Использование функционально-стоимостного анализа в конструкторской подготовке производства

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра менеджмента

РЕФЕРАТ

На тему:

"Использование функционально-стоимостного анализа в конструкторской подготовке производства"

Минск, 2009

Функционально-стоимостной анализ – метод, позволяющий отображать наилучшие технические решения при создании и освоении новой техники или новой технологии, увязать в единый комплекс вопросы обеспечения функциональной полезности и качества новой техники (технологии) и минимизации затрат на её производство и эксплуатацию, обеспечивая наилучшие соотношения между ними.

ФСА является такой методологией организации проектирования, которая позволяет развивать показатели качества и составляет содержательную основу проектирования любого изделия (технологии), отражая основные его принципы, способствующие разрешению технико-экономических противоречий и улучшению принимаемых технических решений.

Цель ФСА – снижение затрат на проектирование, изготовление и эксплуатацию изделия путём выбора такой конструкции, которая позволяла бы сократить совокупные затраты при одновременном сохранении или повышении качества продукции в пределах её функционального назначения.

В соответствии с основными руководящими документами под ФСА понимается метод системного исследования функций изделия (процесса, структуры), направленный на минимизацию затрат в сферах проектирования, производства и эксплуатации при сохранении (повышении) качества и полезности объекта для потребителей (т.е. направленный на оптимизацию соотношения затрат и потребительской стоимости).

Этот метод ориентирует на приближённую оптимизацию с использованием относительно простых алгоритмов, предусматривающих комплексную поэтапную технико-экономическую оценку решений с учётом не только внутренних, но и внешних характеристик объекта.

Как правило, ФСА используется на стадиях научно-исследовательских работ (НИР), опытно-конструкторских работ (ОКР), конструкторской подготовки производства (КПП) и технологической подготовки производства (ТПП) для предотвращения появления неэффективных решений. Он позволяет абстрагироваться от предметной формы изделия и рассматривать его как совокупность функций, необходимых потребителю, определять минимально необходимые затраты на их рекомендацию с учётом значимости и важности, находить технические решения, укладывающиеся в заданные допуски по стоимости и качеству.

ФСА применяется для снижения неоправданных издержек производства путём ликвидации ненужных функций и элементов (носителей функций), удорожающих продукцию.

В настоящее время в системе СОНТ широко используются три формы ФСА: творческая (на стадиях НИР и ОКР), корректирующая (на стадиях КПП, ТПП, отработки в опытном производстве (ООП), организационной подготовки производства (ОПП)) и инверсная (на стадии освоения изделия в промышленном производстве (ОСП)).

Как правило, ФСА проводится в несколько этапов:

1. Подготовительный этап. На этом этапе выбирается объект исследования, формируются цели и желаемый результат анализа, составляется план выполнения ФСА.

2. Информационный этап. На этом этапе осуществляется подготовка и сбор необходимой информации об объекте исследования и его аналогах; составляется структурная модель (СМ) объекта; определяются затраты на каждый элемент объекта и удельный вес затрат по каждому элементу, исходя из общих затрат на изделие; строится диаграмма Парето.

Структурная модель объекта представляет собой с определённой степенью упрощения “скелет” изделия, его обобщённый вид. Однако следует отметить, что СМ не даёт полного представления о связях и отношениях, возникающих в изделии при его функционировании. Она отражает только наиболее устоявшиеся, статические связи в системе, в то время как действительные свойства системы всего изделия проявляются через динамические связи, действия и взаимодействия, которые происходят в процессе функционирования системы.

Каждый конструктивный элемент изделия называется материальным носителем функций (МНФ) и участвует в реализации основной и как следствие главной функции изделия.

Расчёт затрат на каждый элемент (МНФ) производится по одному из известных методов, в частности: по удельным показателям, по структурной аналогии, по методу баллов, по методу оценки на основе математических моделей и наконец прямым методом расчёта по статьям калькуляции. Рекомендуется расчёт затрат вести в табличной форме, в которой определяется удельный вес затрат по каждому элементу (МНФ) и устанавливается порядок расположения затрат по убыванию, начиная с самых высоких их значений и заканчивая минимальными затратами, приходящимися на отдельный элемент изделия.

Исходя из структурной модели и расчёта затрат по каждому МНФ строится диаграмма Парето. При построении диаграммы Парето по оси абсцисс располагаются все МНФ в порядке убывания их затрат, а по оси ординат откладывается удельный вес затрат в процентах от полной себестоимости изделия. При этом затраты учитываются нарастающим итогом.

В осях координат выделяются три зоны А, В и С, поэтому и метод получил название АВС.

Первая зона А соответствует наибольшему сосредоточению МНФ, составляющих 75% общих затрат на изделие. Вторая зона В составляет 20% общих затрат на изделие. Третья зона С соответствует остальным МНФ, составляющим в сумме 5% общих затрат, т.е. завершает картину распределения МНФ по зонам и затратам в целом.

Согласно теории метода АВС, элементы МНФ изделия, попавшие в зону А, подвергаются наиболее тщательному анализу и в первую очередь, затем могут подвергаться анализу МНФ, попавшие в зону В, а элементы, попавшие в зону С, как правило, тщательному анализу не подвергаются.

3. Аналитический этап. На этом этапе разрабатываются функциональная модель (ФМ), функционально-структурная модель (ФСМ) и строится функционально-стоимостная диаграмма (ФСД).

Функциональная модель – это логико-графическое изображение состава и взаимосвязей функций изделия, получаемое путём их формулировки и установления порядка подчинения. Каждая функция имеет свой материальный носитель и свой индекс, отражающий принадлежность к определённому уровню ФМ и порядковый номер.

Под функцией понимается проявление свойств изделия (объекта) в определённой системе отношений. Для удобства проведения ФСА разнообразные функции, выполняемые проектируемыми изделиями, могут быть классифицированы по различным признакам, в частности: по области проявления – внешние и внутренние; по роли удовлетворения потребностей – главные и второстепенные; по роли в обеспечении работоспособности – основные и вспомогательные; по характеру проявления – номинальные, потенциальные и действительные; по степени полезности – полезные, нейтральные и вредные.

Внешние функции отражают функциональные отношения между объектом и сферой применения.

Внутренние функции отражают действия и взаимосвязи внутри объекта, они обусловлены принципом его построения, особенностям исполнения.

Главная функция объекта – функция, определяющая назначение, сущность и смысл существования объекта в целом.

Второстепенная функция не влияет на работоспособность объекта, отражает побочные цели его создания, обеспечивает его спрос.

Основные функции – функции, обеспечивающие работоспособность объекта, создающие необходимые условия для осуществления главной функции.

Вспомогательные функции способствуют реализации основных: соединительных, изолирующих, фиксирующих, направляющих, крепежных и др.

Основным назначением классификации функций является выделение среди них полезных, нейтральных и вредных. Полезные функции – внешние и внутренние функции, отражающие функционально-необходимые потребительские свойства и определяющие работоспособность объекта. Нейтральные функции – это излишние функции, которые отрицательно не сказываются на работоспособности объекта, но удорожающие его. Вредные функции – функции, отрицательно влияющие на работоспособность объекта, не создающие потребительскую стоимость, – удорожающие объект.

На основании определения и классификации функций изделия строится функциональная модель изделия.

Построение ФМ осуществляется следующим образом: на верхнем уровне ФМ располагаются главные и второстепенные функции, т.е. внешние функции изделия; на втором уровне располагаются основные функции (внутренние), необходимые для реализации главной функции; на третьем (может быть четвёртом и т.д.) уровнях располагаются вспомогательные функции, которые обеспечивают основные.

Не зависимо от целей ФСА при построении ФМ следует учитывать, что функции верхнего уровня должны являться отражением целей функций нижнего уровня, а нижний уровень функций есть средство обеспечения функций вышестоящего уровня.

Каждой функции присваивается соответствующий индекс в зависимости от уровня ФМ, который отражается в функциональной модели: главная функция – F1; второстепенные – F2, F3 и т.д.; основные – F11, F12 и т.д.; вспомогательные – F111, F112 и т.д.

Если изделие имеет в своём составе функционально завершённые части, по каждой из них строится своя ФМ по тем же правилам, что и для изделия в целом.

После разработки функциональной модели с помощью экспертных методов осуществляется оценка значимости функций (rj) и их относительной важности для изделия в целом (Rj).

Оценка значимости и важности функции ведётся экспертными методами последовательно по уровням функциональной модели, начиная с первого (т.е. сверху вниз).

Нормирующим условием является следующее:

( 1 )

,

где – значимость j-й функции, принадлежащей k-му уровню функциональной модели;

k – число функций, расположенных на одном уровне функциональной модели и входящих в общий узел вышестоящего уровня.

Учитывая многоступенчатую структуру функциональной модели, наряду с оценкой значимости функций по отношению к ближайшей вышестоящей, определяется показатель относительной важности функции любого уровня (Rj) по отношению к изделию в целом:

( 2 )

,

где G – уровни функциональной модели.

Оценка значимости и относительной важности функций, как правило, осуществляется в табличной форме.

Функционально-структурная модель (ФСМ) изделия создаётся методом совмещения структурной и функциональной моделей. Построение ФСМ осуществляется путём наложения функциональной модели на структурную, в результате чего получается матрица. Строки матрицы ФСМ отражают состав элементов (МНФ) изделия и затраты на каждую функцию данного МНФ, а столбцы-функции по уровням ФМ. На пересечении строк и столбцов указывается величина затрат на i-го МНФ на j-ю функцию.

Из построения ФСМ видно, что отдельные МНФ или группа МНФ работают на одну функцию, тогда затраты на нее (SF) определяются затратами на создание соответствующего МНФ. Расчёт затрат осуществляется по формуле

( 3 )

,

где – затраты (себестоимость) j-го МНФ, руб.;

m – количество j-х МНФ, работающих на i-ю функцию.

Если один и несколько МНФ участвуют в удовлетворении нескольких функций, то затраты на него распределяются между функциями пропорционально степени значимости () МНФ в реализации данных функций. Затраты на i-ю МНФ определяются по формуле

( 4 )

.

После определения относительной важности каждой функции и относительной величины затрат строится ФСД. Это совмещённый график, наглядно показывающий соответствие относительной важности функции (RF. i) – квадрант над осью абсцисс и относительной величины затрат на эту функцию (SF. i) – квадрант под осью абсцисс.

Сопоставление верхней и нижней частей диаграммы по каждой из функций, отражённых на оси абсцисс (Х), позволяет выявить диспропорции в изделии и степень удовлетворения одного из важнейших принципов ФСА – соответствия важности функций для потребителя затрат на её реализацию в сфере производства и эксплуатации.

Выполнения функционально-стоимостного анализа

Ниже приводится упрощённая схема выполнения корректирующей формы функционально-стоимостного анализа технического объекта на примере трансформатора.

1. Краткая характеристика объекта. Среди многочисленных и разнообразных электротехнических приборов и устройств трансформаторы по широте распространения и универсальности применения занимают одно из первых мест. Их применяют в схемах источников питания радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) различного назначения, в усилителях и генераторах низкой частоты в качестве междукаскадных и выходных, в цепях высокочастотных контуров, приёмно-усилительных устройств, в импульсных и других схемах.

Мощность, габариты, размеры и масса различных трансформаторов варьируются в очень широких пределах. Технические характеристики трансформатора представлены в табл.1.

Таблица 1. Технические характеристики трансформатора (рассматриваемый пример)

Наименование параметров и показателей	Единицы измерения	Значение
1	2	3
Параметры назначения
1. Номинальная мощность	Вт	60
2. Номинальное напряжение обмотки 1	В	220
3. Номинальное напряжение обмотки 2	В	36
4. Номинальный ток обмотки I	А	0,15
5. Номинальный ток обмотки II	А	5,0
Показатели качества исполнения функций
Потери холостого хода	Вт	0,6
Срок службы	лет	Не менее 15
Вероятность безотказной работы за 3000 ч		Не менее 0,99
Показатели внешней среды
Температура внешней среды	С	От 40 С до +40 С
Степень защищённости от внешних воздействий		IP22

2. Структурное моделирование рассматриваемого объекта. Структурная модель составляется на основе изучения конструкторско-технологической документации, в том числе спецификаций и имеет следующий вид (рис.1).

Рис.1. Структурная модель трансформатора

3. Расчёт затрат на МНФ трансформатора. Расчёт ведётся в табличной форме (табл.2) одним из методов.

4. Построение диаграммы Парето. Диаграмма строится на основе СМ (рис.1) и расчёта затрат на МНФ трансформатора (табл.2), см. рис.2. Из рис.2 видно, что два наиболее дорогостоящих элемента (МНФ) попали в зону А, четыре элемента – в зону В и три элемента с наименьшими затратами попали в зону С.

Согласно теории АВС наиболее дорогостоящие элементы (обмотка I и магнитопровод) подвергаются наиболее тщательному анализу и в первую очередь.

Таблица 2. Расчёт затрат и удельного веса затрат по каждому МНФ исходя из общих затрат на изделие

Наименование показателя	Элементы (МНФ) трансформатора
Магнитопровод	Каркас катушки	Обмотка I	Обмотка II	Изоляция	Планка	Клеммы	Шпильки	Гайки, шайбы	Трансформатор
1. Затраты, тыс. руб.	1980	460	2100	1500	40	250	600	240	120	7290
2. Удельный вес затрат,%	27,16	6,31	28,81	20,58	0,55	3,43	8,23	3,29	1,64	100
3. Ранжировка затрат по убыванию	2	5	1	3	9	6	4	7	8	

Рис.2. Диаграмма Парето на трансформатор

5. Разработка функциональной модели трансформатора. ФМ трансформатора строится в соответствии с приведенной выше классификацией функций, начиная с верхнего уровня (рис.3).

Рис.3. Функциональная модель трансформатора:

числитель – значимость функции (rj);

знаменатель – относительная важность (Rj).

6. Определение значимости j-й функции (rj) и относительной важности функции (Rj) любого уровня производится по формулам (1) и (2).

Как правило, для определения функций МНФ, установления значимости, а также расчёта затрат на каждую функцию составляется таблица (табл.3).

Таблица 3. Определение функций, установление значимости и расчёт затрат на каждую функцию, исходя из затрат на МНФ

Наименование МНФ	Затраты на 1 МНФ, руб.	Наименование функций трансформатора	Индекс функции	Значимость функции (rj)	Затраты на 1 функцию, руб.
1. Трансформатор	7290	1. Обеспечивает преобразование напряжения 2. Обеспечивает удобство эксплуатации	F1 F2	0,9 0,1	6561 729
2. Катушка	4100	1. Обеспечивает работу трансформатора 2. Обеспечивает преобразование напряжения	F11 F12	0,4 0,6	1640 2460
3. Крепёж	360	1. Обеспечивает жёсткость и надёжность	F21	1,0	360
4. Клеммная планка	850	1. Обеспечивает коммутацию и жёсткость конструкции	F22	1,0	850
5. Магнитопровод	1980	1. Обеспечивает замыкание магнитного потока 2. Обеспечивает режим преобразования напряжения	F111 F112	0,3 0,7	594 1386
6. Обмотка I	2100	1. Обеспечивает режим преобразования напряжения 2. Создаёт первичный магнитный поток	F112 F121	0,5 0,5	1050 1050
7. Обмотка II	1500	1. Обеспечивает режим преобразования напряжения 2. Обеспечивает продукцию	F112 F122	0,5 0,5	750 750
8. Каркас катушки	460	1. Обеспечивает несущую конструкцию обмоток для обеспечения эксплуатации	F222	1,0	460
9. Изоляция	40	1. Обеспечивает надёжность прохождения тока	F212	1,0	40
10. Шпильки	240	1. Обеспечивает жёсткость конструкции	F211	1,0	240
11. Гайки, шайбы	120	1. Обеспечивают жёсткость конструкции	F211	1,0	120
12. Планка	250	1. Обеспечивает коммутацию	F221	1,0	250
13. Клеммы	600	1. Обеспечивает коммутацию	F221	1,0	600

Оценка относительной важности функций ведётся последовательно по уровням ФМ (рис.3) или в табличной форме (табл.4).

Таблица 4. Оценка относительной важности функций

Индекс функции ФМ	Наименование функции трансформатора	Значимость функции (rj)	Относительная важность функции (Rj)
F1	Обеспечивает преобразование напряжения	0,9	0,90
F2	Обеспечивает удобство эксплуатации	0,1	0,10
F11	Обеспечивает работу трансформатора	0,4	0,36
F12	Обеспечивает преобразование напряжения	0,6	0,54
F21	Обеспечивает жёсткость и надёжность	0,4	0,04
F22	Обеспечивает коммутацию и жёсткость	0,6	0,06
F111	Обеспечивает замыкание магнитного потока	0,3	0,11
F112	Обеспечивает режим преобразования напряжения	0,7	0,25
F121	Создаёт первичный магнитный поток	0,5	0,27
F122	Обеспечивает индукцию	0,5	0,27
F211	Обеспечивает жёсткость конструкции	0,5	0,02
F212	Обеспечивает жёсткость и надёжность	0,5	0,02
F221	Обеспечивает коммутацию	0,5	0,03
F222	Обеспечивает несущую конструкцию для обеспечения коммутации	0,5	0,03

7. Функционально-структурное моделирование. ФСМ строится путём совмещения структурной модели (рис.1) и функциональной модели (рис.3), в результате чего получается матрица (табл.5). Распределение затрат по функциям производится по формулам (3) и (4).

Таблица 5. ФСМ и распределение затрат по функциям

Зона	Наименование МНФ	Затраты на 1 МНФ, руб.	Затраты на функцию, руб.
F1	F2
F11	F12	F21	F22
F111	F112	F121	F122	F211	F212	F221	F222
А	1. Обмотка I 2. Магнитопровод	2100 1980	 594	1050 1386	1050 	 	 	 	 	 
В	3. Обмотка II 4. Клеммы 5. Каркас катушки 6. Планка	1500 600 460 250	   	750   	   	750   	   	   	 600  250	  460 
С	7. Шпильки 8. Гайки, шайбы 9. Изоляция	240 120 40	  	  	  	  	240 120 	  40	  	  
	Итого	7290	594	3186	1050	750	360	40	850	460
	Удельные относительные затраты	1	0,08	0,44	0,14	0,10	0,05	0,01	0,12	0,06
	Итого	7290	F11 = 3780	F12 = 1800	F21 = 400	F22 = 1310
	Удельные относительные затраты	1	0,52	0,24	0,06	0,18
	Итого	7290	F1 = 5580	F2 = 1710
	Удельные относительные затраты	1	0,77	0,23

ФСМ можно разрабатывать по каждой зоне раздельно.

8. Построение функционально-стоимостной диаграммы (ФСД), см. рис.4.

Рис.4. Общий вид ФСД трансформатора

Из рис.4 видно значительное превышение затрат (0,44) по функции F112 над относительной важностью функции (0,25) и по функциям F211, F221 и F222. Именно эти функции и их МНФ должны быть подвергнуты наиболее тщательному и в первую очередь анализу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Новицкий Н.И. Организация и планирование производства: Практикум / Н.И. Новицкий. – Мн.: Новое знание, 2004. – 256 с.

2. Новицкий Н.И. Организация производства на предприятиях: Учеб. -метод. пособие. – М.: Финансы и статистика, 2004. – 392 с.

3. Новицкий Н.И. Основы менеджмента: организация и планирование производства: задачи и лабораторные работы. – М.: Финансы и статистика, 1998. – 208 с.

4. Новицкий Н.И., Пашуто В.П. Организация, планирование и управление производством: Учеб. -метод. пособие / Под ред.Н.И. Новицкого. – М.: Финансы и статистика, 2006. – 576 с.