Экономические основы конструирования машин

Экономические основы конструирования машин

Контрольная работа

Экономические основы конструирования машин

Введение

Задача конструктора состоит в создании машин, полно отвечающих потребностям народного хозяйства, дающих наибольший экономический эффект и обладающих наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями. Главными показателями являются: высокая производительность, экономичность, прочность, надежность, малая масса и металлоемкость, габариты, энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, расходы на оплату труда операторов, высокий ресурс долговечности и степень автоматизации, простота и безопасность обслуживания, удобство управления, сборки и разборки.

В конструкции машин необходимо соблюдать требования технической эстетики. Машины должны иметь красивый внешний вид, изящную, строгую отделку. Удельный вес каждого из перечисленных факторов зависит от назначения машины.

Проектируя машину, конструктор должен добиваться увеличения ее рентабельности и повышения экономического эффекта за весь период работы. Величина экономического эффекта зависит от обширного комплекса технологических, организационно-производственных и эксплуатационных факторов.

1. Понятие экономического конструирования. Главные факторы

экономический конструирование долговечность

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

Экономически конструировать - это не только уменьшать стоимость изготовления машины, избегать сложных и дорогих решений, применять наиболее дешевые материалы и наиболее простые способы обработки. Все это лишь небольшая часть задачи. Главное значение имеет то что экономический эффект определяется величиной полезной отдачи машины и суммой эксплуатационных расходов за весь период работы машины. Ее Стоимость 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 добывается 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

Коэффициент 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:

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

Величина  для машин, работающих по календарному режиму, зависит главным образом от: 1) числа рабочих смен и 2) холостого времени .

При работе в одну, две и три смены средние значения коэффициента

использования соответственно  = 0,2; 0,4; 0,6, при круглогодичной

непрерывной работе  = 0,95 - 1. У машин периодического действия,

например, машины сезонного применения, снижается до 0,05 - 0,1.

Рентабельность

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

Сумма расходов в общем случае складывается из стоимости:

Эи - 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:

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):

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

Суммарный экономический эффект ∑Q за весь период службы машины

(общий доход) равен разности суммарной отдачи ∑От и суммы расходов ∑Р за период службы (в рублях):

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

Выделяя факторы ∑Рм и Ам = C, получаем:

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

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 = а*От, где а - доля стоимости материала и инструмента в стоимости продукции, колеблющаяся в зависимости от профиля продукции в пределах 0,1-0,5.

В таком случае предыдущее уравнение ∑Q приобретает следующий вид:

Накладные расходы принято выражать в долях трудовых затрат:

Нк = b*Тр, где b - фактор пропорциональности, колеблющийся в зависимости от типа и организационной структуры производства в пределах 0,5-3.

Введем эту зависимость в предыдущее уравнение ∑Q, и тогда получаем:

Срок окупаемости

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

где Р - годовые эксплуатационные расходы:

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

Расход на амортизацию за срок окупаемости :

где H - период службы машины (см. стр. 4); C - цена машины (см. стр. 6).

После подстановки значения Aм в выше приведенное уравнение  на стр. 6 получаем:

Коэффициент эксплуатационных расходов

Коэффициент эксплуатационных расходов (k) представляет собой отношение суммы расходов за весь период работы машины к ее стоимости:

Тогда уравнение

,

что на стр. 6

можно представить в следующем виде:

Это процентное отношение стоимости машины к сумме расходов:

Как видно из формулы , коэффициент эксплуатационных расходов возрастает с увеличением долговечности и при больших значениях D может

достигать 50 - 100. Соответственно снижается доля стоимости машины в обшей сумме расходов.

. Зависимость экономического эффекта от долговечности, отдачи и эксплуатационных расходов

Пользуясь формулой

,

можно определить зависимость экономического эффекта от долговечности, отдачи н эксплуатационных расходов.

Экономический расчет, позволяет в каждом отдельном случае определить структуру эксплуатационных расходов, их относительную роль и установить основы рационального с экономической точки зрения проектирования машины. При расчёте следует учитывать динамику изменения эксплуатационных факторов, например вероятного снижения стоимости энергии и материалов с течением времени, уменьшения производительности машины по мере износа. В разных категориях машин влияние различных факторов на экономический эффект может быть иным.

Как общее правило, экономический эффект в наибольшей степени зависит от величины полезной отдачи и долговечности машины. 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.

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.

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 и типоразмером.

Что касается расходов на ремонт, то иногда они поглощают большую часть доходов, приносимых машиной, что делает эксплуатацию машины нерентабельной.

Как известно, 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, которые увеличат экономическую эффективность машины, сократят эксплуатационные расходы и уменьшат стоимость машиностроительной продукции в целом.

.Долговечность и 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 n единиц/год за предшествующее время.

Пример:

Годовой выпуск постоянен и равен 100. Пусть долговечность выпускаемых машин 3 года; машины работают непрерывно, т. е. период их службы равен долговечности. При постоянстве годового выпуска и долговечности оно для любого года численно равно долговечности (n = 3). Следовательно, общая численность действующего машинного парка в каждом году

= D*n = 3*100= 300.

Предположим, что завод-изготовитель увеличивает долговечность машин вдвое. Продолжительность пребывания машин в эксплуатации становится равной D = 6 лет. Численность машинного парка, возрастает и стабилизируется, оставаясь все последующие годы постоянной и равной 600 машинам, т. е. равной произведению новой долговечности на размер годового выпуска:

= D*n.

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.

Если по-прежнему принять D = 3 и n = 0,5, то согласно формуле

 , Н = 6 лет.

Сокращение степени использования машин равносильно уменьшению числа одновременно действующих машин. В нашем случае ( = 0,5). Число одновременно работающих в течение года машин одного года выпуска становится равным 50.

Количество групп машин различного года выпуска, находящихся одновременно в эксплуатации, при исходных допущениях (и = const; H = const) для любого года численно равно периоду службы (Н =6).

Общая численность N годового парка равна произведению срока службы на фактическую численность одновременно работающих машин каждой группы, т. е.

N = H*n*.

Так как , то N = D*n. В рассматриваемом случае N =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.

Рассмотренные случаи относятся к числу простейших. 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.

.Долговечность и 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:

В предположении, что машина отрабатывает полный ресурс

долговечности (H* = D):

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

Число действующих в каждый данный промежуток времени машин:

где n - численность годового выпуска машин с учетом выше перечисленных формул.

Следовательно, суммарный объем продукции, отдаваемый машиной за период ее службы , и годовой объем продукции группы одновременно действующих машин  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 n*h годовой выпуск машин с существенным выигрышем в суммарной стоимости выпуска машин и оплаты труда при общем повышении экономического эффекта.

Заключение

Увеличение полезной отдачи н 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, повышений 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 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.

Основной список используемой литературы

1.  Справочно-методическое пособие “Основы конструирования. Книга 1”, П.И. Орлов, Москва, 1977г.