Размещено на http://www.allbest.ru/

Доработка бытовых весов для определения плотности материалов в строительстве

Содержание

• Введение
• 1. Практическая реализация метода гидростатического определения плотности тела в виде лабораторной работы
• 2. Учебная лабораторная работа
• 3. Информационное направление работы
• 4. Инновационное направление работы
• 5. Экономическое обоснование инновационного внедрения
• Выводы и научное признание работы
• Авторские публикации по теме работы

Введение

В работе показано, что даже в 7-8-х классах общеобразовательной школы учащиеся имеют дело с задачами, требующими быстрого, то есть оперативного решения. Оперативность таких задач понимается в двух смыслах. Во-первых, инновационно, то есть задачу надо решить быстро с позиции внедрения в практику. Во-вторых, информационно, то есть на практике задача должна решаться быстро, в реальном масштабе времени.

Работа относится к направлению «Экономика», хотя имеет технический аспект внедрения нового прибора в практику.

Инновационное направление работы определилось после примера явного мошенничества продавца древесины на рынке строительных материалов. Продавец утверждал, что выставленная на продажу древесина очень качественная, может быть без опасений применена в строительстве. Однако на древесине были явно видны следы влаги. Сырая древесина для строительства не применяется. Возникло противоречие - продавец хотел побыстрее и подороже сбыть некачественный товар, а покупатель видел, что товар имеет брак, однако кроме замечаний на качественном уровне не смог количественно оценить дефект. После наблюдения такого примера сам собой появился вопрос: нельзя ли покупателя снабдить каким-нибудь прибором, который способен оценить качество выставляемой на продажу древесины?

Чуть позднее этот вопрос расширился. Изучив, как производилась заливка раствором бетона одного из подъездных путей, появилось сомнение в качестве выполненной работы. Действительно, через 2-3 месяца после заливки в бетоне появилось множество трещин, он стал крошиться, даже на ощупь от него отслаивался песок. Всем стало очевидно, что раствор строительного бетона содержал очень мало цемента и очень много песка. Опять столкнулись с фактом мошенничества продавца, потому что стоимость цемента во много раз превышает стоимость песка. Продавцу было выгодно выдать фактически мокрый песок, слегка подкрашенный цементом, за качественный раствор строительного бетона. Однако покупатель был лишён возможности даже на элементарном уровне оценить качество раствора строительного бетона в гудящем рядом со стройплощадкой бетоновозе. Со стороны продавца на покупателя оказывалось давление - если бетон застынет в бетоновозе, то неустойка будет взыскана с покупателя.

В обоих примерах на покупателя со стороны продавца оказывалось психологическое давление, и при этом покупатель был лишён возможности простыми способами проверить качество продаваемых строительных материалов. Эти и аналогичные этим примеры определили цель работы.

Цель работы - предложить к практическому применению простейший прибор для первичной оперативной оценки качества строительных материалов.

Актуальность работы обоснована часто встречающейся недобросовестностью продавцов строительных материалов, особенно в условиях бесправной России, психологическим давлением на покупателя - не специалиста в области строительства, отсутствием у покупателя простейших приборов для оценки качества строительных материалов и т.д.

Практическая значимость работы заключается в устранении противоречий между продавцом и покупателем на этапе торговой сделки методом инструментальной первичной оценки качества строительных материалов простейшими средствами.

Новизна работы состоит в новом применении известных, разработанных, созданных, дешёвых, имеющихся в продаже средств для оперативной первичной оценки качества покупаемого строительного материала.

Для достижения цели работы была сформулирована научно-техническая задача анализа имеющихся инструментальных средств оценки качества строительных материалов. Решение этой задачи появилось постепенно, в процессе изучения курса физики в 8-м классе. После изучения темы «Сила Архимеда» было сформулировано техническое предложение - создавать прибор на основе измерения плотностей строительных материалов. Действительно, влажная древесина имеет повышенную плотность по сравнению с сухой. Точно также плотность раствора строительного бетона зависит от соотношения цемента, песка и воды. Появилось предложение первично оценивать качество строительного материала по плотности. Если плотность строительного материала не укладывается в отведённые, заранее установленные, изученные, обоснованные пределы, то такой материал считается браком и не подлежит закупке. Продавец такого материала автоматически попадает в «чёрный список» покупателя. Покупатель никогда более не будет иметь дело с этим продавцом и даже с фирмой, которую этот продавец представляет.

Научно-техническая задача была разделена на решения ряда частных вопросов:

1) изучение метода гидростатического взвешивания с целью определения средней плотности тела;

2) практическая реализация гидростатического определения плотности тела в виде лабораторной работы для 8-го класса общеобразовательной школы;

3) изучение аппаратной части возможности реализации метода;

4) определение перспектив метода гидростатического взвешивания тела;

5) решение информационных задач, связанных с гидростатическим методом взвешивания тел.

1. Практическая реализация метода гидростатического определения плотности тела в виде лабораторной работы

До начала создания установки была поставлена более частная цель - доказать, что метод гидростатического взвешивания тела вполне приемлем для определения средней плотности тела. Для этого был рассмотрен методический материал по соответствующей школьной лабораторной работе для 8-го класса. Однако указанная лабораторная работа имеет следующие недостатки:

1) школьная лабораторная работа носит общеобразовательный характер с широким направлением дальнейшего возможного применения результатов;

2) школьная лабораторная работа проводится слишком быстро, за 1 академический час, в лучшем случае - за 2 урока факультативных занятий, что не позволяет глубоко вникнуть в возможности метода и оценить его точность;

3) школьная лабораторная работа проводится на известном школьном оборудовании (цилиндры равного объёма 20 см³ из стали-3, латуни и алюминия), но не позволяет выявить реальные особенности измерения плотности материала на стройплощадках;

4) школьная лабораторная работа не предназначена для исследования тел неправильной геометрической формы, с которыми сталкиваются на строительных площадках;

5) реальные тела не будут иметь ни петелек, ни крючков для удобной подвески на нити;

6) школьные опыты предполагают выполнение 1-2 измерений плотности и практически не оценивают точность полученного результата, которая может оказаться различной для различных тел и для различных условий выполнения работы;

7) в школе не исследуется вопрос о необходимом количестве измерений для обеспечения заданной точности полученного результата.

Учитывая указанные недостатки, школьная лабораторная работа была существенно изменена и расширена. Изменения лабораторной работы коснулись в основном следующих направлений:

1) подробно рассмотрена суть метода гидростатического взвешивания с целью определения средней плотности тела;

2) разработан порядок проведения лабораторной работы для большого количества измерений (не менее 20-30);

3) выполнены измерения плотностей ряда материалов по предложенной методике;

4) в процессе измерений плотности тела и в процессе накопления данных отслеживалось изменение относительной ошибки измерений плотности материалов.

Ниже представлено описание лабораторной работы в расширенном виде, в каком оно было предложено для факультативного или расширенного курса физики в 8-м классе общеобразовательной школы. Выполнение работы требует 2 академических часа учебного времени для измерений плотности двух-трёх типичных строительных материалов и 3-4 часа обработки полученных данных в домашних условиях с применением компьютера.

2. Учебная лабораторная работа

Лабораторная работа.

Определение плотности вещества методом гидростатического взвешивания.

Цель: определить плотность вещества методом гидростатического взвешивания и оценить достоверность полученного значения.

Оборудование: экспериментальная установка, состоящая из весов, ёмкости для воды и подвесов для исследуемых тел.

Принципиальная схема установки

Таблица измерительных приборов.

Название прибора	Весы электронные	Прим.
Измеряемая величина	масса (деления)
Единица измерения	г, фунты (деления)
Пределы измерения	1-5000 г
Цена деления	1 г
Класс точности	не указан
Абсолютная погрешность	1 г
Дополнительные сведения	весы бытовые

Краткие теоретические сведения, содержание и метод выполнения работы.

Метод гидростатического взвешивания предполагает выполнение двух измерений веса тела: одно измерение выполняют в воздухе, плотностью которого обычно пренебрегают по сравнению с плотностью взвешиваемого тела, другое измерение выполняют в жидкости, чаще всего в воде.

При взвешивании тела в воздухе определяют вес тела в инерциальной системе координат. После такого взвешивания получают значение величины веса тела, которое равно численно силе тяжести, то есть . Так как взвешивание тела выполняют с помощью весов, то вес тела оказывается пропорциональным количеству делений, отмеченных на весах в процессе измерения веса. Это означает, что , то есть прямо пропорциональную зависимость двух указанных величин. При этом единица измерения веса тела может быть различной. Обычно весы настраивают на измерение веса тела, соответствующего массе, выраженной в граммах. Для замены знака пропорциональности (~) на знак равенства (=) необходимо ввести постоянный множитель , который зависит от конструкции весов и от выбранной системы измерения единиц. Получается, что . Приведённый ниже рисунок иллюстрирует процесс взвешивания тела в воздухе.

При взвешивании тела в жидкости (в воде) весы регистрируют вес тела за вычетом силы Архимеда. Электронные весы позволяют поставить на них ёмкость с водой и обнулить показания. Это означает, что при помещении тела в воду без касания стенок ёмкости весы будут регистрировать силу, с которой тело отталкивает ёмкость с водой вниз. Действительно, в соответствие с третьим законом Ньютона вода выталкивает вверх погружённое в неё тело с силой , а погружённое в воду тело отталкивает ёмкость с водой вниз с силой

.

При этом указанные силы равны по величине, то есть

,

но противоположно направлены. Процесс взвешивания тела в воде представлен ниже на рисунке.

Следовательно, после установки нулевого значения (начала отсчёта) на весах и помещения в воду тела без касания стенок ёмкости весы будут регистрировать величину силы Архимеда, действующую на тело вверх, а на воду - вниз. В соответствие с принципом взвешивания тел, весы будут показывать количество делений, пропорциональное силе Архимеда, то есть . коэффициент пропорциональности будет тот же самый, что и в процессе взвешивания тела в воздухе, без силы Архимеда.

Определим величину силы Архимеда:

,

где - масса воды, вытесненной телом.

Определяем массу воды , вытесненной телом:

,

где - плотность воды предполагается известной кг/м³;

- объём вытесненной телом воды, равный объёму тела.

Определим объём тела:

,

где - масса тела;

- средняя плотность материала тела.

Выполняя подстановки, получаем выражение для величины силы Архимеда:

.

Так как под массой понимается масса тела, указанная в процессе взвешивания тела в воздухе (без учёта силы Архимеда), то выражение в скобках - это вес тела в воздухе, выраженный в делениях показаний весов, то есть . Левая часть формулы тоже выражается в делениях показаний весов после их обнуления при взвешивании тела в воде: . Подставляя эти выражения в формулу для силы Архимеда, получаем:

.

Из последней формулы получаем выражение для определения плотности материала тела:

.

Ход работы.

1. Подготовить электронные весы для работы. Включение электронных весов производится кнопкой On. Вторичное нажатие этой кнопки приводит к выключению электронных весов. Кнопка установки нуля обнуляет показание электронных весов даже при нахождении на них груза. Кнопка выбора единиц измерения переключает шкалу на измерение в граммах или в фунтах.

2. Подготовить исследуемые тела к гидростатическому взвешиванию. Металлические грузы можно подвешивать к нити, если в них есть соответствующие отверстия. Камни, металлические грузы без отверстий и другие детали можно взвешивать в воде в тонкой пластмассовой сеточке.

3. Подготовить в протоколе измерений таблицу измеренных величин для записи результатов.

4. Выполнить взвешивание первого тела в воздухе, положив его на электронные весы, предварительно включив весы и установив на них нуль. Показание весов записать в таблицу измеренных и вычисленных величин в соответствующую строку. Выключить электронные весы.

5. Установить на электронные весы ёмкость с водой. Количество воды в ёмкости должно обеспечивать возможность полного погружения в неё тела.

6. Включить электронные весы, установить на них нуль.

7. Погрузить в воду взвешиваемое тело так, чтобы оно не касалось дна и стенок ёмкости. Снять показание весов. Это показание соответствует величине силе Архимеда, которая отталкивает ёмкость с водой вниз от погружённого в воду тела. Записать показание электронных весов в соответствующую строку таблицы измеренных и вычисленных величин. Выключить электронные весы.

8. Повторить выполнение пунктов 4-7 при взвешивании других тел без полостей, изготовленных из этого же материала. Повторение пунктов 4-7 можно выполнять как для отдельных тел, так и для их совместных комбинаций. Можно взвешивать в воздухе и в воде не только отдельные грузы, но и различные наборы этих грузов. Выполнение пунктов 4-7 проводить до тех пор, пока не будет получена серия из 30-40 измерений.

9. Для каждого опыта в соответствующей строке таблицы измеренных и вычисленных величин вычислить значение плотности материала тела по формуле

,

где плотность воды принять равной кг/м³. При гидростатическом взвешивании в других жидкостях (в масле, в керосине, в солёной воде и т.д.) плотность воды заменить на плотность применяемой жидкости.

10. Вычислить среднее значение плотности материала тела по формуле

11. и записать полученное значение под соответствующим столбцом в таблице измеренных и вычисленных величин.

12. Вычислить абсолютные ошибки измерений плотности материала тела в каждом опыте по формулам

и записать полученные значения в соответствующих строках таблицы измеренных и вычисленных величин, заполнив соответствующий столбец таблицы.

13. Вычислить среднюю абсолютную ошибку измерений плотности материала тела по формуле

14. и записать полученное значение под соответствующим столбцом в таблице измеренных и вычисленных величин.

15. Вычислить относительную ошибку измерений плотности материала тела по формуле

и записать полученное значение в последней строке таблицы измеренных и вычисленных величин. Если относительная ошибка измерений менее 0,1 (10%), то результаты опытов можно предполагать отличными, если менее 0,2 (20%) - хорошими, если менее 0,3 (30%) - удовлетворительными. При относительной ошибке более 0,5 (50%) результаты измерений весьма сомнительны, работа, скорее всего, подлежит переделке.

16. Сделать выводы и оформить лабораторную работу. Вывод по лабораторной работе сформулировать в виде: средняя плотность материала (указать какого) тела, полученная по результатам … измерений, равна

…

17. Так как относительная ошибка измерений средней плотности материала тела (указать какого) равна

…,

то результаты измерений можно предполагать достоверными и даже отличными (хорошими, удовлетворительными).

17. Разрешается и даже приветствуется выполнять обработку экспериментальных данных с помощью программных продуктов. Рекомендуется применять табличный редактор EXCEL.

Таблица измеренных и вычисленных величин

№ опыта	Комбинация тел	N1 (делений)	NA (делений)	(кг/м3)	(кг/м3)	Прим.
1
…
n
Среднее значение плотности		----------
Средняя абсолютная ошибка измерений плотности
Относительная ошибка измерений

Дополнительные вопросы

1. Что такое гидростатическое взвешивание тела?

2. Чем плотность тела отличается от средней плотности тела?

3. Что такое плотность тела?

4. От чего зависит плотность тела и плотность вещества тела?

5. Что такое сила Архимеда?

6. Какова величина силы Архимеда?

7. Куда направлена сила Архимеда?

8. Каков принцип действия электронных весов?

9. Как с помощью весов определить величину силы Архимеда?

10. Какое самое плотное вещество Вы знаете?

11. В каких пределах может изменяться плотность вещества?

12. Газ или жидкость имеет большее значение плотности?

13. Жидкость или твёрдое тело имеет большее значение плотности?

14. Какова плотность чистой и солёной воды?

15. Какова плотность ртути?

16. Какова плотность свинца?

17. Какова плотность железа?

18. Можно ли электронные весы заменит рычажными?

19. Можно ли применять весы без установки нулевого значения?

20. Какова точность применяемых весов?

21. Какую погрешность в измерения вносят подвесы тел?

22. Действует ли на тело сила Архимеда в воздухе?

23. Во сколько раз сила Архимеда в воде больше, чем в воздухе?

24. От чего зависит величина силы Архимеда?

25. Почему выталкивающую силу назвали силой Архимеда?

26. Почему железные корабли не тонут в воде?

27. Будет ли свинец плавать в ртути?

28. Можно ли в этой работе измерить плотность дерева?

гидростатический взвешивание строительный

Примеры полученных данных

1. Определение плотности свинца

Вывод.

Плотность свинца, вычисленная по результатам 20 опытов измерений плотности рыболовных грузов, равна

кг/м³.

Так как относительная ошибка измерения плотности свинца

(менее 3%), то результаты измерений можно предполагать достоверными, проведёнными с отличной точностью.



2. Определение средней плотности коричневой гальки.

Вывод.

Плотность коричневой гальки, вычисленная по результатам 41 опыта измерений плотности камней, равна

кг/м³.

Так как относительная ошибка измерения плотности коричневой гальки

(менее 5%),

то результаты измерений можно предполагать достоверными, проведёнными с отличной точностью.

Повысить точность измерений за счёт исключения первых 16-и опытов не удаётся. Получается, что

кг/м³.

Относительная ошибка измерений оказывается больше

(более 6%).

Большое число измерений (41) предпочтительнее, чем меньшее число опытов даже при большей точности.

3. Определение плотности известняка (гальки речной серой)

Вывод.

Плотность известняка (гальки речной серой), вычисленная по результатам 20 опытов измерений плотности камней, равна

кг/м³.

Так как относительная ошибка измерения плотности серой гальки

(менее 5%),

то результаты измерений можно предполагать достоверными, проведёнными с отличной точностью.

3. Информационное направление работы

Говорить об информатизации процесса обучения можно только конкретно, а не в общем. При этом под информатизацией в школе обычно понимают кабинеты, наполненные компьютерами, лежащие в шкафах диски с программами, счета за оплату Интернета, бегающего по школе завуча по непонятным ИКТ-технологиям и т.п. Однако совершенно забывают о простейших информационных задачах, лежащих на поверхности школьного курса физики, а также других предметов.

Это же можно сказать об инновациях, то есть о внедрении новых идей в практику. Бессмысленно упоминать слово «инновация» без конкретного содержания. Можно построить сколько угодно «сколковых», но оставить при этом все идеи в толстых научных отчётах для чиновников, чтобы те не разгневались за напрасно истраченные и разворованные громадные средства. Инновация - это не абстрактное исследование, а научная работа, доведённая до практического применения, начинающая приносить положительные результаты в различных областях: финансовые, политические, стратегические и др. Инновация требует быстрого оперативного внедрения. Действительно, если есть инновационная идея, то замедление её внедрения аналогично хранению денег под подушкой. Кроме того, если автор не внедрит свою идею в практику, то это сделает его конкурент.

Рассмотрим пример простейшей школьной задачи 7-го класса, которая решена, но не имеет инновационного внедрения в повседневную жизнь. После этого сформулируем задачу инновации, которая может быть решена в считанные дни, максимум - недели.

Всем хорошо известен метод гидростатического взвешивания тела с целью определения его средней плотности. Известен пример из истории с короной Герона и ювелиром-мошенником. А сколько сейчас вокруг таких мошенников? Реальный пример, вы решили построить сруб деревянного дома из клееного бруса 20х20см размерами 6х9х6 м. Для этого вам нужно закупить объём древесины (6+9+6+9)х6х0,2=36 кубометров. Технологический запас 10% увеличивает объём до 40 кубометров. При цене клееного бруса 12000 руб./кубометр ваши затраты будут равны 480000 руб., то есть порядка полумиллиона рублей. Это открытая часть любой рекламы в любом строительном журнале. Однако надо помнить, что мы живём в России, где обман - норма жизни. Кто сказал, что клееный брус будет качественным, прежде всего, хорошо просушенным? Будет ли производитель 2 года выдерживать этот брус или попытается побыстрее получить прибыль? Скорее всего, второе. Догадайтесь сами, что произойдёт через полгода после постройки сруба из сырого бруса, тем более клееного и профильного.

Чтобы избежать мошенничества со стороны продавца древесины достаточно измерить плотность материала. Для этого под рукой должны быть обычные небольшие бытовые весы. Их стоимость около 800 рублей при точности 1 грамм, а за 2500 рублей в магазине «Чип и дип» можно купить портативные весы размером с сотовый телефон с точностью 0,1 грамма. Просим продавца отпилить маленький кусочек (5х5х5 см) от запаса бревна по длине. Взвешиваем его в воздухе, запоминаем вес N. Потом взвешиваем в воде, причём обнуляем показание весов после установки банки с водой. Тогда весы покажут величину N_А силы Архимеда. Вычисляем плотность предлагаемой к продаже древесины, поделив вес N бруска в воздухе на силу N_А Архимеда и умножив на плотность воды 1000(кг/м³):

плотность = 1000(N/N_А) (кг/м³).

Сравниваем полученное значение с табличным для сухого дерева. Если табличного значения нет, то заранее высушим брусок и измерим его плотность. Древесина прекрасно впитывает воду. Даже небольшое намокание сразу увеличивает её плотность, поэтому недобросовестность продавца можно выявить оперативно.

То же самое касается цементных растворов из песка бетона и воды. Плотность сухого рыхлого кварцевого песка равна 1500-1550 (кг/м³), плотность цемента 3100-3200 (кг/м³), плотность воды 1000 (кг/м³) - все плотности существенно различаются. Это означает, что до заливки фундамента заказчик может оперативно проверить качество смеси по её плотности. Если плотность мала, по сравнению с табличными значениями, то в смеси много песка и воды, такой бетоновоз нельзя допускать на стройплощадку. Проверить плотность смеси можно тем же методом гидростатического взвешивания, взяв небольшое количество жидкого раствора и поместив его в тонкую оболочку, например, в резиновый воздушный шарик.

Измерение средней плотности тела - это обычная школьная задача. Эту задачу научились решать в 7-м классе. Реализация решения этой задачи на практике - это инновация. Автоматическое измерение плотности материала - это информационная задача. Последняя, информационная, часть задачи не решена до сих пор.

Вот формулировка этой задачи:

1) взвесить тело в воздухе;

2) записать показание весов в память прибора автоматически или нажатием кнопки;

3) взвесить тело в воде;

4) записать показание весов в память прибора автоматически или нажатием кнопки;

5) нажать кнопку прибора, после чего автоматически вычисляется сила Архимеда (из первого показания вычитается второе) и плотность тела (первое показание умножается на 1000 или плотность другой среды и делится на силу Архимеда);

6) вывести значение плотности тела на экран или на дисплей измерительного прибора.

В указанной формулировке задача становится чисто информационной. Аппаратная реализация требует 2-3 ячейки памяти, поэтому не представляет затруднений. Однако в средней школе решение этой задачи связано с трудностью программно-аппаратной части. Возникает задача считывания данных с дисплея весов, записи в дополнительные ячейки памяти, арифметических действий с данными ячеек памяти и выведения значения ячейки на дисплей. С технической точки зрения в этой задаче нет ничего сложного. Её можно решить даже в школьном техническом кружке. Однако, наверное, это уже задача курсовых студенческих работ.

Решение приведённой задачи позволит создать прибор для измерения средней плотности тела на основе бытовых электронных весов. Есть смысл даже совместить этот прибор с бытовыми весами. Для этого нужно решить несложную программно-аппаратную информационную задачу и внедрить её в практику, то есть сделать прибор и наладить его производство. Поступление прибора на рынок начнёт приносить прибыль разработчику, производителю, заказчикам и подрядчикам строительных объектов. Обязательно найдётся применение прибора и в других областях - это дополнительная прибыль. В таком виде следует понимать инновационную деятельность.

4. Инновационное направление работы

Инновационное направление предполагает внедрение конкретного технического решения в практику с получением положительного эффекта.

Положительным эффектом от внедрения предлагаемого прибора для определения плотности строительных материалов будет:

1) устранение конфликтов между продавцом и покупателем строительных материалов из-за сомнения в качестве продукции;

2) гарантия покупателю со стороны продавца качества предложенного строительного материала;

3) уверенность покупателя в качестве приобретённого строительного материала;

4) первичная оценка качества строительного материала перед началом его применения в строительных конструкциях;

5) оперативная первичная оценка качества строительного материала простыми средствами и методами;

6) исключение психологического давления продавца и покупателя друг на друга в процессе торговой сделки или договора;

7) получение первичных количественных характеристик качества строительного материала на этапе заключения договора или сделки.

Положительный эффект от внедрения технического предложения в практику связан с потребительской стоимостью предлагаемого прибора для определения плотности материалов. Однако увеличение потребительской стоимости делает прибор более востребованным на рынке и влечёт увеличение стоимости и цены продажи прибора. В этом смысле реализация (продажа) предложенного доработанного прибора на рынке позволит получить финансовую прибыль. Актуальной является задача оценки этой прибыли. Для оценки возможности доступа прибора на рынок надо провести экономическое обоснование инновационного проекта.

5. Экономическое обоснование инновационного внедрения

Экономическое обоснование предлагаемого инновационного проекта проведено по традиционной общепринятой схеме. При этом рассмотрены следующие разделы экономического обоснования.

Оценка размера рынка

Потенциальные потребители

Потребительская стоимость

Стоимость прибора

Источник прибыли

Совокупный доход

Победа в конкуренции

Финансовый план

Что уже внедрено?

1. Оценка размера рынка.

Оценка размера рынка предлагаемой продукции в России основана на общей численности населения приблизительно 150 млн. человек.

Сначала оценили, сколько приблизительно обычных бытовых весов может впитать в себя рынок. Если даже каждый сотый житель имеет бытовые весы, то их число оценивается приблизительно 1,5 млн. единиц товара.

На следующем этапе исследования оценили срок службы товара. Электронная техника обычно служит приблизительно 10 лет, после истечения которых она либо выходит из строя, либо морально и технически устаревает. Следует учесть, что период службы электронной техники 10 лет принят для домашнего использования устройств. Если же прибор применяется в более напряжённых условиях, то, естественно, срок службы будет меньше. Условия строительных площадок - это чрезвычайно напряжённые, неблагоприятные для эксплуатации электронных средств условия. Действительно, стройплощадка - это грязь, пыль, шум, вибрации, холод, жара - всё, что приходится испытать строителям на неосвоенном участке. В таких напряжённых условиях вполне реально ожидать снижение срока службы прибора в три раза, то есть приблизительно до трёх лет.

При экономическом расчёте будем предполагать заведомо завышенную оценку срока службы электронных весов - 10 лет. Если срок службы оказывается меньше 10 лет, то это приведёт к необходимости дополнительного объёма производства товара, что повлечёт дополнительную прибыль от инновационного проекта.

При внедрении нового (доработанного) товара на рынок сначала надо насытить потребности, удовлетворить потребительский спрос. При сроке службы товара (весов) 10 лет для равномерного во времени насыщения рынка и поддержание рынка насыщенным надо выпускать

1,5 млн.ед./10 лет = 150 тыс.ед./год.

Как и при оценке срока службы товара, будем пользоваться заниженной (пессимистической по прибыли) оценкой необходимого объема производства. Уменьшим объём производства приблизительно на 30%, получим значение приблизительно 100 тыс.ед. товара (весов) в год.

При таком объёме производства товара насыщение рынка следует ожидать приблизительно через 10 лет, во всяком случае не ранее указанного срока. Однако через 10 лет начнётся замена устаревших и вышедших из строя приборов новыми, поэтому рынок потребует такого же объёма производства.

Вывод.

Свободный пока рынок надо захватить, насытить и поддерживать, иначе его захватят другие. Более того захватывать рынок надо не только в России, но и за рубежом.

Схема оценки рынка в России представлена ниже на схеме.

2. Потенциальные потребители.

Ниже представлена схема с анализом потенциальных потребителей продукции - доработанных бытовых весов для оперативной оценки плотности строительных материалов.



Перечислим потенциальных потребителей продукции.

1) Заказчики строительных сооружений не хотят получить некачественные стены, полы, потолки и т.д. Они платят реальные деньги, вкладывают средства и требуют гарантии качества от строительных организаций.

2) Подрядчики работ, строительные организации не хотят лишиться объёма работ из-за претензий к качеству их выполнения. Они дорожат своей репутацией. Им нужны средства контроля качества.

3) Контролирующие организации для того и созданы, чтобы не допускать отклонения уровня качества продукции от заданного уровня ниже допустимых пределов. Им тоже необходимы дополнительные средства контроля, особенно простого и оперативного.

4) Центры сертификации готовы оценить качество работ. Однако выдать сертификат качества они могут только после количественной оценки, для проведения которой нужен инструментальный контроль, в том числе с помощью предлагаемого прибора.

5) В России находятся приблизительно 60 тысяч средних общеобразовательных школ, которые заинтересуются доработанными бытовыми весами при изучении темы «Сила Архимеда» и связанных с ней вопросами. Только этот потенциальный потребитель троекратно перекрывает пробную партию приборов, необходимую для начала производства после возвращения инвестиционного кредита. Причём перекрывает при условии, что одна школа закупит единственный прибор, тогда как лабораторный практикум и несколько классов в параллели потребуют увеличить число приборов в школьном кабинете физики.

6) Приблизительно 1 тысяча высших учебных заведений России тоже проводят обучение по курсу физики или по основам современного естествознания. Как и школы, они заинтересуются новыми приборами практического применения для управления качеством продукции и услуг.

7) Кроме того, в России есть приблизительно 1 тысяча различных учебных организаций: курсы повышения квалификации, курсы переподготовки и т.д. Им тоже предлагаемый измерительный прибор будет интересен с позиции привлечения клиентов.

8) Наконец, нельзя забывать о 20 миллионах дачников, многие из которых находятся в состоянии непрерывного небольшого строительства и перестройки. Они постоянно закупают небольшие объёмы строительных материалов, но при этом хотят убедиться в качестве товара. Доработанные весы как нельзя лучше учитывают потребности дачников в первичном контроле качества строительных материалов.

3. Стоимость прибора.

Потребительская стоимость доработанных бытовых весов заключается в возможности применения их по новому назначению, для определения плотности материалов. При этом материалы не обязательно должны быть строительными. Возможно, появятся и другие аспекты потебительской стоимости товара. Однако на первом этапе инновационного внедрения будем говорить об измерителе плотности строительных материалов.

Себестоимость прибора практически не изменяется после доработки. Действительно, работы связаны только с перепрограммированием микроконтроллера и не затрагивают номенклатурную материальную часть. Можно также слегка модернизировать конструкцию, например, введя дополнительный USB-разъём, к которому подключается запрограммированное устройство. В обоих случаях не требуется заново разрабатывать конструкцию прибора. Надо только заинтересовать уже действующих производителей в инновации и договориться о распределении дополнительной прибыли на договорной основе.

В настоящее время бытовые весы продают по цене приблизительно 1000 руб./ед. Если вычесть половину налогов и накладные расходы, то их себестоимость можно оценить 200-300 руб./ед.

За счёт новой потребительской стоимости повышаем цену продажи приблизительно на 30%, то есть на 300 руб./ед. При налогах 50% получаем прибыль 150 руб./ед. Это и есть источник прибыли от инновационного проекта.

4. Источник прибыли и совокупный доход

С каждой единицы товара после вычета налогов появилась прибыль 150 руб.

Как распределить эту прибыль?

Предлагается следующая схема распределения прибыли.

Одну треть прибыли (50 рублей с единицы товара) переводим сторонним организациям, которые обязательно появятся - это различные посредники, транспортировщики, администраторы и т.д. На первом этапе - это накладные расходы, которые в дальнейшем надо будет минимизировать без ущерба для производства и реализации продукции.

Остаётся чистая прибыль 100 рублей с единицы товара.

При объёме производства 100 тыс. ед./год (насыщение и поддержание рынка) прибыль от инвестиции составит

(100 тыс.ед./год)х(100 руб./ед.) = 10 млн.руб./год.

5. Победа в конкуренции

Победа в конкуренции обеспечена, если инновационный проект внедрить очень быстро. Идея очень простая. Если её оставить без внимания, то рано или поздно она выльется в производство. Срок этот очень маленький из-за множества конференций, семинаров, конкурсов и из-за простоты идеи. Идею практически невозможно защитить как «ноу-хау», она вся на поверхности.

6. Финансовый план.

Ниже на схеме приводится проект финансового плана реализации инновационного проекта.

Для реализации предлагаемого инновационного проекта необходим инвестиционный кредит 1 млн. руб. Этого достаточно для перепрограммирования пробной партии 20 тысяч электронных весов. Выпускаем эту пробную партию в течение 6 месяцев и реализуем в течение последующих 6 месяцев. При этом реализация начинается малыми розничными партиями сразу же после выпуска первых образцов продукции. Цель одна - как можно более быстрая реализация пробной партии доработанных бытовых весов. Чистая прибыль составит 2 млн. руб. Этого достаточно, чтобы вернуть инвестиционный кредит 1 млн. руб. даже при ставке 100% годовых.

После возвращения банку инвестиционного кредита начинается полномасштабное производство объёмом 100 тыс.ед./год с чистой прибылью 20 млн.руб./год.

В процессе производства минимизируются затраты, максимизируется прибыль. Возможно, что производство будет расширяться, особенно при завоевании зарубежного рынка сбыта.

Выводы и научное признание работы

1. Техническая реализация инновационного проекта не вызывает затруднений.

2. Принцип действия предлагаемого прибора очень простой, прибор будет надёжным, но срок службы снизится при работе в напряжённых условиях строительства.

3. Проект может быть реализован при кредите 1 млн. рублей, возврат которого можно оговорить в договоре за счёт прибыли от первой партии 20 тыс. приборов при 100% годовых.

4. Окупаемость проекта от 6 месяцев до 1 года даже при кредитной ставке 100%.

5. Сейчас рынок свободен от этого прибора.

Работа была заявлена на отборочный тур Фестиваля науки в МГУ им. М.В. Ломоносова в октябре 2011 года, но, к сожалению, в заключительный тур отобрана не была. Результаты работы докладывались на пяти научных и научно-технических конференциях различного уровня, от студенческих до международных, в Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ, в Национальном университете - Московском государственном строительном университете. Работа представлялась на конкурсы «У.М.Н.И.К» в 2011 и представлена в 2012 году, на конкурс «Молодёжь и наука», на отборочный тур выставки «Научно-техническое творчество молодёжи» (НТТМ). Работа отмечена двумя грамотами. Результаты работы опубликованы в пяти научно-технических статьях.

Авторские публикации по теме работы

1. Коровянская А.Д., Экспресс-оценка качества древесины для строительных конструкций (гидростатическое определение плотности).//МГСУ.- Предпринт кафедры ПММ факультета ПГС(ф). - г. Мытищи Московской области, март, 2011.

2. Коровянская А.Д., Лебедев В.В. Пример оперативной инновационно-информационной задачи.//Сборник трудов Всероссийской конференции «Информационные технологии в образовании 21 века» и Всероссийской молодёжной научной конференции «Информационные технологии в образовательном процессе исследовательского университета». - М: НИЯУ «МИФИ», 24-26 октября 2011.

3. Коровянская А.Д., Кулик М.Ю., Служителева В.Ю. Перспективный прибор для оперативной оценки качества строительных материалов (гидростатическое определение плотности).//II Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодёжи «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений». - МГСУ. - Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. - Москва, 02 ноября 2011 г.

4. Коровянская А.Д., Кулик М.Ю., Служителева В.Ю. Прибор для оперативной оценки плотности строительных материалов//15-я Международная телекоммуникационная конференция молодых учёных и студентов «Молодёжь и наука».1-й тур.-НИЯУ МИФИ, 2011 г.

5. Коровянская А.Д. Школьный прибор для изучения быстро протекающих процессов. //15-я Международная телекоммуникационная конференция молодых учёных и студентов «Молодёжь и наука».1-й тур.-НИЯУ МИФИ, 2011 г.

Размещено на Allbest.ru

...