Функциональное моделирование бизнес-процессов проектирования паровых турбин

М.А. Вагин,

асп., vaginmaxim@gmail.com,

В.И. Брезгин,

проф., д.т.н., с.н.с.,vibr@list.ru,

УрФУ, г. Екатеринбург

Введение

С каждым годом растет роль современных информационных технологий в производственных процессах предприятий. В данный момент невозможно представить крупное производство, которое бы не использовала методы компьютерного моделирования, анализа, менеджмента и т.д. Применение цифровых инструментов такого рода дает ряд преимуществ: ускорение и оптимизация процессов, наглядность, удобство использования, оперативный обмен данными.

Наличие налаженной информационной сети у производства дает огромное преимущество перед остальными конкурентами. Для сохранения лидирующей позиции в области турбостроения предприятию ЗАО «Уральский турбинный завод» необходимо внедрять и использовать современные методы проектирования и анализа производства. Одним из требований является переход к полностью цифровому проектированию. Это означает, что конечной целью разработки конструкции станет не чертеж, а детально проработанная аннотированная 3D модель.

Эта технология позволит в разы ускорить процесс создания турбин, оптимизировать затраты времени на каждом этапе производства. Для примера можно рассмотреть настоящий процесс разработки конструкторской документации к детали «Обойма №1». Данная конструкция необходима для установки и закрепления в ней диафрагм с неподвижными лопатками паровой турбины. Разработка состоит из:

· Создание 3D модели отливки и предварительной мех. обработки.

· Разработка чертежа на основе 3D модели.

· Оформление спецификации.

· Разработка паспорта отливки и предварительной мех. обработки.

· Создание 3D модели окончательной мех. обработки.

· Разработка чертежа обоймы и окончательной мех. обработки.

· Оформление спецификации.

· Разработка паспорта окончательной мех. обработки.

При переходе к проектированию полностью проработанной аннотированной 3D модели процесс разработки должен выглядеть таким образом:

1. Создание аннотированной 3D модели обоймы и окончательной мех. обработки.

2. Оформление спецификации

3. Разработка паспорта.

Наличие аннотированной модели освобождает от необходимости иметь двумерный чертеж. Вся необходимая информация для изготовления уже указана в свойствах, а чертеж будет являться лишь приложением к модели. Также проектироваться будет сразу конечное изделие, а модель предварительной мех. обработки будет вложена в основную. Видно, что количество этапов проектировки значительно сокращается и, следовательно, время, необходимое на разработку изделия снижается.

Переход предприятия на данный качественно новый уровень проектирования требует существенных изменений и адаптации всех производственных и бизнес-процессов. Для этого необходимо проанализировать существующие методы разработки конструкторской документации. Задача построения процесса производства в целом крайне трудная и требующая больших временных затрат. Поэтому было решено начать анализ производственных и бизнес-процессов на основе ОПТ (отдела паровых турбин). Анализ заключается в создании функциональной модели типа «As-Is» и информационных связей системы проектирования паротурбинных установок.

Функциональная модель системы проектирования паротурбинных установок выполняется на основании стандарта IDEF0. Этот стандарт является методологией функционального моделирования и позволяет формализовать и описывать информационные требования системы проектирования. Функциональная модель «As–Is» позволяет определить взаимодействие процессов, которые на сегодняшний день присутствуют в процессах проектирования паротурбинных установок. При разработке функциональной модели проектирования ПТУ был выполнен анализ бизнес-процессов, существующих в отделе паровых турбин СКБт ЗАО «Уральский турбинный завод». Для разработки функциональной модели был использован программный продукт Allfusion Process Modeler 4.1 (номер лицензии – EURC198474) компании Computer Associates™ (США). Для построения функциональной модели необходимо понимание следующих аспектов: входные данные, инструменты, управляющие воздействия, выходные данные [1]. Анализ этих факторов приведен ниже.

Определение цели и точки зрения

Целями разработки функциональной модели бизнес-процессов проектирования паротурбинной установки на примере отдела паровых турбин СКБт ЗАО «Уральский турбинный завод»:

1. Определить технологическую последовательность процесса проектирования деталей паровой турбины.

2. Установить порядок взаимодействий бюро, входящих в состав отдела паровых турбин, при выполнении проектирования.

3. Найти пути к совершенствованию имеющегося процесса создания конструкторской документации.

В представленной работе функциональная модель разработана с точки зрения начальника отдела.

Входные данные

Входными данными для начала работы над разработкой конструкторской документации по паротурбинной установки являются:

1. Технические условия на паротурбинную установку - в технических условиях дается описание паровой турбины, тип парораспределения, количество цилиндров, количество ступеней, типы роторов, дается техническая характеристика турбины.

2. Данные от других отделов и служб - для начала проектирования деталей паротурбинной установки необходима информация о предъявляемых требованиях, обусловленных условиями эксплуатации [2].

Инструменты и исполнительные механизмы

Инструментами, участвующими в процессе разработки конструкторской документации, а именно деталей паровых турбин, являются конструкторы отдела паровых турбин. Помимо этого, в процессе подготовки конструкторской документации участвуют инженеры смежных отделов, такие как «Отдел расчетов паровых турбин.»

Управляющие воздействия

В процессе разработки конструкторской документации паротурбинной установки управляющими воздействиями являются:

1. Нормативно-техническая документация - в перечень данной документации входят: руководящие документы, своды правил, государственные стандарты, руководящие технические материалы, отраслевые стандарты.

2. Опыт проектирования - ранее принимаемые инженерами технические решения и типовые конструкции, традиционно используемые на предприятии.

Выходные данные

Выходными данными при построении контекстной диаграммы является конструкторская документация. Она представляет собой чертежи деталей, сборок, сварки, облопачивания, установок оборудования, а также различные ведомости, технические описания и паспорта деталей. Контекстная диаграмма разработанной модели представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Функциональная модель проектирования ПТУ в рамках функций отдела паровых турбин

Параметры оценки

Оценка качества функциональной модели бизнес-процессов отдела паровых турбин была выполнена с использованием метода стоимостного анализа (Activity Based Costing - ABC) [3]. В качестве метрики использовались нормо-часы (н/ч), затрачиваемые на выполнение той или иной задачи.

Декомпозиция

Показанная на рисунке 2 первая декомпозиция отображает общий характер и устройство процесса разработки конструкторской документации в отделе паровых турбин.

Процесс проектирования ПТУ в рамках функций отдела паровых турбин состоит:

1. Проектирование деталей турбины – Процесс разработки деталей ПТУ и соответствующей конструкторской документации;

2. Оформление документации, прилагающейся к турбине – Составление таких документов, как формуляр турбины, паспорта деталей, теоретические чертежи проточной части;

3. Проверка – Сложный, комплексный процесс проверки, осуществляемый как сотрудниками ОПТ, так и сотрудниками других служб;

4. Корректировка – Исправление ошибок и замечаний, выявленных при проверке;

5. Утверждение – Принятие решения о вводе в использование разработанной конструкторской документации. Принимается начальниками отделов, совершающих проверку, затем заместителем главного конструктора, а потом и самим главным конструктором.

Рис. 2 Первая декомпозиция функциональной модели

Анализ данной декомпозиции показал четко структурированный процесс проектирования ПТУ. Стоит отметить, что этапы проверки, корректировки и утверждения занимают почти половину всего затрачиваемого времени на производство. Необходимо принять во внимание особую роль проверяющих и нормоконтролеров в качестве исполнительного механизма в процессе проверки. Их решения оказывают значительное влияние на сроки и цикличность разработки конструкторской документации паровых турбин.

Более детально была рассмотрена декомпозиция процессов проектирования деталей турбины, представленная на рисунке 3.

Рис. 3 Декомпозиция процесса проектирования деталей турбины

Декомпозиция состоит из:

1. Проектирование роторов и проточных частей – Разработка конфигурации деталей проточной части с учетом данных от отдела расчетов.

2. Проектирование литых цилиндров – Разработка литых цилиндров и других литых деталей, входящих в него.

3. Проектирование сварных конструкций – Разработка сварных цилиндров и других сварных элементов статора турбины.

4. Проектирование подшипников и опор – Разработка вкладышей и корпусов подшипников, а также опорных элементов турбины.

5. Проектирование обшивки турбин – Разработка обшивки турбины, на основе ее габаритных размеров и обеспечения требуемых показателей по шумо и теплоизоляции.

Модель отражает взаимосвязь процессов проектирования и непосредственно показывает начало разработки турбины. Начальным этапом разработки ПТУ является проектирование проточной частей. Она выполняется на основании технических условий на турбину и исходной геометрии проточной части, построенной с использованием результатов предварительного расчета отделом расчетов паровых турбин.

Выявленной особенностью дальнейшей разработки конструкторской документации является то, что без выполненного проектирования роторов и проточной части невозможно проектирование всех остальных элементов. Этот факт придает огромное значение данному этапу проектирования и требует повышенного внимания и качества разработки.

Анализ модели позволяет увидеть четкое разделение обязанностей между специализированными бюро отдела, что приводит к ускорению процесса разработки конструкторской документации паровых турбин. Также стоит отметить, что некоторые сложные, комплексные задачи не эффективно распределять между несколькими инженерами, а следует направить одному высококвалифицированному специалисту, который последовательно и методично выполнит работу. Это решение позволяет избежать искажение и непонимание информации при передачи от одного инженера другому, следовательно, повышает качество выполняемого проектирования. Таким примером работы является проектирование обшивки турбины, которую выполняет один человек.

Рис. 4. Декомпозиция процесса оформления прилагающейся документации к турбине

В состав декомпозиции процесса оформления прилагающейся документации к турбине, представленной на рисунке 4, входят:

1. Оформление формуляра на турбину – Оформление документа, включающего в себя комплексную информацию о турбине и предназначенный для ведения контроля установки на станции.

2. Оформление паспортов деталей – Оформление документов, предназначенных для контроля изготовленных деталей.

3. Теоритические чертежи проточной части – Оформление чертежей проточной части турбины, показывающих теоретические зазоры и геометрию проточной части. Является одним из самых важных документов турбины, дающий представление о ее конструкции.

Выводы

По итогам работы была разработана функциональная модель (в нотации As-Is) бизнес-процессов проектирования паротурбинной установки на примере отдела паровых турбин СКБт ЗАО «Уральский турбинный завод». В ходе анализа полученной модели была выявлена особая последовательность этапов разработки турбины. Анализ данной модели и последующая разработка новой модели в нотации «To-Be» позволит существенно повысить качество и сократить сроки разработки конструкторской документации. Предварительный анализ функциональной модели выявил особо важные этапы разработки, такие как проектирование роторов и проточных частей. Этот этап считается начальным и предоставляет необходимую информацию для дальнейшего проектирования.