Методы и модели планирования и оперативного управления процессами создания аддитивного оборудования на примере экструзионных 3D-принтеров.

Актуальность исследования Аддитивная отрасль ‒ одна из новых и быстро развивающихся отраслей экономики Российской Федерации. Отрасль не только содействует переходу к цифровой экономике и Индустрии 4.0, но и, создавая возможность организации гибкого производства и прототипирования, является одним из основных драйверов промышленного развития. Особенно это важно для дальнейшей успешной реализации концепции импортозамещения в рамках государственной программы «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» и переходе обрабатывающих отраслей экономики на современное высокотехнологичное оборудование. Широкое распространение 3D-принтеров при существенном отставании научно-теоретического осмысления процессов, происходящих в аддитивных технологиях, обуславливает актуальность данного исследования. Важнейшим направлением развития аддитивной отрасли является обеспечение удовлетворенности потребителей качеством оборудования. Действующие стандарты зафиксировали терминологию, используемую в процессах, и определили параметры качества производимой с помощью аддитивных технологий продукции. Однако практически отсутствуют критерии качества экструзионного оборудования, что вызывает проблемы в процессе производства. Современный потребитель высокотехнологического оборудования стал активно формировать требования к параметрам качества, он является одним из участников создания продукции уже на стадии её проектирования. Отсюда актуальность в формировании гибкой модели, позволяющей эффективно организовать процесс создания нового аддитивного оборудования, все более нарастает. Для этого необходимо обеспечить решение задачи планирования и оперативного управления качеством экструзионных 3D-принтеров на этапе разработки устройств при участии потребителя продукции.
Степень изученности и разработанности проблемы Теория, методы и инструменты в области организации и управления производством, разработанные такими учеными, как И. Адизес, Р. Каплан, Д. Нортон, С. Уйлрайт, и создаваемые на этой теоретической основе программные средства, показывают эволюцию подходов к процессу производства, охватывая не только процесс изготовления, но и разработку с последующей утилизацией изделий. В отечественной науке развитием теорий организации, управления производством и разработкой в различных аспектах занимались и занимаются такие ученые, как А. Н. Галкина, А. В. Трачук, И. В. Логунова, В. Н. Родионова, Ю. В. Козырь, Ю. С. Клочков, И.Л. Туккель, Д.В. Антипов, М.А. Полякова и другие. На предприятиях, связанных с производством новой продукции, является важным учет инновационных процессов, что рассматривалось и изучается такими учеными, как К. Фриман, Б. Лундвалл, Л. Лейдесдофф, О. А. Адрюшкевич, А. А. Гретченко и другими.
Цель диссертационной работы ‒ разработка научно-методического обеспечения, которое включает технические решения, методы и модели организации процесса разработки экструзионных 3D-принтеров заданного качества.
Объектом исследования являются процессы создания 3D-принтеров.
Предмет исследования – методы и модели планирования и управления разработкой 3D-принтеров.
Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи: 1. Создать модель планирования процесса разработки экструзионных 3D- принтеров, учитывающую на этапах жизненного цикла взаимное влияние параметров изделия. 2. Создать метод оценки эффективности функционирования организационных структур разработки экструзионных 3D-принтеров, обеспечивающий возможность их оперативного управления. 3. Создать метод определения требований к разрабатываемым экструзионным 3D-принтерам. 4. Построить процессную модель функционирования организационных структур, разрабатывающих экструзионные 3D-принтеры. 5. Сформулировать правила построения имитационной модели оперативного управления процессом разработки экструзионных 3D-принтеров. 6. Провести апробацию имитационной модели функционирования организационных структур, разрабатывающих экструзионные 3D-принтеры на конкретном предприятии.
Соответствие исследования паспорту специальностей ВАК. Работа выполнена в соответствии с паспортом специальности ВАК 2.5.22. Управление качеством продукции. Стандартизация. Организация производства. В области исследования: «19. Разработка и реализация принципов производственного менеджмента, включая подготовку и совершенствование форм управления и организации производства»; «23. Разработка и совершенствование методов и средств планирования и управления производственными процессами и их результатами»; «25. Разработка моделей описания, методов и алгоритмов решения задач проектирования производственных систем, организации производства и принятия управленческих решений в цифровой экономике».
Теоретическую основу исследования составили классические и современные теоретические разработки отечественных и зарубежных ученых, научные публикации и методические материалы научно-практических конференций и семинаров в области организации разработки инновационной продукции, в частности, аддитивного оборудования.
Методологическая основа исследования. Исследование основывается на следующих методах: контент-анализ нормативно-правовых документов, теория управления, имитационное моделирование, логико-структурный подход, процессное моделирование, теория массового обслуживания. Для моделирования, обработки и анализа полученных данных применялись пакеты программ Microsoft Excel, AnyLogic 8.7.9, ER Studio Business Architect 18.0.
Информационно-эмпирическая база. Исследование базируется на информации, полученной из нормативно-правовых актов, данных государственной службы статистики РФ, научных публикаций российских и иностранных ученых, публикаций в периодической печати, отображающих актуальные тенденции и передовой опыт по исследуемой теме, а также личного опыта деятельности на предприятии, занимающемся разработкой и продажей аддитивного оборудования.
Научная новизна работы состоит в развитии научно-технических положений планирования и оперативного управления процессами разработки экструзионных 3D-принтеров требуемого качества, включающих в себя: 1. Модель планирования процесса разработки новой продукции, учитывающая взаимное влияние параметров качества создаваемой продукции в процессе проектирования и позволяющая формировать сквозную систему управления разработкой продукта на предприятии. В модели присутствуют обратные связи между этапами разработки новой продукции, что позволяет осуществлять качественное оперативное управление. 2. Метод оценки состояния организационных структур, проектирующих новую продукцию ‒ экструзионные 3D-принтеры. Разработанный метод обеспечивает оценку и оперативное управление деятельностью организационных структур разработки новой продукции и учитывает влияние трех векторов показателей эффективности их работы: общие параметры функционирования организационной структуры; показатели работы с проектами по разработке 3D-принтеров; значения выполнения плановых заданий на уровне организационной структуры. 3. Метод определения требований к новой продукции, учитывающий влияние технических, временных значений выпуска и экономических параметров модифицируемой модели 3D-принтера. Разработанный метод позволяет определить характеристики создаваемой продукции и оптимальное время вывода на рынок очередной модификации продукта, а также объем продаж. 4. Процессную модель и правила формирования имитационного представления о разработке экструзионных 3D-принтеров, позволяющие производить сценарный анализ и оптимизацию функционирования организационных структур разработки, включая такие параметры, как максимальная нагрузка организационных структур, время обслуживания разработки, требования к параметрам качества создаваемой продукции.
Теоретическая ценность работы заключается в том, что выводы, полученные в результате исследования, были использованы для улучшения теории управления качеством в части планирования и оперативного управления процессами разработки новой продукции.
Практическая ценность работы заключается в том, что определены условия реализации методов и моделей планирования и оперативного управления процессами разработки экструзионных 3D-принтеров.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту: 1. Модель организации разработки экструзионных 3D-принтеров на предприятии ООО «Компания ИМПРИНТА» с пятью этапами жизненного цикла продукции и необходимым временным ограничением для каждого этапа, которая позволила увеличить количество успешных проектов на 21% и уменьшить количество исключенных разработок на 30%. 2. Метод, позволяющий производить оценку состояния трех организационных структур разработки экструзионных 3D-принтеров предприятия. Анализ мероприятий по улучшению их работы позволил сформировать четыре действия для целей дальнейшего эффективного развития данных структур. 3. Метод определения требований к качеству экструзионных 3Dпринтеров модельного ряда Hercules ООО «Компания ИМПРИНТА», гарантирующий нахождение оптимальных технических параметров и времени выпуска модификации экструзионного 3D-принтера. Метод позволил сформировать условие оценки эффективности изменений в продукте и определить возможное увеличение выручки эквивалентное 97 единиц оборудования при значительном улучшении продукта. 4. Параметры качества экструзионных 3D-принтеров, позволяющие повысить эффективность планирования их изменения в процессе разработки. 5. Имитационная модель создания 3D-принтеров в ООО «Компания ИМПРИНТА», учитывающая особенности процесса разработки и позволяющая производить оперативный анализ требуемых изменений в организационных структурах предприятия. Модель позволила оптимизировать стратегию компании на 2022‒2024 годы и увеличить целевую выручку на 167%. Полученные результаты использованы в учебных материалах дисциплин «Теоретическая инноватика», «Управления инновационными проектами», «Моделирование инновационных объектов и процессов», «Технологии нововведений» и «Типовые задачи прикладной инноватики» в Сибирском федеральном университете.