Читать книгу Курс «Современный ТРИЗ». Модуль «Алгоритм решения инжиниринговых задач АРИнЗ» - Станислав Львович Горобченко - Страница 10

ЛМЗ – Литейно-Механический Завод – предприятие, специализирующееся на выпуске отливок и выполнении механических и сварочных работ. Основными цехами завода являются цех центробежного литья, цех фасонного литья, механообрабатывающий цех и сборочно-сварочный цех, а также цех ковки.

Задачей, которую необходимо было решить, заключалась в необходимости найти такие продукты, которые бы были под силу заводу, востребованы рынком и эффективны для потенциальных потребителей продукции завода в арматуростроении.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП

Учитывая требования к решению задачи, как к поиску нового продукта, она была отнесена к классу решения инжиниринговых задач, для которых применима методика 1 (методика определения направлений совершенствования инжиниринговых продуктов в новых областях) с элементами методики 2 (методика повышения добавленной ценности инжиниринговых продуктов). Одновременно, учитывая, что завод специализируется на производстве в основном заготовок, применялась методика 3 (методика выполнения проектов по совершенствованию технологических процессов).

Из методики 1 были отобраны следующие инструменты:

– выбор продукта,

– анализ его по S-кривой,

– выбор направления развития продукта в зависимости от этапа, на котором находится продукт, техническая и бизнес-система потребителя и определяются уровни развития рынка (этапы жизненного цикла рынка), на который предлагается вывести инжиниринговый продукт.

Из методики 2 были отобраны следующие инструменты:

– анализ жизненного цикла продукта,

– определение этапа развития технической системы.

Из методики 3 были отобраны следующие инструменты:

– определение проблем технологии,

– определение ключевых недостатков и распределение их по технологическим операциям,

– проведение свертывания элементов, порождающих ключевые недостатки.

Используемыми видами анализа стали:

– анализ по законам развития технических систем (ЗРТС)

– ресурсный анализ.

Было предложено включать и другие виды анализа, предлагаемые в методиках, в случае необходимости.

Для решения задачи был применен АРИнЗ. Ниже пошагово рассматривается ход решения задачи.

ШАГ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПОСОБНОСТЕЙ КОМПАНИИ И ПОТРЕБНОСТЕЙ ПОТРЕБИТЕЛЯ (РЫНКА)

1.1. СПОСОБНОСТИ КОМПАНИИ

На этом этапе уточнялась задача, чтобы оценить пространство решений. Для этих целей были уточнены производственно-технические, финансовые возможности предприятия, а также возможности внедрения и способность руководства и персонала внедрять новые технические решения. Были проанализированы:

– история компании

– партнеры компании

– парк оборудования

– опыт в налаживании новых производств и способности к внедрению инновационных технологий

– отчетность

Также были проведены интервью с руководителями коммерческого, конструкторского, технологического, финансового отдела и директоратом предприятия. По материалам анализа в общих чертах прояснилась общая инновационная стратегия предприятия.

Было выбрано направление центробежного литья, в котором у завода были опыт производства и возможности продвижения на рынок.

Рис. 1. Цех центробежного литья ЛМЗ

На основе анализа были выявлены основные разрывы, которые ограничивают предприятие в разработке и внедрении инновационных продуктов для арматуростроения.

Основными ограничениями стали:

– недостаточные возможности оборудования,

– отсутствие технологий,

– потребность в выпуске серийного продукта, без значительных колебаний по типу применяемой технологии и номенклатуре,

– проблемы с использованием в основном только дорогих материалов и невыгодностью использования дешевых материалов, не дающих желаемой прибыли,

– потребность в использовании имеющегося оборудования в связи с большой длительностью изготовления и стоимостью кокилей,

– необходимость работы на уже имеющемся рынке изделий из нержавеющих и специальных сталей и необходимость учета трудностей по выходу на слишком дальние от возможностей компании рынки.

В качестве основного продукта для дальнейшего развития были проанализированы основные конструкции шаровых кранов, как наиболее соответствующие осесимметричным центробежнолитым заготовкам для арматуры, рис.2.

Рис. 2. Общий вид шарового крана

Основной упор предложено было сделать на шаровые краны большого диаметра, где центробежное литье может иметь преимущество по основным комплектующим, рис. 6.3.

Рис. 3. Основные конструктивные элементы шарового крана с высокой степенью осесимметричности

Общая спецификация комплектующих узлов приведена ниже, табл. 1.

Табл. 1. Спецификация деталей шарового крана

Из общей спецификации изделий наибольший интерес экспертов, оценивающих возможности применения центробежного литья, вызвали:

– корпус

– крышка корпуса

– шар

– ось

– вал

– седло

– упорное кольцо

1.2. ПОТРЕБНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ КЛИЕНТА

Учитывая способности предприятия по выполнению центробежных трубных отливок, было принято решение найти достаточную нишу рынка в области развеса литья до 3000 кг, что обеспечило бы максимально комфортные условия для работы литейного участка центробежного литья его термообработки, мехобработки, а также сочеталось бы с традиционными и доступными ресурсами по металлолому, поставке легирующих и пр.

Среди множества запросов, которые приходили в компанию, и на который мог бы быть достаточный спрос со стороны арматурных предприятий, были запросы на изготовление шаровых пробок крупных шаровых кранов, рис. 4.

Рис. 4. Шаровая пробка

Из других изделий вызывала интерес деталь типа "седло" с наплавкой стеллита, как правило, шабрирующее, в наибольшей степени отвечающее возможностям завода, рис. 5.

Рис. 5. Общий вид шабрирующего седла

Из других осесимметричных деталей были также рассмотрены штоки и собственно корпус крана. Формирование концепции полого штока с учетом возможностей завода было рассмотрено ранее (см. статья Горобченко С.Л, Прогноз развития конструктивных решений в арматуре: полый шток, www.armavest.ru). Корпус крана представлял интерес с точки зрения использования центробежного трубного литья для применения в условиях абразивных пульп.

В настоящее время в приведенных изделиях, несмотря на массовость производства, используются технологии, свойственные единичной обработке изделий, в частности, это наиболее характерно для наплавки корпусов, шаров и, особенно, для седел, рис. 6.

Рис. 6. Стенд наплавки седел шаровых кранов

Проблемой было то, что все эти детали значительно меньше по цене, чем цена, которую предлагал бы за них завод. Несмотря на перспективность продукции по возможностям производства, завод от него отказывался.

ШАГ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ КОМПАНИИ И СИСТЕМООБРАЗУЮЩЕЙ ПРОБЛЕМЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ

2.1. РЕСУРСЫ КОМПАНИИ

Ресурсами, которые были доступны компании ЛМЗ, могли бы стать достаточно разнообразные бизнес и технические ресурсы, а также ресурсы и тренды внешней среды и делового окружения.

В частности, были выбраны:

На уровне продукта:

– Возможность использования разнообразных сплавов в литейном производстве. При этом было возможно формировать разнообразные свойства отливок.

– Наличие легко реализуемых патентов и доступных разработок в области новых сплавов, прошедших как минимум опытно-промышленную апробацию.

– Возможность литья биметаллических трубных заготовок.

На уровне потребителя:

– Тренды к уменьшению массы и материалоемкости арматуры, повышению длительности срока службы и повышении уровня выполнения ими их главной полезной функции.

На уровне отрасли и рынка были выделены следующие ключевые факторы успеха:

• низкобюджетные цены на приведенные изделия

• растущие требования к надежности эксплуатации

• рост мероприятий по повышению безопасности

• внимание потребителей к уменьшению не только цены, но и стоимости за весь срок службы арматуры

• учет специфических требований потребителей.

2.2. СИСТЕМООБРАЗУЮЩАЯ ПРОБЛЕМА КЛИЕНТА

Было выделено многообразие решений по совершенствованию корпусов арматуры, шаровых пробок, штоков и седел шаровых кранов. Некоторые, наиболее часто применяемые решения, приведены ниже:

Шаровые пробки

– шаровая пробка выполняется из упрочненного материала

– шаровая пробка выполняется с хромовым покрытием для придания поверхностной твердости и коррозионностойкости

– шаровая пробка выполняется с плазменным (газоплазменным) напылением карбидов вольфрама, металлокерамическим покрытием или азотированием

– шаровая пробка выполняется с внутренней или внешней наплавкой

– шаровая пробка выполняется кованой для повышения прочности по сравнению с литой пробкой или пробкой, выточенной из проката

– пробка выполняется из трубной заготовки с гидравлической раздачей в сферу.

Корпуса шаровых кранов

– корпус выполняется раздельным

– корпус выполняется из трубной цилиндрической заготовки с дальнейшей раздачей

– корпус выполняется с наплавкой внутри

Седла

седла выполняются из отдельных заготовок с наплавкой на стенде

Анализ и обобщение выделенных решений показали основной тренд на совершенствование уже применяемых технологий. К ним можно было бы отнести повышение качества металла самой детали или переход к использованию биметаллической конструкции с наплавкой на базовый элемент детали более прочного материала с его дальнейшей термообработкой и шлифовкой.

Хотя последнее решение лучше решает вопрос повышения износостойкости, однако, в тоже время приводит ко многим другим недостаткам, ключевым из которых является увеличение трудоемкости и времени изготовления отдельных деталей. Вопрос качества износостойкости тоже может быть отнесен к спорным.

Экспертная группа выбрала для дальнейшего анализа шаровые пробки, как имеющие наибольший потенциал на рынке и максимально использующем ресурсы и производственные возможности предприятия.

ШАГ 3. УТОЧНЕНИЕ ЗАДАЧИ С УЧЕТОМ ЭТАПА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОДУКТА, КОМПАНИИ И ПОТРЕБИТЕЛЯ (РЫНКА)

3.1. УТОЧНЕНИЕ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОДУКТА И КОМПАНИИ

Жизненный цикл продукта

Шаровые пробки

Анализ развития шаровых пробок показал, что, несмотря на то, что этот элемент, по сути, является основным рабочим органом (в зависимости от выбора главной полезной функции – регулирования или отсечки), однако, ему уделяется недостаточное внимание. Противоречие между необходимостью иметь цилиндрическую проточную часть и сферическую внешнюю часть пробки надолго определили основную направленность конструкции крана и достаточно большую материалоемкость кранов. Отметим, что способы решения этой проблемы при помощи простой раздачи трубной заготовки не прижились, поскольку уход от цилиндрической проточной части резко ухудшает состояние потока внутри ее.

Использование шаровых пробок с цилиндрической проточной частью сложилось достаточно давно и, несмотря на попытки использовать технологию с гидравлической раздачей пробки, по-прежнему является ведущей технологией. Такие пробки получили наибольшее распространение. Их цена достаточно низка из всех возможных вариантов. Основной тенденцией является поиск путей к большей унификации и совершенствованию некоторых элементов технологии – литья или ковки, покрытия или наплавки и пр.

Продукт в сегодняшнем состоянии можно отнести, по всей видимости, к середине 3-го этапа жизненного цикла, хотя сам шаровой кран в настоящее время имеет значительную тенденцию к росту и может быть отнесен к 3-му этапу.

Жизненный цикл компании (ЛМЗ)

Чугунные отливки, на которых ранее специализировался завод, чуть не привели его к банкротству в связи с чрезвычайно низкой ценой отливки. После прихода инвесторов на заводе заработала машина для центробежного литья трубных заготовок и после резкого разворота завода в сторону нержавеющих сталей его дела пошли на поправку.

Обобщая выделенные факторы, можно сказать, что линия этого продукта на заводе находится примерно на 2-м – начале 3-го этапа своего развития (т.е. ТС "продолжает развиваться и захватывать новые области").

3.2. УТОЧНЕНИЕ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПОТРЕБИТЕЛЯ

Жизненный цикл потребителя

Арматурные компании, использующие шаровые пробки – это компании по производству и ремонту шаровых кранов. Их количество растет, они организуются в ассоциации (например, Ассоциация производителей шаровых кранов). Их рост зависит от возможности и степени вытеснения арматуры других типов, на которые ранее шаровые краны не претендовали, в частности, клиновых задвижек большого диаметра, а сами они (производители шаровых кранов) зависят от степени давления на них производителей дисковых затворов. Все вместе они зависят от инвестиционной активности и планов по модернизации крупных потребителей, где в наибольшей степени востребованы шаровые краны.

По параметрам оценки жизненного цикла предприятия-потребители арматуры можно охарактеризовать как находящиеся на 3-м этапе. Они, как правило, большие, стремятся к давлению на своих поставщиков, закупают по низким ценам, стремятся создавать значительные барьеры для входа, что характерно для 3-го этапа рынка. Эта основная линия продолжается и до возможных производителей шаровых пробок, хотя и не так активно.

Этап развития рынка потребителя

Наличие большого числа западных и китайских компаний, производящих и поставляющих шаровые краны, привело к размыванию рынка в целом и появлению большого числа разнообразных решений в т.ч. и по шаровым пробкам.

Использование достаточного большого количества технических решений показывает, что рынок испытывает некоторое развитие, однако, связанное в большей степени с достижением стабильности и надежности в работе шаровой пробки как части технической системы. По мнению экспертной группы его отнесли к уровню конца 2-го – середины 3-го этапа.

3.3. СОЧЕТАЕМОСТЬ ПРОДУКТА – КОМПАНИИ-ПОТРЕБИТЕЛЯ

Определение сочетаемости триады "Продукт – Компания – Потребитель (Рынок)"

В соответствии с приведенными вариантами сочетаемости рынка, их взаимодействие должно определяться закономерностям 2-го- 3-го этапа, см. вставку.

ВСТАВКА

Второй этап рынка

На втором этапе интерес к опробованным решениям возникает у больших компаний или могущественных дилеров. Если потребитель говорит «да», то, без сомнения, за заказы начинается борьба и привлекаются все новые «участники соревнований». Дилеры с широкими сетями будут интересоваться продвижением продукции и частично использовать решения.

Рис. 7. «Продукт – Рынок – Компании», второй этап рынка

Третий этап рынка

Количество потребителей растет, а вместе с ними растет конкуренция, цены создают возможности для роста, стандартизируется продукт.

Рис. 8. «Продукт – Рынок – Компании», третий этап рынка

ЛМЗ перенес трудные времена, что соответствовало 4-му этапу рынка, но рынок нержавеющей стали в применении к арматуростроению и шаровым кранам, в частности, находится на 3-м этапе. Однако приход зарубежных компаний оживил рынок, принеся новые свежие идеи, подтолкнул существующие на Российском рынке компании искать и создавать продукцию как минимум 2-го этапа.

Можно предположить, что цели и идеальное состояние каждого из элементов триады может соответствовать успешному созданию нового продукта, его выводу на рынок и захвату умов потребителей.

ШАГ 4. ВЫДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ РАЗВИТИЯ ПРОДУКТА ПО ЗРТС И ЗАКОНАМ РАЗВИТИЯ УСЛУГ

Выделение уровня развития продукта по ЗРТС:

Нами были выделены несколько законов, которые в наибольшей степени могли бы оказать влияние на развитие шаровых пробок. Это следующие законы:

– динамизация

– повышение управляемости системы

– свертывание системы

– переход в надсистему

– согласование – рассогласование в системе

– переход на микроуровень

– переход моно – би – поли

– дробление

Рассмотрим их подробнее.

Динамизация – шаровая пробка в нынешнем виде является статичным элементом. Ее дальнейшее развитие может быть связано с проявлением эффективности сопротивления в момент действия динамических сил потока.

Повышение управляемости системы – шаровая пробка может согласовывать свое действие с работой шарового крана, например, способствуют также и снижению виброактивности и управляемости работы шарового крана в целом при его закрытии-открытии, демпфировании кавитации, пульсаций потока, собственных упругих волн внутри материала. Можем отметить, что в настоящее время техническая система "Шаровая пробка" находится на более низкой ступени развития.

Свертывание – некоторые элементы шаровой пробки могут свертываться, как и она сама. В частности, во многих случаях используют пробку, отлитую вместе с валом, чтобы избежать поломок соединений и люфтов. Функции отдельных элементов, например, шумоподавляющих и кавитационных пластин, которые ранее были отдельными элементами узла регулирующего шарового крана, передаются в преобразованном виде самой шаровой пробке. Свертывание может происходить и по элементам, которые ранее специально вводились в ближайшие к шаровой пробке подсистемы шарового крана. В частности, вибрация всегда ослабляет соединения шара с валом и влияет на долгосрочную надежность работы шарового крана. Шаровая пробка могла бы взять на себя часть функций по снижению передачи вибрации, поскольку именно она воспринимает вибрацию от потока. Отметим, что это решение частично применяется и имеет перспективу для развития.

Для литья свертывание также эффективно проводить и по технологическому процессу, (см. п. Методика 3 – Совершенствование технологического процесса). В частности, мехобработка заготовок шаровых пробок с достижением сферической поверхности, их упрочнение термической, химико-термической обработкой, наплавление износостойкого слоя занимает большую часть нормо-часов при изготовлении шаровой пробки. Однако многие из этих видов обработки могут быть взяты на себя простой операцией литья.

Переход в надсистему – шаровые пробки либо исчезают и их функции передаются другим частям системы, либо они развиваются дальше и берут на себя часть новых потребительских свойств системы. Решение частично применяется и близко к алгоритму свертывания.

Согласование – рассогласование – действие шаровой пробки должно особенно усиливаться в момент приложения динамических сил или вредного влияния потока (абразивного износа, кавитации, пульсаций, гидроударов и пр.).

Переход на микроуровень – подсистемы шаровой пробки, в частности, такая как материал, должны работать на всех уровнях (к примеру, это уровни макро и микроструктуры стали).

Переход "моно – би – поли" – сталь может развиваться и дальше в сторону повышения анизотропности свойств, реализуемых различными фазами, входящими в ее макро и микроструктуру. Различные варианты упрочнения поверхности или перехода к твердым наплавленным поверхностям частично применяются.

Дробление – для повышения эффективности работы шаровой пробки дробление единого шара на блоки облегчит другие задачи. Например, это может быть обеспечение перехода "моно-би-поли", введение материалов с различными свойствами внутри шаровой пробки, обладающих высокой энергопоглощающей способностью.

Выделение уровня развития продукта по законам развития услуг и экономическим законам

Шаровая пробка по проведенному анализу является главным рабочим органом технической системы "Шаровой кран", а вместе с седлом организуют также и главный рабочий орган запорного шарового крана. Для таких систем с экономической точки зрения очень сильно влияние выполнения качественного продукта, его дифференциации и повышения уровня потребительской стоимости, в отличие от вспомогательных элементов системы, главное требование к которым обычно это – низкая цена и достаточный уровень выполнения своих функций.

В формуле оценки путей развития системы "Шаровая пробка", как технико-экономической системы и определяемой как: "Факторы качества\факторы издержек". Основное внимание поэтому мы уделим потребительской стоимости.

Такие системы относятся к системам, где наиболее эффективно предоставление повышенного уровня услуг и стандартного продукта, но с более высоким качеством. Однако, как показано выше, техническая система "Шаровая пробка" недостаточно развивается, в связи с чем можно предположить, что должен появиться эксклюзивный набор свойств и некоторая уникальность в предоставляемом продукте, что соответствовало бы 2-му этапу развития рынка.

ШАГ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИКР*

Определение ИКР включало в себя определение ИКР для продукта и компании и ИКР для потребителя и рынка. При этом в большей степени ИКР понимался как идеальное состояние системы (продукта – компании – потребителя – рынка).

Определение ИКР для компании и ее продукта

Из анализа условий работы компании, ее истории и ее способностей следует, что развиваться должен именно материал шаровой пробки, а не ее заменители или решения по ее исключению.

ИКР для продукта компании был сформулирован следующим образом:

"Х-элемент, вводимый в шаровую пробку, при минимальных изменениях в системе обеспечивает максимальную серийность, минимум изменений в технологии и высокую добавленную стоимость".

Определение ИКР для потребителя

ИКР для потребителя был сформулирован следующим образом:

"Х-элемент, не превышая допустимых пределов по цене, обеспечивает повышение динамичности, управляемости, свертываемости шаровой пробки (переход в надсистему)".