CC BY
11
ИННОВАЦИИ
ИННОВАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ В УПРАВЛЕНИИ НИОКР ДОВОДКИ МАШИН
Ю.В. ЛАСТОЧКИН, кандидат экономических наук, генеральный директор
И.И. ИЦКОВИЧ, кандидат технических наук, начальник отдела ОАО «НПО «Сатурн» (г. Рыбинск)
Проблемы планирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) по повышению качества продукции в значительной степени связаны с неопределенностью прогноза «капитальные затраты — результаты». Существует риск не получить ожидаемые в процессе доводки машины параметры, понеся при этом все заявленные на НИОКР затраты. Несмотря на индивидуальный характер планирования НИОКР, предполагающий подробную разработку сметы капитальных затрат и календарного плана работ, авторы предполагают, что существует общая закономерность предельной отдачи капиталовложений в доводку машин и других сложных технических систем — экспоненциальная зависимость приближения параметров машины к предельному технологическому уровню, в основном определяемая данным технологическим укладом (комплексом технологических возможностей) исполнителя НИОКР и постепенным снижением предельной отдачи затрат на получение информации в процессе повышения качества изделия.
Причиной постановки задачи получения и исследования производственной функции доводки машины, то есть анализа взаимосвязи капитальных затрат на доводку и соответствующего повышения качества машин, является отсутствие в авиа-двигателестроении современных научно обоснованных нормативов планирования капиталовложений в НИОКР повышения качества продукции.
Отсутствие нормативов для прогнозирования затрат на доводку авиационных двигателей объясняется 15-20-летним перерывом в научном обобщении статистики по прогнозированию трудоемкости производства и себестоимости авиационной про-
дукции, устареванием методик планирования затрат на НИОКР и технологическую подготовку производства, при этом статистические обобщения 20-30-летней давности уже не пригодны для практических приложений в связи с произошедшим изменением технологического уклада экспериментальной базы, технологий производства, цен и структуры производственных затрат.
Таким образом, отсутствие современных статистических нормативов экономического планирования НИОКР доводки машин необходимо восполнить, для чего, в первую очередь, следует опираться на результаты фундаментальных исследований в параллельных областях науки. Для решения задач экономического планирования повышения качества продукции является подход к доводке машин с позиций теории информации. При этом учитывается, что при построении прогнозов стоимостных характеристик НИОКР одним из важнейших требований является представление накопленного опыта в аналитической форме.
Актуальность аналитического исследования эффективности капиталовложений в доводку машин объясняется необходимостью сконцентрировать все виды ограниченных ресурсов отечественного авиадвигателестроения на следующих задачах повышения качества продукции:
— доводка, совершенствование и обеспечение конкурентоспособности базовых двигателей военной и гражданской авиации;
- модернизация ограниченного числа существующих двигателей в целях поддержания обороноспособности страны и выполнения международных требований по уровню экологических характеристик российских авиадвигателей.
Для исследования предложенной экспоненциальной модели планирования НИОКР доводки машин (сложных систем) авторами выполнены ряд работ, первая из них была опубликована в журнале «Экономика и математические методы» (Ласточкин Ю.В., Ицкович И.И., 2002, № 1, с. 132-138). Данная статья посвящена апробации предложенной экспоненциальной модели доводки машин и практическим рекомендациям по ее использованию для прогнозирования предельных затрат на доводку машин, рассмотрены приложения принципов теории информации для решения задач экономического планирования НИОКР по повышению качества машин.
Концепция использования экспоненциальной модели планирования НИОКР для повышения качества продукции
Решение вопроса о возможности доводки машины связано с предполагаемой предельной отдачей капиталовложений в улучшение параметров машины, то есть доводку необходимо прекратить при достижении предельной рентабельности капиталовложений.
Рассмотрим аналитическую модель достижения предельной рентабельности капиталовложений в доводку машины. Обозначив отклонение параметров машины от заданного уровня — В, то есть неупорядоченность системы (в терминах теории информации), воспользуемся известным соотношением (Шеннон К., Математическая теория связи, 1948),
где Н — энтропия, а — постоянная, Вди В — начальная и конечная неупорядоченность системы.
В теории информации мера неупорядоченности системы (В) сопоставляется с понятием энтропии (Н), а количество информации (I) равно уменьшению этой неопределенности.
По определению Шеннона, представим количество информации в виде
Г = Н0-Н = -1п^-, (2)
а В
где / - количество информации;
Н0и Н — начальная и конечная энтропия системы.
Тогда выражение (2) запишем в виде В /Вд =
=ехр (-1а), принимая, что I =— . Последнее озна-
к0
чает, что полученная в ходе доводки информация пропорциональна индексу капитальных затрат на доводку. Откуда получим соотношение качества доводки (В/Вд) и капитальных затрат (К/К) в виде
(В/В) = ехр(-аК/ К). (3)
Коэффициент пропорциональности а в выражении (3) назовем «коэффициентом эластичности доводки машины», он отражает специфику капиталовложений в доводку конкретной машины в определенных технологических условиях.
Поскольку производная экспоненциальной функции (3) равна самой этой функции, то (В/В^' = (В/Вд), следовательно, рентабельность капиталовложений тз доводку равна остаточной недоведеннос-ти машины. По достижении предельной рентабельности г продолжать доводку экономически нецелесообразно, в этой точке волна доводки заканчивается или начинается новая волна, соответствующая большей рентабельности капиталовложений.
Представим процесс доводки в виде графика выражения (3) для а = 1, где В = В/В0, К = К/К0 (рис. 1).
0 1 > > ) 1 1 Технологический предел доводки / > Новая волна /_________!.. л/^ •—-
0 0,368 1 г ---г- 0,1353 V ¡0,05
0 Быстрая 1 доводка Замедление ^ Зона разрыва 3 £
Рис. 1. Относительная недоведенность В и индекс капиталовложений в доводку К машины
На рис. 1 показаны три участка волны доводки в зависимости от скорости изменения показателя В для сумм капиталовложений К . По достижении рентабельности волны доводки г целесообразно начать новую более крутую волну, но для этого необходимы новые технологические возможности.
Апробация экспоненциальной волновой модели доводки
Сравним предложенную авторами волновую модель доводки с принципами капиталовложений в повышение качества авиационных двигателей, реализуемыми национальной программой США в области авиадвигателестроения «1НРТЕТ» (Справочник ЦИАМ, 2000, с. 459).
Таблица 1
Основные цели и этапы программы 1НРТЕТ (США)
Тип двигателя Цена, период и стоимость НИОКР Повышение качества продукции
Этап 1 Этап 2 Этап 3
ТРДД/ТРД Увеличение отношения тяги к массе, % 30 60 100
твд/гтд Увеличение отношения мощности к массе, % 40 80 120
Двигатели одноразового применения (ДОП) Увеличение отношения тяги к расходу воздуха, % 35 70 100
Общая сумма капиталовложений, К Затраты на этап, млн дол. 1 000 1 000 1 000
Период этапа Год начала и окончания 1980-1989 1990-1999 2000-2009
Программа 1НРТЕТ была начата в 1980 г. сроком на 30 лет в целях создания революционных технологий, обеспечивающих надежные характеристики силовых установок новейших истребителей при низкой стоимости их производства и технического обслуживания. Результаты работы по программе 1НРТЕТ внедряются во все области промышленности США, в которых используются газотурбинные двигатели и должны обеспечить конкурентоспособность фирм США на мировом рынке.
В среднем расходы на выполнение программы 1НРТЕТ составляют 100 млн дол. в год.
В табл. 1 приведена относительная недоведен-ность авиационных двигателей по этапам программы 1НРТЕТ и соответствующие капитальные затраты.
Для сравнения предлагаемой модели (3) и данных табл. 1 построим графики при коэффициенте эластичности а = 1 (рис.2).
Примем, что если увеличение отношения тяги к_массе равно 100 %, то остаточная недоведенность Вт = 0. Соответственно, при начальном увеличении отношения тяги к массе 30 % остаточная недоведенность системы равна В =70 %.
По этому принципу построим графики улучшения параметров для трех видов двигателей, реализуемые в программе 1НРТЕТ, а также сравним их с огибающей экспоненциальной волной доводки (3).
На рис. 2 показано, что волна доводки (3) при коэффициенте эластичности а = 1 огибает верхнюю границу программы 1НРТЕТ, закономерно отражая динамику предельной рентабельности доводки по мере ее выполнения.
Оценим поданным программы 1НРТЕТ значение коэффициента эластичности затрат на довод-
ку а^.ввиде
Обозначение К= 1 К =2 К= 3
• - В = ехр (-К) 0,368 0,135 0,05
□ -ТРДД/ТРД В = 0,7 0,4 0
Д -ТВД/ГТД 5 = 0,6 0,2 -0,2
ф -ДОП В = 0,65 0,3 0
-а. =0,356-0,458;
факт. ' ' '
-а. =0,51-0,80;
факт. ' ' у
<МЗ-0,6.
В = ехр(-афакт.К),
афа кт.
(4)
Рис. 2. Сравнение огибающей экспоненциальной модели и плана доводки параметров авиационных двигателей США по программе 1НРТЕТ
По данным табл. 1 и уравнению (3) фактические значения коэффициента эластичности доводки по типам двигателей программы 1НРТЕТ составляют: для ТРДЦ/ТРД,
твд/гтд, доп,
В итоге средний а и =0,5.
Характерно, что фактические значения коэффициента эластичности афакт инвестиций в доводку для программы 1НРТЕТ имеют значения одного порядка, но по мере выполнения этапов программы эластичность капитальных затрат возрастает, что можно объяснить совершенствованием материальной базы доводки и повышением квалификации исполнителей.
На рис. 2 показано, что предложенная волновая инновационная модель (3) в целом адекватно описывает реальные технико-экономические про-
цессы доводки для повышения качества высокотехнологичной продукции, что следует из анализа программы 1НРТЕТ. Вместе с тем, для практических применений волновой модели доводки (3) необходимо задать граничные условия.
Граничные условия волновой модели доводки машины
Было показано, что волновая модель доводки условно разделена на 3 участка (см. рис. 1):
1 -й — К = 0-1, при рентабельности капиталовложений В-В' = 1-0,368 (дляя = 1), участок быстрой доводки;
2-й — К = 1-2, при В= 0,368-0,1353, участок замедлениядоводки; _
3-й ~К = 2-3, при В= 0,1353-0,05, участок медленной доводки и разрыва волны в связи с переходом на более крутую волну доводки. _
Параметр относительной доведенности (В) — определяется по соотношению достигнутого (В) и начального значения критерия качества системы (В,).
Качество системы В может оцениваться по одному или группе параметров, приведенных на квали-метрической шкале в точку, например, методом главных компонент (Ласточкин Ю.В., Ицкович И.И., ЯрГУ, 2001, с. 70) в координатах II 12. Это классический прием кластерного анализа с контролем в координатах главных компонент, расстояния В от текущего до заданного состояния доводимой системы. Чем меньше В, тем ближе система к заданному уровню качества.
Для многофакторной оценки качества доводки В авторами разработан метод расчета конкурентной цены машины по ее параметрам на семействе аналогов. Для этого предварительно рассчитывается регрессионное уравнение «параметры - рыночная цена» по данным аналогам и по нему подстановкой параметров для исходного и доведенного состояний машины, определяются две цены — текущая и доведенная конкурентная цена машины (Ласточкин Ю.В., Ицкович И.И., Загоринский. Наука и промышленность России, 2001, № 12, с. 73). Рассчитанная по регрессионному уравнению конкурентная цена является комплексным критерием качества машины.
Прирост конкурентной цены, получаемый в связи с повышением качества в ходе доводки машины, обозначим в виде
А У= Цена доведенной машины — Цена исходной машины.
Авторы предложили расчетную модель определения конкурентной цены на основе многофакторных
структурных методов и оценку удельного влияния параметров газотурбинных двигателей на их рыночную цену с учетом взаимного влияния параметров. Методический подход с использованием конкурентной цены применим для многих видов продукции и позволяет рассчитывать начальный и конечный уровень критерия недоведенности В как величину разности цен А У—В. Результатом доводки машины является прирост (А У) ее конкурентной цены по сравнению с исходной конкурентной ценой.
Относительная величина капиталовложений в доводку (К). Предельно допустимая сумма капитальных затрат на доводку машины, окупаемых в жизненном цикле производства данной машины, может быть представлена в виде
гк = гкАмТок + АГпгпр(1-ЦП), (5)
где Ам — норматив ежегодных амортизационных отчислений; Ток — расчетный период окупаемости капиталовложений; А У— планируемое повышение рыночной цены доводимой продукции в связи с ростом ее качества; п — число машин, которое предполагается реализовать на рынке за жизненный цикл; г — рентабельность производства; НП - ставка налога на прибыль.
Преобразуя выражение (5) относительно 2Ю получим предельные капиталовложения в доводку машины, окупаемые за жизненный цикл:
АУпгпр(\-НП)
7.к
(6)
(1 -АМТ0К)
На рис. 1 показано разделение экспоненциальной волны доводки на три равных интервала. Капиталовложения на одном интервале принимаем за единицу (К =1), они составляют ; ^¡О^ЗЗ Zr
На практике предельно допустимая сумма капиталовложений 2Кне потребуется, поскольку наступившая низкая рентабельность доводки (для К > 3 она составит В'< 0,05) потребуетшрекратить доводку раньше, чем исчерпается сумма 2К
Коэффициент эластичности доводки (а). В процессе доводки происходит уменьшение относительного параметра недоведенности (В) при одновременном нарастании относительных капиталовложений (К), при этом фактические значения коэффициента эластичности вычисляются по зависи-
мости Офакт. =
ЧпГ
-К
. Подставив значение а, в вы-
факт.
ражение (3) и задавшись предельной рентабельностью капиталовложений в доводку г , прогнозируем предельную сумму капиталовложений в доводку машины по преобразованному выражению (3):
AW = -ЦпВ„)/а .
*-ризр. \1,1^разр.}{ " ■ (7)
Таким образом, выражение (7) показывает, какую предельную величину Ктр, следует планировать на доводку машины в условиях, задаваемых фактическим значением эластичности а. , чтобы
т факт.
получить рентабельность доводки в точке разрыва волны доводки грспр = Вразр .
Предлагаемое ограничение волны доводки точкой минимальной рентабельности г позволяет в
1 разр.
планировании НИОКР своевременно исключить большие капитальные затраты при малой рентабельности капиталовложений, как неоправданные.
Доводка машины до заданных параметров является наиболее сложным и ответственным этапом НИОКР, требующим достаточной квалификации и соответствующей материальной базы. В современных условиях доводка является эмпирическим последовательным процессом поиска часто неочевидных или технологически трудно реализуемых возможностей улучшения параметров машины. В этой связи своевременное прекращение доводки в связи с низкой рентабельностью капиталовложений и необходимостью перехода на новый технологический уровень (разрыв волны доводки), о чем прогнозирует данная волновая модель доводки, является разумным и обоснованным решением.
Поскольку доводка технических систем (машин) составляет до 50 % и более необходимых средств на создание товарного образца, то предварительная оценка рационального предела капитальных затрат на доводку крайне важна для управления НИОКР. Авторами показана обоснованность описания предельной отдачи капиталовложений в доводку машины экспоненциальной функцией, а такжз разработана и апробирована модель разрыва волны доводки машины по достижении предельной рентабельности капиталовложений.
В связи с этим предлагаемая волновая модель доводки, содержащая ряд обоснованных допущений и предварительные результаты ее апробации,
является принципиальным шагом в направлении научного прогнозирования связи «капитальные затраты на доводку — качество продукции», обеспечения управления НИОКР доводки по коэффициенту эластичности капиталовложений, предварительного расчетного обоснования необходимости перехода на новый технологический уровень по достижении предельной рентабельности капиталовложений в доводку.
Авторы полагают, что дальнейшие исследования производственной функции повышения качества машин необходимы в связи с высокой стоимостью доводки и необходимостью управления затратами на НИОКР в различных сферах создания новой техники.
Литература
1. Иностранные авиационные двигатели. ЦИАМ. Справочник,— М.: Авиамир, 2000,— 534 с.
2. Багриновский К.А., Бендиков М.А., Хрусталев Е.Ю. Новое в методологии управления крупными научно-техническими программами в современной экономике/ Препринт # WP/ 98/039.- М.: ЦЭМИ РАН, 1998 - 69 с.
3. Гличев A.B. Экономическая эффективность технических систем,— М.: Экономика, 1971,— 270 с.
А.ДабагянА.В. Оптимальное проектирование машин и сложных устройств.— М.: Машиностроение, 1979. -280 с.
5. Завьялов Ф.Н., Ласточкин Ю.В., Ицкович И.И. Методы стратегического планирования ресурсов машиностроительной корпорации в переходный период,— Ярославль: ЯрГУ, 2001.-190 с.
6. Ласточкин Ю.В., Ицкович И. И. Оценка рентабельности НИОКР и конкурентоспособности машин.— Экономика и математические методы, 2002,— Т. 38, № 1,- С. 132-138.
7. Сарикисян С.А., Головачев Л.В. Прогнозирование развития больших систем.— М.: Статистика, 1975,- 192 с.
8. Браверман Э.М., Мучник И.Б. Структурные методы обработки эмпирических данных. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983,— 464 с.
9. Тодасийчук A.B. Оценка сметной стоимости научно-технических проектов,— М.: ИНИЦ, 2002.— 99 с.
10. Фишер Ф. Проблема идентификации в эконометрии. / Пер. англ.— М.: Статистика, 1978.
11. Формирование технических объектов на основе системного анализа/ В.Е. Руднев, В.В. Володин, K.M. Jly-чанский и др.— М.: Машиностроение, 1991.— 320 с.
