Тема 12. выбор ресурсосберегающего технологического процесса

Тема 12. выбор ресурсосберегающего технологического процесса

Краткие теоретические сведения

Технологический процесс изготовления изделия (детали, узла) представляет собой строго определенную совокупность выполняемых в заданной последовательности технологических операций. Эти операции меняют форму, размер и другие свойства детали (изделия, узла), а также ее состояние или взаимное расположение отдельных элементов. Одна и та же операция может производиться многими способами на различном оборудовании. Поэтому выбор ресурсосберегающего технологического процесса заключается в оптимизации каждой операции по минимуму потребления материальных, трудовых, энергетических ресурсов.

Важным показателем экономичности названных ресурсов является снижение себестоимости (экономия ресурсов), связанное с применением лучшего технологического процесса.

Для определения снижения себестоимости (экономии) требуется производить расчет себестоимости для каждого из сравниваемых вариантов технологического процесса. Расчет полной себестоимости продукции при применении каждого из вариантов сложен, требует большого количества исходных данных и времени. Для упрощения расчетов можно без ущерба для точности определять и сопоставлять не полную, а так называемую технологическую себестоимость, которая включает только те элементы затрат на изготовление изделия, величина которых различна для сравниваемых вариантов. Элементы себестоимости, которые для этих процессов одинаковы или изменяются незначительно, в расчет не включаются. Таким образом, технологическая себестоимость — это условная себестоимость, состав ее статей непостоянен и устанавливается в каждом отдельном случае.

Сопоставление технологической себестоимости разных вариантов дает представление об экономичности каждого из них.

Следует отметить, что величина технологической себестоимости изготовления отдельных изделий (деталей, узлов) в значительной мере зависит от объема производства. Следовательно, все затраты на изготовление изделий по степени их зависимости от объема производства целесообразно подразделять на переменные (Рр), годовой размер которых изменяется прямо пропорционально годовому объему выпуска продукции (АО, и условно-постоянные (Р^), годовой размер которых не зависит от изменения величины объема производства. К переменным затратам относятся:

а) затраты на основные материалы за вычетом реализуемых

отходов (Рм), руб.;

б) затраты на топливо, предназначенное для технологических

целей (Ртт), руб.;

в) затраты на различные виды энергии, предназначенные для

технологических целей (Рт э), руб.;

г) затраты на основную и дополнительную заработную плату

основных производственных рабочих с отчислениями в фонд социальной защиты населения фонд занятости и чрезвычайный

налог (Р3), руб.;

д) затраты, связанные с эксплуатацией универсального технологического оборудования (Роб), руб.;

е) затраты, связанные с эксплуатацией инструмента и универсальной оснастки (Ри), руб.

К условно-постоянным затратам относятся:

а) затраты, связанные с эксплуатацией оборудования, оснастки

и инструмента, специально сконструированных для осуществления технологического процесса по данному варианту (Рс „б), руб.;

б) затраты на оплату подготовительно-заключительного времени (Рпз), руб.

Общая формула технологической себестоимости (/-/) операции имеет вид

CT=?p-N+?v. (12.1)

Подставив соответствующие значения переменных и условно-постоянных расходов в формулу (12.1), получим

Ст = (Рм + Рт.т + Рт.э + Рз + Роб + Ри) Н+ (Рсоб + Рп.э)(12.2)

После определения технологической себестоимости по вариантам для каждого варианта (если вариантов не более двух) определяется, при каком годовом объеме производства (N) сравниваемые варианты будут экономически равноценны.

Для этого решается система уравнений относительно объема производства N:

ГСт1 =P„i -N + Pvl

р . (12.3)

CT2=Pp2-N + PV2

При СХІ = СТ2 получим

Эту величину годового объема производства продукции принято называть критической. Если это сопоставление вариантов технологического процесса осуществить графически, то будет очевидно, что критический объем производства продукции является абсциссой точки пересечения двух прямых с начальными ординатами P^j и Ру2, выраженных для каждого варианта уравнением его технологической себестоимости.

Определение абсциссы этой «критической точки» служит, таким образом, завершающим этапом технико-экономических расчетов, устанавливающих области наиболее целесообразного применения каждого из сопоставляемых вариантов, ограничиваемые определенными размерами программ (N).

Типовые задачи с решениями

Задача 12.1.

Сделать выбор ресурсосберегающего технологического процесса, состоящего из пяти операций (табл. 12.1), каждую из которых можно выполнить двумя способами. Программа выпуска N= 800 шт.

Решение

12.1.1. Расчет критического объема (Л^) выпуска продукции ведется по формуле (12.4): для первой операции

150 000-120 000 1ЛЛЛ

iV™, = = 1000 шт.;

14)1 150-120

для второй операции

' 200 000-170 000 ,ЛЛ

NKn7 = = 600 шт.;

14)2 200-150

для третьей операции

300 000-250 000 1ЛЛЛ

jVkd3 = ——— = 1000 шт.;

крі 120 70

кр4

= 400 шт:

350 250

для пятой операции только один вариант технологии, поэтому NKp5 не определяется.

12.1.2. Расчет технологической себестоимости на критический объем продукции ведется по формуле (12.1): для первой операции по вариантам

Ст1 = 150 • 1000 + 120 000 = 270 000 руб.;

Сг2 = 120 ■ 1000 + 150 000 = 270 000 руб.;

для второй операции по вариантам

= 200 • 600 + 170 000 = 290 000 руб.;

Crf = 150 • 600 + 200 000 = 290 000 руб.;

для третьей операции по вариантам

Ст1 = 120 • 1000 + 250 ООО = 370 000 руб.; = 70 • 1000 + 300 000 = 370 000 руб.; для четвертой операции по вариантам

Ст1 = 350 • 400 + 310 000 = 450 000 руб.; Ст2 = 250 • 400 + 350 000 = 450 000 руб.

Построение графиков изменения технологической себестоимости продукции по вариантам и определение зон с наименьшими затратами при объеме производства N= 800 шт. (рис. 12.1).

Определение оптимальной технологической себестоимости продукции заданной программы

Ст = (150 + 150 + 120 + 250 + 190) 800 + (120 000 +

+ 200 000 + 250 000 + 350 000 + 120 000) = 1 728 000 руб.

Определение себестоимости единицы продукции

Сад = 1 728 000 : 800 = 2160 руб.

Задача 12.2.

Технологический процесс сборки интегральных схем состоит из 6 операций, каждую из которых можно выполнить тремя и более вариантами (табл. 12.2). Программа выпуска N= 100 шт. Выбрать наиболее оптимальный вариант изготовления интегральных схем.

Решение

12.2.1. Необходимо построить ориентированный граф, дуги которого представляют варианты технологических операций (рис. 12.2). Любой вершине графа соответствует множество входящих и выходящих из нее дуг. Для оценки использования ресурсов при возможных вариантах изготовления изделия вводится целевая функция Ст, т.е. сумма технологических себе-стоимостей по каждой из запроектированных операций, с тем, чтобы их сумма была минимальной:

т

Ст =£с« ->min. (12.5)

Сх, тыс. руб.

Операция 1

300 250 200 150 100 50

II в

I в

з о и а 1

з о и а 2

N, шт.

500

1000

1500

2000

350

300

250

200

150

100

50

600 500 400 300 200 100

600 500 400 300 200 100

II в

I в

зонаї

з о и а 2

500 1000 1500

Операция 4

з о н а 2 I 1 I I I 1

N, шт.

N, шт.

200

400

600

800

Рис. 12.1. График изменения технологической себестоимости продукции по операциям

Таким образом, выбор оптимального варианта технологического процесса можно свести к выбору маршрута в заданном ориентированном графе, который имеет минимальную суммарную технологическую себестоимость.

Рис. 12.2. Граф выбора оптимального варианта изготовления интегральных схем

Первая операция имеет три варианта выполнения. Следовательно, из начальной вершины графа ft должно выходить три дуги Xj_2; х,_3 и х,_4, заканчивающиеся вершинами ft, ft и q4 (см. рис. 12.2). Вторая операция имеет два варианта выполнения, следовательно, из вершин q2, ft и ft выходит по две дуги х2_5, Х2_6, хз-5> хз-б> х4-5> х4-бТретья операция имеет четыре варианта выполнения. Следовательно, из вершин q5 и q6 выходит по четыре дуги х5_7, х5_8, х5_9, x5_I0, х^ъ x^s, х^9, Хб_10. Четвертая операция может быть выполнена тремя способами. Следовательно, из вершин ft, ft, ft и ft0 выходит по три дуги, которые заканчиваются вершинами ft,, ft2, ft3. Пятая операция имеет два варианта выполнения, поэтому каждая из вершин qn qn, ft3 дает начало двум дугам, входящим в вершины ft4, ql5. Затем идет шестая операция, заканчивающая граф вершиной q^.

При нумерации вершин графа необходимо соблюдать правило: номер каждой следующей вершины должен быть больше предыдущей. Исходной вершине графа присваивается номер 1. Проставляется номер вершины в верхней части кружка.

12.2.2. Для каждой дуги (варианта операции) определяется технологическая себестоимость С, (^ по формуле (12.5):

т<1-2)

т(1-3)

0,33 ■ 100 + 10 = 43 руб. 0,37 • 100 + 15 = 52 руб.

т(1-4)

Ст (2-5) = Ст (3-5)

0,27 • 100 + 50 = 77 руб.; Ст(4_5) = 0,08 100 + 5 = 13 руб.;

Ст(2-б) = Ст(З-б) = Сц4-б) = 0,05 ■ 100 + 5 = 10 руб.;

Ст(5-7) = С,^) = 0,48 ■ 100 + 30 = 78 руб.;

Ст(5-8) = Q (6-8) = 0,58 • 100 + 40 = 98 руб.;

СТ(5-9) = = 0,68 • 100 + 20 = 88 руб.;

Ст(5-10) = Ст(6_10) = 0,02 • 100 + 30 = 32 руб.; Ст (п-14) = Ст (12-14) = С^з-н) = 0,03 • 100 + 20 = 23 руб.; Ст(„-15) = C^.^s) = CT(I3_i5) = 0,73 ■ 100 + 5 = 78 руб.; Ст (14-16) = СТ(15116) = 0,8 • 100 + 10 = 18 руб. В результате использования описанного алгоритма имеем:

3(0-1) = 0;

3(1_2) = min (3(0.]) + Crd.j)) = 0 + 43 = 43; 3(1_3) = min (3(о_,) + С^^з)) = 0 + 52 = 52; 3(ц, = min (3(0_1) + С^)) = 0 + 77 = 77;

3(1-5)= П"11 (3(1-2) + Ст(2-5)^ 3(1_з) + Ст(3_5); 3(1^) + С,^)) =

= min (43 + 13 = 56; 52 + 13 = 65; 77 + 13 = 90) = 56

и т.д. для всех вершин графа, а полученные значения записываются в нижней половине кружка графа (см. рис. 12.2).

12.2.3. Расчет затрат по вариантам операций и выбор оптимального технологического процесса по матрице связей между операциями изготавливаемого изделия (табл. 12.3).

Табличная форма менее трудоемка для ручного расчета графа и позволяет использовать компьютер.

В первой строке и во второй колонке таблицы фиксируются значения всех состояний вершин графа. На пересечении строчек начальных /-х состояний и колонок конечных j-x состояний записывается значение технологической себестоимости операции Ст(йу)При упорядоченной нумерации j > і все заполненные клеточки разместятся выше диагонали. Для рассматриваемого графа каждому последующему состоянию в итоге может предшествовать только одно состояние, а каждая последующая операция может быть связана только с одной предшествующей операцией. Это обусловлено тем, что над одним предметом труда в конкретный момент можно выполнять только одну из возможных операций.

В таблице (матрице) 3(1_^, З^,^— наименьшие затраты, приводящие в данное состояние соответственно при прямом и обратном счете. Для первого состояния затраты равны 0. Следовательно, 3(о_^ = 0. Определяя второе значение 3(1_^, ориентируемся на j = 2. В этой колонке заполняется только одна клетка в строке 2. Следовательно, состоянию 2 предшествует состояние 1 и операция (1-2). Суммируя 3(0_1) = 0 с записанным значением на пересечении j= 2 и / = 1 (цифра 43), получаем 3(1_2) = 43 и заносим это значение в первый столбец матрицы.

Следовательно, между состоянием 1 и 2 возможна только одна операция, затраты по которой равны 43. Таким же образом определяем 3(,_3) = 52; 3(1^ = 77. Вычисляя значение 3/,_5), сталкиваемся со следующим случаем, когда в колонке j = 5 заполнено три клетки с координатами /= 2; / = 3; / = 4. Это значит, что состоянию 5 предшествуют три различных состояния 2, 3, 4 и три операции, соответственно (2-5), (3-5), (4-5), каждая из которых равна 13.

Чтобы определить наименьшие затраты, приводящие в состояние 5, необходимо значение 3(1_2) суммировать со стоимостью операции (2-5); значение 3(1_3) — со стоимостью операции (3-5) и значение 3(,^) со стоимостью операции (4-5). Наименьшая сумма равна 56 (43 + 13). Это и есть значение 3(1_5). Записываем его в колонку 3(i_/) против пятого состояния. Таким же образом продолжаем расчет 3(1_л и далее вплоть до состояния (1-16) завершающей вершины графа.

Далее определяется — наименьшие затраты, приводящие в данное состояние при обратном счете, т.е. когда конечное состояние готовности принимается за начальное, а начальное за конечное. Этот параметр З^.,) необходим для определения критического пути, т.е. состояний и операций, требующих минимальных затрат. Счет начинается с последнего состояния, которое в данном случае является начальным, когда затраты равны 0 (последняя строка колонки З'^.,-)). Все состояния при обратном счете определяются по заполненным клеткам строки, а не колонки (j < і), минимальная сумма берется по строкам.

Таким образом, 3^_І6) равно 0. Для определения 3(,_15) рассматривается соответствующая строка. Здесь заполнена только одна клетка с координатами у=16, /= 15. Складываем суммарные затраты 3(j_I6) со стоимостью операции (15-16), равной 18 единицам, и получаем 3(,_15) = 0 + 18 = 18. Результат записываем в строку /=15. Так же находим З^,^ =18. При определении 3(1-13) сталкиваемся с альтернативной ситуацией, так как в строке /= 13 заполнено две клетки с координатами / = 13, j = 15 и і 13, j = 14. Это значит, что из двух сумм 18 + 78 = 96 и 18 + 23 = 41 надо взять минимальную (41) записать в колонку Зр.,-) против /"= 13. В данном случае расчет ведется по формуле 3(1_;) =min (3(W) + С(,+Л).

Заполнив клетку /= 1, видим, чтоЗ^о.^ =135, т.е. минимальные затраты при прямом и обратном счете равны. Значит, ошибки при расчете не было.

Технологический процесс с минимальной себестоимостью проходит только через те события, для которых выполняется условие

3(1-0 + Зо-о = Ст' <12-6)

где

т

Ст=£Ст(,_;)->гпіп. (12.7) 1-1

Для нашего примера такой путь проходит через события 1—2—6—10—11—14—16.

Задачи для решения

Задача 12.3.

Установить наиболее экономичный вариант заготовки для детали, если имеется возможность применить сварную или литую заготовку. Годовой объем выпуска деталей 500 шт. Сравнительные данные по затратам приведены в табл. 12.4

Задача 12.4.

Корпус изделия может быть изготовлен из кованой или штампованной заготовки. Определить минимальное количество заготовок, при котором экономично применение штампованной заготовки. Исходные данные приведены в табл. 12.5.

Тема 13.

Определение экономического эффекта от повышения показателей качества продукции

Методические указания

Величина годового экономического эффекта от повышения показателей качества изделия в сфере потребления определяется по формуле

Э = (И1 + Ен-К1)у-(И2 + ЕнК2), (13.1)

где Иь И2 — себестоимость единицы работы (эксплуатационные издержки), выполняемой изделием, которое принято за базу для сравнения вариантов, и изделием с повышенными показателями качества соответственно, руб.; Kj, К2 — капитальные вложения (цена) потребителя, использующего изделие, которое принято за базу для сравнения, и изделие с повышенными показателями качества соответственно, руб.; Ен — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений; у — коэффициент, учитывающий соотношение показателей качества изделия для определения тождества эффекта, определяется по формуле

у = соа'-р-5, (13.2)

где со — коэффициент эквивалентности по техническим показателям (параметрам) базового изделия и изделия с улучшенными показателями; а' — коэффициент, учитывающий дополнительные потребительские свойства изделия, определяемые экспертным путем в баллах, рассчитывается по формуле

н

a'=i|L_, (13.3)

где Бб, Бн — оценка в баллах потребительских свойств изделий базового и с улучшенными показателями (параметрами) качества;

р — коэффициент, учитывающий надежность изделия в эксплуатации, определяется по формуле

Р = ^Ч (13-4) 1 б

где Гб, Гн — наработка на отказ базового и нового (с более высокими показателями качества) изделия, ч; 5 — коэффициент, учитывающий срок службы изделия, определяется по формуле

8=Уб+*;н, (13.5) 1//„ +ЕН

где /б и /н — соответственно срок службы базового и нового изделия, год.

Коэффициент со рассчитывается по следующей формуле:

со = ^Ц (13.6)

где соб, сон — коэффициенты технического уровня базового изделия и изделия с более высокими техническими показателями (параметрами) качества, определяются по формуле

<D5=£fl,-Kf, сон=£0/ -Kf, (13.7) /=1 i=i

где о,— коэффициент весомости каждого /-го показателя (параметра) качества (в сумме все коэффициенты равны единице); Kf, Kf — значение каждого /-го показателя качества базового изделия и изделия более высокого качества по отношению к изделию, принятому за эталон, определяется по формуле

Kf =—, К,Н=Х, (13.8) bf Ь?

где bf, bf, А,э — значение каждого /-го показателя качества (параметра) сравниваемых базового, улучшенного и эталонного изделий.

Если сопоставляются только изделия с повышенными параметрами качества (новое) и изделия, принятые за базу для сравнения, то значение К",определяется по формуле

К?'=75", (13.9)

а коэффициент эквивалентности — по формуле

со = 5>/-к"'(13.10)

і=і

Типовая задача с решением

Задача 13.1.

Разработан и освоен выпуск конденсаторного электронного высококачественного микрофона МКЭ-15, предназначенного для использования в студиях, театрах, концертных залах и открытых пространствах.

В отличие от ранее освоенного и принятого за базу для сравнения микрофона МКЭ-6 новый микрофон является хорошо защищенным от помех, образующихся при использовании в руках исполнителей, т.е. маловосприимчив к вибрации, ударам и ветровым помехам. Исходные данные приведены в табл. 13.1—13.3.

Решение

Определение коэффициента технического уровня параметров нового и базового изделий и коэффициента весомости. Расчет ведется по формуле (13.8) в табличной форме (табл. 13.4).

Определение коэффициентов технического уровня базового соб и нового сон изделий по формуле (13.7):

соб = 1,40 • 0,05 + 0,8 • 0,05 + 0,77 • 0,20 + 0,90 • 0,30 + 1,50 х х0,10 + 1,17 • 0,30 = 1,035;

сон = 1,40 • 0,05 + 0,8 • 0,05 + 0,66 • 0,20 + 1,25 • 0,30 + 1,50 х х 0,10 + 1,27-0,30= 1,148.

со —

13.1.3. Определение коэффициента эквивалентности по формуле (13.6):

1,148

= 1Д09.

1,035

Р =

13.1.4. Определение коэффициента, учитывающего повышение надежности изделия по формуле (13.4):

2800

= 1,120.

2500

Определение коэффициента, учитывающего дополнительные потребительские показатели качества изделия по формуле (13.3):

_190 а-ш = 1,462

Определение коэффициента, учитывающего повышение качества изделия по формуле (13.2):

у = 1Д09 1Д20-1,462 = 1,816.