4-2. Экономическое обоснование проектов размерных рядов электрических машин
Задачи экономического обоснования проектируемых размерных рядов электрических машин.
Установление экономически оптимальных размерных рядов электрических машин имеет важное народнохозяйственное значение. Для многих типов электрических машин и, прежде всего, различных видов электрических двигателей необходим выпуск целой гаммы типоразмеров, каждый из которых имеет свою область эффективного применения.
Размерный ряд электрических двигателей состоит обычно из машин с возрастающими диаметрами активной стали. Каждому наружному диаметру активной стали может соответствовать несколько длин и несколько внутренних диаметров, в зависимости от числа полюсов. Кроме того, машины могут выполняться на несколько напряжений при сохранении размеров активной стали. Они могут различаться также и другими техническими характеристиками.
Размерные ряды создаются и применительно к другим видам электроизделий. Так, размерные ряды электрических аппаратов высокого напряжения строятся на определенные величины номинальных напряжений и токов.
Проектирование размерных рядов электрических двигателей относится к сложным, комплексным задачам. При ее решении необходимо учитывать много требований, часто противоречащих друг другу. От того, как построены размерные ряды, зависят затраты на изготовление и эксплуатацию электрических машин. Уменьшение размерного ряда способствует увеличению степени серийности производства и снижению трудоемкости изготовления машин. Поэтому ограничение количества типоразмеров машин — необходимая предпосылка для специализации электромашиностроительных заводов, повышения уровня механизации и автоматизации производства и внедрения поточных методов. Ограничение размерного ряда может позволить при определенных условиях уменьшить и расход материалов на изготовление электрических машин. В то же время более частый размерный ряд обеспечивает возможность подбора в каждом конкретном случае электрических машин, техническая характеристика которых лучше удовлетворяет требованиям технологического процесса. Это способствует достижению наиболее высокой производительности оборудования и экономии эксплуатационных расходов.
Для удовлетворения многообразных нужд народного хозяйства требуются электрические машины самых различных типоразмеров. Однако нельзя мириться с непомерно большим количеством типоразмеров выпускаемых электрических машин. Необходимо создать размерные ряды электрических машин, наиболее рациональные сточки зрения интересов всего народного хозяйства.
Приступая к проектированию размерного ряда электрических машин, нужно прежде всего выявить его потребителей, наиболее типичные условия эксплуатации и потребность народного хозяйства в машинах различных типоразмеров. После этого можно наметить варианты размерного ряда и на основе анализа выбрать вариант, наиболее полно отвечающий требованиям производства и эксплуатации этих машин.
Анализ затрат на изготовление машин размерного ряда.
Рассмотрим в размерном ряде две смежные электрические машины: машину первого (меньшего) габарита и машину второго (большего) габарита. Возникает вопрос, что эффективнее: производить ли машины первого и второго габаритов или выпускать только машины второго (большего) габарита (т. е. более мощные).
Допустим вначале, в целях упрощения задачи, что на расходах по эксплуатации машин это не отразится. Тогда, очевидно, надо выбрать тот вариант, при котором затраты на изготовление машин будут наименьшими.
Пусть количество намечаемых к выпуску машин и затраты, связанные с их производством по сравниваемым вариантам, характеризуются данными, приведенными в табл. 4-6. При этом с2 > с1.
Таблица 4-6
Показатели по сравниваемым вариантам
Рассмотрим условие экономичности замены двух смежных размеров электрических машин машинами одного размера.
Такая замена является наиболее эффективной в случае, когда с3<с1. Годовая экономия на себестоимости машин в этом случае будет наибольшей.
При с3 = с1 годовая экономия будет равна:
Наиболее эффективный случай (с3 < с1 будет при условии, когда уменьшение размерного ряда сопровождается пересмотром конструкции машины и технологических процессов ее изготовления. Материалоемкость и трудоемкость конструкции связаны с объемом выпуска. Так, при его увеличении появляется возможность осуществить принципиальные изменения конструкции машины, ее узлов и деталей в направлении уменьшения их материалоемкости и трудоемкости. Поэтому экономическая эффективность уменьшения размерного ряда машин в значительной мере зависит от того, в какой мере это сопровождается пересмотром их конструкции и технологических процессов изготовления.
Рассмотрим несколько подробнее за счет чего образуется экономия затрат при уменьшении количества типоразмеров машин.
Уменьшение количества типоразмеров машин может позволить уменьшить затраты труда на одно изделие и таким образом получить экономию основной производственной заработной платы на одно изделие. Эта экономия может быть достигнута в результате уменьшения штучного времени и подготовительно-заключительного времени, приходящегося на единицу продукции.
Наибольшее снижение трудоемкости в результате уменьшения размерного ряда машин достигается в тех случаях, когда сокращение количества типоразмеров сопровождается пересмотром не только технологических процессов изготовления и сборки изделия, но и самой конструкции. Важное значение здесь имеет, в частности, совершенствование конструктивных форм деталей в направлении уменьшения объема механической обработки и возможности применения для их изготовления высокопроизводительных методов обработки.
Если сокращение размерного ряда машин не сопровождается пересмотром конструкции, укрупнение размера партии одновременно запускаемых в производство изделий способствует росту производительности труда благодаря применению более производительных технологических процессов и накоплению рабочим больших конкретных навыков, связанных с изготовлением данного изделия. Это влияет на уменьшение штучного времени. При этом экономия на штучном времени может быть достигнута лишь при наличии определенных условий.
Если от объединения двух типоразмеров машин величина одновременно запускаемой в производство партии изделий не изменится (возрастет лишь количество партий этих изделий), то трудоемкость и производственная заработная плата на единицу продукции могут оставаться без изменения. И при некотором увеличении партии одновременно запускаемых в производство деталей штучное время может не уменьшиться, если увеличение размера партии будет недостаточным для внедрения новых технологических процессов и новой технологической оснастки. Экономия же на подготовительно-заключительном времени на единицу продукции зависит не от увеличения объема выпуска изделий второго типоразмера, а от увеличения партии одновременно запускаемых в производство изделий.
В тех случаях, когда сокращение размерного ряда сопровождается пересмотром конструкции изделия и технологических процессов его изготовления, может быть снижена не только трудоемкость, но и материалоемкость конструкции. В процессе пересмотра конструкции изделия с учетом увеличивающегося при уменьшении размерного ряда машин объема выпуска открываются новые перспективы замены более дорогих материалов относительно более дешевыми (например, замены металлов пластмассами).
При определенных условиях расширяются возможности внедрения технологических процессов, уменьшающих норму расхода материала на одно изделие (применение точного литья, замена ковки штамповкой и др.). Увеличение объема производства способствует также применению более совершенных заготовок, позволяющих сократить отходы материалов (специальных профилей проката, калиброванных прутков, мерных листов и т. п.). Если, однако, повышение объема выпуска при сокращении размерного ряда машин столь мало, что не сопровождается изменением конструкции изделия или технологических процессов его изготовления, то расход материалов на производство машин может не только не уменьшиться, но даже возрасти. Использование в качестве базисных деталей машины относительно большего габарита может приводить в таких случаях к лишнему расходу материалов. Иногда, даже при пересмотре конструкции и технологии изготовления изделия, может все же иметь место не экономия, а перерасход материалов на изготовление машин, обусловленный сокращением размерного ряда.
Если уменьшение размерного ряда сопровождается пересмотром конструкции изделия и технологических процессов его изготовления, то это дает возможность снизить себестоимость изготовления машин. Если же сокращение размерного ряда машин не сопровождается изменением конструкции и технологических процессов, может произойти не уменьшение, а увеличение себестоимости.
Для того чтобы представить рассматриваемый вопрос в виде математического уравнения, обозначим:
Следовательно, экономия на производственной заработной плате (вместе с цеховыми и общезаводскими расходами) при выпуске машин второго габарита должна быть больше потерь, так как машины первого габарита станут теперь относительно более тяжелыми, поскольку на них будет расходоваться сравнительно больше материалов.
Уменьшение количества типоразмеров машин может привести к излишним затратам материалов, так как машины второго габарита крупнее машин первого габарита. Поэтому часть машин второго габарита (в объеме q1 шт/год) станет тяжелее. Увеличение веса этих qr машин вызовет не только перерасход материалов, но и соответствующее повышение трудоемкости их обработки. Получение экономии от уменьшения числа типоразмеров машин зависит от конкретного соотношения величин. Если возрастание размеров велико и выпуск этих относительно утяжеленных машин шт/год) тоже велик, могут повыситься затраты на изготовление общего количества машин.
Отдельно надо рассмотреть вопрос об экономии затрат на проектирование изделий, разработку технологических процессов их изготовления, а также затрат на специальный инструмент. При определенных условиях эти затраты могут быть уменьшены (в расчете на единицу продукции). Следует, однако, учитывать, что во многих случаях уже имеются различные размерные ряды машин, для которых изготовлена вся необходимая оснастка. Задача состоит в том, чтобы на основе опыта производства и эксплуатации тех или иных размерных рядов и учета новейших достижений науки и техники пересмотреть их в направлении дальнейшего улучшения. При этом может быть уточнен и вопрос о количестве типоразмеров машин, о целесообразности расширения или сужения размерного ряда. Поэтому здесь может и не быть достигнута экономия на специальном инструменте и затратах на проектирование.
В тех случаях, когда речь идет о машинах, объем производства которых очень мал, уменьшение количества их типоразмеров может позволить получить экономию в стоимости специального инструмента, приходящейся на единицу продукции.
Пусть стоимость специального инструмента (например, штампа) Sи [руб.] и с его помощью может быть изготовлено Q1 деталей.
Если за время службы этого инструмента должно быть изготовлено Q0 деталей, причем Q0 < Q0, то амортизация этого инструмента на одну деталь составит:
Если предусматривается объединение двух типоразмеров машин в один, то экономия на инструменте может составить:
Это отношение справедливо при условии, когда количество деталей каждого типоразмера одинаково и равно Q0, причем 
В тех, однако, случаях, когда объем производства машин каждого типоразмера достаточно велик и специальный инструмент полностью амортизируется на выпуске этих изделий
, может и не быть получена экономия расходов по специальному инструменту на единицу продукции, обусловленная уменьшением количества типоразмеров машин.
Если объем выпуска машин каждого типоразмера мал, особенно существенное значение приобретает учет достигаемой благодаря уменьшению размерного ряда машин экономии расходов на освоение, приходящихся на единицу продукции. При достаточно большом объеме выпуска удельный вес этих расходов в общих затратах на единицу продукции может быть совсем невелик, и им можно в первом приближении пренебречь.
Экономическое обоснование размерного ряда электрических двигателей с учетом затрат на их эксплуатацию.
Выше было выяснено влияние количества типоразмеров машин в размерном ряде на затраты по изготовлению самих машин. Но этого мало. При экономическом обосновании оптимального размерного ряда электрических машин следует учесть влияние количества типоразмеров не только на затраты по их производству, но и на расходы, связанные с их эксплуатацией. Обычно при уменьшении размерного ряда достигается экономия капитальных вложений, но при этом одновременно возрастают эксплуатационные расходы.
Если вместо двигателя необходимой мощности Ρт для электрического привода придется выбирать двигатель ближайшей большей номинальной мощности Ρн, то избыток установленной мощности у потребителя составит:
При τп > τн экономически эффективно переходить к сокращению размерного ряда, т. е. вместо машин двух габаритов иметь один габарит.
На оптимальный коэффициент нарастания шкалы мощности размерного ряда электрических машин влияет потребность народного хозяйства в машинах данного диапазона мощностей. В том диапазоне мощностей, где потребность в машинах относительно велика, коэффициент нарастания шкалы мощности должен быть наименьшим. Большое влияние на оптимальный коэффициент нарастания шкалы мощности оказывает также размер машин. Для крупных машин этот коэффициент должен быть при прочих равных условиях ниже; это объясняется тем, что абсолютные величины избытка установленной мощности будут у таких машин весьма велики. Поэтому в диапазоне таких машин коэффициент нарастания мощности при прочих равных условиях уменьшается.
- Дополнительные амортизационные отчисления от стоимости компенсационных устройств в эксплуатационных расходах по сравниваемым вариантам можно не учитывать, поскольку они по сравнению с другими составляющими эксплуатационных расходов малы.
