ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНТЕГРАЛЬНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА
ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
ECONOMIC AND MATHEMATICAL MODELS OF INTEGRAL AUTOMATION OF WOOD PARTICLE BOARD DESIGN AND PRODUCTION
Рябков В.М., Рябков С.В., Козлов В.С., Козлова Е.Б. (МГУЛ, г. Москва, РФ)
Economic and mathematical model of integral automation of wood particle board design and production is given. This model allows taking optimal managerial decision when adopting new products and technology.
Необходимым этапом проектирования каждого интегрированного производственного комплекса (ИПК) является оценка его ожидаемой эффективности, дающая ответ на вопрос о правильности процедуры построения структуры комплекса. Роль экономической оценки возрастает в связи со значительным ростом затрат на автоматизацию, а методы преодоления показателей эффективности претерпевают значительное усложнение вслед за усложнением объекта технико-экономического анализа. Расчет показателей эффективности по сути дела представляет собой построение экономико-математической модели объекта, в которой в стоимостной форме находят выражение все его организационно-технические и социальные характеристики.
Социально-экономическая эффективность автоматизации проектирования и подготовки производства новых изделий определяются сокращением сроков и повышением качества проектирования, а также высвобождением персонала конструкторско-технологических служб предприятия.
Под повышением качества проектирования понимается выбор оптимальных конструкций изделий и их элементов, оптимальных технологических режимов обработки и межцеховых маршрутов изделий, повышение уровня нормализации и унификации изделий и их элементов, типизация технологических процессов, оснастки. Таким образом, повышение качества обеспечивает сокращение сроков и уменьшение затрат на освоение производства новой продукции, повышение ее технико-экономических характеристик, снижение себестоимости и повышения производительности труда.
Эффект повышения качества проектирования достигаемого в системе автоматизированного проектирования (САПР) реализуется не только в сфере проектирования, но и на последующих стадиях жизненного цикла новых изделий, т.е. в сфере их производства и использования: в рамках других подсистем ИПК и даже за его пределами. Таким образом, это одно из проявлений эффекта интеграции, который связан с объединением в рамках одной производственной системы подразделений, выполняющих разнообразные предпроизводственные, производственные и управленческие функции, что приводит к существенному взаимному влиянию подсистем ИПК.
Можно выделить следующие формы проявления эффекта интеграции:
1) реализация в производственно-технологической подсистеме принципа оптимального управления, используемого при принятии решений в автоматизированной системе управления;
2) реализация в производственно-технологической подсистеме принципа оптимального проектирования продукции и технологий, используемых при принятии решений в САПР и автоматизированной системе технологической подготовки производства (АСТПП);
3) достижение реальной гибкости и повышение производительности автоматизированных линий при комплексной автоматизации всех стадий основного производственного процесса (заготовительной, обрабатывающей, сборочной) изготовления продукции, а также вспомогательных производств предприятия (инструментального, ремонтного, транспортного);
4) повышение надежности и ускорение
"безбумажного" обмена информацией между различными подсистемами ИПК
за счет создания на
предприятии единой сети ЭВМ;
5) устранение дублирования, повышение достоверности информации и облегчение доступа к ней за счет создания единой информационной базы.
Сложная структура, многообразие факторов формирования и составляющих социально-экономического эффекта ИПК существенно усложняют метод расчета экономического эффекта. Общепринятая формула определения годового экономического эффекта основана на сравнении приведенных затрат по вариантам. Однако показатель приведенных затрат не учитывает ряд факторов экономии общественных затрат труда, возникающих при комплексной автоматизации, в первую очередь – сокращение неквалифицированного труда.
Тяжелый труд должен быть заменен машинным, а высвобожденные рабочие должны использоваться на других, более благоприятных с социальной точки зрения работах. В соответствии с вышеизложенным, дополнительный экономический эффект, обусловленный сокращением рабочей силы в результате внедрения ИПК, должен учитывать: капитальных вложений в непроизводственные фонды бытового и социально-культурного назначения.
В результате обобщающая формула определения годового экономического эффекта создания ИПК будет иметь вид:
(1)
где ΔЗ – экономия приведенных затрат, руб./год;
ΔС3 –заработная плата высвобождаемых производственных рабочих руб./год;
Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности
дополнительных капитальных вложений, 1/год;
ΔЧ – численность высвобождаемых производственных рабочих, чел.;
Кф – показатель фондовооруженности труда рабочего, занятого в производственной сфере, руб./чел.;
Эм – дополнительный эффект полученный от ускорения перехода на изготовление новой высокоэффективной продукции, руб./год.
Автоматизация ручных работ по проектированию и подготовке, кроме высвобождения инженерно-технического персонала, приводит к повышению качества разработок и резко сокращает их сроки. Очевидно, что последнее значительно повышает мобильность ИПК по сравнению с существующим производством. Повышение же качества разработок положительно сказывается на внедрении новых технологий, на ускорении освоения производства новых изделий, не выпускавшихся ранее, т.е. повышает мобильность производства и увеличивает выпуск продукции.
Таким образом, в общем случае эффект повышения гибкости производства проявляется:
– в переходе на новый уровень технологий;
– в сокращении затрат на производство;
– в росте среднегодовой производительности;
– в ускорении удовлетворения потребности в новых изделиях.
Особый интерес представляет последняя из перечисленных выше составляющих, так как до конца отработанных методов ее расчета в настоящее время не существует. Сформулируем все условия повышения мобильности производства, которые заключаются в ускорении:
– проектирования и расчетов конструкции новых изделии за счет у их автоматизации, замены натурных испытаний образцов моделированием и широкого использования типовых решений, имеющихся в базе данных (функция САПР);
– технологической подготовки производства за счет тех же факторов, что и в п.1 (функция АСТПП).
– инструментальной подготовки производства за счет автоматизации проектирования, расширения использования стандартного и унифицированного инструмента, а также создания гибких производственных систем (ГПС) в инструментальных цехах (функция АСТПП).
– программной подготовки производства за счет ее автоматизации и автономной отладки программ для станков, роботов и других средств автоматизации (функция АСТПП);
– перевода производства на выпуск новой продукции за счет повышение универсальной структуры производственной системы, т.е. универсальности ее элементов и связей между ними (функция ГПС).
– освоения производства новой продукции за счет высокого уровня унификации конструктивных элементов продукции и типизации технологических процессов, оснастки и программ для станков и роботов (функция ИПК);
– повышения производительности оборудования за счет комплексной автоматизации, оптимизации маршрутов и режимов обработки, концентрации операций, повышения ритмичности и непрерывности производственного процесса при внедрении АСУ, сокращение потерь времени на переналадку и ремонт оборудования, организации, трехсменной работы (функция ИПК);
– прохождения информации по всем подсистемам ИПК за счет создания на предприятии единой системы ЭВМ и отказа от промежуточных графических документов (функция ИПК).
Из анализа рассмотренных выше условий вытекает, что повышение мобильности производства в значительной мере связано с высшей ступенью автоматизации – ИПК. Создание в цехах предприятий отдельных гибких производственных модулей или комплексов, как правило, не достигает нужного эффекта.
Исходя из общих принципов оценки эффективности новой техники, годовой экономический эффект создания ИПК представляет собой экономию приведенных (или полных) затрат на производство продукции в том же количестве и тождественного качества по сравнению с базовым вариантом, т. е. эффектообразующие мероприятия заключаются в изменении способа производства в расчете на одинаковую продукцию. При этом эффект ускорения выпуска новой продукции никак не может быть учтен, в то время как затраты, обеспечивающие его получение, учитываются в общем составе затрат на создание ИПК. Этот эффект формируется только как результат ускорения удовлетворения потребности экономики в новых продуктах улучшенного качества по сравнению с применявшимися ранее для выполнения тех же функций, но морально устаревшими продуктами. Сам эффект замены в производстве устаревших изделии на более совершенные не является результатом внедрения ИПК и поэтому не аддитивен с эффектом создания ИПК, тем более, что заменяемые изделия могли быть произведены на других предприятиях, а их замена так или иначе произошла бы и без создания ИПК. Однако то, что эффект замены изделий будет получен на некоторое время (ΔТ3) раньше, есть прямой результат создания ИПК и, следовательно, должен найти отражение в расчетах показателей его эффективности.
Рассмотрим два случая возникновения и учета этого эффекта.
1. Пусть ИПК создаются для массового быстросменяемого или крупносерийного выпуска изделий, широко используемых в народном хозяйстве. Тогда за счет экономии времени ΔТ3 будет произведено дополнительно, как минимум NгΔТ3 новых изделий (Nг – годовая программа выпуска новых изделий, при условии полного освоения производственных мощностей ИПК, шт./год), которые в течение всего своего срока службы (с учетом морального износа) будут давать эффект замены ими прежних моделей изделий (этими изделиями в отсутствие ИПК снабжались бы предприятия-потребители). Поскольку этот эффект формируется не каждый год, а с периодичностью смены моделей изделий (Тс), то формула учета эффективности повышения мобильности производства может быть представлена в следующем виде:
; (2)
где Э0 – средний экономический эффект замены прежней модели изделия на новую, более совершенную за весь срок ее службы, руб./шт.
Если учесть, что средний срок сменяемости моделей продукции в производстве должен быть равнозначен сроку их морального старения (обычно он короче их физического износа), то формула (1) может быть переписана в следующем виде:
(3)
где Эго – средний годовой экономический эффект замены прежней модели изделия на новую, более совершенную, руб./ год´шт.
Если, кроме ускорения сроков начала производства продукции, учесть также и ускорение процесса ее освоения (Т0) то число дополнительно произведеных ИПК продукции увеличится, что при линейной аппроксимации динамики происходящих процессов может быть учтено следующим образом:
(4)
2. Пусть ИПК создается для единичного или мелкосерийного выпуска продуктов, имеющих ограниченную область применения. Тогда общее число новых изделий (Nr), необходимое для удовлетворения потребности в плановом периоде, будет произведено ИПК на ΔТ3 времени раньше. Более быстрая замена новой продукции вместо морально устаревших моделей обеспечит получение дополнительного годового экономического эффекта, пропорционального значениям ΔТ3 и Эг.о. Формула его расчета будет идентична формуле (3). Если учитывать дополнительно ускорение освоения производства и сокращение длительности производственного цикла продукции ΔТу, а также многономенклатурность ее выпуска, то формула (3) приобретет вид
(5)
Аналогичный учет сокращения длительности производственного цикла в первом случае вряд, ли целесообразен ввиду незначительности этой составляющей вследствие повышения мобильности производства при массовом выпуске продукции. Значительно больший эффект в результате действия этого фактора может быть получен за счет уменьшения вложения средств в незавершенное производство.
Наибольшие практические трудности реализации предложенного метода учета дополнительного эффектами (Эм) связаны с прогнозированием эффекта замены морально устаревших продуктов на новые, более совершенные в то время, когда новых их видов еще не существует.
Рассчитанный с помощью предложенного метода дополнительный годовой экономический эффект повышения мобильности производства суммируется с экономией приведенных (полных) затрат, обусловленной созданием ИПК и определяемой по формуле (5).
Таким образом, экономия приведенных (полных) затрат, рассчитанная относительно выпуска одинаковой продукции, отражает эффект изменения способа производства. Дополнительный эффект, возникающий вследствие ускорения освоения в ИПК производства новой продукции, предлагается сводить к эффекту замены части морально устаревших продуктов на более совершенные. Причем эффект замены изделий относится к ИПК только в той мере, в какой он возникает быстрее, чем до создания ИПК. Основная сложность использования метода состоит в необходимости учета затрат по часто меняющейся номенклатуре продукции и прогнозирования показателей работы ИПК и экономии в результате совершенствования моделей выпускаемой продукции.
Этот эффект достигается за счет внедрения предложенной экономико-математической модели проектирования ИПК в производстве ДСтП, позволяющей перейти на новый уровень применяемых технологий в данной отрасли и принятия оптимальных управленческих решений.
Реферат
Предложена экономико-математическая модель интегральной автоматизации проектирования и производства древесностружечных плит, позволяющая принятие оптимальных управляющих решений при переходе на новые продукцию и технологии.