ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ И РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 621.9.047

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ И РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

О.В. Скрыгин, А.В. Мандрыкин, В.П. Смоленцев Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия

Аннотация: обоснована технико-экономическая целесообразность выбора технологических вариантов изготовления продукции и внедрения результатов научно-исследовательских работ, требующих минимальных затрат для получения качественных изделий. Для объективной оценки правомерности выбора процесса предложены критерии, учитывающие затраты на этапах жизненного цикла изделий с учетом индивидуальных возможностей предприятий - изготовителей, запросов заказчиков и разработчиков перспективной продукции. Первая группа критериев направлена на проектирование технологического процесса, обеспечивающего получение эксплуатационных требований к детали, вторая группа характеризует экономическую эффективность применения, например, электрических методов обработки, где должны учитываться такие показатели, как износ инструмента при электроэрозионной обработке и массовынос при электрохимическом процессе, которые должны рассматриваться с учетом возможностей применяемого оборудования. При разработке управляющей программы и технологических режимов электрических методов обработки эти критерии составляют общую структуру и отвечают экономическим критериям. Целью реализации проектируемых технологий и управляющих программ для электрических методов обработки является изготовление изделий, удовлетворяющих заданным эксплуатационным показателям качества при минимизации приведённых затрат. Приведены примеры разработки эффективных управляющих программ для электрических методов обработки, технико-экономические результаты, полученные за счет замены механической обработки на комбинированную электроэрозионно-химическую при изготовлении центрального отверстия в деталях

Ключевые слова: обоснование, методы обработки, эффективность, ограничения, примеры использования

Введение

Технические показатели технологического процесса зависят от режимных параметров, уровня оснащения производства оборудованием и другими средствами, качества подготовки кадров производственной дисциплины и других факторов. Здесь определяющее место занимает экономическая целесообразность выбора технологических вариантов изготовления продукции, требующей минимальных затрат для получения качественных изделий. Для объективной оценки правомерности выбора процесса требуются критерии, учитывающие затраты на всех этапах жизненного цикла изделий с учетом индивидуальных возможностей предприятий - изготовителей, запросов заказчиков и разработчиков перспективной продукции. Последнее может осуществляться с использованием принципа полезности, разработанного в [1, 2].

Технико-экономическое обоснование выбора технологического процесса

В настоящее время в станкостроении принято два [3, 4] принципиальных подходов к

© Скрыгин О.В., Мандрыкин А.В., Смоленцев В.П., 2018

выбору критериев оптимизации для оценки эффективности процессов обработки. Первая группа критериев направлена на проектирование технологического процесса, обеспечивающего получение эксплуатационных требований к детали, вторая характеризует экономическую эффективность применения, например, электрических методов обработки, где должны учитываться такие показатели, как износ инструмента при электроэрозионной обработке и массовынос при электрохимическом процессе, которые должны рассматриваться с учетом возможностей применяемого оборудования. При разработке управляющей программы и технологических режимов электрических методов обработки эти критерии должны составлять общую структуру и отвечать экономическим критериям.

Целью реализации проектируемых технологий и управляющих программ для электрических методов обработки является изготовление изделий, удовлетворяющих заданным эксплуатационным показателям качества при минимизации приведённых затрат. По аналогии с [3, 4] под приведёнными затратами при изготовлении партии изделий проволочным электродом понимается усреднённая стоимость Соу получения единицы площади боковой поверхности разделяемого материала

С„, = — = -

- | Сио Шт,

т ^

ь г,

(1)

Б ' 0

где Сп - приведённые затраты на получение единицы площади разделяемого материала; Спо - затраты на изготовление партии изделий, при этом площадь боковой поверхности разделяемого материала равна Fп; тп - время обработки партии изделий.

Для обоснования выбора нового технологического процесса требуется проведение научно-исследовательских работ (НИР), эффективность которых оценивается по результатам расчета экономического эффекта. Здесь может применяться методика, приведенная в [10] .

Исходные данные:

1. Расчетная величина затрат на НИР (31). Из опыта прошлых работ намечают период выполнения работы, штат работников с заработной платой и дополнительными оплатами, накладные расходы, затраты на оснащение, командировки. Суммируют затраты, устанавливают сроки выполнения НИР, условия сдачи результатов заказчику.

2. Затраты заказчика на подготовку производства для использования результатов НИР. Сюда входит приобретение или изготовление оборудования, средств технологического оснащения, их установка и запуск, обучение персонала, доводка новой технологии или кон-

струкции, испытания (если это требуется), сопровождение при эксплуатации, сбор информации. Это требует затрат 3 2.

3. Срок ^0) использования технологами изделий, которые созданы в результате выполнения НИР.

4. Программа выпуска (по годам) изделий, где применяются НИР и себестоимость единицы продукции до использования результатов НИР (Ссо) и после выполнения работы (Сск).

При выборе программы выпуска изделий следует руководствоваться следующим: брать реальную потребность в изделиях и выбирать количество наименований таким, чтобы обеспечить серийное производство.

N = N1 • п,

где N1 - программа выпуска рассматриваемого изделия;

п - количество наименований аналогичных изделий.

5. Сведения о текущих издержках на изделие после использования результатов НИР (Т).

6. Для оценки затрат на средства и орудия труда долговременного применения вводится коэффициент реновации Кр (табл. 1)

Е

Кр =-н-. (2)

Р (1 + Ен). -1

Таблица 1

Коэффициент реноваций [11]

г

"сл кр "сл кр "сл кр "сл кр

1 1,0000 6 0,1296 11 0,0540 20 0,01750

2 0,4762 7 0,1054 12 0,0468 25 0,01020

3 0,3021 8 0,0874 13 0,0408 30 0,00610

4 0,2155 9 0,0736 14 0,0357 40 0,00226

5 0,1638 10 0,0627 15 0,0315 50 0,00086

Результаты НИР дают доход в течение нескольких лет (в течение времени выпуска созданного изделия, а иногда и за счет дохода в процессе эксплуатации (повышение ресурса, сроков хранения и др.), поэтому при расчете эффекта результаты приводятся к единому расчетному году (",). Для этого в [11] даны коэффициенты приведения (табл. 2), на которые умножают расчетные величины доходов и затрат в зависимости от года использования ре-

зультатов. Коэффициент приведения (а) может быть рассчитан по формуле

а "

= (1 + Ен X

(3)

где Ен - норматив приведения затрат и результатов (Ен=0,1); t - год, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году; ^ - срок службы средств и орудий труда долговременного применения.

Таблица 2

Коэффициент приведения затрат и результатов к расчетному году [11]

Число лет, Число лет, Число лет,

предшествую- а1 следующих за а1 следующих а1

щих расчетно- расчетным за расчет-

му году годом ным годом

10 2,5937 1 0,9091 11 0,3505

9 2,3579 2 0,8264 12 0,3186

8 2,1436 3 0,7513 13 0,2897

7 1,9487 4 0,6830 14 0,2633

6 1,7716 5 0,6209 15 0,2394

5 1,6105 6 0,5645 20 0,1486

4 1,4641 7 0,5132 25 0,0923

3 1,3310 8 0,4665 30 0,0573

2 1,2100 9 0,4241 40 0,0221

1 1,1000 10 0,3855 50 0,0085

0 1,000

Эффект от использования НИР будет рассчитываться по формуле

Э = (4)

Р - З Кр + Ен

здесь З - затраты на внедрение результатов НИР;

Р = № ^ (5)

где Р1 - доход от использования результатов НИР в 1 году; 1;н - начальный год расчетного периода; ^ - конечный год расчетного периода.

Начальный год - период начала финансирования проекта (в т.ч. по НИР).

Конечный год - время завершения использования результатов проекта (НИР), что составляет часть жизненного цикла, включающая разработку, освоение, серийное производство, использование объекта. Конечный год может быть ограничен нормативным ресурсом изделия, сроком службы (оборудование, средства технологического оснащения и др.), обновления номенклатуры изделий (запуск новых типов, поколений летательных аппаратов, смена типов запорной аппаратуры, переход на новые товары народного потребления и др.). Для каждого изделия имеются свои нормативы использования результатов НИР. Обычно для наукоемких изделий этот срок принимают 5-6 лет, для оборудования - 8-10 лет, товаров народного потребления - 10-15 лет.

При оценке дохода Р1 учитываются основные результаты Р10 и сопутствующие Р1с

Р= РЛ . (6)

Для новых предметов труда (оборудования, средств технологического оснащения производства), созданных с применением результатов НИР,

в

Р = т^Ц - (7)

и г

где В4 - оценка результатов использования новых предметов труда (в денежной оценке, времени использования в течение 1-го года);

и - оценка созданных предметов труда (объектов, выпускаемых с использованием результатов НИР) на единицу продукции;

Ц - цена единицы продукции после использования результатов НИР в расчетном году.

Если результаты НИР используются для совершенствования новых технологий, оборудования, других объектов длительного пользования (например, нефтегазовой, бытовой техники), то

Рш = Ц • вг • Пг, (8)

где П - охват созданных средств труда в расчетном году (выработка в единицу времени и др.).

Технико-экономическое обоснование использования проволочного инструмента-электрода

Например, созданы технология и станок для разделения металлов проволочным электродом. Станок используется в одну смену и позволяет ускорить процесс изготовления детали (типа приведенной на рис. 1, а) на 30% в течение 1 года.

Ка 6,3

а) б)

Рис. 1. Корпус из материала 07Х16Н6: а) общий вид; б) чертеж детали

Ниже приведена управляющая программа с пояснениями для пользователя (станок АР-ТА-450). Операция выполнялась при следующих технологических режимах: I = 0,8...1,8А; Н = 0,2. Скорость перемотки Б = 1,8. Частота генерации импульсов Б 43. Длительность импульсов D 0,4. Подача проволоки 0,3 мм/мин.

В программе показано: Начало программы, определенное символом %; текст в «» -комментарий (Номер программы) % N5G20 Задание координат в микронах (координаты выводятся без точки) N10G92X0Y0 Установка нулевой точки программы

N20G41 Включение коррекции инструмента по радиусу слева

N25G01X2910Y12414G50 Подход к контуру без коррекции (G50) по линейной интерполяции (001)

N30G03X-921Y12717I-2910J-12414 Перемещение с коррекцией по дуге окружности против часовой стрелки 003)

N35G01X-2146Y17289 Перемещение по прямой

N40G03X-8975Y20578I-4830J-1294

N45G03X-20578Y8975I8975J-20578

N50G03X-17289Y2146I4583J-1999

N55G01X-12717Y921

N60G03X-12717Y-92Ш2717J-921

N65G01X-17289Y-2146

N70G03X-20578Y-8975I1294J-4830

М75Ст03Х-8975У-20578!20578Ш75

N80G03X-2146Y-17289I1999J4583

Ш5001Х-92^-12717

N90003X92^-12717192Ш2717

N95G01X2146Y-17289

N100G03X8975Y-20578I4830J1294

N105G03X20578Y-8975I-8975J20578

N110G03X17289Y-2146I-4583J1999

N115G01X12717Y-921

N120G03X12717Y921I-12717J921

N125G01X17289Y2146

N130G03X20578Y8975I-1294J4830

N135G03X8975Y20578I-20578J-8975

N140G03X2146Y17289I-1999J-4583

N145G01X1447Y14679

N150M00 Перевод системы ЧПУ в «ждущий режим» (Технологический останов) N155G01X662Y11751 Дорезка профиля после технологического останова N160040 Отмена коррекции на радиус инструмента

N170G01X0Y0G50 Отход в нулевую точку программы без коррекции N180M02 Функция конца программы % Символ конца программы

В табл. 3 приведены технико-экономические результаты, полученные за счет замены механической обработки на комбинированную электроэрозионно-химическую при изготовлении центрального отверстия в детали на рис. 1.

Таблица 3

Технико-экономические результаты от использования проволочного инструмента-электрода

Технологический процесс

Технологические показатели

погрешность, мм

шероховатость, Ra

Количество наименований

оборудования

инструмента

Трудоемкость, Н/ч

подготовка производства

изготовление

Механическая обработка

0,2

5.0

2

5

12

Обработка проволочным электродом

0 05

1 25

1

6

3

1

Тогда

р,0 = Ц •М • N, (9)

где Ц1 - стоимость оплаты единицы времени выполнения операции на станке; А1 -снижение длительности операции, выполняемой на станке по приведенной программе для обработки детали, показанной на рис. 1, (А1=0,31и, где 1и - длительность операции до использования результатов НИР); N - годовая программа выпуска изделия.

Аналогично рассчитывают результаты использования НИР при разработке новых технологий.

Если эффект возникает на стадии эксплуатации изделия, созданного с использованием результатов НИР (например, увеличение ресурса изделий), то расчет Р1с выполняется по формуле

Р1с =!Эи1 • N (I0)

1

где п - количество сопутствующих результатов;

Эи1 - эффект от использования результата НИР на изделие;

N - количество изделий, выпущенных после внедрения НИР в расчетном году.

В качестве примера рассмотрено повышение дохода от повышения ресурса (АR в часах) относительно ранее заявленного ресурса ракетного двигателя типа, приведенного на рис. 2.

Рис. 2. Разрез ракетного двигателя, выпускаемого серийно

Многолетний опыт выпуска изделий, типа приведенного на рис. 2, показывает, что себестоимость изделия может быть принята постоянной и составляет Ссо.

Общая величина расходов Ptc за период t составит

Ptc = -AR• N . (11)

R

В показатель Ptc могут входить положительные результаты по улучшению условий труда (снижение затрат на повышенную оплату, специальное питание, оплата больничных листов, инвалидности по профессиональным заболеваниям, выплата пенсий при льготном трудовом стаже и др.), экологии и охране окружающей среды (может быть учтена, как результат снижения выплат и штрафов). Рассчитывается по формуле n

Ptc =Z 3i •N, (12)

1

где 3i - экономический эффект от использования НИР в i - мероприятии на изделие (например замена токсичного электролита на безвредный); N - количество производимой продукции в расчетном году.

Затраты на разработку и освоение нового процесса, изделия (в том числе на выполнение НИР, защиту интеллектуальной собственности)

З = 3ta + 3te, (13)

где З tn - затраты на производство продукции за расчетный период; 3te - эксплуатационные затраты за расчетный период.

Сюда не включаются затраты на реализацию готовой продукции (внешние накладные расходы)

tk

3ta =I(Tt + Kt + Oct > t, (14)

to

где Tt - текущие издержки в производстве за расчетный год (не учитываются амортизационные отчисления на реновацию); Kt - единовременные затраты (в т.ч. капитальные вложения) в расчетном году; Ос - остаточная стоимость (ликвидационное сальдо) основных фондов, выбывающих в расчетом году.

Заключение

Представлены технико-экономические показатели и методики расчета экономического эффекта от применения результатов НИР

преимущественно электрических и комбинированных методов обработки при изготовлении деталей с учетом ограничений экономического, технического, организационного характера. Показана целесообразность применения высокоавтоматизированного оборудования. Приведен пример разработки управляющей программы для разделения материалов проволочным электродом при изготовлении высокоресурсной детали сложного профиля.

Литература

1. Сафонов С.В. Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик изделий. Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2015. 224 с.

2. Сафонов С.В. Критериальная система проектирования и использования технологических процессов для повышения эксплуатационных характеристик поверхностного слоя // Вестник Воронежского государственного технического университета, 2015. Т. 11, № 3. С. 4-10.

3. Заковоротный В.Л., Флек М.Б. Определение инвариантного многообразия траекторий формообразую-

щих движений // Проектирование технологических машин: сб. науч. тр. М.: МГТУ «Станкин», 1997. Вып. 4.

4. Флек М.Б. Технологичность и технология механической обработки деталей вертолётов. Ростов н/Д: «Терра», 1998. 224 с.

5. Мельников В.П., Смоленцев В.П. Основы управления качеством. М.: ООО «Буки-Веди», 2016. 540 с.

6. Смоленцев В.П., Мельников В.П., Схиртладзе А.Г. Управление системами и процессами: учебник. М.: «Академия», 2010. 336 с.

7. Мельников В.П., Смоленцев В.П., Схиртладзе А.Г. Управление качеством для технических специальностей: учебник. М.: КНОРУС, 2015. 336 с.

8. Информационное обеспечение управления качеством: учебник / В.П. Мельников, В.П. Смоленцев, А.Г. Схиртладзе, В.Б. Моисеев. Пенза: ПензГТУ, 2015. 398 с.

9. Мельников В.П., Смоленцев В.П., Схиртладзе А.Г. Управление качеством: учебник. М.: «Академия», 2011. 336 с.

10. Организационные и экономические исследования в машиностроении / под науч. ред. В.П. Смоленцева. М.: Машиностроение, 2006. 72 с.

11. Справочник технолога-машиностроителя / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Суслова и др. М.: Машиностроение, 2001. Т. 2. 944 с.

Поступила 30.04.2018; принята к публикации 19.07.2018

Информация об авторах

Скрыгин Олег Викторович - соискатель, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: fgupvmz@mail.ru

Мандрыкин Андрей Владимирович - канд. техн. наук, доцент, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: andrey-man@inbox.ru

Смоленцев Владислав Павлович - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: vsmolen@inbox.ru

TECHNO-ECONOMIC SUBSTANTIATION OF THE USE OF NEW METHODS OF PROCESSING AND RESULTS OF SCIENTIFIC RESEARCH IN MACHINE-BUILDING

O.V. Skrygin, A.V. Mandrykin, V.P. Smolentsev

Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia

Abstract: the feasibility of selecting technological options for manufacturing products and introducing research results that require minimum costs for obtaining high-quality products is justified. For an objective assessment of the legality of the choice of the process, criteria are proposed that take into account the costs at the stages of the product life cycle, taking into account the individual capabilities of the manufacturing enterprises, the requests of customers and developers of promising products. The first group of criteria is aimed at the design of the technological process that provides the operational requirements for the part, the second one characterizes the economic efficiency of the application, for example, of electrical processing methods, which should take into account such indicators as tool wear during electroerosion processing and mass outbursts in the electrochemical process, taking into account the capabilities of the equipment used. When developing the control program and technological modes of electrical processing methods, these criteria constitute a general structure and meet economic criteria. The goal of implementing the projected technologies and control programs for electrical processing methods is manufacturing products that meet specified performance characteristics of quality while minimizing the resulted costs. Examples are given of developing effective control programs for electrical processing methods, technical and economic results obtained by replacing machining with a combined electroerosion-chemical process in the manufacture of a central hole in details

Key words: project feasibility, processing methods, effectiveness, limitations, examples of use

References

1. Safonov S.V. "Technological support of operational characteristics of products" ("Tekhnologicheskoe obespechenie eksplu-atatsionnykh kharakteristik izdeliy"), Voronezh, VSU, 2015, 224 p.

2. Safonov S.V. "Critical system of designing and using technological processes to improve the operational characteristics of the surface layer", The Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta), 2015, vol. 11, no. 3, pp. 4-10.

3. Zakovorotnyy V.L., Flek M.B. "Definition of the invariant manifold of trajectories of form-building motions", Designing technological machines (Proektirovanie tekhnologicheskikh mashin: sb. nauch. tr.), Moscow, MSTU "Stankin", 1997, issue 4.

4. Flek M.B. "Technology of machining of helicopter parts" ("Tekhnologichnost' i tekhnologiya mekhanicheskoy obrabotki detaley vertolotov"), Rostov-na-Dony, Terra, 1998, 224 p.

5. Mel'nikov V.P., Smolentsev V.P. "Fundamentals of quality management" ("Osnovy upravleniya kachestvom"), Moscow, Buki-Vedi, 2016, 540 p.

6. Smolentsev V.P., Mel'nikov V.P., Skhirtladze A.G. "Management of systems and processes: manual" ("Upravlenie siste-mami i protsessami: uchebnik"), Moscow, Academiya, 2010, 336 p.

7. Mel'nikov V.P., Smolentsev V.P., Skhirtladze A.G. "Quality management for technical specialties: manual" ("Upravlenie kachestvom dlya tekhnicheskikh spetsial'nostey: uchebnik"), Moscow, KNORUS, 2015, 336 p.

8. Mel'nikov V.P., Smolentsev V.P., Skhirtladze A.G., Moiseev V.B. "Information support for quality management: manual" ("Informatsionnoe obespechenie upravleniya kachestvom: uchebnik"), Penza, Penza State Technical University, 2015, 398 p.

9. Mel'nikov V.P., Smolentsev V.P., Skhirtladze A.G. "Quality management: manual" ("Upravlenie kachestvom: uchebnik"), Moscow, Academiya, 2011, 336 p.

10. Smolentsev V.P. "Organizational and economic studies in engineering" ("Organizatsionnye i ekonomicheskie issledovani-ya v mashinostroyenii"), Moscow, Mashinostroenie, 2006, 72 pp.

11. Dal'skiy A.M., Suslova A.G. et al "Handbook of the technologist-engineer", Moscow, Mashinostroenie, 2001, vol. 2, 944

p.

Submitted 30.04.2018; revised 19.07.2018 Information about the authors

Oleg V. Skrygin, Seeker, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh, 394026, Russia), e-mail: fgupvmz@mail.ru

Andrey V. Mandrykin, Cand. Sc. (Technical), Associate Professor, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh, 394026, Russia), e-mail: andrey-man@inbox.ru

Vladislav P. Smolentsev, Dr. Sc. (Technical), Associate Professor, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh, 394026, Russia), e-mail: vsmolen@inbox.ru