CC BY
41Рациональная организация быстросменного производства
С.И. Петрушин, д.т.н, проф., Р.Х. Губайдулина, к.т.н., доц., А.В.Лихолат, студент Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета
E-mail: victory_28@mail.ru
Приведен анализ понятий «тип производства» и «коэффициент закрепления операций». Предложена новая методика расчета оптимальной программы выпуска изделий на основе плановой прибыли. В качестве исходного данного при технологическом проектировании рекомендуется принимать оптимальную величину такта выпуска. На основе существующих способов перехода на выпуск нового изделия предложен новый, при котором срок службы производственной базы должен быть равен периоду морального износа изделия. Приведены условия получения максимальной прибыли при этом способе перехода, что является условием организации массового быстросменного производства.
The rational organization of the production of quick
S. Petrushin, D., Professor, R. Gubaidulina, Assoc., A. Liholat, student Yurga Institute of Technology of National Research Tomsk Polytechnic
University Affiliate
The analysis of the concepts of "type of production" and "coefficient of consolidation of operations." A new method of calculating the optimal program of release of products based on the planned profit. As a source in the process of designing the optimum value recommended to take the exhaust stroke. On the basis of the existing methods of transition to the new release of the product provides a new, in which the life of the industrial base must be equal to the period of obsolescence of products. The conditions to maximize profits with this method of transition, which is a condition for the organization of mass production of quick-change.
Введение
В соответствии со сложившейся традицией технологического проектирования критерием выбора того или иного варианта способа обработки и применяемого оборудования служит понятие серийности производства (единичное, серийное и массовое). Согласно стандарту, тип производства выбирается на основе так называемого коэффициента закрепления операций, представляющего собой отношение числа различных технологических операций, подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест, на которых выполняются данные операции. Эта оценка, на наш взгляд, имеет существенный недостаток, а именно: в самом начале технологического проектирования инженеру-технологу неизвестно ни количество операций в технологическом процессе, ни число рабочих мест. Эти значения должны быть им установлены в процессе последующего проектирования, поэтому в назначении типа производства, от которого зависят дальнейшие принципиальные решения, имеется существенная неопределенность.
1. Определение оптимальной годовой программы выпуска изделий
При проектировании технологии изготовления машины в качестве базовых исходных данных фигурирует кроме конструкции изделия и так называемая годовая программа выпуска в штуках. Если конструкторская документация на машину должна быть разработана на предшествующей стадии жизненного цикла изделия (ЖЦИ), то вопрос определения размера оптимальной серии машин или партии изделий остаётся открытым. При плановой экономике, которая существовала в России ранее, программа выпуска назначалась исходя из государственных потребностей и интересов всего населения. С переходом на рыночные отношения в условиях конкуренции эта задача приобретает особую актуальность, так как с одной стороны количество выпущенных и реализованных изделий должно возместить затраты на организацию их производства, а с другой - принести определенную прибыль
собственнику предприятия без перепроизводства этих изделий. Поэтому ошибки в назначении величины программы выпуска в ту, или другую сторону, могут привести к негативным последствиям вплоть до банкротства предприятия.
Проведём анализ производственной программы машиностроительного предприятия на основе так называемых графиков рентабельности [1], которые строятся в координатах «программа выпуска изделий - стоимость» (рис. 1). Общие затраты на выпуск изделий определённого типа Зи складываются из
первоначальных капитальных вложений К, необходимых для организации
производства новых машин, и текущих затрат (себестоимости) на изготовление изделий согласно формулы:
Зи = Ки+Си • Ж, у.е.с., (1)
где С - себестоимость одного изделия в условных единицах стоимости (у.е.с.);
Ж - текущая производственная программа выпуска, шт.
Зависимости (1) соответствует линия общих затрат (см. рис. 1), которая в случае постоянства величины С представляет собой прямую линию.
С другой стороны, общий доход предприятия Д от реализации производимых изделий прямо пропорционален программе их выпуска:
Д = Ци • Ж, (2)
где Ц - продажная цена изделия, у.е.с.
С, у.е.с.
Ки
Ж, шт
Рис. 1. График рентабельности выпуска изделий
При определённом количестве выпускаемых и реализуемых изделий линии общих затрат и общего дохода пересекутся (см. рис. 1). Точка этого пересечения на оси абсцисс имеет следующую координату:
к„
(3)
Ж\ =
Ци - Си
До величины Ж предприятие несёт убытки в связи с необходимостью
компенсацией сделанные к этому моменту общие затраты, а при Ж ^ Ж начинает
получать текущую прибыль. Следует отметить, что получить полную компенсацию абсолютных общих затрат абсолютным общим доходом данное предприятие может только тогда, когда оно произведёт и реализует большее чем Ж количество
изделий, которое обозначим через Ж (рентабельная программа выпуска машин).
В случае прямолинейных зависимостей Зи и Д от программы выпуска имеем
следующее соотношение Жт-п = 2Жг или с учетом выражения (3):
7К
N^ . (4)
mm
Ци - Си
Начиная с величины N^n, рассматриваемое предприятие начнёт получать
абсолютную прибыль, то это значение является нижней границей для определения его производственной программы.
Анализ выражения (4) показывает, что рентабельная программа выпуска определяется разностью между ценой изделия и его себестоимостью, или, что то же самое, прибылью от продажи изделия. Чем больше эта разность, тем меньше Nmm,
и, наоборот, при приближении цены машины к её себестоимости производства резко возрастает рентабельная программа выпуска.
Величина N^n определяет то количество изделий, реализация которого на
рынке позволяет компенсировать общие затраты на их производство. Предприятие начинает получать абсолютную прибыль при N > Nmin, максимизация величины
которой в условиях капиталистического способа производства является глобальной целью. В этой области возникает принципиально важная задача определения максимальной программы выпуска N , после достижения которой данное изделие
снимается с производства. Ключом для её решения должен служить так называемый «моральный износ» машины. Очевидно, впервые это понятие ввёл К. Маркс. В своём труде [2] он пишет: «Но кроме материального снашивания машина подвергается, так сказать, и моральному снашиванию. Она утрачивает меновую стоимость, по мере того как машины такой же конструкции начинают воспроизводиться дешевле или лучшие машины вступают с ней в конкуренцию. В обоих случаях, как бы ещё нова и жизнеспособна ни была машина, её стоимость определяется уже не тем рабочим временем, которое фактически осуществлено в ней, а тем, которое необходимо для воспроизводства её самой или для воспроизводства лучшей машины. Поэтому она более или менее утрачивает свою стоимость. Чем короче период, в течение которого воспроизводится её стоимость, тем меньше опасность морального снашивания...».
Следует отметить, что термин «моральный износ», как и все основные понятия политической экономии, является нечетко определенным. Поэтому в дальнейшем под ним будем понимать календарный период времени начиная от момента выпуска первого экземпляра новой машины до момента снятия данной модели с производства.
Если обозначить через Тм период морального износа изделия в условных
единицах времени (у.е.в.), то максимальную производственную программу можно выразить отношением:
Т
N = —, (5)
max ' (5)
tn
где t - интервал времени, через который производится выпуск изделий (такт выпуска), у.е.в.
На рисунке 1 верхняя линия Nmax ограничивают область абсолютной прибыли, а
нижняя, как это следует из вышеизложенного, она имеет нулевой предел по линии Nmin. Если эти величины известны, то для прямолинейных зависимостей размер
получаемой прибыли П соответствует площади перекрёстно заштрихованной зоны (см. рис. 1). После интегрирования этой области с учётом выражения (4) получена следующая формула для расчёта величины абсолютной прибыли:
П = Nmax [0,5Nmax(^OK] ■ (6)
Анализ выражения (6) показывает, что прибыль предприятия будет возрастать с увеличением Ытах и разницы между ценой изделия и его себестоимостью, а также с уменьшением первоначальных капитальных вложений на организацию производства данных изделий. При этом величина ^тах является наиболее
эффективным средством повышения абсолютной прибыли, так как она стоит в формуле (6) во второй степени.
Однако, как следует из выражения (5), увеличивать ^тах можно либо повышая
период морального износа машины, либо уменьшая такт выпуска изделий. В настоящее время рынок в основном насыщен изделиями того или иного качества и в этих условиях увеличение значения Тм затруднено. Наоборот, конкуренция
приводит к сокращению «морального» срока службы той или иной конструкции изделий. Эту тенденцию отмечал ещё проф. Г.А.Шаумян [3] Подставим выражение (5) в формулу (6):
Т
П = т«
*д
0,5Тм(Ци-Си)-Ки
(7)
Из выражения (7) следует, что при заданном значении периода морального износа машины прибыль машиностроительной фирмы будет обратно пропорциональна такту выпуска изделий. Таким образом, для достижения максимально возможной прибыли в пределах рассмотренных ограничений основным направлением должен служить путь всемерного сокращения такта выпуска изделий. Исходя из цели достижения максимальной прибыли, соответствующее этому такту значения ^тах и будет являться расчётной производственной программой выпуска
изделий.
С другой стороны, неограниченное снижение такта выпуска может привести к перепроизводству данной модели изделия с серьезными последствиями для предприятия-изготовителя. С нашей точки зрения нижний предел такта выпуска должен быть обусловлен плановой нормой прибыли, величина которой обеспечивает преимущество производственной фирмы не только перед конкурентами в этом же секторе рынка, но и перед производителями в других отраслях промышленности с целью предотвращения оттока туда капиталовложений.
Пусть менеджментом предприятия задана норма прибыли А, как отношение величины прибыли к объёму продаж [6], то есть А = П/Д. Тогда с учётом (6) и (2) величина максимально допустимой программы выпуска будет равна
N = 2 (Щи + К) шт
шах ц _ с
' и и
Оптимальная (она же и минимальная) величина такта выпуска изделий, соответствующая этой программе, определится из (5) выражением
и = Тм(Ци _Си), у.е.в. (8)
— 2(Ки + ЦиА) , ' (8)
Это значение должно стать основой для организации технологии производства заданного изделия машиностроения. Для условий функционирования конкретного машиностроительного предприятия значение такта выпуска по формуле (8) должно быть скорректировано с учётом организационных потерь времени, не включаемых в нормированные затраты труда.
2. Обоснование необходимости организации массового быстросменного производства
Проблема «безболезненного» перехода на выпуск нового изделия машиностроения является одной из основных для фирмы-изготовителя, так как от эффективности осуществления этого мероприятия в полной мере зависят
величина вынужденного простоя основного производства и связанные с этим финансовые потери предприятия.
В настоящее время известны несколько способов перехода на новые модели машины [4, 5]: с полной остановкой производства на период реконструкции; параллельный метод перевода; «безостановочный» метод; реинжиниринг в условиях гибкого производства. Эти способы перевода основного производства на выпуск нового изделия имеют один общий недостаток - это стремление организовать новое производство на месте прежней производственной базы. К. Маркс по поводу смены средств производства пишет следующее [2]: «Благодаря прогрессу промышленности в средствах труда совершаются постоянные перевороты. Поэтому они возвращаются не в своей первоначальной форме, а в форме, претерпевшей переворот. С одной стороны, то обстоятельство, что масса основного капитала вкладывается в дело в определённой натуральной форме и должна просуществовать в ней известный срок жизни, служит причиной того, что новые машины и т.д. вводятся лишь постепенно, а потому является помехой быстрому и повсеместному введению усовершенствованных средств труда. Но, с другой стороны, конкурентная борьба, в особенности во время решающих переворотов, заставляет заменять старые средства труда ещё до их смерти новыми средствами труда. Катастрофы, кризисы - вот что главным образом принуждает к такому преждевременному обновлению оборудования предприятий в широком общественном масштабе».
Данное положение было уже детально рассмотрено профессором Г.А. Шаумяном [3]. «Сроки службы техники не всегда определяются её физической долговечностью. Чаще всего они определяются качеством выпускаемой продукции, требования к которому постоянно растут, заставляя модернизировать или вовсе заменять выпускаемую продукцию... Можно сказать, что качество технологических машин определяется тем, насколько с их помощью производят больше, лучше и дешевле. Как видим, качество и массовость входят в противоречие, так как первое требует непрерывно совершенствовать продукцию (быстросменность производства), а второе - постоянство выпуска продукции данного качества. Таким образом, быстросменность производства - это признак, присущий не только мелкосерийному производству, как это принято считать, а характерный признак развития современной техники. необходимо видеть рождение нового вида производства со следующей характеристикой: массовое быстросменное производство...(курсив наш). Эта гигантской трудности задача должна быть решена для того, чтобы автоматизация из рычага технического прогресса не превратилась в его тормоз».
Из п.1 следует, что момент перевода производства на выпуск нового изделия должен совпадать с периодом морального износа Тм выпускаемой машины. Определение величины Тм является важной задачей маркетинговых исследований
рынка, и она должна быть известна до начала производства того или иного изделия, так как по ней рассчитываются оптимальная программа выпуска и объём ожидаемой прибыли [1, 6, 7].
Так что же мешает одновременно со снятием изделия с выпуска полностью обновить производственную базу машиностроительного предприятия? Ответ очевиден - это разные экономически обоснованные сроки службы оборудования, которые, как правило, превышают период морального износа изготавливаемого изделия. Отсюда следует очень важный для стадии изготовления машины вывод: оптимальный срок службы материальной производственной базы, включая оборудование, оснастку и другие средства технологического оснащения, должен быть равен периоду морального износа выпускаемого изделия. Если принять это положение за основу, тогда выработанный в работе [1] подход для стадии эксплуатации машины полностью применим и для оптимизации процесса
её изготовления. С одним лишь различием, которое заключается в том, что под изделием здесь понимается не отдельно взятая машина, а весь комплекс литейного, кузнечно-прессового, металлорежущего, сборочного, подъёмно-транспортного и иного вспомогательного оборудования и оснастки, используемого для изготовления изделий определённой конструкции.
Исходя из изложенного, удельные приведенные затраты на стадии производства должны рассчитываться по формуле [1]:
К
Зпр=СпрГ+-^; ^, (9)
Т +1 у.е.в.
где К - капитальные вложения на строительство и организацию производства новой машины, (у.е.с.); С - коэффициент текущих затрат на обслуживание функционирования производства, уе.с./(уев.)2.
Минимум затрат по выражению (9) должен соответствовать периоду морального износа данной конструкции машины Тм. Тогда из формулы (9) получим
следующие выражения для:
- величины морального износа
Т =
V
Ки ;
; (10)
Спр
- оптимальной величины капитальных вложений в производство
К =С Т2
Ки.опт СпрТм ' (||)
Если подставить (11) в формулу (7), получим выражение для расчёта прибыли машиностроительной фирмы, которая функционирует в соответствии со сформулированным выше принципом оптимального перехода на производство новой машины (полная замена производственной базы в момент смены выпускаемого изделия):
Т
П=тМ 'д
0,5Тм(Ци - Си) - Спр • ТМ
'д
(12)
На рисунке 2 приведены результаты расчётов прибыли по формуле (12) в зависимости от величины морального износа машины и такта её выпуска для следующих условий: цена изделия Ци=1000 у.е.с.; себестоимость изделия
С =800 у.е.с.; коэффициент текущих производственных затрат Спр =10 у.е.с./(у.е.в.)2. Из него следует, что для каждого значения такта выпуска
существует максимум прибыли и соответствующее ему оптимальное значение времени морального износа машины. Если взять производную по Тм от выражения
(12) и приравнять её к нулю, то получим
Ц - С
Т = Ци Си ; у.е.в., (13)
м.опт о р , (!3)
3 • Спр • 'д
то есть оптимальное значение морального износа изделий определённой конструкции при прочих равных условиях обратно пропорционально такту их выпуска. Когда же в качестве исходного данного фигурирует величина Тм, можно
рассчитать оптимальную величину такта выпуска, обеспечивающую максимальную прибыль:
' = Ци -Си ; у.е.в. (14)
^д.опт ~ р ('4)
3 Спр Т м.опт
Заметим, однако, что чем меньше Тмопт, тем меньше величина максимальной
прибыли, которую может получить данное предприятие (см. штриховую линию на рис. 2).
Подставив выражение (13) в (12) и получим формулу для расчёта максимальной прибыли:
_(Ци ~Си)3 ; у.е.с.
П
54. С2 • '4
54 Спр 'д
(15)
Птах,
у.е.с. 40
30
20
10
/
4=0,075 / /0,08\
/ ^Д.09 \
/ .0,10 > \
------- \\
20 40 60 80 100 120 Т, у.е.в.
Рис. 2. Влияние периода морального износа машины и такта выпуска на максимальную прибыль предприятия: Ци = 1000 у.е.с.; С = 800 у.е.с.;
Спр = 10 у.е.с./(у.е.в.)2
В выражении (15) по сравнению с (12) максимальная прибыль Птах также
обратно пропорциональна такту выпуска, но уже не во второй, а в четвёртой степени. Из (15) следует, что для получения максимальной прибыли необходимо: повышать разницу между ценой изделия и его себестоимостью; сокращать текущие издержки производства; уменьшать такт выпуска изделий. Если первые два пути являются традиционными и не вызывают сомнений у предпринимателей, то третий путь повышения прибыли требует более тщательного анализа по ряду причин.
Во-первых, зависимость между тактом выпуска и максимальной прибылью самая интенсивная (в четвёртой степени) и это свидетельствует о том, что наиболее эффективное средство повышения прибыльности предприятия заключено во всемерном снижении такта выпуска. Так из рисунка 2 следует, что при снижении ' в два раза (с 0,15 у.е.в. до 0,075 у.е.в.) максимальная прибыль возросла почти в 16 раз (с 2,9 млн. у.е.с. до 46,8 млн. у.е.с.).
Во-вторых, согласно выражению (13), уменьшение ' автоматически приводит
к возрастанию оптимальной величины периода морального износа машины, который определяется в первую очередь степенью эффективности и конкурентоспособностью конструкции машины.
Таким образом, для обеспечения максимальной прибыли (см. рис. 2), одновременно должны выполняться условия (13) и (14), т.е. должна быть проведена одновременная оптимизация этапа проектирования машины через Тмопт и этапа
её изготовления через ' . Отсюда следует вывод: Конструкция машины
и технология её изготовления тесно взаимосвязаны между собой через максимально возможную прибыль.
Следует отметить, что изложенное выше будет справедливо лишь для производства, построенного на принципе оптимальной замены выпускаемых
изделий. Как практически можно осуществить данный переход на выпуск новых машин без значительных потерь? Для этого, на наш взгляд, производственная база машиностроительного предприятия должна быть разделена на две равноценные части, из которых в данный момент времени функционирует одна, выпускающая традиционные изделия. В это же время во второй части происходит создание и оснащение производства для выпуска нового изделия с заранее определённым тактом выпуска. В момент достижения первой машиной морального износа происходит быстрый переход на выпуск новой машины, а прежнее производство подлежит полному демонтажу с последующей организацией производства более перспективного изделия. То есть на предприятии должны быть одновременно две параллельные производственные базы. Этот вариант позволит успешно разрешить поставленную профессором А.Г. Шаумяном проблему организации массового быстросменного производства.
Для устойчивого функционирования основного производства необходимо создание соответствующей материальной базы вспомогательного производства, основная задача которого заключается в проектировании и изготовлении средств технологического оснащения для производства новой машины. Причем эта работа должна вестись систематически в постоянном режиме, чтобы обеспечить оптимальный переход на выпуск более совершенного изделия. Так как в этой производственной сфере тип производства соответствует единичному и мелкосерийному характеру, то здесь целесообразно широкое применение принципов гибкой технологии. Мощное инструментальное и опытное производство должно служить третьей опорой современного машиностроительного предприятия и обеспечить тем самым устойчивость и высокую рентабельность машиностроения.
Выводы
1. Количество подлежащих изготовлению изделий необходимо рассчитывать на основе плановой прибыли и конкурентного уровня рентабельности предприятия-изготовителя.
2. Основой для проектирования технологии производства машины должна быть оптимальная величина такта выпуска, а не тип производства.
3. С целью быстрого и безболезненного перехода на выпуск новой машины срок службы основного технологического оборудования должен быть равен периоду морального износа выпускаемого изделия.
4. Конструкция машины и её технология изготовления тесно взаимосвязаны между собой. Для обеспечения максимально возможной прибыли предприятия необходимо, чтобы такт выпуска машины соответствовал её периоду морального износа.
Список литературы
1. Петрушин С.И., Губайдулина Р.Х. Организация жизненного цикла изделий машиностроения. - Томск: Изд-во ТПУ, 2012. - 200 с.
2. Маркс К. Капитал. Критика политической экономики. Том 1. Процесс производства капитала. - Л.: Гос. изд. полит. литературы, 1949. - 794 с.
3. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. -М.: Машиностроение, 1973. - 640 с.
4. Петрушин С.И., Губайдулина Р.Х. Оптимизация перехода на производство новой продукции машиностроения. // Вестник машиностроения. - 2011. - №12.
5. Petrushin S.I., Gubaidulina R.K., Grubiy S.V. Optimization of Products Life Cycle // Applied Mechanics and Materials. - 2015 - Vol. 770. - p. 662-669
6. N.A. Saprykina, A.A. Saprykin, Influence of Layer-by-layer Laser Sintering Modes
on the Thickness of Sintered Layer of Cobalt-chromium-molybdenum Powder, Applied
Mechanics and Materials. 1040. - (2014). - pp. 808-811.
