Цифровые технологии в определении интегрального показателя качества проектируемой техники в условиях недостатка информации

Введение. Проектирование – сложный творческий процесс, которому сопутствуют многовариантные расчеты экономической эффективности новой техники.

Проектируемая новая техника обладает более высокими качественными показателями технического уровня по сравнению с существующими аналогами. Количественные характеристики, определяющие качество, называют показателями качества технического уровня изделия.

Проектирование рассматривают как процесс построения общей схемы изделия, его узлов и систем, а конструирование – как более детальную проработку этой схемы с учетом технологии изготовления. По форме представления конструкторские документы разделяют на графические и текстовые.

Цель проектирования и конструирования – разработка новой техники, которая не существует или существует в другой форме и имеет иные размеры и параметры.

К новой (усовершенствованной) конструкции техники предъявляются требования как к объекту производства на заводе-изготовителе. Главным здесь является экономическая эффективность производства и минимальные сроки его подготовки и освоения.

Цель исследования. Разработка практических рекомендаций определения экономической эффективности проектируемой техники в условиях недостатка информации, позволяющих выполнять многовариантные расчеты в автоматическом режиме.

Задачи исследования: исследовать возможность использования разработанной цифровой технологии при выполнении расчетных работ в учебном процессе, в конструкторском производстве.

Эффективность в общем виде – это результативность чего-либо, например производства, труда и т.д.

Важнейшей составной частью эффективного проектирования является выбор критериев оценки решений. Он возникает каждый раз, когда необходимо сделать оценку вариантов и выбрать один из них. От того, какой принят критерий, зависит не только численное значение параметров и характеристик, но и судьба проектируемого или изготовленного изделия. Неудачно выбранные критерии могут привести к неправильной оценке проектного решения.

Состояние, при котором нельзя больше улучшить значение одного из критериев оценки, не ухудшая значения других критериев, свидетельствует о достижении оптимума правила Парето [1].

Автоматизация расчетов позволяет оперативно, с минимальной трудоемкостью выполнять многовариантные расчеты и выбирать эффективный из них.

В практике для определения эффективности новой техники широкое распространение имеют такие традиционные методы, как конкурентоспособность, функционально-стоимостной анализ, приведенные затраты и т.д. [2].

Отмеченные методы используются в различных отраслях производства машин, механизмов, диагностического оборудования и т.д. Кроме того, при ручном способе расчета решение этой задачи имеет и коммерческий потенциал, но не всегда может быть получено оптимальное проектное решение.

Проектирование новой техники – сложный творческий процесс, которому сопутствует большое количество технико-экономических расчетов, в том числе многовариантные расчеты ее эффективности.

Многовариантность расчетов обеспечивает их качество, достоверность, возможность корректировки в режиме реального времени, повышает производительность и снижает временные затраты, что возможно только при использовании цифровых технологий, т.е. программных продуктов.

Разработанная программа «REENT» [3] наиболее приемлема для выполнения многовариантных расчетов экономической эффективности новой техники в условиях недостатка информации.

Структура программы «REENT» разбита на четыре этапа.

Первый этап. Расчет комплексного показателя технического уровня.

Включает в себя ввод пользователем значений показателей качества базовой проектируемой техники:

• -    заполнение качественной матрицы смежности выполняется вручную (предусмотрена автоматическая система исключений случайных ошибок ввода);

• -    определение коэффициентов весомости дает возможность корректировать их значения.

Второй этап. Композиция расчета годовых эксплуатационных издержек потребителя.

Третий этап. Расчет цены новой конструкции, цены потребления и приобретения.

Четвертый этап. Расчет интегрального показателя качества проектируемой конструкции.

Согласно структуре программы разработан алгоритм программного расчета обобщающего показателя эффективности. Алгоритм обеспечивает наглядность и достоверность каждого этапа расчета (рис. 1).

Все этапы расчета приведены в формализованном виде.

Достоинством программы «REENT» является сокращение времени работы над проектом за счет параллельного ввода информации при выполнении необходимых расчетов. Ввод исходных данных производится попутно с расчетом. Кроме того, есть возможность корректировать все расчетные данные, с автоматическим перерасчетом последующих показателей, и возможность выполнить до 99 вариантов. Оператор, выполняющий работы, необязательно должен иметь высокую квалификацию.

Итоговая характеристика техники оценивается ее эффективностью с учетом всей совокупности параметров, т.е. комплексным показателем технического уровня [4] (КПТУ).

Расчет КПТУ начинается с отбора качественных показателей технического уровня для двух вариантов. На рисунках 2, 3 приведены фрагменты программного расчета КПТУ.

Прежде всего в программе содержится система сравнения выбранных для анализа показателей техники по критерию их влияния на величину полезного эффекта (достижения высокого технического уровня техники). Далее важно определить коэффициенты весомости, отражающие значимость, степень влияния i -ro параметра на величину полезного эффекта [4].

В соответствии с принятой системой критериев составляются качественная и количественная матрицы смежности.

В качественной матрице смежности в выражении «X1 < X2» знак «<» указывает на то, что, по мнению пользователя, первый показатель является менее важным параметром для потребителя, чем второй, с точки зрения полезного эффекта. Знак «>» в выражении «Х2 > Х3» свидетельствует о наибольшей важности первого параметра по отношению к другому, а знак «=» в выражении «Х1 = Х5» – параметры равнозначны между собой. Ввод знаков производится автоматически, при этом заполняется соответствующая ячейка относительного показателя (например, вводим «X2>X3», автоматически заполняется «X3

Качественный

показатель

технического

уровня

Матрица смежности
качест-	количес-
венная	твенная

Значимость параметров
относи тельных	обсолю- тных

Расчет

КПТУ

Порядок расчета

I. Комплексный показатель технического уровня

bi – коэффициент весомости

n – показатели качества

q – относительные единичные показатели качества

п л

КПТУ = ^n^ b • qt i =1

показатель качества

/ К П Т У )→ min потр

IV. Интегральный

II. Годовые эксплуатационные издержки

-

оплата

труда персонала

9 = 3 + 3 +3 +3 +3  +3 +3+3

го ^апл⁺Тто⁺Лир⁺ -'эл^{+ а}ма+⁺Зн.р.+Зпр+Зкр

з т о - затраты потребителя на текущее обслуживание

З - затраты потребителя на текущий ремонт техники

з э л

-

м а т

-

III. Цена потребления

расходы на

энергоресурсы

расходы на вспомога-

тельные

материалы

Зн.р. -накладные расходы

з пр

-

прочие затраты

Ц_потр= Ц_пр+ Э_г· Т_сл

Цпр – цена приобретения изделия Тсл – полезный срок службы Эг – годовые эксплуатационные издержки потребителя

Цена новой конструкции

Цн = Цб [1 +(КПТУ-1) К, ]• Ку

Ку – коэффициент удешевления Ку = 0,9

КПТУ – комплексный

показатель

технического уровня новой модели

Цн, Цб – цены новой и базовой моделей техники

Кэ – коэффициент учета полезного

эффекта

Кэ = 0,7

_кр -затраты на капитальный

ремонт техники

Цена приобретения

Ц = Ц + К + К , + К 9+ К ,+ К пр      н     тр     м1м 2м3с

Ц _н – цена нового

изделия

К м1

Ктр

транспортные расходы

затраты на монтаж механической части

К м2

затраты на монтаж электрической части

К м3

затраты по сдаче оборудования

Кс – заводские складские расходы

Рис. 1. Алгоритм программного расчета интегрального показателя качества

При разработке качественной матрицы смежности заполняемость параметров (>, <, =) относительно друг друга выполняет оператор вручную (рис. 2). Остальные действия выполняются в автоматическом режиме и формируются в количественную матрицу смежности, определяются коэффициенты весомости, затем рассчитывается комплексный показатель технического уровня (рис. 3), значение которого в условном примере 1,2, т.е. проектируемая техника превосходит базовую по качественным показателям технического уровня на 20 %.

Рис. 2. Качественная матрица смежности

Рис. 3. Комплексный показатель технического уровня

Сам по себе КПТУ не может служить критерием оптимальности конструкторского решения, так как критерием должен быть показатель эффективности, соизмеряющий полученные результаты (технический уровень техники) с затратами на достижение этого результата. Результатом может служить интегральный показатель качества (W). Экономичным следует считать вариант, характеризующийся минимальным значением W [4].

Расчет КПТУ может использоваться как самостоятельная программа эффективности принятого конструкторского решения.

При расчете интегрального показателя качества учитываются значения КПТУ, определенные в первом этапе программы, и другие показатели.

Композиция издержек потребителя (см. рис.1, этап 2) в программном расчете интегрального показателя качества проектируемой техники в условиях недостатка информации выполнена по основным изменяющимся издержкам потребителя в последующем использовании в эксплуатационных условиях. Результаты расчетов эксплуатационных издержек приведены на рисунках 4–13.

Рис. 4. Показатели качества

Рис. 5. Матрица смежности

Рис. 6. Коэффициент весомости

Рис. 7. Комплексный показатель технического уровня

Г □ Г	Показатель	Баз.знач.	Проект, знач.
	Численность работников	1	1
	Часовая тарифная ставка работника р/ч.	101,39	101,39
	Гадовой эффект. Фонд раб. времени, ч.	2009	2009
	Коэффициент премиальных доплат	0,6	0,6
	Районный коэф, и доплата за непр. стаж	0,5	0,5
	Основная зароботная плата, р.	61107,75	61107,75
	Дополнительная зароботная плата, р.	15276,94	15276,94
	Фонд оплаты труда	76384,69	76384,69
	Отчисления на социальные нужды:
	Единый налог на соц.страх. (% от ФОТ)	22	22
	Соц.страх, от несч. случаев (% от ФОТ)	2,9	24   _____

Затраты по оплате труда, р.        95404,48     97619,64

Показатель	Баз.знач.	Проект, знач.
Кол-во часов работы в год, ч.	2009	2009
Стоим.чел-ч работ по ТО,р/чел ч	51.8	51.8
Коэф, размера доплат	1.85	1.85
Коэф, цеховых расходов	0.9	0.9
Ресурс до КР, лет	5	5
Сумм. опер, труд-ть КР, челч/ч	0.11	0.11
Трудоемкость КР, чел ч	1104.95	1104.85
Раб. затраты на КР, руб.	57236.41	57236.41
Сумарн. стоимость работ по КР	186018,33	186018.33
Стоимость зап/част.,руб.	83708.25	83708.25
Полная стоимость КР,руб	269726,58	269726.58
Затраты потребителя на КР	53945.32	53945.34

Рис. 8. Затраты на оплату труда

Рис. 9. Затраты на капремонт

Показатель	Баз.знач.	Проект.знач.
Кол-во часов работы в год, ч.	2009	2003
Стоим, чел чработ по ТО.р/челч	44.4	44.4
Коэф, размера доплат	1.85	1.85
Коэф, цеховых расходов	0,9	0.9
Сумм. удел, труд-ть ТР, челч/ч	0.09	0.09
Трудоемкость ТР, чел ч	180.81	180,81
Стоимость ТР, руб.	8027.88	8027.36
Затраты потребителя на ТР	26090,87	26090.87

Показатель	Баз.знач.	Проект, знач.
Кол-во часов работы в год, ч.	2009	2009
Стоим.чел ч.работ по ТО,р/чел ч	32.1	32,1
КоэФ. размера доплат	1.85	1,85
Коэф, цеховых расходов	0,9	0,9
Сумм. удел, труд-ть ТО, чел ч/ч.	0.04	0,04
Трудоемкость ТО, чел ч.	88,36	80,38
Стоимость ТО, р.	2579.56	2579.56
Затраты потребителя на ТО, р.	7893.79	7893.79

Рис. 10. Затраты на текущий ремонт

Рис. 11. Затраты на техническое обслуживание

Файл Результат Справка

КПТУ Годовые эжспл. издержки Цена конструкции

Показатель	Баз. знач.	Проект, знач.
Кол-во часов работы в год	2009	2009
Отн.прод-ть вкл-ния двигателей	0.4	0.4
Коэф исп-ния двиг. по мощности	0.8	0.8
Сумм, мощность двигателей, КВт	148	234
КоэФ.потериэ/энергии в сети	0.05	0.05
Ценаэ/энергии, р/КВт ч.	4.14	4.14
Фактич. КПД двигателей	0.9	0,9
Затраты на э/энергию в год, р.	22031.5	34599.8

Базовое      Проект, значение     значение

Годовые затраты на оплату труда...	195404.48	195404.48
Годовые затраты на ТО техники...	17093.79	17093.79
Годовые затраты на ТРтехники...	126090.87	128090.87
Годовые затраты на КРтехники...	140666.47	140666.47
Годовые затраты на э/энергию...	122031.5	134599.8
Годовые расходы на вспом. мат	|3304.72	15189.97
Прочие расходы	119459.18	120904.54

^^-~™г^ыеi™-™ i^* ।

Рис. 12. Годовые затраты на э/энергию и топливо

Рис. 13. Годовые затраты на эксплуатационные издержки

[+] Расчет экономической эффективности но...   —            X

Файл Результат Справка

КПТУ Годовые зкспл. издержки Цена конструкции

Коэффициент учета полезного эффекта	0.7
Коэффициент удешевления	0.8
Величина НДС (%)	18

	Показатель	Базовый	Новый
	Полезный срок службы, лет	20	20
□	Цена модели	880000	1277136
□	Затраты на монтаж мех. ч.о.	49000	63856.8
□	Затраты на монтаж э л. ч.о.	49000	63856.8
□	Затраты по сдаче оборудования	49000	63856.8
и	Т ранспортные расходы	39200	51885.44
□	Заводские складские расходы	1Э600	25542.72
□	Цена приобретения	1185800	1545334.56
□	Цена потребления	5466820.2	6144332.96
	Интегральный показатель качества	5466820.2	3746544.49

Рис. 14. Интегральный показатель качества

Последующие расчеты цены приобретения Цпр (см. рис.1, этап 3) используются при определении цены потребления Цпотр. Основными показателями в расчетах интегрального показателя качества является цена потребления и комплексный показатель технического уровня (КПТУ) (формула (1)).

Интегральный показатель качества является обобщающим значением эффективности принятого конструкторского решения в условиях недостатка информации, что на уровне проектирования новой техники является неотъемлемым фактором.

Расчет КПТУ может использоваться как самостоятельная программа эффективности принятого конструкторского решения.

Значение КПТУ в примере (рис. 7) составляет 1,64.

Ниже приведен условный пример программного расчета экономической эффективности проектируемого автомобиля багги «Формула студент», выполненный на рисунках 4–14, где КПТУ равен 1,64, т.е. проектируемая модель багги эффективнее базовой на 64 % по качественным показателям технического уровня (рис. 7).

Значение интегрального показателя качества в базовом и проектном вариантах определяется по формулам (1), (2):

р|^  __ Цпотр.б. ,      pp^ __ Цпотр.п.

■

^{б —}КПТУб '      ^{п _} КПТУп

И^г ^ min. (2)

Расчет W выполнен согласно алгоритму (см. рис. 1) в программе «REENT».

В результате программного расчета W проектируемого автомобиля меньше значения базовой модели на 11 %, что говорит о правильности выбора конструкторского решения.

Выводы. Многовариантность автоматизированных расчетов эффективности проектируемой техники обеспечивает их качество, достоверность, возможность корректировки в режиме реального времени, повышает производительность и снижает временные затраты, что возможно только при использовании цифровых технологий, т.е. программных продуктов.

Автоматизированный расчет эффективности проектируемой техники предполагает использование и других инновационных программных продуктов, имеющих определенные преимущества перед ручным способом расчета.

Кроме вышеприведенной программы «REENT» в учебном процессе используется инновационная программа расчета издержек потребителя и полезного эффекта проектируемой техники, свидетельство об официальной регистрации № 2007613539 [5]. Программа обеспечивает расчет эксплуатационных издержек потребителя согласно формализованной методике. Полезный эффект нового образца техники представляет стоимостную оценку изменений ее потребительских свойств, ока- зывающих влияние на показатели производительности, надежности и долговечности новой техники, использования рабочей силы, сырья, материалов, электроэнергии и других ресурсов, а также повышения качества выпускаемой с ее помощью продукции, и социально-экономические показатели [6].

В программе есть возможность оформления расчетного документа в виде таблицы формата Word.

Кроме инновационных, отмеченных в Госрегистрации программ расчета эффективности новой техники в учебном процессе применяются программные ресурсы, разработанные индивидуально операторами в порядке личной инициативы.

В статье приведен расчет экономической эффективности проектируемой техники в виде интегрального показателя качества W в условиях недостатка технико-экономической информации.

Качественные расчеты могут быть получены за счет их многовариантности. Многовариантность расчетов обеспечивает их достоверность, возможность корректировки в режиме реального времени, повышает производительность и снижает временные затраты, что возможно только при использовании цифровых технологий, т.е. программных продуктов.

С этой целью разработан программный продукт «REENT», предназначенный для расчета комплексного показателя технического уровня и интегрального показателя качества проектируемой техники.

Программа содержит 4 этапа расчета. Первый – расчет КПТУ, может служить самостоятельным программным продуктом, определяющим эффективность проекта с позиции качественных показателей технического уровня. Разработанный алгоритм программы обеспечивает наглядность каждого этапа расчетов. Программный расчет интегрального показателя качества используется в учебном процессе студентами инженерных специальностей, а также может применяться специалистами конструкторских подразделений предприятий. Эффективным вариантом проектируемой техники является тот, у которого значения интегрального показателя качества меньше, чем в базовом варианте.

Оптимизация учебного процесса через использование цифровых технологий при изучении экономических дисциплин повышает качественный уровень знаний выпускников и сокращает период их адаптации к условиям производственного процесса.