Методы скоростного проектирования новой продукции

          Функционально-стоимостный анализ - метод системного исследования объекта (изделия, процесса, структуры), направленный на повышение эффективности использования материальных и трудовых ресурсов. Он обеспечивает оптимизацию соотношения между общественно необходимыми потребительскими свойствами объекта и затратами на его создание и эксплуатацию. Повышение эффективности использования материальных и трудовых затрат средствами ФСА на стадии подготовки производства обеспечивается предупреждением возникновения функционально излишних затрат, на стадиях производства и эксплуатации - сокращением или исключением неоправданных затрат и потерь. 
Новая конструкция изделий должна быть более рациональной и экономичной по сравнению с предшествующей. Анализ конструкций изделий показывает, что многие детали, узлы и другие конструктивные элементы порой имеют мелкие, незаметные на первый взгляд экономические недоработки. Экономическая недоработка - это конструктивное решение, приводящее к необоснованным расходам, например, неоправданное усложнение формы детали, ненужное для работы завышение класса точности обработки отдельных элементов детали, завышение класса чистоты нерабочих поверхностей, необоснованное применение дорогого материала, излишняя прочность, ненужные дорогие покрытия и др. 
Применение ФСА позволяет устранить большую часть недоработок при проектировании конструкции, изготовлении опытных образцов и в серийном производстве. ФСА базируется на предположении о том, что объектом исследования должны быть не продукты труда как таковые, а выполняемые ими функции, поскольку только они призваны удовлетворять какую-либо общественную потребность. В отличие от предметного подхода, при котором существующая конструкция или процесс принимаются как нечто заданное и незыблемое, а снижение затрат может быть результатом лишь его усовершенствования, при использовании функционального подхода объект рассматривается как средство для достижения определенной цели - реализации комплекса необходимых потребителю функций. Достичь этой цели можно несколькими путями. При ФСА ставится задача обеспечить достижение цели наиболее эффективным способом. Анализ предполагает выявление и исследование функций анализируемого объекта. Под функцией в этом случае понимают проявление или сохранение свойств какого-либо объекта в данной системе отношений, а также действие или воздействие. Так, функциями объектов могут быть такие действия, как «концентрировать усилия», «регулировать поток» и др.

          В теории ФСА функции подразделяются по следующим признакам: по области применения - внешние и внутренние; по роли в удовлетворении потребностей - главные и второстепенные; по роли в обеспечении работоспособности объекта - основные и вспомогательные; по степени полезности - полезные, бесполезные (излишние), вредные.

          Внешние (общеобъектные) функции отражают отношения объекта со сферой его применения. В этой группе различают функции главные и второстепенные. Главные определяют его назначение, сущность и смысл существования. Второстепенные - это функции, не влияющие на работоспособность объекта и отражающие побочные цели его создания. Внутренние (внутриобъектные) функции отражают действия и взаимосвязи внутри объекта, они обусловливаются принципами его построения и особенностями исполнения. В этой группе выделяются основные и вспомогательные функции. Основная функция обеспечивает работоспособность объекта, создает необходимые условия для осуществления главной функции, вспомогательные - способствуют реализации основных.

          Формулировка функций при их определении должна по возможности содержать два слова - глагол и существительное.

           Помимо элементов, выполняющих основные или вспомогательные функции, конструкция изделия или его составной части может содержать конструктивные элементы, функции которых излишни или могут быть успешно совмещены конструктивно с элементами, уже имеющимися в конструкции и не несущими те или иные функции.

          Объектом функционального анализа являются прямые затраты, уровень которых в значительной мере формируется в процессе конструкторской и технологической подготовки производства. Общие затраты на изготовление детали, изделия (в данном случае - прямые) в соответствии с функциональным подходом к анализу состоят из двух частей: затрат на обеспечение выполнения изделием его функций, т. е. полезных затрат; дополнительных затрат, не имеющих прямого отношения к функции изделия, которые можно уменьшить при выполнении второстепенных или вспомогательных функций, т. е. излишних затрат. Целевые затрат подразделяются на затраты, связанные с реализацией основных функций изделий, и затраты, связанные с реализацией второстепенных функций. 
В ходе ФСА ставится задача создать такую конструкцию изделия, которая обеспечит выполнение его функций при затратах, приближающихся к минимально необходимым. Решения этой задачи можно добиться: сведением до минимума дополнительных затрат, обусловленных несовершенством конструкций и применением неэффективных способов изготовления продукции; устранением элементов конструкции, функции которых излишни или могут быть совмещены; доведением затрат, связанных с выполнением вспомогательных и второстепенных функций, до оптимального уровня. ФСА проводится по этапам. 
          I этап - подготовительный - включает выбор объекта исследования, постановку задачи, определение цели анализа, формирование группы по его проведению. Объектом исследования могут быть проектируемое или модернизируемое изделие, технологический или производственный процесс. Основными задачами, определяющими необходимость проведения ФСА на стадиях подготовки производства, являются: снижение себестоимости и цены проектируемого изделия; сокращение сроков и затрат на конструкторскую и технологическую подготовку производства; повышение серийности при изготовлении новой продукции; ограничение номенклатуры конструктивных элементов и применяемых материалов; повышение качества конструкции изделия (надежность, долговечность, ремонтопригодность); снижение трудоемкости изготовления изделия; внедрение безотходной и малоотходной технологии; совершенствование организации производства и т. д. На этом этапе формируется группа, которая будет участвовать в проведении анализа. В ее состав входят технологи, конструкторы, экономисты, плановики, нормировщики, работники сбыта и снабжения и другие специалисты, имеющие соответствующие знания по исследуемому вопросу. Состав группы не должен превышать пяти-семи человек. 
          II этап - информационный - включает ознакомление с чертежами, технологическими процессами, паспортами, патентными формулярами, рекламными проспектами, научными статьями по проектируемому и аналогичным образцам. Изучаются также и экономические показатели: себестоимость образцов техники; трудоемкость по видам работ, а также трудовые затраты по каждой детали или узлу изделия; цены; цеховые расходы; расходы по содержанию и эксплуатации оборудования; затраты на освоение новой техники; внепроизводственные расходы; рентабельность. Наличие научно-технической и экономической информации создает основу для проведения ФСА. Собранную информацию следует проанализировать, сгруппировать и затем использовать в ходе анализа.

          III этап - аналитический. Цель этапа - провести анализ объекта в целом для определения задач по выработке вариантов решений, направленных на его совершенствование. На этом этапе на основе конструкторской документации разрабатывается структурно-элементная модель изделия. Модель показывает состав сборочных единиц и деталей, входящих в изделие, и характеризует их взаимосвязи. В модели выделяются иерархические уровни: изделие, узел, деталь и т. п. 
На аналитическом этапе устанавливаются и формулируются функции, выполняемые изделием и каждым конструктивным элементом, а также определяются затраты по каждой функции. Затем строится функциональная схема изделия (рис. 3).

 Рис.3. Функциональная  схема изделия

          Размер затрат на реализацию конкретной функции устанавливается исходя из затрат, приходящихся на материальные носители (деталь, сборочная единица, изделие), обеспечивающие реализацию данной функции. Если один материальный носитель участвует в выполнении нескольких функций, то затраты распределяются между функциями пропорционально вкладу носителя в реализацию этих функций. Для определения затрат используются данные, полученные на информационном этапе. В случае недостатка информации затраты на материальные носители могут быть определены по аналогии с деталями, сборочными единицами, изделиями, а также с помощью укрупненных методов расчета. Сравнивая затраты, реализующие одну и ту же функцию, можно определить функционально необходимые затраты, а также выявить излишние затраты на отдельную функцию и на объект анализа в целом.

 
 
 
Рис.4. Гистограмма трудоемкости изготовления деталей изделия 

 
          Информация о затратах заносится в специальные формы. Вспомогательными средствами анализа являются диаграммы и гистограммы, составляемые на основе данных таблиц. В качестве примера приведем гистограммы трудоемкости изготовления деталей (рис. 4) и стоимости покупных и комплектующих изделий и деталей (рис. 5), секторограмму технико-экономических показателей изделий (рис.6). 
 
 
Рис. 5. Гистограмма стоимости покупных и комплектующих изделий и деталей, входящих в изделие. 

          После того как определены функции изделия и его элементов, необходимо выявить ненужные функции и определить меры по упрощению конструкции, замене материалов.  
 
Рис.6. Секторограмма технико-экономических показателей изделия:

          I - номинальная мощность, кВт; II - напряжение, В; III - номинальный пусковой ток; IV - удельная материалоемкость, кг/кВт; V - масса двигателя, кг; VI - КПД, %; VII - удельный расход проката черных металлов, кг/кВт; VIII - удельный расход обмоточного медного провода, кг/кВт. 

          IV этап - творческий. Цель этого этапа - поиск идей, на основе которых можно было бы сформулировать варианты решения поставленной задачи, и выбор наиболее приемлемых вариантов. При этом в первую очередь следует уделить внимание тем элементам изделий, которые требуют наибольших трудовых, материальных и денежных затрат. Члены исследовательской группы выдвигают новые идеи и формулируют возможные варианты исполнения требуемых функций. Результативность творческого этапа зависит от формы организации процедуры выдвижения идей, выбора методов технического творчества. 
Для поиска новых идей и технических решений в ходе ФСА могут быть использованы следующие методы: мозгового штурма (мозговой атаки), метод «635», конференция идей, морфологический анализ, метод контрольных вопросов, метод синектики, ТРИЗ и др.

          Метод мозгового штурма предусматривает получение новых идей путем организации коллективного творчества группы. В ходе «штурма» члены группы развивают собственные идеи и идеи своих коллег, используют одни идеи для развития других, комбинируют их в различных сочетаниях. Мозговой штурм позволяет за короткий промежуток времени получить большое количество альтернативных вариантов решения задачи.

          Метод «635» является одним из вариантов метода мозговой атаки и отличается от него тем, что обмен информацией в пределах группы является односторонним и осуществляется в письменном виде. Цифра 635 означает, что к решению проблемы привлекается 6 специалистов, каждым из них высказывается 3 идеи, которые затем последовательно 5 раз анализируются и дополняются оставшимися участниками проблемной группы.

Схема реализации метода «635» представлена на рис 7. На первом этапе участниками проблемной группы в специальные бланки заносятся основные идеи, позволяющие решить поставленную задачу. На втором этапе каждый из специалистов дополняет их еще тремя решениями, направленными на развитие предложенных рекомендаций. После того как бланки заполняют все шесть участников, в них будет содержаться 108 идей. 
 
 
Рис. 7. Схема реализации метода «635»: 
 
          У - участник проблемной группы (6); ВИ - выдвигаемая идея (3); 1 - порядковый номер передачи идей для последующего анализа (5). 
          Как показывает опыт применения данного метода, обязательность письменного изложения идей стимулирует членов группы к постоянной активной работе. Представленные идеи отличаются большей обоснованностью и четкостью. 
Конференция идей - это совещание, проводимое в целях выявления максимального количества идей и решений. В отличие от метода мозгового штурма при конференции идей разрешается критика, высказываемая в доброжелательной форме. 
В морфологическом анализе выделяют оси - основные функции (параметры) изделия. По каждой оси записывают элементы - возможные варианты их реализации. Комбинируя сочетания элементов, по записям всех осей получают большое число всевозможных альтернативных вариантов решений. 
Метод контрольных вопросов заключается в поиске решения задачи с помощью заранее подготовленного списка наводящих вопросов. Особо важное значение имеют вопросы, связанные с функциями и целевым назначением изделия. Вопросник помогает найти новые идеи и решения, стимулировать их поток. 
Синектика - комплексный метод стимулирования творческой деятельности, основанный на применении метода мозгового штурма в сочетании с приемами аналогии и ассоциаций.

          ТРИЗ (теория решения изобретательских задач) - современный научно обоснованный метод технического творчества. Он учитывает опыт изобретателей, использует информацию патентного фонда справочников физических и химических эффектов и явлений. Учет законов и прогнозов развития технических систем, организация мышления путем предопределения его программы и управления психологическими факторами, выявление в процессе поиска идеальных конечных результатов способствуют экстремальности достигаемых с помощью ТРИЗ результатов. 
          Предварительный отбор вариантов решений предполагает использование современных методов сравнительной технико-экономической оценки (методы расстановки приоритетов, положительно-отрицательных оценок и др.). Этап заканчивается отбором вариантов, подлежащих рассмотрению на исследовательском этапе.

          V этап - исследовательский. На этом этапе проводятся оценка и предварительный выбор вариантов. Из всего количества различных вариантов исключаются те, которые невозможно реализовать. Затем проверяются возможность осуществления и функциональная пригодность оставшихся вариантов решений. Для отбора альтернативных вариантов должны быть выработаны оценочные критерии, позволяющие обеспечить возможность количественного сравнения. После этого проводится проверка вариантов на экономичность, т. е. дается оценка решений поставленной задачи с точки зрения затрат, необходимых на их воплощение. Сравнением нужно охватывать одинаковое количество функций. При этом необходимо учитывать и влияние дополнительных функций. 
Критерием, на основе которого производится отбор вариантов, является предполагаемая величина затрат. Может оказаться, что по варианту с наименьшими затратами либо выполняются не все необходимые функции, либо они выполняются не в полном объеме. В этом случае целесообразно поиск вариантов, благоприятных с точки зрения затрат, обеспечивающих выполнение всех функций, проводить путем разработки дерева цели, комбинированных матриц, перечня проверочных вопросов или путем организации конференции идей.

          Оценку вариантов изготовления деталей можно проводить методом приоритета на основании составленных на предыдущем этапе морфологических матриц. 
          VI этап - рекомендательный. На основе отобранных вариантов принимается решение по внедрению рекомендаций, разработанных в процессе ФСА. Характеристика принятого решения дается в ясной и наглядной форме с указанием всех затрат, влияющих на себестоимость используемой конструкции. 
          VII этап - внедрение и контроль результатов ФСА. На этой стадии по результатам ФСА составляется график внедрения разработанных технических и организационных решений и осуществляется их реализация.