Определение стоимости жизненного цикла сложных технических систем Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОИМОСТИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА СЛОЖНЫХ

ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

LIFE CYCLE COST DETERMINATION OF COMPLEX TECHNICAL

SYSTEMS

Ковалев Алексей Анатольевич,

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение транспорта», Заведующий научно-исследовательской лабораторией «САПР КС»

Уральский государственный университет путей сообщения,

620134, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, д.66 (343) 221-25-27, 8-950-63-77-440 akovalev@usurt.ru, kovalev@k66.ru

Микава Александр Ваноевич

Аспирант кафедры «Электроснабжение транспорта»,

Уральский государственный университет путей сообщения,

620134, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, д.66 (343) 221-25-27, 8-950-63-77-440 stuntman@e1.ru

Окунев Александр Владимирович Инженер научно-исследовательской лаборатории «САПР КС»

Уральский государственный университет путей сообщения,

620134, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, д.66 (343) 221-25-27 saprks@mail.ru

KovalevAlekseyAnatolyevich

Candidate of Engineering Sciences,

Assocate Professor of chair «Electrification of Railway transport»,

Scientific Research Laboratory “Automated Design System of Contact System” (ADS CS) of the Ural State,

UralsStateUniversity of Railway Transport (USURT),

66, Kolmogorovast., Ekaterinburg, 620134, Russia,

Phone: (343) 221-25-27, 8-950-63-77-440 e-mail: akovalev@usurt.ru, kovalev@k66.ru

Mikava Alexander Vanoevich

Postgraduate of chair «Electrification of Railway transport», UralsStateUniversity of Railway Transport (USURT),

66, Kolmogorovast., Ekaterinburg, 620134, Russia,

Phone: (343) 221-25-27, 8-908-31-33-998 e-mail: stuntman@e1.ru

Okynev Alexander Vladimirovich

Engineer; Scientific Research Laboratory “Automated Design System of Contact

System” (ADS CS) of the Ural State

Urals State University of Railway Transport (USURT),

66, Kolmogorovast., Ekaterinburg, 620134, Russia,

Phone: (343) 221-25-27, 8-908-31-33-998 e-mail: saprks@mail.ru

В статье подчеркивается значимость точного определение экономических показателей (стоимость жизненного цикла, полезный экономический эффект, лимитная цена) отдельных элементов сложной технической системы. Точность и скорость расчетов достигаются за счет применения программного продукта «Расчет стоимости жизненного цикла сложных технических систем», разработанного авторами данной статьи. Программный продукт дает возможность заранее определить рентабельностьс коммерческой точки зрения от использования новых образцов техники (опоры, консоли, фиксаторы, зажимы проводов и др.) по сравнению с их аналогами, которые морально и технически устарели.Стоимость жизненного цикла, например, высокоскоростной магистрали, позволит заранее оценить реальную возможность создания подобного рода объекта.

The article stresses the importance of a precise definition of economic indicators (life cycle cost, useful economic effect, limit price) of individual elements of complex technical systems. The accuracy and speed of calculations is achieved through use of the software product « The life cycle calculation of complex technical systems». The software product developed by the authors of this article. The software product provides the ability to pre-determine the profitability of commercial point of view from use ofthe new types of equipment (poles, cantilevers, fasteners, clamps, cables and etc.) in comparison with their analogues, which are morally and technically obsolete. Life-cycle cost, for example, the highspeed railway that will allow to assess in advance the real possibility of creating such an object.

Ключевые слова: стоимость жизненного цикла, опора, программный продукт, сложная техническая система, полезный экономический эффект, коммерческие критерии, инфраструктурный комплекс, система токосъема.

Key words: life-cycle cost, pole, software product, complex technical system, useful economic effect, commercial criterion, infrastructural complex, current system collection.

Введение.Любая техническая система(ТС) требует определенные капиталовложения от момента ее проектирования до утилизации. В некоторых случаях такие затраты достигают до десятка миллиардов рублей. Вложить такие деньги в проект зачастую способны только госкорпорации. Тем не менее, на каждом этапе жизненного цикла (ЖЦ) ТС существуют финансовые риски. Финансировать сомнительные проекты не готово даже государство.

Примером сложных ТС являются вновь создаваемые железнодорожные участки, в частности под высокоскоростное движение. Инициатором такого строительства является государство, но реализовать проект должно ОАО «Российские железные дороги». Из-за указанных выше проблем, созданиетаких объектов планируется производить с применением контракта жизненного цикла. Срок контракта необходимо определять. Он может быть от 3-хдо 40 лет.Для решения этой задачи встает потребность в точном определении стоимости жизненного цикла.

Срок жизненного цикла основных элементов инфраструктурного комплекса системы токосъема (ИКСТ) приведен на рис.1, из которого следует, что для сокращения рисков необходимо индивидуально подходить к расчету СЖЦ каждого элемента ИКСТ[1]. Необходимо так же учесть, что в условиях рыночной экономики само понятие «цена» теряет всякий смысл, так как каждый контракт на поставку оборудования и материалов уникален. В этом смысле цену на оборудование и материалы можно рассматривать

лишь как некий ориентировочный средний уровень, диктуемый в настоящий момент рынком.

35

Рисунок 1 - Срок службы элементов инфраструктурного комплекса системы токосъема

В научно-исследовательской лаборатории «Системы

автоматизированного проектирования контактной сети» (НИЛ «САПР КС») Уральского государственного университета путей сообщения в 2012 году на основе усовершенствованной методики расчета разработан программный комплекс «Расчет стоимости жизненного цикла сложных технических систем» [2]. Автоматизация расчета стоимости жизненного цикла, в частности ИКСТ с учетом, изменяющегося во времени коэффициента дисконтирования, является актуальной задачей.Точное определение показателей экономической эффективности (стоимость ЖЦ, полезный экономический эффект, лимитная цена) отдельных элементов системыдает возможность заранее определить рентабельностьс коммерческой точки зрения от использования новых образцов техники (опоры, консоли, фиксаторы, зажимы проводов и др.) по сравнению с их аналогами, которые морально и технически устарели. Расчет СЖЦ выполняется по следующему алгоритму (рис.2)

Рисунок 2 - Алготритм вычисления стоимости жизненного цикла Стоимость жизненного цикла (СЖЦ)сложных технических систем определяется по методике [2]:

сжц = Цлим+Х(И, + АК, ± Л,) -ау

\=1

(1)

где Цлим- цена приобретения одного элемента системы (первоначальная стоимость), в качестве цены может выступать его лимитная цена, тыс. рублей;

И, - годовые эксплуатационные расходы, тыс.рублей;

АК— сопутствующие единовременные затраты, связанные с внедрением в эксплуатацию, тыс.рублей;

Лг- ликвидационная стоимость элемента системы, тыс.рублей;

а, - коэффициент дисконтирования;

¿-текущий год эксплуатации;

Т - конечный год эксплуатации, который устанавливается в соответствии с техническими требованиями или иной документацией.

Дисконтирование осуществляется посредством введения в расчеты коэффициента дисконтирования аг.

Коэффициент дисконтирования для постоянной нормы дисконтаопределяется из выражения:

а = —1—,(2) (1 + Е*)

где

,-шаг расчетного периода (*= 0,1,2,... Т);

Т- горизонт расчета (продолжительность жизненного цикла);

Е- норма дисконта (ставка дисконтирования).

Опор контактной сети является одним из главных элементов ИКСТ, от срока службы которой зависит надежность всей магистрали [3,4]. При определении СЖЦ, например, опоры контактной сети (КС) железнодорожного транспорта, исходя из сметы на строительно-монтажные работы, становятся известны размеры годовых эксплуатационных расходов, сопутствующих единовременных затрат, ликвидационная стоимость объекта, период жизненного цикла, но расчет лимитной цены и коэффициента дисконтирования выполняется пошагово. Объем расчетовбез использования специальных программных средств значительно увеличивается.

Лимитная цена- уровень цены нового технического средства, рассчитанный на основе изменения его потребительских свойств, улучшения качества, технико-экономических, социальных и экологических параметров по сравнению с техникой - аналогом. Для заказчика лимитная цена является предельно допустимой ценой новых сложных технических систем и определяется с учетом полезного эффекта.

Рассмотрим порядок установления лимитных (предельных) цен:

1.Выбирается базовый элемент ИКСТ, например, железобетонная опора КС,с которой сравнивается новая, современная металлическая опора.

2.Определяется полезный эффект от применения нановых высокоскоростных участков в эксплуатации металлических опор;

З.Рассчитывается лимитная цена (рис.2).

І =

Лимитная '.предельная) цена

_1]

Расчет лимитной стоимости нового технического средства

Коэффициент учета полезного эффекта - Кэ =¡0,7

Полезный эффект - Эп =|1,2 тыс. руб

Коэффициент учитывающий моральный износ - Км =|0,8

Цена единицы базового оборудования - Ц6 Н1'7 тыс. руб

і Расчитать лимитную цену ;| Далее» |

Лимитная цена нового (модернизированного )техничестого средства Цп =|2,2 тыс. руб

Принять и выйти |

Рисунок 2 - Расчет лимитной стоимости нового технического средства На сегодняшний день в России не существует методов, которые позволяли бы производить быстрый и точный расчет лимитной цены ИКСТ, зная его технико-экономические параметры. Определение лимитной (предельной) цены сложной технической системы определяется по формуле:

Цл = ЦБ-Км+Эп Кэ• (3)

гдеЦл- лимитная цена нового (модернизированного) технического средства;

Цб- цена базовой техники с учетом изменения производительности;

Км- коэффициент, учитывающий моральный износ базовой техники. Принимается по экспертной оценке на уровне 0,8-0,9 для технических средств, находящихся в производстве более 20 лет;

Эп- полезный эффект от применения нового (модернизированного) технического средства;

Кэ- коэффициент учета полезного эффекта в цене нового (модернизированного) технического средства.

Коэффициент Кэ дифференцируется в зависимости от новизны, значения и особенностей производства и применения новой (модернизированной) машины. Он должен учитывать коммерческий интерес и потребителя, и производителя техники. Поэтому в каждом конкретном случае его величина может корректироваться по договоренности сторон. При отсутствии необходимых данных, по сложившейся практике, может быть принят равным

0,7.

Верхним пределом цены (ценой безразличия) новой (модернизированной) техники является цена, рассчитанная при значении Кэ =1, то есть весь полезный эффект включается в цену и остается у производителя. Применение такого технического средства в эксплуатации становится экономически нецелесообразным.

Из формулы 5 видно, что для определения лимитной цены необходимо сначала рассчитать полезный эффект (Эп).

Полезный эффект (Эп) сложных технических систем представляет собой стоимостную оценку изменения их потребительских свойств по сравнению с базовой техникой, оказывающих влияние на показатели производительности, надежности и долговечности (рис. 3).

Расчет полезного эффекта осуществляется по формуле:

Эп = Цб • (Кп Кд -1) + ^СС'+ Эс + Эк + Ээ ,(4)

где

Цб- цена базовой техники с учетом изменения производительности; КП-коэффициент учета роста производительности новой

(модернизированной) машины по сравнению с базовой. а— коэффициент дисконтирования;

Эк— эффект от изменения качества перевозок. Могут учитываться такие факторы, как скорость доставки грузов, степень их сохранности, надежность технических средств, безопасность перевозок;

Эс— социальный эффект. Социальными результатами осуществления проекта являются улучшение условий труда работников локомотивных и ремонтных бригад и улучшение состояния их здоровья;Ээ- экологический эффект;

Расчет полезного эффекта

Расчет полезного эффекта

Цена единицы базового оборудования - Цб =[Т,7 Коэффициент учета роста производительности новой техники - Кп =[Т,002070361733Э9 Коэффициент учета изменения срока службы нового оборудования - Кд Цо.8 тыс. руб

Экономия СЖЦ при использовании новой техники - ИСС' =[Т.62037037037037Е-5 Социальный эффект - Эс =[?1 Эффект изменения качеств а перевозок - Эк =| 13 Экологический эффект - Ээ =¡2 тыс. руб

| ¡засчитать полезный эффект! Далее» 1

полезный эффект - Эп = 125,6628318956619 Принять и выйти | тыс. руб

Рисунок 3 - Расчет полезного эффекта от использования новой опоры

Кд— коэффициент учета изменения срока службы новой (модернизированной) технической системы по сравнению с базовой моделью:

к = Т 2 + Е (5)

Кд т + Е ’

где

Т\,Т2- сроки службы базовой и новой (модернизированной) техники соответственно;

АЬСС - экономия стоимости жизненного цикла(СЖЦ) при использовании новой техники по сравнению с базовой без учета прямых

инвестиций в приобретение техники и амортизационных начислений в составе годовых эксплуатационных расходов.

При этом в составе СЖЦ опоры контактной сети необходимо отразить единовременные и сопутствующие расходы на техническое обслуживание и ремонт, то есть экономия нового элемента сложной технической системы определяется из выражения:

ысс'=■£ д и' а, ±1д Ка, .(6)

(=1 t=\

где

ДИ - изменение годовых эксплуатационных расходов при эксплуатации опоры КС в расчете на объем выполняемой ей работы за расчетный период; ДК(— изменение сопутствующих капитальных вложений за срок службы новой опоры КС взамен аналога.

Годовые эксплуатационные расходы определяются исходя из прямых материальных и трудовых затрат, а также расходов на содержание и эксплуатацию опоры контактной сети. В целях сопоставимости расчетов годовые текущие эксплуатационные расходы при использовании новой техники по сравнению с базовой рассчитываются на одинаковый годовой объем работы, выполняемой новым техническим средством.

Поскольку полезный эффект является базой для расчета предельного уровня цен, в составе единовременных затрат не учитываются затраты на приобретение нового (модернизированного) технического средства.

Оценка экологического эффекта основывается на использовании показателя предотвращенного ущерба или минимизации платы за загрязнение окружающей среды.

Социальные и экологические результаты осуществления проекта не всегда можно оценить количественно, но эти расходы являются общественно необходимыми, поскольку ведут к улучшению условий жизнедеятельности людей.

Помимо непосредственного определения стоимости жизненного цикла ИКСТ, необходимо находить оптимальные решения по ее уменьшению. Число неизвестных в задаче оптимизации параметров ИКСТ всегда больше числа уравнений. Оптимальное решение может быть получено для заданного типа подвижного состава, скорости движения, конкретного месторасположения анкерного участка, так как в процессе взаимодействия анкерный участок ведет себя как единое целое. Учитывая конечную скорость распространения колебаний вдоль подвески и ее соизмеримость со скоростью движения ЭПС, можно с полной уверенностью охарактеризовать систему «анкерный участок—токоприемники» как объект с памятью. Последнее означает, что мгновенное значение силы нажатия на любом токоприемнике зависит не только от приложенных в текущий момент сил, но и от состояния системы в предыдущие моменты времени и величин сил в эти моменты времени. Одним из сильных возмущающих факторов является вход токоприемников в переходной пролет анкерного участка. Параметры этого входа зависят от многих местных особенностей. Поэтому оптимальная регулировка различных анкерных участков, расположенных друг за другом по одному и тому же пути, будет различной (даже для одного и того же типа ЭПС). То, что оптимально в одном случае, не станет таковым в другом. Необходимо учитывать вероятностную природу событий: параметры

токоприемников и скорости движения ЭПС, случайный характер внешних нагрузок и разрегулировок. Можно добиться «стохастической» оптимальности, когда оптимальный режим работы (максимальный ресурс, лучшие показатели качества токосъема) будет обеспечиваться для системы в целом с учетом законов распределений случайных величин и функций, описывающих поведение отдельных элементов. Но для каждой отдельной реализации оптимальность может быть никогда не достигнута. Достижение оптимальности можно будет оценить по некоторым интегральным показателям, таким, например, как накопленный износ КП.

Все существующие проекты и конструкции ИКСТ сегодня разрабатываются, по существу, эмпирически, привязка типовых проектов к местным условиям выполняется без учета стоимости жизненного цикла и потребительского эффекта[5]. При выборе оптимального или рационального варианта проектируемой системы токосъема (СТ) может быть два подхода. Задавшись ограничениями на затраты, можно максимизировать коммерческий эффект или, задавшись уровнем коммерческого эффекта, можно минимизировать затраты. СТ не только имеет время восстановления намного меньшее, чем время наработки на отказ, но и время строительства и монтажа намного меньшее срока службы. Для таких объектов оптимизация технического обслуживания и ремонта (ТОиР) требует учета удельных показателей и критериев (если только цель расчетов не промежуток времени, соизмеримый со временем сооружения КС). В соответствии с праксеологическим подходом к оценке потребительской эффективности проектных решений последняя определяется отношением потребительского эффекта, или в нашем случае это разница между коммерческим эффектом до и после /-го УВ к стоимости жизненного цикла LCC.

Использование такого критерия возможно только тогда, когда существует детерминированная или хотя бы стохастическая зависимость обоих показателей от параметров проектируемой КС. Сложность решения задачи заключается в слабой степени формализации таких зависимостей. Рассмотрим возможные пути решения указанной проблемы.

Для нахождения потребительского эффекта необходимо знать потребление ресурсов и прибыль, которые характеризуют участок железной дороги до проведения УВ за исключением всех прочих влияющих факторов (состояние пути или ЭПС и т. д.), не изменяющихся в результате УВ. Потребление ресурсов должно приниматься со знаком минус, прибыль — со знаком плюс. Передача электрической энергии и токосъем сопровождаются безвозвратными потерями электроэнергии и напряжения, в том числе идущих и на борьбу с гололедом. Потери металла КП также безвозвратны, но они

учтены в эксплуатационных расходах. Различные сечения проводов, типы подвесок и другие особенности конструкций КС будут допускать разные скорости движения и вес поездов, что отразится на удельных грузообороте и пассажирообороте.Износовые отказы учтены в эксплуатационных расходах, отказы, вызванные превышениями нагрузок над прочностью из-за экстремальных метеоусловий, отказов ЭПС, крушений поездов, наездов техники на опорные конструкции, вандализма должны учитываться как составляющие коммерческой эксплуатации.

В результате изменения скорости движения поездов изменяется стоимость грузовой массы «на колесах» и пассажиро-часов.

Обоснование стоимости электроэнергии и частей прибыли, отнесенных на КС, средней массы грузового поезда и средней вместимости пассажирского поезда выходят за рамки данной работы. Удельные потери электроэнергии и в проводах КС и потери на плавку гололеда находят по известным методикам. Интенсивность движения поездов определяется мощностями, которые могут быть переданы по проектируемой КС, и скоростями движения, токосъем на которых обеспечивает проектируемая КС.

В рамках рассмотренных методик [6,7,8] приобретение элементов СТ предлагается рассматривать как альтернативу приобретению серийно производимой и эксплуатируемой модели, близкой по техническим и эксплуатационным характеристикам. Определение экономически обоснованной стоимости сложных систем основывается на критериях экономической эффективности. Стоимость жизненного цикла более масштабного проекта, например, высокоскоростная магистраль, позволит заранее оценить реальную возможность создания подобного рода объекта.Поэтому мгновенные, а главное точные расчеты коммерческих критериев, позволяют преодолеть конфликт интересов заказчика и подрядчика.

Заключение.На сегодняшний день вопрос о выборе наиболее оптимального срока контракта жизненного цикла очень актуален. Под

оптимизацией следует понимать самый подходящий для заказчика и подрядчика срок эксплуатации объекта, минимальный объем инвестиций, время на реализацию проекта и качество изделия. Это достигается за счет точных расчетов экономических показателей отдельных элементов, составляющих в комплексе сложную ТС.

Список литературы

1. Дербилов Е.М., Заренков С.В., Ходунова О.А. Повышение качества токосъема в переходных пролетах сопряжений анкерных участков цепных контактных подвесок // Известия Транссиба. - 2012. - № 1. С. 19-27.

2. ГалкинА.Г. Применение контракта жизненного цикла для инфраструктурного комплекса системы токосъема / А.Г. Галкин, А.А. Ковалев, А.В. Микава // Транспорт Урала. - 2012. - № 3 (34). - С. 85-90.

3. Галкин А.Г., Ковалев А.А. Обслуживание опор контактной сети // Транспорт Урала. - Екатеринбург, 2008. - № 1 (16). - С. 60-64

4. Ковалев А.А., Несмелов Ф.С., Лобанова Г.С. Разработка метода расчета наклона опоры контактной сети на основе учета деформационных характеристик грунта// Транспорт Урала. - Екатеринбург, 2010. - № 1 (24). -С. 69-71

5. Томилов В.В. Аркашев А.Е. Повышение надежности работы токоприемников с пневматическими резинокордными элементами в условиях низких температур.// Транспорт Урала. - Екатеринбург, 2009. - № 4. - С. 101-ЮЗ

6. Распоряжение ОАО «РЖД» от 27 декабря 2007г. N 2459р об утверждении «Методики определения стоимости жизненного цикла и лимитной цены сложных технических систем железнодорожного транспорта».

7. Методика расчета экономически обоснованных цен на новые модели подвижного состава и сложных технических систем железнодорожного

транспорта. - М.: Институт проблем естественных монополий, 2009. www.ipem.ru

8. Методика расчета экономически обоснованных цен на грузовые вагоны и комплектующие к ним на основе оценки стоимости жизненного цикла. -М.: Институт проблем естественных монополий, 2011. www.ipem.ru

Bibliography

1. Derbilov E.M., Zarenkov S.V., Hodynova O.A. Improving the quality of current collection in transition crossings of the integration of the anchor sites chain contact suspensions // Proceedings of the TRANS-Siberian railway. - 2012. - № 1. P. 19-27.

2. Galkin A.G., Kovalev A.A., Mikava A.V. Using lifecycle contract for infrastructure complex of current collection system //Transport of the Ural.-Ekaterinburg, 2012. - № 3 (34). - P. 85-90.

3. Galkin A.G.,Kovalev A.A. Maintenance ofoverhead contact system poles/Transport of the Ural. - Ekaterinburg, 2008. - № 1 (16). - P. 60-64

4. Kovalev A.A.,Nesmelov F.S., Lobanova G.S. Design of calculation pole method of overhead systems on the basis of the calculation of soil deformation characteristics// Transport of the Urals. -Ekaterinburg, 2010. - № 1 (24). - P. 6971.

5. Tomilov V.V., Arkashev A.E. Increase of current collectors reliability workwith pneumatic elements in low temperatures.// Transport of the Urals. -Ekaterinburg, 2009. - № 4. - P. 101-103

6. The disposal of «Russian Railways» of December 27, 2007. N 2459р «Methodology for determination of life cycle cost and limit price of the complex technical systems of the railway transport».

7. Calculation methodology of economically justified prices of the new models of rolling stock and complex technical systems of railway transport. - M.: Problemsinstitute of natural monopolies, 2009. www.ipem.ru

8. Calculation methodology of economically justified prices for freight cars and accessories for it on the basis of life cycle costestimation. - M.: Problemsinstitute of natural monopolies, 2011. www.ipem.ru