(ФСА) – метод системного исследования функции
advertisement
Министерство высшего и среднего образования Российской Федерации ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра экономики промышленности и организации производства ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОЙ АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНЫХ РЕШЕНИЙ Методические указания к курсовому и дипломному проектированию Иваново 1999 2 Функционально-стоимостный анализ (ФСА) – метод системного исследования функции объекта, направленный на минимизацию затрат в сферах проектирования, производства и эксплуатации при сохранении или повышении качества и полезности объекта. Цель ФСА: ускорение реализации научно технических достижений в условиях рационального расходования ресурсов. Объект ФСА: изделие, процесс, структура в качестве новой разработки или на стадии совершенствования. Принципы ФСА: - функциональный подход. Сущность такого подхода заключается в рассмотрении объекта совокупностью функций, которые он выполняет. Каждая функция анализируется с позиции возможных принципов и способов исполнения, а также значимости и затрат на реализацию. Теоретической базой функционального подхода служат принципы функциональной организованности систем, в том числе технических, которые помогают выявить истоки организованности объектов и их жизнеспособности; - народнохозяйственный подход, включающий оценку потребительских свойств и затрат на разработку, производство и использование объекта; - системный подход, позволяющий рассмотрение объекта как части системы более высокого порядка и как системы, состоящей из взаимосвязанных элементов; - коллективное творчество с использованием методов поиска и формирования нестандартных решений, а также методов количественной и качественной оценок вариантов решений. Основные задачи ФСА: - на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ – предупреждение возникновения излишних затрат; - на стадиях производства и эксплуатации объекта – сокращение или исключение неоправданных затрат или потерь. Структура эффекта от проведения ФСА различных объектов Объект ФСА Распределение экономии по статьям затрат в % Материалы Зарплата Расходы на сод. и экспл. Прочие Продукция 57 14 4 25 Процесс 32 39 10 19 Организация и управление 32 17 35 16 Конечные результаты, получаемые с помощью ФСА: - сокращение затрат при одновременном повышении потребительских свойств, - повышение качества при сохранении уровня затрат, - снижение затрат при сохранении уровня качества, - сокращение затрат при обоснованном снижении технических параметров до их функционально необходимого уровня, 3 - повышение качества при экономически оправданном росте затрат. Таким образом, ожидаемое снижение затрат на единицу полезного эффекта находит свое отражение в снижении материалоемкости, трудоемкости, энергоемкости или фондоемкости объекта, росте качества продукции, росте производительности труда, устранении узких мест и диспропорций, достижении оптимального соотношения между потребительной стоимостью и затратами на создание объекта. 1. Формы и этапы ФСА в системе создания и освоения новой техники СОНТ Рис. 1.1. Формы ФСА и сфера их применения в системе создания и освоения новой техники. Корректирующая форма ФСА предназначена для отработки ранее созданных конструкций, в том числе на технологичность. Направлена на выявление излишних затрат, поиск резервов снижения себестоимости и повышения качества изделий. Способствует привлечению внимания конструкторов и технологов к тем функциональным частям объекта, в которых имеются диспропорции между значимостью выполняемых функций и затратами на их осуществление. Поиск оптимальных решений осуществляется по каждой функции и объекту в целом. Этапы корректирующей формы ФСА приведены на рис. 1.2. 4 1 Выбор объекта анализа. Определение цели 2 Сбор необходимой информации об объекте анализа 3 4 Построение СМ Определение границы зоны анализа (построение диаграммы Парето по затратам и качеству) 5 Определение требований к объекту и распределение их по значимости 6 Определение главных, второстепенных и основных функций объекта (номинальных). Построение укрупненной ФМ. 7 Анализ действительных функций элементов объектов 8 Дополнение ФМ на уровне вспомогательных функций 9 Построение совмещенной модели 10 Распределение затрат по функциям различных уровней ФМ 11 Определение значимости и относительной важности функций 12 Построение функционально-стоимостной диаграммы по уровням ФМ 13 Оценка степени исполнения функций объектом 14 Определение зоны рассогласования (RF и SF). Определение предельно допустимых затрат по функциям. 15 Формирование набора идей для устранения рассогласования. Оценка их с помощью положительно-отрицательных таблиц. 16 Построение морфологической карты приемлемых идей по функциям 17 Формирование вариантов совершенствования объекта анализа 18 Оценка затрат и качества исполнения функций по вариантам. Определение k 19 Проверка на соответствие заданным ограничениям по функциям (SF j) 20 Выбор варианта для внедрения Рис. 1.2. Корректирующая форма ФСА 5 Сбор и систематизация информации 1 2 Определение требований к изделию и оценка их важности 4 3 Построение дерева целей и задач проектирования Определение экономических допусков на изделие 5 Формулирование и оценка значимости главных и второстепенных функций 6 Формулирование основных и необходимых вспомогательных функций 7 Построение укрупненной ФМ 8 Определение относительной важности функций 9 Установление лимитов затрат по функциям 10 Формирование набора идей и вариантов реализации основных функций 11 Предварительная оценка идей по реализации основных функций 12 Формирование синтезированных вариантов построения изделия 13 Построение вариантов структурной модели изделия 14 Укрупненная оценка качества исполнения функций по вариантам 15 Проверка соответствия затрат на функции лимитам 16 Комплексная оценка и окончательный выбор варианта построения изделия Рис 1.3. Творческая форма ФСА Творческая форма ФСА применяется на стадиях НИР и ОКР при проектировании объектов с целью предотвращения неэффективных решений. Она систематизирует действия конструктора при поиске оптимальных технических решений. Метод приближенной оптимизации реализуется параллельным и многократным анализом технических и экономических показателей проектируемого 6 объекта, критическим анализом каждого элемента с позиции выполняемых функций и полезности для объекта в целом. Этапы творческой формы ФСА приведены на рис. 1.3. Взаимосвязанные процедуры и приемы анализов ФСА, выполняемые в определенной последовательности, позволяют регулировать качества проектирования путем постепенного приближения к оптимальному решению. При этом проверочные действия выполняются многократно, а внимание проектировщиков концентрируется не столько на материальной структуре изделия, сколько на функциональной. Работы по ФСА тесно переплетаются с процессом конструирования, поэтому каждая из утвержденных ГОСТом стадий ОКР содержит действия, осуществляемые с помощью ФСА. При формировании технического задания ФСА помогает установить рациональные диапазоны параметров и ограничений исходя из требований сферы потребления и целей проектирования, гарантировать получение показателей на уровне лучших мировых образцов. При подготовке технического предложения формируется функциональная модель изделия и производится ее оценка, определяются допустимые пределы затрат по функциям с учетом их значимости, выполняется предварительное ранжирование вариантов по качественным характеристикам. При разработке эскизного проекта происходит детализация функциональной модели до уровня конструкции и технологии, укрупненная калькуляция затрат на функции. При создании технического и рабочего проектов осуществляется окончательная калькуляция затрат на функции, оценка полезности и потребительских свойств, обеспечиваемых выбранным вариантом построения, проверка по функциональностоимостным диаграммам. Процесс создания нового изделия с помощью ФСА имеет ряд отличий от традиционного проектирования. Наиболее существенные из них: - использование программно-целевого подхода применительно к изделию и его элементам. При этом функции обусловленные требованиями потребителей, играют роль целью, а варианты элементов и приемов их реализации выступают как средства достижения целей, - построение «дерева целей» и задач проектирования, отражающих требования сферы потребления и производства изделия с учетом всех возможных потребителей, - составление перечня всех функций, необходимых для удовлетворения изделием требований потребителей, - формирование логической функциональной модели изделия, отражающей состав основных и вспомогательных функций будущего изделия, - представление всего многообразия возможных конструктивнотехнологических решений по реализации функций, - оценка значимости и полезности каждой функции в удовлетворении требований потребителя к изделию, 7 - калькуляция затрат на функции по вариантам исполнения изделия, выполняемая несколько раз с постепенным уточнением по мере формирования облика будущего изделия, - комплексная оценка вариантов технических решений по функциям и изделию в целом с учетом совокупных затрат, значимости и степени использования функций в каждом случае. Инверсная форма ФСА применяется с целью систематизации процессов поиска сфер применения уже спроектированных объектов и обеспечение выбора наиболее эффективной с технической и экономической позиций производственной системы, в которой предполагается использование объекта; для поиска наилучших путей использования отходов и вторичных ресурсов производства; для проведения унификации объектов и др. Методика этой формы ФСА включает 5 комплексных процедур: - подготовительно-информационную процедуру, - функциональное описание объекта применения, - функциональное описание объекта – потребителя, - упорядочение комплекса функций и составление обобщенного описания «объекта-системы», - оценку и выбор наилучшего варианта использования объекта. При решении вопросов унификации в состав работ по ФСА входят: постановка задачи и сбор информации по совокупности объектов унификации; выделение системы параметров и основных функций, выделение вспомогательных функций, построение функциональной и совмещенной моделей; определение функционального набора для унифицированной структуры изделия; определение затрат на реализацию основных и вспомогательных функций; выбор оптимального варианта конструктивнотехнологического исполнения унифицированного решения. В отличие от анализа уже освоенных изделий при использовании ФСА на этапах проектирования акцент делается не на снижение затрат, а на технико-экономическую оптимизацию. При этом критерием служит соотношение уровня осуществления функций и затрат на их реализацию. 2. Функциональное моделирование объекта. Проведение ФСА требует использования определенной системы понятий. Основное из них – понятие функции. Функция – проявление и (или) сохранение свойств какого-либо объекта в данной системе отношений (например, передавать усилие, регулировать поток, предохранять от удара и т. д.). Укрупненная классификация функций объекта дана на рис.2.1. По области проявления функции делят на внешние и внутренние, а по роли в удовлетворении потребностей – на главные и второстепенные. 8 Рис. 2.1. Классификация функций объекта Внешние (общеобъектные) функции отражают функциональные отношения между объектом (или его составляющими) и сферой применения. Среди них различают главные и второстепенные функции. Главная функция объекта определяет назначение, сущность и смысл существования объекта в целом. Второстепенная функция не влияет на работоспособность объекта, отражает побочные цели его создания, обеспечивает спрос. Внутренние (внутриобъектные) функции отражают действия и взаимосвязи внутри объекта и обусловлены принципом построения, особенностями исполнения. По роли в обеспечении работоспособности объекта среди внутренних функций выделяют основные и вспомогательные. Основная функция обеспечивает работоспособность объекта, создает необходимые условия для осуществления главной функции. Различают: основные функции приема, ввода (вещества, энергии, информации), передачи, преобразования, хранения, выдачи (отдачи) результатов. Вспомогательные функции способствуют реализации основных функций. Различают вспомогательные функции: соединительные, изолирующие, фиксирующие, 9 направляющие, гарантирующие и др. По степени полезности все функции разделяют на полезные, нейтральные и вредные. Полезные функции – это внешние и внутренние функции, отражающие функционально-необходимые, потребительские свойства и определяющие работоспособность объекта. Нейтральные функции – излишние функции, не снижающие работоспособность объекта, но создающие избыточность и удорожание объекта (т. е. Бесполезные). Вредные функции – отрицательно влияющие на работоспособность объекта и его потребительскую стоимость, удорожающие объект. Рассмотрение разновидностей функций не исчерпывает существующего разнообразия. При проведении ФСА, особенно на стадиях НИР и ОКР, следует иметь в виду дополнительное разделение функций по принципам «характер возникновения» и «характера проявления». По характеру возникновения можно выделить: - первичные функции, преднамеренно заложенные конструктором и технологом, т.е. соответствующие целям проектирования, - производная функция, возникающая как результат осуществления первичных функции или взаимодействий элементов, реализующих их. По характеру проявления различают: - реализуемые функции, реально проявляющиеся и обеспечивающие необходимую полезность объекта в соответствии с заданными требованиями, - потенциально возможные функции, способствующие расширению сфер применения объекта, создающие предпосылки увеличения полезности изделия в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации. Использование рассмотренной классификации дает возможность проследить за формированием излишних функций: вредных и бесполезных, которые чаще всего встречаются среди второстепенных, вспомогательных, производных. В ходе анализа необходимо устранить или предотвратить появление вредных функций и материальных носителей, реализующих их, а также максимально снизить количество бесполезных функций с их материальным воплощением. Для выявления таких функций необходимо представление объекта в виде условных моделей: структурной, функциональной и совмещенной. Структурная, или структурно-элементная модель объекта – условное изображение (как правило, в виде графа), отражающее состав и соподчиненность его материальных элементов (носителей функции). Функциональная модель объекта – это описание его на языке выполняемых функций и их отношение, представляемое графом или матрицей связей. При этом на первом (верхнем) уровне располагаются главные и второстепенные функции, на втором - основные функции объекта, на третьем и последующих – вспомогательные функции объекта в целом и его составляющих. Функционально-структурная или совмещенная модель – графическое или матричное изображение объекта, получаемое путем наложения структурно- 10 элементной модели на функциональную (например, матрица вида «Структурные единицы объекта-функции»). Представление функций объекта и функциональных связей внутри его составляет сущность функционального моделирования. Этапы этой процедуры: - формулировка (логическое описание) функций, - классификация функций, - определение иерархии функций, - проверка правильности распределения по методу FAST, - описание и графическое изображение функциональных связей в виде функциональной модели. При описании функций необходимо соблюдать ряд правил: 1. Для отражения качественной стороны функций формулировка должна обязательно содержать: глагол + существительное (например, «передавать сигнал»). 2. Описание функций может дополняться количественной составляющей (технико-физическими, химическими величинами, входными параметрами, диаграммами, формулами). 3. Формулировка должна быть абстрактной, то есть не содержащей понятий, отражающих существующее конструктивно-технологическое решение. Например: Функция вала двигателя Качественная сторона Количественная сторона Передавать крутящий момент Быть термостойким t(C) Формулируя функции существенного объекта и его элементов, следует описать не только те функции, которые он реально выполняет, но и все потенциально возможные. Классификация функций проводится в соответствии с характеристиками и определениями, рассмотренными выше. Иерархия функций устанавливается путем распределения их по следующему правилу. Функции верхнего уровня иерархии должна отражать «цель» по отношению к нижестоящим; в свою очередь, нижестоящие характеризуют «средства достижения» вышестоящих. 4. 11 Проверка правильности распределения может быть выполнена по методу систематизированного анализа функций FAST, разработанного Ч. Батвеем. Метод базируется на применении принципов детерминированной логики и предусматривает построение диаграммы функций, напоминающей сетевой график (подробнее см. Моисеева Н.К. ФСА. Теория и практика. Ч.1. Зарубежный опыт. –М.: ЦНИИЭ, 1982). После проверки правильности распределения функций и их важнейших связей переходят к построению графической функциональной модели, отражающей иерархию уровней и связи между функциями разных уровней. На верхнем уровне располагаются главная и второстепенная функции, на следующем - основные функции, на нижних уровнях – вспомогательные функции. Пример функциональной модели приведен в пункте 4.10. 3. Оценка затрат на исполнение функции и выбор оптимального варианта. На аналитическом, творческом и исследовательском этапах ФСА возникают оценочные задачи нескольких видов: - функционально-стоимостная оценка вариантов частных решений по каждой основной функции (задача дифференциации); - функционально-стоимостная оценка синтезированных решений по объекту в целом (задача интегрирования); - выбор оптимального варианта (задача оптимизации). Специфика каждой из этих задач, а также многократность их повторения в процессе ФСА по отношению к элементам разной сложности требует использования разных медов решения. Однако в основе получения оценок должны лежать единые принципы, согласующиеся с целями ФСА и особенностями функционального подхода. Первая группа задач возникает на аналитическом этапе корректирующей формы ФСА при дифференциации затрат по функциям, а также на исследовательском этапе корректирующей и творческой форм ФСА при сравнении частных технических решений по функциям. В первом случае требуется распределить затраты по функциям для того чтобы в дальнейшем определить степень соответствия между затратами и значимости функции для потребителя и отразить ее на функционально-стоимостной диаграмме. Когда один материальный носитель или целая группа таких носителей полностью работает на одну определенную функцию, производственные затраты на нее определяются себестоимостью соответствующих носителей. Если один и тот же материальный носитель участвует в удовлетворении нескольких функций, затраты распределяются между функциями пропорционально вкладам носителя в реализацию этих функций. Такие затраты получили название «долевых» и представляют собой часть затрат на изделие, отнесенную к данной функции. Сумма всех долевых затрат по функциям и затрат на образование связей между материальными носителями, реализуемых при операциях сборки и монтажа, составляет себестоимость изделия. 12 Другой подход при определении затрат на функции сводится к расчету автономных и приростных затрат. Под автономными понимаются затраты на устройство при условии, что оно выполняет только одну функцию, не участвуя в выполнении других функций. При суммировании автономных затрат по всем функциям нужно принимать во внимание не только результаты анализа, но и последствия синтеза технических решений, его влияние на себестоимость изделия в целом. Можно выбрать самые дешевые решения (например, с помощью морфологических матриц) по каждой функции и получить наименьшую сумму автономных затрат, но для того, чтобы объединить функции, могут потребоваться очень большие дополнительные затраты комплексования. Для многофункциональных объектов дискретного исполнения следует определить автономные затраты на ведущие (по затратам) функцию, а затем последовательно прибавлять так называемые приростные затраты по другим функциям. Под приростными затратами понимается такие затраты, которое вызывается прибавлением (или удалением) этой функции (добавление функций ведется в порядке убывания их автономных затрат). Размер приростных затрат показывает, насколько удачно решена конструктором задача синтеза решений при объединении их в изделии. Вторая группа задач связана со стоимостной оценкой синтезированных решений по изделию в целом (задача интегрирования). Для этой цели используют ряд методов. Наиболее распространенным среди укрупненных медов расчета являются следующие. Метод расчета себестоимости по удельным показателям – укрупненный метод оценки затрат, основанный на предположении, что себестоимость меняется пропорционально изменению определяющего технико-эксплуатационного параметра изделия. Себестоимость проектируемого изделия определяется произведением удельных затрат, приходящихся на единицу параметра изделия аналога, и значения этого параметра для нового изделия. Например, таким показателем может быть удельная стоимость единицы полезной площади для изделий типа больших интегральных схем БИС (подробнее см.: Кац Г.Б., Ковалев А.П. Техникоэкономический анализ и оптимизация конструкций машин –М.: Машиностроение, 1981). Метод элементо-коэффициентов – метод укрупненной оценки себестоимости (приведенных затрат) на стадии проектирования, учитывающий сложность реализации главных элементов кинематической и электрической схем изделия, путем введения соответствующих элементо-коэффициентов. Для сопоставления вариантов построения изделия с точки зрения не только производства, но и потребителя используют способ «приведенных элементо-коэффициентов». Например для устройств средств электрической связи практические приведенные затраты на базовые элементы схем составляет: 15,1р./эл.коэф. – для электронных устройств выполненных на интегральных схемах; 6,1р./эл.коэф. – для устройств, выполненных на дискретных электронных элементах; 13 3,5р./эл.коэф. – для электропитающих устройств. О методе элементо-коэффициентов подобнее см.: Гамрат-Курек Л.И. Иванов К.Ф. Выбор варианта изготовления изделия и коэффициенты затрат. –М.: Машиностроение, 1975. Метод баллов – укрупненный метод оценки себестоимости путем присвоения основным технико-эксплуатационным характеристикам проектируемого изделия бальных оценок (относительно наилучших достигнутых или перспективных) и умножения их на ценностный множитель, полученный делением себестоимости ранее изготовленного аналогичного изделия на соответствующую ему сумму баллов (об этом подробнее см.: Барташев Л.В. Конструктор и экономика –М.: Машиностроение, 1977; Кац Г.Б., Ковалев А.П. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин –М.: Машиностроение, 1981). Метод структурной аналогии – укрупненный метод оценки себестоимости, исходящей из предложения о неизменности структуры затрат базового и нового изделия. Себестоимость определяется с учетом неизменности соотношения преобладающих элементов затрат (материальных или трудовых). Методы оценки себестоимости на основе математических моделей (регрессионных, корреляционных и т. д.). эти методы основаны на использовании ранее установленных математических зависимостей себестоимости от различных характеристик изделия. Затраты на изготовление нового изделия определяют подстановкой значений параметров проектируемого изделия в соответствующую математическую формулу. При наличии соответствующей нормативной базы может использоваться прямой метод расчета функционально-необходимых затрат. Функционально-необходимые затраты – минимально возможные затраты на реализацию комплекса функций объекта при соблюдении заданных требований потребителей (параметров качества) в условиях создания и эксплуатации, организационно-технический уровень который соответствует уровню сложности спроектированного проекта. Производственные функционально-необходимые затраты рассчитываются в соответствии с функциональной моделью объекта как сумма затрат на создание вспомогательных функций, обеспечивающих основные. Эксплуатационные функциональнонеобходимые расходы учитывают затраты на применение функций в сфере потребления. Существующие с настоящее время методы поиска оптимального варианта и формирования решений расширяют творческие возможности конструктора и технолога. В тоже время повышается сложность выбора лучшего решения, так как исходное множество – «поле выбора» - значительно увеличивается. Функциональная модель изделия служит своеобразным путеводителем для проектировщика при составлении возможного набора идей. Именно в рамках этой модели производится поиск частных технический решений по функциям, а затем их синтез. Критерии, используемые для оценки и выбора решения на этапах ФСА, должны удовлетворять следующим основным требованиям: отражать сопоставление затрат и результатов и не противоречить критерию народнохозяйственной эффективности; 14 иметь количественное ворожение; быть пригодными для оценки различных, общих и частных технических решений на этапах проектирования; учитывать качественные различия в сравниваемых вариантах; отражать вклад технических решений в обеспечение потребительских свойств и функций изделия; обеспечивать объективность оценки в условиях неопределенности исходной информации; быть относительно простыми. Выбор соответствующего критерия зависит от целевой направленности ФСА (подробнее см.: Моисеева Н.К. Выбор технических решений при создании новой техники. –М.: Машиностроение, 1980). Таким образом, проведение ФСА обусловливает следующий порядок техникоэкономической оценки и выбора оптимального варианта: - оценку обобщенного качества, - оценку функционально-необходимых производственных и эксплуатационных затрат, - оценку удельных капитальных затрат, - расчет удельных затрат на изделие, - расчет показателя интегрального качества как соотношение удельных приведенных затрат и обобщенного показателя качества изделия (предварительный выбор). - Определение показателей хозрасчетной эффективности варианта с учетом организационно-технического уровня вероятных предприятий – изготовителей и предприятий – потребителей, - Расчет народнохозяйственной эффективности и окончательный выбор вариантов с учетом дефицитности ресурсов. 4. Порядок выполнения курсовой (дипломной) работы по ФСА объектов, действующих в системе создания и освоения новой техники СОНТ. 4.1. Выбор объекта анализа. Под объектом ФСА подразумевается реально существующее изделие, процесс, структура независимо от степени их материального воплощения (предположение, проект, опытный образец, серийная продукция и т.д.). При выборе объекта анализа необходимо принимать во внимание следующие предпосылки: удельный вес продукта в общем объеме выпуска продукции; темпы роста объемов производства объекта на перспективу с учетом расширения области применения; наличие данного объекта как составной части других объектов; серийность производства; материалоемкость объекта; удельный вес себестоимости объекта в полной себестоимости изделия; сложность объекта, сроки освоения изделия, необходимость модернизации, наличие технических идей по совершенствованию объекта. В качестве объекта анализа может быть выбрано как изделие в целом, так и составная часть его (модуль, блок, деталь, сборочная единица, операция техпроцесса и пр.). 15 Пример. В качестве примера рассмотрим функционально - стоимостный анализ "Пульта диспетчерской служебной радиосвязи и охраны". 4.2. Сбор, систематизация и всестороннее изучение информации по объекту ФСА На основе анализа конструкторско-технологической документации и сведений о производстве и эксплуатации объекта определяется система параметров (показателей), характеризующих различные конструктивные и потребительские свойства объекта (габарит, надежность, долговечность, быстродействие, объем памяти и т.п.). Полученные данные заносятся в табл. 4.2.1 – 4.2.3. Таблица 4.2.1. Сведения о параметрах объекта Значение параметра № п/п Параметр Существующее по Требуемое Реально объекту анализа допустимое Таблица 4.2.2. Данные по рекламациям № п/п Деталь, сборочная Характер единица рекламаций Количество Перспективное Причина Таблица 4.2.3. Предложения по совершенствованию объекта анализа и возможные конструктивно технические изменения № п/п Краткое содержание Автор Состояние в период Примечание предложения проведения ФСА Пример. Состав изделия. Объект ФСА состоит из: 1. Блок питания; 2. ОМЭВМ; 3. Устройство ввода – вывода; 4. Устройство обработки ОТМР кода. 4.3. Установление целей анализа На основе анализа информации, представленной в табл. 4.2.1 – 4.2.3, формируются цели, подцели и задачи анализа, которые представляются в виде иерархической структуры – дерева целей. 16 Качественное представление целей должно по возможности дополняться количественными оценками важности исходя из учета требований сферы производства и эксплуатации. На основе дерева целей и задач анализа определяются конкретные задания по объекту, ограничения и критерии оценки. Пример. Дерево целей представлено на рис. 4.3. 4.4. Построение структурно-элементной модели объекта Структурно-элементная модель строиться путем разузлования изделия на основе конструкторских спецификаций, отражающих состав и количество деталей и сборочных единиц. При построении структурно-элементной модели на I уровень выноситься изделие в целом; на II уровень – его сборочные единицы; на III уровень – узлы и, возможно, детали, из которых состоят сборочные единицы; на IV уровень – детали, являющиеся составными частями узлов или самостоятельными конструктивнотехнологическими элементами изделия. Пример. Структурно-элементная модель представлена на рис. 4.4. 4.5. Анализ затрат на материальные носители Определяется доля затрат, приходящаяся на каждый материальный носитель в общем объеме затрат на изделие. Результаты сводятся в табл. 4.5. Таблица 4.5 Трудоемкость Материаль доля в ный общих носитель нормо-час затратах по изделию Вид затрат Затраты на материалы доля в общих руб./шт. затратах по изделию Себестоимость доля в общих руб./шт. затратах по изделию Информация из табл. 4.5 служит базовой для построения графиков соотношения удельных весов затрат на элементы в общих затратах (диаграммы Парето), по которым выбираются направления дальнейшего анализа. Построение диаграммы начинают с наиболее дорогих узлов и деталей. Каждая точка кривой представляет затраты по всем предшествующим элементам нарастающим итогом. 17 18 Рис. 4.4 Структурно-элементная модель объекта. На графике выделяют три зоны: А – соответствует 75 % всех затрат, В – соответствует 20 % всех затрат, С – 5 %. Элементы попавшие в зону А, обычно подвергаются анализу в первую очередь. В ряде случаев, например в условиях большой доли покупных комплектующих в изделии, анализ можно начинать с тех зон, которые связаны непосредственно с производством на данном предприятии. При этом объект анализа может находиться в зоне В или С. При выборе первоочередности зон анализа также принимаются во внимание требования к качеству исполнения функций. 19 Пример. Анализ на материальные носители. Таблица. № Материальный носитель 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Порт входа / выхода Усилитель МТ 8880 Обработка информации Тактовый генератор 1816 ВЕ 51 Звуковая сигнализация Управление радиостанцией Обработка ввода \ вывода 580 ВР 43 Регистр знака Формирователь знака Индикаторы Клавиатура Блок питания Итого Затраты, руб. Доля в общих затратах по изделию, % 2.00 3.3 1.00 1.7 3.00 14.00 1.50 2.00 5 23.3 2.5 3.3 6.00 2.00 2.00 6.00 9.00 5.50 60.00 10 3.3 3.3 10 15 9.2 100 По результатам таблицы строим диаграмму Парето. 2. 1816ВЕ51 8. Тактовый генератор 3. Клавиатура 9. Усилитель 4. МТ8880 10. Управление радиостанцией 5. 580ВР43 11.Регистр знака 6. Индикаторы 12. Формирователь знака 7. Блок питания 13. Звуковая сигнализация В зону А попали: 1. 1816ВЕ51; 2. Клавиатура; 3. МТ8880; 4. 580ВР43; 5. Индикаторы. 20 Диаграмма Парето 4.6. Определение назначения материальных носителей и выполняемых ими функций Каждый материальный может выполнять не одну, а несколько функций. Используя структурно-элементную модель, необходимо сформулировать функцию, выполняемую каждым материальным носителем, и занести в табл. 4.6. Таблица 4.6 Элемент конструкции по уровням структурноэлементной модели Содержание выполняемой функции Индекс функции Вклад i-го материального носителя в обеспечение функций построенной функциональной модели 4.7. Определение основных функций объекта и степени их исполнения На основе анализа технической документации, технических условий на изделие, требование потребителей и сфер применения, а также данных табл. 4.6. формулируются функции исследуемого объекта (его частей) с учетом классификации и правил формулировок функций, изложенных выше. Из сформулированных функций следует выявить главное, основные и второстепенные функции изделия, используя логические тесты и метод FAST. Степень исполнения функции определяется исходя из анализа актов об испытании и рекламаций, а также результатов экспертного опроса. 4.8. Построение функциональной модели объекта На верхний уровень иерархии модели выводятся главные и второстепенные функции, выполняемые изделием в целом, на следующий уровень – основные, на 21 последующие – вспомогательные с указанием связей и отношений их с основными функциями изделия и т.д. Каждой функции присваивается шифр. Функции первого уровня функциональной модели получают порядковые номера вида F1,F2…Fn. Функции последующих уровней имеют шифр, состоящий из двух частей: первая характеризует функцию вышестоящего уровня, которую обеспечивает данная; вторая – номер самой функции, например, F11,F12…F21 и т.д. Пример. МП блок охранной сигнализации Порт ввода данных ОМЭВМ Блок индикации и управления Блок питания Усилитель АЦП / ЦАП Тактовый генератор МК51 Звуковой сигнализатор Управление режимом 580ВР53 Регистр знака Формирователь знака Индикатор Клавиатура Принимать решение по поступившей информации, обеспечивать функции охраны. F2 Обеспечивать удобства эксплуатации F 1.1 Вводить и обрабатывать поступившую информацию. F 1.2 Принять решение о поступившей информации F 1.3 Обеспечить ввод – вывод F1 F 1.4 Поддерживать стабильное напряжение питания блока F 1.1.1 Усиливать сигнал F 1.1.2 Преобразовать аналоговый сигнал в цифровой F 1.2.1 Генерировать стабильную частоту F 1.2.2 Обрабатывать поступившую информацию F 1.2.3 Вырабатывать звуковую частоту F 1.2.4 Управлять режимами радиостанции F 1.3.1 Многофункциональный регистр F 1.3.2 Запоминать код знака, F 1.3.3 Формировать знак F 1.3.4 Отображать знак F 1.3.5 Вводить команды На основе выделенных функций объекта по таблице М строим функциональную модель. Функциональная модель приведена ан рис. 4.8. его 4.9. Оценка значимости функций функциональной модели Оценка значимости функций производится для следующих целей: - построения функционально-стоимостных диаграмм и сопоставления затрат по функциям с их значимостью, - определения допустимых затрат на функции, - предварительной оценки качества исполнения вариантов. 22 Рис. 4.8. Функционал ьная модель объекта. Весомость (значимость) функций i-го уровня определяется требованиями со стороны связанных с ними функций (i – 1)-го уровня. Для оценки значимости функции используется экспертный метод. Процедура оценки выполняется, начиная с первого уровня функциональной модели, то есть главных функций объекта, и кончая низшим уровнем, то есть вспомогательными функциями объекта. Сумма значимостей для функций одного уровня функциональной модели равна единице. Если эксперты не могут однозначно определить значимость функций, то оценка производится с позиции удовлетворения главной функции изделия путем попарного сравнения (лучше, хуже, равно или больше, меньше, равно) и метода расстановки приоритетов. Результаты расчета выносятся в табл. 4.9. Таблица 4.9 Функция Наименование Индекс Значимость j-ой функции на k-ом уровне Значимость j-ой функции для реализации главных функцийи изделия в целом (относительная важность) Пример. Индекс функции F1 F2 F 1.1 Р 1.2 F 1.3 F 1.4 Абсолютная Ri 0.8 0.2 0.2 0.5 0.25 0.05 Значимость Относительная Ri 0.8 0.2 0.16 0.4 0.2 0.04 23 F 1.1.1 F 1.1.2 F 1.2.1 F 1.2.2 F 1.2.3 F 1.2.4 F 1.3.1 F 1.3.2 F 1.3.3 F 1.3.4 F 1.3.5 0.2 0.8 0.05 0.8 0.05 0.1 0.5 0.05 0.05 0.2 0.2 0.04 0.16 0.025 0.4 0.025 0.05 0.125 0.0125 0.0125 0.05 0.05 4.10. Построение функционально-структурной (совмещенной) модели объекта В качестве исходной информации при построении совмещенной модели используются структурно-элементная модель и функциональная модель. Построение происходит путем наложения функциональной модели на структурно-элементную, т.е. показываются все связи, имеющие место между элементами объекта материальными носителями и выполняемыми ими функциями. При большом количестве материальных носителей и сложной функциональной модели рекомендуется совмещенную модель представлять матрицей (см рис. 4.10). 4.11. Оценка вклада материальных носителей в обеспечение основных и вспомогательных функций изделия Исходными данными для оценки вклада материальных носителей служат данные табл. 4.6. и совмещенная модель в матричной форме. Результаты расчетов заносятся в последнюю графу табл. 4.6. 4.12. Калькулирование производственных затрат по функциям В соответствии с данными табл. 4.5. и 4.6., отражающими затраты по каждому материальному носителю и вклады материальных носителей в обеспечение функций объекта, производится калькулирование затрат по функциям. Для этого данные в графах 2,4,6, табл. 4.5. умножаются на значение графы 4 табл. 4.6. и суммируются в соответствии со структурно-элементной моделью. Пример. Результаты сводим в таблицу 4.12. 24 25 Функция 1.1.1 1.1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 Материальный носитель Усилитель 1 МТ8880 1 Тактовый 1 генератор 1816ВЕ51 0.8 Звуковая 1 сигнализация Управление 1 580ВР43 1 Регистр знака 1 Формировател 1 ь знака Индикатор 1 Клавиатура 1 Блок питания Производствен 2 7 3 11.2 1.5 2 6 2 2 6 9 ные затраты по функциям, тыс.р. Доля в полной 3.3 11.7 5 18.7 2.5 3.3 10 3.3 3.3 10 15 себестоимости 1.4 2 0.2 1 5.5 2.8 9.2 4.7 Исходя из рисунка определяем функции, затраты которых не соответствуют выполняемым ими функциям: F 1.2.1 - Тактовый генератор; F 1.3.2 - Регистр знака; F 1.3 3 - Формирователь знака; F 1.3.4 - Индикаторы; F 1.3.5- Клавиатура; F 1.4 – Блок питания. 4.13. Построение функционально-стоимостных диаграмм по функциональным частям и изделию в целом Для построения функционально-стоимостных диаграмм используются данные раздела 4.9. и 4.12. По оси абсцисс откладываются функции, а по оси ординат: в 1-м квадранте – значимость функций из табл. 4.7., в 4-м квадранте – реальные, т.е. фактически, затраты, приходящиеся на функцию, выраженные в долях от себестоимости . Пример. Строим функционально-стоимостные диаграммы (см. рис. 4.13). 1 ряд – абсолютная значимость (п. 4.9.), 2 ряд – себестоимость(п. 4.5). 26 Рис. 4.13 Функционально-стоимостные диаграммы. 4.14. Определение точек рассогласования затрат и значимости функций Точки дисбаланса по всем уровням функциональной модели выявляются на основе анализа функционально-стоимостной диаграммы. Для этого сопоставляются данные в верхней и нижней частях этой диаграммы и определяются функции, для которых реальные затраты не соответствуют значимости. Такие функции или функциональные зоны должны в первую очередь подвергаться дальнейшему анализу с целью определения направлений совершенствования их реализации (по конструкции, технологии, материалам и т.д.). Анализируются причины появления рассогласований в функционально-стоимостной диаграмме и намечаются возможные пути устранения этих рассогласований. 27 4.15. Выявления излишних функций и элементов На основе анализа структурно-элементной, функциональной модели, функционально-стоимостных диаграмм, а также табл. 4.6. выявляются ненужные лишние функции. К этой категории относят те элементы функциональной модели и материальные носители, которые не несут функциональной нагрузки, то есть не способствуют достижению целей, ради которых создается объект, и неоправданно удорожают объект или ухудшают его качество. 4.16. Комплексная оценка анализируемого объекта Комплексная оценка анализируемого объекта осуществляется по критерию интегрального качества. Значение показателя обобщенного качества корректируется с учетом величины коэффициента функциональной организованности объекта. 4.17. Определение допустимых затрат по функциям с учетом необходимой степени исполнения функций и целей анализа Допустимые затраты по функциям рассчитываются в долях от себестоимости. Величина их определяется значимостью функций для потребителей и является ограничением при выборе вариантов исполнения функций. Данные по значимости функций приведены в табл. 4.7. 4.18. Поиск и формирование вариантов решения по выделенным функциональным зонам или объекту в целом с учетом заданных условий и ограничений Поиск оригинальных идей выполняется с помощью мозгового штурма, морфологического анализа, методов ТРИЗа и т.д. Полученные идеи по функциям оцениваются с точки зрения осуществимости. Идеи, подлежащие дальнейшей проработке, анализируются по преимуществам и недостаткам с помощью положительно-отрицательных таблиц. Таблица 4.18. Оценка идей по функциям. Функции Предложения (идеи) Аргументы За Против Для вариантов, прошедших предварительный отбор представляются описания и эскизы. На основе этих сведений строятся структурно-элементная и совмещенная модели по вариантам. 28 4.19. Комплексная оценка сравниваемых вариантов Оценочная процедура включает: - определения функционально-необходимых производственных и эксплуатационных затрат, - оценку степени исполнения функций по отобранным вариантам, - оценку интегрального качества. Коэффициент функциональной организованности для новых вариантов оценивается укрупненно, допускаются экспертные оценки. Результаты заносятся в табл. 4.19. Таблица 4.19. Выбор варианта решения ВарианСтепень ЗначиПоказатель Kорг. ПриведенОценка ты удовлетворения мость обобщенные затраты вариантов критерия критерия ного руб/шт по показателя качества Q критерию качества оптиума 4.20. Выбор оптимального варианта решения Окончательный выбор оптимального варианта осуществляется по формуле приведенных затрат. Принятый к внедрению вариант сопоставляется с существующем, определяется экономический эффект от его внедрения. В заключении строится проверочная функционально-стоимостная диаграмма, по которой определяется степень удовлетворения заданным допустимым затратам по функциям. Показатель обобщенного качества варианта исполнения функций определяется по формуле n Q R j1 j jv Или m Q i1 i iv i=1, … , m, где jv – степень исполнения j-й функции в v-м варианте, i – значимость i-го потребительского свойства, iv – степень удовлетворенности i-го свойства в v-м варианте. 29 4.21. Разработка рекомендаций по внедрению полученного решения В составе рекомендаций учитывают: - изменения в организации производственного процесса, - изменения в оснастке и составе спецоборудования, - изменения в организации труда. Пример. Анализ диаграммы ФСД по зонам дисбаланса. Основная зона дисбаланса при выполнении функции F 1 (основной функции) приходится на функцию клавиатуры F 1.3.5 . Это вызвано применением дорогостоящих кнопок для обеспечения надежности. Зона дисбаланса по функции F 1.3.4 - индикаторы оправдывает себя благодаря более наглядному представлению информации. Функции F 1.3.2, F 1.3.3 позволяют реализовать статический режим индикации, поскольку в этом режиме отсутствуют высокочастотные помехи. Блок питания F 1.4 содержит более дорогие детали, по сравнению с аналогами, для качественной стабилизации. А применение кварцевого резонатора в функции F 1.2.1 позволило точно стабилизировать работу и взаимосвязь ОМЭВМ и других блоков. Пути преодоления дисбаланса. По функциям индикации основным путем преодоления дисбаланса является: 1. Применение более дешевого индикатора; 2. Применение более дешевой ИМС устройства управления. Оба этих пути вынуждают искать более дешевых поставщиков, то есть носят скорее задачу организации производства, а не являются конструкторскотехнологическим недостатком. По остальным функциям дисбаланс не слишком велик, поэтому не требуется искать новых схемотехнических решений или использовать другую элементную базу. Технико - экономическое обоснование . Затраты К на производство и внедрение устройства составляют: К Кпр+Ку+Км+Кн, Кпр -затраты на проектирование; Ку -цена устройства; Км -затраты на монтаж; Кн -затраты на наладку. 30 Если Ку =60000 руб., Кпр+Кн =15000руб., Км =40000 руб., то К =240000 руб. Затраты с учетом накладных расходов, НДС ориентировочно составляют 40000 руб. Внедрение микропроцессорной системы является экономически целесообразным, если текущая прибыль превышает затраты на весь срок службы. Проведем расчет за 5 лет (1998-2002 гг). Примем норматив приведения Ен=0,4 т.е. равным ставке банковского процента по долгосрочному кредиту. Расчет оформим в виде таблицы, где Р=прибыль, К затраты, tp-t а, (1+Ен) - коэффициент приведения, где: tp – расчетный год (1998), t – текущий год из расчетного периода (1998-2000). Получаем данные в соответствие с таблицей 5. Таблица 5 Год Прибыль Затраты Р-К, t (Р-К)t, Р, руб. К, руб. Руб. руб. 1998 400000 -400000 1 -400000 1999 577000 577000 0,417 240748 2000 577000 577000 0,174 100398 2001 577000 577000 0,072 41544 2002 577000 577000 0,03 17310 При данном нормативе приведения закупка объекта заказчиком выгодно при следующих условиях: 1) затраты не превышают 400000 рублей; 2) при сроке эксплуатации 4 года ежегодная прибыль составляет не менее 577000 рублей. Общий вывод: Примененные в данной разработке технические решения являются правильными. В целом разрабатываемый блок сбалансирован по затрачиваемым аппаратным средствам и выполняемым функциям ° Необходима более детальная конструкторская проработка устройства ввода вывода. 31 Структура курсовой работы либо организационно-экономического раздела дипломного проекта по ФСА 1. Постановка задачи, выбор формы проведения ФСА. 2. Основная часть, содержащая результаты ФСА, выполненные в соответствии с методикой раздела 4. 3. Заключение, содержащее выводы ирекомендации по результатам ФСА. Работа иллюстрируется схемами и другим графическим материалом, предусмотренным методикой. В условиях применения ЭВМ работа дополняется описанием алгоритма и программой расчета. 32
