Применение метода анализа иерархий для технико-экономического обоснования внедрения нового оборудования связи
Новые технические устройства должны быть конкурентоспособным и экономически выгодным для производства. Конкурентоспособность устройства обеспечивается его высокими техническими характеристиками, не уступающими известным устройствам подобного назначения. К таким характеристикам относятся надежность работы в широком климатическом диапазоне, технологичность, простота обслуживания и применения, малые габариты и вес, а также низкие показатели себестоимости и оптовой цены. Последние играют наряду с техническими параметрами важнейшую роль для производства и реализации этих устройств в условиях современных рыночных отношений.
Пример П2.1.1. Технико-экономическое обоснование разработки опытного образца блока питания «БПОТВС». В современных устройствах одним из важнейших элементов является блок питания, определяющий стабильность функционирования всей системы в целом. Эффективность разработки блока БПОТВС определяется сравнительно простой схемой и стремлением обойтись как можно меньшим числом деталей. Это дает возможность сократить габариты и массу изделия.
В ВКР предусмотрено напряжение питания +/-12 В, а для работы микросхемы SN7404N требуется выбрать регулятор напряжения, с помощью которого можно понизить напряжение до пяти вольт, обеспечивая стабильную подачу питания. Для анализа были выбраны две довольно часто используемые мировой и отечественной промышленностью микросхемы, отвечающие заданным параметрам. Для сравнительного анализа технико-экономических характеристик и выбора подходящего регулятора напряжения используем табл.П2.1.1.
Для определения более предпочтительной микросхемы воспользуемся методом анализа иерархий. Построим для начала матрицу парных сравнений для второго уровня (табл. П2.1.2), ячейки которой заполняются в соответствии с субъективными суждениями экспертов о приоритетности одного критерия над другим по отношению к главной цели.
Расчет векторов приоритетов производится в следующей последовательности. Сначала перемножаются элементы в каждой строке матрицы и извлекается корень i- ой степени, где i - число элементов в строке. Полученные значения называются компонентами нормализованного вектора приоритетов, количество компонент равняется количеству строк.
Таблица П2.1.1. Сравнительная таблица регуляторов напряжения
| Критерии анализа | 78S05CV | L78L05ABUTR |
| Корпус | ТО220 | SOT89 |
| Максимальное входное напряжение (В) | ||
| Производитель | ST Microelectronics | ST Microelectronics |
| Температурный режим | 0…150 С | -40…125 С |
| Цена (р) | 14,40 | 6,5 |
| Стабильность выходного напряжения | 2% | 3% |
Таблица П2.1.2. Матрица парных сравнений второго уровня
| Цена (р) | Максим. входное напряжение (В) | Про-из-води-тель | Температур-ный режим | Стабиль-ность вых. напря-жения | Кор-пус | Век-тор при-оритетов | |
| Цена | 1/3 | 1/3 | 0,05 | ||||
| Максим. входное напряжение (В) | 1/5 | 1/3 | 1/6 | 1/6 | 1/5 | 0,001 | |
| Производитель | 1/3 | 1/5 | 1/5 | 1/4 | 0,003 | ||
| Температ. режим | 0,458 | ||||||
| Стаб. выходного напряжения | 0,458 | ||||||
| Корпус | 1/2 | 1/3 | 1/3 | 0,03 |
Затем полученный таким образом столбец чисел нормализуется делением каждого числа на сумму всех чисел, что в итоге и является вектором приоритетов.
Далее найдем величину Λмакс. Для этого суммируется каждый столбец суждений, затем сумма первого столбца умножается на величину первой компоненты нормализованного вектора приоритетов, сумма второго столбца - на вторую компоненту и т.д. Полученные данные суммируются: Λмакс=0,4+0,026+0,055+1,39+0,28=3,54.
Индекс согласованности определяется из соотношения: ИС=(Λмакс-n)/(n-1),
где n – число сравниваемых элементов. ИС=(3,54-6)/(6-n)=0,49.
Отношение согласованности (ОС) определяется путем деления ИС на число, соответствующее случайной согласованности матрицы того же порядка (1,24):
ОС=0,49/1,24=0,39.
Далее строятся матрицы для парных сравнений каждой альтернативы на третьем уровне по отношению к критериям второго уровня (табл.П2.1.3).
Таблица П2.1.3. Матрица парных сравнений третьего уровня.
| Цена | 78S05CV | L78L05ABUTR | Вектор приоритетов |
| 78S05CV | 1/9 | 0,1 | |
| L78L05ABUTR | 0,9 | ||
| Λмакс=2 ИС=0 | |||
| Макс. Вх. Напр(В) | 78S05CV | L78L05ABUTR | Вектор приоритетов |
| 78S05CV | 0,75 | ||
| L78L05ABUTR | 1/3 | 0,25 | |
| Λмакс=2 ИС=0 | |||
| Производитель | 78S05CV | L78L05ABUTR | Вектор приоритетов |
| 78S05CV | 0,5 | ||
| L78L05ABUTR | 0,5 | ||
| Λмакс=2 ИС=0 | |||
| Температурный режим | 78S05CV | L78L05ABUTR | Вектор приоритетов |
| 78S05CV | 1/2 | 0,33 | |
| L78L05ABUTR | 0,67 | ||
| Λмакс=2 ИС=0 | |||
| Стаб. выходного напряжения | 78S05CV | L78L05ABUTR | Вектор приоритетов |
| 78S05CV | 0,67 | ||
| L78L05ABUTR | 1/2 | 0,33 | |
| Λмакс=2 ИС=0 | |||
| Корпус | 78S05CV | L78L05ABUTR | Вектор приоритетов |
| 78S05CV | 1/3 | 0,25 | |
| L78L05ABUTR | 0,75 | ||
| Λмакс=2 ИС=0 |
Далее построим таблицу (табл. П2.1.4) для глобального приоритета по каждой альтернативе. Глобальный приоритет по каждой из альтернатив определяется путем перемножения значимости критерия на значимость альтернативы по отношению к данному критерию и суммирования полученных чисел.
Как видно из табл. 2.1. 4 микросхема L78L05ABUTR обладает наибольшим глобальным приоритетом. Кроме того в таблице показано, что L78L05ABUTR обладает наименьшими габаритными размерами и ценой. Эти параметры и определили причины предпочтения микросхемы L78L05ABUTR при проектировании устройства БПОТВС.
Таблица П2.1.4. Глобальные приоритеты каждой альтернативы
| Це-на (р) 0,05 | Макс. входн. напряжение (В) 0,001 | Производитель 0,003 | Темпер. режим 0,458 | Стаб-ть вых.напр 0,458 | Корпус 0,03 | Глобаль-ный при- оритет | |
| 78S05CV | 0,1 | 0,75 | 0,5 | 0,33 | 0,67 | 0,25 | 0,4748 |
| L78L05ABUTR | 0,9 | 0,25 | 0,5 | 0,67 | 0,33 | 0,75 | 0,5293 |
Для расчёта себестоимости изготовления БПОТВС необходимо рассчитать ряд составляющих, находящихся друг к другу в определенном соотношении: себестоимость покупных элементов (П), себестоимость изготовления печатной платы (Спп), расходы на заработную плату (3), цеховые накладные расходы (ЦР), общезаводские накладные расходы (ОЗР), внепроизводственные расходы (ВР).
Стоимость покупных элементов рассчитывается в табл.П2.1.5, в которую записываются покупные элементы, их количество, стоимость единицы и общая стоимость каждого вида. Стоимостные данные взяты из прайс-листов.
Таблица П2.1.5. Стоимость покупных элементов
| Наименование покупных изделий | Количество, шт. | Оптовая цена за единицу, руб. | Сумма, руб. | Прайс-листы фирм: |
| Диод BAS40-04 | 2.21 | 2.21 | Фирма Платан | |
| Диод BZX84C3V3 | Фирма Платан | |||
| Диод ГД403А | 1.56 | 1.56 | Фирма Платан | |
| ЧИП Резистор CR0805-JW-LAB2LF | 0.10 | 2.3 | Фирма Платан | |
| ЧИП Резистор Yageo Corporation | 0.10 | 0.10 | Фирма Платан | |
| Резистор 3269-1-w | Фирма Платан | |||
| Чип конденсатор GRM2165C1H5R | 0.3 | Фирма Платан | ||
| Электролитический чип конденсатор | 1.95 | 5.85 | Фирма Платан | |
| Катушка индуктивности | 1.2 | 2.4 | Фирма Платан | |
| Транзистор BF998W | 7.71 | 7.71 | Фирма Платан | |
| Транзистор BC850B | 1.16 | 2.32 | Фирма Платан | |
| Транзистор BC848B | 0.66 | 1.32 | Фирма Платан | |
| Транзистор BC857BW | 1.33 | 1.33 | Фирма Платан | |
| Микросхема АD817AR | 75.70 | 151.4 | «Чип и Дип» | |
| Микросхема K174XA11 | Фирма Платан | |||
| Микросхема SN7404N | 39.41 | 39.41 | CHIPINFO | |
| Микросхема L78LO5ABUTR | 6.5 | 6.5 | Фирма Платан | |
| Итого | 488.41 | |||
| Транспортно-заготови-тельные расходы – 10% | 48.84 | |||
| Всего | 537.25 |
Себестоимость изготовления печатной платы рассчитывается на 1см2 площади печатной платы. При изготовлении двухсторонней печатной платы фотохимическим способом расценка изготовления 1см2 площади печатной платы (Рц) составляет 0.15 руб.
Расходы на заработную плату при изготовлении печатной платы определяются как:
Зпп = Pц • Sпп = 0.15 • 65.5=9.83 руб. (где Sпп - площадь печатной платы, равная 65.5см2).
Расходы на материалы определяются также по нормативам на 1см2 площади:
М = m • Sпп = 0.5 • 65.5=32.75 руб, (где m - норма расхода на 1см2 площади платы: m = 0.5р/см2).
Накладные расходы определяются: Н=Зпп·(Н%/100%) = 9.83 • (220/100) = 21.63 руб., где значение Н% для двухсторонней платы, протравленной фотохимическим способом, составляет 220%.
Себестоимость изготовления печатной платы рассчитывается на 1см2 площади печатной платы. При изготовлении двухсторонней печатной платы фотохимическим способом расценка изготовления 1см2 площади печатной платы (Рц) составляет 0.15 руб.
Расходы на заработную плату при изготовлении печатной платы определяются как:
Зпп = Pц • Sпп = 0.15 • 65.5=9.83 руб. (где Sпп - площадь печатной платы, равная 65.5см2).
Расходы на материалы определяются также по нормативам на 1см2 площади:
М = m • Sпп = 0.5 • 65.5=32.75 руб, (где m - норма расхода на 1см2 площади платы: m = 0.5р/см2).
Накладные расходы определяются: Н=Зпп·(Н%/100%) = 9.83 • (220/100) = 21.63 руб., где значение Н% для двухсторонней платы, протравленной фотохимическим способом, составляет 220%.
Таким образом, себестоимость печатной платы составляет: Спп = Зпп + М + Н = =9.83+32.75+ 21.63 = 64.21 (руб).
Расходы на заработную плату устанавливаются на основании действующих часовых тарифов, квалификации работ и трудоёмкости работ. Данные расчётов сведены в табл.П2.1. 6 и П2.1.7. Данные о трудоёмкости работ, разрядах и часовых ставках взяты из производственных норм.
Цеховые и общезаводские накладные расходы определяются в процентах от расходов на заработную плату. Для мелкосерийного производства цеховые и общезаводские расходы составляют 170% и 110%
Цеховые расходы: ЦР = 167.53 • (170%/100%) = 284.8 руб.
Общезаводские расходы: ОЗР = 167.53 · (110%/100%) = 184.28 руб.
Таблица П2.1.6. Трудоемкость работ для опытного производства
| Виды работ | Единичная трудоемкость, мин. | N | Суммарная трудоемкость, чел/час |
| 1. Комплектация деталей | 1,12 | ||
| 2. Металлизация отверстий | 0,65 | 0,68 | |
| 3.Подготовка элементов к установке и пайка элементов: Двухвыводная Трехвыводная Микросхем | 2,5 | 1,7 0,5 0,33 | |
| 4. Проверка работоспособности, настройка | 0,25 | ||
| 5. Промывка | 0,25 | 0,28 | |
| 6. Лакировка | 1,2 | 1,34 |
Таблица П2.1.7. Расходы на заработную плату
| Виды работ | Трудое-мкость, часы | Разряд работ | Часовая ставка, руб. | Расходы на заработную плату, руб. |
| 1. Комплектовка деталей | 1,12 | 25,65 | 28,73 | |
| 2.Металлизация отверстий | 0,68 | 29,82 | 20,24 | |
| 3. Подготовка элементов к установке и пайка элементов: Двухвыводная Трехвыводная Микросхем | 1,7 0,5 0,33 | 29,82 29,82 29,82 | 50,69 14,91 9,84 | |
| 4. Проверка работоспособности, настройка | 0,25 | 34,71 | 8,68 | |
| 5. Промывка | 0,28 | 22,05 | 6,17 | |
| 6. Лакировка | 1,3 | 22,05 | 28,67 | |
| Суммарные расходы на заработную плату | 167,53 |
Таким образом, себестоимость изготовления платы БПОТВС без учета внепроизводственных расходов равна: С = П + Спп + 3 + ЦР + ОЗР
С = 537.25 + 64.21 + 167.53 + 284.8 + 184.28 = 1238.07 руб.
Внепроизводственные расходы принимаются равными 1.5% от заводской стоимости устройства: ВР=С • 0.015=18.57 руб.
Таким образом, полная себестоимость устройства равняется:
Сполн = С + ВР =1238.07 + 18.57 = 1256.64 (руб).
Данные по расчёту сведены в табл. П2.1.8.
Таблица П2.1.8. Себестоимость изготовления БПОТВС
| Наименование затрат | Сумма, руб. | Удельный вес, % |
| 1. Стоимость покупных элементов, П | 537,25 | 42,75 |
| 2. Себестоимость изготовления печатной платы, Спп | 64,21 | 5,1 |
| 3. Расходы на заработную плату, З | 167,53 | 13,34 |
| 4. Цеховые накладные расходы, ЦР | 284,8 | 22,66 |
| 5. Общезаводские накладные расходы, ОЗР | 184,28 | 14,67 |
| 6. Внепроизводственные расходы | 18,57 | 1,48 |
| Итого полная себестоимость | 1256,64 |
Оптовая цена изделия (Цо) обычно определяется путём добавления к полной себестоимости плановых накоплений (рентабельности) с помощью соотношения.
Цо = Сполн • (1+Рпл/100), где Рпл - планируемый процент рентабельности (5 - 15%).
Примем Рпл = 15%. Тогда оптовая цена БПОТВС составит:
Цо= 1256.64 • (1 + 15/100)= 1445.14 руб.
Оценка надежности. Под надёжностью понимают свойство системы (элементов) обеспечивать выполнение заданных функций в определённых условиях эксплуатации в течение требуемого времени и, кроме того, обеспечение ещё двух требований - заданные характеристики аппаратуры должны быть неизменными в течение установленного периода времени и должна быть обеспечена заданная наработка на отказ или вероятность безотказной работы.
Надёжность аппаратуры определяется надёжностью и количеством используемых в ней элементов. Так как надёжность является одним из основных параметров изделия, то, проектируя аппаратуру, её следует оценивать наряду с другими параметрами и на основе этих расчётов дать выводы о правильности выбранной схемы и конструкции изделия.
Надёжность элементов является одним из основных факторов, существенно влияющих на интенсивность отказов аппаратуры в целом. Интенсивность отказов элементов зависит от конструкции, качества изготовления, от условий эксплуатации, от электрических нагрузок в схеме.
При расчете показателей надежности будем учитывать, что все элементы схемы блока работают в одинаковых условиях и при нормальной нагрузке соответствуют техническим условиям. Для расчета будем использовать величины интенсивности отказов элементов или узлов блока БПОТВС (λi), записанные в технических условиях на данные элементы.
В рассматриваемом примере П2.1.1 можно выделить следующие элементы радиоэлектронной аппаратуры для которых определены интенсивности отказов λi, сведённые в табл. П2.1.9.
Общую интенсивность отказов всего блока можем определить по следующей формуле :
,
где N - число элементов в схеме БПОТВС, а k - относительное изменение средней интенсивности отказов в аппаратуре в зависимости от её назначения. Для рассматриваемого устройства принимаем k = 3.
Таблица П2.1.9. Ориентировочный расчет интенсивности отказов
| Х | Наименование элементов схемы | Кол-во, ni | λi · 10-6, 1/ч | ni · λi · 10-6, 1/ч |
| Диод BAS40-04 | 0.3 | 0.3 | ||
| Диод BZX84C3V3 | 0.25 | 0.25 | ||
| Диод ГД403А | 0.14 | 0.14 | ||
| Чип Резистор CR0805-JW-LAB2LF | 0.08 | 1.84 | ||
| Чип Резистор Yageo Corporation | 0.1 | 0.1 | ||
| Резистор 3269-1-W | 0.1 | 0.3 | ||
| Чип конденсатор GRM2165C1H5R | 0.08 | 1.6 | ||
| Электролитический чип конденсатор | 0.19 | 0.57 | ||
| Катушка индуктивности | 0.62 | 1.24 | ||
| Транзистор BF998 | 0.5 | 0.5 | ||
| Транзистор BC850B | 0.6 | 1.2 | ||
| Транзистор BC857BW | 0.55 | 0.55 | ||
| Транзистор BC848C | 0.6 | 1.2 | ||
| Микросхема AD817AR | 0.8 | 1.6 | ||
| Микросхема K174XA11 | 1.5 | 1.5 | ||
| Микросхема SN7404N | 0.68 | 0.68 | ||
| Микросхема L78LO5ABUTR | 0.61 | 0.61 |
Находим общую интенсивность отказов блока:
λΣ =3·(0.3+0.25+0.14+1.84+0.1+0.3+1.6+0.57+1.24+0.5+1.2+0.55+1.2+1.6+1.5+
+0.68+0.61)·10-6(1/ч) = 42.54-10-6 (1/ч).
Вывод. Проведенные расчеты позволяют сделать вывод об экономической и технической целесообразности проектной разработки.