Тема 2: экономические основы конструирования машин

Экономический фактор играет первостепенную роль в конструировании. Частности конструкции не должны заслонять основной цели конструирования — увеличения экономического эффекта машин.

Многие конструкторы считают, что экономически конструировать -значит уменьшать стоимость изготовления машины, избегать сложных и дорогих решений, применять наиболее дешевые материалы и наиболее простые способы обработки. Это только небольшая часть задачи. Главное значение имеет то, что экономический эффект определяется величиной полезной отдачи машины и суммой эксплуатационных расходов за весь период работы машины. Стоимость машины является только одним, не всегда главным, а иногда и очень незначительным составляющим этой суммы.

Экономически направленное конструирование должно учитывать весь комплекс факторов, определяющих экономичность машины и правильно оценивать относительное значение этих факторов. Это правило часто игнорируют. Стремясь к удешевлению продукции, конструктор нередко добивается экономии в одном направлении и не замечает других, гораздо более эффективных путей повышения экономичности. Более того, частная экономия, осуществляемая без учета совокупности всех факторов, нередко ведет к снижению суммарной экономичности машин.

Главными факторами, определяющими экономичность машин, являются величина полезной отдачи машины, долговечность, надежность, расходы на оплату труда операторов, потребление энергии и стоимость ремонтов.

Коэффициент использования машины представляет собой отношение времени фактической работы машины за определенный период к длительности этого периода.

Пусть H - период эксплуатации машины, h - фактическое время работы машины за этот период. Средний за период эксплуатации коэффициент использования

 

(1)

 

Если машина работает до полного исчерпания своего механического ресурса, то h представляет собой долговечность машины D (общую возможную ее наработку за период эксплуатации). Тогда

 

(2)

 

Величина η_исп для машин, работающих по календарному режиму, зависит главным образом от: 1) числа рабочих смен и 2) холостого времени (простои из-за неисправностей машины, недогрузка из-за нарушений производственного ритма).

При работе в одну, две и три смены средние значения коэффициента использования соответственно η_исп =0,2; 0,4; 0,6, при круглогодичной непрерывной работе η_исп =0,95 ÷ 1. У машин периодического действия, например машины сезонного применения, коэффициент использования снижается до 0,05–0,1.

Рентабельность машины q выражается отношением полезной отдачи машины От за определенный период к сумме расходов Р за тот же период:

(3)

 

Сумма расходов в общем случае складывается из стоимости: Эн — расходуемой энергии, Мт — материалов и заготовок, Ин — инструмента, Тр — оплаты труда операторов, Об — технического обслуживания, Рм — ремонта, Нк — накладных цеховых и заводских расходов, Ам — амортиза­ционных расходов:

 

Р = Эн + Мт + Ин + Тр + Об + Рм + Нк + Ам. (4)

 

Величина q должна быть больше 1, иначе машина будет работать убыточно и смысл ее существования утрачивается.

Экономический эффект. Годовой экономический эффект от работы машины (годовой доход)

 

(5)

 

где От — годовая отдача, руб./год; Р — сумма эксплуатационных расходов Р, руб./год.

Суммарный экономический эффект ∑Q за весь период службы машины (общий доход) равен разности суммарной отдачи ∑Q и суммы расходов ∑Р за период службы (в рублях):

 

∑Q = ∑Q - ∑Р

 

или согласно формуле (4)

 

∑Q = ∑Q - (∑Эн + ∑Мт + ∑Ин + ∑Тр + ∑Oб + Нк + ∑Рм + ∑Ам) (6)

 

Отдача машины и эксплуатационные расходы, за исключением ∑Ам и ∑Рм, пропорциональны продолжительности фактической работы h за период эксплуатации. Амортизационные расходы за период эксплуатации равны стоимости С машины. Ремонтные расходы не находятся в прямой зависимости от h; их размер и периодичность определяются условиями эксплуатации и надежностью, машины.

Выделяя факторы ∑Рм и Ам = С, получаем

 

∑Q = h [От - (Эн + Мт + Ин + Тр + Об + Нк)] - ∑Рм – С (7)

 

Если машина работает до исчерпания механического ресурса (h = D), то

∑Q = D [От - (Эн + Мт + Ин + Тр + Об + Нк)] - ∑Рм - С. (8)

 

Повышение отдачи может выражаться или в увеличении числа единиц продукции, или в увеличении стоимости каждой единицы (повышение качества продукции, увеличение объема операции, выполняемых над заготовкой).

В первом случае расход материалов и инструмента пропорционален отдаче: Мт + Ин = aОт, где a — доля стоимости материала и инструмента в стоимости продукции, колеблющаяся в зависимости от профиля продукции в пределах 0,1 – 0,5.

В таком случае уравнение (8) приобретает следующий вид:

 

∑Q = D [От(1 - a) - (Эн + Тр + Об + Нк)] - ∑Рм - С. (9)

 

Накладные расходы принято выражать в долях трудовых затрат: Нк = bТр, где b — фактор пропорциональности, колеблющийся в зависимости от типа и организационной структуры производства в пределах 0,5 – 3.

Введем эту зависимость в уравнение (9), тогда получаем

 

∑Q = D [От (1 - а) + Эн + (1 + b) Тр + рб] - 2Рм - С. (10)

 

Срок окупаемости Н_ок определяется как период службы, при котором суммарный экономический эффект равен стоимости машины, т. е.

 

С = Н_ок η_исп (От - Р) - Ам, (11)

 

где Р — годовые эксплуатационные расходы,

 

Р = Эн + Мт + Ин + Тр + Об + Нк.

 

Затраты на ремонт, как правило весьма малые в первые годы эксплуатации, игнорируют.

Расход на амортизацию за срок окупаемости

 

(12)

 

где H — период службы машины, см. формулу (2).

После подстановки значения Ам в уравнение (11) получаем

 

(13)

 

Пример. Пусть С = 2000 p.; D = 5 лет; η_исп = 0,4 (работа в две смены); От =15 000, Эн = 500; Мт + Ин = 4000, Тр + Об = 3000, Нк = 3000 р./год. Сумма расходов

Р. = 500 + 4000 + 3000 + 3000 = 10 500 р./год.

 

Согласно формуле (13) срок окупаемости

 

 

При работе в одну смену η_исп = 0,2 и H_ок = 2,4 года.

Коэффициент эксплуатационных расходов. Назовем коэффициентом эксплуатационных расходов k отношение суммы расходов за весь период работы машины к ее стоимости:

 

(14)

 

Тогда уравнение (8) можно представить в следующем виде:

 

∑Q = DOt - kC. (15)

 

Коэффициент стоимости машины (процентное отношение стоимости машины к сумме расходов)

 

(16)

 

Как видно из формулы (14), коэффициент эксплуатационных расходов возрастает с увеличением долговечности и при больших значениях D может достигать 50 – 100. Соответственно снижается доля стоимости машины в общей сумме расходов.

Структурный анализ. Пользуясь формулой (8), определим зависимость экономического эффекта от долговечности, отдачи и эксплуатационных расходов.

В качестве примера возьмем металлорежущий станок стоимостью С = 2000 р., с отдачей От = 20000 руб/год. Мощность приводного электродвигателя 10 кВт. Станок работает в две смены с коэффициентом загрузки 0,85.

При пятидневной рабочей неделе число рабочих дней в году 5 ∙ 52 = 260 а за вычетом выходных дней (в среднем 5 дней в году) — 255. Годовое число рабочих часов станка 255 ∙ 16 ∙ 0,85 = 3480.

При общем числе часов в году 365 ∙ 24 = 8760 коэффициент использования станка

 

 

Так как станок работает до исчерпания механического ресурса, то из формулы (2) получаем период службы

 

 

Допустим, что станок работает в среднем на 0,7 номинальной мощности. При стоимости 1 кВт/ч 2,5 к. годовой расход на электроэнергию Эн = 3480 ∙ 10 ∙ 0,7 ∙ 0,025 = 600 руб/год.

Пусть годовая зарплата оператора 1600 р., тогда при двусменной работе затраты на оплату труда Тр = 3200 руб/год.

Расходы на обслуживание станка включим в оплату труда оператора. Накладные расходы примем равными 100% Тр. Доля материала и инструмента в стоимости продукции а = 0,25, т. е. Мт + Ин = 0,25 От = 5000 руб/год.

Примем, что расход на ремонт за весь период эксплуатации равен стоимости станка (∑Рм = С).

Согласно формуле (9) суммарный экономический эффект за период эксплуатации

 

∑Q = D[От(1 -а)-(Эн + Тр + Нк)]- ∑Рм-С =

= D [20 000 ∙ 0,75 - (600 + 3200 + 3200)] - 2000 - 2000 = 8000 D - 4000. (17)

 

С учетом формулы (17) построен график (рис. 1), показывающий влияние D, От, Эн, Тр и С на экономический эффект при изменении долговечности от 1 до 10 лет (H = 2,5 ÷ 25 лет). За единицу принят экономический эффект ∑Q₀ при D = 1 год.

С увеличением долговечности от 1 года до 10 лет относительный экономический эффект ∑Q/∑Q₀ (рис. 1, кривая 1)повышается в 19 раз. Кривая аппроксимируется формулой ∑Q/∑Q₀ = 1,9D т. е. экономический эффект возрастает примерно вдвое быстрее, чем долговечность.

Средняя за период службы рентабельность, равная согласно формулам (3) и (4)

 

 

возрастает от исходного значения q = 1,25 при D = 1 год до q = 1,6 при D = 10 лет.

Коэффициент эксплуатационных расходов (рис. 1, кривая 2)

 

возрастает от исходного значения k = 8 при D = 1 год до k — 62 при D = 10 лет

Рисунок 1 – Влияние долговечности, отдачи и эксплуатационных расходов на экономический эффект

 

Соответственно снижается отношение стоимости машины к сумме эксплуатационных расходов (рис. 1, кривая 3) с 12,5% при D = 1 год до 1,6% при D = 10 лет.

Стоимость машины ощутимо влияет на экономический эффект только при малой долговечности. Так, уменьшение стоимости станка в 1,5 раза (рис. 1, кривая 4)увеличивает экономический эффект на 34% при D = 1 год и на 2% при D — 10 лет. Увеличение стоимости станка в 1,5 раза (рис. 1, кривая 5) снижает экономический эффект при D — 1 год на 50%, а при D = 10 лет только на 2,5%.

Следовательно, повышение стоимости машины, направленное на увеличение ее долговечности, вполне целесообразно, так как выигрыш от увеличения долговечности намного превосходит снижение экономического эффекта из-за удорожания машины. Например, увеличение исходной долговечности в 5 раз (с 2 до 10 лет), сопровождаемое повышением стоимости машины даже вдвое, увеличивает, согласно формуле (17), экономический эффект в 9 раз.

Снижение энергопотребления (увеличение КПД станка) в рассматриваемом случае влияет крайне незначительно. Повышение КПД даже на 20% (кривая 6) увеличивает экономический эффект при D = 1 год только на 2,5%, а при D = 10 лет – на 1,3%.

Снижение расходов на труд (частичная автоматизация, допускающая применение менее квалифицированного труда) в реальных пределах на 30% (кривая 7), увеличивает экономический эффект по сравнению с исходным (кривая 1) в 1,35 раза при D = 1 год и в 1,2 раза при D = 10 лет.

Наиболее эффективно увеличение отдачи (повышение производительности обработки, применение специализированной оснастки, обработка по настроенным операциям и др.). Так, увеличение отдачи в 1,5 раза (кривая 8) повышает экономический эффект по сравнению с исходным в среднем в 2 раза, а увеличение отдачи вдвое (кривая 9) – в 3 раза.

Приведенный расчет является схематичным. Помимо оговоренных выше упрощающих предположений, в нем не учтена динамика изменения эксплуатационных факторов, например вероятного снижения стоимости энергии и материалов с течением времени, уменьшения производительности станка по мере износа. Тем не менее он дает отчетливое представление о влиянии эксплуатационных расходов на экономический эффект для машин-орудий. В других категориях машин и при другой структуре эксплуатационных расходов влияние различных факторов на экономический эффект может быть иным.

Существует обширная категория машин (неавтоматизированные металлорежущие станки, автомобили, дорожные, строительные, сельскохозяйственные и тому подобные машины), которые не могут функционировать без постоянно прикрепленного оператора. Здесь расходы на труд относительно велики и не поддаются существенному сокращению. Соответственно невелико значение стоимости машины в сумме эксплуатационных расходов, как это показано в предыдущем примере.

У машин, которые длительное время могут функционировать без участия оператора (электродвигатели, электрогенераторы, насосы, компрессоры и т. п.), расходы на труд состоят только из стоимости периодического ухода и наблюдения за их работой.

В некоторых отраслях промышленности, использующих высокомеханизированное оборудование с большим числом однотипных единиц (текстильная промышленность), значительного сокращения расходов на труд можно достичь переходом на многостаночное обслуживание.

К машинам, у которых расходы на труд минимальны, относятся полуавтоматы и автоматы. В этой категории машин относительная роль стоимости машины выше.

У тепловых машин фактор энергопотребления отодвигает на задний план стоимость машины, а иногда и расходы на труд. Есть машины, у которых расход энергии незначителен вследствие высокого КПД (электрогенераторы, редукторы и т. п.). Если к тому же невелик и расход на оплату труда, то стоимость машины приобретает доминирующее значение.

Стоимость машины при прочих равных условиях в решающей степени зависит от серийности выпуска. При массовом выпуске стоимость машины невелика и ее роль в эксплуатационных расходах гораздо меньше, чем у машин мелкосерийного или тем более индивидуального выпуска.

Следует отметить, что наряду с уменьшением индивидуальной стоимости машин существует более эффективный способ снижения стоимости машиностроительной продукции в целом - сокращение номенклатуры объектов производства путем выбора рационального типажа машин и удовлетворения потребностей народного хозяйства наименьшим числом их типоразмеров.

У машин некоторых классов большое значение имеют расходы на амортизацию, обслуживание и ремонт производственных зданий и сооружений. Эти расходы могут во много раз превышать расходы, связанные с эксплуатацией машин.

Экономический расчет, подобный приведенному выше, позволяет в каждом, отдельном случае определить структуру эксплуатационных расходов, их относительную роль и установить основы рационального с экономической точки зрения проектирования машины.

Как общее правило, экономический эффект в наибольшей степени зависит от величины полезной отдачи и долговечности машины. Эти факторы должны стоять в центре внимания при конструировании машин. Столь же большое значение имеет надежность, определяющая объем и стоимость ремонтов, производимых за время эксплуатации машин. В предыдущем примере роль стоимости ремонтов несколько

затушевана тем, что в расчете принята умеренная стоимость ремонта, равная за весь период эксплуатации стоимости машины. Иначе говоря, стоимость ремонта принята такой, какой она должна быть при правильной конструкции машины и рациональной эксплуатации.

На практике расходы на ремонт могут достигать очень большой величины, превышая в некоторых случаях стоимость машин в несколько раз. Иногда расходы на ремонт поглощают большую часть доходов, приносимых машиной, что делает эксплуатацию машины нерентабельной.

В настоящее время назрела задача перехода на безремонтную эксплуатацию, под этим понимают:

· устранение капитальных ремонтов;

· устранение восстановительного ремонта и замена его комплектационным ремонтом, осуществляемым сменой износившихся деталей, узлов и агрегатов;

· устранение вынужденных ремонтов, вызванных поломкой и износом деталей, систематическим проведением планово-предупредительных ремонтов.

Перевод на безремонтную эксплуатацию является комплексной задачей. Предпосылками решения этой задачи являются:

· увеличение срока службы изнашивающихся деталей;

· построение машины по агрегатному принципу, допускающему независимую смену изнашивающихся пар деталей и узлов;

· создание на машинах неизнашивающихся фиксирующих поверхностей, служащих базами при установке сменных деталей.

Конструктивным мероприятиям должны сопутствовать организационно-технические, главным из которых является централизованное изготовление запасных деталей и узлов.

Из сказанного выше отнюдь не вытекает, что конструктор может ослабить внимание к задаче уменьшения стоимости машин. Как было показано, роль фактора стоимости зависит от категории машин и может быть значительной у машин с малыми энергопотреблением и расходами на труд, а также у машин с относительно небольшим периодом службы. Необходимо только правильно оценивать значение этого фактора среди других факторов повышения экономичности и уметь поступиться им в случаях, когда уменьшение стоимости вступает в противоречие с требованиями увеличения полезной отдачи, долговечности и надежности.

Решение всех перечисленных выше задач следует положить в основу деятельности конструктора, который должен, во-первых, задавать тон в политике машиностроения, во-вторых, создавать конструкции, обеспечивающие увеличение экономической эффективности машины, сокращение эксплуатационных расходов и уменьшение стоимости машиностроительной продукции в целом.

Влияние долговечности на численность машинного парка. Повышение долговечности является эффективным и экономичным способом увеличения численности машин, находящихся одновременно в эксплуатации (текущей численности машинного парка). Число N машин, действующих в каждое данное время, пропорционально произведению их долговечности D на выпуск п единиц/год за предшествующее время.

Разберем случай, когда годовой выпуск постоянен и равен 100. Пусть долговечность выпускаемых машин 3 года; машины работают непрерывно, т. е. период их службы равен долговечности.

На диаграмме (рис. 2, а)представлена картина использования машин по годам. Численность годового выпуска изображена черными прямоугольниками. Сумма прямоугольников по горизонтали показывает продолжительность пребывания машин в эксплуатации, равную в рассмотренном случае 3 годам; сумма прямоугольников по вертикали — число групп машин разных годов выпуска, находящихся одновременно в эксплуатации. При постоянстве годового выпуска и долговечности оно для любого года численно равно долговечности (n = 3).

Следовательно, общая численность действующего машинного парка в каждом году N = Dn = 3∙100 = 300. Предположим теперь, что начиная с 1974 г. завод-изготовитель увеличивает долговечность машин вдвое (заштрихованные прямоугольники). Продолжительность пребывания машин в эксплуатации выражаемая суммой черных и заштрихованных прямоугольников по горизонтальным графам диаграммы становится равной D' = 6 лет. Численность машинного парка начиная с 1978 г., возрастает и в 1980 г. стабилизируется оставаясь все последующие годы постоянной и равной 600 машинам, т. е. равной произведению новой долговечности на размер годового выпуска: N' = D'n.

Рисунок 2 – Эксплуатационные диаграммы машин при η_исп:

a – 1; б – 0,5; в – 0,3

 

Таким образом, при том же размере годового выпуска машин с увеличением долговечности вдвое во столько же возрастает численность машинного парка, а следовательно, объем годовой (и суммарной за весь период службы машин) промышленной продукции.

Разберем случай, когда машины используются в течение неполного рабочего времени, т. е. когда период службы машины удлиняется по сравнению с заложенным в нее ресурсом долговечности (рис. 2, б).

Если по-прежнему принять D = 3 и η — 3/0,5, то согласно формуле (2) H = 3/0,5 = 6 лет.

Сокращение степени использования машин равносильно уменьшению числа одновременно действующих машин. В нашем случае (η_исп = 0,5) это сокращение выражается на диаграмме уменьшением вдвое высоты черных прямоугольников. Число одновременно работающих в течение года машин одного года выпуска становится равным 50.

Количество групп машин различного года выпуска, находящихся одновременно в эксплуатации, равно сумме прямоугольников по вертикальным

графам диаграммы. При исходных допущениях (п = const; H = const) оно для любого года численно равно периоду службы (H = 6).

Общая численность N годового парка равна произведению срока службы на фактическую численность одновременно работающих машин каждой группы (n_факт =nη_исп), т. е. N = Нnη_исп. Так как H = D/η_исп, то N = Dn. В рассматриваемом случае N = 3 ∙ 100 = 300.

Этот вывод легко проверить простым суммированием численности машин по вертикальным графам диаграммы (N = 50 H = 50 ∙ 6 = 300).

Таким образом, численность действующего годового парка машин не зависит от коэффициента использования и периода службы и определяется только долговечностью машин и размером их годового выпуска.

Этот, вывод, разумеется, справедлив при условии, если общий период службы машины находится в пределах технической (моральной) долговечности. Если же продолжительность пребывания машины в эксплуатации лимитирована техническим устареванием, то картина резко изменяется: машина не успевает отработать вложенный в ней ресурс долговечности и се приходится снимать с производства досрочно, теряя при этом продукцию, которую она могла бы выдать при полном использовании ее долговечности.

Покажем это на примере (рис. 2, в). Пусть долговечность машин равна 6 годам. Предположим, что вследствие малого коэффициента сменности, вынужденных простоев и т. п. машины используются в каждый данный момент на 30%. При периоде службы, соответствующем полному использованию долговечности, т. е. при H = 6/0,3 = 20 лет, машина, как очевидно из предыдущего, отдаст продукцию, равную 6 От (От — годовая продукция). При ежегодном выпуске п = 100 суммарная отдача машин одного года выпуска составит 600 От, а за 10 лет (1974-1983 гг.) - 6000 От.

Допустим, что лимит технической долговечности равен 10 годам. Это значит, что в 1984 г., через 10 лет после начала выпуска, машины подлежат снятию с эксплуатации. До этого времени машины выпуска 1975 г. успеют отдать только 50% потенциального объема своей продукции (0,5 ∙ 6000т = 300 От), выпуска 1976 г. - 45%, выпуска 1977 г. - 40% и т.д. Суммарная продукция машин всех выпусков (1974-1983 гг.)

 

 

составит 1650 От, т.е. продукции, которую они могли бы отдать при полной отработке ресурса долговечности. Таким образом, лимит, налагаемый технической долговечностью, резко сокращает суммарную отдачу машин. В рассматриваемом случае выпуск машин, обреченных в близком будущем на техническое устаревание, приведет к огромным потерям.

Разобранные случаи относятся к числу простейших. При ежегодном изменении размера выпуска и долговечности картина усложняется. Однако общая закономерность остается в силе: повышение долговечности (в пределах срока технической долговечности) всегда сопровождается увеличением в последующие годы фактической численности машинного парка, пропорциональным размеру годового выпуска и величине долговечности.

Влияние долговечности на объем продукции. Суммарный объем продукции, отдаваемый машиной за весь период ее службы H, в денежном выражении равен произведению годовой отдачи От на фактическую продолжительность ее работы:

 

∑S = ОтHη_исп (18)

 

В предположении, что машина отрабатывает полный ресурс долговечности (Нη_исп = D),

 

∑S = ОтD. (19)

 

Годовой объем продукции группы действующих машин равен произведению годовой отдачи каждой машины на коэффициент использования η_исп и число N одновременно находящихся в эксплуатации машин:

 

∑S_год = Oтη_испN, (20)

 

Число действующих в каждый данный промежуток времени машин

 

N = пН, (21)

 

где п— численность годового выпуска машин с учетом формул (18)-(21)

 

∑S_год = OтnHη_исп=OтnD, (22)

 

Следовательно, суммарный объем продукции, отдаваемый машиной за период ее службы (19), и годовой объем продукции группы одновременно действующих машин (22) пропорциональны произведению годовой отдачи на долговечность машины.

Увеличение долговечности, например в 2 раза, вызывает увеличение объема годовой продукции вдвое. При одновременном увеличении в 2 раза отдачи объем продукции возрастает в 4 раза. Если объем годовой продукции задан, то повышение долговечности и отдачи позволяет сократить пропорционально произведению nh годовой выпуск машин с существенным выигрышем в суммарной стоимости выпуска машин и оплаты труда при общем повышении экономического эффекта.

Определим экономический эффект при сокращении выпуска машин за cчет увеличения отдачи и долговечности.

Сравним две группы машин, первая из которых состоит из 1000 машин стоимостью каждая 2000 р. с отдачей От = 20000 руб/год и долговечностью D = 5 лет, а вторая из 500 машин стоимостью каждая 4000 р. с отдачей 40000 руб/год и долговечностью 10 лет. Годовая отдача обеих групп, очевидно, одинакова: От = 1000- 20000 = 50 ∙ 40000 = 20 млн. руб.

Суммарный экономический эффект машин первой группы за весь период эксплуатации согласно формуле (9)

 

∑Q1 = 1000 {D [От (1 - а) - (Эн + Тр + Нк)] - Рм - С}.

 

Пользуясь цифрами предыдущего примера (а = 0,25; Эн = 600; Тр = 3200; Нк = 3200 р./год; Рм = С), получаем

 

∑Q1 = 1000 [5 [20000 ∙ 0,75 - 7000) – 4000] = 36 млн.руб.

 

Суммарный экономический эффект машин второй группы за тот же период эксплуатации

 

∑Q2 = 500 {5 [40000 ∙ 0,75 - (Эн′ + Тр + Нк)] – Рм′ - С′} (23)

 

Положим, что расход энергии у машин второй группы вдвое больше (Эн′ = 1200 р./год). Так как машины отрабатывают за 5 лет только половину своего срока службы, то расходы на амортизацию и ремонт равны С′ = 0,5С = 0,5 ∙ 4000 = 2000 р. и Pм′ = 0,5С = 0,5 ∙ 4000 = 2000 р.

Подставляя эти величины в формулу (23), получаем

 

∑Q2 = 500 [5 (30000 - 7600)-4000]=54 млн. руб.

 

Следовательно, экономический эффект машин второй группы за 5 лет эксплуатации в 54/36 = 1,5 раза больше, чем машин первой группы, несмотря на вдвое большую стоимость машин, ремонта и энергопотребления.

Суммарный экономический эффект машин второй группы за полный срок службы 10 лет

 

∑Q2 = 500 [10 (30000 - 7600)-4000-4000]=108 млн. руб.,

 

превышает суммарный экономический эффект машин первой группы в 108/36 = 3 раза или в денежном выражении на 108 — 36 = 72 млн. руб., что вдвое больше всего экономического эффекта машин первой группы.

Выводы. Общий вывод: увеличение полезной отдачи и долговечности - наиболее эффективный и выгодный способ увеличения объема промышленной продукции и повышения экономического эффекта машин.

Увеличение долговечности позволяет пропорционально сократить годовой выпуск машин без снижения объема промышленной продукции, при уменьшении общей стоимости изготовления машин, значительном снижении эксплуатационных расходов, повышении рентабельности суммарного экономического эффекта.

Правилен и обратный вывод: увеличение долговечности машин при том же объеме выпуска машин, тех же производственных мощностях и затратах на изготовление машин позволяет пропорционально увеличить оснащенность народного хозяйства машинами и повысить объем промышленной продукции.

Увеличение долговечности, как способ повышения численности машинного парка, объема продукции и энергонасыщенности народного хозяйства, несравненно выгоднее, чем простое увеличение выпуска машин, не сопровождаемое повышением их долговечности.

Увеличение выпуска машин требует введения новых предприятий, расширения площадей и оборудования существующих предприятий или (способ экономически наиболее целесообразный) увеличения съема продукции с существующего оборудования путем интенсификации производственного процесса. В первом и втором случаях возрастают расходы на изготовление машин. Во всех случаях возрастают эксплуатационные расходы вследствие увеличения числа действующих машин.

Увеличение отдачи и долговечности машин, как правило, сопровождается относительно небольшим повышением стоимости машин и вместе с тем в связи с сокращением числа действующих машин уменьшает эксплуатационные расходы. Конечный результат тот же: увеличение фактической численности парка действующих машин и увеличение объема промышленной продукции, но при несравненно меньших затратах в общем значительном возрастании экономического эффекта.

Целесообразно сочетать увеличение численного выпуска с увеличением полезной отдачи и долговечности машин, а в нужных случаях и умерять численный выпуск, отдавая предпочтение более выгодному способу увеличения отдачи и долговечности машин.

Из сказанного вытекает и другой вывод. Увеличение годового выпуска машин еще не означает увеличения численности действующих машин и объема выпуска промышленной продукции. Цифры возрастания годового производства машин характеризуют рост экономики только в том случае, если они сопровождаются объективными данными о долговечности и качестве выпускаемых машин.

Эти цифры могут означать: прогресс, если долговечность машин сохраняется на постоянном уровне или повышается; застой, если долговечность снижается в такой же пропорции, в какой возрастает выпуск, регресс, если долговечность машин падает в более сильной пропорции, чем возрастает их выпуск.

Полезная отдача. Полезная отдача выражается стоимостью продукции или полезной работы, выполняемой машиной в единицу времени. Величина полезной отдачи зависит от производительности машин, т. е. от числа операций (или единиц работы), ею выполняемых в единицу времени, и от стоимости операций (единиц работы).

Увеличение отдачи является комплексной задачей, решение которой во многом зависит от правильности эксплуатации. Для автомашин, например, эксплуатационные средства повышения отдачи заключаются в сокращении холостых пробегов, увеличении технической скорости езды, повышении грузоиспользования (применение прицепов) и т. д. Производительность машин-орудий повышают интенсификацией технологических операций применением приспособлений и специальной оснастки.

В основном же ту задачу необходимо решать конструктивными мероприятиями. Машине должна быть придана наибольшая возможная производительность, согласованная с реальными требованиями производства и перспективами его развития. Рабочие органы машины следует рассчитывать на максимальный объем операций с соответствующим выбором ее кинематики, мощности, прочности и жесткости.

Главными способами повышения производительности машин являются:

· увеличение числа одновременно осуществляемых над изделием операций;

· увеличение числа одновременно обрабатываемых изделий;

· сокращение длительности технологического цикла;

· автоматизация технологического процесса.

Первый способ получил наиболее полное выражение в конструкции агрегатных металлообрабатывающих станков, позволяющих обрабатывать детали одновременно по нескольким или всем поверхностям. Другим примером могут служить многорезцовые токарные автоматы.

Представителями второго способа являются роторные машины, на которых одновременно обрабатывают большое число деталей. Другой пример — групповая обработка одновременно нескольких деталей в многоместных приспособлениях.

Роторными называют машины карусельного типа, у которых каждое изделие или объект, подвергаемые определенным операциям или комплексу операций, устанавливаются на карусель, закрепляются за отдельным операционным органом (блок, патрон, шпиндель) и обрабатываются в процессе вращения карусели за один полный ее оборот. Роторные машины обладают высокой производительностью (карусельные наполнители с 40 — 60 шпинделями дают до 1500 наполнений в 1 мин).

Высокая производительность роторных машин является следствием непрерывности действия и выполнения технологической операции одновременно над несколькими объектами. Число объектов, одновременно проходящих операцию, z=αi, где i - число операционных блоков, установленных по окружности ротора; α - доля окружности, на которой происходит операция обработки.

Производительность роторной машины

 

Q=in (24)

 

где п — частота вращения ротора (об/мин), зависящая от продолжительности выполняемой над объектом операции (фазового времени),

 

 

где t_ф - фазовое время, мин; α - доля окружности, на которой происходит операция обработки (обычно α = 0,65 ÷ 0,75).

Следовательно,

 

(25)

 

Как видно из этого выражения, производительность роторной машины можно увеличить:

· уменьшением фазового времени (ускорением выполняемой над объектом операции);

· увеличением числа операционных блоков.

Возможности первого способа ограничены. Второй способ позволяет увеличивать производительность практически сколь угодно. Лимитом нередко становятся только операции загрузки и разгрузки изделий.

Повышение производительности роторной машины по сравнению с машиной, выполняющей последовательные одиночные операции той же продолжительности tф, характеризуется отношением tф/t0, где t0 — время выпуска одного изделия на роторной машине, равное согласно формуле (25) t0 = 1/Q = tф/iα. Следовательно, tф/t0 = iα. При среднем значении α = 0,7, отношение tф/t0 = 0,7. Например, при числе шпинделей i = 50 производительность роторной машины в 0,7 ∙ 50 = 35 раз больше, чем машины последовательной обработки.

Роторные машины хорошо компонуются в автоматические линии, высокопроизводительные, компактные и экономичные (благодаря сокращению энергозатрат на транспортирование деталей от одной машины к другой).

 

ТЕМА: 3 ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАШИН

 

Долговечность машины, подобно полезной отдаче, очень зависит от условий и технического уровня эксплуатации. Бережное отношение к машине, квалифицированный уход, своевременная профилактика, предупреждение перегрузок — все это может значительно повысить долговечность машины. Низкий уровень обслуживания сокращает срок службы машины. Однако решающее значение для долговечности имеет правильная конструкция машины.

Критерии долговечности. Долговечность есть общее время, которое машина может отработать на номинальном режиме в условиях нормальной эксплуатации без существенного снижения основных расчетных параметров, при экономически приемлемой суммарной стоимости ремонтов. Иногда применяют понятие ресурс машины (время работы машины в часах до первого капитального ремонта).