Основы организации цифровой платформы инженерного бизнеса на предприятии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Теоретические аспекты проекта по организации цифровой платформы контроллинга инженерного бизнеса на основе технологии производства листового проката

1.1 Формирование понятийного аппарата работы

1.2 Основы организации цифровой платформы инженерного бизнеса на предприятии

1.3 Структура операционных затрат ПТС

1.4 Интегрированный комплекс критериев

2. Ситуационный анализ деятельности производственно-технологической системы по производству листового проката

2.1 Производство холоднокатаной стали

2.2 Технология листового проката с использованием лабораторного оборудования на базе ВоГУ

2.2.1 Техническая характеристика (по паспорту станка)

2.2.2 Устройство и принцип работы

2.2.3 Процесс производства листового проката на лабораторном оборудовании

2.3 Оценка технологических затрат при производстве листового проката на лабораторном оборудовании для обучения студентов

2.4 Анализ параметров операционного цикла на ПАО «Северсталь»

3. Разработка цифровой платформы контроллинга инженерного бизнеса на основе производства листового проката

3.1 Влияние степени деформации на потребительские свойства проката

3.2 Сущность системы Кайдзен на предприятии

3.3 Цифровая платформа контроллинга инженерного бизнеса на основе технологии производства листового проката

Заключение

Приложения



Введение

Актуальность темы исследования состоит в решении производственно-экономической задачи по разработке цифровой платформы контроллинга инженерного бизнеса на основе производства листового проката, обеспечивающей требуемые потребительские свойства и получение конкурентных преимуществ продукции. Технологический процесс является многопараметровой системой, что требует разработки математического инструментария оцифровки параметров модели.

Целью выпускной квалификационной работы является исследование теоретических и практических аспектов разработки цифровой платформы контроллинга инженерного бизнеса на основе операционного цикла конверсии производственного капитала в денежный капитал при формировании потребительских свойств листового проката при изменении степени деформации.

Задачи исследования:

- обосновать актуальность темы выпускной квалификационной работы (ВКР), сформулировать цель и задачи ВКР, определить методологическую и информационную базы;

- изучить научные публикации и учебные пособия кафедры управления инновациями и организации производства. На основе изученных публикаций сформировать понятийный аппарат работы, провести исследование операционного замкнутого цикла конверсии производственного капитала в денежный капитал, изучить математический инструментарий модели цифровой платформы инженерного бизнеса;

- провести анализ существующих технологий провести анализ существующих технологий листового холоднокатаного проката, разработать цифровую платформу при производстве листового проката на лабораторном оборудовании;

- разработать цифровую платформу контроллинга инженерного бизнеса на основе производства листового проката с требуемыми потребительскими свойствами.

Объектом исследования является производственно-технологическая система производства листового проката с требуемыми механическими и потребительскими свойствами, изменяемые степенью деформации.

Предметом исследования является цифровая платформа контроллинга инженерного бизнеса.

Методологией исследования являются: использование метода анализа, метод фундаментальных наук (математический, экономический), сравнения, модель операционного цикла конверсии производственного капитала в денежный капитал при формировании потребительских свойств продукции воды, с использованием технологии производства листового проката, описывающая организацию производства соответствующей прикладной задачи в денежном эквиваленте. Теоретической базой исследования послужили: научные труды Шичкова А.Н. в области управленческого учёта, контроллинга, цифровых платформ, инженерного бизнеса, работы профессорско-преподавательского состава кафедры управления инновациями и организации производства Вологодского государственного университета, методические рекомендации по выполнению лабораторных работ на модели прокатного стана, Налоговый Кодекс РФ.

Практическая значимость заключается в возможности использования результатов исследования при организации производства листового проката в условиях листопрокатных производств.

В первой главе выпускной квалификационной работы рассмотрены теоретические аспекты разработки цифровой платформы контроллинга операционного цикла конверсии: сформирован понятийный аппарат исследования, рассмотрен равновесный операционный замкнутый цикл конверсии производственного капитала в денежный капитал, рассмотрено содержание патента на полезную модель цифровой платформы контроллинга, разработанного Шичковым А.Н.

Во второй главе изучены основные принципы производства холоднокатаной стали, изучен метод листового проката на лабораторном оборудовании, оценены технологические затраты на производство листового проката с использованием лабораторного оборудования и предложена цифровая платформа контроллинга инженерного бизнеса по производству листопроката на лабораторном оборудовании, проанализированы параметры операционного цикла конверсии ПАО «Северсталь».

В третьей главе проанализировано влияние степени деформации листового проката на потребительские свойства продукции, изучена стратегия долгосрочного развития предприятия Кайдзен, разработана формула патента на полезную модель цифровой платформы контроллинга инженерного бизнеса на основе производства листового проката с требуемыми потребительскими свойствами.



1. Теоретические аспекты проекта по организации цифровой платформы контроллинга инженерного бизнеса на основе технологии производства листового проката

контроллинг инженерный бизнес прокат

1.1 Формирование понятийного аппарата работы

Инновационный рынок требует постоянного совершенствования и увеличения конкурентных преимуществ продукции и услуг, имеющих рыночную стоимость, эти задачи определяются путём постоянного внедрения инновационных проектов, которые обеспечивают рост стоимости продукции на современном рынке.

В настоящее время нет универсального определения инновации.

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

* нового или усовершенствованного продукта;

* нового или усовершенствованного технологического процесса;

* нового или усовершенствованного управленческого процесса;

* нового подхода к социальным услугам». [1]

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. [2]

Инновации подразделяются на 3 типа: продуктовые, технологические и аллокационные.

Продуктовые инновации - это внедрение принципиально новых товаров и услуг, либо совершенствование существующих, путем добавления новых характеристик и функций, для получения новых потребительских свойств, с целью увеличения объёма реализации продукции. Продуктовые инновации, связаны с экономическим износом производственно-технологической системы предприятия.

Технологические инновации - это внедрение нового или усовершенствованного способа производства, с целью увеличения объёма реализации продукции и снижения операционных технологических затрат. Технологические инновации, связаны с технологическим и/или функциональным износом производственно-технологической системы предприятия. [3]

Аллокационные инновации - это организация производственного процесса на основе трансферта операционных затрат и потребительских свойств продукции или услуги по производственно-технологическим переделам, являющимися зонами финансовой ответственности. Данные инновации направлены на совершенствование: организации трудовых коллективов, организационной структуры и управления, организации протекания процессов. Иными словами под аллокационными (организационно-управленческими) инновациями принято понимать новшества по перераспределению ресурсов фирмы, реструктуризацию предприятия. [4]

Реструктуризация - это целенаправленное изменение структуры предприятия, которое формирует его бизнес, в связи с воздействиями, оказываемыми факторами внешней или внутренней среды. Какой бы ни была инновация, она определяется потребностями рынка и реализуется через соответствующий инновационный проект.

Инновационный проект представляет собой комплекс технических, продуктовых и институциональных (аллокационных) решений (инновационных ресурсов), обеспечивающих синергетический эффект роста ВРП, налоговой доходности муниципального бюджета, увеличение (сохранение) рабочих мест и стоимости бизнеса на фондовом рынке. [5]

Инновационная деятельность имеет значительную роль в инженерном бизнесе и в муниципальной экономике в целом.

Муниципальная экономика - это система экономических отношений, в которые вступают органы местного самоуправления в процессе производства распределения, обмена и потребления, материальных благ и услуг на территории муниципального образования. Муниципальная экономика включает как государственный, так и частный секторы. [6]

Понятие инженерный бизнес включает в себя интегрированный комплекс активов, пассивов и операционных процессов, обеспечивающих производство продукции или услуг в производственно-технологических системах предприятия, имеющих конкурентные преимущества на внешнем рынке. В результате операционных процессов в ПТС и реализации продукции (услуг), имеющей конкурентные преимущества, на внешнем рынке получают средства (выручка), необходимые и достаточные для поддержания непрерывного бизнеса и инвестирования в капитализацию акционерного капитала путём освоения продуктовых, технологических и аллокационных инноваций. [7]

Под производственно-технологической системой (ПТС) будем понимать минимальный комплекс амортизируемых материальных и нематериальных активов, с помощью которых производится продукция, имеющая потребительские свойства. Денежным эквивалентом потребительских свойств конкурентоспособной продукции является рыночная стоимость.

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 отличие 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 Основы организации цифровой платформы инженерного бизнеса на предприятии

Цифровизация структуры и содержания контроллинга инженерного бизнеса, включающего организацию производства, управленческий учёт и инновационную деятельность, является актуальной задачей. [9]

Цифровизация позволяет повысить эффективность, как в производстве, так и в управлении, а также дает широкие возможности для новых моделей управленческих решений на основе прогностических технологий. Цифровые технологии позволяют систематизировать и обобщать информационных потоков, которые могут не иметь общего происхождения, но объединяя их, можно получить новую картину или прогнозную модель для разработки стратегии и тактики управления предприятием. Для успешной трансформации промышленности в цифровую экономику необходимо на уровне предприятий разработать комплекс мер по техническому перевооружению. [10]

Национальный проект «Цифровая экономика» был утвержден 1 октября 2018 года Правительством РФ.

Основными целями национального проекта «Цифровая экономика» являются:

повышение внутренних затрат на развитие цифровой экономики за счёт всех источников (по доле в валовом внутреннем продукте страны) не менее чем в три раза по сравнению с 2017 годом;

создание устойчивой и безопасной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры высокоскоростной передачи, обработки и хранения больших объёмов данных, доступной для всех организаций и домохозяйств;

использование преимущественно отечественного программного обеспечения государственными органами, органами местного самоуправления и организациями.

Цифровая экономика представлена 3 следующими уровнями, которые в своем тесном взаимодействии влияют на жизнь граждан и общества в целом:

- рынки и отрасли экономики (сферы деятельности), где осуществляется взаимодействие конкретных субъектов (поставщиков и потребителей товаров, работ и услуг);

- платформы и технологии, где формируются компетенции для развития рынков и отраслей экономики (сфер деятельности);

- среда, которая создает условия для развития платформ и технологий и эффективного взаимодействия субъектов рынков и отраслей экономики (сфер деятельности) и охватывает нормативное регулирование, информационную инфраструктуру, кадры и информационную безопасность.

В связи с тем, что эффективное развитие рынков и отраслей (сфер деятельности) в цифровой экономике возможно только при наличии развитых платформ, технологий, институциональной и инфраструктурной сред, настоящая Программа сфокусирована на 2 нижних уровнях цифровой экономики - базовых направлениях, определяя цели и задачи развития:

- ключевых институтов, в рамках которых создаются условия для развития цифровой экономики (нормативное регулирование, кадры и образование, формирование исследовательских компетенций и технологических заделов);

- основных инфраструктурных элементов цифровой экономики (информационная инфраструктура, информационная безопасность).

При этом каждое из направлений развития цифровой среды и ключевых институтов учитывает поддержку развития как уже существующих условий для возникновения прорывных и перспективных сквозных цифровых платформ и технологий, так и создание условий для возникновения новых платформ и технологий.[11]

Цифровизация контроллинга - это формирование цифровой платформы контроллинга предприятия инженерного бизнеса.

Цифровой платформой контроллинга предприятия инженерного бизнеса является интегрированный комплекс инструментов операционного менеджмента, cформированный на основе IT-технологий и включающий организацию производства, управленческий учёт и инновационную деятельность, обеспечивающих непрерывный рост доли экспорта продукции, потребительские свойства которой и технологии имеют конкурентные преимущества на внешнем рынке. Для реализации этой задачи в производственном процессе увеличить, число контролируемых параметров. В результате к материальным и нематериальным активам добавились цифровые активы и экономика от инновационной рыночной перешла к цифровой. Использование цифровых активов потребовало цифровизации математического инструментария, используемого в электронных системах. Основное требование к математическому инструментарию цифровой платформы контроллинга инженерного бизнеса является возможность её цифровизировать. Под цифровой платформой контроллинга понимается комплекс, включающий модель инженерного бизнеса и математический инструментарий, описывающий эту модель в оцифрованном виде. [9]

В теории операционного менеджмента модели с математическим инструментарием для формирования цифровой платформы сегодня нет. На основе математической аналогии законов операционного менеджмента и законов термодинамических систем Шичков А.Н. сформулировал модель и математический инструментарий цифровой платформы контроллинга инженерного бизнеса. По аналогии с первым и вторым законами термодинамики, описывающих конверсию тепловой энергии в механическую работу, определена модель инженерного бизнеса. В качестве модели инженерного бизнеса принят равновесный операционный замкнутый цикл конверсии вектора денежного потока производственного капитала Q_mc производственно-технологической системы в вектор денежного потока денежного капитала V_sv в форме произведенной и реализованной продукции, имеющей вектор денежного потока требуемой затратной V_ev и вектор денежного потока требуемой добавленной рыночной V_av стоимости продукции, необходимой и достаточной для обеспечения непрерывного увеличения стоимости предприятия инженерного бизнеса на фондовом рынке.

Цифровая платформа контроллинга обеспечивает требуемый уровень равновесия производственного капитала, денежного капитала и уровень конверсии производственного капитала в денежный капитал в замкнутом операционном цикле.

Результаты конверсии имеют величину и направление, поэтому являются векторами денежных потоков.

По математической аналогии с первым и вторым законом термодинамики модель цифровой платформы контроллинга в замкнутом операционном цикле конверсии производственного капитала в денежный капитал описывается системой двух векторных уравнений:

, (1)

где Q_mc - вектор денежного потока производственного капитала;

C_tc - денежные потоки технологических затрат;

U_mc - основные фонды.

Векторы этих показателей формируются из разных источников, поэтому имеют различные направления и являются ортогональными.

В свою очередь, вектор технологических затрат рассчитывается по формуле (2):



, (2)

где C _mc - вектор денежного потока операционных материальных затрат;

C _oc - прочие затраты;

C _lc - затраты на оплату труда.

Вектор стоимости основных фондов U_mf (3) равен сумме коллинеарных векторов денежных потоков основных средств U_fa, как правило, материальных активов, облагаемых налогом на имущество и амортизируемых (обесцениваемых) U_ia:

. (3)

Вектор денежного потока денежного капитала (V_sv) представляет собой сумму векторов денежного потока затратной стоимости продукции сформированной в производственно-технологической системе предприятия и вектора денежного потока добавленной рыночной стоимости продукции, сформированной по маркетинговым технологиям, поэтому их сумма является ортогональной, рассчитывается по формуле:

, (4)

где V_ev - денежный поток затратной стоимости продукции;

V_av - денежный поток добавленной рыночной стоимости.

Вектор денежного потока затратной стоимости продукции равен в управленческом учёте коллинеарной разности вектора денежного потока технологических затрат и вектора денежного потока деловых отходов:



. (5)

Вектор денежного потока добавленной рыночной стоимости продукции с точки зрения управленческого учёта представлен коллинеарной суммой векторов денежных потоков:

, (6)

где N_vat - вектор налога на добавленную стоимость;

N_fat - вектор налога на имущество;

P_o - вектор «revenue» в форме чистой прибыли собственников бизнеса;

C_dta -вектор обесценивания материальных активов;

C_aia - вектор амортизации нематериальных активов;

C_bw - вектор деловых отходов.

На рисунке 1 представлен в векторной форме равновесный замкнутый операционный цикл конверсии производственного капитала производственно-технологической системы в денежный капитал в форме произведенной и реализованной продукции [13].



Рисунок 1. Векторная эпюра равновесного замкнутого операционного цикла конверсии производственного капитала в денежный капитал в форме произведенной и реализованной продукции

Равновесный операционный цикл конверсии принят в качестве системы координат для исследования векторного поля операционного цикла конверсии. Критерием равновесия операционного цикла:

. (7)

Критерий равновесия производственного капитала:

=1. (8)

Маркетинговый критерий можно рассчитать по формуле 9:



. (9)

Векторное уравнение производственного капитала (1) в эпюре представлено в форме векторного равнобедренного прямоугольного треугольника 1-3-4. Векторное уравнение денежного капитала (2) в эпюре представлено в форме векторного равнобедренного прямоугольного треугольника 1-2-3.

Согласно принципу равновесия в управленческом учёте все параметры являются безразмерными, измеряемыми от ноля до единицы.

Критериальное уравнение цифровой платформы контроллинга в векторной форме имеет вид:

. (10)

Критериальное уравнение цифровой платформы цифрового бока контроллинга операционного цикла конверсии производственного капитала в денежный капитал:

. (11)



Управляющая модель цифровой платформы контроллинга:

. (12)

1.3 Структура операционных затрат ПТС

Структура операционных затрат на производство продукции (услуг), исходя из главы 25 НК РФ состоит из четырех элементов:

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

2) затраты на оплату трудаC_lp, руб./год;

3) амортизация материальных активов C_dc руб./год;

4) прочие затраты C_ac, руб./год.

Материальные затраты (С_m) 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. [2]

Амортизация - это возмещение в денежном эквиваленте эксплуатационного износа основных средств, за счет перенесения их стоимости в затраты на выпускаемую продукцию.

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.

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

1. Физический износ определяется степенью исчерпания срока полезного использования, так как он обусловлен частичной потерей работоспособного состояния машин и оборудования, в результате их эксплуатации или длительного хранения.

2. Экономический износ технологического оборудования происходит за счет обесценивания аналогичного оборудования, с момента его приобретения предприятием и постановки на баланс.

3. Функциональный износ - отражает обесценивание амортизируемого актива, за счет появления на рынке нового, более усовершенствованного оборудования, в результате технического или технологического прогресса. Проблему функционального износа решают с помощью модернизаций, осуществляемых за счет средств амортизационного фонда. [2]

Структура операционных затрат, необходимая для оценки операционного процесса производственно-технологической системы, представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Графическая интерпретация структуры операционных затрат в ПТС



Рассмотрим алгоритм расчета показателей структуры операционных затрат.

Операционная прибыль (Р) представляет собой разность между объемом реализованной продукции и прямыми операционными затратами, рассчитывается по формуле (13):

, руб./год, (13)

где V_sv - объем реализованной продукции, руб./год;

С_оc - операционные затраты, руб./год.

Налогооблагаемой базы налога на прибыль (N) - это разница операционной прибыли (Р) и налога на имущество (N_fa), рассчитывается по формуле (14):

, руб./год. (14)

Налог на прибыль (N_р) определяется по формуле (15) и составляет 20% от налогооблагаемой базы, рассчитанной в предыдущей формуле:

, руб./год. (15)

Чистая прибыль (Р_о) - разница между операционной прибылью и налогами на имущество и на прибыль, вычисляется по формуле (16):

, руб./год. (16)



Чистый доход (D₀) предприятия определяется формулой (17):

, руб./год, (17)

где Р_о - чистая прибыль, руб./год;

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

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

1.4 Интегрированный комплекс критериев

Для повышения эффективности производства, снижения технологических затрат, увеличения объема реализованной продукции и стоимости основных фондов любому предприятию необходимо разрабатывать и осваивать инновационные проекты, которые являются основой инженерного бизнеса.

Результатом инженерного бизнеса является капитализация начальных ресурсов на основе инновационных процессов, в результате предприятие получает чистый доход и увеличение стоимости бизнеса на рынке акций. [14]

Единицей инженерного бизнеса является производственно-технологическая система (ПТС). Понятие ПТС неразрывно связано с понятием операционного цикла. Операционный цикл - это замкнутый набор различных физических процессов в ПТС, которые возникают в течение отчетного периода деятельности предприятия.

Предприятие представляет собой интегрированный комплекс технологических систем, для оценки эффективности которых существует комплекс критериев: [14]

Существует идеальная производственно-технологическая система. Ее параметрический анализ рабочего цикла позволил создать комплексный набор критериев, для решения инновационных задач, в области инженерного бизнеса. Равновесный операционный цикл конверсии принят в качестве системы координат для исследования векторного поля операционного цикла конверсии:

1) - критерий подобия операционного цикла конверсии производственно-технологической системы, равен отношению объёма реализации продукции и услуг к стоимости производственного капитала. Данный критерий показывает оборачиваемость производственного капитала в денежный.

2) - критерий подобия капитализации технологической системы;, равный отношению объёма реализации продукции и услуг к прямым технологическим затратам. Численное значение данного критерия в идеальном операционном цикле не может быть более 2, а в реальном операционном цикле достигает значения 1,5.

3) - критерий доходности бизнеса и самофинансирования простого и расширенного воспроизводства основных фондов, равный отношению чистого дохода к балансовой стоимости материальных и нематериальных активов. Численное значение данного критерия для операционного цикла идеальной производственной системы равна единице.

4) - характеристика бизнеса или производственно-технологической системы. Например, бизнес, относящийся к металлургической отрасли k₀ равен 0,5, машиностроительное предприятие имеет k₀ равный 1, предприятие лесной промышленности имеет k₀ равный 0,8.

5) - ресурсный критерий подобия производственного капитала.[7]

Согласно принципу равновесия в управленческом учёте все параметры являются безразмерными, измеряемыми от ноля до единицы.

Данные критерии зависят от параметров операционного цикла, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры инженерного бизнеса

Название	Обозначение
Объем реализованной продукции, руб./год	Vsv
Объем произведенной продукции, шт./год, кг/год, кВтч/год	G0
Нематериальные активы, руб.	Uia
Основные средства, руб.	Ufa
Основные фонды, руб.	U=Ufa+Uia
Амортизация от материальных активов, руб./год	Cdc
Амортизация от нематериальных активов, руб./год	Cia
Чистая прибыль, руб./год	P0
Операционная прибыль, руб./год	P
Прямые технологические затраты, руб./год	G0W0



2. Ситуационный анализ деятельности производственно-технологической системы по производству листового проката

2.1 Производство холоднокатаной стали

Листовой прокат металлов производят почти всегда при больших температурах, задействуя при всем понижение сопротивления деформации. При этом требуется прокатка и в холодном состоянии, которая целесообразна при малой толщине прокатываемого продукта, когда из-за большого отношения поверхности к объему быстрое охлаждение металла не дает возможность обеспечить высокую температуру в деформационной зоне (прокатка тонких листов). Холодная прокатка придает изделиям высокие точность размеров и качество поверхности, что невозможно при горячей прокатке, а также особые физические, в частности магнитные свойства.

Производство холоднокатаного листа, жести и ленты продолжает активно развиваться. Это связано с тем, что во многих отраслях народного хозяйства не переставая растет потребность в тонколистовой стали с высокими механическими свойствами, точными размерами, хорошим качеством поверхности. Холодная прокатка в совокупности с термической обработкой дает возможность изготовлять тонколистовую сталь, удовлетворяющую этим требованиям.

Передовым методом холодной прокатки листовой стали является рулонный, при котором металл в виде длинных полос сматывается в рулоны большой массы. Для прокатки тонколистовой стали в рулонах используются преимущественно непрерывные станы, а при малом объеме производства одноклетьевые реверсивные станы с четырехвалковой клетью и многовалковые.

Рулонная прокатка на непрерывных и одноклетьевых станах происходит с натяжением полосы. Довольно реже используют полистную холодную прокатку на одноклетьевых реверсивных станах (без натяжения).

Развитие технологии холодной прокатки зависит от увеличения точности готовой продукции за счет: жесткости рабочих клетей; использования средств упругого противоизгиба прокатных валков; повышения качества валков и оснащения станов системами автоматического регулирования толщины листа в процессе прокатки. Жесткость рабочих клетей определяется в основном упругой деформацией валков и станин. Увеличение диаметра рабочих и опорных валков снижает их износ, повышает точность проката за счет снижения прогиба и увеличивает теплоотдачу. Упругая деформация станины в вертикальном направлении на современных станах холодной прокатки составляет 0,3-0,5 мм; снижение этой деформации достигается повышения сечения стоек и поперечин. [15]

Производство холоднокатаных листов рулонным способом обеспечивает увеличение производства продукции на тех же производственных площадях, что позволяет механизировать и автоматизировать многие технологические операций, повысить производительность труда, увеличить выход металла удовлетворяющим требованиям, улучшить геометрическую форму и свойства металла благодаря устойчивости технологического процесса.

В случаях, когда холоднокатаная полосовая сталь поставляется машиностроительным предприятиям в рулонах, возникает возможность уменьшить отходы.

Обязательными операциями в производстве холоднокатаной стали являются очистка поверхности горячекатаных полос (подката) от окалины, прокатка на непрерывных или реверсивных станах, термообработка, дрессировка и чистовая обработка (резка, правка и т. д.).

Исходной заготовкой является горячекатаный металл в рулонах, изготовленный на непрерывных или полунепрерывных станах. Для некоторых низколегированных сталей первой операцией является смягчающий отжиг подката. Для углеродистых сталей такой отжиг обычно не проводится. Следующая операция при производстве холоднокатаных листов является очистка поверхности подката от окалины с помощью травления, дробеструйной обработки или комбинированного метода (дробеструйная обработка и последующее травление). [16]

Используются химический и механический методы удаления окалины. Химический способ чаще распространен, так как он позволяет получать чистую поверхность листов, подходящую в дальнейшем для качественного нанесения защитных покрытий. При химическом способе используют агрегаты непрерывного и периодического действия для травления углеродистой стали в растворах серной или соляной кислот. Непрерывное травление обеспечивает высокую степень производительности, максимальную автоматизацию процесса и минимальный расход кислоты. [15]

Для обеспечения непрерывности травления задний конец предыдущего рулона сваривают стыкосварочной машиной с передним концом последующего. При этом повышается масса рулона, что значительно улучшает производительность станов холодной прокатки. Когда стали плохо свариваются, для осуществления непрерывного травления устанавливают машины механической сшивки концов рулонов.

Места механической сшивки (двойной толщины) не прокатываются, а после травления вырезаются, что увеличивает отходы металла.

Большое положительное значение для повышения производительности травильных агрегатов имеет разрушение поверхностной окалины перед травильными ваннами в дрессировочных двухвалковых или четырехвалковых клетях, обеспечивающих обжатие до 5%. Способ травления - каскадный. Концентрация свежего раствора серной кислоты достигает 20-22%; температура кислотного раствора составляет 60-80°С; скорость движения полосы через травильные ванны 3-5 м/с. Длина травильных агрегатов достигает нескольких десятков метров. После травления полоса промывается в ваннах с холодной и горячей водой и сушится горячим воздухом. Затем на дисковых ножницах обрезаются боковые кромки, а для предотвращения коррозии при хранении полоса промасливается и свертывается в рулоны требуемой массы.

Травление в горячем растворе соляной кислоты концентрацией около 20% обеспечивает одинаковое удаление всех окислов железа (высших и низших), в то время как сернокислотный раствор хорошо травит только низшие окислы.

Продукты соляно-кислотного травления лучше растворяются в воде, а само травление происходит примерно в два раза быстрее, чем сернокислотное; поверхность листов при соляно-кислотном травлении получается более ровной, что способствует их качественному покрытию другими металлами и составами.

Для очистки от окалины горячекатаных полос из легированных сталей используют дробеметную обработку. Этот вид механической обработки вместо травления применяют при очистке сталей, окалина которых очень тверда.

Чугунная или стальная дробь, ударяясь о лист с высокой скоростью, разрыхляет и разбивает окалину.

Холодная прокатка углеродистой стали происходит обычно за один передел. В случае прокатки очень тонких профилей из легированных сталей используется прокатка на непрерывном стане, промежуточный отжиг и последующая прокатка на реверсивном одноклетевом или непрерывном двух- или трехклетевом стане.

Горячекатаный рулон с подающего конвейера сталкивателем подается на механизм поворота рулона. Посредством магнитного или скребкового отгибателя передний конец полосы отгибается и подается на подвижные проводки расположенные над опорным роликом. Рулон при этом разворачивается механизмом поворота для возможности задачи отогнутого переднего конца полосы в тянущие ролики правильно-натяжной машины. Одновременно с подачей переднего конца полосы тянущими роликами в рабочие валки первой клети рулон при помощи механизма поворота опускается на ролики приемного стола, поднимается до уровня головок разматывателя, центрируется и путем разжатия головок закрепляется на них. Внутренний диаметр рулона не должен быть больше диаметра головок разматывателя. После этого рулон приводом разматывателя поворачивается в таком направлении, которое способствует распушиванию наружных витков и дальнейшему продвижению переднего конца полосы в рабочие валки остальных клетей непрерывного стана и к барабану моталки.

Перед поступлением полосы в рабочие валки клетей верхние проводки подняты, после захвата полосы рабочими валками они опускаются и прижимают полосу к нижним проводковым столам. Пройдя последнюю клеть, полоса наматывается на барабан моталки. На этом заканчиваются операции подготовки полосы к прокатке. Стан, разматыватель и барабан моталки разгоняются до рабочей скорости, верхние проводковые столы поднимаются и начинается установившийся процесс прокатки, который продолжается до тех пор, пока на головке разматывателя не останется два - три витка полосы. При этом скорость прокатки уменьшается до заправочной, верхние проводковые столы опускаются, создавая возможность прокатки заднего конца полосы с натяжением. Заправочная скорость находится в пределах 0,5-2,0 м/с. На барабане моталки задний конец полосы (т. е. наружный виток холоднокатаного рулона) фиксируется прижимным роликом. Смотанный рулон снимателем убирается с барабана моталки, передается на отводящий конвейер, упаковывается и передается для отжига.

После холодной прокатки вследствие наклепа углеродистая сталь становится твердой и обладает пониженной пластичностью.

Для устранения наклепа и получения структуры, обеспечивающей необходимые механические и технологические свойства, холоднокатаная сталь должна быть отожжена.

Рекристаллизационный отжиг происходит при температуре 650-720°С. Он обеспечивает достаточно высокие механические и технологические свойства металла.

В цехах холодной прокатки для отжига углеродистой листовой стали широко применяют колпаковые печи. Холоднокатаные рулоны устанавливают на стенд, в центре которого помещен вентилятор. Между рулонами прокладывают конвекционные кольца, обеспечивающие лучшую циркуляцию защитного газа.

Стопа рулонов накрывается муфелем из жаропрочной стали. Из-под муфеля удаляется воздух и подается защитный газ. Внизу муфеля имеется песочный затвор. Муфель накрывается футерованным колпаком. На колпаке имеются горелки, продукты сгорания циркулируют между муфелем и колпаком. Колпаковые печи отапливают чаще всего коксовым или смешанным газом.

Отжиг углеродистой стали проводят в среде защитного газа, предохраняющего поверхность листа от окисления.

Листы и рулоны холоднокатаной стали отжигают также в четырехстопных колпаковых электрических печах. В состав печи входят четыре стенда, четыре муфеля и один колпак.

Масса садки в современных одностопных колпаковых печах достигает 120-180 т. Средняя производительность печи в зависимости от сортамента и условий отжига 1,4-2,4 т/ч.

Колпаковые печи являются печами периодического действия: цикл термической обработки в них длится несколько десятков часов. Для отжига холоднокатаных полос широко применяют непрерывные горизонтальные и вертикальные (башенные) печи, в которых продолжительность процесса отжига составляет всего 1,5-2,0 мин.

Производительность горизонтальных печей ниже печей башенного типа и составляет 10-15 т/ч.

Термическая обработка полос в агрегатах непрерывного отжига уменьшает длительность производственного цикла и обеспечивает получение более однородных свойств металла, чем при отжиге в колпаковых печах. Нагрев и охлаждение полосы во всех зонах происходят в атмосфере защитного газа.

Следующей за термической обработкой операцией отделки холоднокатаной углеродистой стали является дрессировка, которая заключается в холодной прокатке полос с обжатиями 0,5-3%.

Дрессировка углеродистой стали применяется для предотвращения появления линий сдвига при штамповке. Они бывают настолько ярко выражены, что даже после покраски и эмалирования остаются заметными. Установлено, что чем больше удлинение металла на пределе текучести, тем резче проявляются эти линии.

Вследствие небольших поверхностных деформаций при дрессировке на диаграмме растяжения образцов металла исчезает площадка текучести. Одновременно с этим сохраняются удовлетворительные пластические свойства холоднокатаных листов.

В результате дрессировки заметно улучшается поверхность листовой стали. Мягкой листовой стали после отжига дрессировкой придается некоторая упругость, что предохраняет ее от ломки и смятия при последующих операциях.

Качество поверхности дрессированных листов зависит от исходного состояния поверхности и качества шлифовки и насечки поверхности рабочих валков.

В цехах холодной прокатки для дрессировки углеродистой листовой стали применяют одно- и двуклетевые четырехвалковые станы. При дрессировке рулонной стали с натяжением обеспечивается не только обжатие, но и правка его растяжением. При дрессировке листовой стали толщиной 0,5-1,5 мм натяжение составляет 0,7-0,8 предела текучести. Для получения ровных листов на дрессировочных станах стали применять гидроизгиб валков.

К другим операциям отделки тонколистовой углеродистой стали относят поперечную и продольную резку рулонов. Для этого в цехах холодной прокатки устанавливают агрегаты поперечной и продольной резки, а также комбинированные агрегаты для продольной и поперечной резки. [16]

Схема технологического процесса производства холоднокатаного проката представлено на рисунке 3. [15]

Рисунок 3. Технологический процесс производства холодного проката

2.2 Технология листового проката с использованием лабораторного оборудования на базе ВоГУ

2.2.1 Техническая характеристика (по паспорту станка)

По паспорту действующей модели прокатного стана, установленной в лаборатории определяются следующие технические характеристики:

* заготовка: материал - свинец, олово, медь, пластилин; максимальные размеры, мм: толщина 20, ширина 100, квадрат 16 (для сортовой прокатки);

*привод - электродвигатель: мощность - 2,2 кВт, частота вращения - 1500 об./мин;

* предельное обжатие свинцовой заготовки за проход - 2 мм;

* максимальный раствор валков, мм - 25;

*скорость прокатки, м/с - 0,16;

* давление металла на валки, кгс - 10 000;

* крутящий момент на валках, кгс/м - 47;

* число оборотов валков, об./мин - 30;

* размеры валков, мм - длина 1485, ширина 548, высота 1440;

* масса, кг, не более 550.

2.2.2 Устройство и принцип работы

Действующая модель прокатного стана установлена на металлическом столе и состоит из: рабочей клети; шестеренной клети; редуктора; электродвигателя; соединительных устройств от двигателя к редуктору, от редуктора к шестеренной клети и от шестеренной клети к валкам рабочей клети; электрооборудования (приложение 2). Отдельные узлы главной линии рабочей клети установлены на фундаментных линейках и крепятся к ним болтами. Рабочая клеть с двумя горизонтальными валками, установленными в вертикальной плоскости состоит из: 1) станин (левой и правой) закрытого типа в виде жесткой рамы прямоугольного сечения; 2) рабочих валков с подушками, установленными в рабочей клети и зафиксированными в осевом направлении механизмом осевой регулировки. Чтобы иметь возможность для смены валков в сборе с роликовыми подшипниками и подушками, последние выполнены съемными. Для осуществления сортовой прокатки рабочая клеть комплектуется парой сортовых валков с ящичными калибрами; 3) ручного нажимного устройства, передающего усилие поджатия на подушки верхнего валка через набор шестерен и предохранительные стаканы посредством винтовой передачи; 4) проводковой арматуры рабочей клети, состоящей из вводного и выводного столов с линейками, обеспечивающими правильную задачу образцов в валках как при полосовой, так и при сортовой прокатке.

Шестеренная клеть двухвалковая состоит из корпуса, крышки, вал-шестерен с подшипниками качения, служит для передачи крутящего момента от редуктора к универсальным шпинделям и далее к рабочим валкам стана.

Универсальные шпиндели обеспечивают перемещение валков стана в вертикальной плоскости.

Электрооборудование состоит из электродвигателя, трансформатора, выключателя автоматического, пускателя магнитного, кнопок управления и электрических цепей, связывающих все перечисленные устройства (схема электрическая принципиальная приведена в приложении 2).

2.2.3 Процесс производства листового проката на лабораторном оборудовании

Последовательность изготовления листового проката на лабораторном оборудовании:

1. Вращением маховика 1 (рисунок 4) отпустить валок верхний до соприкосновения с валком нижним. Поднять маховик и вывести из зацепления шестерню 2. Вращением маховика 1 установить отметку «О» лимба 4 напротив риски. Установить «О» лимба 3 напротив стрелки указателя. Ввести в зацепление шестерню 2, опустив маховик в крайнее нижнее положение.

2. Вращением маховика 1 установить требуемое расстояние между валками рабочей клети. Контроль по лимбам 4 (мм) и 3 (десятые доли мм).

3. Установить вводной и выводной столы на требуемую высоту вращением маховика 1.

4. Установить вводной и выводной столы на требуемом расстоянии от валков в горизонтальной плоскости вращением винта 7, в вертикальной плоскости маховиком 8.

5. Установить линейки 6 на ширину прокатываемой заготовки.

6. Установить заготовку на вводной стол.

7. Включить выключатель атематический - загорается контрольная лампа «Сеть».

8. Нажатием кнопок «вперед» и «назад» произвести прокатку заготовки.

Проанализировав рынок прокатных станов с похожими техническими характеристиками, можем установить диапазон цены модели прокатного стана 350000 руб.-555000 руб. На данный момент прокатный стан, предоставленный кафедрой, исправен, но существуют несоответствия в его эксплуатации (использование заготовки из материала не установленного по паспорту).

Рисунок 4. Схема рабочей клети



2.3 Оценка технологических затрат при производстве листового проката на лабораторном оборудовании для обучения студентов

Действующая модель прокатного стана предназначена для изучения устройства рабочей клети и главной линии прокатного стана на занятиях теоритического и лабораторно-практических обучения учащихся. При производстве листового проката на лабораторном оборудовании проведена оценка технологических затрат при проведении учебных занятиях.

Материальные затраты:

1. Электроэнергия. Расход электроэнергии прокатного стана составляет 2,2 кВТ/ч. При работе оборудования 8 ч/сутки и тарифе электроэнергии 4,67 руб. за 1 кВт/час затраты составят 20680 руб./год.

2. Запасные части. Запасными частями являются:

валки прокатного стана, цена за 2 шт. 39402 руб.;

подшипник № 2007109 ГОСТ 333-79, цена за 1 шт. 150 руб.;

подшипник № 110 ГОСТ 8338-75, цена за 1 шт. 80 руб.

Запасные части необходимо заменять по степени изношенности или 1 раз в год.

3. Сырье: исходным сырьём при производстве листового проката являются: лом чистого олова марки О1, цена за 1 кг 1250 руб., лом чистого свинца за 1 кг - 120 руб. и лом чистой меди за 1 кг - 270 руб.

4. В стандартном листопрокатном производстве деловыми отходами можно считать: потери электроэнергии, потери материала, окалину, валки. Т.к. модель прокатного стана стоящая в лаборатории носит исключительно обучающий характер, в качестве деловых отходов можно считать: валки, электроэнергию и материал.

5. Оплата труда. Для обслуживания данного устройства понадобится сотрудник, с фиксированной ставкой оплаты труда размером 25000 руб. Следовательно, оплата труда сотрудника составит 300000 руб./год.

Амортизация.

Прокатное оборудование относится к 4 амортизационной группе. Срок полезного использования от 5 до 7 лет. 350000:7 = 50000 руб./год.

Прочие затраты.

1) Отчисления в ПФ и ФОМС - 30% от ФОТ. 900000?0,3 = 270000 руб./год.

2) Налоговые отчисления.

Налог на имущество юридических лиц (2% от стоимости имущества). 350000·0,02= 7000 руб./ год.

2.4 Анализ параметров операционного цикла на ПАО «Северсталь»

Продукция, выпускаемая российскими предприятиями черной металлургии, реализуется машиностроительным и строительным организациям, а также экспортируется за рубеж.

Крупнейшими металлургическими предприятиями по производству листового проката в РФ являются: Магнитогорский металлургический комбинат (Уральская металлургическая база), Новолипецкий металлургический комбинат (Уральская металлургическая база) и Северсталь (Центральная металлургическая база). Динамика финансовых показателей 3 крупных металлургических компаний России имеет очень схожую тенденцию.

С переходом Российской экономики на инновационный путь развития, изменились методы, инструменты и технологии функционирования предприятий. Предприятия стремятся иметь продукцию с конкурентными преимуществами, низкими затратами на производство и планируемый акционерами доход предприятия.

Как указывалось ранее, в соответствии с 25 главой НК РФ структура операционных затрат включает в себя 4 элемента. Для анализа параметров операционного цикла за основу взята российская вертикально интегрированная сталелитейная и горнодобывающая компания ПАО «Северсталь» владеющая Череповецким металлургическим комбинатом, которая находится в Вологодской области и является вторым сталелитейным предприятием России.

ПАО «Северсталь» - это предприятием с полным производственным циклом, включающим коксохимическое, агломерационное, доменное, электросталеплавильное, конверторное и прокатные производства.

На рисунке 4 изображена графическая интерпретация структуры операционных затрат на ПАО «Северсталь» за 2016 год в соответствии с бухгалтерским балансом.

Анализируя структуру операционных затрат можно сделать вывод о том, что высокую долю в структуре занимают материальные затраты (С_mc), они равны 201816 млн. руб./год (98,38%), что свидетельствует о материалоёмком производстве продукции.

Затраты на оплату труда включая страховые взносы (С_lp) составляют 1605,223 млн. руб./год (0,78%). Данная группа включает любые начисления работникам в натуральной и денежной форме.



Рисунок 5. Графическая интерпретация структуры затрат на производство продукции в условиях ПАО «Северсталь»» за 2016 год

Амортизационные отчисления материальных активов составляют (С_dtc) на предприятии составляют 653 млн.. руб./год (0,32%). Низкая доля амортизации говорит об износе основных средств рассматриваемого предприятия.

Прочие затраты (С_ac) в структуре составляют 835 млн. руб./год (0,41%).

3. Разработка цифровой платформы контроллинга инженерного бизнеса на основе производства листового проката

3.1 Влияние степени деформации на потребительские свойства проката

При холодной прокатке стали с ростом степени деформации повышаются все характеристики прочности: предел текучести, предел прочности, твердость. Прочность особенно возрастает в начале деформации (до 20-30%), при дальнейшем повышении степени деформаций интенсивность упрочнения снижается. Способность металлов упрочняться зависит от типа их кристаллической решетки. Известно, что металлы и сплавы с гранецентрированной кубической решеткой обычно упрочняются больше, чем с объемноцентрированной кубической решеткой. При холодной прокатке происходят межзеренные и внутризеренные разрушения, появляются микроскопические трещины, которые с увеличением степени деформации растут, что приводит к понижению пластичности металла. Наибольшее понижение пластичности возникает на начальных стадиях холодной деформации, т.е. когда резко возрастает упрочнение. По мере увеличения степени деформации (до 50-70%) металл становится очень прочным и хрупким. Последующая его прокатка без промежуточного отжига затруднительна.

При холодной прокатке форма зерна металла изменяется в соответствии с общей схемой деформации; они вытягиваются в направлении прокатки и уменьшают свои размеры по высоте (сжимаются) (рисунок 5). Металл получает волокнистое строение, что приводит к разным свойствам его в противоположных направлениях. Различие в свойствах наклепанного металла, определенная волокнистым строением, называется механической анизотропией.

...