Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экономическая оптимизация. Теория и практика
.pdf
кой оптимизации промышленных производств. В настоящее время интерес к применению термодинамических методов и других
результатов естественных наук восстанавливается. Однако их
влияние на экономическую теорию может сказаться только в долгосрочной перспективе.
Связь экономики с химической термодинамикой вначале выражалась в том, что в паровых машинах осуществлялись химические реакции окисления (горения) углеродсодержащего или
углеводородсодержащего сырья. Химические реакции протекают
с выделением энергии в окружающую среду или с поглощением
энергии из окружающей среды. В частности, реакции окисления
протекают с выделением энергии. Эта особенность горения веществ, в основном углеродсодержащих, использовалась человеком с тех пор, как он сумел добывать и поддерживать огонь, т. е.
научился осуществлять простые химические реакции окисления.
Долгое время человек использовал выделяющуюся при сгорании углеродсодержащих продуктов энергию только для нагревания, т. е. использовалась только выделяющаяся теплота. Такое использование энергии горения некоторых веществ продолжалось
тысячелетиями. Появление паровой машины знаменательно тем,
что она позволила использовать выделяющуюся при сгорании
энергию не только для нагревания. Паровая машина была изобретена и создана для производства механической работы и замены
труда человека, домашних животных и природных источников
энергии (ветра, Солнца, рек).
3.8. Эффективность энергетических ресурсов
Результаты, полученные Карно, имели много важных последствий, в частности, он смог установить предельную степень или эффективность преобразования энергии в работу.
Количественное соотношение между изменением выделяющейся при протекании химических реакций, например горения
(окисления), энергии dU, выделяющейся теплотой dQ и совершаемой работой dW выражается первым законом термодинамики:
Первый закон термодинамики представляет собой одну из
форм фундаментального закона природы – закона сохранения
энергии.
dU dQ dW=+.
(8.1)
151
Из первого закона термодинамики следует, что энергию можно
полностью превратить как в теплоту, так и в работу. Однако исследования Карно показали, что превратить всю выделяющуюся
при протекании химической реакции энергию в работу невозможно.
Другими словами, первый закон термодинамики оказался недостаточным для описания реальных процессов и производств.
Заслуга Карно состояла в том, что он смог установить критерии
превращения энергии в работу. Немецкий ученый Рудольф Кла-
узиус в 1865 г. представил результаты, полученные Карно, в прос-
той форме, в соответствии с которой количество теплоты, выделяющееся в результате протекания химической реакции, связано с
абсолютной температурой T и изменением физической величины
S, которую он назвал энтропией:
Уравнение выражает второй закон термодинамики, честь открытия которого принадлежит Карно, а формулировка – Клаузиу-
су. Слово «энтропия» происходит от греческого слова «entropia» –
превращение.
Второй закон термодинамики или закон энтропии является
фундаментальным законом природы и имеет широчайшее применение, в том числе и в экономике. Особая значимость второго закона термодинамики заключается в том, что изменение энтропии
является критерием возможности самопроизвольного протекания
процессов, а именно: процесс протекает самопроизвольно, если
энтропия системы возрастает
В большинстве случаев вычислить абсолютные значения энтропии невозможно, поэтому энтропийный критерий оказывает-
ся непрактичным. Для многих химических веществ можно определить экспериментально относительные величины энтропии.
Эти значения сведены в таблицы термодинамических функций.
Используя эти данные, можно установить, возможна ли химическая реакция между выбранными веществами.
Для любых реальных процессов, в частности материальных
производств, закон энтропии незыблем: любой производствен-
ный процесс происходит с увеличением энтропии. Существует
аналогия между энтропией и прибылью, которая является экономическим критерием возможности или невозможности производственных процессов в рамках рыночной экономики.
dQ TdS=
dS > 0.
(8.2)
(8.3)
152
Подстановка количества теплоты из уравнения (8.2), выражающего второй закон термодинамики, в уравнение (8.1), выражающее первый закон термодинамики, дает объединенное уравнение
первого и второго законов термодинамики:
dW dU TdS=−.
(8.4)
Поскольку абсолютная температура величина положительная,
а при самопроизвольном превращении энергии в работу (как в
паровой машине) энтропия возрастает, то
dW dU< .
(8.5)
Неравенство показывает, что количество совершаемой работы меньше изменения энергии, другими словами, только часть
энергии превращается в работу. Следовательно, можно ввести
понятие «степень превращения энергии в работу»:
dW
x
≡⋅
w
dU
(8.6)
В соответствии с неравенством (8.5) числитель дроби в правой
части меньше знаменателя, поэтому:
(8.7)
xw<1,
т. е. степень превращения энергии в работу меньше единицы.
Следовательно, чем выше степень превращения энергии, тем
большая часть энергии превращается в работу. Если такое превращение происходит на каком-либо производстве, то оно оказывается тем более эффективным, чем выше степень превращения
энергии в работу.
Следует отметить, что предельная степень превращения
энергии в работу теоретически может быть достигнута, если
xw=1
превращение совершается предельно медленно. Работу, получаемую при таком виртуальном превращении, называют равновес-
ной работой. Любое реальное превращение (неравновесная работа) всегда имеет меньшую степень превращения, зависящую от
технологии превращения. Например, для паровых машин степень
превращения энергии в работу не превышает десяти процентов,
тогда как для паровых турбин эта величина достигает нескольких
десятков процентов. Для гидроэлектростанций, превращающих
потенциальную энергию в электрическую, степень превращения
еще выше. Другими словами, совершенствование технологии
ведет к увеличению эффективности факторов производства.
Результаты, полученные Карно, важны для любого производс-
тва, поскольку все средства производства функционируют, преоб-
153
разуя энергию в работу. Повышение эффективности такого преобразования – один из основных способов оптимизации производства.
Поскольку энергетические ресурсы являются одним из важнейших
переменных факторов производства, себестоимость продукции зависит от достигнутой на производстве степени превращения энергии в работу, совершаемую средствами производства.
Энергетические ресурсы как фактор производства обозначают символом E (Energy). Этим же символом обозначается и ко-
личество энергетических ресурсов, которые используются для
совершения работы, приводящей в действие средства производства, которые в большинстве случаев представляют собой различные механические устройства. Другими словами, эффективность
энергетического фактора производства может быть определена
как отношение объема производства X к количеству энергии Е,
используемой для такого производства:
Величина
представляет собой эффективность энергети-
x
e
x
=⋅
e
X
(8.8)
E
ческого фактора производства, причем чем больше эта величина, тем более энергоэффективно производство.
3.9. Эффективность сырьевых ресурсов
Предельные эффективности существуют не только для превращения энергии в работу. В большинстве материальных производств исходные материальные сырьевые ресурсы превращаются
в конечные материальные продукты.
Существование эффективности превращения исходных про-
дуктов (сырьевых ресурсов) в конечную продукцию (товары) вытекает из закона сохранения массы, в соответствии с которым
масса сырьевых ресурсов M равна сумме масс конечной продук-
ции X и отходов производства W:
MXW=+.
Отношение массы готовой продукции X к массе сырья M харак-
теризует эффективность сырьевого фактора производства:
x
=⋅
r
Эффективность сырьевого фактора называют степенью превращения или выходом продукции. Уравнение (9.2) называется
(9.1)
X
(9.2)
M
154
уравнением эффективности сырьевого фактора производства.
Это уравнение выражает собой закон сохранения массы в простейшей форме для одного вида вещества.
Подставим величину X из уравнения (9.2) в уравнение (9.1):
x
W
=− ⋅1
r
(9.3)
M
Поскольку отходы образуются из исходного сырья, то W < M,
тогда:
(9.4)
xr<1.
Следовательно, отходы уменьшают эффективность сырье-
вого фактора производства.
Если на производстве отходы не образуются (W = 0), то:
(9.5)
xr=1.
Такое значение эффективности сырьевого фактора производства является максимально возможным, поскольку в соответствии
с законом сохранения массы получить большую массу продукции,
чем взято сырьевых ресурсов, невозможно. Производства с максимальным выходом продукции называются безотходными произ-
водствами.
Безотходные производства являются скорее исключением, чем
правилом, поскольку на любом реальном производстве существует
много причин, которые ведут к уменьшению выхода продукции:
• наличие примесей в сырье;
• несоблюдение технологии производства;
• неисправность средств производства и т. д.
Для химических и сходных производств, помимо уже перечисленных, существуют и иные причины образования отходов:
• побочные продукты химических реакций;
• обратимость химических реакций;
• нестехиометрические соотношения исходных веществ и т. д.
Важно подчеркнуть, что на любом реальном производстве
существуют различные причины снижения выхода продукции.
Действительная степень превращения определяется конкретной
технологией производства. Любое производство тем более эф-
фективно, чем ближе к единице эффективность сырьевого
фактора производства или выход продукции.
Закон сохранения массы показывает, что объем производства является функцией количества сырьевого фактора производства, т. е.
XXM= ().
(9.6)
155
Дифференциал объема производства имеет простой вид для
неизменной технологии производства:
dX x dM
= .
(9.7)
r
Это уравнение выражает закон сохранения массы в дифференциальной форме. В соответствии с ним эффективность сырьевого
фактора производства представляет собой производную объема
производства по величине сырьевого фактора:
dX
x
=⋅
r
dM
(9.8)
При постоянстве эффективности сырьевого фактора производства приходим к интегральной форме закона сохранения массы (9.2).
3.10. Эффективность трудовых ресурсов
Подобно энергетическим и сырьевым ресурсам эффективностью обладают и трудовые ресурсы.
Эффективность трудовых ресурсов
объема производства X и количества использованных трудовых
ресурсов L:
x
=⋅
l
X
(10.1)
L
Эффективность трудового фактора производства представляет
собой производительность труда, которая определяется произ-
водительностью средств производства, а при их отсутствии лимитируется физиологическими возможностями человека.
Последнее уравнение выражает производительность труда на
основном производстве. Если рассматривается количество трудовых ресурсов всего предприятия, то производительность труда
оказывается существенно ниже производительности труда основного производства.
Непонимание существа производительности труда может вести к ошибкам и нелепостям. Например, производительность труда на предприятиях стран с переходной экономикой во много раз
меньше, чем производительность труда, например, на предприятиях США. При этом складывается представление, что на отечественных предприятиях рабочие – это отъявленные лентяи, а
американские – примерные труженики. В действительности же
это не так, поскольку речь должна идти не о производительности
– это отношение
x
l
156
физического труда, а о производительности средств производства. Поэтому низкая производительность труда в действительности вызвана низкой производительностью средств производства,
т. е. недостаточностью механизированных и автоматизированных
средств производства.
3.11. Основной закон производства
Средства производства обладают вполне определенной производительностью, т. е. они позволяют переработать определенное
количество сырья за определенный промежуток времени. Другими
словами, между производительностью средств производства
и количеством перерабатываемых сырьевых ресурсов существует волне определенное технологическое соответствие.
Для переработки определенного количества сырьевых ресурсов необходимо количество труда, зависящее от производительности средств производства. Другими словами, эффективность
труда связана с эффективностью средств производства.
Максимальная производительность труда соответствует
предельной производительности средств производства. При
любой цене трудовых ресурсов затраты максимально производительного труда будут наименьшими. Поэтому стремятся добиться
максимальной производительности труда для сокращения издержек на его оплату.
Средства производства функционируют за счет использования энергетических ресурсов. Для функционирования простейших средств производства (лопата, молоток, топор, рубанок и пр.)
достаточно физического труда человека. Эффективность средств
производства возрастает, если вместо ограниченных энергетических ресурсов человека используются иные виды энергетических
ресурсов. Любые энергетические ресурсы имеют цену, поэтому естественно стремление снизить энергопотребление средств производства, чтобы иметь наименьшие затраты на приобретение энергетических ресурсов.
Таким образом, для повышения эффективности производства
необходимо добиться повышения эффективностей всех факторов
производства, определенных уравнением
x
=⋅
i
X
(11.1)
Y
i
Это уравнение эффективности i-го фактора производства.
Частным случаем этого уравнения являются уже рассмотренные
157
ранее уравнения (8.8), (9.2), (10.1).Закон сохранения массы является одним из таких уравнений. Причем для неизменной технологии эффективности факторов производства также остаются
неизменными.
Для любых двух факторов производства из уравнений эффективностей (11.1) следует простой результат:
Y
i
=⋅
Yxx
k
k
(11.2)
i
Это уравнение выражает первую форму основного закона
производства: отношение величин факторов производства об-
ратно пропорционально отношению их эффективностей.
Для неизменной технологии производства эффективности
факторов производства постоянны, следовательно отношение величин факторов производства также остается неизменным:
Y
i
(11.3)
= .
k
ik
Y
k
Это уравнение выражает вторую форму основного закона
производства: величины факторов производства находятся в оп-
ределенном отношении. В соответствии с этим законом для любой
действующей технологии отношение факторов производства имеет вполне определенные значения, т. е. эти отношения не могут
быть произвольными. По этой причине закон производства (10.4)
называется законом определенных отношений факторов про-
изводства. Особо подчеркнем, что закон определенных отношений факторов производства является одним из следствий закона
сохранения массы.
Совершенствование технологии производства может изменить
соотношение факторов производства, однако это будут уже другие
технологии с другими соотношениями факторов производства.
Закон определенных отношений факторов производства аналогичен закону стехиометрических отношений количеств веществ
в химических реакциях, в соответствии с которым вещества вступают в химическую реакцию в строго определенных отношениях.
Закон определенных отношений факторов производства установлен экспериментально на действующих предприятиях, но его
лишь недавно стала признавать экономическая теория, которая
признает и производства с произвольным отношением факторов
производства.
Основной закон производства лежит в основе синергетической
оптимизации производства.
158
3.12. Синергетическая оптимизация производства
Закон сохранения массы и его следствие (закон производства)
лежат в основе синергетического метода оптимизации основного
производства.
Как уже отмечалось, для производства некоторого количества X продукции необходимо оплатить стоимость ресурсов, прежде всего сырьевых, энергетических и трудовых. Например, если
предприятие за некоторый промежуток времени нуждается в некотором количестве ресурса Y
изведение этих величин необходимо для оплаты этого ресурса.
Для оплаты всех ресурсов необходима сумма таких величин, следовательно, переменные издержки или бюджетное ограничение
выражаются бюджетным уравнением:
Подставив в это уравнение величину фактора производства из
уравнения эффективности фактора производства (10.2), получим:
Уравнение позволяет по известным эффективностям факторов
производства, их ценам и объему производства найти бюджетное
ограничение или объем производства по заданному бюджетному
ограничению. Полученное уравнение (11.2) является уравнением
синергетической оптимизации производства.
Синергетический метод оптимизации основан на использовании законов природы в форме законов термодинамики. Поэтому правильнее синергетическую оптимизацию считать термодинамической оптимизацией. Однако большинству экономистов
термодинамика неведома, тогда как термин «синергетический»
очень широко используется в экономике и в иных общественных
науках.
Использование термина «синергетическая оптимизация» имеет и более глубокий смысл. Термин «синергетика» происходит от
греческого слова «sinergeia», означающего совместное или кооперативное действие. Термин предложил немецкий ученый Герман
Хакен в 1973 г. для описания самоорганизации неравновесных
структур в однородных равновесных средах. Впоследствии этим
термином стала называться теория самоорганизации структур в
природе и обществе.
при цене Pi за его единицу, то про-
i
n
CPY
=
C
=⋅
X
(12.1)
.
ii
=∑1
i
n
P
i
(12.2)
x
i
=∑1
i
159
Синергетические представления используются в общественных науках без их правильного понимания. Они создают иллюзию понимания общественных процессов, когда уличить обществоведов в бессмыслице или шарлатанстве почти невозможно.
Такое положение привело к заключению, что социальная синергетика – это лженаука
1
.
В естественных науках синергетика не считается шарлатанством. Представитель бельгийской школы химической термодинамики Илья Пригожин в 1977 г. удостоен нобелевской премии по
химии «за создание теории самоорганизации и эволюции систем»,
которую сейчас и отождествляют с синергетикой
2
.
В отношении производственных систем понятие «синергетическая оптимизация производства» имеет совершенно определенный смысл: из всех возможных отношений факторов произ-
водства только одно из них позволяет создать эффективно
действующее производство в рамках действующей технологии. Все иные отношения факторов производства не обеспечива-
ют долговременное существование производства. Предприятие
может рассматриваться как самоорганизующаяся структура, которая будет существовать до тех пор, пока заложенная в ее основе
технология не изживет себя. Для самосохранения производства
необходимо постоянно изменять технологическую основу для
выпуска новых, более совершенных товаров на основе синергетической или термодинамической оптимизации.
В уравнении синергетической оптимизации (12.2) отношение
величины бюджетного ограничения к объему производства – это
стоимость единицы продукции, т. е. единичная себестоимость
продукции (5.8):
C
ε= ⋅
X
(12.3)
Таким образом, получаем следующий результат:
P
i
1
Губин И. И. Псевдосинергетика – новейшая лженаука // Бюллетень №1 аль-
манаха «В защиту науки» Комиссии РАН по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований. – М: Наука, 2006. – С. 110–119.
2
Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур. – М.: Мир, 2002; Пригожин И. Конец определенности. Время, хаос и новые законы природы. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и
хаотическая динамика», 2000. – 208 с.
ε= ⋅
(12.4)
∑
x
i
in1
=
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]