Реализация той или иной машины или агрегата может быть осуществлена в различных вариантах, из которых необходимо выбрать наиболее рациональный. Так, для передачи движения от двигателя к рабочим органам машины можно использовать механический, электрический, гидравлический или комбинированный привод. Выбор наилучшего, оптимального для каждого конкретного случая варианта, представляет собой ответственную технико-экономическую задачу, решение которой требует глубокого анализа, расчёта и обоснования. Рассмотрим некоторые соображения, позволяющие на основе экономических расчётов обосновать на начальных стадиях проектирования оптимальное решение.
Решение о целесообразности создания новой техники принимают в зависимости от её эффективности [1]. На всех этапах проектирования, начиная от разработки технического задания до выполнения рабочих чертежей, идёт интенсивная работа по улучшению конструкции, уточнению её параметров. Все этапы проектирования сопровождаются технико-экономическими расчётами, характер которых изменяется по мере уточнения основных экономических параметров, составляющих себестоимость машины. При конструировании машины особенно важно знать её материалоёмкость и трудоёмкость.
Материалоёмкость конструкции напрямую связана с её массой – важнейшим технико-экономическим параметром, который или задаётся в ТЗ на проектирование, либо принимается в зависимости от заданных характеристик машины. Для большинства машин требуется снижать массу при условии обеспечения работоспособности. Для некоторых машин масса должна быть определённой и правильно распределённой в пределах заданных габаритов.
Общую массу машины рекомендуется определять по формуле
М = ∑ mд + ∑ mк (2.1)
где ∑ mд - сумма масс деталей машины, подлежащих изготовлению;
∑ mк - сумма масс комплектующих покупных изделий.
Получаемое значение М позволяет лишь сопоставить конструкции по массе, но не позволяет оценить структуру этого параметра и ограничивает возможности принятия лучшего варианта.
Задача выбора материала и вида заготовки тесно связана с экономичностью и качеством конструкции. При выборе материала следует учитывать экономичность разрабатываемой конструкции и степень дефицитности материала. Оптимальный вариант выбирают по минимуму затрат [2]
С = [(СМ + СС +СЭ)·А + СТО] min (2.2)
где СМ, СС ,СЭ, СТО – стоимость материалов, рабочей силы, эксплуатационные расходы и расходу на технологическую оснастку; А – годовой объём выпуска.
Для многих машин выбор материала определяется условиями эксплуатации и ремонта. Иногда выбор более дорогого материала, обладающего более высокими физико-механическими свойствами, более предпочтителен, чем выбор дешёвого материала, детали из которого требуют дополнительных затрат на частую замену при эксплуатации.
Существенную экономию можно получить при использовании биметаллов, а снижение массы конструкции на 30% - 35% можно достигнуть за счёт использования пустотелых и фасонных профилей проката.
При сопоставлении различных вариантов удобно пользоваться удельными показателями Кm, определяемыми как отношение массы машины к наиболее характерному для этой машины параметру: мощности Р, вращающему моменту Т, производительности W и др.
Kmp = 
; KmT = 
; Kmw =m ⁄ w (2.3)
Трудоёмкость. Общая трудоёмкость Т0 – это нормированная сумма затрат на изготовление деталей и машины в целом, включая все технологические операции [2]. На стадии проектирования при отсутствии чертежей и нормативов общую трудоёмкость можно определить по формуле:
Т0 = m · Ту ·К (2.4)
где Ту - удельная трудоёмкость;
К - коэффициент, учитывающий масштаб производства.
Удельную трудоёмкость, определяемую как отношение общей трудоёмкости к массе машины, принимают по данным, накопленным в проектных организациях (КБ, НИИ). Такой метод расчёта даёт весьма приближённое значение трудоёмкости.
Для предварительной оценки общей трудоёмкости изготовления проектируемой машины при расчёте используются трудоёмкость аналогичной машины.
Т0 = Та· кm·кп·кс (2.5)
где Т - трудоёмкость изготовления аналогичной машины;
кm,кп,кс –коэффициенты, учитывающие соответственно различие масс проектируемой и аналогичной машины; масштаб производства; относительную потребность в обновлении станочного парка в связи с заменой объекта производства.
И, наконец, достаточное значение общей трудоёмкости можно получить учитывая составляющие затрат труда:
Тоб = Тл +Тк +Тм + Тт +Т сб +Ти (2.6)
где Тл,Тк,Тм,Тт,Т сб,Ти - трудоёмкости соответственно литейных и кузнечных работ, механической и термической обработки, сборочных операций, испытаний.
Себестоимость. На стадии разработки технического задания себестоимость машины часто рассчитывают по удельным показателям. В качестве удельных показателей могут быть приняты данные о себестоимости одной тонны конструкции, приходящейся на единицу мощности, вращающего момента или других параметров машины.
В этом случае себестоимость прямо пропорциональна выбранному показателю и не учитывает конструктивных особенностей проектируемой машины и условий производства. Тогда:
С = Сm · m; С = Ср· Р; С = Ст · Т и т.д. (2.7)
где С m, С р, Ст - удельные себестоимости, р/т; р/кВт; р/НМ; m расчётная масса,т; Р – мощность двигателя, кВт;
Т – вращающий момент на выходном валу машины, НМ.
Для уточнения себестоимости машины учитывают стоимость материалов, затраты на обработку деталей и сборку машины, трудоёмкость этих работ. Для ряда машин, которые изготавливаются по принципу геометрического подобия, и в одинаковых условиях трудоёмкость их изготовления в литейных, кузнечных и сборочных цехах пропорциональна массе m, а трудоёмкость механической обработки, окраски и отделки пропорциональны поверхности машины S [2].
В этом случае себестоимость изготовления машины:
С = m · Kn + S · Ks (2.8)
где Kn, Ks – коэффициенты пропорциональности.
Коэффициенты пропорциональности в формуле (2.8) и удельные себестоимости в формуле (2.7) принимают по справочникам или данным заводов-изготовителей.
Себестоимость изготовления деталей можно определить из выражения
С = СМ + ∑(Зi +Нi + Сi/ni) (2.9)
где СМ - стоимость материала одной детали; Зi - зарплата, необходимая для изготовления одной детали; Нi - накладные расходы; Сi - стоимость оснастки; ni - число деталей в партии.
Анализ формулы (2.9) показывает, что высокая экономичность может быть достигнута только при большом масштабе производства. Себестоимость изделий существенно зависит от материала, технологии изготовления, унификации как на стадии разработки проекта, так и в процессе изготовления изделия.
