Экономическое обеспечение эксплуатационной безопасности при проектировании изделий повышенной ответственности: На примере электровозостроения

В условиях перехода к рыночной экономике важнейшей проблемой отечественных предприятий является обеспечение конкурентоспособности выпускаемой продукции. Её актуальность обусловлена тем, что в настоящее время российский рынок испытывает сильное влияние со стороны иностранных производителей, поднявших уровень требований к качеству поставляемых товаров. С другой стороны, значительное число предприятий, особенно работающих в условиях монополии заказчика, нуждаются в продвижении своих изделий на внешний рынок и высокоэффективной диверсификации производства. В обоих случаях предприятиям особое внимание необходимо уделять проблеме обеспечения конкурентоспособности производимой продукции.

Повышение конкурентоспособности продукции машиностроительного комплекса России во многом зависит от практической реализации основных теоретических положений в области управления качеством и оптимизации затрат, цель которых — повышение технического уровня и минимизация затратных характеристик выпускаемой продукции.

Весьма важным моментом является анализ факторов качества и выделение из них факторов, имеющих резервы повышения уровня конкурентоспособности. Одним из таких показателей является показатель безопасности, выступающий безусловным фактором конкурентоспособности. Особенно это актуально для проектирования различных объектов повышенной ответственности (транспортные средствахимическая аппаратураоборудование атомной энергетики и промышленностигрузоподъемные устройстваустройства, работающие под избыточным давлением и др.), где необходимо обеспечить континуум между требованиями экономичности и безопасности.

Одним из направлений повышения потенциала конкурентоспособности отечественной продукции является оптимизация технико-экономических показателей, которая приобретает особое значение при разработке и изготовлении продукции, предназначенной для конкретных заказчиков. При этом оптимизация не должна ухудшать условий безопасности. Осознание важности этого направления является необходимой предпосылкой для создания продукции, обеспечивающей наибольшую удовлетворенность заказчика как ее техническим, так и экономическим уровнями. Оптимальное соотношение качества и цены обеспечивает снижение затрат потребителей на приобретение и эксплуатацию техники, а следовательно, и себестоимости произведенных с ее помощью товаров и услуг. Это приобретает особое значение в условиях ограниченности финансовых средств у потребителей.

Создание целостной системы экономического обеспечения конкурентоспособности, цели и задачи которой отражали бы всю специфику процесса становления рыночных отношений, необходимо отечественным предприятиям для замены существующих подходов к процессу проектирования, недостаточно учитывающих экономические аспекты. Предпосылка для практического применения системы экономического обеспечения конкурентоспособности — образование инновационно-ориентированной организационной среды, недостаточно развитой на современных российских машиностроительных предприятиях.

Весьма ярко необходимость создания такой системы проявляется в области электровозостроения. Большинство предприятий, занятых выпуском средств рельсового электротранспорта, работают в условиях монополии заказчика, диктующего ассортимент, требования к качеству и цены на продукцию, и наряду с этим имеющим низкую платежеспособность. Внутренним недостатком электровозостроительных предприятий в современных условиях является низкая технологическая мобильность производства. Важная задача таких предприятийсохранение высокого технического уровня изделий и технологий. Эти соображения предопределяют актуальность и практическую значимость выбранной темы диссертационного исследования.

Экономические аспекты проектирования изделий машиностроения, в частности, вопросы оптимизации технико-экономических показателей и повышения эффективности конструкций машин нашли отражение в трудах отечественных и зарубежных ученных JI.B. Барташева, Л.И. ГамратаКурека, М. И. Ипатова, М. Г. Карпунина, Г. Б. Каца, А. П. Ковалева, A.A. Колобова, Н. К. Моисеевой, Ю. Н Мымрина, С. Ф. Покропивного, A.B. Проскурякова, Э. А. Третьякова, О. Г. Туровца, Дж.К. Джонса, JI. Майлза, А. Уилсона и других.

Однако большинство отечественных исследований по данной проблеме были выполнены применительно к условиям плановой экономики и не учитывали рыночные факторы. Работы западных специалистов ориентированны на стабильно функционирующие рынки, поэтому многие их положения не применимы в условиях переходной отечественной экономики.

Исследования по вопросам обеспечения требований безопасности в отношении создаваемой продукции носят в основном технический характер, а экономические аспекты оптимальной безопасности изучены недостаточно.

Работа предприятий в новых экономических условиях требует создания современного методологического аппарата выбора и оптимизации системы технико-экономических показателей, удовлетворяющих все требования рыночной экономики и использующих маркетинговый, стратегический, системный и финансовый подходы.

Целью работы является разработка теоретических положений и практических методов выбора и оптимизации технико-экономических показателей продукции повышенной ответственности, обеспечивающих ее конкурентоспособность.

Для достижения указанной цели были решены следующие исследовательские задачи:

— определение экономических требований к системе проектирования новой продукции в условиях формирующегося рынка;

— исследование содержания экономических задач при проектировании и освоении производства продукции повышенной ответственности;

— анализ существующих подходов к процессу выбора и оптимизации технико-экономических показателей проектируемой продукции;

— исследование экономических аспектов обеспечения эксплуатационной безопасности изделий;

— анализ подходов к оценке вероятности возникновения аварийных ситуаций;

— разработка методического инструментария для экономической системы обеспечения эксплуатационной безопасности продукции повышенной ответственности;

— разработка инновационного процесса по осуществлению методического инструментария.

Предметом исследования в соответствии с поставленными задачами является совокупность методов и способов формирования системы технико-экономических показателей создаваемой продукции с целью повышения ее конкурентоспособности, применительно к изделиям повышенной ответственности. В качестве объекта исследования выбрана система проектирования, создания и освоения новой продукции (на примере электровозостроения).

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующих, выносимых на защиту результатах:

1. Уточнен подход к прогнозированию уровня безопасности проектируемых изделий на основе теории решений с использованием модели Байеса.

2. Усовершенствована система формирования технического задания на изделия повышенной ответственности, исходя из принципов функционально-стоимостного проектирования (стоимостного инжиниринга).

3. Разработан подход к формированию функциональной модели изделия повышенной ответственности путем выделения функции обеспечения эксплуатационной безопасности, осуществляемой путем управления потоками энергии, массы и информации.

4. Разработан метод расчета затрат на обеспечение эксплуатационной безопасности изделия, основанный на использовании актуарной модели страхования рисков.

5. Разработаны принципы построения, структура и методическая база системы экономического обеспечения эксплуатационной безопасности при проектировании средств рельсового электротранспорта, как совокупности объектов повышенной ответственности.

Практическая значимость работы заключается в разработке методических подходов и практических рекомендаций по осуществлению выбора и оптимизации системы технико-экономических показателей при разработке новой продукции на машиностроительном предприятии, реализация которых позволит добиться оптимального соотношения «потребительские свойства — цена» в части обеспечения безопасности эксплуатации изделий и повысить уровень конкурентоспособности продукции. Результаты представляют интерес для машиностроительных предприятий при создании и освоении новой техники повышенной ответственности.

ВЫХОД.

Оптимальное техническое задание.

Рис. 8. Схема опытно — конструкторской разработки изделия повышенной ответственности.

В основе работ по формированию ТЗ лежит модель, описанная в трудах В. Врума [119]. Процесс разработки ТЗ представляет собой постановку целей, для достижения которых рассматриваются различные варианты решений.

Первая — это долговременная общая цель, вытекающая из миссии организации-разработчика. Такой целью, как правило, является создание новой техники определенного профиля. Для ОАО НПО «НЭВЗ» и ОАО «ВЭлНИИ» такая миссия может быть сформулирована следующим образом: «Осуществлять создание современных транспортных систем, использующих электрическую энергию и рельсовые движители, для удовлетворения потребностей народного хозяйства и социально-экономических интересов коллективов организаций».

В литературе [65] указывается, что при проведении предпроектных исследований, целесообразно использование оргструктур матричного типа или отдельных их элементов. Для рассматриваемых в рамках диссертационной работы организаций ОАО НПО «НЭВЗ» и ОАО «ВЭлНИИ» существует ряд элементов, способствующих к переходу от линейно-функциональной структуры к матричной и, соответственносоздание подсистемы предпроектных исследований.

Первым этапом разработки организационной формы подсистемы предпроектных исследований является анализ целей подсистемы и обусловленных этими целями объектов управления. Построение дерева целей и перечня объектов управления осуществляется от общего к частному. Общее древо целей разработки ТЗ [65] представлено на рис. 9. Оно показывает очередность выполнения совокупностей работ. Для составления временного алгоритма выполнения работ необходимо двигаться от основания к вершине дерева.

Работы по составлению модели оптимизации и определению оптимальных показателей машины основываются на методологии экономического обеспечения эксплуатационной безопасности при проектировании объектов повышенной ответственности. В дальнейшем результаты этих работ обеспечат оптимальность показателей в ТЗ на разработку новой машины.

Оптимальные ТЭП нового изделия определяются только после проведения подробного и всестороннего анализа информации об.

Рис. 9. Дерево целей подсистемы предпроектных исследований эксплуатации подобных машин. При проектировании объектов повышенной ответственности важнейшими становятся сведения о безопасности эксплуатации этих изделий и ситуационные модели, описывающие ее условия.

Результатом функционирования подсистемы предпроектных исследований являются плановые оптимальные значения ТЭП для ТЗ на разработку нового изделия. Их формирование предусматривает наличие критерия системы и взаимосвязанных показателей. В работе [65] отмечается, что для осуществления рационального процесса проектирования знание их содержания, взаимосвязи и порядка вычисления является обязательным. Однако в большинстве практических случаев такое знание отсутствует из-за сложности и непроработанности вопросов общесистемного характера и неопределенности характера связи между отдельными параметрами.

В работах [65,66,67] для оценки технического уровня и качества рекомендуется применять и обобщенный показатель. Он может использоваться в качестве общего критерия оптимальности системы ТЭП. Его частью является интегральный показатель, который как частный параметр характеризует эффективность изделия при эксплуатации. Обобщенный показатель также включает в себя в виде частных параметров ряд показателей, определяющих комплекс свойств эргономики, эстетики и патентоспособности. На наш взгляд, включение в состав такого критерия параметров безопасности нецелесообразно в силу приоритетности и автономности задачи обеспечения безопасности. Обобщенный показатель как результат суммирования частных показателей может не обеспечить в должной степени весомость показателей эксплуатационной безопасности. Разработчиками изделия может быть отдано предпочтение показателям назначения в ущерб показателям безопасности, что не изменит значения обобщенного показателя. Так, например, увеличение мощности электродвигателей магистральных электровозов или тяговых промышленных агрегатов при сохранении существующей конструкции системы охлаждения, в конечном счете, может привести к ухудшению условий пожаробезопасности (максимизации вредных потоков тепловой энергии). В такой ситуации обобщенный показатель не позволяет проследить снижение значений показателей безопасности ниже минимального уровня.

По мнению авторов работ [65,66,67], методиками, наиболее приемлемыми для формирования оптимальных ТЭП, являются методики оценки уровня качества заменяемого (базового) изделияанализа ТЭП заменяемого изделия с позиции соответствия мировому техническому уровню, соответствия требованиям потребителя, выбора направлений совершенствования или разработки нового изделияоптимизации ТЭП нового изделияустановления структуры жизненного цикла изделия.

По нашему мнению, для изделий повышенной ответственности должна дополнительно применяться методика отработки изделия на эксплуатационную безопасность. На рис. 10 представлена блок-схема модели планирования оптимальных ТЭП новой машины, составленная на основе работы [65]. Модель показывает последовательность выполнения операций в процессе оптимизации показателей и выработки неформализованных ограничений, а также процесс перехода оптимальных ТЭП в плановые значения, которые далее войдут в ТЗ на разработку нового изделия. Модель основывается на использовании системы общих и частных критериев оптимизации в процессе анализа и синтеза и состоит из двух подсистем — оптимизации и планирования.

Параллельно с оценкой уровня качества на этапе планирования проводится и оценка уровня эксплуатационной безопасности базового изделия. Цель такой оценки — получение информации о необходимости повышения уровня эксплуатационной безопасности нового изделия.

Решение о необходимости внесения конструктивных изменений, направленных на повышение безопасности в новую разработку, должно основываться на оценке уровня безопасности базового изделия. Для этого используется статистическая оценка риска возникновения аварии, дополненная экономической оценкой величины ущерба. Такой подход основывается на использовании формулы Байеса (гл. 2.). Определенные с ее помощью показатели эксплуатационной безопасности рассчитываются при окончательном формировании оптимальных ТЭП (см. ниже).

Информация об аналогах, условиях эксплуатации и технических показателях базового изделия.

Обратная связь с упреждением Т,.

Оптимизация показателей безопасности показателей безопасности.

Оценка уровня Оценка уровня качества базового эксплуатационной изделия безопасности.

Анализ ТЭП изделия как элемента системы системы в целом.

Оптимизация показателей эргономики, эстетики, патентоспособности.

В сравнении с требованиями потребителя.

В сравнении с аналогами.

В сравнении с нормативными показателями.

Оптимизация технических показателей при ^.

Совершенствования не требует.

Улучшать показатели безопасности.

Улучшать патентоспособность, эргономические и эстетические показатели.

Повышать эффективность.

Плановое значение интегрального показателя у потребителя.

Оптимальные эргономики и.

Определение длительности жизненного цикла Тц.

Установление плановых показателей.

Согласование результатов оптимизации и производственнотехнологических ограничений.

Установление технологических ограничений.

Определение объема выпуска машин.

Формирование производственно-технологических ограничений.

Ограничение применяемости материалов и комплектующих изделий.

Рис. 10. Блок-схема планирования оптимальных ТЭП изделий повышенной ответственности.

На, этапе оптимизации в первую очередь определяется наиболее целесообразная последовательность работ по совершенствованию свойств изделия и устанавливается очередность оптимизации показателей. На основе результатов, полученных при выборе оптимизируемых показателей, осуществляется оптимизация показателей новой машины.

Оптимизируя силу тяги продолжительного режима, конструктивную скорость, мощность в продолжительном режиме на валах тяговых двигателей для магистрального электровоза ВЛ65 и скорость, силу тяги и мощность расчетного режима для тягового промышленного агрегата ОПЭ 1 М, определяется максимум интегрального показателя 1тах, затем устанавливается период времени, в течение которого изделие с оптимальными техническими показателями будет удовлетворять потребителя. Знание длительности жизненного цикла изделия Тц позволяет планировать создание новых машин и сроки их совершенствования. Результаты, полученные в ходе оптимизации, носят рекомендательный характер и после корректировки, с учетом производственно-технических ограничений изготовителя, становятся плановыми показателями и включаются в ТЗ.

Каждой технической системе присуще определенное множество показателей и параметров, эффективное управление которыми требует их классификации. Известны различные подходы к классификации [66]. В соответствии с данными литературы [65] всю совокупность этих показателей следует разделить на производственные, характеризующие степень соответствия конструкции условиям ее изготовления, и эксплуатационные, характеризующие изделие как объект эксплуатации. В работе [65] предусмотрено деление показателей качества на следующие группы: назначениянадежноститехнологичностиэргономическиеэстетическиестандартизации и унификациипатентно-правовыеэкономного использования ресурсовтранспортабельностиэкологическиебезопасности.

Из вышесказанного видно, что система ТЭТ и ТЭП в ТЗ не является строго определенной и установленной, а носит динамичный характер и является открытой системой.

Весьма важно то, что ТЗ не должно включать параметры будущих машин, так как все они могут быть выражены через показатели, имеющие конкретные величины, количественную характеристику и являющиеся более удобными для дальнейшей работы в отличие от параметров, часть из которых не имеют количественного выражения и несут только качественные характеристики [65].

Различают два типа показателей для машины и составляющих ее элементов. Это основные и второстепенные показатели. Основными показателями для машин являются показатели, характеризующие их назначение, сущность, смысл существования (скорость работы, производительность и др.). Второстепенные показатели не характеризуют прямую работоспособность машин, но отражают другие свойства машин и их конструктивные особенности [65,66,67].

Очевидно, что по своему содержанию основные показатели образуют сущность главной функции изделия, а второстепенные показателидобавочные (второстепенные) функции.

Последнее, на наш взгляд, весьма важно, так как в их число входят параметры безопасности, методическое отнесение (смотри выше) которых к добавочным (второстепенным) не исключает их приоритетности.

К сожалению, в практических условиях соблюсти это требование оказывается достаточно затруднительным в силу сложившихся традиций во взаимоотношениях разработчиков и заказчиков, особенно в ситуациях, характеризующихся монопольным положением последних на рынке конструкторских разработок.

Наглядным примером такой ситуации служит формирование ТЭП на разрабатываемые магистральные электровозы, осуществляемое по заказу МПС РФ.

Анализ содержания ТУ на магистральные электровозы, предъявляемых МПС РФ, показал, что большинство позиций задается через показатели, носящие нормативный характер, и фактически диктующие разработчикам конструктивные решения, практически игнорируя не только альтернативные варианты конструкции, но и функциональное содержание изделия в целом.

Такой подход к формированию ТУ является наследием командно-административной системы и в настоящих экономических условиях существенно снижает эффективность проектных работ. Включение в техническое задание конструктивных параметров, задаваемых заказчиком, ограничивает творческий подход проектировщиков и обязывает их принимать решения в соответствии с установленными требованиями и ограничениями. Альтернативным и экономически более эффективным является подход, в котором заказчик формирует ТУ только из выходных требований к показателям назначения, а все конструктивные решения, обеспечивающие выполнение этих требований, являются результатом профессиональной деятельности проектировщиков. Сравнительный анализ некоторых позиций ТЗ на магистральный электровоз ВЛ 65 от МПС РФ и ТЗ, составленного с использованием альтернативного подхода, приведен в табл. 2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Исследования, проведенные в ходе выполнения работы, позволили получить следующие результаты:

1. Определены требования к подсистеме экономического проектирования в условиях рынка.

Применение экономических подходов в инженерной деятельности обусловлено объективной реальностью, связанной с задачей повышения конкурентоспособности продукции, повышенной ответственности. Они создают необходимую базу для проведения эффективных рыночных реформ на микроуровне.

2. Исследовано содержание категории «ответственность» применительно к условиям проектирования технических систем, отказы которых приводят к широкомасштабным техногенным катастрофам.

Установлено, что ответственность проектировщиков представляет собой систему ролевой ответственности и ответственности за отдаленные результаты деятельности. Предлагается к объектам повышенной ответственности относить изделия, отказы которых приводят к авариям, влекущим за собой экономические и правовые последствия.

3. Проанализированы особенности экономических задач при проектировании и освоении производства изделий повышенной ответственности.

При прогнозировании уровня опасности новых объектов или при оценке уровня опасности, исходящей от объектов, по которым не имеется статистической информации об аварийных ситуациях, возникающих в ходе их эксплуатации, предлагается применять теорию решений, дополненную формулой Байеса.

Установлено, что для расчета вероятности наступления различных аварийных событий, приводящих к очень серьезным экономическим последствиям, недостаточно статистической оценки. Необходимо учитывать экономические показатели, так как за счет большой величины они оказывают влияние на принятие решений. Статистическая оценка аварий, приводящих к существенным экономическим последствиям, должна дополняться экономической оценкой величины ущерба.

4. Проанализированы экономическое состояние отраслей-потребителей средств рельсового транспорта и вопросы обеспечения эксплуатационной безопасности изделий.

Испытывая острую потребность в новой технике, отрасли-потребители не обладают свободными финансовыми средствами, необходимыми для проведения эффективного перевооружения парка оборудования, и поэтому очень чувствительны к ценовой политике предприятий изготовителей.

В таких условиях предприятия-производители рельсового электротранспорта вынуждены строить политику ценообразования как систему компромиссов обеспечения разнообразных функций производимой продукции, ее функциональной оптимизации. Однако функция «Обеспечивать безопасность» должна при проектировании финансироваться в полном объеме. Эта функция играет самую важную роль в обеспечении главной функции, и ее нарушение приводит не только к полной потери потребительской стоимости товара, но и к экономико-правовым последствиям.

Для решения поставленной задачи предлагается внедрить систему функционально-стоимостного проектирования на предприятиях, производящих изделия повышенной ответственности.

5. Предложена структура системы формирования технико-экономических требований и показателей при разработке технического задания на проектируемые изделия повышенной ответственности.

Доказано, что для изделий повышенной ответственности должна применяться методика отработки изделия на эксплуатационную безопасность.

Нецелесообразно включение параметров безопасности в состав обобщенного (интегрального) показателя технического уровня и уровня качества в силу их приоритетности и автономности задачи обеспечения безопасности. Система коэффициентов весомости не обеспечивает их первостепенности.

6. Разработаны методические основы функционально-стоимостного проектирования объектов повышенной ответственности.

При проектировании объектов повышенной ответственности необходимо выделение функции обеспечения безопасной работы с отнесением ее к числу общеобъектных и проведение последующего расчёта целесообразных затрат на выполнение этой функции (построение функционально-стоимостной модели). Такой подход позволяет использовать при создании изделия повышенной ответственности приёмы функционально-стоимостного проектирования.

Определение стоимости функций в условиях лимитной цены можно проводить на основе требований технического задания, но для расчёта целесообразных затрат на выполнение функции обеспечения безопасности может быть применён механизм актуарных расчётов, известный из теории страхования. Такой подход обосновывается тем, что функционально технические средства обеспечения безопасности близки организационно-экономическим средствам страхования. И те, и другие имеют целью исключение потерь ресурсов, вызванных авариями техногенного характера. В этом смысле совокупность затрат на создание конструктивных элементов, обеспечивающих безопасность эксплуатации, идентична страховому фонду, формируемому для компенсации ущерба, который может быть вызван этими авариями.

7. Выбраны и обоснованы практические методы оценки экономических показателей проектируемых изделий.

При проектировании рельсового электротранспорта целесообразно применять следующие методы оценки себестоимости:

— для узлов и агрегатов, выпускаемых серийно, — метод прямой калькуляции;

— для вновь проектируемых оригинальных узлов и агрегатов — метод сокращенного нормативного калькулирования;

— для ускоренной оценки себестоимости узлов и агрегатов — экспертный метод, но, в связи с субъективностью в оценках, этот метод должен применяться как можно реже и только в тех случаях, когда не возможно применение других методов.