Время выполнения одной операции, в течение которого изготавливается одна деталь или партия, называется операционным циклом. Структура производственного цикла, т.е. жизненного цикла ТС в период производства, представлена на рис. 6.11.

Таким образом,

Т_пр.ц = f(Т_техн  ; Т_ест  ; Т_пар; Т_ож ; Т_меж)

где Т_техн – время выполнения всех технологических операций: заготовительных, обрабатывающих, сборочно-разборочных, транспортных, контрольных, диагностических, складских и иных, имеющих технологический характер;

Производственный цикл

Время выполнения операций

Время перерывов

Рис. 6.11. Структура производственного цикла

 

 

 

Т_ест – время естественных процессов, например время на охлаждение отливок, старение заготовок, охлаждение сварных деталей и пр. Естественные процессы, как правило, не требуют затрат труда;

Т_пар – время перерывов партионности. Такие перерывы возникают при обработке деталей партиями из-за их пролеживания в ожидании обработки всей партии перед ее транспортировкой на следующую операцию;

Т_ож – время ожидания. при несовмещенности времени окончания одной и начала другой операции, выполняемых на одном рабочем месте, детали или партия деталей пролеживают в ожидании освобождения рабочего места, т.е. возникает перерыв ожидания;

Т_меж – время междусменных перерывов. Такие перерывы регламентируются на предприятии режимомм работы.

Общее время производственного цикла не является простой суммой составляющих, рассмотренных выше. Сложный производственный процесс определяется составом операций, связями между ними, возможностью параллельного выполнения операций. Пример циклового графика изготовления изделия приведен на рис. 6.12.

Тц

Т

Д9

Д8

СБ5

Д7

СБ3

СБИ

СБ2

Д6

Д5

СБ1

Д4

Д3

Д2

Д1

СБ4

Рис. 6.12. Цикловой график изготовления изделия Д1; Д2; …;Д9 – время изготовления деталей 1; 2; ….;9. СБ1; СБ2; …; СБ5 – время изготовления сборочных единиц СБИ – время окончательной сборки изделия. Тц – полное время цикла

 

На графике виден процесс создания во времени готового изделия. Часть операций по изготовлению изделий – Д1,… Д9, а также - сборочных единиц СБ1, …СБ5 может протекать параллельно. На графике не учтено время перерывов, запаса времени и т.п. А как преимущество – легко просматриваются операции, из-за которых призошел «сбой» в цикле, можно на любой текущий момент времени определить готовность ТС. Такой график составляется на отдельный ТО или ТС и отражает «жизненный цикл» отдельно взятого объекта или системы в период их изготовления.

В реальной жизни, как правило, ТО или ТС производят многократно определенный период времени. Наиболее длительные циклы жизни наблюдаются у товарных классов. У разновидностей (модификаций) – могут быть достаточно короткими. Однако, тип кривой, описывающей жизненый цикл инновации в большинстве случаев остается подобным.

В маркетинге [152, 153] принят следующий типовой вид (рис. 6.13.)

1-объем реализации товара;

2-объем прибыли или убытков

3-объем затрат на разработку следующего товара.

I – освоение и начало промышленного производства, доводка изделия, выведение на рынок;

II – рост объема производства и сбыта;

III – устойчивый выпуск и сбыт;

IV – падение выпуска и сбыта;

V – снятие с производства.

Рис. 6.13. Характер сбыта, затрат и прибыли на протяжении жизненного цикла ТО и ТС на стадиях освоения и производства

Бюджетное финансирование

Инвестиционный лаг

Точка возврата инвестиций

Время

инновационная деятельность

Научная и проектировочная деятельность

Жизненный цикл инновации

I

II

III

1

2

IV

V

3

 

Проведение научных исследований, проектных и опытно-конструкторских работ являются убыточными этапами и требуют инвестиционных вложений.

Первый период (6.13) включает освоение производства, доводку самого изделия и ввод его на рынок. Выпуск изделий растет медленно. Убытки в этот период связаны с затратами на преобретение конструкторской документации или ее доводку, организационную, технологическую и конструкторскую подготовку производства, рекламу и т.п.

Второй период – рост объема производства и сбыта (при условии, если новая ТС отвечает требованиям потребителя, является конкурентноспособной, обладает высокими потребительскими свойствами и т.д.). Расширение объемов происходит в основном за счет увеличения выпуска, внедрения разнообразных модификаций. Увеличение доходов в этот период компенсирует первоначальные затраты. На рисунке это событие отмечено как точка возврата инвестиций.

Третий период – устойчивый выпуск и сбыт (возможен медленный рост или колебания выпуска и сбыта). Общественная потребность в ТС в основном удовлетворена, а выпуск и сбыт поддерживаются за счет естественного износа существующих изделий и выпуска модификаций, улучшающих отдельные свойства, качества, функции. Объем прибыли как правило остается стабильным, но прироста прибыли не происходит. В это период целесообразно часть прибыли затратить на подготовку к выпуску новых изделий, видов или классов ТО и ТС.

Что же касается научных исследований, они не должны прерываться, а двигаться с опережающими темпами относительно производства. Увеличение сложности ТС удлиняет как период исследований, так и период проектирования и ввода в производство, а также требует увеличения относительных затрат. Фундаментальные и поисковые НИР требуют наличия системы подготовки научных кадров, последовательной и непрерывной работы, специализированного оборудования и т.д., включая социальную обстановку. В то же время фундаментальные и поисковые НИР отделены от производства и непосредственной прибыли существенным временным лагом. Поэтому эти виды исследований в основном имеют бюджетное финансирование.

Четвертый период – падение сбыта и выпуска, обусловленное рядом причин: удовлетворением общественной потребности, появлением новых конкурентноспособных моделей и модификаций, моральным износом, социально-экономическим состоянием общества и т.д.

Пятый период – снятие с производства, закрытие и ликвидация производства связаны обычно с убытками. Компенсировать эти затраты можно за счет открытия нового производства, подготовка к которому была начата еще в третьем «благополучном» периоде.

Условность такого представления очевидна. Идеальный цикл подвержен флуктациям, обусловленным различными факторами. Т.е. несмотря на устойчиво повторяющиеся черты, реальные циклы на повторяются с полной тождественностью. Циклы жизни ТО и ТС отличаются друг о друга как по продолжительности в целом, так и по относительной продолжительности слагающих этапов.

Чаще всего в литературе [152, 153] приводятся примеры жизненных циклов автомобилей. Узкая специализация, массовое производство, единство выпускаемого ТО отражают специфику автомобильной промышленноси, благодаря которой можно проследить тенденции смены одной ТС другой, характерные и измененные структуры циклов.

На рис. 6.14. представлены циклы жизни трех поколений автолюбителей. На рисунке заметны слдующие закономерности:

· затянувшийся период освоения ТО первого поколения;

· сокращение этапа подготовки и освоения производства новых поколений;

· увеличение объемов производства по поколениям;

· сокращение продолжительности цикла нового поколения;

· совмещение выпуска старых и освоения новых изделий.

Одной из общих закономерностей развития техники является сокращение периода времени от разработки до внедрения ТС, а также сокращение сроков разработки достаточно сложных ТС. Затянувшийся период освоения семейства 965 был характерен для 60-70-х годов 20 столетия. Для ТС, проектируемых сегодня, этот период будет не так ярко выражен.

n, тыс.шт

100

50

5

10

Т, год

1

2

3

Рис. 6.14. Циклы жизни трех поколений автомобилей (по [153]) 1 – первое поколение семейства 965; 2 – второе поколение семейства 965; 3 – третье поколение семейства 965;

0

 

 

Как было отмечено выше, жизненный цикл ТС не всегда бывает таким «показательным». Это связано с целым рядом факторов. Поэтому реальный выпуск и цикл могут выглядеть, например, как на рис.6.15. (приводится по [152]). Т.е. история индивидуальной марки зависит от ее успеха на рынке, экономической ситуации в стране, от эффективности атак и контратак конкурентов и прочее. Самый длительный цикл жизни у товарных классов.

Сбыт многих товарных классов надолго задерживается в рамках этапа зрелости. Аналогичная картина вырисовывается при последовательной смене моделей. На рис. 6.14. представлены циклы 3-х поколений. Первое поколение автмобилие 965 состояло из 5, а третье – из 6. Каждая модификация имела свои циклы внутри семейства. Суммируя объемы выпуска, получим кривую с колебаниями (рис.6.16.)

Понятие жизненного цикла может применяться к таким явлениям, как стиль, мода, фетиш. Т.к. они непосредственно связаны с процессом производства и потребления рассмотрим кортко их основные черты и дадим определения.

Продажи новых автомобилей

Число лет с момента появления на рынке

Рис. 6.15. Жизненый цикл автомобилей 1 – «Мустанг» («Форд») 2 – «Шеви-2-Нова» («Дженерал моторс»)

2

0

200

400

600

5

10

15

1

n, тыс.шт

100

50

5

10

Т, год

Рис. 6.16. Суммарный выпуск автомобилей 965, 966, 968

0

 

 

Стиль – устойчивое единство образов, принципов, общность образной системы, обусловленная сединством внутреннего содержания, функции, принципов, средств, возникающая в той или иной сфере человеческой деятельности. Например, в искусстве – готика, возрождение, барокко, классицизм и т.д., в одежде – классика, модерн и т.д. Будучи однажды созданным, стиль может существовать на протяжении многих поколений, то обретая широкую популярность, то теряя ее. Применительно к стилю характерен цикл с несколькими периодами повышенного интереса (рис. 6.17.) Приводится по [152, 226].

Мода – непродолжительное господство определенного вкуса (стиля) в какой-либо сфере жизнедеятельности, культуре и т.д. Т.е. мода – это стиль, признанный или популярный в данное время в определенной сфере.

В своем развитии мода проходит четыре этапа (рис.6.17):

· исключительности;

· соперничества;

· массового распространения;

· спада.

Таким образом, мода проходит период относительно медленного роста, становится популярной, а производитель достигает максимального выпуска – объема продаж, а затем наступает период медленного упадка. Предсказать продолжительность цикла достаточно сложно, во многом мода зависит от того, насколько полно она отвечает подлинным требованиям потребителей, соответствует уровню развития общества, его ценностям, технической реализуемости.

Увлечение (фетиш) – яркое, частое проявление моды, которое быстро завоевывает всеобщее внимание, получает известность, мгновенно достигает пика популярности и очень быстро входит в стадию спада. Цикл признания ТС – увлечения (фетиша) непродолжителен, и, как правило, число приверженцев «крика моды» ограничено. Недолговечность увлечений объясняется тем, что их появление не связано с реальными нуждами потребителей. Спад потребления часто носит катострофический характер (рис. 6.17.)

Таким образом, эволюционное развитие стиля, модных тенденций включает революционные процессы в виде кратковременных увлечений – фетишей. При общем высоком уровне неопределенности товарные классы эволюционируют по определенным закономерностям. Эволюционирует и товарный рынок, меняется социальный заказ общества, эволюционируют потребности.

Изучение циклов жизни ТО и ТС позволяет анализировать тенденции производства в прошлом, прогнозировать их развитие, темпы внедрения, продолжительность инвестиционного лага и т.п.

Время

Стиль

Рис. 6.17. Жизненные циклы: стиль, мода, увлечение (фетиш). Приводится по [226].

Время

Мода

Время

Увлечение (фетиш)

 

 

6.5

 

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМ