CC BY
109
УДК 65.01
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
И МЕТОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ
Д.В. Воронкина
Рассмотрены экономические проблемы производительного использования конструкционных материалов; рассмотрены методы решения этих проблем.
Ключевые слова: экономические проблемы, конструкционные материалы, производительное использование, производительная способность, методы решения проблем производительного использования.
Оценка материалосберегающего уровня инженерных решений. Взаимосвязь затрат материалов с потребительскими каествами изделий характеризуется показателем удельной материалоемкости, под которым понимается отношение массы того или иного материала, применяемого в изделии, к параметру, характеризующему потребительские свойства продукции. В качестве такого параметра нередко используется производительность или мощность изделия.
Однако эти или подобные по своему содержанию показатели не характеризуют потребительскую ценность изделия за весь период его эксплуатации. Дело в том, что менее материалоемкое с указанной точки зрения изделие может оказаться и менее долговечным, и его суммарный полезный эффект окажется меньшим. Поэтому лучшим показателем потребительских свойств изделия, на наш взгляд, следует считать произведение, например, производительности (мощности) на ресурс изделия. Такой показатель можно измерять в единицах работы (энергии), что делает его привлекательным с точки зрения концепции материалосбережения.
Для оценки материалосберегающего уровня конструкторского решения целесообразно использовать отношение массы изделия к полезному результату его работы. Таким образом, можно оценить удельные затраты материала, примененного в изделии, на единицу производимой им работы.
Эффект в виде уменьшения совокупных затрат в результате использования конструкционного материала с более высокими производительными свойствами можно подсчитать следующим образом:
Эм = (Ма - Мн) • Ап , (1)
где Ма , Мн - удельные совокупные затраты на единицу полезной работы, выполняемой соответственно изделием, изготовленным из аналоговых и новых конструкционных материалов; Ап - полезная работа, производи-
мая новым изделием за весь период его эксплуатации в интересах потребителя.
Условием целесообразности использования нового конструкционного материала будет являться выполнение следующего требования:
Мн < Ма . (2)
Это означает, что использование нового материала в конструкции изделия становится целесообразным, если увеличение затрат на использование конструкционного материала на этапе изготовления изделия будут компенсироваться снижением затрат на этапе эксплуатации изделия и возвращения конструкционного материала в хозяйственный оборот после выбытия изделия из эксплуатации.
Результат от рационального использования конструкционного материала можно усилить за счет учета влияния различных конструктивных факторов. В частности, имеет смысл отыскание такой геометрической формы конструктивных элементов изделия, при которой их масса при сохранении их эксплуатационных свойств была бы наименьшей. Например, при проектировании емкостей различного назначения их необходимый объем можно обеспечить, используя в проектных решениях геометрические тела с разной площадью их поверхности: шар, цилиндр и другие модели. Понятно, что расход конструкционного материала будет зависеть от геометрических параметров конструкции.
В практике конструирования существует достаточно широкий диапазон задач, к решению которых применим указанный выше подход.
Среди практических приемов реализации данного подхода целесообразно указать следующие.
Анализ конструктивной материалоемкости изделия и выявление резервов ее снижения. Исходным моментом анализа является составление номенклатурного перечня изделий, материалоемкость которых предполагается исследовать. В перечень следует включить изделия, затраты, обусловленные применяемыми конструкционными материалами, в производстве которых имеют относительно большой удельный вес в суммарных производственных издержках.
Для каждого из изделий разрабатывается структурно -функциональная карта, в которой указывается элементная структура изделия, приводится характеристика элементов (вес, материал и т.п.), их функциональное значение. При этом функциональное назначение элемента конструкции делится на главное (для выполнения главной функции) и второстепенное (для выполнения дополнительных функций), а каждое из них, в свою очередь, на основное, вспомогательное (например, управляющее) и бесполезное (с точки зрения выполнения главной и второстепенных функций).
Методические рекомендации, разработанные в своё время профессором В.Н. Бабановым, предусматривают следующий порядок анализа конструктивной материалоемкости изделия и его элементов.
В начале определяется эффективность использования ]-го материала, как отношение величины технического параметра, характеризующего главную функцию, к чистому весу ]-го материала в конструкции.
Э = § • (3)
где Эj - эффективность использования ]-го материала в конструкции; П -величина технического параметра (полезный эффект); Вj - чистый вес j-го материала в конструкции.
Далее определяется эффективность использования j-го материала в 1-ом конструктивном элементе в соответствии со структурно-функциональной картой изделия:
_ п-у!-г?! в*
Эл = , (4)
где - эффективность использования j-го материала в 1-ом элементе конструкции; Yi - доля полезного эффекта, приходящаяся на 1-ый элемент конструкции (определяется согласно кинематической схеме или другой принципиальной схеме изделия); Вji - величина расхода j -го материала в 1-ом элементе; п - коэффициент, учитывающий потери полезного эффекта в 1 -ом элементе конструкции.
Любой из конструктивных элементов изделия служит для передачи или трансформации видов энергии (механической, тепловой, световой, электрической, магнитной и т.д.). Зная показатели полезной работы (мощности и ресурса) для изделия в целом, можно определить значение этих показателей для отдельных элементов, а сопоставляя их величину с массой элемента, получить характеристику его материалоемкости (матери-алоотдачи). Сравнивая полученный результат с аналогичной характеристикой изделия, можно сделать вывод об относительной эффективности использования конструкционного материала в данном элементе. Она может быть выше, ниже или одинаковой с эффективностью использования данного материала в изделии в целом.
Оценка конструктивной материалоемкости изделий и их элементов может быть абсолютной и относительной.
Абсолютная оценка показывает степень использования в данной конструкции соответствующих свойств материала. Относительная оценка характеризует, насколько эффективно используется конструкционный материал в данном изделии (конструктивном элементе) по сравнению с аналогом.
Расчет абсолютного показателя материалоотдачи производится следующим образом.
Для конструктивного элемента.
Используя данные чертежа детали: марку материала, массу указания о его состоянии, определяют удельные характеристики свойств материала (5mi), обеспечивающих функциональное назначение i-го конструктивного элемента.
С учетом массы и геометрических параметров элемента рассчитывается его потенциальная функциональная возможность (Фт):
Фт = Smi • m • kyi , (5)
где Smi - удельная характеристика свойств материала по функциональному назначению i-го конструктивного элемента; m - масса данного материала в элементе; kyi - коэффициент, учитывающий влияние геометрических параметров элемента на его функциональную возможность.
Используя характеристики кинематических, электрических, магнитных и других конструктивных связей, определяют величину полезного эффекта (работы), приходящегося на долю анализируемого конструктивного элемента - показатель его фактической функциональной возможности
(ФфО-
Отношение фактического показателя (ФфО к потенциальному (Фп0 характеризует степень использования конструкционного материала в данном элементе по i-му функциональному назначению (ni) - уровень абсолютной материалоотдачи:
п = ™ ■ (6)
Критерием материалоэкономичности конструкции служит равенство:
Ффi = Фт ■ (7)
Из равенства (**) можно определить величину массы материало-экономичной конструкции (m.,):
mэ = -PL^ . (8)
э Smi-kyi v '
Для изделия. Потенциальный функциональный показатель по j -му материалу и i-му функциональному назначению (ФищО рассчитывается следующим образом:
Фи _ с max п „„, /ПЧ
j - Smji • fe=l т j , (9)
где Smjimax - максимальное значение удельной характеристики свойства j -го материала по i-му функциональному назначению изделия; т j - общая масса j -го материала, используемого в изделии по i-му функциональному назначению.
Фактический функциональный показатель ) определяется
техническими характеристиками изделия.
Сопоставляя показатели ( п ) различных элементов, можно указать те из них, в которых имеется избыточность конструкционного материала и, следовательно, возможность снижения материалоемкости.
Практический интерес представляет анализ функциональной полезности конструктивных элементов, входящих в состав изделия, по критерию удельных затрат конструкционных материалов.
Методика анализа функциональной полезности конструктивных элементов по критерию удельных затрат конструкционных материалов базируется на оценке и сопоставлении значимости функций, выполняемых элементами, и затрат на их реализацию.
Каждая отдельно взятая функция рассматривается с позиции ее значимости по отношению к другим функциям анализируемого элемента. Рациональность использования конструкционного материала определяется по величине его удельных затрат на единицу функциональной оценки.
Выбор объекта анализа производится экспертным путем с учетом объема и перспективности выпуска изделия, стоимости и дефицитности затрачиваемых на его изготовление материалов, а также других факторов, например, необходимости выявления резервов снижения массы изделия, сокращения цикла его изготовления, снижения технологической материалоемкости и т.п.
Для выбранного объекта анализа разрабатывается структурная схема конструкции. Схема конструкции разрабатывается путем членения изделия на сборочные единицы, отдельные конструктивные элементы. Схематическая модель изделия должна отражать состав и взаимосвязь его элементов.
Для оценки функциональной целесообразности элементов конструкции строится функционально-элементная модель объекта анализа, примерный вид которой показан ниже.
Элемент Функция
Б1 Б2 ............... Бп
А + + -
Б - + +
В + - +
Представленная выше модель используется для составления перечня функций и их описания, выявления их носителей и отыскания элементов, не участвующих в реализации функции изделия. С этой целью производят разделение функций на главные, основные, вспомогательные, ненужные и вредные.
Под главной функцией понимают ту (или те), которая определяет назначение изделия. Основная функция непосредственно не связана с
назначением изделия и служит для реализации главной функции. Вспомогательные функции способствуют осуществлению основных функций или дополняют их, например, повышая потребительский интерес к изделию.
Под ненужной функцией понимают такие, которые не содействуют выполнению основного назначения объекта, но которые неизбежно осуществляются при выполнении главной, основной или вспомогательной функций. Вредные функции - это те, которые отрицательно влияют на работоспособность объекта.
На начальном этапе анализа сравниваются величины нормативного и фактического параметров конструкции по каждой из функций и ее носителю.
Далее строится функциональная модель и функционально-затратная диаграмма изделия, на основе анализа которой разрабатывают предложения по повышению эффективности использования конструкционных материалов в конкретном изделии.
Эффективность использования конструкционных материалов принято характеризовать различными показателями материалоемкости. Например, технологической материалоемкостью, конструктивной материалоемкостью, эксплуатационной материалоемкостью.
Технологическая материалоемкость зависит от качества и сортамента применяемых материалов. Поэтому растущая потребность в них может удовлетворяться или дополнительным физическим объемом их производства, или эквивалентным ему объемом материалов повышенного качества и улучшенного сортамента.
Важным направлением снижения материалоемкости производства является повышение технологического уровня обработки. Уровень технологии в машиностроении характеризуется структурой заготовок и технологических процессов, коэффициентом использования материала.
Экономически целесообразным можно считать увеличение доли заготовок с максимальным приближением их геометрических форм и размеров к готовым изделиям, поскольку точность заготовок, получаемых в заготовительных процессах, определяет величину технологических отходов материала на всех последующих стадиях его обработки.
Следует отметить, что много металла теряется в результате чрезмерно больших припусков под обработку. Например, увеличение в сортаменте используемой в производстве прокатной продукции доли холоднокатаной стали за счет уменьшения доли горячекатаной приводит к повышению коэффициента использования металла.
Соотношение между стоимостной оценкой затрат ресурсов в производстве и его стоимостным результатом уравнивается величиной прибыли, получаемой предприятием от реализации продукции. Это соотношение достаточно жестко детерминировано и не позволяет произвольно варьировать величинами затрат ресурсов: изменение величины затрат любого из
ресурсов неизбежно повлечет изменение затрат других ресурсов, участвующих в производстве продукции. Другими словами, определенному производственному результату должно соответствовать строго определенное соотношение между потребляемыми в производстве ресурсами. Если это условие не выполняется, то это может означать, в частности, что имеет место избыточное потребление тех или иных видов производственных ресурсов. При этом, чем больше разбалансированность в структуре производственных ресурсов, тем меньше величина прибыли, получаемой производителем продукции.
Описанная выше зависимость между факторами производства и его результатом позволяет решать задачу стратегического управления потоками ресурсов и результатом их производительного потребления. Решение заключается в том, что зная или задав характер изменения результата, например потенциала материальных благ общества, в виде функции:
Еб = ад , (10)
можно определить характер адекватного изменения производительных потенциалов используемых ресурсов.
Первостепенное значение имеет решение вопросов о выборе материальных ресурсов из числа альтернативных, наиболее предпочтительных для рассматриваемых условий производства, а также принципах его организации, обеспечивающих наибольшую эффективность использования всех производственных ресурсов.
Для решения этой задачи можно использовать показатель производительной способности материальных ресурсов, увязав его физический смысл со стоимостной величиной.
С физической стороны процесс достижения результата производства можно представить как процесс, в ходе которого происходит воздействие человека (З) с помощью средств труда (А) на материально-вещественные объекты (предметы труда) (М) таким образом, чтобы, используя уже имеющиеся свойства обрабатываемых предметов, создать продукт с такими свойствами, которые определяют его потребительскую полезность.
Исходя из сказанного, физический результат (Р) производства можно математически выразить следующим образом:
М + А + З > Р . (11)
Знак > говорит о том, что физические затраты факторов производства не могут быть меньше, чем полученный физический результат. Введя в выражение (**) величину физических потерь ресурсов - отходов производства (О), получим равенство, отражающее взаимосвязь натурально-вещественных элементов производства с его натурально-вещественным результатом:
М + А + З - О = Р
Очевидно, что предпочтительным процессом производства является тот, для которого О ^ 0. Чем меньше образуется в процессе производственного использования того или иного ресурс отходов, чем меньше величина О, тем экологически предпочтительнее используемый в производстве ресурс.
С экономической стороны важны не только физические характеристики процесса производства, но и его стоимостные параметры.
Обозначив удельные стоимости факторов производства, потерь и результаты соответственно а, 3, ю, р) и учитывая величину прибыли (П), можем записать стоимостное выражение для процесса производства и его результатов:
^ • М + а • А + з • З - ю • О + П = р • Р . (13)
Отношение в натуральном или стоимостном выражении результата к затратам материальных ресурсов характеризует величину материало-отдачи.
Однако для того, чтобы показать связь материального ресурса с другими факторами производства предпочтительнее использовать показатель производительной способности материала, который отличается от показателя материалоотдачи именно тем, что он учитывает определяемые данным материальным ресурсом расходы труда и его средств на единицу производственного результата.
Обозначив:
См = ^ • М - стоимость материальных затрат;
Са = а • А - стоимость затрат основных фондов;
С3 = 3 • З - стоимость затрат труда;
Со = ю • О - стоимость непроизводительных потерь производственных ресурсов;
Ср = р • Р - стоимость производственных результатов,
получим:
См + Са + Сз - Со + П = Ср , (14)
где (П - Со) = А П - часть прибыли, с учетом непроизводительных потерь.
Тогда доля прибыли, образуемая за счет использования единицы материала конструкции:
А Пм = СР~С1~СЪ - 1 = Пудм , (15)
где Пудм - удельная прибыль, получаемая за счет использования единицы материала конструкции.
Обозначив:
Ср Са Сз = Ппрм , (16)
См
где Ппрм - производительная способность материального ресурса в конкретных условиях его использования, будем иметь:
Пудм = Ппрм - 1 , (17)
или: Пудм = к • Ппрм , (18)
где к = 1 — - коэффициент пропорциональности.
Из выражения (18) видно, что удельная прибыль, получаемая от использования в производстве единицы данного материального ресурса пропорциональна его производительной способности. При этом, чем производительная способность материального ресурса выше, тем больше коэффициент пропорциональности.
Производительная способность материального ресурса тем выше, что следует из выражения (16), чем выше его удельная материалоотдача, тем меньше удельные затраты основных фондов и труда, связанные с использованием в производстве данного материального ресурса.
При решении вопроса о целесообразности использования в производстве того или иного материального ресурса важно учитывать не только его особенности как предмета труда, но и как фактора, воздействующего на среду обитания человека.
Моделирование процессов производительного использования материальных ресурсов. Компоненты и условия процессов преобразования материальных ресурсов в результирующий продукт находятся между собой во вполне определенной взаимосвязи.
Важным вопросом в исследовании этих взаимосвязей является анализ и измерение влияния отдельных факторов на величину конечного результата. В основу решения этого вопроса может быть положено моделирование взаимосвязей между результативным и факторными показателями.
Процесс моделирования, в общем случае, включает следующие этапы:
1. Отбор подлежащих анализу факторов.
2. Их систематизацию.
3. Выявление взаимосвязей между ними.
4. Оценку влияния факторов на величину результативного показателя.
5. Формирование итогового варианта модели, пригодной для последующего практического использования.
Отобранные факторы образуют факторную систему, в которой в целях анализа могут быть использованы определенные признаки систематизации.
На наш взгляд, признаки, характеризующие процесс производительного использования материальных ресурсов как систему взаимодействующих факторов, целесообразно подразделить на следующие группы.
По степени воздействия на результат - на:
- прямые;
- косвенные.
По отношению к результату - на:
- внутренние;
- внешние.
По времени действия - на:
- постоянные;
- переменные.
По характеру действия - на:
- экстенсивные;
- интенсивные.
По характеру оценки - на:
- количественные;
- качественные.
По внутреннему составу - на:
- сложные;
- простые.
По уровню соподчиненности - на:
- факторы первого порядка;
- факторы второго и последующих порядков.
По возможности измерения влияния - на:
- измеримые;
- неизмеримые.
Систематизация факторов и создание факторной системы позволяет выявить их взаимосвязи, взаимодействие и взаимоподчиненность.
Содержание процессов преобразования ресурсов в конечный результат указывает на то, что модель факторной системы должна носить детерминированный характер, признаком которого является наличие достаточно жесткой связи между факторами и результатом. Детерминированную связь в этом случае удобно представить в алгебраической форме.
Упрощенно модель производительного процесса, целью которого является получение прибыли (П) можно представить в следующем виде:
П = Р - С , (19)
где Р и С - результат и затраты, характеризующие данный процесс производства.
В свою очередь, затраты (С) можно представить как совокупность затрат используемых в данном процессе факторов производства:
С = А + М + З +
(20)
где А - затраты основных фондов; М - затраты предметов труда, в нашем случае - конструкционного материала; З -затраты труда, ЕР; - затраты других факторов производства.
Подставив выражение (20) в формулу (19) и поделив каждый член полученного выражения на Р, будем иметь:
(А + М + З + ЕР; + П)\Р = 1 (21)
или:
а + т + г + г + f = 1 , (22)
где а - фондоемкость данного процесса; т - его материалоемкость; г -трудоемкость; г - емкость процесса по другим ресурсам; f - доля прибыли в стоимостном результате производства или его квазирентабельность.
Зависимость (22) наглядно показывает, что единичный результат использования производственных факторов достигается при вполне определенных соотношениях между ними.
Анализируя выражения (19), (20), (21), (22), можно сделать вывод о том, что, если в производственный процесс в силу тех или иных причин вовлекаются некоторые факторы производства в избыточных объемах, чем требует соотношение (22), то это неизбежно приведет к снижению рентабельности производства.
Из соотношений (19) и (20) можно определить величины затрат тех или иных факторов, отвечающие условию (22). Используя эти же зависимости, можно выявить факторы, которые, являясь избыточными в данном процессе, снижают его эффективность.
На практике при решении вопроса о целесообразности использования в производстве того или иного материального ресурса важно учитывать не только его особенности как предмета труда, но и как фактора, воздействующего на среду обитания человека.
Экономически предпочтительность материального ресурса можно оценить с помощью индекса производительной способности. Индекс производительной способности представляет собой отношение показателя производительной способности данного материального ресурса и показателя, принятого за базовый.
Показатель производительной способности материала отличается от показателя материалоотдачи тем, что он учитывает определяемые данным материальным ресурсом расходы труда и других факторов на единицу производственного результата.
Используя выражения (19) и (20), можно найти удельную прибыль по данному конструкционному материалу, то есть прибыль, приходящуюся на единицу израсходованного в производстве конструкционного материала:
Пуд
где
Пудм = П\М = (Р - А -З - ЕБ!) \ М - 1 , (23)
(Р - А -З - ЕРО \ М = Ппрм (24)
- величина производительной способности конструкционного материала для данных производственных условий его использования.
Как уже отмечалось выше (18), прибыль, создаваемая единицей израсходованного в производстве конструкционного материала, связана с его производительной способностью следующей линейной зависимостью:
П^м = к • П Рм •
Отсюда видно, что удельная прибыль, получаемая от использования в производстве единицы того или иного материала, будет тем больше, чем выше его производительная способность.
Для оценки экологической предпочтительности можно использовать индекс экологического уровня материала.
Индекс экологического уровня материального ресурса в производстве представляет собой отношение показателей экологических уровней базового и сопоставляемых ресурсов.
Показатель экологического уровня материального ресурса (Уэлм) представляет собой отношение суммы полезно используемой в продукте и утилизированной частей материального ресурса к объему его расхода в производстве:
Уэлм = (Мп + Му) \ Ме , (25)
где Мп - объем материального ресурса, полезно использованного в продукте; Му - объем материального ресурса, утилизированного в процессе производства; Ме - суммарный объем расхода материального ресурса в производстве.
Основное содержание методики определения экономической и экологической предпочтительности того или иного материального ресурса состоит в том, что для группы сопоставляемых материалов за базовый принимается материал с наибольшим количеством технологических стадий в процессе его использования.
Экономическую предпочтительность материального ресурса определяют по индексу экономической предпочтительности ( 1энп ):
1энп Псм! \ Псмб 5 (26)
где Псм1 - показатель производительной способности 1-го материального ресурса; Псмб - показатель производительной способности материального ресурса, принятого за базовый.
Критерием предпочтительности будет:
1энп = max . (27)
С точки зрения наименьшего воздействия использования материального ресурса на среду обитания человека предпочтительным является тот, для которого:
Уэлм ^ 1 . (28)
Индекс экологической предпочтительности определяется по аналогии с индексом экономической предпочтительности:
1элп Уэлт \ Уэлмб . (29)
Концепция производительного потребления материальных ресурсов, сформулированная профессором В.Н. Бабановым [1, с. 19], и на которую мы опираемся в данной работе, исходит из того, что в условиях реально существующего материального мира общество заинтересовано в эффективном использовании имеющегося в его распоряжении созданного природой ресурсного потенциала. Отсюда вытекает задача сопоставимого измерения потенциала, его изменения в ходе производительных процессов и полученного в итоге результата.
Универсальным измерителем, пригодным для использования в решении поставленной задачи, по мнению профессора В.Н.Бабанова, является энергетическая оценка свойств материального ресурса и конечного результата его производительного потребления. Энергетическая оценка материального ресурса складывается из энергетической оценки естественных потребительских свойств вещества, составляющего его основу, и той энергии в ее разновидностях, которая была затрачена в процессе его производства:
Емр -Еи + Епр 5 (30)
где Емр - энергетическая оценка приобретенных свойств матери-
ального ресурса; Ей - энергетическая оценка естественных свойств исходного вещества; Епр - энергия, затраченная в процессе производства ресурса.
Аналогичным образом через показатели энергии может быть выражен результат производственного потребления материального ресурса - Ер. Отношение Ер\ Емр характеризует способность материального ресурса к обеспечению требуемого в итоге производственного результата. Эта способность, в итоге, определяет цену материального ресурса на рынке. При этом важно иметь в виду, что и производитель, и потребитель заинтересованы в материальном ресурсе с наивысшими потребительскими свойствами.
Полагая, что стоимости первичных ресурсов - Си, присоединенных затрат - Спр и конечного результата - Ср эквивалентны их энергетическому содержанию, можно записать следующее равенство:
Ср \ Си + Спр Ер\ Еи + Епр • (31 )
Анализируя выражение (31), можно придти к выводу о том, что, например, в производстве и применении конструкционных материалов с более высокими потребительскими свойствами действительно заинтересованы как их производители, так и потребители.
Производителю выгодно повышать потребительские свойства конструкционного материала до уровня, при котором стоимость его затрат на повышение потребительских свойств производимого материала будет меньше величины возможного прироста цены конструкционного материала.
Потребитель также заинтересован в получении материального ресурса с лучшими потребительскими свойствами, если возросшая цена материального ресурса компенсируется меньшим объемом его потребления для достижения запланированного результата. Экономическая выгода потребителя при этом заключается также в уменьшении транспортных и складских расходов, а также сокращением затрат труда и его средств.
Конструкционный материал, используемый в изготовлении той или иной конструкции, должен обладать рядом физико-механических свойств, делающих его пригодным с функциональной точки зрения, например таких, как прочность, твердость, теплопроводность и т.п. Кроме того, материал должен обладать определенными технологическими свойствами, например, пластичность, сопротивление резанию и т.д.
Каждое из упомянутых выше свойств определенным образом влияет как на результат использования материала в изделии, так и на величину затрат, связанных с достижением этого результата:
Р=Р(И) , (32)
С=ОД) , (33)
где: Р,С - соответственно результат и затраты, связанные с использованием материала; И - параметр, характеризующий 1-ое свойство материала.
В территориальной подсистеме также содержатся резервы, которые можно выявить, анализируя аналогичные по виду взаимосвязи между Р, С и
и,
Эффективность затрат (Э) можно оценить следующим образом:
Э = Р1\С1 • (34)
Повышение эффективности использования конструкционного материала можно оценить величиной ее прироста (ЛЭ):
A3 = Эс - 3,
(35)
где Эб - эффективность использования конструкционного материала в базовом варианте, например, существующем варианте; Эс - эффективность использования конструкционного материала в сопоставляемом варианте, например, предполагаемом к внедрению.
Из (34) следует, что A3 будет положительным, если темп роста результата (Кр = Рс\Рб) будет выше темпа роста затрат (Кс = Сс\Сб), то есть:
Кр > Кс . (36)
Отсюда вытекает условие, при котором использование нового конструкционного материала взамен применяемого, будет оправданным:
Рс > Сс • Эб . (37)
Очевидным является и то, что существенное значение для повышения эффективности использования конструкционных материалов имеют выявление и реализация резервов снижения их затрат как в процессе производства, так и на стадиях его конструкторской и технологической подготовки. При этом необходимо иметь в виду, что целесообразность, методы и результат реализации резервов снижения затрат во многом определяются длительностью периода, в течение которого эти резервы могут быть реализованы, и величиной адекватных этим резервам альтернативных затрат.
Целевая функция и граничные условия задач производительного использования нового конструкционного материала можно выразить следующим образом:
I Сс = min, (38)
при условии: Смс < Смб, I Сс < I Сб, Qc = Об,
где Сс - затраты, обусловленные использованием конструкционного материала в сопоставляемом (новационном) варианте; Сб - затраты, обусловленные использованием конструкционного материала в базовом (существующем) варианте; Смс - затраты конструкционного материала в сопоставляемом варианте; Смб - затраты конструкционного материала в базовом варианте; Qc,Q6 - объемы производства изделий в сопоставляемом и базовом вариантах.
Наиболее существенными резервами снижения затрат и повышения эффективности использования конструкционных материалов являются конструктивные, технологические и организационно-управленческие резервы.
Для оценки материалосберегающего уровня конструкторского решения целесообразно использовать отношение массы изделия к полезному ре-
зультату его работы. Таким образом можно оценить удельные затраты материала, примененного в изделии, на единицу производимой им работы.
Эффект сбережения материальных ресурсов (Эм) в результате производства новых изделий с лучшим по сравнению с аналогом соотношением "удельные затраты материалов - результат эксплуатации" можно подсчитывать, используя равенство (1).
Удельный эффект сбережения в этом случае будет:
Эмуд = Эм\ Ан = (Ма - М) > 0 • (40)
С учетом того, что удельные затраты материалов в общем случае складываются из затрат материалов в процессе производства (Мп) и в процессе эксплуатации (Мэ) изделия, имеем:
(Мпа + Мэа ) - (Мпн + Мэн) > 0 (41)
или
(Мпа - Мпн ) + (Мэа - Мэн) > 0 , (42)
т.е.
Л Мп + Л Мэ > 0 , (43)
где Л Мп - сокращение затрат материалов в процессе производства изделия; Л Мэ - сокращение затрат материалов в процессе эксплуатации изделия.
Тогда имеем:
I - Л Мп | < | Л Мэ | • (44).
Неравенство (45), по сути, выражает интегральное условие целесообразности использования нового конструкционного материала в изделии: увеличение затрат, связанных с использованием новых конструкционных материалов в производстве изделия, должно компенсироваться снижением затрат на поддержание ресурса изделия в процессе его эксплуатации.
С точки зрения эффективности использования конструкционных материалов, под которой понимается отношение результата использования к затратам, которые имели место в процессе достижения этого результата, важно не только снижать натуральные затраты того или иного материала, но добиваться снижения всех других возникающих на пути движения этого материала по звеньям очерченной выше цепи.
На каждом из этапов движения материала можно отыскать неиспользуемые возможности - локальные, реализуемые на данном этапе, резервы снижения затрат материалов и повышения эффективности их использования. Однако с точки зрения суммарных для системы, в которой осуществляется последовательное преобразование исходного материала в готовое изделие, результата и затрат важно располагать инструментом, с помощью которого можно принимать управленческие решения, касаю-
щиеся выбора предпочтительного варианта использования материала с учетом особенностей всех звеньев, образующих систему.
На наш взгляд, рассматривая систему как совокупность звеньев, объединенных целью изготовления продукции и движением материальных потоков, например, конструкционных материалов, необходимых для достижения цели, модель выбора предпочтительного варианта решения можно сформировать следующим образом.
В системе для изготовления к (к = 1, г) видов конструктивных единиц могут быть использованы конструкционные материалы ф 0 = 1, т) видов по 1 (1 = 1, п) технологиям.
Общее количество конструктивных единиц, например изделий, (К), как и количество конструктивных единиц к-го вида (Кк) известно из плана производства и составляет:
г
N = I К . (45)
к=1
Каждая конструктивная единица к-го вида может быть изготовлена из ф-го конструкционного материала по 1-ой технологии. Количество конструктивных единиц к-го вида, которое может быть изготовлено из ф-го конструкционного материала по 1-ой технологии обозначим Кф, тогда:
т п
Кк = I I Ккл . (46)
Ф=1 1=1
Известен из технической документации удельный расход ф-го конструкционного материала по 1-ой технологии для конструктивной единицы к-го вида ^0. Суммарный расход ф-го конструкционного материала, используемого по любой 1-ой технологии не должен превышать заранее известной и определяемой технической документацией величины Б^, характеризующей потребность в этом материале:
т п
I I Кф • Вкл < Б^ . (47)
Ф=1 1=1
Количество изготавливаемых конструктивных единиц не может быть отрицательным:
К* > 0 . (48)
Каждая 1-ая технология характеризуется удельными затратами на переработку единицы ф-го конструкционного материала (с^).
Общую сумму затрат (С), обусловленных изготовлением Кк конструктивных единиц из ф-го конструкционного материала по 1-ой техноло-
гии, можно определить следующим образом: m
n
С = 11 Nkji • gkjl • Cji . (49)
j=1 i=1
Минимизируя выражение (50) как целевую функцию и вводя ряд допущений, в частности, полагая, что технологические маршруты движения материальных потоков могут рассматриваться как транспортные маршруты, введя при необходимости фиктивного потребителя материалов, получаем, в итоге, модель минимизации затрат:
m n
С = 11 Nkji • gkjl • с^ ^ min , (50)
j=1 i=1
для реализации которой необходимо соблюдение условий (46), (48), а также условия о том, что запасы конструкционных материалов, поступающих в систему (Akj), достаточны для удовлетворения существующей в ней производственной потребности (B kj):
m n
I I Nkji • gkji = Akj = B*kj , (51)
j=1 i=1
где B*kj = Bkj - B* ; B* - потребность в j-м конструкционном материале фиктивного потребителя.
Апробация модели (51) в решении задачи выбора предпочтительного варианта использования конструкционного материала из нескольких вариантов сочетаний материалов и технологий подтвердила возможность применения сформированной выше модели для решения задач подобного типа.
Методы решения прикладных задач управления производительным использованием конструкционных материалов
В качестве одного из методов решения прикладных задач управления производительным использованием конструкционных материалов можно предложить метод, в основу которого положена приведенная в данной работе зависимость между соотношением удельных характеристик использования факторов производства и его единичным результатом (22):
a + m + t + г + f= 1 ,
где a - фондоемкость данного процесса; m - его материалоемкость; t -трудоемкость; г - емкость процесса по другим ресурсам; f - доля прибыли в стоимостном результате производства или его квазирентабельность.
Используя зависимость (22), можно определить, какие из вовлекаемых в производственный процесс факторов недостаточны или избыточны с точки зрения обеспечения рентабельности производства.
Применение методов линейного программирования для решения задач управления производительным использованием конструкционных материалов. Задачу производительного использования ресурса можно сформулировать следующим образом.
Для изготовления нескольких видов продукции Рь Р2,..., Рп используют т видов ресурсов Sl, 32,..., 8т. Это могут быть различные материалы, электроэнергия, полуфабрикаты и т.п. Объем каждого вида ресурсов ограничен и известен (Ьь. Ь2, ..., Ьт).
Известно также (i = 1, 2, ..., т, j = 1, 2,..., п) - количество каждого 1 - го вида ресурса, расходуемого на производство единицы j - го вида продукции. Кроме того, известна прибыль, получаемая от реализации единицы каждого вида продукции (с1, с2,..., сп),
Условия задачи можно представить в виде следующей таблицы.
Таблица 1
Условия задачи
Производительное свойство ресурса Объем ресурсов aij
P1 P2 Pn
S 1 b1 a11 a12 a1n
S2 Ь2 a12 a22 a2n
S^ bm am1 am2 amn
Прибыль C1 C2 Cn
Пусть Xj (j = 1, 2, ..., n.) - количество каждого вида продукции, которое необходимо произвести.
Для первого ресурса имеет место неравенство-ограничение:
a11 х1 + a12 х 2 + ... + a1n Xn >= b1 .
Аналогичные неравенства будут и для остальных видов ресурсов. Следует учитывать также, что все значения Xj > 0, j = 1,2,..., n. В этом случае задача производительного использования ресурсов может быть записана в следующем виде:
Z(X) = c1 х1 + с2х2 +... + спхп ^ max,
a11 X1 + a12 х 2 + ... + a1n Xn <= b1 a21 X1 + a22 X 2 + ... + a2n Xn <= b2
am1 X1 + am2 X 2 + . + amn Xn <= bm
Xj >= 0, j = 1, 2, ..., n. 377
Решение записанной в таком виде задачи может быть найдено методами линейного программирования. Подобными методами могут быть решены и другие задачи производительного использования конструкционных материалов. Например, задачи составления набора компонентов нового конструкционного материала.
Допустим, требуется составить набор компонентов конструкционного материала так, чтобы общая стоимость использованных компонентов была минимальной. При этом конструкционный материал должен обладать определенными свойствами, сообщаемыми ему компонентами.
Каждый компонент добавляет в конструкционный материал определенную комбинацию свойств. Известна цена единицы веса каждого компонента.
Пусть имеются п различных компонентов Рь Р2,..., Рп и перечень из необходимых свойств Sl, 32,..., 3т. Обозначим через а^ содержание (в весовых единицах) i - го свойства в единице j - го компонента, а через Ь - минимальную единичную конструктивную потребность для производства изделия в i - ом свойстве. Через Xj обозначим количество каждого вида компонента, необходимого для производства единицы продукции. Очевидно, что Xj >= 0.
Условия задачи можно представить в виде таблицы 2.
Таблица 2
Условия задачи составления набора компонентов конструкционного материала
Свойства/компоненты Р1 Р2 Рп Конструктивная потребность
31 а11 а12 а1п Ь1
32 а12 я:: а22 я2П Ь2
ат1 ат2 атп Ьт
Стоимость единицы компонента С1 С2 Сп -
Для первого свойства вещества неравенство-ограничение примет вид:
ап х1 + а12 х 2 + ... + а1пхп >= Ь . (52)
Аналогично запишутся неравенства и для остальных свойств. Общие затраты, связанные с использование данного конструкционного материала можно найти на основе решения следующих зависимостей:
Z(X) = ci Xi + с2х2 +... + cnxn ^ min, aii Xi + ai2 x 2 + ... + ain Xn >= bi a2i xi + a22 x 2 + ... + a2n Xn >= b2
ami xi + am2 x 2 + . + amn xn >= bm
Xj >= 0, j = 1, 2, ..., n.
Задача, условие которой записано в вышеприведенной форме, успешно может быть решена методами линейного программирования.
Рассмотренные выше методы решения задач, связанные с производительным использованием конструкционные материалов, не является единственными. В этой связи, в частности, следует упомянуть о векторном методе. Целью решения задач с применением этого метода является накождение положения в многомерном пространстве, заданном свойствами материала и формируемыми им экономическими параметрами, вектора свойств конструкционного материала по отношению к векторам, xаракте-ризующим экономические параметры процесса производительного использования того или иного конструкционного материала.
Список литературы
1. Бабанов В.Н. Качество жизни: ресурсные и управленческие факторы его повышения. - Тула: Левша, 1995. - 144с.
2. Бабанов В.Н., Воронкина Д.В. Управление переменными факторами производства. - М.: МАП, 2006.- 195с.
Дарья Владимировна Воронкина, доцент, (8-910) 946-08-25, voron-kin@yandex.ru, Россия, Тула
ECONOMIC PROBLEMS OF THE PRODUCTIVE USE OF STRUCTURAL MATERIALS
AND METHODS FOR THEIR SOLUTION
D.V. Voronkina
Considered the economic problems of the productive use of structural materials; methods of solving these problems.
Keywords: economic problems, structural materials, efficient use of capacity, methods of solving problems ofproductive use.
Darya Vladimirovna Voronkina, Associate Professor, (8-910) 946-08-25, voron-kin@yandex.ru, Russia, Tula
