Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

77-30569/219888 Расчет стоимости жизненного цикла сложного машиностроительного изделия при принятии решения о совершенствовании проекта

# 10, октябрь 2011
Файл статьи: Курсин_P.pdf (232.17Кб)
автор: Курсин Д. А.

УДК 658.53

МГТУ им. Н.Э. Баумана

dmitryak@mail.ru

Один из ключевых этапов жизненного цикла (ЖЦ) изделия – переход от концепции, заданной в рыночных формулировках к параметрической модели изделия, позволяющей проводить приблизительный расчет стоимости ЖЦ, а также оценку его рыночных перспектив. Такой расчет является относительно новой задачей, решаемой в системах автоматизированного проектирования.

Основные требования к стадии разработки общесистемного решения можно сформулировать следующим образом: разработка должна быть быстрой, должна сопровождаться расчетом стоимости ЖЦ изделия. Решение подобной задачи в настоящее время производится с помощью параметрических моделей изделия, которые позволяют на основе типовых решений, а также знаний о проектировании систем данного типа быстро создавать прототип изделия, который обеспечивает обоснованный переход к функциональным расчетам.

В основе систем, обеспечивающих прототипирование, – базовые модели, а также данные и знания, получаемые за счет настройки системы по имеющимся образцам техники, состоящими в основном из коэффициентов и тенденций.

Эффективное использования параметрических систем находится в основе прогнозирования параметров ЖЦ сложных машиностроительных изделий. Процесс создания прототипа состоит из двух стадий:

1) итеративное приближение к решению, которое выполняет рыночные требования и не противоречит физическим моделям данного типа изделий;

2) подбор компонентов из соответствующих библиотек, либо требование компонентов с новыми компонентами по мере необходимости.

Параметрические модели не должны содержать слишком много переменных и сложные модели [2].

В основе расчета показателей стоимости ЖЦ изделия используется метод дисконтированных сумм. Поскольку «жизнь» сложного машиностроительного изделия может насчитывать несколько лет или десятилетий, важным становится расчет не только номинальной стоимости проекта, но и реальной дисконтированной стоимости на момент принятия решений или другой момент.

Для пользователей изделия стоимость его «жизни»  складывается из основных составляющих: затраты на приобретение, установку, наладку, запуск на старте эксплуатации изделия ; затраты на обслуживание, включая стоимость работы операторов, регулярное обслуживание, налог на имущество, страховку, без учета стоимости заменяемых частей ; топливо/энергия – вычисляется отдельно от затрат по обслуживанию – учитывается с использованием собственного значения инфляции ; затраты на заменяемые части ; стоимость утилизации к конечному периоду использования :

,

где  – номер периода;  – коэффициент дисконтирования без учета динамики цен,  – ставка дисконтирования за период;  – коэффициент дисконтирования с учетом динамики цен,  – инфляция за период.

При оптимизации состава изделия необходимо учитывать удельный вес указанных затрат в стоимости ЖЦ изделия. Для сложных машиностроительных изделий стоимости обслуживания, топлива, ремонтов на протяжении жизни в несколько раз превышают стоимость приобретения и запуска изделия [1].

В случаях, когда период расчета меньше длительности «жизни» изделия и важные высокозатратные мероприятия по замене частей проводятся в разное время и(или) сравниваемые изделия имеют разную продолжительность «жизни», при сравнении проектов следует использовать методы обеспечения одинаковых условий расчета. В том числе для сравнения проектов с разным сроком «жизни» используется метод наименьшего общего кратного, в которое «укладывается» целое число жизней каждого проекта.

Затраты за ЖЦ изделия по системе ,  – количество агрегатов, на которые производится декомпозиция изделия:

.

Полные затраты на ЖЦ изделия как комплекса:

.

Структура ремонтного цикла сложного машиностроительного изделия представляет собой совокупность следующих элементов:

- плановые мероприятия по обслуживанию: предстартовый сервис , на сервисе перед началом выполнения производственного заказа проверяется работоспособность основных систем, обеспечивающих производительность, заправка, наладка, программирование, самодиагностика и т.п.; оперативный сервис , при данном виде сервиса список работ расширяется за счет проверки систем изделия с помощью дополнительного оборудования и т.п.; предупредительный сервис , категория работ данного вида сервиса позволяет выявить те отказы, которые не были выявлены в процессе эксплуатации. Такие отказы характерны для случаев неиспользования некоторых систем и агрегатов изделия на некоторых производственных заказах, также в случае, когда оперативная проверка не охватывает ряд систем и режимов работы изделия;

- замены агрегатов: плановые замены агрегатов  связаны с выработкой ресурсов систем и агрегатов изделия; внеплановые замены агрегатов  связаны с отказами, которые не устраняются силами операторов и сервисных команд изделия.

С учетом затрат на операторов изделия  полные затраты на его обслуживание составляют , а полные затраты на замену агрегатов – .

Классификацию затрат и принятие решения об изменении параметров (совершенствовании) проекта предлагается осуществлять следующим образом:

- по характеру учета при расчете стоимости ЖЦ изделия: основные (капитальные) затраты ; затраты на ремонт и замену частей ; топливо / энергия ; обслуживание / оперативная работа ;

- по событийности: операционные затраты (, ); затраты на ППР / диагностику и обслуживание (); затраты на устранение отказов (); затраты на ремонт и замену частей ().

При событийном подходе для выявления полного влияния мероприятий на стоимость ЖЦ сложного машиностроительного изделия необходимо учитывать потери от его простоя.

Для подготовки данных (информации) о вариантах решения задачи предлагается осуществлять последовательность этапов, представленную на рис. 1.

 

 

 

Рис. 1

Этап 1. Постановка задачи расчета стоимости ЖЦ изделия. На данном этапе выставляются технические требования и ограничения, стоимости рисков неисполнения производственной программы и т.п.

Этап 2. Описание вариантов технических решений. Техническая среда: стратегии обслуживания (рис. 2).

 

 

Рис. 2

Наиболее распространенные современные стратегии обслуживания: ремонт при отказе (при обнаружении неисправности или отказа заменяются только непосредственно неисправные части / агрегаты изделия); предупредительное обслуживание (при ремонте заменяются отказавшие части и части / агрегаты, ресурс которых близок к исчерпанию или исчерпан).

Этап 3. Подготовка дерева затрат. На данном этапе определяются затраты на производство, обслуживание, ремонт.

Этап 4. Выбор аналитической модели. Для каждой альтернативы технического решения и стратегии обслуживания проводится моделирование ЖЦ изделия на стадии эксплуатации. Для исключения динамической неопределенности результатов эксплуатации производится имитационное моделирование (метод Монте-Карло). Для правдоподобия ситуаций отказов изделия имитируются межремонтные интервалы систем изделия. Оценки параметров надежности, ремонтопригодности, готовности и производительности изделий получаются за счет усреднения большого числа повторений имитации его эксплуатации.

Этап 5. Сбор оценок и данных по затратам. На данном этапе необходимо задать параметры надежности частей изделия, нормы затрат на техническое обслуживание, ремонт, нормы штрафов за простои, нормы производительности.

Этап 6. Подготовка отчета о затратах по периодам. Для расчета приведенной к некоторому моменту времени величины затрат необходимо использовать дисконтирование сумм затрат с выбранным коэффициентом дисконтирования.

Этап 7. Подготовка данных о безубыточности вариантов. Рассматривается безубыточность использования парка изделий в течение установленного периода. В зависимости от состава изделия, стратегий эксплуатации, операционных параметров на основе соотношения постоянных, переменных затрат и производительности рассчитывается безубыточность работы изделия для каждого периода времени его «жизни».

Безубыточность контролируется на каждом этапе эксплуатации, в том числе при повышении интенсивности отказов, после ремонтов и модернизации изделия.

Оценка технической эффективности вариантов изделий:

.

Готовность изделия показывает насколько часто изделие находится в состоянии выполнять производственную программу, т.е. исправно и подготовлено к работе:

,

где  – время в состоянии готовности,  – время в ремонте, обслуживании, технологической перезагрузки и т.д.

Надежность изделия показывает вероятность безотказной работы за период времени:

,

где  – интенсивность отказов.

Надежность служит также для определения гарантийного срока потребителя.

Ремонтопригодность изделия показывает длительность безремонтной работы за период времени:

,

где  – интенсивность ремонтов.

Производительность  – отношение фактической производительности к плановой производительности изделия () или производительности аналога ().

Чтобы значения  и  можно было определить отличными от 0 и 1, необходимо выбирать соответствующее значение периода времени .

Эффективность системы  рассчитывается как отношение технической эффективности  к стоимости ЖЦ изделия  . Данный расчет применим как к изделиям и комплексам, представляющим собой самостоятельные производственные системы с известными показателями производительности и доходности, так и к изделиям и комплексам, являющимися частью производственной системы.

Этап 8. Подготовка Парето-диаграмм для основных статей затрат. Парето-диаграммы (рис. 3) используются для выявления наиболее критических статей затрат. Небольшое количество наименований затрат является источником большей части объема всех затрат.

 

 

Рис. 3

Этап 9. Проведение анализа чувствительности. Для выбранных категорий затрат оценивается зависимость изменения стоимости ЖЦ изделия от величины изменения затрат по категории.

Этап 10. Анализ рисков стоимости и происшествий. На данном этапе осуществляется распределение стратегий по степени влияния на стоимость ЖЦ изделия.

Этап 11. Выбор действий с использованием стоимости ЖЦ изделия. Задание на изменение параметров (совершенствование) проекта должно содержать абсолютную величину требуемого изменения, допустимые величины изменения параметров, уровни изменений. Изменения проводятся последовательно по уровням в зависимости от исчерпания резерва изменения стоимости ЖЦ изделия на текущем уровне проекта (рис. 4). Изменение параметров (совершенствование) проекта на нижележащих уровнях оказывает влияние на параметры вышележащих уровней.

 

 

Рис. 4

При создании нового изделия наиболее эффективное воздействие на  оказывает изменение изделия. При управлении стоимостью ЖЦ существующего изделия в зависимости от стратегии конкретного потребителя в изделии может быть проведена модернизация или модернизация производственных процессов, материально-технического обеспечения или операционного окружения. Если все возможные изменения не дали удовлетворительного результата при заданных ограничениях или в случае появления новых требований, производится изменение требований.

Имитационные модели эксплуатации изделия предназначаются для использования в системах автоматизированного проектирования при создании новой техники. При создании новых образцов техники переход от технического проектирования к расчетам экономических показателей изделия и стоимости ЖЦ удобнее проводить на стадии первичной компоновки нового изделия. При этом, во-первых, точность состава изделия обеспечивается автоматически. Во-вторых, на каждую систему или агрегат, подлежащие компоновке, вводится запись укрупненных (в зависимости от сложности модели) экономических параметров: расходов на сервис, периодичность сервиса и обеспечиваемая производительность (для частей непосредственно обеспечивающих производственные возможности изделия).

Осуществляя компоновку изделие, можно получить также его образ в виде записи состава систем, который и подлежит виртуальной эксплуатации в определенном окружении.

Используются следующие исходные данные: число изделий ; таблица длительностей перехода из одной базы на другую (от одного заказа к другому) ,  – номер текущего заказа,  – номер следующего заказа, ,  – число заказов в производственной программе изделий; технологическое время подготовки к очередному переходу ,  – номер изделия; характеристики баз по производительности  и категориям выполняемых работ ,  – номер базы; список работ: категории  и длительности работ , выполняемых на изделиях семейства, ; почасовые ресурсы  и цикловые ресурсы ; маршрут перехода (программа выполняемых заказов) для каждого изделия; экономические показатели: стоимость проведения работ , стоимость содержания запасов и технического персонала, стоимость часа изделия в работе , стоимость часа изделия при останове, технологической перезагрузке, ремонте ; метод расчета предупредительных работ.

В режиме дискретного времени происходит выполнение производственных заказов. После выполнения очередного заказа происходит технологическая перезагрузка, после которой изделие переходит к выполнению следующего производственного заказа. Задаются потоки отказов и сервисных работ по поддержанию изделия в работе, задается распределение времени восстановительных работ, обменных операций в системе снабжения и т.д. [2, 3].

Суммарные (интегральные) показатели результатов использования изделий: суммарное рабочее время по изделиям ; суммарное время останова (время на технологическую перезагрузку и ремонт) ; число запусков работ распределенное по производственным заказам (по базам) суммарное ; диаграмма запусков работ за укрупненные периоды для расчета программы снабжения суммарные и позаказные (по базам); время, потраченное на выполнение работ по категориям.

Общий результат  (сумма дохода от эксплуатации, затрат на производство, затрат при простое и сервисе, стоимости проведенных сервисов) для одного изделия ( – номер изделия):

,

для парка из  изделий:

.

При анализе работы существующих образцов техники модель также может быть использована для анализа влияния состава сложного машиностроительного изделия на экономические показатели эксплуатации. Она позволяет решить следующие основные задачи: составить повременной график состояний техники, на его основе создать модель окружения; сопоставить изменения конструкции и оснащения изделия изменению его эксплуатационных свойств. Используя последовательные приближения создать модель рационального изделия, сопоставляя цену производства и эксплуатации одного комплекса другому; подобрать модификацию изделия для конкретных условий использования, ориентируясь на каждого определенного потребителя.

Список литературы

1. Курсин, Д.А. Управление жизненным циклом сложного машиностроительного изделия [Текст] / Д.А. Курсин // Известия вузов. Машиностроение. – 2004. – ╧ 2. – С. 63–76.

2. Курсин, Д.А. Разработка метода принятия решения при изменении проекта сложного машиностроительного изделия на основе результатов имитационного моделирования [Текст] / Д.А. Курсин // Известия вузов. Машиностроение. – 2005. – ╧ 8. – С. 60–65.

3. Курсин, Д.А. Разработка модели управления жизненным циклом изделия на стадии эксплуатации [Текст] / Д.А. Курсин // Вестник машиностроения. – 2005. – ╧ 9. – С. 53–58.

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2019 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)