2.6. Методы функционально-стоимостного подхода

2.6.1. Метод экономического анализа и поэлементной
отработки конструктивных решений Ю.М. Соболева [57]

Характеристика метода. Применяя метод экономического анализа и поэлементной конструктивно-технологической отработки детали, имеют в виду не крупные решения конструкторских проблем, а упущенные мелочи. Экономическому анализу и поэлементной отработке подвластна создаваемая деталь, деталь текущего производства или конструкция в стадии проектирования, когда все рабочие элементы узла определились. Метод предусматривает выделение основных и вспомогательных элементов конструкции исходя из их функционального назначения и способов осуществления.

При реализации метода работу начинают с разбивки детали на конструктивные элементы и нахождения слабых мест при их обработке.

Под элементом подразумеваются любые конструктивные составляющие детали: материал, чистота поверхности, размер, допуск, галтелька, плоскость, резьба, ее чистота и класс точности, отверстие, фаска, радиус, лекальная кривая, сфера – все, что в той или иной мере характеризует деталь. Анализ начинается с разбивки детали на конструктивные элементы и отнесение каждого из них к основной или вспомогательной группе.

К основным относятся элементы, от которых зависит выпол-нение эксплуатационных требований, предъявляемых к данной детали. К вспомогательным относятся элементы, которые не влияют непосредственно на качество изделия.

С момента разработки детали на элементы она уже является для конструкции единым целым – каждый ее элемент рассматривается как особая самостоятельная часть конструкции. При таком поэлементном подходе к анализу детали конструктору легко сосредоточить внимание на отдельных элементах, отчетливо увидеть их положительные и отрицательные стороны. Каждый элемент отрабатывается с целью достижения взаимосвязанности, правильности допусков, максимального экономического использования материала, простоты изготовления.

В результате анализа должны быть ликвидированы конструктивные недоработки, приводящие к излишним затратам, улучшена технология изготовления деталей, повышен коэффициент использования оборудования, снижена себестоимость изделия.

Метод Ю.М. Соболева основан па выявлении основных и вспомогательных элементов конструкции детали и нахождении путей улучшения ее конструктивных, технологических и экономических характеристик. Для своего класса задач, метод довольно результативен. Является составной и исходной частью метода функционально-стоимостного анализа. В применении несложен, но необходим высокий профессионализм участников. Информационное обеспечение сводится к перечню наводящих вопросов, специально подготовленных для решаемой проблемы. Требования к составу группы и к уровню ее методической подготовленности не регламентируются. Применение метода для определенного класса задач гарантирует выход на рациональное решение.

Рекомендации по применению. Метод может быть при-менен к решению задач поиска прогрессивных технических решений и технологичных конструкций при разработке и совершенствовании технологических процессов изготовления изделий. Условия, в которых можно решать задачи: постоянное ядро группы специалистов в области решаемого вопроса, поиск решения в одиночку, достаточный стаж работы специалистов и при новичках в области решаемой задачи и в методологии поиска, при достаточном времени для глубокого исследования решаемой проблемы.

2.6.2. Инженерно-стоимостный анализ

Автором метода является американский инженер Л.Д. Майлз. Анализ проводится группой по строго определенному методическому плану, включающему в себя идентификацию элементов, функций, стоимостей и цен. При этом производится сравнительный анализ конструкций и требований к ним, функций, экономических показателей и уточнение объектов анализа; поиск более дешевых альтернатив выполнения требуемых функций; отбор функционально приемлемых элементов более низкой стоимости; оформление выбранного варианта изменения конструкции.

На всех этапах осуществляются не только технические, но и экономические (стоимостные) ероприятия, что послужило основой создания метода.

Организационные особенности метода состоят в следующем. Руководством предприятия определяются лица, которые тщательно знакомятся со спецификой метода, приобретают определенный опыт и знания и становятся постоянными консультантами, образуют специализированную службу, работающую в направлении снижения издержек производства.

Затем организуются комплексные бригады, состоящие из представителей конструкторских и технологических служб, производства, отдела снабжения, бухгалтерии и т.п. Сами консультанты стоимостный анализ не проводят. Они устанавливают основные критерии для однозначной и исчерпывающей оценки изделия, его технических данных, уровня качества. Для этого нужен определенный навык работы со стандартами, техническими условиям так же, как и навык по определению функций. Затем ими составляются подробные калькуляции себестоимости всех технологических операций, включающих трудозатраты на их выполнение и расходы на материалы и комплектующие изделия. Разрабатываются (используются) стандартные формы для расчетов и учета стоимостей и другой информации для оформления результатов анализа и т.п. После этого в изделии выделяются самостоятельные функциональные узлы для первоочередного рассмотрения.

Консультанты организуют обучение методу членов комплексных бригад (это может происходить в процессе работы над изделием и длиться несколько месяцев). Они же исполняют председательские обязанности в комплексной бригаде, контролируют ее деятельность, рассматривают и предварительно оценивают результаты работы бригады, участвуют в переговорах между работниками внутри предприятия и вне его о вносимых изменениях, улаживают конфликты, которые могут возникать в процессе согласования и внедрения рекомендаций.

К особенностям инженерно-стоимостного анализа относится используемый в нем способ определения "цены" функции – минимальных затрат на ее осуществление. Вначале определяют все те функции, которые должно выполнять устройство. Затем составляется перечень стоимостей (цен) самых дешевых из всех известных устройств, способных выполнять каждую из этих функций. Сумма этих стоимостей принимается как "цена" функции рассматриваемого устройства. Она, как правило, ниже существующей себестоимости изделия, что оправдывает поиск новых, более дешевых решений.

Основной упор делается не на существующую себестоимость каждой детали, а на стоимость каждой функции. Анализу подвергаются в первую очередь самые дорогие узлы и детали.

Производству изделий со сниженной себестоимостью предшествует согласование результатов анализа с консультантами по инженерно стоимостному анализу и конструкторами подразделений. Последние проводят технический анализ, проработку и проверку предлагаемых рекомендаций, после чего руководство принимает окончательное решение о подготовке производства усовершенствованных деталей и узлов. Схема проведения инженерно-стоимостного анализа показана на рис.2.2.

Рис.2.2. Схема проведения инженерно-стоимостного анализа: I – этап определения; 1а – принятие идеи; 2 – этап творчества; 2а – новые идеи; 3 – анализ и отбор; 3а – наилучшая идея; 4 – защита; 4а – пропаганда идеи

Инженерно-стоимостный анализ был положен в основу широко известного в настоящее время метода "функционально-стоимостный анализ" (ФСА). возникшего на основе работ Л.Д. Майлза (США) и Ю.М. Соболева. ФСА сейчас широко применяется в современной методологии проектирования и его изучают как самостоятельный метод.

2.6.3. Функционально-стоимостный анализ

Функционально-стоимостный анализ (ФСА) [24-35, 57, 59, 64, 66-69, 75-77, 84] является примером хорошо построенной стратегии поиска. Его высокая результативность обязана регламентированной поэтапной системе действий и творческой составляющей.

Метод разработан в России, в его основу положены инженер-но-стоимостный анализ Л.Д.Майлза (см.п.2.6.2) и метод экономического анализа и поэлементной отработки конструктивных решений Ю.М.Соболева (см.п.2.6.1).

Из вышеописанных комбинированных методов наибольший эффект в современных условиях перехода предприятий на новые условия можно получить от применения метода ФСА как в традиционной сфере его применения, так и в маркетинговой деятельности, связанной с анализом и поиском рациональных форм и способов ор-ганизации взаимосвязей между разработкой изделия, которое создается как товар, его производством и сбытом на рынках.

ФСА и его модули как активный инструмент рациональной организации в системе маркетинга адаптированы для решения нескольких задач:

- создания изделий или товаров (проектные формы ФСА);

- приспособления существующих изделий к специфическим требованиям внешнего рынка (корректирующие формы ФСА);

- составления прогнозов коммерческого успеха товаров на рынке (экспертные формы ФСА);

- изучения и формирования спроса, рациональной организации деятельности служб сбыта и их структуры (аналитические формы ФСА);

- оптимизации номенклатуры производства (инверсные формы ФСА);

- совершенствования рекламной деятельности (конвергентные формы ФСА).

Данный метод получил широкое распространение в нашей стране благодаря хорошему методическому обеспечению и большому количеству работ, выполненных с его применением. В сочетании с АРИЗ представляет эффективный инструмент творческой деятельности инженера. Изучение данного метода включено в учебные программы ряда вузов, и число владеющих данным методом постоянно увеличивается. Данный метод заслуживает подробного и детального описания и этому будет посвящена следующая, третья, глава.

2.6.4. Интегральный метод "Метра"

Метод "Метра" разработан во французской Фирме "Метра" в 1972 г. под руководством И. Бувена и ориентирован на решение производственных и социально-экономических проблем.

Интегральный метод "Метра" сочетает приемы мозгового штурма А. Осборна, синектики В. Гордона, морфологических матриц открытия А. Моля, выявление свободных ассоциаций путем "пробуждения сновидений", а также аналоговую методику "Метра".

Комбинированный метод "Метра" может быть выражен в виде следующих формул:

1. Интегральный метод "Метра" = аналоговая методика "Метра" + морфологические матрицы Моля.

2. Аналоговая методика "Метра" = "мозговой штурм" А. Осборна + "пробуждение сновидений" + синектика В. Гордона.

Аналоговая методика "Метра" состоит из следующих этапов:

1. Перед исследователями творческой группы ставится задача в той формулировке, в какой она была получена фирмой от заказчика. Например, фирма разрабатывала социопсихологическую мотивацию для привлечения потребителей к новым маркам безалкогольных напитков, изыскивала новые возможности эксплуатации заводского оборудования, создавала рекламу для новых изделий, выдвигала идеи для создания новых видов городского транспорта, предлагала новые пути использования электронной аппаратуры, разрабатывала конструкцию мебельных интерьеров и т.д. На этом этапе эксперт вызывает участников творческого процесса на свободное высказывание любых идей.

2. Проводится "расщепление" исходного представления об объекте на понятийный спектр в различных аспектах. При этом используется методика свободных ассоциаций. Так, например, свойства безалкогольных напитков "расщепляются" в зависимости от их проявления в области промышленного производства и в сфере потребления. В некоторых случаях разыгрывались психологические сцепки, выявляющие конкретные характеристики объекта.

3. Проводится пересмотр первоначальной формулировки, и к новой постановке задачи применяется мозговой штурм. Например, обсуждение "замены сэндвича новым продуктом для служебного завтрака" может быть изменено на "поиск нового продукта питания, достаточно калорийного, хорошо усваиваемого и предназначенного для питания вне дома".

4. Осуществляется развитие аналоговых представлений об объекте, позволяющих разделить задачу на ряд вспомогательных. Например, в задаче с сэндвичем может быть выделена в качестве подзадачи необходимость обеспечить повторяющееся изо дня в день удовольствие от потребления нового продукта. Выбор рабочих аналогий определяется мотивацией творческой группы.

5. "Путешествие в мир аналогии". Смысл этого творческого этапа заключается в свободном поиске отдельных аналогий с изучаемым объектом путем фантастических модельных построений. В известном смысле он приближается к пробуждению основных ассоциаций путем стимулирования "сновидений".

6. Анализ результатов, полученных из "путешествия в мир аналогий". Здесь снова происходит возврат к поставленной проблеме, а выдвинутые аналогии переводятся на язык корректных деловых терминов.

Таким образам, аналоговая методика "Метра" состоит из шести этапов и полностью включается в интегральный подход "Метра". Полная блоксхема интегрального метода содержит дополнительные и контрольные этапы, а также параллельную операцию построения морфологических матриц по методу А. Моля.

Принцип построения матриц заключается в следующем: составляют два независимых перечня свойств, характеризующих возможности фирмы-подрядчика и потребности фирмы-заказчика. Например, фирма-подрядчик может обладать такими возможностями, как первоклассные специалисты, опыт в данном виде производства, высокий уровень технологии, междисциплинарные исследовательские группы, международные связи. Фирма-заказчик может предъявлять требования к технической безопасности разрабатываемого изделия, может нуждаться в точной технической информации, в экономических данных о продвижении заказанного проекта, в информации о конкуренции, о внутрислужебных отношениях фирмы-подрядчика и внешней конъюктуре. На основании этих двух перечней в каждой клеточке матрицы происходит пересечение проблем, решаемых независимыми исследовательскими группами методом мозгового штурма. Обработка проводится по отдельным столбцам.

Блок-схема интегрального метода "Метра" может быть описана следующим образом:

Первый этап работы творческой группы начинается с форму-лировки проблемы и ее анализа. Одновременно вступает в работу контрольная группа, которая в этот период ограничивается постановкой проблемы.

Второй этап – участники группы высказывают все свои идеи и сомнения.

Третий этап носит название "выбор" и разделяется на три одновременных процедуры:

1) "расцепление" понятия об объекте с помощью свободных ассоциаций;

2) выявление основных возможностей фирмы-подрядчика и потребностей клиентуры;

3) комбинаторное построение морфологических матриц А.Моля.

Четвертый этап – анализ первых полученных результатов и выдача их контрольной группе.

На пятом этапе проблема формируется заново. Производится мозговой штурм измененной задачи и поиск решения.

На шестом этапе различные методы решения сравниваются с исходными критериями поставленной задачи.

На седьмом этапе проводится сопоставление первоначальных и найденных целей. Результаты выдаются контрольной группе, которая решает – продолжать поиск или прекратить работу.

Восьмой этап – выбор окончательной цели поиска.

Девятый этап – проведение операции "путешествие в мир аналогий".

Десятый этап – возврат к проблеме, сформулированной в корректных терминах.

Одиннадцатый этап – повторный анализ полученных решений и сопоставление их с исходными данными.

На двенадцатом этапе осуществляется обратная связь с контрольной группой и утверждение выбора решения.

2.6.5. Метод конструирования Коллера

Метод появился в начале 70-х годов, автор – Р. Коллер. В основе метода лежит функциональный анализ, который предполагает прежде всего полное абстрагирование от реальной конструкции анализируемого изделия и концентрацию внимания на функциях, которые это изделие должно выполнять. Все технические системы Р. Коллер делит на три класса: машины, осуществляющие преобразование энергии, аппараты, осуществляющие перерабатывание веществ, и приборы, осуществляющие преобразование информации. Процесс исследования разделяется на отдельные этапы.

Постановка задачи включает описание цели, условий и ограничений. Первым шагом на пути от постановки задачи к конкретному решению является формулировка общей функции системы, подлежащей разработке. Под формулировкой общей функции понимается установление свойств и состояний входных и выходных величин в соответствии с заданной целью и с учетом ограничивающих условий. Входные и выходные параметры системы представляют собой функ-цию цели, которую необходимо достичь.

Получив представление о связях "причина – следствие" общей системы (о функциях), их заменяют раздельными сочетаниями определенных подфункций и только после этого занимаются поиском путей реализации отдельных подфункций. Важной особенностью метода Р.Коллера является последующее расчленение выделенной структуры подфункций на отдельные элементарные функции (неделимые элементы в функциональном анализе технических систем). Каждая элементарная функция характеризуется кроме выполняемой операции еще и преобразуемой величиной. Если же отвлечься от параметра на входе и параметра на выходе, то останется чистая операция (подобно математической) или, по определению Р. Колера, основная операция. Таким образом, все функциональное разнообразие технических систем сводится к 12 основным операциям. Каждая операция имеет два значения: прямое и обратное (рис.2.3).

Рис.2.3. Физические элементарные функции, или основные операции, и их условные обозначения

В дополнение к основным физическим операциям Р. Коллер использует известные алгебраические (сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень, извлечение корня, отыскание логарифма, интегрирование, дифференцирование) и логические ("и" "или", "не") операции.

В общем случае для реализации требуемой функции можно предложить несколько комбинаций элементарных функций (рис.2.4).

Рис.2.4. Варианты компоновки основных операций (элементарных функций) технической системы "Насос"

После разработки структуры элементарных функций осуществляется фаза конструирования, включающая выбор физических эффектов и их носителей, реализующих их отдельные основные операции. Этот выбор производится с помощью разработанного Р. Коллером указателя, представляющего собой систематизированный подбор физических эффектов и явлений для отдельных основных операций. Такой специализированный информационный справочник является хорошим вспомогательным средством для реализации определенных функций.

Таким образом, предложенная Р. Коллером последовательность операций позволяет перейти от постановки задачи к принципиальному решению методически (с помощью правил). В результате появляется возможность говорить об автоматизации с помощью ЭВМ отдельных этапов конструирования.