книги из ГПНТБ / Ефимычев Ю.И. Экономические проблемы повышения качества, надежности и долговечности литых деталей

цессе производства (неправильная установка стержней, нару­ шение баз механической обработки и т. д.), но проявляется он в процессе эксплуатации машин и оборудования. Организацион­ ные меры борьбы с этим дефектом заключаются в тщательном •соблюдении технологии изготовления отливки и регулярной про­ филактической проверке моделыю-опочного инструментария.

Внезапные отказы литых деталей в период после гарантийной наработки могут появляться в результате разрушения детали из-за снижения прочностных свойств отливки, вызванного мест­ ным перегревом детали во время работы, а также в результате усталостных трещин металла. Например, в процессе первого ка­ питального ремонта около 30% 6 -цилиндровых блоков цилиндров отсеиваются как брак по трещинам в области верхней плоскости детали и со стороны клапанной коробки. Причины образования этих трещин достаточно хорошо не изучены. На наш взгляд, это остаточные напряжения, которые развиваются в различных час­ тях отливки во время ее охлаждения после заливки формы жид­ ким металлом. Кроме того, остаточные напряжения в отливке приводят к деформации опор коренных подшипников блока ци­ линдров, в результате которой происходит смещение оси цилинд­ ров от оси коленчатого вала на недопустимую величину. Это смещение при работе двигателя вызывает повышенный износ цилиндров блока, шеек коленчатого вала, поршневых колец п других деталей. Наиболее эффективными мероприятиями по снижению остаточных напряжений в блоке являются следующие: увеличение времени охлаждения отливок в форме, отжиг или естественное старение (табл. 3.4) необработанных отливок или прошедших черновые операции механической обработки.

Рассматривая поток отказов во времени, необходимо отметить, что внезапные отказы литых деталей проявляются, в основном,

70

их часть в период устойчивой работы системы, когда отказы носят случайный характер. При дальнейшей работе машины по­ степенно начинает возрастать число параметрических отказов. Большинство отказов литых деталей в этот период является результатом износа: для восстановления надежности машины подвергаются капитальному ремонту, глубина и стоимость ко­ торого с возрастом увеличивается. Фактические затраты после проведения первого капитального ремонта возрастают по срав­ нению с аналогичными затратами до его проведения. Это объяс­ няется тем, что надежность машины и оборудования после капи­ тального ремонта не удается в большинстве случаев сохранить на прежнем уровне. Поэтому требуется больше средств для их поддержания в работоспособном состоянии1.

В то же время проведение первого капитального ремонта экономически целесообразно только в том случае, если его стои­ мость ни в коей мере не превышает стоимости изготовления новой машины12. Рассчитанная на основе нормативов трудоем­ кость капитальных ремонтов по системе планово-предупредитель­ ного ремонта и фактическая трудоемкость их изготовления поточ­ ным методом на станкостроительных заводах (Горьковский завод

1 Эти особенности работы машины во времени отмечал К. Маркс: «...какой бы совершенной конструкции машина ни вступала в процесс производства, при ее употреблении на практике обнаруживаются недостатки, которые приходится исправлять дополнительным трудом. С другой стороны, чем больше вышла она за предел своего среднего возраста, следовательно, чем больше сказы­ вается действие нормального изнашивания, чем больше изношен и старчески ослаб материал, из которого она сделана, тем многочисленнее и значительнее становятся ремонтные работы, необходимые для того, чтобы поддержать су­ ществование машины до конца периода средней продолжительности ее жизни» (Маркс К. и Энгельс Ф. Соч., т. 24, с. 196).

2 В действительности существует определенная зависимость между пер­ воначальной стоимостью машины и стоимостью каждого из капитальных ре­ монтов.

Пусть начальная стоимость машины С0, стоимость соответствующих капи­ тальных ремонтов Сь С2, С3; себестоимость одной единицы работы от начала

ремонта, t2— ресурс от I капитального ремонта до II и т. д.; примем стоимость капитальных ремонтов, производительность машины и стоимость технического

монте удвоенная стоимость капитальных ремонтов должна быть меньшелервоначалыюй стоимости машины.

71

фрезерных станков, московский завод «Красный пролетарий») показывают, что трудоемкость капитального ремонта наиболее распространенных моделей металлорежущих станков колеблется в пределах 107—178% от трудоемкости изготовления нового экземпляра машин. Аналогичная картина и для других типов машин и оборудования (например, автомобилей, тракторов и т. п.). Следовательно, задача состоит в том, чтобы найти техническое решение, обеспечивающее значительное повышение срока службы машин до первого капитального ремонта и в иде­ альном случае до предела, который ограничен моральным ее износом.

Таким образом, для литых деталей, определяющих уровень долговечности узла или агрегата в целом, наработка (срок службы) до первого капитального ремонта, как правило, долж­ на служить границей оптимального уровня качества.

Экономическая целесообразность повышения уровня надеж­ ности (долговечности) отдельных деталей, сменных узлов и эле­ ментов определяется на основе дифференцированного учета ха­ рактера их производительного использования в тех изделиях, которые самостоятельно участвуют в процессе эксплуатации.

Для основных литых деталей повышение их надежности, уве­ личивая срок службы узла или агрегата, позволяет сократить число капитальных ремонтов, а в некоторых случаях совсем от­ казаться от них.

Создаваемая в процессе производства новая потребительная стоимость приводит, в частности, к относительному увеличению производства отливок в расчете на достаточно продолжительный период времени. Следствием этого является сокращение потреб­ ности в запасных частях, высвобождение располагаемой мощ­ ности литейного цеха для изготовления других деталей. Напри­ мер, высокая износостойкость литых коленчатых валов из магниевого чугуна позволила снизить нормы их расхода для ре­ монта автомобилей ГАЗ более чем в два раза.

Структура производства коленчатых валов, по данным Горь­ ковского автозавода и Заволжского моторного завода, показы­ вает, что на каждые 100 выпускаемых стальных коленчатых валов от 20 до 36 приходится на коленчатые валы, поставленные в запчасти. На 100 чугунных валов в запчасти идет всего 5—12 (табл. 3.5). Если бы коленчатые валы по-прежнему выпускались из стали, то нужно было бы или увеличить мощность кузнечного производства на 16%, или соответственно снизить производство коленчатых валов на основную программу.

Вместе с тем работы, связанные с повышением надежности и долговечности литых деталей, требуют дополнительных затрат. Сущность экономической оценки мероприятий по повышению долговечности отливок состоит в выявлении затрат на их прове­ дение и экономического эффекта, который возникает в этой связи.

72

При проведении технических мероприятий по повышению на­ дежности и долговечности литых изделий годовой экономический; эффект можно определить как алгебраическую сумму затрат и. эффектов в сфере производства (литейный цех) и сфере потреб­ ления (эксплуатация готовых изделий). Кроме того, необходимоучитывать экономию (перерасход) капитальных вложений в со­ пряженных отраслях. Полученная в результате такого расчета, народнохозяйственная экономия будет наиболее объективно ха­ рактеризовать эффективность проводимых мероприятий.

Основываясь на типовой методике АН СССР1, годовой эконо­ мический эффект у производителя (в литейном цехе) Эл опреде­ ляется при сопоставлении приведенных затрат базового варианта и нового варианта

где Сб, Си-—заводская себестоимость изготовления 1 тлитых де­ талей прежнего и повышенного качества, руб.;

•Кб. Кв — удельные капитальные затраты в литейном произ­ водстве по базовому и новому варианту;

Ев — нормативный коэффициент экономической эффек­ тивности;

А — годовой объем выпуска продукции, шт.; а — коэффициент прироста долговечности детали, число

раз.

Величина а показывает относительное увеличение производ­ ства литых деталей. С помощью этого коэффициента осуществля­

1 При двух или нескольких вариантах технологии изготовления отливки справедлива зависимость приведенных затрат — по формулам: 3 = С+ЕаІС и 3 = К + Т ВС, где Тп — нормативный срок окупаемости капитальных вложений.

73

ется приведение потребительских свойств заменяемой продукции к потребительским свойствам продукции повышенного качества.

Полученный в сфере производства, этот вид эффекта, вернее значительная его часть, может быть выявлен в сфере потребле­ ния. Для лимитирующих деталей, например, это будет означать сокращение потребности в запасных частях.

Проведение мероприятий по повышению надежности литых изделий часто сопровождается дополнительными текущими и еди­ новременными (капитальными) затратами.

В тех случаях, когда капитальные затраты на производство отливок повышенного качества расходуются не единовременно, а в течение ряда лет, что связано, в основном, с созданием спе­ циализированных мощностей , необходимо учитывать фактор времени1. Капитальные вложения (или часть затрат, которая осуществлялась не в один год) приводятся к году начала функ­ ционирования изделий повышенного качества с помощью коэф­ фициента приведения по формуле сложных процентов

Р = (1+Д,пУ,

где t — период времени приведения;

£нп — норматив для приведения разновременных затрат. Все дополнительные текущие затраты в литейном цехе рас­

считываются по изменяющимся статьям себестоимости базового и нового варианта. Если мероприятие комплексное, т. е. одновре­ менно улучшается технология механической обработки, то расчет экономического эффекта производится с учетом всех затрат в ме­ ханообработке по сравниваемым вариантам.

Дополнительная величина капитальных затрат, связанная с внедрением конструкторских, производственных и эксплуата­ ционных мероприятий по повышению надежности и долговечности литых деталей машин и оборудования, подсчитывается по следу­ ющей формуле:

■лКл — ДДТпр + ДДоб + ЛТм — Сл — (Оп — Ов) + ДАТ,,

где Л/<пр — дополнительные затраты на научно-исследователь­ ские, проектные и конструктивные работы;

АКоо — дополнительные капитальные затраты на приобрете­ ние нового оборудования;

/(м— затраты на модернизацию действующего оборудо­ вания;

Сл —-стоимость металлолома выбывающего оборудования;

1 Типовой методикой определения экономической эффективности капиталь­ ных вложений рекомендуется при расчетах и анализе эффективности капитало­ вложений учитывать разрыв во времени (лаг) между осуществлением капи­ таловложений и получением эффекта. Лаг в случае создания специализирован­ ных мощностей производства точнолитых заготовок высокой надежности будет определяться периодом времени, необходимого для превращения авансирован­ ных капитальных затрат в основные фонды и производственные мощности, и периодом времени освоения производственных мощностей до проектного уровня.

74

On — остаточная стоимость используемого оборудования; Ов — остаточная стоимость оборудования, которое не будет

использовано; Л/<о —дополнительные затраты на мероприятия эксплуата­

ционного характера.

Если мероприятие связано со строительством новых зданий и сооружений, то в формулу вводится дополнительное слагаемое, отражающее эти затраты.

При малых сроках службы (как правило, до 2 лет) экономи­ ческий эффект от улучшения качества отдельных литых деталей пропорционален изменению срока их службы. Поэтому экономия определяется на основе установления эквивалентного объема продукции прежнего и улучшенного качества. Главным образом это относится к невосстанавливаемым литым деталям, которые по техническим или экономическим причинам нецелесообразно ремонтировать (например, поршневые кольца, втулки, поршни, и т. п. для автомобильных двигателей).

Увеличение долговечности литых изделий отражается на уров­ не себестоимости и капиталовложений в расчете на единицу про­ дукции (или работ, например, себестоимость перевозки 1 г груза/км), производимой с их участием, по статьям возмещения из­ носа сменного оборудования, быстроизнашивающегося и сменно­ го инвентаря, а также вызывает соответствующее изменение величины сопряженных для потребителя этих изделий капитало­ вложений в черную металлургию1, в производство заготовок, в механообработку и т. п.

Народнохозяйственный подход к определению экономической эффективности повышения долговечности литых изделий требует учитывать экономию на капитальных вложениях в результате высвобождения мощностей по производству литых деталей, эко­ номию на капитальных вложениях в производство передельного или литейного чугуиов, экономию на капитальных вложениях в сфере подготовки лома к использованию. При расчете этого вида эффекта можно использовать среднеотраслевые показатели фондоемкости производства 1 г годных отливок и народнохозяй­ ственную фондоемкость по производству передельных и литейных чугунов. Точность же расчета будет определяться достоверностью учета показателей.

Повышение долговечности литой детали может привести к по­ вышению надежности машин или оборудования в целом. Эконо­ мический эффект в этом случае у потребителя выразится в со­ кращении объема ремонтных работ, уменьшении амортизацион­ ных отчислений, в лучшем использовании машины илц

1 Например, по данным П. Гриценко, увеличение долговечности и надежно­ сти металла в изделиях только на 1% равнозначно экономии примерно 0,5 млн. г черных металлов. (Снижение материалоемкости продукции, эконо­ мия сырья — одно из основных направлений повышения эффективности социа­ листической экономики.— «Экономика Советской Украины», 1971, № 11)..

75

оборудования. Методика его расчета, на наш взгляд, достаточно полно разработана в экономической литературе1.

Суммарный эффект от повышения надежности литых изделий Э0б в общем виде определяется как алгебраическая сумма

где Эп —экономический эффект у потребителя литых изделий с повышенной надежностью;

Эпх — народнохозяйственная экономия на капитальных вло­ жениях.

Величину экономического эффекта у потребителя предлагает­ ся21 определить по такой формуле:

Э = ^ СЭ| СЭа — ^ В2,

где СЭ[, СЯі>— эксплуатационные затраты у потребителя на еди­

ницу прежнего и повышенного качества, руб.; Гек, Т„.к — срок службы (долговечность) продукции прежне­

го и повышенного качества, руб./ед. продукции; В2— годовой объем выпуска продукции повышенного

качества, шт. или т.

Эксплуатационные затраты у потребителя определяются с учетом всех отмеченных выше проявлений эффективности ме­ роприятий по повышению долговечности литых изделий (сокра­ щение простоев, уменьшение объема ремонтных работ и т. п.).

При замене в формуле (3.2) заготовок из проката (штампо­ вок или поковок) литыми заготовками с повышенной надежно­ стью необходимо учитывать годовой экономический эффект в сфере производства черных металлов, определяемый как раз­ ница приведенных затрат на производство проката и литейного чугуна на всю производственную программу. Примером такой замены могут служить литые коленчатые валы, распределитель­ ные валики из высокопрочного чугуна вместо стальных поковок в двигателях автомобиля3, прокатные валки в прокатных ста­ нах и т. п.

1 Например: Тупицын Ю. В. К вопросу об экономической эффективности повышения надежности и долговечности машин.— В кн.: Экономические про­ блемы повышения качества продукции. М., Издательство Комитета стандартов,

1969.

2 Павлюткин С. П. и др. Методика определения экономической эффективно­ сти повышения качества отливки.— В кн.: Экономика, организация и планиро­ вание литейного производства. Ч. III. Л., 1971.

3 Расчеты экономической эффективности замены стали чугуном С шаро­ видным графитом приведены нами в работах: Лебедев А. А., Ефимьічев Ю. И., Иванов В. В. Применение отливок из магниевого чугуна в машиностроении. Л., ЦНИИТЭИС, 1970; Ефимычев Ю. И., Иванов В. В., Лебедев А. А Экономи­ ческая эффективность замены стали магниевым чугуном.— «Экономика судо­ строительной промышленности», 1970, № К

76

Показатели полезных свойств изделия носят вероятностный характер, и их оценка должна даваться в форме доверительных интервалов.

Проведению мероприятий по дальнейшему повышению долго­ вечности и надежности литых деталей должно предшествовать изучение и установление с достаточной степенью достоверности существующего, действительного уровня долговечности отдель­ ных узлов, агрегатов и деталей, входящих в них.

Изучение статистических данных о распределении долговеч­ ности восстанавливаемых отливок: блоков цилиндров, коленча­ тых валов и др.— показывает, что характеристики долговечности этих отливок распределены по нормальному закону. В этом слу­ чае характеристики долговечности определяются сравнительно просто.

Точность полученного среднего ресурса оценивается с помо­ щью ДОВерИТеЛЫІЫХ ГраНИЦ tmtmn И £ВОрх

где е — предельная ошибка;

to. —табличная величина, выбираемая в зависимости от п и а . В качестве примера приведем выполненные нами расчеты характеристик долговечности отливок блока цилиндров по дан­ ным Горьковского автохозяйства № 1180. Средний ресурс до первого капитального ремонта (пробег до первого капитального ремонта) tcp отливок блоков цилиндров автомобиля ГАЗ-51 вы­ пуска 1971 г. определялся по случайно выбранным автомобилям

По информации этого автохозяйства, ресурс детали блока цилиндров (отливка из чугуна СЧ24-44) до первого капитального ремонта, т. е. до первой расточки цилиндров, можно оценить со средним значением в 87,5 тыс. км и доверительными границами в 85 тыс. км и 90 тыс. км.

По результатам испытаний достаточного количества машин в производственных условиях можно определить долговечность любой отливки (детали из отливки). При доверительной вероят­ ности а=0,9 и достаточной для практики точности необходимый объем выборки заключен в пределах 40—70 машин.

77

При таком методе испытании мы получаем хотя и реальные показатели качества отливок, но с большим разбросом данных в результате влияния многочисленных факторов эксплуатации па показатели надежности и долговечности. Кроме того, при методе испытаний в реальных условиях требуется длительное время для проверки эффективности мероприятий, направленных на улуч­ шение показателей долговечности. Эти недостатки устраняются при ускоренных стендовых испытаниях.

Подобные расчеты необходимо выполнять при нормировании долговечности для других показателен качества отдельных литых деталей, при установлении оптовых цен на аттестованную про­ дукцию. Использование показателей качества изделий с включе­ нием в информацию о них доверительных интервалов позволяет значительно повысить точность определения уровня качества и эффективность изделий и служит предварительным условием целесообразности разработки мероприятий по улучшению каче­ ства литых заготовок.

Для литых деталей из чугуна и стали повышение долговечно­ сти должно определяться, по нашему мнению, по следующим основным направлениям:

—расширение сферы применения высокопрочных чугунов и низ­ колегированных сталей;

—улучшение механических свойств применяемых в промышлен­ ности рядовых сталей и чугуна за счет совершенствования технологических параметров их производства;

—применение упрочняющих покрытий и выбор эффективных режимов термообработки;

—дальнейшее изучение механизма образования скрытых поро­ ков отливок;

—совершенствование технических средств контроля скрытых дефектов литья.

Для большинства узлов іі агрегатов машин имеются значи­ тельные потенциальные резервы увеличения их долговечности. Примером этого могут служить автомобильные двигатели (табл. 3.6), причем здесь не учтены литые детали из цветных сплавов (поршни, головки цилиндров и др.), прочность и износо­ стойкость которых также можно повысить.

На экономию, получаемую благодаря использованию более прочных материалов, указывал К. Маркс: «...машины, построен­ ные из более прочного материала, живут дольше, а их примене­ ние, регулируемое строго научными законами, делает возможной большую экономию в расходовании их составных частей и по­ требляемых ими средств...»1.

Коренные изменения необходимы также и в постановке ре­ монта оборудования, с резким сокращением потребности в за­ пасных частях путем реализации при его проектировании принци­

1 Маркс К. н Энгельс Ф. Соч., т. 23, с. 399.

78

па равнопрочное™, широкого использования современных мате­ риалов с высокой коррозію- и износостойкостью, научно обоснованных методов их защиты, упрочнения и восстановления. С учетом этих предпосылок должен быть осуществлен полный переход на централизованное изготовление запасных частей и ликвидированы огромные потери при их разрозненном изготов­ лении.

Т а б л и ц а 3.6

Долговечность литых чугунных деталей двигателя автомобиля

Современный уровень развития техники, литейной технологии и электронно-вычислительной техники позволяет получить литей­ ные сплавы и отливки из них с необходимыми, а в некоторых случаях наперед заданными свойствами. Эти свойства должны обеспечить работу узлов, агрегатов и машин с экономически оп­ тимальным уровнем долговечности и надежности. При этом мы исходим из следующего. Как отмечалось выше, более надежные изделия требуют меньше усилий и средств на поддержание их в работоспособном состоянии. Следовательно, существуют опти­ мальные значения надежности, при которых общая стоимость разработки, изготовления и эксплуатации минимальна. Проблема оптимизации сводится в данном случае к нахождению оптималь­ ной модели рассматриваемого процесса.

Смысл оптимального моделирования здесь заключается в том, чтобы, используя показатели надежности, разработать такую ме­ тодику, которая позволила бы получать максимальную надеж­ ность изделий при минимальных затратах. При этом должны учитываться тип и назначение изделий. На первом этапе уста­ навливаются эксплуатационные показатели качества деталей из отливок и их количественная связь с производственными пока­ зателями качества литых заготовок.

Для этого необходимо обобщать статистико-экономические

лей из отливок по данным потребителей, опытных автохозяйств,

79