Экономическое обоснование принятых марок материалов для изготовления деталей нового электроизделия.
В процессе проектирования новых конструкций электроизделий решаются следующие вопросы: необходима ли данная деталь (можно ли ее комбинировать с другой деталью); подходит ли выбранный материал для данной детали; соответствует ли технологический процесс масштабу выпуска; правильна ли форма детали с точки зрения уменьшения времени обработки; можно ли деталь заменить стандартной (нормализованной), даже если это повлечет за собой изменение сопряженных с ней деталей.
Важное значение имеет экономическое обоснование выбора рода материалов. При выборе рода материалов для изготовления деталей электроизделий учитываются прежде всего их физические свойства. Кроме того, каждая деталь электроизделия должна быть подвергнута анализу, чтобы установить, нельзя ли ее изготовлять из более дешевого материала.
Что служит критерием выбора марки материала?
Начнем с простейших случаев, когда замена одной марки материала другой производится без ущерба для эксплуатационных качеств электроизделия. Тогда надо сопоставить себестоимость изготовления деталей по сравниваемым вариантам.
Критерий минимума себестоимости изготовления деталей может явиться основой также при выборе, например, диаметров проводов для изготовления катушек сопротивлений электроизмерительных приборов в тех случаях, когда потери энергии на нагрев в процессе эксплуатации столь малы, что ими можно пренебречь. В качестве примера можно привести выбор диаметра провода для обмотки катушки сопротивления многопредельного микроампервольтметра. Наличие в электроизмерительном приборе добавочных сопротивлений вызывает дополнительный нагрев измерительного механизма. Выбор диаметра обмоточного провода катушки влияет на ее размеры и отвод тепла. Однако применительно к катушке сопротивлений многопредельного микроампервольтметра при номинальном токе 1 —10 мка выделение мощности даже в значительных сопротивлениях (0,5—1 Мом) столь мало, что им можно пренебречь. Поэтому в данном случае для выбора диаметра провода решающее значение имеет минимум затрат на изготовление катушки.
Стоимость 1 кг провода с уменьшением его диаметра возрастает. Зато длина провода, необходимого для обеспечения заданного сопротивления прибора, с уменьшением диаметра провода уменьшается. Сопротивление катушки равно:
Расчеты показывают, что если выбор диаметра провода практически не отражается на тепловом режиме прибора, целесообразно изготовлять катушку сопротивлений из возможно более тонкой проволоки. В этом случае сумма затрат на изготовление катушки сопротивлений (с учетом затрат и на намотку провода) будет наименьшей. Конечно, при решении этой задачи имеются разумные пределы уменьшения диаметра провода, поскольку при этом возрастает трудоемкость его намотки и увеличивается брак, связанный с обрывностью тонкого провода.
Важное значение имеет правильная оценка перспектив эффективного применения новых материалов. Электротехническая промышленность является одним из главных претендентов на новые материалы, стимулируя во многих случаях их изыскание и производство. Новые материалы способствуют улучшению важнейших эксплуатационных параметров электроизделий, позволяя повысить их эксплуатационную надежность и долговечность, увеличить их к. п. д. В то же время они позволяют по-новому подойти к конструированию электроизделий, уменьшить их вес, габариты и себестоимость изготовления. Новые материалы дают возможность приходить к совершенно новым конструктивным решениям. Так, еще совсем недавно радиосхемы создавались только из проводников, диэлектриков и магнитных материалов, сочетания которых образовывали индуктивности, емкости и сопротивления, а усиление и нелинейные эффекты (детектирование и др.) осуществлялись при помощи электронных ламп. В последние годы в радиоэлектронике стали использовать множество материалов с новыми свойствами.
Создание новых синтетических материалов, усовершенствование технологии их производства и открытие новых явлений в твердых телах способствуют совершенствованию радиоаппаратуры подчас в большей мере, чем самые остроумные приемы конструирования, основанные только на прежних методах построения схем на электронных лампах. Успех проектировщика радиоэлектронной аппаратуры теперь все больше зависит от новых материалов. Прогресс в производстве высококоэрцитивных магнитных материалов позволил перейти к новым формам магнитных систем в электроизмерительных приборах, в частности к магнитной системе с внутрирамочным магнитом.
Для снижения веса и удешевления электроизделий все большее значение приобретает применение пластмасс. Особенно ценны такие их свойства, как высокая диэлектрическая прочность, антикоррозийность, амортизация колебаний, малый удельный вес, способность принимать нужную форму без сложной обработки, что упрощает процесс изготовления деталей.
Существенным достоинством пластмасс является их значительная удельная конструкционная прочность, т. е. отношение прочности к плотности, выраженное в сантиметрах. Если удельная конструкционная прочность обычной стали составляет 1 200 000 см, а алюминия — 760 000— 1 560 000 см, то у армированной стекловолокном эпоксидной пластмассы она доходит до 1 780 000 см. Наряду с большим удешевлением изделий, пластмассы позволяют повысить их качество и улучшить внешний вид. Производство пластмасс растет с каждым годом. Быстрый прогресс в технологии их изготовления обусловливает возрастающее использование различного рода пластмасс во всех отраслях электротехнической промышленности.
Нередко возникает вопрос о рентабельных областях применения тех новых материалов, которые еще только осваиваются в производстве и объем, выпуска которых еще очень мал. Естественно, что в начальный период освоения эти материалы могут быть относительно очень дорогими. Зато по мере освоения их производства и увеличения масштабов выпуска цена новых материалов, как правило, быстро снижается. Так, за период с 1950 по 1957 г. себестоимость некоторых полимерных материалов снизилась в четыре раза, в то время как себестоимость меди за этот же период снизилась лишь на 6,4 % .
Рис. 5-14. Графическое определение цены нового материала, при которой применение его в данном назначении станет рентабельным.
Пусть при цене вновь осваиваемого материала zомн (руб/кг) себестоимость интересующего нас изделия, которое Может быть изготовлено из этого материала, составляет Смн (руб.). При изготовлении из прежнего материала себестоимость изделия составляла Смс [руб. ]. Нередко в начальный период освоения нового материала Смн > Смс. В связи с этим возникает вопрос, при какой цене нового материала применение его в данном назначении станет рентабельным.
Графическое решение рассматриваемой задачи построено на рис. 5-14. На оси абсцисс отложена цена нового материала. При этом начало координат соответствует наиболее высокой цене данного материала в начальный период его освоения. Далее, по мере освоения производства материала, цена его уменьшается. На оси ординат отложена себестоимость изделия, изготовляемого из этого материала. При изготовлении изделия из прежнего материала себестоимость его будет выражена прямой, параллельной оси абсцисс, так как она не зависит от цены нового материала. При изготовлении из нового материала себестоимость изделия выразится прямой, наклонной к оси абсцисс. Точка пересечения прямых С2 и С1 показывает, при какой цене нового материала применение его в данном назначении станет рентабельным. Таким путем мы определили и можем сообщить поставщику новых материалов, при какой цене их целесообразно будет применить для изготовления данных изделий.
В тех случаях, когда изменение марки материала отражается на эксплуатационных показателях изделий, нужно вначале рассчитать разницу в капитальных вложениях, т. е. в данном случае — в себестоимости соответствующего узла машины при изготовлении его из более дорогого материала. После этого производится расчет и сопоставление эксплуатационных расходов. Если применение нового материала вызывает увеличение капитальных вложений, т. е. удорожание самого электроизделия, но зато позволяет получить экономию на эксплуатационных расходах, необходимо определить срок окупаемости дополнительных капитальных вложений экономией на эксплуатационных расходах.
При решении вопроса о целесообразности применения в различных назначениях тех или иных заменителей дефицитных материалов нужно учитывать соотношение потребности и наличия соответствующих материалов. Дефицитность материалов меняется во времени. Чем больше разрыв между потребностью в материале и производственной мощностью предприятий, производящих его, тем более дефицитным может стать этот материал. Изменения в материальных балансах могут приводить к замене одних материалов другими.
Дефицитность тех или иных материалов изменяется с прогрессом техники. Технический прогресс может, с одной стороны, породить новых потребителей данного материала, а с другой, — создать полноценные заменители его. При выборе рода материалов проектировщики должны уметь в каждом конкретном случае правильно учитывать сравнительную дефицитность их. Цены на материалы должны стимулировать к наиболее рациональному их использованию.
За последние годы алюминий все более вытесняет медь и свинец в электро- и радиотехнической промышленности, приобретая важное значение как конструкционный материал. Стоимость 1 т алюминия и меди за рубежом в настоящее время примерно одинакова. В Советском Союзе алюминий стоит даже дешевле меди. При одинаковом сечении алюминиевый провод имеет в 1,61 раза больше сопротивление, чем медный, при этом вес его снижается в 3,3 раза; во столько же раз снижается стоимость алюминиевого провода. При равной проводимости сечение алюминиевого провода в 1,61 раза больше, чем медного, а вес меньше в 2 раза, стоимость его также ниже. Правда, алюминий имеет по сравнению с медью некоторые недостатки (пониженная механическая прочность, повышенная стоимость изоляции алюминиевых проводов по сравнению с медными, диаметр поперечного сечения которых примерно на 30% меньше; относительная трудность соединения алюминиевых проводов).
В последние годы указанные недостатки в значительной мере преодолены разработкой алюминиевых сплавов и биметаллических материалов, обладающих повышенными механическими характеристиками; оксидной изоляции с лучшими характеристиками; приемов, обеспечивающих надежное контактирование алюминиевых проводов. В результате алюминий, особенно анодированный, успешно заменяет дефицитную медь как проводниковый и конструкционный материал, позволяя снизить вес и стоимость проводников и конструкций при одновременном повышении их нагревостойкости.
