Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

меньших суммарных затрат

∑

min

З (на рис. 2.1 это базовый, наиболее

дешевый вариант).

При установлении величины N

возможны "жесткие" и "мягкие"

подходы.

При жестком подходе исходят из рыночной конъюнктуры и мини-

мальности риска. Например, инвестор, не уверенный в ситуации на рынке

далее чем на три-четыре года вперед, ставит такие условия: дополни-

тельные капиталовложения на более дорогое оборудование вкладывают-

ся только при условии, если через N

= 3…4 года эти затраты не только

окупятся, но и принесут ≥ 20 % прибыли – как страхование от любых

неопределенностей и неожиданностей. Нетрудно подсчитать, что для

этого капиталовложения должны приносить ежегодную прибыль в раз-

мере 30…35 %.

При мягком подходе устанавливается некоторый минимально при-

емлемый коэффициент эффективности капиталовложений, например

12 % годовых (E

= 0,12). Следовательно, окупаемость капиталовложений

(К

– К

) должна наступить не позже, чем через

812,00,11

≈== EN лет.

Этот срок и принимается как контрольный. Если срок службы обо-

рудования превышает контрольный (N

сл

> N

), то наиболее выгодным

вариантом признается тот, у которого ко времени N = N

затраты наи-

меньшие; капиталовложения окупятся раньше контрольных (норматив-

ных) сроков (N

ок

> N

); прибыль будет выше, чем минимально приемле-

мая (Е > Е

Если сроки эксплуатации оборудования окажутся меньше контроль-

ных (N

сл

< N

), то самый выгодный вариант тот, у которого суммарные

затраты к тому времени наименьшие. Им может оказаться самое несо-

вершенное оборудование.

Если суммарные затраты

∑

З по любому из вариантов за срок N

разделить на N

, можно получить величину так называемых приведенных

годовых затрат:

.СК

CК

п ii

∑

Общая схема расчетов и обоснования выбора экономически наиболее

выгодного варианта из числа альтернативных сводится к следующему:

1) рассчитывают приведенные затраты по всем альтернативным ва-

риантам:

ИНЖЕНЕРНЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКАМ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

.СКЗ

нп iii

E +=

Условие выбора

min;З

→

2) выбранный вариант проверяют по критерию абсолютной эффек-

тивности – на изменение общей прибыли от реализации данных меро-

приятий.

Таким образом, задача распадается на две части: сначала выбирают

лучший из возможных вариантов производства, а затем решают, целесо-

образно ли вообще в данной ситуации создавать или совершенствовать

производство, не будет ли оно убыточным.

Достаточно нагляден и удобен следующий прием: вместо абсолют-

ных значений приведенных затрат использовать в качестве критерия

оценки их разности.

Для этого приведенные затраты по базовому варианту принимают за

основу, а для каждого из альтернативных вариантов рассчитывают так

называемый годовой экономический эффект:

).СС()КК()СК()СК(ЗЗЭ

11нн1н1пп1 iiiiii

ЕЕЕ −+−=+−+=−= (2.5)

Критерий оценки Э

→ max.

При Э

< 0 наиболее экономичен базовый вариант, при Э

= 0 вари-

анты экономически равновыгодны.

Существуют и иные критерии оценки экономической эффективно-

сти; они основаны на сопоставлении тех же параметров: К

, С

, N, но в

других формульных комбинациях.

Реплика. Оценка сроков возврата окупаемости дополнительных капитало-

вложений делением их величины на годовую экономию, вызванную этими капи-

таловложениями, не является строгой.

Как известно, процесс амортизации средств производства есть постепен-

ное перенесение их стоимости на выпускаемую продукцию в форме ежегодных

амортизационных отчислений, которые входят в состав эксплуатационных

затрат. Поэтому любые дополнительные капиталовложения окупаются за ус-

тановленные сроки амортизации, через более высокие ежегодные амортизаци-

онные отчисления. Окупаемость затрат (К

– К

) через разность годовых за-

трат (C

– С

) есть некий параллельный процесс. Во избежание "двойного счета"

можно не учитывать в годовых затратах ту часть амортизационных отчисле-

ний, которая связана с переносом стоимости оборудования. Об этом студенты

могут узнать в курсах по экономике и организации производства. Забивать их

головы подобными экономическими нюансами в курсах по автоматизации произ-

водственных процессов вряд ли целесообразно.

Расчеты по приведенным выше формулам можно усложнять, на-

пример учитывая различные сроки поставки проектируемого и покупного

Глава 2. ЭКОНОМИКА АВТОМАТИЗАЦИИ

оборудования, возможности перенастройки на другую продукцию, не-

одинаковость годовых эксплуатационных затрат ввиду изменения мас-

штабов производства или тарифов и т.д.

2.2. ВЗАИМОСВЯЗЬ ТЕХНИЧЕСКИХ И

ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Практически любая промышленная продукция может быть получена

в условиях неавтоматизированного производства, при использовании

универсального оборудования с ручным управлением, стоимость которо-

го определяет минимальные технологически необходимые капитальные

затраты на выпуск данной продукции. Однако экономические показатели

такого производства весьма невысоки вследствие низкой производитель-

ности универсального оборудования и необходимости большего количе-

ства рабочих, непосредственно занятых в производстве, особенно на

вспомогательных работах.

В автоматизированном производстве, при более высоких капитало-

вложениях (сверх технологически необходимых) получают снижение

себестоимости продукции и другие улучшенные показатели благодаря

более высокой производительности автоматизированного оборудования,

повышению качества продукции, сокращению численности рабочих, не-

посредственно занятых в процессе производства. Последний фактор

означает и социальный эффект для данного производства, ибо сокраща-

ется прежде всего категория рабочих, занятых малоквалифицированным

и монотонным ручным трудом. Однако это не всегда свидетельствует об

экономической эффективности капиталовложений, все зависит от кон-

кретной величины затрат и полученного выигрыша. Для того чтобы со-

циальный эффект при автоматизации не вступал в противоречие с эконо-

мическим, необходимо знать взаимосвязь технико-экономических пока-

зателей – ТЭП (производительности, стоимости, надежности в работе,

численности обслуживающих рабочих и др.) и показателей экономиче-

ской эффективности (приведенных затрат, годового экономического эф-

фекта, сроков окупаемости капиталовложений и т.д.). Отсюда можно по-

лучить предельно допустимые значения ТЭП (систему технико-

экономических допусков) из условий гарантированного экономического

эффекта при автоматизации.

Качественно функциональные связи, действующие в масштабах ав-

томатических систем машин, показаны на рис. 2.2. Первичными факто-

рами, от которых в конечном счете зависят все ТЭП, являются технологи-

ВЗАИМОСВЯЗЬ ТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Рис. 2.2. Взаимосвязь ТЭП машин и показателей

их экономической эффективности

ческие, конструктивные, эксплуатационные параметры конструктивных

элементов: механизмов, устройств, инструментов, аппаратуры, а также

внешние воздействия на систему машин (характер энергии окружающей

среды, заготовок и полуфабрикатов и т.д.).

Эти факторы однозначно определяют в процессе длительной эксплуа-

тации выходные параметры работы конструктивных элементов: жест-

кость, геометрическую точность, виброустойчивость, их изменение с

Глава 2. ЭКОНОМИКА АВТОМАТИЗАЦИИ

учетом факторов износа сопряжений, старения конструкционных мате-

риалов и т.д. и в итоге – характеристики качества выпускаемой продук-

ции и интенсивность работы (Т) при функционировании машин.

Здесь Т – величина рабочего цикла машины как интервала времени, в

течение которого выполняются рабочие и холостые ходы и выдается одна

штука или порция изделий (см. гл. 1). Величина Т определяет цикловую

производительность оборудования (Q

) – количество продукции, выдавае-

мой в единицу времени при бесперебойной работе (подробнее см. в гл. 3).

Нестабильность выходных параметров при эксплуатации является

причиной нарушения заданных условий взаимодействия между изделия-

ми, инструментами и технологическими механизмами и появления отка-

зов в работе машины.

Нарушение условий взаимодействия приводит к параметрическим

отказам, когда выпускаемая продукция не соответствует техническим

условиям. Нарушение условий взаимодействия различных механизмов и

устройств, а также изделий с механизмами холостых ходов вызывает от-

казы функционирования, когда продукция машиной вообще не выдается.

Параметрические отказы и отказы функционирования конструктивных

элементов характеризуются показателями безотказности и восстанавли-

ваемости. На рис. 2.2 ω – параметр потока отказов как среднее число отка-

зов на единицу времени; τ

– среднее время обнаружения и устранения од-

ного отказа, мин/отк.

Вопросы надежности подробно рассмотрены в гл. 4.

На данном этапе развития теории функционирования технических

систем математические модели зависимости показателей безотказности и

ремонтопригодности от конкретных параметров машин и их отклонений

не установлены. Поэтому, оценивая численные значения показателей

надежности в проектных, прогнозирующих расчетах, приходится пользо-

ваться не аналитически полученными данными, а результатами статисти-

ческих исследований работоспособности устройства аналогичного назна-

чения (см. гл. 10).

Взаимосвязь на дальнейших уровнях (см. рис. 2.2) описывается

функционально соответствующими математическими уравнениями, ко-

торые будут приведены в гл. 2 – 4.

Надежность отдельных элементов (механизмов и устройств, инст-

румента, приспособлений и др.) определяет надежность подсистем (ма-

шин-автоматов и полуавтоматов), встраиваемых в системы машин (тех-

нологические участки, поточные и автоматические линии). Комплексны-

ми показателями надежности здесь могут служить коэффициенты ис-

пользования отдельных машин (η

ис

) и их систем (η

а.л

ВЗАИМОСВЯЗЬ ТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Цикловая производительность Q

и уровень надежности η

а.л

в работе

автоматической линии количественно определяют фактическую произво-

дительность Q; при этом уровень надежности – и необходимое число на-

ладчиков (Z

– число единиц оборудования, обслуживаемых одним на-

ладчиком). Три фактора: стоимость оборудования К, его производитель-

ность Q и число обслуживающих рабочих Z

– определяют себестоимость

эксплуатации – технологическую себестоимость С и далее – показатели

экономической эффективности, рассмотренные в разд. 2.1.

2.3. ФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ

Как было сказано в гл. 1, одной из важнейших задач фундаменталь-

ного направления науки об автоматизации производственных процессов

является установление функциональных взаимосвязей технических и

экономических показателей – не только абсолютных (производитель-

ность, надежность, себестоимость и других конкретных вариантов), но и

в первую очередь – сравнительных как инструмента не только сопостав-

ления конкретных вариантов и направлений развития автоматизации, но

и определения ее стратегии.

Рассмотрим влияние на экономические показатели производствен-

ного оборудования основных факторов повышения эффективности (см.

гл. 1): улучшения качества продукции; повышения производительности

машин; сокращения стоимости (капитальных затрат); снижения числен-

ности обслуживающего персонала (рабочих – операторов и наладчиков).

Сравнительные характеристики вариантов можно оценивать безраз-

мерными коэффициентами [7, 26]:

– относительным количеством годной продукции, ее долей в общем

выпуске – коэффициентом относительного увеличения выпуска доли

годных изделий:

г1г2

η−η=∆ ,

где η

г1

и η

г2

– коэффициенты выхода годных изделий соответственно в

неавтоматизированном и автоматизированном производствах;

– относительным количеством годной продукции, выпускаемой

единицей технологического оборудования в единицу времени:

г1

г2

=ϕ

′

Глава 2. ЭКОНОМИКА АВТОМАТИЗАЦИИ

где Q

, Q

– производительность единицы соответственно неавтоматизи-

рованного и автоматизированного оборудования, шт./мин;

ϕ и ϕ′ – коэффициенты относительного роста производительности

соответственно по выпущенной и годной продукции;

– коэффициентом относительного сокращения фонда заработной

платы рабочих:

Зпл

=ε

где Зпл

, Зпл

– годовой фонд заработной платы рабочих, обслуживаю-

щих данную единицу оборудования, с учетом сменности работы, всех

видов доплат и начислений соответственно при неавтоматизированном и

автоматизированном производствах, р./год;

– коэффициентом относительного увеличения стоимости средств

производства:

=σ

где К

, К

– соответственно стоимость средств неавтоматизированного и

автоматизированного производств, р.

Кроме того, варианты неавтоматизированного и автоматизированно-

го производств могут отличаться: удельными затратами обрабатываемых

материалов, электроэнергии, инструмента и др. на единицу изделия, если

их технологические процессы существенно различны; длительностью

проектирования и освоения, сроками службы после внедрения и т.д.

Если внедрение автоматических средств производства (полуавтома-

тов и автоматов, автоматических линий и участков и т.д.) не дает сущест-

венного повышения качества выпускаемой продукции (∆ = 0), роста про-

изводительности (ϕ = 1,0), то неизбежные затраты, более высокие, чем в

автоматизированном производстве (σ >> 1), окупиться не могут. Иными

словами, достигаемый социальный эффект сокращения труда рабочих

непосредственно в процессе производства (при автоматизации ε > 1 прак-

тически всегда) вступает в противоречие с экономическими результата-

ми. Следовательно, в данном случае либо еще не созрели необходимые

технико-экономические предпосылки для автоматизации, либо она про-

ведена неоптимальным образом.

Базовый экономический эффект Э согласно формуле (2.5) и с учетом

экономии от сокращения брака ∆С

бр

будет

ФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

.С)КК()СС(С)СК()СК(Э

бр21н21бр2н21н1

∆+−−−=∆++−+= ЕЕЕ

Выразим величину Э непосредственно через сравнительные харак-

теристики вариантов (ϕ, ε, σ, ∆).

Реплика. При получении концептуальных функциональных зависимостей,

как и при расчетах на предпроектных и начальных проектных этапах, учитывая

неопределенность и недостоверность численных значений определяющих пара-

метров, неразумно стремиться к высокой точности, упрощая расчеты до той

степени, которая позволяет сохранить главную идею и целевые назначения этих

самых расчетов.

Характеристиками базового варианта являются: стоимость К

; годо-

вые эксплуатационные затраты С

по основным категориям: амортизаци-

онные отчисления, ремонт и межремонтное обслуживание, производст-

венная заработная плата основных и вспомогательных рабочих со всеми

начислениями, расходы на инструмент и вспомогательные материалы;

годовой выпуск годных изделий Q

, шт.; доля годных изделий, отвечаю-

щая требованиям качества, η

г1

(следовательно, 1 – η

г1

– доля бракован-

ных изделий). Потери от брака С

бр

= (1 – η

г1

, где М

– стоимость

материалов, необходимых для производства единицы изделия.

Амортизационные отчисления на восстановление стоимости и на

ремонт (капитальный и средний) принимаем как долю от капитальной

стоимости оборудования Кα

, где α

– нормативный коэффициент амор-

тизационных отчислений.

Годовые затраты на текущий ремонт и межремонтное обслуживание

принято исчислять умножением условных единиц ремонтосложности

механической и электрической частей на стоимость содержания единицы

ремонтосложности, что проводится с использованием имеющихся норма-

тивов.

Расчеты можно упростить, принимая затраты на текущий ремонт и

межремонтное обслуживание также пропорциональными ожидаемой

стоимости К

в размере К

. Для станочного оборудования обычно го-

довые затраты на текущий ремонт и межремонтное обслуживание со-

ставляют 6…10 % стоимости оборудования (α

= 0,06…0,10). Меньшее

значение относится к универсальному оборудованию, большее – к авто-

матическим линиям. Годовые затраты на инструмент, электроэнергию,

вспомогательные материалы определяются методами, маршрутом и ре-

жимами обработки, а также объемом выпущенной продукции Q

, т.е. эти

затраты пропорциональны выпуску:

Qmm = , где

m – затраты на еди-

ницу изделия, которые зависят от технологического процесса.

Глава 2. ЭКОНОМИКА АВТОМАТИЗАЦИИ

Годовой фонд производственной заработной платы Зпл рассчиты-

вают в зависимости от числа основных и вспомогательных рабочих,

среднемесячной и дополнительной заработной платы, сменности работы

и начислений.

Итого, для базового варианта годовые эксплуатационные затраты

= К

( m++α+α Зпл)

. (2.6)

Как видно, общая величина затрат укрупненно определяется мини-

мальным числом первичных показателей: К

, т, Зпл и нормативными

характеристиками α

и α

При дальнейших расчетах следует учесть, что бóльшая часть годо-

вых эксплуатационных затрат на данном оборудовании мало зависит от

варьирования выпуска (амортизационные отчисления, затраты на ремонт

и обслуживание, производственная заработная плата). Текущие затраты

на инструмент, электроэнергию, основные и вспомогательные материалы

пропорциональны фактическому выпуску продукции (годной и брако-

ванной).

Согласно формуле (2.6) приведенные затраты при базовом варианте

составят

,Зпл)(КСКЗ

21н11н11

mЕЕ ++α+α+=+=

где Е

– принятый коэффициент эффективности.

Если при тех же характеристиках базового варианта увеличить вы-

пуск годной продукции в ϕ раз, то для реализации потребуется ϕ техно-

логических комплектов исходного варианта. Приведенные затраты по

базовому варианту, скорректированные на более высокий уровень вы-

пуска,

[]

mЕ ++α+α+ϕ= Зпл)К(З

21н1

Искомый второй вариант по сравнению с базовым имеет в ϕ раз бо-

лее высокую производительность (

ϕ=

QQ ) в σ раз большую стоимость

(К

= К

σ); в ε раз меньшее число обслуживающих рабочих, в δ раз изме-

няющиеся удельные эксплуатационные затраты, приходящиеся на еди-

ницу продукции, доля годных изделий повышается до η

> η

. Тогда

приведенные затраты по сравниваемому варианту (для его объема выпус-

ка

ϕ=

QQ ) будут (без учета брака)

.Зпл)(КЗ

21н12

δϕ+ε+α+α+σ= mЕ

ФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Годовая экономия от сокращения брака

11ггбр

M)(С

ϕη−η=∆ Q .

Отсюда годовой экономический эффект

Э = З

– З

+ ∆С

бр

= К(ϕ – σ)(Е

+ α

) + Зпл(ϕ – 1/ε) + тϕ(1 – δ) +

ϕη−η

11гг

M)(

Q .

Сумма коэффициентов Е

+ α

= а есть константа данного обо-

рудования и при выполнении расчетов может фигурировать в численной

форме. Так, в машиностроении ее можно принимать равной 0,30…0,35.

Годовой экономический эффект, выраженный через сравнительные

ТЭП вариантов, имеет вид

Э = Ка(ϕ – σ) + Зпл(ϕ – 1/ε) + тϕ(1 – δ) +

11гг

M)(

Qη−η . (2.7)

Если при автоматизации не меняются удельные затраты инструмен-

та и электроэнергии (δ = 1,0) и качество продукции (η

= η

), что можно

принимать при идентичности технологических процессов, формула (2.7)

упрощается:

Э = Ка(ϕ – σ) + Зпл(ϕ – 1/ε). (2.8)

Если сравнительные варианты приведены в соответствие по мас-

штабам выпуска (ϕ = 1), то можно для каждого варианта оценивать не-

полные приведенные затраты по простейшим формулам:

= Ка + З

. (2.9)

При этом годовой фонд заработной платы по определению

ЗЗ

Зпл

нал

оп

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+= (2.10)

где З

оп

и З

нал

– средний годовой фонд заработной платы одного оператора

и наладчика;

оп

и Z

нал

– соответственно нормы обслуживания оператора и налад-

чика;

n – сменность работы (n = 1, 2, 3);

k – коэффициент начислений на заработную плату.

По таким формулам можно вести укрупненные прикладные расчеты

(см. гл. 8).

Рассмотренные математические зависимости могут служить основой

решения ряда задач. В их числе:

Глава 2. ЭКОНОМИКА АВТОМАТИЗАЦИИ