Józef MATUSZEK Dariusz WI CEK Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku Bia ej SZACOWANIE KOSZTÓW WYTWARZANIA ELEMENTÓW MASZYN OPARTE NA INTEGRACJI SYSTEMÓW CAD I CAPP 1. Wst p Szacowanie kosztów produkcji jest procesem przybli onego okre lania kosztów produktu zanim wszystkie fazy cyklu ycia produktu zosta y zako czone, na podstawie informacji wygenerowanych na zako czonych etapach tego cyklu [4]. W opracowaniach [4] przedstawiono podzia metod szacowania kosztów na kilka podstawowych grup: Metody intuicyjne (przez do wiadczenie) opieraj ce si na wiedzy i do wiadczeniu eksperta; Metody analogiczne wykorzystuj ce systemy klasyfikacyjne pozwalaj ce na okre lanie kosztów projektowanych produktów na podstawie podobie stwa z produktami wcze niej wytwarzanymi; Metody analityczne pozwalaj ce na okre lanie kosztów projektowanego produktu na podstawie dekompozycji za o onej metody produkcji na zadania elementarne; Metody statystyczne i parametryczne s to metody, które d do sprowadzenia kosztów do funkcji kilku istotnych parametrów. W pracach [4-6] dokonano podzia u metod szacowania kosztów odnosz cy si do metod automatyzacji projektowania procesów produkcyjnych. Autorzy wyodr bnili trzy grupy metod: metody wariantowe, metody generacyjne, metody hybrydowe. Rozwój systemów CAD/CAM wykorzystuj cych modelowanie 3D spowodowa rozwój metod szacowania kosztów bazuj cych na metodach projektowania elementów wykorzystuj cych obiekty elementarne feature based costing (FBC). W wielu pracach naukowych przedstawiano rozwi zania dotycz ce integracji projektowania konstrukcji, procesów wytwarzania z ukierunkowaniem na okre lanie kosztów wykorzystuj c modelowanie projektowanego elementu oparte na obiektach elementarnych [7]. Metody opieraj ce si na obiektach elementarnych wykorzystuj te same za o enia, co metody analityczne czy generacyjne. Rozwój tych metod wynika z rozwoju metod modelowania projektowanych
124 Józef Matuszek, Dariusz Wi cek elementów w oparciu o obiekty elementarne, które odnosz si do coraz wi kszego zakresu informacji o elemencie, nie tylko informacji o cechach konstrukcyjnych, ale równie o cechach technologicznych i organizacyjnych dotycz cych projektowania procesów. 2. Proponowana metoda szacowania Proponowana metoda szacowania kosztów elementów maszyn opiera si na sformalizowanym opisie informacji o cechach konstrukcyjnych, wytwarzania i organizacyjnych dotycz cych projektowanego elementu, metodach sztucznej inteligencji (systemy eksperckie) oraz na modelu okre lania kosztów produkcji elementów maszyn opartym na metodzie rachunku kosztów dzia a. Tok post powania w proponowanej metodzie podzielono na kilka faz, które wykorzystuj informacje generowane na ró nych etapach projektowania procesu produkcyjnego wspomaganego przez systemy CAx lub informacje przechowywane w bazach danych tych systemów. Przyj ty model post powania oraz umiejscowienie poszczególnych faz w obszarach funkcjonalnych systemów CAx przedstawiono na rysunku 1. Wymagane informacje do prawid owego oszacowania kosztów ustalane s na podstawie danych o parametrach konstrukcyjnych obiektów elementarnych tworz cych zapis konstrukcji projektowanego elementu. W celu usystematyzowania przetwarzanych parametrów zbudowano baz konstrukcyjnych obiektów elementarnych. Rys. 1. Ogólny model post powania w proponowanej metodzie
Szacowanie kosztów wytwarzania elementów maszyn oparte 125 Baza konstrukcyjnych obiektów elementarnych Baz konstrukcyjnych obiektów elementarnych stworzono wykorzystuj c komercyjny system CAD-SolidWorks. Projektuj c baz konstrukcyjnych obiektów elementarnych (KOBE) przyj to cztery koncepcje tworzenia bazy: Pierwsza wykorzystuje zbiory plików, które zawieraj zapis postaci konstrukcyjnej KOBE jako bibliotek standardowych obiektów elementarnych. Druga koncepcja wykorzystuje proste, KOBE wbudowane w systemie SolidWorks. S to na przyk ad: faza (chamfer), zaokr glenie (fillet/round), otwór prosty (simple hole). Trzecia koncepcja zwi zana jest z obiektowym zapisem postaci z o onych KOBE w j zyku C++, przy wykorzystaniu wbudowanego w system SolidWorks mechanizmu SolidWorks API Objects (API, Application Programming Interface). Czwarta koncepcja zwi zana jest wykorzystaniem wcze niej stworzonych modeli w pakiecie SolidWorks, które staj si tzw.: Elementem bazowym (Base Part) dla projektowanego elementu. 2.1. Generowanie zbioru warto ci czynników kosztotwórczych W tym etapie na podstawie zbioru warto ci parametrów opisuj cych projektowany element generowany jest zbiór warto ci czynników kosztotwórczych zwi zanych subdzia aniami procesu wytwarzania rozumianymi tutaj jako zabiegi technologiczne, które s wymagane, aby projektowany element uzyska w a- ciwo ci zgodne z za o eniami konstrukcyjnymi. Schemat procesu generowania zbioru warto ci czynników kosztotwórczych przedstawia Rys.. Podstawowym elementem w tym procesie jest dedykowany system ekspertowy. Zaproponowana baza wiedzy technologicznej przechowuje podstawow wiedz technologiczn, która zosta a pozyskana od eksperta. Zebrana w bazie wiedza musi umo liwi okre lenie warto ci czynników kosztotwórczych, dlatego dotyczy ona informacji o zbiorach zabiegów technologicznych, wymaganych dla osi gni cia za o onych warto ci parametrów konstrukcyjnych w przyj tym wariancie procesu wytwarzania. Na podstawie przeprowadzonych analiz przyj to reprezentacj wiedzy w formie ram i regu. Do reprezentacji wiedzy dla danej ramy wykorzystano tablice decyzyjne. Budowa modu u pozyskiwania wiedzy jest ci le zwi zane z przyj t metod jej pozyskiwania. W pracy zaproponowano bezpo redni metod pozyskiwania wiedzy nazywan uczenie si na pami. Zaprojektowany modu pozyskiwania wiedzy jest dialogowym interfejsem, poprzez który ekspert dokonuje zapisu posiadanej wiedzy dotycz cej tworzenia zbiorów zabiegów pozwalaj cych na uzyskanie w procesie wytwarzania warto ci parametrów opisuj cych projektowane elementy. Modu pozyskiwania wiedzy zosta zaprojektowany w taki sposób, aby ekspert mia do dyspozycji informacje o wszystkich parametrach opisuj cych projektowany element. Modu zosta równie sprz ony z baz da-
126 Józef Matuszek, Dariusz Wi cek nych systemu CAPP. Na podstawie tak zebranych zbiorów informacji tworzone s tablice decyzyjne wykorzystywane w procesie wnioskowania, czyli wyborze wariantu obróbki (zbioru zabiegów). Rys. 2. Schemat generowania warto ci czynników kosztotwórczych W zaproponowanym systemie ekspertowym przyj to metod wnioskowania w przód (progresywn ). Za o eniem tej metody jest to, e na podstawie znanych regu, przes anek i faktów system generuje nowe fakty, dla których w bazie wiedzy znajdzie si fakt b d cy odpowiedzi na postawiony cel (hipotez ), czyli w rozpatrywanym aspekcie celem jest sprawdzenie, czy dany wariant procesu
Szacowanie kosztów wytwarzania elementów maszyn oparte 127 technologicznego mo na zastosowa dla projektowanego elementu. Na podstawie zbioru warto ci parametrów opisuj cych projektowany element sprawdzane s przes anki dotycz ce poszczególnych regu zapisanych w ramie. Ze wzgl du na wyst powanie ró nej liczby przes anek zastosowano strategi specyficzno ci sterowania wnioskowaniem. 2.2. Generowanie zbioru warto ci czynników kosztotwórczych Generowanie warto ci czynników kosztotwórczych oparto na module pakietu CAPP SYSKLASS SYSNORM. Modu SYSNORM pozwala na okre lenie wielko- ci normy zu ycia czasu dla poszczególnych zabiegów technologicznych b d cych jednymi z czynników kosztotwórczych. Wyznaczenie tych norm opiera si na zmiennych wej ciowych, które nast pnie mog by przetwarzane w sposób analityczny, deterministyczny lub wykorzystuj c funkcje regresji. Wszystkie dane wst pne zadeklarowane dla metod okre lania norm czasowych dla poszczególnych zabiegów zosta y zwi zane ze zbiorem parametrów opisuj cych projektowane elementy. Na podstawie warto ci zmiennych wst pnych oraz przy wykorzystaniu metod ustalania warto ci zmiennych wyj ciowych ustalane s warto ci czynników kosztotwórczych dotycz cych sk adników kosztów generacyjnych zwi zanych z zabiegami technologicznymi. Przyk adowe warto ci czynników kosztotwórczych przedstawia Rys. 3. Szacunkowy koszt wyznaczany jest na podstawie warto ci czynników kosztotwórczych zwi zanych wy cznie z warto ciami parametrów cech opisuj cych projektowany element. Na przyk ad koszty robocizny bezpo redniej i koszty dzia a procesu przetwarzania dotycz ce zbioru zabiegów technologicznych s wyznaczone na podstawie warto ci norm zu ycia czasu wyznaczonych w module SYSNORM dla zabiegów technologicznych wygenerowanych poprzez system ekspertowy. Rys. 3. Przyk adowe warto ci zmiennych wst pnych i warto ci czynników kosztotwórczych
128 Józef Matuszek, Dariusz Wi cek 3. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych bada wyci gni to nast puj ce wnioski: Zaproponowane w pracy metody pozwalaj okre li koszty w asne projektowanych elementów maszyn na podstawie zbioru informacji ustalonych zgodnie z zaproponowanym sposobem opisu tych elementów, dokonywanego w trakcie tworzenia zapisu konstrukcji. Zastosowanie zapisu konstrukcji wykorzystuj cego sparametryzowane konstrukcyjne obiekty elementarne przyspiesza proces tworzenia tego zapisu, oraz pozwala automatycznie dokona zapisu informacji w postaci zbioru cech opisuj cych projektowane elementy oraz zbiorów warto ci parametrów opisuj cych cechy elementu wymaganych na dalszych etapach projektowania. Konieczne jest poszerzenie proponowanych metod o analiz kosztów dzia a zwi zanych z monta em, co pozwoli oby na szacowanie kosztów nie tylko elementów maszyn, ale równie podzespo ów, zespo ów i ca ych wyrobów. Bibliografia: 1. Brinke E.: Costing support and cost control in manufacturing, PhD. Thesis, University of Twente, Enschede 2002. 2. Knosala R. i zespó : Zastosowania metod sztucznej inteligencji w in ynierii produkcji, WNT, Warszawa 2002. 3. Roy R., Kerr C.: Cost engineering: Why, what and how? Decision Engineering Report Series. Cranfield University, Cranfield 2003. 4. Shehab E.M., Abdalla H.S.: Manufacturing cost modelling for concurrent product development. Robotics and Computer Integrated Manufacturing 17 (2001) 341-353. 5. Weustink I.F., Brinke E., Streppel A.H, Kals H.J.J.: A generic framework for cost estimation and cost control in product design. Journal of Materials Processing Technology 103 (2000) 141-148. 6. Wi cek D.: The rough-cut cost analysis on the engineering design stage. Industrial Engineering and Increasing of Productivity, S owacja, Belušské Slatiny 11-12.11.1999. 7. Wierda L. S.: Linking design, process planning and cost information by feature based modelling. Journal of Engineering Design, 2(1) 1991: 3-19.