CC BY
33
УДК 658.562.62
Т. П. Евсеева, О. Е. Романова, О. В. Газизова
ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА СТАТИСТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
Ключевые слова: оптимизация, конкурентоспособность продукции, метод сравнения, стандартный нормативно - параметрический метод - расчета единичных и групповых показателей, метод
многокритериального ранжирования.
Каждый человек время от времени оказывается в ситуации, когда достижение некоторого результата может быть осуществлено не единственным способом. В таких случаях приходится отыскивать наилучший способ. Однако в различных ситуациях наилучшими могут быть совершенно разные решения. Все зависит от выбранного или заданного критерия. Оптимальный результат, как правило, находится не сразу, а в результате процесса, называемого процессом оптимизации.
Keywords: optimization, competitiveness to product, method of the comparison, standard-whine normative - a parametric method - a calculation single and group factors, method многокритериального ranking.
Each person now and then turns out to be in situations, when achievement of a certain result can be realized not single way. In such events it happens to find the best way. However decision miscellaneous can be absolutely in different situation best. All depend on chosen or given criterion. The Optimum result, as a rule, is found not immediately, but as a result of process, named by process to optimization.
Повышение качества выпускаемой продукции расценивается в настоящее время, как решающее условие её конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках, как один из важнейших факторов роста эффективности производства.
Разработка системного подхода к контролю качества изготовления изделия на одном из предприятий РФ выявила достаточно большой процент (примерно 35) брака продукции [1,2]. Проведенные исследования показали, что главный дефект изделий и основная причина брака - коробление. Установлена прямая корреляционная зависимость между величиной коробления изделия и усадкой материала, т. е. при увеличении процента усадки, увеличивается стрела прогиба (коробление) изделия. Поставлена новая задача - изучение и выбор материала для изготовления изделия, обеспечивающего необходимое качество готовой продукции.
Оптимизация - выбор из всех возможных вариантов использования ресурсов тех, которые дают наилучшие результаты [3]. Часто описывается в виде максимизации целевой функции. Критики оптимизации доказывают, что существует неограниченное число различных способов использования данных ресурсов. Индивиды в действительности выбирают между ограниченным числом возможностей, часто используя грубые "методы проб и ошибок", чтобы одновременно отобрать рассматриваемые возможности и выбрать между ними.
Проблема оптимизации выбора материала возникла в связи с необходимостью обеспечения высокого качества изделий, расширением номенклатуры применяемых материалов и усложнением технологии их обработки; опыта технолога стало недостаточно.
В настоящее время для изготовления исследуемого изделия используется полимер, типа арма-мид ПА СВ 20-ЗАП. Материал является трудногорючим веществом, имеет отличную масло-бензостойкость и стойкость к углеводородным продуктам, которые обеспечивают широкое примене-
ние ПА в машиностроении, автомобильной, пищевой, нефтедобывающей и других отраслях промышленности.
В данной работе поставлена задача, изучив качественные характеристики материалов, отвечающих требованиям к изделию, исследовать их конкурентоспособность. Для этого, рассмотрен ряд материалов одного класса, но разных марок, сравнительные характеристики которых представлены в табл. 1.
Оптимизация выбора материалов производилась применительно к перечню уже выбранных на основании материаловедческого анализа марок, удовлетворяющих требованиям к соответствующим объектам.
В простейшем случае, когда априори ясно, что функционирование объекта однозначно оценивается одним из свойств, для оптимизации выбора материалов достаточно провести сопоставление конкурирующих вариантов (методом сравнения) [3].
Сравнительный анализ марок перечня материалов производится, прежде всего, по определяющим показателям свойств и по стоимости. В ряде случаев представляется целесообразным также дополнительная оценка путем сравнения возможных вариантов по технологичности, дефицитности и экологическим последствиям их применения.
К числу оценочных показателей следует отнести служебные показатели и стоимость материалов во взаимосвязи с их физико-механическими свойствами. Из числа последних выбирается показатели, влияющие на работоспособность объектов. Соответственно этому приведем для примера сравнительную оценку по прочностным характеристикам. С этой целью сопоставим количественные уровни соответствующих показателей, взятых из справочников, ГОСТов и других нормативно-технических документов. Так, полиамид ПА 6-Л-СВ30 по значению прочности при растяжении ^=130 МПа превосходит армамид ПА СВ 20-ЗАП, но плотность у армамида р= 1.5 г/см3 выше, чем у
полиамида ПА 6-Л-СВЗО р= 1.35 г/см3. Для учета этой разницы часто пользуются относительной
(удельной) величиной К- в этом случае для
указанных материалов соответственно получаем
9,83 и 13,12 км (разрушающая длина стержня под действием собственного веса). Полученные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Сравнительные характеристики материалов
Свойство Армамид ПА СВ 20-3АП Мегаамид ПА-СН35 Мегаамид ПА6-СН-30М Мегаамид ПА6-СН-30-2Т Полиамид ПА 6-Л-СВ30 Полиамид ПА 6 210 КС Полиамид ПА 6 ЛФ СВ 35
Физико-механические
плотность, г/см3 1,5 1,40 1,36 1,35 1,35 1,35 1,35
прочность при растяжении, МПА 125 180 135 170 130 118 125
изгибающее напряжение при максимальной нагрузке, МПа 160 260 200 240 240 167 180
модуль упругости при изгибе, МПа 6200 8000 7000 7500 7200 7000 7200
ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза при Т = +23°С, кДж/м2 32 65 55 50 35 25 40
Теплофизические
водопоглощение в воде (230С,24ч),% 1,1 1,1 1,1 1,1 1,2 1,2 1,1
температура плавления, °С 219 220 220 220 250 214 210
температура изгиба при нагрузке 1,8 МПа 190 210 200 200 170 170 200
Технологические
линейная усадка при литье, У % 0,3-0,5 0,3-0,8 0,2-0,6 0,3-0,6 0,4-0,8 0,3-1,2 0,15-0,3
; - - , км 13,12 13,11 10,13 12,85 9,83 8,92 9,45
стоимость, руб/кг 95 90 91 90 130 85 120
С/ар 0,76 0,50 0,67 0,53 1,00 0,72 0,96
Таким образом, сравнительную оценку материалов с различной плотностью надо производить по удельным показателям. Сравнения материалов рассмотрены применительно к прочности. Однако так можно поступать и применительно к другим показателям механических свойств, в частности к модулю упругости. Полезным может оказаться такой подход и к сравнению по физическим свойствам материалов.
Вместе с тем, и такая оценка не является исчерпывающей, потому что при ней не учитывается однородность материала (разброс свойств); она обусловлена технологией производства, как правило, неодинаковой у различных материалов. В целях учета различий в однородности материалов их сравнительная оценка должна производится по критерию, связанному с надежностью изделия. В нашем случае, можно допустить, что разброс свойств одинаков, так как выбранные материалы относятся к
одному классу материалов - полимерам, кроме того, изделие изготавливается методом литья, одним из наиболее технологичных методов и наиболее экономичных.
Итак, при сравнении между собой материалов с одинаковым разбросом свойств ориентируемся на показатели удельной прочности, с учетом их литьевых свойств (усадка).
Стоимость материала в условиях плановой экономики определялась прейскурантом оптовых цен; в условиях рыночных отношений она будет отличаться от указанных цен. Вместе с тем, можно предположить, что соотношение цен в основном останется прежним, и поэтому при выборе материала будем опираться на оптовые цены, считая их условными. Это тем более целесообразно, что методология сравнительной оценки материалов с учетом их стоимости не зависит от ее уровня и соотношения.
Стоимость материалов в сильной степени зависит от технологии их получения, вида и профиля полуфабрикатов. Более полной и объективной будет оценка по стоимости, отнесенной к определяющему показателю свойств (удельная стоимость). В нашем случае, можно использовать в качестве основного показателя качества материала - прочность и усадку.
Как видно, из сравнительных данных таблицы 1, удельные прочностные свойства трех марок полиамида (ПА-СН35; ПА6-СН-30-2Т и ПА6-СН-30М), близки по значениям к базовой марке, чуть ниже. Однако, такой важный показатель, как усадка, ниже всего у материала марки ПА 6 ЛФ СВ 35, она же по стоимости (и удельной) самая дорогая. Удельные стоимости по прочности (стоимость единицы прочности) значительно ниже у полиамида марки ПА-СН35 и ПА6-СН-30-2Т К тому последний из них, имеет более низкие показатели усадки и высокие значения удельной прочности. Таким образом, можно предложить использовать (вместо базовой марки) материал полиамид марки ПА6-СН-30-2Т. Как видим оптимизация материала методом сравнения свойств рассматриваемых материалов, достаточно сложный процесс и не однозначный.
Рассмотрим выбор материалов, определяя их конкурентоспособность методом расчета единичных и групповых показателей (стандартный нормативно - параметрический метод) [4-6], на базе которых определяется интегральный показатель конкурентоспособности.
Экономический смысл интегрального показателя конкурентоспособности заключается в том, что на единицу затрат потребитель получает К единиц полезного эффекта. Если К > 1, то уровень качества выше уровня затрат и товар является конкурентоспособным, если К< 1 - неконкурентоспособным на данном рынке.
Последовательность проведения расчета конкурентоспособности материалов следующая:
На первом этапе выбирается база сравнения. В качестве базы для сравнения служит материал Армамид ПА СВ 20-ЗАП , сравниваемый образец, например, Мегаамид ПА-СН-35.
Далее выделяются наиболее значимые для потребителя критерии. Потребительские параметры включают в себя качественные характеристики товара (усадка, пластичность (модуль упругости), прочность при растяжении, плотность и температура плавления), экономические - цену товара. Значение критерия у базисной модели обозначим РБ, а у сравниваемого образца - Р.
По каждому критерию рассчитывается единичный показатель конкурентоспособности Если увеличение значения критерия влечет за собой
то ч, - " (1) а если снижешь
(2). Так, если для изготовления из-
повышение качества
ние, то = р
делия используется материал с меньшей усадкой (повышается качество), то для расчета единичных показателей по этому параметру следует взять формулу (2), если материал с большей усадкой, то расчет ведется по формуле (1).
Внутри каждой группы критериев производят ранжирование показателей по степени их значимости для потребителя и в соответствии с этим им присваивают вес: аш - для потребительских и аэ1 -для экономических показателей. Причем, суммы показателей должны быть равны:
= (3)
где п и т - количество потребительских и экономических параметров соответственно.
Затем рассчитывается групповой показатель как сводный параметрический индекс конкурентоспособности по каждой группе критериев:
= * в. с (4)
Оэ = (5)
где Агь'Зэ" сводные параметрические индексы конкурентоспособности по потребительским и экономическим свойствам, соответственно.
Интегральный показатель конкурентоспособности (К) рассчитывается по формуле: К = ^
Так как К>1, у материала Мегаамид ПА-СН 35 уровень качества выше уровня затрат и товар является конкурентоспособным (табл. 2).
Таблица 2 - Расчет показателя конкурентоспособности материалов Армамид ПА СВ 20-ЗАП (1) и Мегаамид ПА-СН 35 (2)
к н Материалы ¡3 св ,
ё се и о П 1 Рб 2 Р1 Ранг показате. Вес параметр а ы с к (и ^ св ¿г1
Экономические
С, руб/кг 95 90 1 1 0,84 0,84
Потребительские
У, % 0,4 0,55 1 0,33 0,73 0,24
Е*103, МПа 6,2 8 2 0,27 1,29 0,35
Ор, МПа 125 180 3 0,20 1,44 0,29
Р> г/см3 1,5 1,40 4 0,13 0,93 0,12
Т, 0С 219 220 5 0,07 1,01 0,07
К 1,14
Аналогично рассчитываются сводные индексы конкурентоспособности для всех остальных материалов, значения которых, соответственно, равны: К=1 у базовой марки полиамида ПА СВ 20-ЗАП и у ПА6 210 КС;К =1,14 - у ПА-СН 35; К = 1,09 - у ПА6-СН-30М и ПА6-СН-30-2Т; К =1,25 - у ПА6 Л-СВ 30 и К =1,11 - у ПА6 ЛФ СВ 35.
Как видим из данных таблицы 2 и сводных индексов конкурентоспособности остальных марок полиамидов, все материалы конкурентоспособны. Значения их сводных индексов конкурентоспособности выше, чем у базового материала, или на одном уровне с ним. Самым конкурентоспособным в рамках рассматриваемой группы является Полиамид ПА6-Л-СВ 30, у которого усадка и стоимость больше, чем у базового материала. Поскольку, экономи-
ческий параметр вносит большую весовую долю в критерии, поэтому наиболее конкурентоспособным стал материал, имеющий более высокую цену, что не совсем выгодно для предприятия.
Следует отметить, что нормативно-параметрический метод оценки конкурентоспособности имеет ряд недостатков:
1) во всех случаях предполагается линейная зависимость конкурентоспособности от значения критерия, то есть по всем параметрам эластичность спроса равна 1;
2) не учитывается то, что для некоторых критериев существуют ограничения, объективные или субъективные, при нарушении которых конкурентоспособность товара стремится к нулю;
3) при сравнении нескольких товаров необходимо проведение расчетов для каждой пары в отдельности;
4) сложно устанавливать весовые значения йу, особенно для большого количества критериев;
5) невозможно оценить степень влияния на конкурентоспособность товара факторов, не поддающихся количественной оценке;
6) данным методом рассчитывается конкурентоспособность одного объекта относительно друго-
го, а не уровень конкурентоспособности объекта вообще.
Собственно, указанные недостатки являются и ограничениями применения традиционного метода конкурентоспособности товара. Поэтому для оценки конкурентоспособности материалов нами был применен другой метод - метод решения задачи с помощью многокритериального ранжирования. Этот метод с точки формализации наиболее обоснованный, расчет конкурентоспособности продукции показывает более достоверные результаты.
Литература
1. Н.Б. Иванов, И.Ю. Суркова, Т.П. Евсеева. Вестник КГТУ. 14, 9, с .275-281, 2011. (1998).
2. Н.Б. Иванов, И.Ю. Суркова, Т.П. Евсеева. Вестник КГТУ. 16, 4, с.277-281, 2013. (1998).
3. В.Е. Зоткин. Методология выбора материалов и упрочняющих технологий в машиностроении: учебное пособие. М.: ИД ФОРУМ: ИНФРА- М. 2014. 320 с.
4. Е.А. Горбашко. Менеджмент качества и конкурентоспособности: учебное пособие. Изд-во СПбГУЭФ. СПб. 1998. 207 с.
5. О.Г. Кантор, Л.И. Родионова, Ю.Р. Хакимова. Маркетинг в России и за рубежом. №1. С. 63-77. 2000 (1997).
6. Н.А. Савельева. Управление конкурентоспособностью фирмы. Феникс. Ростов на Дону: 2009. 382 с.
© Т. П. Евсеева - канд. техн. наук, доц. каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, ttxb@kstu.ru; О. Е. Романова - магистр гр.114-М9 КНИТУ; О. В. Газизова - канд. хим. наук, доц. каф. экономики КНИТУ.
© T. P. Evseeva - cand. tehn. sciences, doc. kaf. technologies hard chemical material KNRTU, ttxb@kstu.ru; O. E. Romanova -a master gr.114-M9 KNRTU; O. V. Gazizova - kand. chem. sciences, doc. kaf. economy KNRTU.
