8.7. функционально-стоимостный анализ инженерных решений

8.7. функционально-стоимостный анализ инженерных решений

Любое проектируемое изделие или систему можно представить не только в виде набора структурных элементов, из которых оно состоит, т. е. из узлов, агрегатов, подсистем, но и в виде комплекса функций, которые оно должно выполнять в соответствии со своим назначением. Именно такой подход лежит в основе функционально-стоимостного анализа (ФСА), задачей которого является прежде всего минимизация затрат на реализацию необходимого комплекса функций при заданном качестве. Математическая модель может быть представлена следующим образом:

z = I sy.-> zmin, роб > роблим,

где Sj — затраты на реализацию у-й функции; Роб — обобщающий показатель качества изделия; /пф — число рассматриваемых функций.

Однако чаще всего в задачах, решаемых с помощью методики ФСА, строгая оптимизация с помощью математических методов не выполняется. Используется специальный набор методов и приемов, включающих функционально-структурное моделирование и прогнозирование, оперативное оценивание и сравнительный анализ инженерных решений, коллективные формы творческой деятельности, экспертные методы.

При исследовании уже существующих, производимых промышленностью изделий ФСА используют:

для устранения функциональной избыточности, т. е. для ликвидации всего лишнего и неоправданного в конструкции;

для снижения затрат на выполнение необходимых функций.

Далеко не все предложения, выдвигаемые на этапах ФСА, удается внедрить в действующее производство. Иногда для этого требуются переделка оборудования, замена оснастки, поиск новых поставщиков комплектующих изделий и т. п.

Эффективнее использовать ФСА при разработке новых изделий. Последовательность и методика анализа уже изготавливаемого и только разрабатываемого изделий существенно отличаются. Особенности ФСА на стадии НИОКР подробно рассматриваются в работах Н. К. Моисеевой. Предметом ФСА могут быть не только конструкции и их составные части, но я

любые процессы, предполагающие конечный результат, в том числе технологические процессы. В дальнейшем изложении будем иметь в виду ФСА изделия, уже находящегося в производстве.

Функция — начальное понятие в ФСА. Под функцией понимается проявление и сохранение свойств изделия в определенной системе взаимодействия с внешней средой. Совокупность проявляющихся через функции свойств составляет качество изделия. Следовательно, минимизируя затраты на функцию, минимизируют затраты на достижение заданного уровня качества.

При определении функций стремятся абстрагироваться от их конкретной реализации в виде того или иного конструкторского решения. Формулировка функции должна быть достаточно точной и иметь законченный логический смысл. Понятие «функция» для машиностроительных изделий и их элементов предполагает какой-то процесс, работу, действие. Поэтому для формулировки функций наиболее употребительна грамматическая форма, включающая простое глагольное сказуемое и дополнение (например, «измеряет температуру», «срезает слой металла», «передает крутящий момент», «защищает от внешних воздействий» и т. п.). Желательно, чтобы объект действия был измеряемым понятием, поскольку значения параметров важны с точки зрения заданного уровня качества. Определяя функции, удается как бы отойти, абстрагироваться от конкретной конструкции.

Классификация функций осуществляется чаще всего по следующим признакам: область проявления, роль в удовлетворении потребностей, роль в обеспечении работоспособности изделия, степень полезности (рис. 8.7).

Внешние функции характеризуют связь объекта с внешней средой, внутренние — связи внутри объекта, между его составляющими, обусловленные принципами построения объекта.

При создании многофункциональных сложных технических систем возникает необходимость выделения среди внешних главной функции, характеризующей основное назначение объекта. Техническое решение по главной функции определяет принцип функционирования и общий конструктивный облик изделия. Однако часто функции, отнесенные к разряду второстепенных, не менее полезны и важны для потребителя (например, «обеспечить безопасность работы»). Иногда две-

Признаки классификации

Функции

Область проявления

Роль

в удовлетворении потребностей

Роль

в обеспечении работоспособности

Степень полезности

Полезные

Бесполезные

Вредные

Рис. 8.7. Классификация функций в процессе ФСА

три функции назначения могут иметь практически одинаковые ранги, но в разных условиях применения ранги изменяются, и ранг главной могут приобретать другие функции.

Внутренние функции по роли в обеспечении работоспособности подразделяются на основные и вспомогательные: основные способствуют реализации главной и второстепенных функций, а вспомогательные — реализации основных.

К основным можно отнести функции приема, ввода, передачи, преобразования, хранения, выдачи (вещества, энергии, информации и т. д.); к вспомогательным — соединительные, фиксирующие, направляющие, изолирующие и другие подобные функции. Последовательный перечень основных функций составляет функциональное описание объекта или его составной части. Например, для механизма привода станка главная функция — «приводить станок в действие», второстепенные— «не требовать специального обслуживания», «создавать минимум шума»; основные функции, обеспечивающие выполнение главной, — «создать момент вращения», «передать момент вращения», «преобразовать частоту вращения»; вспомогательные функции по отношению к основной функции «преобразовать частоту вращения» — «передать вращение», «уменьшить количество оборотов», «держать внутренние детали» и т. д.

Внешние и внутренние функции по степени полезности де-їятся на полезные, отражающие необходимые свойства и определяющие работоспособность изделия; бесполезные, не влияющие на работоспособность и создающие излишние затраты; вредные — отрицательно влияющие на работоспособность и повышающие затраты.

Типовую цепочку ФСА в общем виде можно представить следующим образом: поиск рациональной функционально-параметрической характеристики объекта, функционально-структурный анализ, экономическая оценка функций и определение направления поиска новых технических решений, сравнительная оценка вариантов технических решений и обоснование лучшего. Исходя из этого сформировалась типовая последовательность этапов ФСА: подготовительный, информационный, аналитический, творческий, исследовательский, рекомендательный.

Подготовительный этап. Выбор объекта и организация работ.

Информационный этап. Сбор информации об объекте (планируемый объем выпуска, себестоимость, рентабельность, чертежи, спецификации, ГОСТ, ОСТ, ТУ, стандарты предприятия, патентные источники, рекламации и т. д.).

Аналитический этап. Выявление и классификация функций, построение функционально-структурной модели изделия, определение важности и значимости функций, распределение по функциям материальных затрат, расчет затрат на каждую функцию, построение функционально-стоимостной диаграммы.

Машиностроительное изделие представляет собой, как правило, сложную иерархическую систему, состоящую из подсистем, агрегатов, узлов, деталей. Ей соответствует такая же иерархия функций. Функционально-структурная модель совмещает иерархию функций с материальными элементами, обеспечивающими выполнение функций (рис. 8.8). Степень детализации функционально-структурной модели (число уровней п и число функций ш) должна соответствовать характеру решаемой задачи. Рекомендуется п = 3—4, m < 20. На каждом иерархическом уровне экспертно определяется значимость каждой у-й функции k-то уровня rki , обеспечивающей выполнение і-и функции вышестоящего уровня, при условии

т,

rh4 > 0, I rklj = 1,

где тк — число функций ft-ro уровня, обеспечивающих выполнение і-й функции (k 1) уровня.

Относительная важность функции, т. е. ее вклад в выполнение главной, определяется по вертикальной цепочке уровней как произведение значимостей

R:=Yl rk. ,

где п — число уровней. На рис. 8.8 для каждой функции рядом с ее обозначением показана относительная важность (например, для /325 значимость г325 = 0,3, а относительная важность Д325 = 0,09 = 0,3 х 0,3).

Определить затраты на функцию было бы сравнительно просто, если бы каждый материальный элемент Z участвовал в выполнении только одной функции. Поскольку чаще всего он участвует в выполнении нескольких, то экспертным путем определяется его вклад в выполнение j-и функции ylj9 в долях

единицы.

Затраты на функцию чаще всего определяются как

где S/ — себестоимость 1-го материального элемента. Ее определяют одним из методов прогнозирования себестоимости (см. 8.3.2); можно также использовать прейскуранты и заводские калькуляции; п — число элементов, реализующих у-ю функцию.

Тогда относительная стоимость функции

удельный вес затрат на у-ю функцию в себестоимости изделия.

В результате получаем, несмотря на возможную субъективность экспертных оценок, удобную для последующего анализа функционально-стоимостную диаграмму (рис. 8.9).

При ее построении по горизонтальной оси располагают функции одного уровня, а по вертикальной оси вверх — относительную важность каждой функции, по вертикальной оси вниз — относительную стоимость. Такая диаграмма позволяет выявить так называемые «точки рассогласования», где S0TH. > Rj; эти выявленные функции и способы их реализации и являются предметом исследования на дальнейших этапах. Отсутствие рассогласования может объясняться как хорошей отработкой конструкции, так и несовершенством функционально-структурной схемы и недостаточной квалификацией экспертов.

12 7266 Берзинь

Творческий этап. Поиск возможных путей устранения точек рассогласования или уменьшения стоимости реализации функции. Широко используются такие формы коллективного творчества, как мозговая атака, конференция идей, творческие совещания, метод контрольных вопросов и т. п. При поиске альтернативных вариантов реализации отдельной функции используют морфологический анализ и картотеку типичных решений.

Все возможные варианты решений для последующей оценки также можно систематизировать с помощью «морфологической матрицы», где по строкам расположены функции, а по столбцам — варианты их реализации (рис. 8.10). Комбинация различных вариантов по всем функциям определяет возможную конструкцию изделия. Однако прежде чем синтезировать конструкцию, необходимо оценить реальность выполнения и совместимость отдельных вариантов; в противном случае набор может оказаться бессмысленным. Результат творческого этапа — альтернативные варианты реализации функций.

Исследовательский этап состоит в рассмотрении преимуществ и недостатков предложенных вариантов реализации функций и в оценке затрат. Обсуждение, оценка и отбор вариантов не менее важная задача, чем их поиск. Прежде всего варианты рассматривают с позиций:

работоспособности (работоспособные, неработоспособные);

времени осуществления (неосуществимые по техническим причинам, предлагаемые для перспективного внедрения, предлагаемые для безотлагательного внедрения);

экономической эффективности.

Варианты, предлагаемые для внедрения, подвергаются экспертной оценке по уровню выполнения технических требований и ранжируются по обеспечиваемым свойствам и по степени приближения к «цели по затратам».

Выбор «цели по затратам» — особенность именно функционально-стоимостного анализа. Один из возможных способов ее определения заключается в том, чтобы найти для каждой функции вариант с минимальными затратами, т. е. наиболее дешевый способ ее реализации.

Суммируя затраты по этим вариантам, определяют минимально возможную себестоимость проектируемого изделия. Однако снизить затраты до этого теоретического минимума практически не удается, так как для объединения частных решений в единое целое могут потребоваться очень большие дополнительные средства. Тем не менее степень приближения к этому минимуму может служить основанием для ранжирования предложенных вариантов.

6. Рекомендательный этап заключается в подготовке необходимой документации в виде чертежей, эскизов, расчетов, пояснительных записок по принятым вариантам реализации функций.

Следует отметить характерные особенности ФСА, а именно: специфический предмет анализа (функции изделия), строго определенная последовательность проведения, широкое использование различных коллективных форм творчества, непрерывно осуществляемая экономическая оценка. Эти особенности позволяют рассматривать ФСА как отдельное и весьма эффективное направление технико-экономического анализа.