Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Для развития муниципальной экономики сегодня необходимы структурные инновации. Прежде всего, необходимо создавать малый бизнес на основе использования вторичных ресурсов производственных процессов крупного бизнеса.

Проблема утилизации древесных отходов лесопромышленного комплекса является одной из самых важных задач, стоящих перед предприятиями. Наибольшее количество древесных отходов находится в следующих районах Вологодской области: Вытегорский (65 тыс. м3), Великоустюгский (50 тыс. м3), Череповецкий (60 тыс. м3), Белозерский (30 тыс. м3) и Бабушкинский (35 тыс. м3).

Основными невостребованными отходами являются отходы лесопиления (опилки, кора, стружка), которые составляют порядка 520 тыс. м3. Большая часть данных отходов сосредоточены в Вытегорском (75 тыс. м3), Сокольском (73 тыс. м3), Великоустюгском (40 тыс. м3), Харовском (42 тыс. м3) районах.

Невостребованным природным ресурсом древесины являются также лесоповалы, которые по области в Вологодской области свыше 5 млн м3.

Использование отходов лесопромышленного комплекса в качестве деловых отходов для вторичного использования является одним из важных направлений развития производств. Данному вопросы уделяется большое внимание, так как в Вологодская область богата лесным массивом. Расчетная лесосека составляет 29,2 млн. м3 из которой только 50-60% подвергается обработке, остальное отходы. При утилизации промышленных отходов одним из ключевых моментов является строительство и производство строительных материалов. Одним из наиболее перспективных направлений является производство строительных композиционных материалов на основе древесного заполнителя и цемента - арболита.

Рынок строительных материалов России разнообразен и сложен, в следствии чего образуется большая конкуренция. Поэтому для удержания своей доли рынка важно постоянство совершенствовать технологические циклы производства продукции для обеспечения конкурентных преимуществ.

В рамках инновационно-рыночной экономики главным показателем результата работы предприятия является объем реализованной продукции. Поэтому предприятиям необходимо постоянно осваивать инновационные проекты, позволяющие обеспечить рост реализованной продукции.

Актуальность выпускной квалификационной работы объясняется необходимостью повышения объема реализованной продукции, за счет повышения конкурентных преимуществ композита на рынке, а также увеличения доли добавленной стоимости, с возможностью снижения материальных затрат на производство.

Строительство зданий и сооружений из арболита является одним из востребованных предприятий на рынке. Однако, производство древесно-цементного композита требует больших материальных затрат. Это связано с затратами на цемент, который составляет наибольшую часть материальных затрат, а также большую статью затрат составляют применяемые технологии для обработки древесного заполнителя на производстве. Тем не менее, снижение объема используемого цемента в композите приведет к снижению его потребительских свойств. Поэтому данная работа направлена на совершенствование технологии производства арболита, а именно технологии обработки древесной составляющей композита.

Целью работы является разработка технологической инновации на производстве арболита, обеспечивающая увеличение доли добавленной стоимости, за счет роста объема реализованной продукции, и конкурентных преимуществ, за счет совершенствования технологии производства арболита, с возможностью снижения технологических затрат на производство.

Задачи выпускной квалификационной работы:

· проведение ситуационного анализа на ООО «АльянсИнвестСтрой»;

· изучение технологических процессов производства арболита;

· разработка технологической инновации в условиях данного предприятия.

В данной работе использованы научные труды исследователей в области производства арболита, официальный сайт компании «АльянсИнвестСтрой» г. Вологда, нормативно правовая база ГОСТ 19222-84 «Арболит и изделия из него».

В основу теоретической базы исследования вошли работы профессорско-преподавательского состава кафедры управления инновациями и организации производства Вологодского государственного университета, а именно Борисова А. А., Кремлёвой Н. А., Шичкова А. Н.

Работа носит прикладной характер и рекомендована для применения на предприятии, с целью увеличения доли добавленной стоимости, за счет совершенствования технологических процессов и получения арболитовых блоков с повышенными конкурентными преимуществами.

Объект исследования - производство арболита в условиях ООО «АльянсИнвестСтрой».

Предмет исследования - технологии производства арболитовых блоков.

Результаты исследования прошли апробацию на ХI Ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых, и на международной научно-практической конференции «Молодые исследователи регионам - 2018». Так же проект по теме данной работы был представлен на конкурсе «УМНИК» и стал победителем в направлении «новые материалы и химические технологии».

арболит древесный ультразвуковой заполнитель



1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПО ОСВОЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИННОВАЦИИ

1.1 Формирование понятийного аппарата

Устойчивое развитие конкуренции на рынке потребителей требует освоения инноваций для поддержания и расширения своей доли рынка. В настоящее время нет универсального определения инновации.

Доктором технических наук, профессором Туккелем И. Л. предложено следующее определение инновации, которое определяется как конечный результат инновационной деятельности, воплощенный в виде:

· нового или усовершенствованного продукта;

· нового или усовершенствованного технологического процесса;

· нового или усовершенствованного управленческого процесса;

· нового подхода к социальным услугам» [14].

По теории доктора технических наук, доктора экономических наук, профессора Шичкова А. Н. понятие инновация определяется как результат инновационной деятельности, выраженный в коммерциализации продукции или услуг, технологических процессах или организации производства [18].

Выделяют следующие типы инноваций:

1. При освоении продуктовых инновации происходят изменения технологических процессов изготовления продукции, в следствии чего и изменение потребительских свойств. В результате освоения продуктовой инновации увеличивается объем продаж при постоянном уровне конверсии.

2. Освоение технологических инновации определяется как изменение структуры затрат на производство продукции, которые обеспечивают конкурентные преимущества предприятия.

3. Аллокационные инновации или организационно-управленческие - под ними понимают целенаправленное изменение структуры предприятия, основанного на трансферте операционных затрат и потребительских свойств продукта и услуг по технологическим переделам. В результате освоения аллокационной инновации увеличивается объем продаж и стабильность производства.

Появление на балансе предприятия нематериальных активов, обуславливается освоением инноваций. Постановка на баланс предприятия нематериального актива увеличивает стоимость основных фондов.

Любая инновация реализуется через инновационный проект и определяется потребностями рынка.

Инновационный проект - синергетический эффект роста ВРП, налоговой доходности муниципального бюджета, сохранения или увеличения рабочих мест, повышения стоимости бизнеса на фондовом рынке, за счет освоения инноваций.

Инновационная деятельность - создание и освоение нематериальных активов в производстве, которые являются результатом интеллектуальной деятельности инноватора, вследствие чего образуется непрерывный процесс формирования конкурентных преимуществ товаров и услуг на рынке.

Инновационная деятельность - разработка продуктовых, технологических и аллокационных инноваций, обеспечивающих создание экономически целесообразных продуктов, технологических процессов, организации производства в инженерном бизнесе.

Для реализации инновационных проектов необходимо создать управленческий учет с использованием системы менеджмента качества и метрологического обеспечения технических и экономических параметров по сформированным технологическим переделам [18].

Инженерный бизнес - интегрированный комплекс операционных процессов, включающий активы и пассивы, обеспечивающих производство продукции или услуг в производственно-технологической системе предприятия, которые имеют конкурентные преимущества на рынке [19].

Организация инженерного бизнеса определяется как двухуровневая производственно-технологическая система. Под производственно-технологической системой принято считать минимальный интегрированный комплекс материальных и нематериальных активов, позволяющих получить конкурентные преимущества продукции или услуги на внешней и внутреннем рынках.

Первый уровень производственно-технологической системы - технологические переделы, имеющие минимальную рыночную стоимость. Производственно-технологическая система состоит их технологических машин и оборудования.

На втором уровне производственно-технологической системы создается конечный продукт, имеющий конкурентные преимущества в форме добавленной рыночной стоимости.

Суть управленческого учета заключается в распределении технологических затрат по технологическим переделам. Каждый технологический передел - это зона финансовой ответственности. На основе добавленной стоимости являющейся собственностью производственно-технологического передела формируется консолидированный фонд оплаты труда, операционной прибыли и нематериальных активов. Подробная схема представлена на рисунке 1, где Ufa - стоимость основных средств, Ctc - технологические затраты, Vbsv - базовая стоимость продукции, Vasv - добавленная стоимость продукции, Uia - нематериальные активы, Vsv - объем реализованной продукции.

Рисунок 1 - Блок-схема организации производства путем четырех переделов, являющихся зонами финансовой ответственности



Базовая стоимость потребительских свойств продукции в равновесном операционном цикле конверсии согласно управленческому учету должна быть равна технологическим затратам, базовому чистому доходу и стоимости основных средств производственно-технологической системы предприятия.

Добавленная рыночная стоимость продукции в равновесном операционном цикле конверсии равна затратам на оплату труда, чистому доходу и стоимости нематериального актива, обеспечивающего получение добавленной стоимости.

Доля добавленной стоимости и деловые отходы, образовавшиеся в результате деятельности данного передела, являются собственностью
этого передела.

Средства, достаточные и необходимые для поддержания бизнеса и инвестирования в капитализацию акционерного капитала получают в результате процессов производственно-технологической системы и реализации продукции или услуг, имеющих конкурентные преимущества, благодаря освоению инновационных решений [18].

Производственно-технологическая система - это совокупность амортизируемых материальных и нематериальных активов, с помощью которых производят продукцию, соответствующую потребительским свойствам. Рыночная стоимость является денежным эквивалентом потребительских свойств продукции.

Производственно-технологическую систему предприятия формируют так, чтобы она стала экономической системой, в которой будут действовать экономические законы. Они обеспечивают получение итоговых экономических параметров, таких как чистый доход, объем реализованной продукции и стоимость основных производственных фондов.

Основными фондами является совокупность материальных и нематериальных активов. Материальные активы, в отличии от нематериальных, облагаются налогом на имущество, исходя из главы 30 НК РФ, именно поэтому материальные активы являются основными средствами.

Основные средства - это амортизируемое имущество, которое используется в операционном процессе более 12 месяцев и его первоначальная стоимость более 100 тыс. руб. [8].

1.2 Структура операционных затрат в инженерном бизнесе

Структура операционных затрат, представленная на рисунке 2, используется для оценки операционного процесса производственно-технологической системы [18].

Рисунок 2 - Графическая интерпретация структуры операционных затрат в производственно-технологической системе

Сумма материальных затрат, затрат на оплату труда, амортизационных отчислений и прочих затрат составляют операционные затраты. Однако, по концепции инженерного бизнеса Шичкова А. Н., в технологическом цикле рассматриваются технологические затраты, которые равны разнице операционных затрат и амортизации от материальных и нематериальных активов.

Структура операционных затрат на производство продукции (услуг), исходя из главы 25 налогового кодекса Российской Федерации состоит из четырех элементов:

1) материальные затраты (Cm), руб./год;

2) затраты на оплату труда (Сlp), руб./год;

3) амортизационные отчисления (Сdc), руб./год;

4) прочие затраты (Co), руб./год.

Материальные затраты (Сm) включают в себя затраты на приобретение сырья и материалов для прямого использования в производстве; затраты на приобретение оборудования и технологической оснастки, не являющихся амортизируемым; а также затраты на топливо, отопление, воду и энергии всех видов и др.

Затраты на оплату труда - любые начисления работникам в денежной и натуральной форме.

Амортизация - денежный эквивалент эксплуатационного износа материальных и нематериальных активов [8].

К прочим затратам, связанным с производством и реализацией, относятся такие затраты, как: сумма налогов и сборов, страховые взносы, расходы на сертификацию продукции (услуг), суммы комиссионных сборов и иных подобных затрат на выполнение сторонних организаций, затраты на ремонт основных средств, рекламу.

Износ амортизируемых основных фондов технологической системы включает в себя комплексный износ, состоящий из:

1. Физический износ - степень исчерпания срока полезного использования, из-за частичной потери работоспособного состояния машин и оборудования.

2. Экономический износ технологического оборудования происходит при обесценивании аналогичного оборудования, с момента его приобретения и постановки на баланс предприятием.

3. Функциональный износ - обесценивание амортизируемого актива, за счет появления на рынке нового, более усовершенствованного оборудования. Для решения проблемы функционального износа проводят модернизацию оборудования, осуществляемую за счет средств амортизационного фонда.

Рассмотрим алгоритм расчета показателей структуры операционных затрат.

1. Операционная прибыль (Р) представляет собой разность между объемом реализованной продукции и прямыми операционными затратами, рассчитывается по формуле (1):

, руб./год (1)

где Vsv - объём реализованной продукции, руб./год;

Сoc - операционные затраты, руб./год.

2. Налогооблагаемая база налога на прибыль (N) - это разница операционной прибыли (Р) и налога на имущество (Nfa), рассчитывается по формуле (2):

, руб./год. (2)

3. Налог на прибыль (Np) определяется по формуле (3), составляет 20% от налогооблагаемой базы, рассчитанной формуле (2):

, руб./год. (3)

4. Чистая прибыль (Р0) - разница между операционной прибылью и налогами на имущество и на прибыль, вычисляется по формуле (4):



, руб./год. (4)

5. Чистый доход (D0) предприятия определяется формулой (5) и представляет собой сумму чистой прибыли и амортизации от материальных и нематериальных активов:

, руб./год (5)

где Р0 - чистая прибыль, руб./год;

Сdc - амортизационные отчисления от материальных активов, руб./год;

Сia - амортизационные отчисления от нематериальных активов, руб./год.

1.3 Интегрированный комплекс критериев

Операционный цикл производственно-технологической системы включает в себя пять параметров, среди них:

- Vsv, руб./год - объем реализованной продукции;

- G0W0, руб./год - сумма технологических затрат, включающие в себя материальные, прочие затраты и оплату труда;

- D0, руб./год - чистый доход, включают: корректировки капитального ремонта, включающие амортизацию материальных и нематериальных активов, также чистая прибыль для поддержки акционерного капитала в виде дивидендов;

- Umf, руб./год - стоимость основных фондов производственно-технологической системы (балансовая стоимость материальных и нематериальных активов);

- Q, руб./год - стоимость производственного капитала производственного цикла.

Параметрический анализ рабочей идеальной производственно-технологической системы позволил создать комплексный набор критериев, для решения инновационных задач, в области инженерного бизнеса. Данные критерии выявляют необходимость применения инноваций на том, или ином предприятии. Существует пять видов критериев:

1) - критерий подобия операционного цикла конверсии;

2) - критерий подобия капитализации технологической системы;

3) - ресурсный критерий подобия производственного капитала;

4)- критерий доходности бизнеса;

5) - характеристика бизнеса или производственно-технологической системы.

При освоении инновации изменяется каждый критерий интегрированного комплекса, показывающий эффективность применяемой инновации. Рабочий цикл производственно-технологической системы рассматривается, как замкнутый интегрированный набор векторов денежных или денежных эквивалентных потоков. Они появляются как результат преобразования технологических процессов в продукты в виде проектов, зданий, технологических этапов или конечных продуктов, которые имеют рыночную стоимость [18]. По данным критериям проводится оценка реализации инновации.



2. СИТУАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ деятельности ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «АЛЬЯНСИНВЕСТСТРОЙ»

2.1 Характеристика предприятия

Общество с ограниченными ответственностью «АльянсИнвестСтрой» это одно из крупных строительных предприятий Вологодской области. «АльянсИнвестСтрой» ведет свою деятельность с 2013 года. Данное предприятие занимается строительством домов из арболита под ключ и созданием проектов зданий и сооружений из арболита [12].

Также предприятие осуществляет и другие виды деятельности:

1. Производство арболитовых блоков, сборных деревянных строений, изделий из бетона применяемых в строительстве.

2. Проведение земляных работ.

3. Оптовую торговлю пиломатериалами, древесным сырьем и необработанными лесоматериалами, прочими строительными материалами и изделиями.

4. Покупка и продажа собственных нежилых зданий и помещений, земельных участков.

Данное предприятие осуществляет свою деятельность на территории Вологодской и Московской областях.

2.2 Технология производства арболита

На данном предприятии одним из видов деятельности является обработка древесины, от которой остается большое количество древесных отходов в виде рейки, щепы, опилок, горбылей и др. Эти древесные отходы предприятие использует в качестве древесного заполнителя для производства арболита.

На первом этапе производства получают технологическую щепу, путем измельчения деловых отходов деревопереработки в рубильной машине. Полученную щепу отправляют на предварительную обработку.

Структура использования древесины представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Объем использования древесины при деревопереработке

На рисунке 4 представлена общая схема производства арболита.

Рисунок 4 - Общая схема производства арболита



Основной проблемой при производстве арболита является процессы структурообразования арболита. Наибольшее влияние на процессы структурообразования древесно-цементного композита оказывают вещества, содержащиеся в древесном заполнителе. Основными составными частями древесины является целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, состоящие из гексозанов и пентозанов [9]. Химический состав абсолютно сухой древесины по основным её компонентам, определяющим особенности свойств различных пород, представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав абсолютно сухой древесины разных пород

Компонент, содержание в %	Ель	Сосна	Пихта сибирская	Лиственница сибирская	Береза	Осина
Целлюлоза	46,1	44,1	41,2	35,7	35,38	41,77
Лигнин	28,07	24,68	29,87	24,61	19,74	21,81
Гексозаны без целлюлозы	12,65	15,24	11,3	15,33	4,92	3,61
Пентозаны без уроновых кислот	8,86	7,6	7,02	7,13	24,57	18,56
Уроновые кислоты	4,15	4	3,6	3,45	5,71	7,96
Зольность	0,27	0,17	0,53	0,22	0,14	0,26

Из литературных данных известно, что сахаристые вещества образуют комплексные соединения с соединениями кальция, которые входят в состав цементного клинкера. Образование данных соединения препятствуют процессам схватывания цементной массы, что нарушает процесс структурообразования, и в следствии чего ухудшаются характеристики получаемого материала.

Чем выше содержание данных веществ в древесном сырье, тем ниже потребительские свойства композита, а именно основной показатель - прочность. Известно, что наибольшее количество простых и сложных сахаристых веществ в древесине лиственных пород, поэтому для производства арболита, в основном, используют хвойные породы древесины.

К первой фазе твердения композита можно отнести процесс насыщения раствора. В этой фазе происходит гидратация и гидролиз трехкальциевого силиката, образующегося при взаимодействии минералов цементного камня с водой, вследствие чего образуется гидросиликат кальция и гидроксид кальция. Процесс твердения характеризуют процессы схватывания цементного раствора. Этот процесс определяет кристаллизацию цемента, в результате которой достигается необходимая прочность материала. Прочность цемента обеспечивает трехкальциевый силикат - 3СаО SiO2 [10].

Однако, кристаллизация цементных зерен при введении в цементную смесь древесного заполнителя затруднена. В результате смешивания этих компонентов протекает процесс гидролиза цемента с выделением гидроксида кальция. Данная щелочь производит выщелачивание древесины, вследствие чего может происходить потеря ее массы до 6%. Сильнощелочная жидкая фаза цемента разлагает и растворяет некоторые вещества в древесине, такие как гемицеллюлоза и полисахариды. В то время как простые сахара легкорастворимые в воде, образуют гидрофобный слой, препятствующий схватыванию компонентов смеси. Поэтому, для устранения негативного влияния сахаристых фракций на процессы формирования цементного клинкера, древесный заполнитель подвергают разным видам предварительной обработки до внесения в цементный раствор [11].

Традиционные технологии первичной обработки древесного заполнителя сводятся к вымачиванию в горячей воде, обработке паром, а также к выдерживанию во влажной среде в течение длительного времени.

Существующие технологии обработки древесного заполнителя направлены на гидролиз лигнина, целлюлозы, с последующей экстракцией полученных растворимых фракций. Их сущность заключается в частичном удалении этих веществ из древесины. С помощью предварительной обработки сахаристые вещества древесины становятся либо нерастворимыми в воде, либо безвредными для цемента соединениями.

На данном предприятии в качестве технологии обработки древесного заполнителя используется технология обработки водяным паром в присутствии катализатора Al2(SO4)3 (11% раствор) при давлении Р = 0,8 МПа и температуре 170°С [12].

Использование при обработке горячего пара связано с использованием достаточно энергоемкого оборудования и усложнением технологической линии. С учетом сложности и длительности процесса, необходимостью энергоемкого оборудования и значительных производственных площадей можно сказать о малой эффективности применяемых технологий.

Параллельно с обработкой древесного заполнителя происходит подготовка минеральных вяжущих и химических реактивов (минерализаторов). Применение химических реактивов обеспечивает снижение времени твердения цемента. В основном в качестве минерализаторов используют сульфат алюминия и хлористый кальций, а также жидкое стекло. Однако применение жидкого стекла не обеспечивает повышения прочности арболита. В качестве вяжущего компонента применяют портландцемент. Портландцемент относится к гидравлическим веществам, то есть веществам, сохраняющим свою прочность, в разных средах. На данной предприятии применяют портландцемент марки М500.

Портландцемент, главным образом, состоит из силикатов кальция. Основой его является клинкер-продукт обжига искусственной смеси, состоящий из 75% карбоната кальция (известняка) и 25% глины. Химический состав портландцемента (клинкера) представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Химический состав клинкера

Химическое соединение	CaO	SiO2	Al2O3	F2O3	MgO	SO3
Содержание, %	63 - 66	21 - 24	4 - 8	2 - 4	Не более 5	1,5 - 3,5

В цементе в небольших количествах также присутствуют оксиды других металлов.

В состав портландцемента входят минералы, которые при взаимодействии с водой, которое могут выделять активные вещества. Такие вещества вступают в реакцию с компонентами древесины.

Обработанную щепу и подготовленные минеральные вяжущие смешивают в смесителе до получения однородной массы - арболитовой смеси. Чем выше марка цемента и лучше порода древесины, ее выдержка, и эффективнее применяемые химические добавки, тем больше сцепление древесных частиц между собой.

Полученную смесь отправляют на участок формовки, где определяется геометрия будущего композита. Формование происходит по средствам вибропрессования в формы.

Арболит в формах выдерживается неделю, для приобретения потребительских свойств путем процессов схватывания и твердения составляющих композита.

После чего производят распалубку арболита, и отправляют на склад продукции, где арболитовые блоки выдерживают еще в течение 28 суток до полного затвердевания и приобретения потребительских свойств.

2.3 Анализ параметров операционного цикла производства арболита на ООО «АльянсИнвестСтрой»

В таблице 3 представлены значения затрат на производство и реализацию продукции за 2016 год предприятием ООО «АльянсИнвестСтрой».

Таблица 3 - Структура операционных затрат

Элементы затрат	Затраты, тыс. руб./год	Доля, %
Материальные затраты	4403,5	82,8
Оплата труда	768,9	14,5
Амортизация	96,6	1,8
Прочие затраты	49	0,9
Итого	5318	100

На основании таблицы 3, видно, что большая доля затрат - это материальные затраты. Их доля составляет 82,8%, что свидетельствует о материалоемкости производства. Это объясняется большими затратами на цемент при производстве арболита, а также большими операционными затратами на технологию предварительной обработки древесного заполнителя. При обработке древесного заполнителя большую долю материальных затрат составляю затраты на воду, электроэнергию и химические реактивы.

Затраты на оплату труда составляют 14,5%. Амортизация составляет 1,8%. Данная доля отчислений свидетельствует об изношенности основных средств предприятия. Оставшиеся 0,9% в структуре затрат составляют прочие затраты.

С помощью формул (1) - (5) рассчитаем чистый доход (D0) предприятия, входящий в структуру операционных затрат, зная объем реализованной продукции Vsv = 5172 тыс. руб./год и прямые операционные затраты Coc = 5761 тыс. руб./год. Операционная прибыль (Р) составляет
-589 тыс. руб./год; налог на прибыль (Np) равен 32 тыс. руб./год; таким образом чистый доход предприятия (D0) составляет -524,4 тыс. руб./год. Чистый доход предприятия от всех видов деятельности отрицательный, убыток предприятия за 2016 год составил 524,4 тыс. руб.

На рисунке 5 представлена структура технологических затрат на производство.



Рисунок 5 - Графическая интерпретация структуры затрат ООО «АльянсИнвестСтрой» за 2016 год

Далее проведен параметрический анализ операционного цикла ООО «АльянсИнвестСтрой» за 2014-2016 годы при помощи интегрированного комплекса критериев. Значения параметров приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Значения параметров операционного цикла деятельности ООО «АльянсИнвестСтрой», тыс. руб./год

Параметр и его обозначение	Значения параметров за 2014-2016год
	2014 г.	2015 г.	2016 г
Объем реализованной продукции, Vsv	4 465	3 858	5 172
Прямые технологические затраты, G0W0	4 441	3 559	5664,4
Чистый доход, D0	38	258	-524,4
Балансовая стоимость, Umf	2625	1437	82
Производственный капитал, Q	7066,4	4996,4	5746,4

Данные параметры позволяют рассчитать интегрированный комплекс критериев, который представлен в таблице 5.



Таблица 5 - Интегрированный комплекс критериев предприятия

Критерии и их обозначения	Числовые значения
	2014 г.	2015 г.	2016 г.
Критерий конверсии,	0,43	0,69	0,9
Критерий капитализации,	0,49	1,28	0,91
Критерий доходности бизнеса,	-3,49	0,33	-6,4
Критерий ресурсов,	1,14	1,88	1
Характеристика бизнеса,	6,94	1,13	69

При сравнении можно сделать вывод, что несмотря на убыточность предприятия коэффициент конверсии растет. Увеличение доли добавленной стоимости и увеличение дохода предприятия является целью разработки и освоения технологической инновации.



3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИННОВАЦИИ НА ПРЕДПРИЯТИИ ООО «АЛЬЯНСИНВЕСТСТРОЙ»

Главным способом обеспечения конкурентных преимуществ продукции служит выявление и решение актуальных проблем, посредством технологических преобразований и инновационного обновления части основных фондов.

Одним из наиболее важных процессов производства арболита является процесс обработки древесного заполнителя. Этот же процесс является наиболее затратным. Применяемая технология гидролизация и экстрагирования редуцирующих веществ на производстве - гидролиз под действием пара с катализатором. Данная технология регламентирована ГОСТом 19222-84 «Арболит и изделия из него. Общие технические условия».

В Вологодском государственном университете были проведены исследования в области производства древесно-цементного композита. Совместно с коллективом кафедры химии был разработан ультразвуковой способ обработки древесины.

3.1 Разработка ультразвуковой технологии обработки древесного заполнителя

Применение ультразвука как интенсификатора технологических процессов является одним из физических методов воздействия на вещества. Основной характеристикой ультразвука является частота колебаний. Ультразвук хорошо фокусируется, в результате чего имеется возможность передачи мощных потоков ультразвуковой энергии в нужных направлениях.

В последнее время все шире наряду с традиционным высокочастотным ультразвуком стали использовать низкочастотный ультразвук.

Низкочастотный и высокочастотные ультразвук характеризуется такими параметрами как амплитуда колебаний, глубина проникновения, длина волны, интенсивность, скорость распространения и др. [17].

При сравнении глубины проникновения низкочастотного и установлено, Исследования, проведенные профессором Пономарёвым В. Д., позволили установить, что низкочастотный ультразвук характеризуется наиболее глубокой проникающей способностью в органические ткани [13]. Низкочастотный ультразвук поглощается биологическими тканями значительно слабее, чем ультразвук высокочастотный, в связи с чем проникает в них на большую глубину. Поглощение ультразвука сопровождается переходом части механической энергии в тепло, повышая при этом температуру тканей.

Наибольшее нагревание возникает на границе сред с различным акустическим сопротивлением. Вызываемые ультразвуком сложные физико-химические изменения повышают проницаемость мембран, а также уровень клеточного биосинтеза [13].

Среди многочисленных ультразвуковых эффектов наибольшее значение в интенсификации технологических процессов играет ультразвуковая кавитация. В момент разряжения ультразвуковой волны на имеющихся в жидкости микропузырьках образуется разрыв в виде полости, которая наполняется насыщенным паром и диффундирующим в нее растворенным газом. В момент сжатия пар конденсируется, а имеющийся в полости газ подвергается сильному адиабатическому сжатию. В момент схлопывания давление и температура газа достигают больших значений, что порождает в близкой окрестности пузырька импульс высокого давления. Акустическая кавитация представляет собой эффективный механизм концентрации энергии [17].

Практически все физико-химические и технологические процессы протекают на границе раздела фаз, где молекулы различных веществ соприкасаются друг с другом.

Проведенные исследования показали, что в системе жидкость - твердое тело, низкочастотный ультразвук оказывает разрушительное действие. Для проведения эксперимента в качестве твердого тела была взята фольга, а в качестве жидкости - вода. Эксперимент проводился четырьмя способами:

1. В чистую воду помещался лист фольги на уровень распространения ультразвуковой кавитации.

2. В исследуемую среду вводилась технологическая щепа, фольга помещалась в середину обрабатываемой среды на уровень действия излучателя ультразвукового реактора.

В 3 и 4 случае использовалась смесь щепы и опилок, с пропорцией 80% и 20 % соответственно. Обработка ультразвуком проводилась в течении 3 минут.

На рисунке 6 представлен результат кавитационной эрозии в системе вода - твердое тело.

Рисунок 6 - Кавитационная эрозия в воде (I) и в средах с древесным заполнителем

В результате озвучивания ультразвуком в первом случае лист фольги был почти полностью разрушен. В других случаях разрушению подвергалась та часть фольги, где был прямой контакт ультразвуковой волны и объекта исследования.

Анализируя результаты можно сделать вывод, что ультразвуковые потоки рассеиваются и поглощаются окружающим материалом.

Известно, что на границе твердой и жидкой фракции возникает диффузионный граничный слой. Посредством ультразвуковой кавитации данный слой разрушается, в таких условиях ультразвук воздействует на само твердое тело, в следствии чего происходит разрушение.

Результаты экспериментов свидетельствуют, что ультразвуковые колебания приводят к увеличению удельной поверхности взаимодействия составляющих, обеспечивая тем самым многократное ускорение технологических процессов.

В данном исследовании выпускной квалификационной работы применение ультразвука направлено на интенсификацию процесса экстрагирования редуцирующих веществ при обработке древесины.

Дальнейшие экспериментальные исследования, проведенные в Вологодском государственном университете, подтверждают, что свойства арболита непосредственно зависят от предварительной обработки древесного заполнителя, целью которой является уменьшение содержания водорастворимых редуцирующих веществ.

Были проведены эксперименты по влиянию ультразвука на гидролиз и экстрагирование сахаристых фракций из древесного заполнителя. Измельченная древесина подвергалась обработке ультразвуком в течение 5, 10, 15, 20, 25 и 30 минут. Результаты проведенных исследований показали, что ультразвуковое воздействие позволяет экстрагировать большее количество сахаристых фракций. Определение содержания редуцирующих веществ определялось методом титрования, которое проводилось раствором перманганата калия. Опыт имел не менее 5 повторов для получения точного результата. Из полученных результатов можно сделать вывод об эффективности ультразвукового гидролиза и экстрагирования редуцирующих веществ в раствор.

Большее количество экстрагированных редуцирующих веществ при обработке древесного заполнителя объясняется большой проницательной способностью низкочастотного ультразвука в органические ткани и возникающими кавитационными явлениями.

Установлено, что низкочастотный ультразвук в гетерогенной среде жидкость - твердое тело уже в первые минуты своей работы действует на твердую фазу как сильный разрушающий фактор.

Соотношение в рабочем растворе твердой и жидкой составляющих является определяющим фактором эффективности ультразвуковой обработки. Высокая плотность раствора, т.е. относительно большой объем твердой составляющей и небольшой объем жидкости снижают проникающую способность ультразвуковых волн.

Уменьшение граничного диффузионного слоя и увеличение контактной поверхности элементов системы под влиянием ультразвуковых факторов в значительной степени интенсифицируют технологический процесс экстрагирования.

Изменение концентрации редуцирующих веществ в растворе при обработке паром в присутствии катализатора и обработке ультразвуком представлено на рисунке 7.

Рисунок 7 - Зависимость экстрагирования водорастворимых веществ

В ходе проведения экспериментов по структурообразованию арболита были установлены зависимости времени схватывания композита. Для определения времени схватывания, согласно методике ГОСТ 310.3-76, определялись нормальная густота и сроки схватывания растворной смеси. Для проведения эксперимента использовался прибор Вика [2]. Данный прибор позволяет определить сроки схватывания и нормальную густоту композита при помощи иглы Вика. За нормальную густоту была принята консистенция арболитовой смеси, при которой игла погружалась в форму на 15 мм.

За начало времени схватывания был принят момент, при котором древесно-цементная смесь заметно изменила свои подвижные свойства при погружении иглы Вика. В первые часы игла проходила через сквозь смесь до дна формы. В дальнейшем игла не доходила до дна формы на 5 - 10 мм.

За конец схватывания был принят момент, когда игла не проходила верхний слой смеси.

Исходя из проведенного эксперимента было установлено, что при увеличении времени ультразвукового воздействия время начала схватывания сократилось на 50% по сравнению с временем начала схватывания композита с применением технологии обработки паром с катализатором. А время конца схватывания сократилось на 40%.

Таким образом, была установлена эффективность применения ультразвуковой технологии и известных технологий предварительной обработки древесного заполнителя арболита на процесс экстрагирования редуцирующих веществ. Известные технологии позволяют экстрагировать от 0,017% до 0,098% от массы сухой навески, а при ультразвуковой обработке экстрагируется от 0,4 до 1,37% редуцирующих веществ. Так же с учетом длительности и сложности технологических процессов можно сделать вывод о недостаточной эффективности применяемых способов.



3.2 Влияние ультразвуковой технологии обработки заполнителя на физико-механические характеристики арболита

В производственных условиях были созданы образцы арболита с использованием древесного заполнителя, обработанного ультразвуком, на которых и проводились дальнейшие исследования. Эксперименты по определению потребительских свойств проводились после распалубки и дополнительной выдержки в течение 28 суток.

Из полученных арболитовых образцов, вырезались пластины для определения коэффициента теплопроводности. Остальные образцы измерялись и взвешивались для определения плотности. Результаты эксперимента приведены на рисунке 9 [5].

Полученные образцы представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 - Образцы арболита изготовленного по ультразвуковой технологии



Рисунок 9 - Зависимость плотности арболита от времени ультразвуковой обработки заполнителя

Данные эксперимента показывают, что при прочих равных условиях, обеспеченных в процессе проведения опыта (одинаковый состав смеси, способ формообразования и уплотнения, время твердения), образцы арболита, обработанные ультразвуком имеют более высокую плотность. Резкое повышение плотности происходит при обработке заполнителя в течение 10 мин, далее плотность повышается незначительно и остается относительно стабильной [5].

Причиной увеличения данного параметра может быть снижение количества пор и межзеренных пустот в структуре арболита. Это связано с разрушающим действием ультразвука на древесные частицы. В процессе действия ультразвука происходит вымывание ряда веществ, входящих в состав клеточных стенок, частичное разрушение древесинного вещества и изменение плотности структуры древесины. В процессе механического уплотнения смеси обработанная ультразвуком древесина меньше сопротивляется прикладываемой нагрузке.

Соответственно смесь менее склонна к распрессовке и при уплотнении образует более высокую плотность. Плотность полученных образцов составляет 700 - 850 кг/м3 и соответствует марке по средней плотности D700 - D800, марке по прочности М25 - М35 или классу по прочности В2 - В2,5.

Для определения коэффициента теплопроводности и теплового сопротивления строительных и теплоизоляционных материалов методом стационарного теплового потока использовался прибор ИТС - 1. На рисунке 10 представлен исследуемый образец в камере прибора ИТС-1 [3].

Рисунок 10 - Определение коэффициента теплопроводности арболита

Прибор применяется при контроле выпускаемой продукции на предприятиях, производящих строительные и теплоизоляционные материалы, а также при обследовании зданий, сооружений и конструкций.

Опытный образец помещался в камеру прибора и исследовался на теплопроводность. Измерения проводились на 5 образцах.

Данные эксперимента показали, что с увеличением времени ультразвукового воздействия происходит незначительное повышение теплопроводности. Причиной повышения коэффициента теплопроводности является увеличение плотности материала. Данный параметр изменялся в интервале 0,11 Вт/м2К - 0.17 Вт/м2К. Следует отметить, что полученные данные теплопроводности при средней плотности соответствуют требованиями стандарта.

Далее определялась призменная прочность арболита. Для этого подготовленные образцы подвергались сжатию на гидравлическом прессе для определения призменной прочности при сжатии. На рисунке 11 представлен процесс определения призменной прочности.

Рисунок 11 - Определение призменной прочности

В процессе испытаний фиксировались показания прибора, и анализировался характер разрушения. Результаты испытаний представлены на рисунке 12.

Рисунок 12 - Зависимость прочности при сжатии арболита от времени обработки заполнителя ультразвуком



Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

Прочность образца для изготовления которого применялась измельченная древесина, не обработанная ультразвуком, составляет 1,55 МПа. Это соответствует марке по прочности М15 и классу по прочности В1. Согласно техническим требованиям данный показатель соответствует изделиям теплоизоляционного назначения. Следующие образцы, при изготовлении которых использовалась измельченная древесина, обработанная ультразвуком, имеют прочность от 2,37 МПа до 2,62 МПа. Это соответствует марке по прочности М25 и классу по прочности В1,5. Согласно техническим требованиям изделия данного класса прочности имеют конструкционное назначение [1].

Прочность древесно-цементной композиционной структуры обеспечивается, прежде всего, связкой древесного заполнителя и цементного камня. Применение ультразвуковой технологии позволяет обеспечить более высокую адгезию составляющих композита и, соответственно повысить его прочность.

Кроме этого в процессе проведения эксперимента были отмечены изменения в характере разрушения образца. При прочностных испытаниях, проводимых на данном этапе эксперимента, был отмечен специфический характер разрушения арболита, который характеризовался высокими упруго-пластическими свойствами материала. За начало разрушения был принят момент, когда на поверхности образца появлялся разрыв структуры, происходило отслаивание частиц заполнителя. На рисунке 13 представлено начало разрушения образца арболита [5].



Рисунок 13 - Начало разрушение образца арболита

На рисунке 14 представлен выгиб центральной части исследуемого блока.

Рисунок 14 - Выгиб центральной части блока

Образование трещин такого рода показывает, что арболит обладает высокими упругопластическими свойствами, в отличии от других строительных материалов. При испытании на прочность при сжатии кирпича, бетона и других подобных структур, разрушение наступает без заметной предварительной деформации. Процесс разрушения арболита протекает иначе. Перед своим полным разрушением испытуемый образец имеет свойство существенно изменять свои размеры и форму без разрыва структуры, а при снятии нагрузки частично восстанавливает их, можно сказать, что данный материал имеет достаточно низкую жесткость.

На рисунке 15 представлено полное разрушение арболита.

Рисунок 15 - Полное разрушение арболита

Дальнейшие исследования показали, что данная технология позволяет создать несколько параллельных производств, а именно производство по выращиванию кормовых дрожжей на основе экстракта после обработки древесного заполнителя, производство адсорбентов и производство микрокристаллической целлюлозы. Производства дополнительной продукции не требует дорогостоящих оборудований. Объемы обрабатываемой на предприятии древесины позволяют использовать ее для параллельных производств [6].

Полученные потребительские свойства арболита по типовой и ультразвуковой технологиям, а именно прочность, плотность, коэффициент теплопроводности и другие свойства представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Потребительские свойства арболита полученного по типовой и ультразвуковой технологиям

Характеристика	По технологии используемой на предприятии	По ультразвуковой технологии
Плотность, кг/м?	700	850
Коэффициент теплопроводности, Вт/мК	0,13	0,12
Прочность, МПа	1,96	2, 62
Водопоглощение, %	75	62
Морозостойкость	F40	F50
Токсичность	Умеренная	Умеренная

Сравнительные показатели арболита и других строительных материалов приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Сравнительные показатели строительных материалов

Материал	Арболит по ультразвуковой технологии	Пенобетон	Газобетон	Керамический блок	Кирпич М100
Показатель
Цена руб./м3	4000	5500	4500	6000	6000
Дополнительные затраты на теплоизоляцию	Не требуются	Не требуются	Не требуются	Требуются	Требуются
Климатические условия постройки	Любые	Любые	Низкая влажность	Любые	Любые
Специальные условия хранения	Нет	Нет	Да	Нет	Нет

Исходя данных таблицы видно, что арболит имеет преимущества по цене перед другими строительными материалами, а также данный материал не требует дополнительных затрат при строительстве и его можно использовать при любых климатических условиях.

По потребительским свойствам у арболита преимущество в теплопроводности. Сравнительная характеристика по основным потребительским свойствам материала представлены на рисунках 16 и 17.



Рисунок 16 - Сравнение строительных материалов по коэффициенту теплопроводности

Рисунок 17 - Сравнительная характеристика строительных материалов по плотности

После обработки ультразвуком древесного заполнителя остается твердая и жидкая фракции. Жидкую фракцию можно использовать в качестве питательной среды для выращивания кормовых дрожжей. Обработанную твердую фракцию - для производства арболита, адсорбентов и микрокристаллической целлюлозы.

Производственно-технологическая система производства адсорбентов представлена на рисунке 18.



Рисунок 18 - Производственно-технологическая система производства адсорбентов

Представленный способ позволяет получить за один технологический цикл два типа адсорбентов (импрегнированную глину и активированный уголь). Данные адсорбенты применяются для очистки жидких и газовых техногенных сред. Применение керамической заглушки позволяет создать герметичность в реакторе и получить второй тип адсорбента, за счет импрегнирования глины. Процесс импрегнирования происходит из-за протекающего в реакторе процесса пиролиза, при котором происходит горение древесной щепы и насыщение продуктами горения глины (импрегнирование) [6].

Были определены основные потребительские свойства полученных адсорбентов в соответствии с ГОСТ 33627-2015 «Уголь активированный. Стандартный метод определения сорбционных характеристик адсорбентов». Основным потребительским свойством активированного угля и импрегнированной глины является адсорбционная емкость. Адсорбционная емкость определяется как количество миллиграмм загрязняющего вещества на 1 грамм адсорбента. В данной работе приведены данные по 3 веществам, таким как метилоранж, железо, кальций. Результаты, полученные данным веществам представлены в таблице 8.



Таблица 8 - Потребительские свойства адсорбентов

Вид адсорбента	Адсорбционная ёмкость по метилоранж	Адсорбционная ёмкость по Fe	Адсорбционная ёмкость по Са
Глина импрегнированная, мг/г	0,29	36,8	42
Активированный уголь мг/г	0,72	40	37

На рисунках 19 и 20 представлены полученные адсорбенты: активированный уголь и импрегнированная глина.

Рисунок 19 - Активированный уголь для очистки техногенных сред

Рисунок 20 - Импрегнированная глина для очистки техногенных сред

Производственно-технологическая система производства кормовых дрожжей представлена на рисунке 21. Данный цикл использует экстракт, полученный после обработки древесного заполнителя ультразвуком. Химический состав экстракта позволяет выращивание дрожжей определенных штаммов.

В зависимости от обрабатываемой древесины изменяется состав получаемого экстракта, поэтому при производстве дрожжей необходимо учитывать химический состав получаемого экстракта и изменение массы дрожжей, полученных на его основе. В зависимости от химического состава экстракта изменяется масса дрожжей, выращенных на данной экстракте.

Рисунок 21 - Производственно-технологическая система производства кормовых дрожжей

На рисунке 22 представлено изменение массы дрожжей 4 штаммов, из которого видно, что наибольшую массу приобретают штаммы У361 и У697.

Рисунок 22 - Изменение массы дрожжей, выращенных на экстракте

Определены потребительские свойства дрожжей, представленные в таблице 9.

Таблица 9 - Основные потребительские свойства дрожжей

Штамм дрожжей	Углеводы %	Белки %
У967	12,24	87,76
У361	10	90

Кроме этого планируется определить такие потребительские свойства как содержание аминокислот. Данное исследование затруднено, в следствие отсутствия необходимого оборудования.

Процесс получения микрокристаллической целлюлозы заключается в обработке в ультразвуковом реакторе древесных опилок. В настоящее время известна технология получения микрокристаллической целлюлозы с помощью ультразвука, однако предлагаемая в данной работе технология имеет существенное отличие, сказывающееся на материальных затратах. Существующий метод предполагает ультразвуковую обработку опилок в щелочной среде [15]. Повтор обработки ультразвуком ведет два раза. Предлагаемый способ подразумевает обработку ультразвуком опилок в нейтральной среде. Обработку в ультразвуковом реакторе проводят дважды по 20 минут. Полученный образец микрокристаллической целлюлозы представлен на рисунке 23.

Рисунок 23 - Микрокристаллическая целлюлоза, полученная ультразвуковым способом

Результаты свидетельствуют, что при снижении содержания редуцирующих веществ в древесном заполнителе оказывает существенное влияние на физико-механические характеристики арболита от времени ультразвуковой обработки заполнителя.

На основе проведенных исследований была подготовлена заявка на патент на изобретение «Ультразвуковой способ обработки древесного заполнителя». Авторы патента: Воропай Людмила Михайловна, Лебедева Надежда Анатольевна, Сеничев Василий Павлович.

Изобретение относится к области производства строительных композиционных материалов теплоизоляционного и конструкционного назначения. При производстве арболитов используются отходы древесины (щепа, опилки, древесная мука, кора, горбыль), а также цемент в качестве вяжущего материала. В состав древесных отходов входят сахаристые фракции, которые препятствуют процессам схватывания. Допускается содержание сахаристых фракций по отношению к массе сухой древесного остатка не более 2%. Для удаления сахаристых фракций используют разные способы и приемы.

Известен способ обработки древесного заполнителя при производстве древесно-цементного композита в естественного окисления или выдержки при естественных условиях, который предусматривает частичный распад углеводных составляющих в древесине под воздействием кислорода, осадков, солнечных лучей, температуры.

...