Моделирование финансовых потоков при проведении ремонтов производственного оборудования Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

© A.B. Затонский, M.B. Беккер, 2013

УДК 658.5

А.В. Затонский, М.В. Беккер

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИНАНСОВЫХ ПОТОКОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РЕМОНТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Построена и реализована модель финансовых потоков, возникающих при проведении ремонтов промышленного оборудования, отличающаяся учетом технологической готовности оборудования и возможностью оценки экономических результатов принятия решений в этой области.

Ключевые слова: оборудование, ремонт, моделирование, оптимизация.

Многие авторы уделяют внимание рационализации подходов к планированию технического обслуживания и ремонтов (ТОиР) оборудования, поскольку в обшей стоимости владения и себестоимости продукции затраты на ТОиР составляют сушественную долю. Например, диссертационная работа [1] и расширяющие ее публикации (например, [2]) посвяшены техническим аспектам оптимизации ремонтных циклов за счет определения и учета фактического состояния оборудования, переходу к заблаговременному остановочному ремонту цепочек оборудования, проектированию оборудования с учетом ремонтных требований. Особенно остро вопросы управления состоянием оборудования на основе экономических критериев стоят на предприятиях горно-перерабатываюшей и химико-технологической промышленности, где стоимость основных фондов велика.

Однако упомянутые и другие (например, [3]) публикации не содержат доведенных до реализации математических моделей, позволяюших оценить экономический эффект от тех или иных решений при проведении ТОиР. Данная работа призвана восполнить этот пробел и, в первом приближении, сформировать модель денежных потоков (cash flow) и их накопления с учетом подготовки ТОиР, проведения ремонтов с остановкой оборудования и пусконаладочных работ. Ограничимся моделированием текуших (ТР) и капитальных ремонтов (КР), поскольку техническое обслуживание (ТО, ТО-1 и т.п.) обычно производится без остановки оборудования.

Рассмотрим далее приходную и расходную части подобной модели.

В предельном случае, если не учитывать простои оборудования, не вызванные ТОиР, доход предприятия за счет реализации продукции с момента t1 до момента t2 составит

D( -4) = }5().r(t)dt, (1)

где 5(t) руб/ед. - рыночная стоимость единицы продукции, r(t) ед./год (или

ед./день, не сушественно) - емкость рынка.

При этом предполагается, что технологическая готовность оборудования такова, что оно в состоянии производить г (единиц продукции в год. В целом, если на предприятии имеется Кединиц (или цепочек) оборудования, производящих одинаковую продукцию с интенсивностью гк (¿) , должно выполняться неравенство

г(0< г () = ^Гк О . (2)

к =1

Как и вышеуказанные авторы, примем допущение, что существуют способы идентификации и известен закон изменения готовности оборудования хотя бы линейного вида

Ск (О* 01 - ьек • Г, (3)

где 01 - готовность оборудования после п-го подряд текущего ремонта (п > 0), при этом С0 - готовность после капитального ремонта и Спк < Спк-1, Ь^ - скорость снижения готовности. В качестве допущения можно принять, что:

т

С

1. —1-1 = Ук < 1 - снижение коэффициента восстановления технологиче-Ск

ской готовности при каждом следующем текущем ремонте;

2. при капитальном ремонте достигается начальная готовность оборудования, независимо от того, в который раз КР проводится.

Готовность к-го оборудования (измеряемая косвенно по производительности, шуму, вибрациям, проценту отходов и т.п.) не может быть ниже некоторого критического уровня С™". По готовности (фактическому состоянию оборудования) в некоторых случаях можно определить момент, когда требуется начинать ремонт. В большинстве случаев периодичность ТР А^ и КР А^ определяется документацией на оборудование (устанавливается с учетом регламентированных заводами-изготовителями и проверенных практикой сроков службы изнашивающихся узлов и деталей) и не зависит от готовности. Однако в случае, если какой-то метод контроля состояния оборудования (например, вибродиагностика) указывает, что его готовность стала ниже минимальной, ремонт проводится немедленно.

С экономической точки зрения, возможны два случая. В первом производительность оборудования зависит от его готовности гк (/) = Як ■ Ск (, во втором

производительность оборудования постоянна гк = гк . Для общности объединим их одной формулой

гк (е) = гк - Як . (00 - Ск (0), (4)

где коэффициент пропорциональности Як = 0 если для к-го оборудования производительность от готовности не зависит. Таким образом, уравнение (1) примет вид

В(к -1 ) = ¡s(/)• ш1пI г(/),(/)1 &

к=1 у / (5)

С, (/): СП - Ьек • / > ОШ* • ( )

Расходная часть складывается из следующих составляющих.

1. Затраты на 1-й материал для ремонта /й единицы оборудования Ы ^,

руб/ед.; будем считать, что по АВС-классификации используются только материалы классов А (закупаемые единовременно за заданный промежуток времени до начала работы Д/^. на сумму та] и составляющие примерно 80% по стоимости от всех материалов) и С (закупаемые равномерно с интенсивностью т . в течение производства работ); следовательно,

Ы' = 1Ы и = Iт, (/з - Д/,) +1т, • (/4-/3) • (6)

1 а с

2. Затраты на заработную плату при ремонте /й единицы оборудования Я., руб; динамика интенсивности затрат уточнена ниже.

3. Затраты на эксплуатацию машин и механизмов (ЭММ) при ремонте /й единицы оборудования Х] руб; динамика интенсивности затрат уточнена ниже.

4. Затраты на зарплату за эксплуатацию машин и механизмов У] руб; динамика интенсивности уточнена ниже.

5. Дополнительные по отношению к локальной ремонтной смете затраты (общецеховые, общезаводские и т.п.), выражаемые в процентах от стоимости локальной сметы (И%).

Таким образом, для производства ремонта J единиц оборудования, если для каждой единицы требуется ^ материалов, потребуется произвести затраты в

(7)

Конкретные суммы затрат зависят от вида ремонта (технический осмотр, техническое обслуживание, текущий ремонт и капитальный ремонт), кроме того, их значительная часть производится в тот момент, когда оборудование остановлено и не производит продукцию /3 < / < /4, причем /1 < /3 < /4 < /2 (см. ниже).

В процессе производства, когда оборудование работает, затраты традиционно классифицируют на

1. Условно-переменные В (/) руб/ед. готовой продукции;

2. Условно-постоянные А (/) руб/день. Здесь и далее примем за минимальную единицу времени рабочий день.

В тактической перспективе линеаризуем последние затраты как

В(0 = аь + ЬЬ • I и А( 1) = аа + Ьа • I, ^ < I < ^. Классифицируем затраты по времени на:

1. Затраты, производимые до начала ремонта 71: ^ < I < ^, ^ < ^ (см. рис. 1). Далее все временные интервалы переведем в отношения к промежутку времени производства ремонтных работ ^ < t < ^ , то есть ^ - ^ = 41 • (^ - ^) . Долю затрат обозначим 21: Z1 = z • Z. Примем допущение, что интенсивность

г 2

затрат постоянна и составляет-1— = —---= ¿1 руб/день. К этим затра-

¿з - ta 41 к - Ьз

там относятся, например, зарплата за подготовительные операции, заключение договоров, логистические затраты и т.п.

2. Затраты, производимые после окончания ремонта ^ < t < 1Ь, £ь < . По

аналогии, = г4 • 2 , ^ - t4 = 44 • (¿4 -13) и -— = —--= г4 руб/день.

tЬ - t4 44 t4 - ^

3. Затраты, одномоментно производимые в начале ремонтных работ в момент времени 22 = г2 • 2. Например, затраты на материалы класса А, находящиеся в сравнительной транспортной доступности и поставляемые за то время, пока производится осмотр и дефектовка остановленного оборудования в составе технологической цепочки; доля таких материалов во всей стоимости материалов класса А составляет zA < 1. То есть в момент времени ^ -Аta производится одномоментная закупка на сумму (1 - хА )• та, а в момент времени ^ -одномоментная закупка на сумму хА • та.

4. Допустим, что остальные затраты (закупка остатков материалов класса С, общецеховые и т.п.) производятся за период ^ < t < ^ с постоянной интенсив-

2 22 24 1 г г? г4

ностью г3 =-1-2-- = 2--1-2--.

Ь - tз t4 - ^з

5. Кроме того, для части оборудования необходимо выделить краткий период пусконаладки ^ < t < ^, где ^ < t < ^ , затраты в который производятся с интенсивностью г4, но продукция еще не производится.

В дальнейшем, для определенности, будем обозначать затраты на отдельные фазы текущего ремонта Д.0, а капитального ремонта - 2Л, то же касается интенсивностей.

Состояния: Моменты времени:

±

±=3

Состояния:

ь

е

/

-у-

ё

Рис. 1. Моменты времени н смены состояний при производстве ТР Зависимость интенсивности затрат от времени, руб/день

а

с

4

5

Ь

a

а

Вид затраты ¿30 < t < ¿3 ¿3 < ' < ¿4 ¿4 < t < ¿40

Зарплата Низкая Г Высокая Г Низкая Г4

ЭММ Низкая Х1 Высокая Х3 Нет Х4 = 0

Зарплата за ЭММ Нет у = 0 Высокая у3 Нет У4

По данным о фактических затратах на производство капитального ремонта на ОАО «Березниковский содовый завод» [4],[5], можно сделать вывод, что интенсивности затрат на заработную плату, ЭММ и зарплату за ЭММ по времени качественно изменяются следующим образом (таблица):

Очевидным критерием качества деятельности промышленного предприятия является прибыль:

М % % / К Л

Р( -) = -4)-£-{-ПОД-ХГ()161, (8)

т=1 1 1 \ к=1 /

где М - количество проведенных за <t< ремонтов, каждый стоимостью , или, что то же самое

м ь - 1 е2 - 1 К

Р( -1) = Б(( -1) - X^ - X А, - X в XГ ((), (8')

т=1 1=0 1=0 к =1

где 1 - номер дня в интервале между и , А,. - условно-постоянные затраты в 1-й день, В1 - условно-переменные затраты в 1-й день, г (^) - выработка А-й

цепочки технологического оборудования в 1-й день, далее необходимо учесть полученные выше частные модели.

Задачей оптимального управления последовательностью ремонтов в данном случае будет

Р( Ч - 1 тах (9)

при выполнении условия (2) и У к: Ск > С™".

Вспомогательными задачами, подчеркивающими частные ресурсы управления, являются:

1. Насколько эффективно решение об одновременной остановке всей технологической цепочки на длительный (капитальный) ремонт или же отдельные, короткие (текущие) ремонты оборудования цепочки, во время которых вся цепочка перестает производить продукцию?

2. Насколько эффективно решение о производстве следующего текущего ремонта? Возможно, замена его на капитальный ремонт будет более эффективной за счет повышения готовности оборудования с СП не до СП+1 < СП, а до С0 > СП и, следовательно, увеличения межремонтного пробега?

3. Достаточно ли оборотных средств предприятия для производства очередного ремонта или требуется кредитование, и как оно повлияет на финансовые показатели деятельности (например, на NPV за t1 < t < t2 )?

4. В случае, если для k-го оборудования от ремонта к ремонту наблюдается рост модуля bgk < 0 , то есть оборудование изношено, и ремонты не приносят

желаемого эффекта в смысле восстановления готовности, насколько экономически эффективна его замена вместо капитального ремонта?

Для реализации модели написана программа на языке VBA в пакете MS Excel со следующим укрупненным алгоритмом:

1. Ввод исходных данных (перечень см. выше). Для тестовой программы будем рассматривать ремонт одной единицы оборудования (текущий или капитальный), требующий одного условного материала класса А, закупаемого заранее (стоимостью (1 - zA )• MA ), одного условного материала класса А, закупаемого в момент начала ремонта (стоимостью zA • MA ) и одного условного материала класса С, закупаемого в ходе ремонта (стоимостью MC = гпс • (t4 - t3)), но

предусмотрим в интерфейсе возможность указывать столько материалов и единиц оборудования в составе цепочки, сколько нужно.

2. Пусть начальным состоянием оборудования (день i = 0 ) является момент пуска после капитального ремонта. Перечислим все возможные состояния каждой единицы оборудования:

a. работает (производится продукция, готовность уменьшается);

b. находится в подготовке к текущему ремонту (производится продукция, готовность уменьшается, производятся затраты с интенсивностью z10 руб/день);

c. дата (день) оплаты за материалы класса А для текущего ремонта (1 - qA)• MA0, где MA0 = ^ma для текущего ремонта.

a

d. дата (день) начала текущего ремонта (оборудование остановлено, производятся единовременные затраты Z20 = qA • MA0 );

e. производство текущего ремонта (оборудование остановлено, производятся затраты с интенсивностью z30 руб/день);

f. пусконаладка после текущего ремонта (оборудование остановлено, готовность постоянна, производятся затраты с интенсивностью z40 руб/день);

g. находится в состоянии завершения текущего ремонта (производится продукция, готовность уменьшается, производятся затраты с интенсивностью z40 руб/день);

h. находится в подготовке к капитальному ремонту (производится продукция, готовность уменьшается, производятся затраты с интенсивностью z11 руб/день);

i. дата (день) оплаты за материалы класса А для текущего ремонта (1 - qA) • MA1, где MA1 = ^ma для капитального ремонта.

a

j. дата (день) начала капитального ремонта (оборудование остановлено, производятся единовременные затраты Z21);

k. производство капитального ремонта (оборудование остановлено, производятся затраты с интенсивностью z31 руб/день);

1. пусконаладка после капитального ремонта (оборудование остановлено, готовность постоянна, производятся затраты с интенсивностью z41 руб/день)

m. находится в состоянии завершения капитального ремонта (производится продукция, готовность уменьшается, производятся затраты с интенсивностью z41 руб/день);

3. В течение расчетного дня вычисляется:

a. изменение готовности каждой единицы оборудования Gt(i) = Gt(i-1)-bgk • 1;

к

b. количество произведенной продукции rs (i) = ^ rk (i) ;

k =1

c. цена продаваемой продукции s (i) ;

d. количество проданной продукции (не превышающее ни количество произведенной продукции, ни величину рыночного спроса r (i))

rf (i) = min (r(i), rs (i)) и сумма продажи за день D(i) = rf (i) • s(i);

e. интенсивность затрат z(i) и затраты за день Z(i) = z(i) • 1 • ^ 1 + ;

f. произошло ли изменение состояния оборудования в соответствии с:

i. истечением межремонтного периода для текущего ремонта;

ii. истечением межремонтного периода для текущего ремонта и превышением количества подряд проведенных текущих ремонтов (требуется капитальный ремонт);

iii. снижением готовности оборудования ниже минимально допустимой (требуется текущий или капитальный ремонт);

g. прибыль (или убыток) предприятия за день P(i) = D(i) - Z(i) ;

h. сумма прибыли с момента начала моделирования (выводится в каче-

i

стве результата расчетов) P (i) = ^ P(i) .

l=о

4. Номер расчетного дня увеличивается на 1.

5. Если интервал моделирования пройден (i = t2 - t1), расчет прекратить, иначе п. 3.

Основным недостатком алгоритма применительно к крупным горнопе-рерабатывающим и химико-технологическим предприятиям является то, что отгрузка и продажа на них - события, разнесенные во времени, и эти процессы происходят неравномерно. Однако на подобное усреднение

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 601 651 7С1

% дней

Рис. 2. Ремонтная циклограмма н ее особые точки

(см. п. 3d алгоритма) приходится идти, так как переговорные и сбытовые процессы, графики оплат за приобретенную продукцию имеют, в некотором смысле, вероятностный характер и для нашей задачи являются стохастическим воздействием внешней среды, а не ресурсом управления или измеряемым параметром.

Главный цикл программы увеличивает номер дня на 1, затем переводит систему в новое состояние (если необходимо), затем, в зависимости от состояния, рассчитываются затраты и доходы за день. Результат выводится на отдельный лист. На рис. 2 приведен пример рассчитанной ремонтной циклограммы.

На рис. 2 выделены особые точки: А - начало эксплуатации оборудования, Ск (0) = 100% ; Б - окончание текущего ремонта, начатого в соответствии с

нормативами, и неполное восстановление готовности; В - окончание ТР, начатого до истечения нормативного межремонтного пробега вследствие недостаточной технической готовности, Г - полное восстановление технической готовности вследствие КР.

Описанная модель и реализующее ее программное средство дают возможность экономической оценки решений в области проведения ремонтов оборудования предприятий химико-технологической и горноперерабатывающей промышленности.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Плехов П. В. Оптимальное управление циклами состояния оборудования промышленного предприятия. Автореферат дисс. ... к.т.н.- 2011.

2. Беккер В.Ф., Затонский А.В., Плехов П.В. Управление средствами производства в системе менеджмента качества химической продукции // ГИАБ, 2010.- № 2.- С. 66-72.

3. Бильфельд Н.В. Моделирование и информационное обеспечение системы управления техническим состоянием химико-технологического оборудования. Автореферат дисс. . к.т.н.- 2007.

4. Информационная система поддержки технического обслуживания и ремонтов технологического оборудования. Этап 1, промежуточный. Проектирование информационной системы поддержки техобслуживания и ремонтов ОАО «Березниковский содовый завод» / П.В. Плехов, А.В. Затонский, И.В. Панасюк и др.- Отчет о НИР: № гос. регистрации 01.2.006 07747. Инв. № 02.2.2007 01574.- 2007, 86 с.

5. Информационная система поддержки технического обслуживания и ремонтов технологического оборудования. Этап 3, промежуточный. Проектирование информационной системы поддержки техобслуживания и ремонтов ОАО «Березниковский содовый завод» / П.В. Плехов, А.В. Затонский, М.В. Беккер и др.- Отчет о НИР: № гос. регистрации 01.2.006 07747. Инв. № 02.2.2007 01578,- 2007, 74 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Затонский Андрей Владимирович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, zxenon@narod.ru,

Беккер Марина Вячеславовна — старший преподаватель кафедры экономики, mbekker@bk.ru,

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета.

ГОРНАЯ КНИГА -

«Обушок — 2013»

2013 г. 392 с.

ISBN: 978-5-98672-346-4 Стихи

и прозаическая миниатюра поэтов-горняков России.