Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

341

нико-экономических характеристиках (производительность машин, их

надежность, степень автоматизации и эксплуатационные затраты).

Уровень производительности труда при малых сроках службы отно-

сительно невысок, поскольку на сравнительно малый объем выпущенной

за это время продукции требуются значительные затраты на средства про-

изводства. С ростом сроков службы производительность труда увеличива-

ется, так как единовременные затраты овеществленного труда Т

раскла-

дываются в этом случае на больший объем выпущенной продукции.

Представленный на рис. Д1.1 характер изменения производительно-

сти труда в зависимости от сроков службы показывает, что при малых

сроках службы рост производительности труда довольно интенсивен,

затем замедляется и при больших сроках практически прекращается,

приближаясь к своему пределу:

жv

жvп

maxт

ТТ)ТТ(Т

lim

∞→

. (Д1-4)

Если сроки службы машин находятся за пределами N > N

(см. рис. Д1.1),

то рост производительности труда мало зависит от сроков службы, т.е. прак-

тически прекращается, что может войти в противоречие с общественно не-

обходимым ростом производительности общественного труда.

Отсюда можно сделать вывод, что производительность труда при

данном уровне техники имеет свои пределы; чтобы выйти за них, надо

непрерывно совершенствовать технологию и технику.

Другой вывод: сроки службы машин определяются не только их фи-

зическим износом, но и характером зависимости производительности

труда от сроков службы и запланированным темпом роста производи-

тельности труда, т.е. сроками морального износа оборудования.

Так, если при сроках службы от 0 до N

увеличение сроков службы

на год позволяет значительно повысить производительность труда, то

дальнейшее увеличение их (больше N

) не дает заметного роста произво-

дительности труда. Таким образом, возникает вопрос о целесообразности

сроков службы машин, лежащих за пределами N

Преобразуем формулу (Д1-3) производительности труда. Принимая

живой труд за меру (масштаб) оценки прошлого труда, эти затраты мож-

но выразить в единицах живого труда, вводя коэффициенты k и т:

жvжп

ТТ,ТТ == mk ,

где k – коэффициент технической вооруженности живого труда, характе-

ризующий отношение единовременных затрат овеществленного труда на

создание средств производства Т

к годовым затратам живого труда; m –

коэффициент энергоматериалоемкости живого труда, показывающий

Д1. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА И ПРОГРЕССИВНОСТЬ ТЕХНИКИ

342

отношение годовых текущих затрат Т

(овеществленного труда на инст-

румент, электроэнергию, вспомогательные материалы и ремонт) к годо-

вым затратам живого труда.

Так, если один рабочий обслуживает машину или систему машин

(Т

= 1), в действительности он работает не один. Чтобы выпускать про-

дукцию в течение года Q

, используется концентрированный труд k чел.,

из которого затрачивается в год k/N чел. (прошлого труда). При этом еще

m человек обеспечивают этого одного рабочего всем необходимым (ма-

териалами, инструментами, электроэнергией и пр.), без чего производст-

во невозможно.

Число условно работающих за год составляет k/N + m + 1 чел., а за

весь срок службы объекта k + N(m + 1) чел.

Следовательно,

Т = Т

[k + N(m + 1)]. (Д1-5)

Таким образом, суммарные затраты общественного труда в

k + N(m + 1) больше затрат живого труда.

Подставляя значение Т из формулы (Д1-5) в зависимость (Д1-3), по-

лучаем

)1(Т1)]ТN(m[K

mNK

QNQ

A . (Д1-6)

Здесь Q

= А

есть производительность живого труда, т.е. коли-

чество продукции, выдаваемое человеком, занятым непосредственно вы-

пуском данной продукции, т.е. зримый результат деятельности. Все ос-

тальные участники трудового процесса присутствуют незримо, создав

для данного работника необходимые условия, обеспечив его всем необ-

ходимым, т.е. вложив свой труд в овеществленном виде.

Чем выше степень технической оснащенности (выше k и m), степень

автоматизации производства, тем меньше рабочих занято непосредствен-

но у машин и тем больше их находится "за ширмой", незримо. В этом

заключается историческая тенденция развития техники в любой отрасли

производства.

Прогрессивность новой техники следует оценивать, сопоставляя

достигаемый уровень производительности труда при различных вари-

антах решения конкретных производственных задач.

Предпочтение следует отдать варианту, который обеспечивает наи-

большее повышение производительности труда и гарантирует выполне-

ние необходимых темпов ее роста на весь срок службы машины:

т1т2

AA=λ , (Д1-7)

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

343

где λ – коэффициент роста производительности труда при сравнении

двух технических вариантов; A

т1

– производительность труда, которую

обеспечивает исходный вариант техники; A

т2

– производительность труда

второго, сравниваемого с исходным, варианта техники.

Производительность труда исходного варианта

ж11т1

Т)]1([ ++= mNKNQA .

Если оба сравниваемых варианта вводятся в действие одновременно,

то производительность труда второго варианта

ж2222т2

Т)]1([ ++= mNKNQA .

Рост производительности труда

)1(

Т)]1([

22ж2

ж1

ж2221

ж12

=λ

mNK

mNKNQ

. (Д1-8)

Введем безразмерные коэффициенты, характеризующие сравнитель-

ные технико-экономические показатели обоих вариантов производства:

ϕ =

QQ – коэффициент роста производительности средств про-

изводства, показывающий, во сколько раз повышается производитель-

ность при втором варианте по сравнению с исходным;

ε =

ж1ж2

ТТ – коэффициент сокращения живого труда, говорящий

о том, во сколько раз сокращается живой труд при втором варианте по

сравнению с исходным;

σ =

п1п2

ТТ – коэффициент изменения стоимости средств произ-

водства;

δ – коэффициент изменения текущих эксплуатационных затрат на

единицу изделия.

Определим величины K

и m

через безразмерные коэффициенты:

δϕε==σε== mmKK

ж2

п2

;

. (Д1-9)

Подставляя значения k

и m

, а также ϕ и ε в формулу (Д1-8), полу-

чаем формулу, в которой рост производительности труда выражен непо-

средственно через сравнительные технико-экономические показатели

обоих вариантов производства:

)1(

+δϕε+σε

ϕε=λ

mNK

(Д1-10)

Проанализируем полученную зависимость графически.

Д1. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА И ПРОГРЕССИВНОСТЬ ТЕХНИКИ

344

На рис. Д1.2 приведены

графики производительности

труда во времени для двух

проектируемых вариантов

новой техники, например по-

точной и автоматической ли-

нии, при условии, что оба

варианта новой техники вво-

дятся в действие одновремен-

но и имеют одинаковые сроки

службы.

Так как автоматическая

линия более дорогая, чем по-

точная (σ > 1), то при малых

сроках службы производительность общественного труда на поточной

линии А

т1

выше, чем на автоматической А

т2

, поэтому и коэффициент рос-

та производительности труда меньше единицы. Однако автоматическая

линия благодаря высокой производительности (ϕ > 1) и малому числу

обслуживающих рабочих (ε > 1) характеризуется более низкими эксплуа-

тационными затратами при выпуске продукции, поэтому при длительных

сроках службы уровень производительности труда на автоматической

линии выше (λ > 1).

Следовательно, если срок службы автоматической линии меньше неко-

торой минимальной величины (N < N

min

), целесообразнее строить поточную

линию как более дешевую, несмотря на бóльшие эксплуатационные расхо-

ды. И наоборот, автоматическая линия выгоднее, если предполагаемые

сроки службы достаточно велики (N > N

min

Нетрудно видеть, что в формуле (Д1-10) произведение ϕε представ-

ляет собой рост производительности живого труда:

ϕε=λ

Здесь ϕ характеризует увеличение производительности труда рабо-

чего, достигаемое благодаря повышению производительности средств

производства, a ε – рост производительности труда рабочего за счет уве-

личения числа станков, обслуживаемых одним рабочим. Поэтому форму-

ла (Д1-10) получает вид

)1(

+δϕε+σε

λ=λ

mNK

(Д1-11)

Следовательно, рост производительности труда равен произведению

роста производительности живого труда, т.е. зримого достигнутого ре-

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

Рис. Д1.2. Рост производительности труда

во времени при сравнении вариантов

при одинаковых сроках ввода

в экспл

атацию

345

зультата, на коэффициент, показывающий, какими затратами прошлого

труда достигнуто это увеличение. Разделив числитель и знаменатель на ε,

получим

)1(

ε+δϕ+σ

ϕ=λ

mNK

(Д1-12)

Характерными для современного этапа развития техники, в первую

очередь для автоматизации производственных процессов, являются рост

производительности средств производства (ϕ > 1), увеличение их стои-

мости (σ > 1) и сокращение числа людей, непосредственно занятых об-

служиванием машин (ε > 1). Изменение текущих затрат прошлого труда на

единицу изделия (δ) зависит от характера производственного процесса и

может находиться в широких пределах.

Для того чтобы определить прогрессивность и перспективность лю-

бого варианта новой техники, необходимо сравнить его по уровню про-

изводительности труда не только с другими технически возможными

вариантами новой техники, но и с существующим производством, с той

техникой, которая должна быть заменена, а также с перспективными тре-

бованиями.

Машина, которая внедрена и уже работает на протяжении R лет, к

моменту времени N = 0 обеспечила уровень производительности труда А

т0

1)1(Т

т.ж

т0

mRK

A . (Д1-13)

Если данная машина характерна для отрасли, то она определяет

средний уровень производительности общественного труда, достигнутый

к настоящему времени.

На рис. Д1.3 показана

диаграмма зависимости произ-

водительности труда при экс-

плуатации машины от сроков

службы при условии, что она

внедрена R лет назад (R = 15).

К моменту, принятому за нача-

ло отсчета календарного вре-

мени (N = 0), она обеспечила

уровень производительности

труда А

т0

. Если машина и

дальше будет эксплуатировать-

Д1. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА И ПРОГРЕССИВНОСТЬ ТЕХНИКИ

Рис. Д1.3. Производительность труда

при эксплуатации техники,

внедренной R лет назад

346

ся в течение времени N + R, то производительность труда А

несколько по-

высится, но уже незначительно.

При анализе прогрессивности новой техники надо исходить из сле-

дующих положений:

1) любая существующая производственная задача уже решалась с

использованием арсенала методов и средств технологии и техники, кото-

рые обеспечили некоторый базовый уровень производительности труда

(А

);

2) если воспроизводить сегодня известные технические решения, то

уровень производительности труда существенно не повысится (см. рис.

Д1.3) и, следовательно, в сравнительной оценке его можно принимать за

базовый, исходный (λ = 1);

3) объективно существуют необходимые темпы роста производи-

тельности общественного труда (λ > 1), которые следует сопоставлять с

ожидаемыми или фактическими, достигаемыми внедрением новой тех-

нологии и техники (λ

), при условии λ

> λ

пл

;

4) необходимый рост производительности общественного труда ха-

рактеризуется темпами ежегодного прироста α. При их неизменности в

анализируемый интервал времени λ

пл

= 1 + αN. Величина α должна кор-

респондироваться с ежегодными планируемыми темпами роста нацио-

нального валового продукта, которые интегрально отражают годовой

рост производительности общественного труда по стране в целом. Сего-

дня эта оценка составляет 4…6 %, хотя требуется значительно выше, по-

этому для определяющих отраслей при концептуальных расчетах следует

принимать α = 0,08…0,10 и даже более;

5) при анализе прогрессивности технических решений в любой про-

изводственной ситуации надо сопоставлять следующие варианты:

– воспроизведение известных технических решений, в том числе с

их модернизацией, доработкой и т.д., в итоге λ

> 1;

– внедрение уже сейчас (N = 0) различных вариантов новой техники

с прогрессивными характеристиками (ϕ, ε), позволяющими повысить

производительность общественного труда;

– внедрение новой техники, даже с более высокими характеристи-

ками, однако не сегодня, а через L лет.

Расчетные формулы роста производительности труда по вариантам:

1) для типового действующего оборудования, которое определяет

достигнутый на сегодня уровень производительности труда в сопостав-

лении с самим собой (ϕ = 1, ε = 1, δ = 1), при эксплуатации в течение еще

N лет:

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

347

;

)1(

)1)((

+++

=λ

mRK

mNRK

(Д1-14)

2) для лучшего действующего оборудования, введенного также R

лет назад, при эксплуатации еще в течение N лет:

;

)1)((

)]1)(([

ε+δϕ++σ

+++ϕ

=λ

mNRK

(Д1-15)

3) для нового, вводимого сегодня оборудования в сопоставлении с

типовым действующим при параллельной их эксплуатации в течение N

лет согласно формуле (Д1-12):

;

)1(

)]1([

ε+δϕ+σ

++ϕ

=λ

mNK

4) для новейшего оборудования, вводимого через L лет, в сравнении

с типовым действующим:

)1)((

)1(

III

ε+δϕ−+σ

++−

ϕ=λ

mLNK

mNK

. (Д1-16)

На рис. Д1.4 показана диаграмма роста производительности труда во

времени для различных вариантов производства при условии, что все

взаимозаменяемые варианты, как новые, так и действующие, имеют сро-

ки службы еще N лет.

Кривая λ

характеризует повышение производительности труда, дос-

тигаемое посредством лучшей существующей техники по сравнению со

средним уровнем производства в настоящее время. Как видно, лучшая

существующая техника обес-

печивает более высокий уро-

вень производительности

труда, однако с удлинением

сроков службы темпы роста

постепенно замедляются. Не

остается неизменной и произ-

водительность труда того ва-

рианта техники, который ха-

рактеризует средний уровень

производства А

т0

, если это

оборудование эксплуатирует-

ся еще N лет в дополнение к R

годам (кривая λ

Д1. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА И ПРОГРЕССИВНОСТЬ ТЕХНИКИ

Рис. Д1.4. Рост производительности труда

при сравнении действующего

производства и новой техники

348

Кривя λ

(см. рис. Д1.4) показывает рост производительности труда

благодаря внедрению новой техники, которая будет внедрена через L = 2

года. При малых сроках службы эта производительность труда ниже, чем

у лучшей существующей техники и даже техники среднего уровня в дан-

ный период. Однако при достаточно длительных сроках службы новая

техника реализует свои возможности и обеспечивает значительные тем-

пы роста производительности труда.

Как видно, при увеличении сроков службы производительность тру-

да любого варианта производства, постепенно повышаясь, стремится к

определенному пределу λ

max

. Величина λ

max

определяется технико-

экономическими показателями новой техники: ростом производительно-

сти, сокращением числа обслуживающих рабочих, экономичностью ма-

шин в эксплуатации. Если новая техника имеет низкий потенциал роста

производительности труда, она не может быть прогрессивной.

Прогрессивность новой техники должна оцениваться сопоставле-

нием достигаемой величины роста производительности труда не с ба-

зовым уровнем, а с общественно необходимыми, плановыми темпами.

Этo наглядно иллюстрировано графически на рис. Д1.5. Новая тех-

ника с высокими технико-экономическими характеристиками при вводе в

эксплуатацию сегодня обеспечивает высокий рост производительности

труда по сравнению с достигнутым уровнем [кривая λ

, формула

(Д1-12)], однако ее прогрессивность неабсолютна.

При коротких сроках эксплуатации (N < N

), что характерно для специ-

ального непереналаживаемого оборудования, она не будет прогрессивной,

так как не успеет реализовать свой потенциал. При слишком длительных

сроках эксплуатации (N < N

) она перестанет быть прогрессивной, поскольку

потенциал будет исчерпан, а требования растут непрерывно (λ

< λ

пл

Но если новая техника с теми же

высокими характеристиками будет вве-

дена в действие не сейчас, а с запазды-

ванием на L лет, она уже не будет про-

грессивной при любых сроках эксплуа-

тации [кривая λ

III

, формула (Д1-16)], т.е.

III

< λ

пл

при любых N, хотя ранее дос-

тигнутый уровень производительности

труда (λ

= 1) и будет превышен.

Таким образом, известное качест-

венное представление о моральном ста-

рении новой техники при запаздывании

ввода в эксплуатацию, получает анали-

тическое и графическое выражение.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

Рис. Д1.5. Производительность

труда и прогрессивность

новой техники

349

Д2. СТАНОВЛЕНИЕ И ЗАДАЧИ ТЕОРИИ

НАДЕЖНОСТИ МАШИН И ИХ СИСТЕМ

Как и всякое развитое научное направление, теория надежности ма-

шин-автоматов и автоматических линий включает в себя научно-

методические основы, фундаментальное и прикладное направление.

Научно-методические основы теории надежности объединяют ис-

ходные положения, важнейшие понятия и определения, количественные

показатели и их взаимосвязь, методы их количественного определения.

Фундаментальное направление теории надежности машин-

автоматов и автоматических линий призвано исследовать процессы

функционирования конструктивных элементов, машин и их систем в ре-

альных условиях с учетом всевозможных внешних воздействий, а также

нестабильности собственных параметров. Тем самым раскрывается фи-

зическая сущность явлений надежности, устанавливаются и количест-

венно описываются причинные связи и закономерности. Одной из важ-

нейших задач здесь является разработка математических моделей взаи-

мосвязи показателей надежности механизмов и устройств, машин и ав-

томатических систем машин с показателями их производительности и

экономической эффективности.

Прикладное направление теории надежности призвано разрабаты-

вать методы расчета и проектирования с позиций надежности, с доведе-

нием их в перспективе до такого же уровня, как, например, кинематиче-

ские и прочностные расчеты.

Начальный этап становления теории надежности связан с развитием

научно-методических основ, главная задача которых сводится к разра-

ботке статистических методов учета и описания отказов вне связи с фи-

зической сущностью явлений надежности конкретных технических сис-

тем [10, 27]. Такая постановка была правильной на ранних стадиях разви-

тия теории надежности, ибо нельзя решать задачи расчета, проектирова-

ния и эксплуатации машин, не научившись количественно оценивать на-

дежность, получать достоверную количественную информацию при ог-

раниченном числе реализаций случайных величин.

Поэтому основным содержанием статистической теории надежности

явились установление количественных показателей надежности, их взаи-

мосвязи, подбор аппроксимирующих кривых для обеспечения достовер-

ности полученных численных значений показателей надежности и т.д.

Отсюда теоретическими основами теории надежности на первом этапе

стали теория вероятностей и математическая статистика, а также сопут-

ствующие им разделы (теории массового обслуживания, корреляции,

случайных функций и т.д.).

Д2. СТАНОВЛЕНИЕ И ЗАДАЧИ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ МАШИН

350

Математический аппарат теории надежности сводился ранее в ос-

новном к математическим моделям отказов и восстановления работоспо-

собности, т.е. к стохастическим интерпретациям показателей надежности

в функции от времени вне связи с целевой функцией технических систем,

их технико-экономическими показателями – ТЭП (для рабочих машин

[27] – производительностью и экономической эффективностью) [26].

Множество выполненных работ привело к тому, что задачи учета и

описания отказов потеряли актуальность, а новые были не сразу сформу-

лированы. Знание достоверных значений показателей надежности, их

математической аппроксимации и т.д. позволяет решить лишь ограни-

ченное число практических задач, главным образом анализа, но не синте-

за технических систем. Фундамент, заложенный на первом этапе теории

надежности (показатели надежности, методы их определения, математи-

ческие модели отказов и т.д.), дает возможность перейти к более слож-

ным задачам теории производительности и надежности, которая должна

стать основой решения практических задач расчета, конструирования и

эксплуатации машин, т.е. обеспечить создание высокопроизводительных

и высокоэффективных технических систем.

Это требует принципиально нового методологического подхода к

научным поискам в области надежности, иного математического аппара-

та, иных критериев оценки научной и практической ценности выполняе-

мых работ.

Другим источником и составной частью теории надежности машин

и неотъемлемым компонентом ее фундаментального направления стала

теория износа и долговечности машин. Развивая общие положения науки

о трении и износе – одного из хрестоматийных направлений науки о ме-

ханике машин – исследования по износу машин специалисты направили

на раскрытие физики процессов возникновения отказов. Это послужило

началом физической теории надежности машин. В наибольшей степени

данные исследования были связаны с исследованиями процессов изна-

шивания направляющих скольжения, старения конструкционных мате-

риалов и потери устойчивости шпиндельных узлов металлорежущих

станков [17, 21].

Однако сосредоточение сферы исследований только на монотонно

протекающих процессах малой скорости без анализа случайных факторов

нестабильности и других причин возникновения отказов не позволяло

связать исследуемые процессы изнашивания с выходными характеристи-

ками машин по производительности и экономической эффективности.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ