Методы и модели планирования и оперативного управления процессами создания аддитивного оборудования на примере экструзионных 3D-принтеров : специальность ""диссертация
Дополнительные ссылки: eLibrary
База данных: Каталог библиотеки СФУ
Библиографическое описание: Методы и модели планирования и оперативного управления процессами создания аддитивного оборудования на примере экструзионных 3D-принтеров : специальность "" : диссертация на соискание ученой степени кандидат технических наук / Н. С. Цыганков ; ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО". - , 2022. - 149 с. - .
Аннотация: 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 3D- принтеров 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.?Апробация и внедрение результатов работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры Экспериментальной физики и инновационных технологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет. ?Основные положения и результаты исследования докладывались и получили положительные отклики на следующих научно-практических конференциях: XII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодежь и наука: Проспект Свободный-2016» (Красноярск, 15-25 апреля 2016 г. СФУ); XV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодежь и наука: Проспект Свободный-2019» (Красноярск, 22-26 апреля 2019 г. СФУ); Национальная научно-практическая конференция «Комплексное развитие территориальных систем и повышение эффективности регионального управления в условиях цифровизации экономики» (Орёл, 01 ноября 2019 г., ОГУ им. И.С. Тургенева); «Quality Management and Reliability of Technical Systems» (Санкт-Петербург, 20-21 июня 2019 г., СПбПУ); «III Quality Management and Reliability of Technical Systems» (Санкт-Петербург, 27-29 августа 2020 г., СПбПУ); XVI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодежь и наука: Проспект Свободный-2020» (Красноярск, 06 апреля-16 мая 2020 г. СФУ); Конференция с международным участием «Байкальская наука: идеи, инновации, инвестиции» (Иркутск, 26 марта 2021 г., ИРНИТУ); XVII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодежь и наука: Проспект Свободный-2021» (Красноярск, 19-24 апреля 2021 г. СФУ); «Energy Systems Environmental Impacts» (Санкт-Петербург, 24-26 сентября 2021 г., СПбПУ); XVIII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодежь и наука: Проспект Свободный-2022» (Красноярск, 19-24 апреля 2022 г. СФУ).?Научные результаты использованы в процессе выполнения работы по гранту Российского фонда фундаментальных исследований по теме «Разработка модели автономной инновационной инфраструктуры Красноярского края с высокой эффективностью коммерциализации» (№19-37-90023), а также внедрены в практическую деятельность ООО «Компания ИМПРИНТА» и наноцентра ООО «СИГМА.Новосибирск» в части разработки планов и стратегий развития компаний в отрасли аддитивных технологий.?Публикации?По теме диссертации автором было опубликовано 15 научных работ общим объемом 42,02 п.ч. (участие соискателя 22,39 п.ч.), в т. ч.: 3 учебных пособия; 4 статьи в научных изданиях, индексируемых международной базой Scopus; 6 статей в журналах, рекомендуемых ВАК при Министерстве науки и высшего образования РФ.?Структура и объем работы?Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал изложен на 125 страницах, содержит 15 таблиц, 23 рисунка, 120 литературных источника, 4 приложения. Общий объем диссертации, включая приложения, составляет 149 страниц.?ЗАКЛЮЧЕНИЕ?Разработано научно-методическое обеспечение разработки экструзионных 3D-принтеров заданного качества, которое включает в себя:?1.?Индикаторы, позволяющие производить оценку выполнения целей системы сбалансированных показателей. Для получения интегрального показателя в зависимости от особенностей стратегии конкретной организационной структуры для каждого индикатора требуется определение их значимости. Разработанная система сбалансированных показателей предложена для процессов разработки 3D-принтеров, но после адаптации может быть применима к другим техническим решениям.?2.?Обобщенные модели процесса разработок, отличающиеся наличием обратных связей и степенью взаимодействия с внешней средой. При этом выделены крупные этапы процесса разработки. Проведена формализация моделей в виде математического представления и выделены управляемые параметры. Математическая модель позволяет использовать ее в качестве основы для построения имитационной модели.?3.?Модель планирования процесса создания новой продукции, развивающая теорию массового обслуживания. Модель позволяет планировать выполнение всех этапов разработки, осуществлять проектирование с различными сценариями по количеству идей и загруженности организационных структур разработки. Модель учитывает взаимное влияние параметров качества создаваемой продукции в процессе проектирования и позволяет формировать сквозную систему управления разработкой продукта на предприятии. На основе модели сформирован метод определения требований к качеству 3D-принтеров. Отличием метода является возможность поиска оптимальных технических параметров и сроки выпуска новой модификации продукции.?4.?Метод оценки состояния организационных структур, проектирующих новую продукцию. Метод обеспечивает оценку и оперативное управление деятельности организационных структур разработки новой продукции и учитывает влияние следующих показателей эффективности их работы: общие параметры функционирования организационной структуры; показатели работы с проектами по разработке; значения выполнения плановых заданий на уровне организационной структуры. ?5.?Процессную модель функционирования организационных структур разработки новой продукции с учетом наличия трех ключевых стадий: «Поиск и анализ», «Разработка» и «Коммерциализация». Модель описывает весь процесс от поступления идеи по созданию аддитивного оборудования до конечного результата. В рамках декомпозиции определены 38 подпроцессов: 12 подпроцессов стадии «Поиск и анализ»; 12 подпроцессов стадии «Разработка» и 14 подпроцессов стадии «Коммерциализация». Модель отличается учетом специфики разработки аддитивного оборудования, возможностью одновременной работы по нескольких проектам создания новой продукции.?6.?Имитационную модель процесса разработки экструзионных 3D-принтеров в программном продукте AnyLogic: определены входные параметры, законы распределения случайных величин, взаимосвязи между отдельными блоками модели, а также выходные параметры модели. Модель позволяет производить оптимизацию входных данных с требуемыми ограничениями. Представлен интерфейс имитационной модели, параметры, функции и свойства ее элементов, учитывающие поступление идей, пять этапов разработки и последующую коммерциализацию.?7.?Апробацию метода оценки деятельности структур, отвечающих за создание новых экструзионных 3D-принтеров, на примере трех подразделений компании ИМПРИНТА в период с января по апрель 2022 года. Эффективность этих структур к концу рассматриваемого периода достигла в среднем 0,73-0,75 в зависимости от отдела. Установлено, что снижение скорости роста эффективности в марте и апреле связано с увеличением количества нововведений, которые вносились в разрабатываемую компанией продукцию. Определены мероприятия для повышения эффективности указанных структур. Это – усиление контроля над работой подрядчиков; стимулирование выработку предложений по улучшению продукции; сформирование базы подрядчиков для работ по НИОКР; расширение компетенции отдела продакт-маркетинга.?8.?Апробацию метода определения требований технико-экономических параметров качества экструзионных 3D-принтеров на примере экструзионного 3D-принтера Hercules G2. Ошибка аппроксимации, выявленная предложенной математической моделью, составила 8%, что говорит о ее адекватности и возможности применения для прогнозирования. Рассмотрены различные значения коэффициента отставания предшествующей модификации для сравнения предложений по улучшению Hercules G2 в процессе разработки. Полученные результаты указывают на возможность увеличения объема продаж для Hercules G2 на 97 единиц продукции относительно базового значения.?9.?Построение имитационной модели функционирования организационной структуры разработки экструзионных 3D-принтеров Hercules компании ИМПРИНТА, для чего определены входные параметры модели. Оценка адекватности модели на основе данных за весь период деятельности компании (93 месяц) показала, что было получено 14 разработок, что соответствует фактическому результату деятельности компании за рассматриваемый период. С привлечением имитационной модели проведена оптимизационная работа по реализации стратегии разработки новой продукции компании. Полученные результаты потребовали изменения максимальной нагрузки на отделы разработок (увеличение количества сотрудников) и снижение максимального значения влияния разработок для увеличения эффективности отсева неудачных проектов. Установлено, что для реализации данных изменений компании требуется пересмотреть план производства продукции. Оптимизационный эксперимент позволил снизить количество исключенных разработок на 30% и увеличить на 21% количество успешных разработок.?Дальнейшая работа должна решить вопросы развития методов и моделей, представленных в диссертации, на других этапах жизненного цикла продукции.??ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ?В изданиях, входящих в МБД SCOPUS?1.?Kalashnikova O.V., Petrunina A.E., Tsygankov N.S., Moskalev A.K. The level of generalized technology readiness of the Smart House automation systems // IOP conference series: materials science and engineering. 2019. С. 012063. (0,64 п.л., в т.ч. 0,21 авт.).?2.?Moskalev A.K., Petrunina A.E. Tsygankov N.S., Neural network modelling for determining the priority areas of regional development // В сборнике: IOP Conferense Series: Materials Science and Engineering. 2020. C. 012017. (0,58 п.л., в т.ч. 0,39 авт.).?3.?Moskalev A.K., Petrunina A.E. Tsygankov N.S., Valkova Y.E., Business incubator assessment model // В сборнике: IOP Conferense Series: Materials Science and Engineering. 2020. C. 012017. (1,5 п.л., в т.ч. 0,94 авт.).?4.?Moskalev A., Tsygankov N. Diffusion Model of Various Modifications of an Innovative Product // В сборнике: E3S Web of Conferences. 2021. С. 03004. (1,62 п.л., в т.ч. 1,08 авт.).???Учебные пособия?5.?Цыганков Н.С., Эльберг М.С. Имитационное моделирование: учебное пособие – Красноярск: СФУ, 2017. – 128 с. (16 п.л., в т.ч. 8 авт.).?6.?Петрунина А.Э., Цыганков Н.С. Типовые задачи прикладной инноватики: учебно-методическое пособие по практическим и семинарским занятиям – Красноярск: СФУ, 2020. – 61 с. (7,05 п.л., в т.ч. 3,52 авт.).?7.?Петрунина А.Э., Цыганков Н.С. Информационные технологии в задачах инноватики: лабораторный практикум: учебно-методическое пособие – Красноярск: СФУ, 2021. – 76 с. (8,78 п.л., в т.ч. 4,4 авт.).?В изданиях, рекомендованных ВАК РФ?8.?Цыганков Н.С., Москалев А.К., Касимова А.Э. Драйверы развития национальных инновационных систем // Инновации. 2017. № 11. С. 29-33. (0,58 п.л., в т.ч. 0,39 авт.).?9.?Калашникова О.В., Цыганков Н.С. Петрунина А.Э., Москалев А.К. Оценка уровня готовности технологии многофункциональных устройств автоматизации помещений // Инновации. 2020. № 5 (259). С. 98-104. (0,81 п.л., в т.ч. 0,27 авт.).?10.?Цыганков Н.С., Москалев А.К., Петрунина А.Э. Модель управления воронкой коммерциализации // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия «Естественные и технические науки». 2022. № 4. С. 137-144 (0,61 п.л., в т.ч. 0,41 авт.).?11.?Цыганков Н.С., Петрунина А.Э. Сбалансированная система показателей эффективности инновационной инфраструктуры // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия «Естественные и технические науки». 2022. № 4. С. 145-151 (0,61 п.л., в т.ч. 0,41 авт.).?12.?Цыганков Н.С., Петрунина А.Э. Способ оценки состояния подразделений разработки экструзионных 3D-принтеров // Известия Самарского научного центра РАН. 2022. № 4. С. 75-86 (0,9 п.л., в т.ч. 0,6 авт.).?13.?Цыганков Н.С., Москалев А.К. Модель организации разработки экструзионных 3D-принтеров // Известия Самарского научного центра РАН. 2022. № 4. С. 87-96 (0,9 п.л., в т.ч. 0,6 авт.).?В других научных издания (РИНЦ)?14.?Цыганков Н.С. Концептуальные основы формирования региональной инновационной инфраструктуры // Материалы II Национальной (всероссийской) научно-практической конференции. 2019. С. 193-203. (1,04 п.л.).?15.?Цыганков Н.С., Калашникова О.В., Касимова А.Э. Применение методик TRL и IRL для оценки готовности системы устройств автоматизированного управления помещениями // Проспект Свободный-2019 : материалы науч. конф. Экспериментальная физика и инновационные технологии. 2020. С. 1097-1100. (0,4 п.л., в т.ч. 0,13 авт.).
Год издания: 2022
Авторы: Цыганков Никита Сергеевич
Авторский коллектив: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО"
Количество страниц: 149
Количество экземпляров:
Твёрдая копия издания отсутствует в фонде библиотеки
Ключевые слова: экструзионные 3D-принтеры, аддитивное оборудование, планирование, организация производства, управление процессами
Классификационные коды: ГРНТИ 81.81
Идентификаторы: шифр 54428532
Похожие публикации
МОДЕЛЬ ОРГАНИЗАЦИИ РАЗРАБОТКИ ЭКСТРУЗИОННЫХ 3D-ПРИНТЕРОВ : научное издание
- Цыганков Н.С. и др.
- 2022 год
СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ РАЗРАБОТКИ ЭКСТРУЗИОННЫХ 3D-ПРИНТЕРОВ : научное издание
- Цыганков Н.С. и др.
- 2022 год
Строительный ARM 3D-принтер для изготовления макетов зданий, сооружений и строительных конструкций : статья из журнала
- Кокорев Борис Сергеевич и др.
- 2025 год
3D-ПРИНТЕР ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА : доклад, тезисы доклада
- ГОРЯЧИЙ ВИТАЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ и др.
- 2015 год
Развитие технологий и оборудования для микро-3D-печати : статья из журнала
- Петропавловский Юрий
- 2021 год
Производственная логистика приборостроительного предприятия : учебное пособие
- Галеев Ринат Гайсеевич и др.
- 2021 год
Ускорение сроков освоения отливок на примере отливки блока цилиндров V12, с использованием… : статья из журнала
- Панфилов Э. В. и др.
- 2024 год
Применение цифровых технологий и инновационных аддитивных возможностей в образовании для… : статья из журнала
- Кокорев Борис Сергеевич и др.
- 2025 год
Автоматизация создания управляющих программ и техпроцессов на основе логических операций… : статья из журнала
- Агаев Эмиль Тофикович и др.
- 2025 год
Совершенствование планирования, организации и оперативного управления, направленное на уменьшение… : статья из журнала
- Бохан Харитон Алексеевич
- 2023 год
Моделирование процесса формования изделий из теста на основе пшеничной муки методом экструзионной… : статья из журнала
- Мартеха Александр Николаевич и др.
- 2025 год