Экономически обоснованная эксплуатация изделий машиностроения

ЭКОНОМИЧЕСКИ ОБОСНОВАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ Р.Х. Г убайдулина, канд. техн. наук, доцент С.И. Петрушин, д-р техн. наук, профессор

Томский политехнический университет, г. Юрга

Рассмотрена проблема оптимизации жизненного цикла изделий по критерию экономически обоснованного срока его службы на этапе эксплуатации машины. Предложено решение задачи своевременной замены изношенного изделия на новое и показаны преимущества данного подхода как для производителя, так и потребителя

В последние годы появился такой комплексный показатель времени функционирования машины, как «жизненный цикл изделия» (ЖЦИ), под которым понимается полный период его существования, включающий этапы проектирования, производства, эксплуатации и утилизации. Введение этого понятия обычно связывают с разработкой информационных CALS-технологий, обслуживающих в основном этапы проектирования и изготовления изделий (CAD/CAM/CAE/PDM-системы). В то же время выработка оптимальных решений в реальной промышленной экономике позволит повысить эффективность взаимодействия информационных и производственных технологий, подняв его на более высокий уровень интеграции.

В концепции ЖЦИ полагается, что изделие вначале возникает в голове проектировщика в виде общей конфигурации конструкции. Затем эта руководящая идея воплощается в комплект необходимой конструкторской документации. В процессе конструирования решается первая задача оптимального проектирования со своими критериями и целями оптимизации, в основу которой должны быть положены требования, как производства, так и эксплуатации изделия. На следующем этапе ЖЦИ в процесс создания изделия вовлекается большое количество специалистов и материальных средств, в результате чего осуществляется стадия производства машины с определенной серийностью выпуска. При этом встает вторая задача оптимизации, которая, как правило, направлена на всемерное снижение издержек производства, а также на своевременный переход к выпуску принципиально нового изделия. После реализации изделия на рынке наступает этап его эксплуатации у потребителя, интересы которого требуют рассмотрения третьей задачи оптимизации, а именно: минимизации эксплуатационных расходов и установления оптимального срока эксплуатации, по завершению которого изделие подлежит замене на новое, и происходит его утилизация.

Поставленные выше три задачи оптимизации ЖЦИ тесно взаимосвязаны между собой и, более того, неравнозначны. Дело в том, что в большинстве случаев товарно-рыночных взаимодействий между производителем изделия и его потребителем существует так называемый «диктат потребителя», когда последний определяет целесообразность

приобретения того или иного изделия, исходя из понимания своих потребностей и финансовых возможностей. В то же время возможен и «диктат производителя», особенно в монопольной экономике, где у потребителя отсутствует выбор при покупке изделия. Отсюда следует, что третья задача оптимизации (оптимизация периода эксплуатации) является главной и определяющей в создании оптимальной экономики производства изделий, а две первые носят подчиненный характер.

Потребитель на стадии эксплуатации изделия с одной стороны получает полезный эффект от его использования, а с другой стороны - несет эксплуатационные затраты, которые делятся на первоначальные и текущие [1]. К первоначальным

затратам потребителя относятся стоимость изделия (его цена) и издержки, необходимые на монтаж и запуск изделия в эксплуатацию. Они играют ту же роль, что и капитальные вложения на стадии производства. Текущие издержки эксплуатации зависят от назначения и конструкции изделия и могут включать затраты на электроэнергию, топливо, техническое обслуживание, запасные части и т.п. Их назначение аналогично себестоимости в производственном процессе. Таким образом, для определения затрат на эксплуатацию изделия можно применить общеизвестную формулу годовых приведенных затрат [2]:

З = С + Е • К ; руб / год,

где С - себестоимость эксплуатации изделия, руб/год; К - первоначальные капитальные вложения на приобретение изделия, руб.; Е - нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений.

Сделаем два замечания по поводу формулы (1). Во-первых, в экономических расчетах, не предполагающих проведение оптимизации

выражения (1), под величиной Е понимается доля первоначальных капитальных вложений,

приходящаяся на определенный период эксплуатации изделия, как правило, на календарный год. В соответствии с этим коэффициент Е имеет размерность 1 / год, то есть он обратно пропорционален времени эксплуатации. Во-вторых, в настоящее время существует широкая номенклатура изделий машиностроения, которая постоянно

развивается и совершенствуется. Оставляя в стороне конструктивные особенности и различия в технических характеристиках, отметим большую разницу в сроках их эксплуатации и в уровнях финансовых средств, затрачиваемых на их приобретение и текущее использование. Для рассмотрения наиболее общего случая примем в дальнейшем, что срок эксплуатации изделия измеряется в условных единицах времени (у.е.в.), а денежные расходы - в условных единицах стоимости (у.е.с.) .Тогда, если срок эксплуатации изделия заранее неизвестен, формулу (1) можно записать в К у.е.с.

виде З = С + -

нерентабельным и оно подлежит замене, как правило, на более совершенное.

Значение ТЭ можно получить из выражения (4), взяв от него производную по времени т и приравняв

ее к нулю: ТЭ =

К_

С

; у.е.в.

Т +1 у.е.б.

где через Т обозначен текущий срок эксплуатации в у.е.в.. Здесь в знаменатель второго слагаемого добавлена единица для того, чтобы в начальный момент времени (т = 0) приведенные затраты на эксплуатацию равнялись цене

приобретения изделия.

В выражении (2) величина С, представляющая собой удельную себестоимость эксплуатации изделия, приходящуюся на условную единицу времени

эксплуатации, в общем случае будет зависеть от Т . Примем в первом приближении, что удельная себестоимость эксплуатации изделия прямо

пропорционально времени эксплуатации, т. е. С = СП •Т ; у.е.с./у.е.в. ;

где через СП обозначен коэффициент пропорциональности, имеющий размерность у.е.с./

К

формула

Т +1

Следует отметить, что по сравнению с (1) выражение (4) определяет не абсолютные (годовые), а относительные (текущие) приведенные затраты на эксплуатацию изделия машиностроения. На рис. 1 приведены расчеты зависимости (4) для различных значений К при постоянной величине СП = 200у.е.с./(у.е.в.)2. Как из него следует, все кривые имеют глобальный минимум удельных приведенных затрат потребителя при определенном сроке эксплуатации изделия. Обозначим величину этого срока службы через Т Э и назовём её «экономически обоснованным сроком службы» (ЭОСС) [3], под которым будем понимать такой

период времени эксплуатации изделия, по истечению которого удельные приведенные затраты потребителя достигают своего минимального значения. Эксплуатировать изделие далее становится

Из (5) следует, что величина ЭОСС зависит не от абсолютных значений первоначальных затрат на приобретение изделия К и не от уровня удельных текущих затрат на его эксплуатацию СП, а от их соотношения. Чем выше отношение цены изделия к текущим затратам, тем больше должен быть оптимальный срок его эксплуатации, и наоборот. Обращает на себя внимание то, что с уменьшением цены изделия уменьшается и его ЭОСС (см. штриховую линию на рис.1), то есть более дешевое изделие должно иметь меньший оптимальный срок эксплуатации. Но более важным выводом из приведенных зависимостей является тот факт, что между ценой данного изделия и его ЭОСС существует жесткая функциональная связь (5). Она проявляется

следующим образом: для известных величин СП и

Т

Э цена изделия К не должна назначаться

произвольно, а должна иметь вполне определенное оптимальное значение (справедливая цена). Проанализируем этот эффект подробнее на примерах.

Возьмем за основу кривую, соответствующую первоначальным затратам на приобретение изделия К = 5000у.е.с.. Координаты оптимальной точки А для этой зависимости равны (см. рис.1): ТЭ = 5у.е.в.; АЗт1П = 1833у.е.с.. Рассмотрим два варианта произвола в назначении цены изделия, соответствующие К = 7500у.е.с. и

К = 2500у.е.с.. В первом случае мы имеем финансовый выигрыш производителя и вместе с ним продавца изделия в размере АЗ1 = 417у.е.с.(см. рис.1), а во втором - выигрыш потребителя величиной АЗ2 = 416 у.е.с.. Иными словами первому варианту соответствует «диктат

производителя», а второму - «диктат потребителя» изделия. Чтобы одновременно удовлетворить интересы всех сторон акта купли - продажи, цена изделия должна соответствовать своему

оптимальному значению.

На рис.2 приведены результаты расчетов по

формуле (4) для различных коэффициентов СП при постоянной величине цены изделия

К = 10000у.е.с.. Здесь также, как и на рис.1, минимумам удельных приведенных затрат на эксплуатацию соответствуют оптимальные сроки службы изделия. При уменьшении удельных текущих

затрат значение ЭОСС увеличивается и наоборот, оно уменьшается с увеличением этих затрат (см. пунктир на рис.2). Рассмотрим кривую для

СП = 200у.е.с./ (у.е.в.)2. Оптимальная точка В для неё имеет следующие координаты:

ТЭ = 7,07 у.е.в.; Зтт = 2653у.е.с. Пусть данная

кривая описывает реальную стоимостную зависимость для конкретного изделия машиностроения. Предположим, что значение СП на стадии проектирования изделия определено с ошибкой вследствие недостаточной проработки его конструкции или иных причин. Если эта ошибка даёт отклонение «в плюс» и проектная кривая

соответствует СП = 300у.е.с./(у.е.в.)2, тогда мы получим превышение запланированных удельных приведенных затрат на эксплуатацию над фактическими в размере АЗ3 = 710 у.е.с. (см. рис.2).

Эта величина одновременно является экономическим проигрышем производителя изделия и выигрышем потребителя в точке В. В случае отклонения «в

минус», например до СП = 100у.е.с./(у.е.в.)2, имеет место занижение запланированных затрат по сравнению с фактическими на величину

АЗ4 = 707у.е.с.. Здесь имеем налицо выигрыш производителя и проигрыш потребителя на полученную величину.

Таким образом, только точное соответствие между плановыми и фактическими удельными текущими затратами на эксплуатацию изделия приводит к балансу экономических интересов в связке «производитель - потребитель» и дает приемлемый (оптимальный) результат для обоих контрагентов. На основе проведенного анализа можно сформулировать следующий принцип оптимальной эксплуатации любого изделия машиностроения: для минимизации издержек потребителя изделие конкретной конструкции и качества должно эксплуатироваться в течение экономически

обоснованного срока его службы, значение которого обусловлено величинами первоначальных затрат на приобретение и текущих затрат на эксплуатацию данного изделия.

С другой стороны, если задан оптимальный срок службы изделия и установлены удельные

эксплуатационные расходы, то для минимизации суммарных затрат производителя и потребителя цена изделия должна иметь также вполне определенную величину, превышение или снижение которой

приводит к проигрышу либо потребителя, либо производителя изделия. Эта цена является оптимальной (справедливой) как для стадии изготовления, так и эксплуатации изделия, и должна

служить директивой для изготовителя вместе с продавцом

Таким образом, приведенные на рис.1 и 2 зависимости свидетельствуют о существовании оптимального сочетания между сроком службы изделия, ценой его реализации или приобретения и издержками на его эксплуатацию, устанавливаемого выражением (5). В этом случае экономические интересы потребителя и производителя совпадают. Одновременно это условие задаёт ограничения как для изготовителя машины в виде оптимальной цены её реализации, так и для проектировщика изделия, потому что текущие эксплуатационные издержки определяются конструктивными особенностями машины. Дадим пояснение последнему положению.

Вернемся к основному выражению (2) для удельных приведенных затрат на эксплуатацию изделия и проведем анализ первого слагаемого этих издержек. До сих пор рассматривался случай, когда величина С прямо пропорционально зависит от времени эксплуатации в соответствии с формулой (3). Удельная себестоимость эксплуатации машины всегда должна зависеть от времени эксплуатации Т , иначе мы имеем «вечное изделие», оптимизация срока службы которого не имеет смысла. Действительно, если С = const, то производная от выражения (2) будет равна нулю либо когда ТЭ = да, либо когда

К = 0. И тот, и другой случай применительно к изделиям машиностроения приводят к абсурду. В то

же время вид зависимости С (т) определяется теми

процессами, которые происходят в изделии в течение периода его эксплуатации. Статистикой установлено, что окончательный выход из строя изделий машиностроения обусловлен в первую очередь явлениями изнашивания (до 80% - износовые

отказы), усталостными поломками (до 15%), а также случайными причинами в связи с неправильными условиями эксплуатации. В результате совместного воздействия этих и других факторов во время эксплуатации происходит ухудшение технических характеристик изделия, которое принято обозначать термином «физический износ». Одновременно с ним происходит увеличение эксплуатационных издержек потребителя,

выражающееся в росте количества расходуемых материалов, энергии, запасных частей и трудовых затрат на техническое обслуживание и ремонт изделия. В работе(1) приведены возможные

зависимости С (т) и формулы для определения

оптимального срока эксплуатации изделия ТЭ .

Установление для конкретной конструкции машины закономерности возрастания текущих

эксплуатационных издержек является важной задачей проектировщиков и конструкторов данного изделия.

Экономические проблемы организации производства

3

Рис. 1. Влияние времени эксплуатации изделия на удельные затраты потребителя при различных первоначальных затратах

3

Рис. 2. Влияние времени эксплуатации изделия на удельные приведенные затраты при различных текущих эксплуатационных издержках

Литература

1. Амелькин С.А., Логунова Н.Ю., Прокопьев Е.А. Определение оптимального срока использования оборудования. // Автоматизация и современные технологии.-2006, №10. - С. 3 - 7

2. Расчеты экономической эффективности новой техники: Справочник./ Под ред. К.М. Великанова. -Л.:Машиностроение, 1990. - 448с.

3. Петрушин С.И. Экономически обоснованный срок службы режущих инструментов. // Вестник машиностроения. - 2007, №4. - С. 40 - 46.

э (8-384-51)-5-39-23, (8-384- 51)-45-65-9

Ключевые слова: жизненный цикл изделия; экономически обоснованный срок службы машины; замена изношенного изделия на новое