Разработка жизненного цикла кофемашины для условий цифрового производства продукции

Актуальность данной исследовательской работы заключается в
необходимости проектирования и контроля жизненного цикла изделия,
организации гибкого производства, способного подстраиваться под постоянно
изменяющиеся требования рынка.
Объект исследования: жизненный цикл современных кофемашин.
Предмет исследования: разработка жизненного цикла кофемашины, его
этапы и их влияние на готовое Изделие (кофемашину).
Цель: разработка жизненного цикла кофемашины.
Для достижения данной поставленной цели были сформулированы и
решены задачи:
1. Проведение литературного обзора;
2. Обзор существующих аналогов и прототипов проектируемого
изделия;
3. Составление технического задания;
4. Создание структурной карты кофемашины;
5. Анализ функций кофемашины;
6. Выявление и анализ показателей качества;
7. Разработка инструментов управления жизненным циклом;
8. Анализ разработанного жизненного цикла кофемашины.
1.1. Жизненный цикл изделия и его этапы
Жизненный цикл изделия представляет собой совокупность этапов,
которые проходит изделие от идеи до утилизации. На каждом из этапов важно
управление для получения максимальной эффективности жизненного цикла.
Этапы жизненного цикла:
• Маркетинговые исследования;
• Проектирование продукта;
• Планирование и разработка процесса;
• Закупка;
• Производство;
• Контроль качества;
• Упаковка и хранение;
• Распределение и продажа;
• Монтаж и наладка;
• Техническая поддержка и обслуживание;
• Эксплуатация по назначению;
• Утилизация.
Маркетинговые исследования – это систематический сбор, учёт и анализ
данных по маркетингу и маркетинговым проблемам. Данный этап выявляет
уровень потребности рынка в продукте и готовность рынка к его запуску,
происходит анализ покупательских запросов, технических и экономических
показателей. Данные исследования показывают какими потребительскими
свойствами должен обладать товар. Маркетинговая среда на сегодняшний день
очень динамична, поэтому перед каждым новым запуском требуется проводить
исследование рынка.
Проектирование продукта – это процесс разработки физического
концепта продукта на основе маркетинговых исследований и конструкторской
документации к нему. Разработка дизайна, конструкции, упаковки,
соответствующих принципам эргономики и потребительским запросам.
Проектирование происходит в виде цикла «проектирование-прототип-
тестирование». В данном цикле проектирование воплощается в действующем
прототипе и тестируется в условиях, имитирующих реальные условия
эксплуатации. В случае несоответствия прототипа требованиям, заявленным на
этапе маркетинговых исследований, происходит усовершенствование
конструкции. Цикл повторяется до тех пор, пока результаты тестирования не
будут удовлетворительными.
Планирование и разработка процесса – это процесс оценки целей
организации и создания реалистичного подробного плана действий для
достижения этих целей. Планирование процесса включает в себя создание
дорожной карты, описывающей каждую задачу, которые требуется выполнить
для достижения целей производства. Разработка процесса – составление плана
производства, составление технологической карты и организации цеха.
На этапе закупки производится анализ рынка поставщиков сырья и
требуемых готовых запчастей, производство которых не целесообразно в
масштабах, требуемых для производимой партии, устанавливаются связи с
поставщиками и выбирается номенклатура и объём закупаемых материалов.
На этапе производства непосредственно создаётся изделие из
закупленных материалов путём обработки заготовок согласно конструкторской
документации.
На этапе контроля качества производится анализ характеристик и свойств
изделия для подтверждения того, что изделие соответствует конструкторской
документации и стандартам, предъявляемым к нему. Данный этап направлен на
обеспечение большей конкурентоспособности продукта и повышение
лояльности потребителя.
После того, как качество продукта проконтролировано, он упаковывается
и направляется на склад для хранения перед дальнейшими распределением и
продажей.
Этап распределения и продажи заключается в том, что продукция
распределяется по партиям, которые распределяются по разным точкам сбыта.
Это могут быть как фирменные магазины производителя, так и перекупщики.
После того, как пользователь приобрёл товар, товару требуется монтаж и
наладка, так как в собранном и налаженном виде товар не всегда пригоден для
безопасной транспортировки.
В процессе эксплуатации по назначению могут возникать сбои в работе и
износ некоторых элементов конструкции. Для устранения сбоев износа и прочих
неполадок требуется техническая поддержка и обслуживание.
Когда износ товара приводит его к состоянию, в котором техническая
поддержка и обслуживание не целесообразны или невозможны, требуется
утилизация. Данный этап жизненного цикла должен быть предусмотрен
производителем, материалы должны быть перерабатываемы или разлагаемы.
На большинстве этапов жизненного цикла, начиная с определения
предприятий-поставщиков исходных материалов и компонентов и кончая
реализацией продукции, требуются услуги системы управления цепочками
поставок — Supply Chain Management (SCM). Цепь поставок обычно
определяют, как совокупность стадий увеличения добавленной стоимости
продукции при ее движении от компаний-поставщиков к компаниям-
потребителям. Управление цепью поставок подразумевает продвижение
материального потока с минимальными издержками. При планировании
производства система SCM управляет стратегией позиционирования продукции.
Если время производственного цикла меньше времени ожидания заказчика на
получение готовой продукции, то можно применять стратегию «изготовление на
заказ». Иначе приходится использовать стратегию «изготовление на склад». При
этом во время производственного цикла должно входить время на размещение и
исполнение заказов на необходимые материалы и комплектующие на
предприятиях-поставщиках.
На сегодняшний день жизненный цикл изделий важен не только с точки
зрения экономики и производства, но и несёт экологическую значимость как на
этапе производства, так и на этапах эксплуатации и утилизации. В соответствии
с федеральным законом об отходах производства и потребления (редакция,
действующая с 1 января 2018 года) нормируются образование отходов, лимит на
размещение отходов, паспорт отходов, вид отходов и т. д. Методы соблюдения
данного закона в условиях производства описаны в следующих государственных
стандартах:
 ГОСТ 17.0.0.01-76 обозначает основные положения по охране
природы и использованию природных ресурсов. Включает в себя
организационно-методические стандарты, стандарты в области
охраны флоры и фауны и другие.
 ГОСТ 30772-2001 нормируется ресурсосбережение и обращение с
отходами.
 По данным ГОСТ ИСО 14001-2016 предприятиям на территории
Российской Федерации рекомендуется применять на своём
производстве экологический менеджмент. Данный стандарт
отвечает за управление производством, за экологическую культуру
внутри предприятия и содержит требования, применяемые для
оценки соответствия.
1.2. Историческая справка о кофемашине
До начала научно-технического прогресса весь мир довольствовался
способом изготовления кофе, изобретенным еще арабами: кофе варился в турке
или в специальном сосуде. Собственно, турка (или джезва) используется и
сегодня: она относятся к наплитным кофеваркам – то есть к тем, которые надо
нагревать.
История автоматических кофемашин уходит своими корнями в начало
18 века, когда появилась потребность варить кофе в больших объемах. Кофе
пользовался огромным спросом, его подавали в кафе и ресторанах. Паровой
двигатель дал базу для создания кофемашин. В 1822 году француз Луи-Бернард
Бабо предложил готовить кофе путём пропускания через молотый кофе пара
под давлением. В 1843 году конструктор Эдвард Лойзель де Санте
сконструировал кофемашину, которая была работоспособна. Данная
кофемашина была представлена широкой публике на Парижской выставке 1855
года.
Первая кофемашина была похожа на паровоз: кочегар заряжал уголь в
топку, оператор контролировал давление в котле и засыпал молотый кофе.
Данная модель была способна варить тысячу чашек кофе в час. Однако первые
кофемашины имели ряд недостатков, такие как перегретый пар вместо
правильных 86-93 градусов по Цельсию, малое давление: 1,5-2 атмосферы
вместо оптимальных 9 атмосфер, помимо этого первые кофемашины были
взрывоопасны.
Спустя полвека в 1901 году итальянский конструктор Луиджи Беззера
определил оптимальные параметры кофемашины, порцию молотого кофе на
одну порцию напитка и создал компактную и надёжную кофемашину. Позднее
он предложил использование горячего пара для взбивания молока и сливок.
Кофемашины были усовершенствованы в 1938 году, их стали снабжать
поршневым насосом, который подавал на кофе не кипящую воду, а горячую,
что избавляло от вкуса подгоревшего кофе.
Первые кофемашины с дозированной подачей воды под давлением 8 Бар
появились в 1947 году. С этого момента кофемашины становятся не только
промышленными, но и офисными и домашними, которые имеют меньшую
производительность и себестоимость.
В 1974 году начали появляться полноценные кофемашины для дома,
усовершенствования конструкции стали направлены на простоту
использования и обслуживания. В 1991 году итальянская компания Saeco
выпустила автоматическую кофемашину для дома, ежедневное обслуживание
которой свелось к засыпке зёрен и набору воды, а использование – к нажатию
нескольких кнопок.
1.3. Типы кофемашин
Тип кофемашины определяет специфику ее работы и тип сырья,
заправляемого в неё. На рынке представлено множество различных аппаратов
для приготовления кофе и напитков на его основе. Функционал может быть
совершенно различным от простого приготовления эспрессо до добавления
помола кофе и вспенивания молока. Эти факторы влияют на цену кофемашины
и потребительский спрос.
На сегодняшний день на рынке представлены следующие типы
кофемашин:
• Рожковые кофемашины;
• Чалдовые (порционные) кофемашины;
• Капсульные кофемашины;
• Эспрессо-комбайны;
• Автоматические кофемашины.
Рожковые кофемашины имеют простое устройство и, соответственно,
невысокую цену при достаточно высоком качестве кофе. Данный тип машины
предназначен для приготовления эспрессо. Принцип работы: водяной пар под
высоким давлением подается в рожок, проходит через фильтр и таблетку, после
чего наливается в чашку. В кофемашинах такого типа крепость регулируется
только степенью спресованности кофейной таблетки. Для приготовления
таблетки необходимое количество кофе насыпается в рожок, рассчитанный на
одну или две порции эспрессо, далее кофе прессуется в таблетки.
Чалдовые (порционные) кофемашины очень похожи на рожковые
кофемашины. Разница заключается в конструкции рожка, а именно в методе
подготовки сырья для приготовления кофе. Для кофемашины рожкового типа
необходимо помолоть зерна кофе, после чего утрамбовать их в рожке, а в
чалдовой кофемашине используются уже готовые кофейные таблетки (чалды).
Преимуществом кофемашин данного типа является то, что готовые чалды
проще в обращении, однако их использование дороже.
Капсульные кофемашины в отличие от чалдовых кофемашин работает
на капсулах, а не на кофейных таблетках. В капсулах кофе упакован в
пластиковую коробочку, которая сверху запаяна фольгой. Кофе, находящийся
в капсулах, рассчитан по количеству на одну порцию. Капсула имеет два
фильтра, кофемашина, в свою очередь, оснащена системой их прокалывания.
Через первый фильтр под давлением поступает горячая вода, происходит
процесс экстракции, и через второй фильтр наливается готовый эспрессо.
Эспрессо-комбайны по своей сути являются рожковыми кофемашинами
со встроенной кофемолкой.
Автоматическая кофемашина представляет собой
высокотехнологическое устройство, используемое для приготовления эспрессо
и напитков на его основе. Некоторые кофемашины данного типа имеют
капучинатор для вспенивания молока.
1.4. Конструкция кофемашин рожкового типа
Для разработки жизненного цикла выбрана кофемашина рожкового типа,
так как она имеет широкое распространение в России. Кофемашина рожкового
типа имеет конструкцию, представленную на рисунке 1.4.1.