Opłacalność usprawnień urządzeń produkcyjnych dla przedłużenia ich trwałości

Katarzyna Szczepañska-Woszczyna**

Wy¿sza Szko³a Biznesu w D¹browie Górniczej

Op³acalnoœæ usprawnieñ urz¹dzeñ produkcyjnych dla przed³u¿enia ich trwa³oœci

1. Wprowadzenie

Jednym z pierwszych narzêdzi produkcyjnych by³ kamieñ. Cz³owiek trzy- ma³ kamieñ w rêce i uderzaj¹c nim obrabia³ inny kamieñ lub drewno. Z czasem cz³owiek przytwierdzi³ ten kamieñ do kawa³ka drewna i powsta³ pierwotny m³o- tek. Dalszym usprawnieniem by³o dobranie jak najtwardszego kamienia do wykonania tego m³otka po to, aby m³otek wytrzyma³ wiêksz¹ liczbê uderzeñ zanim ulegnie zu¿yciu (roz³upaniu lub innemu uszkodzeniu). Takie zwiêkszenie trwa³oœci m³otka:

- zwiêkszy³o koszt m³otka, bo trzeba by³o znaleŸæ do jego wykonania szczegól- ny, a wiêc „dro¿szy” kamieñ

- pozwoli³o na bardziej d³ugotrwa³¹ pracê nowego m³otka - nie by³o wiêc po- trzebne czêste wykonywanie nowych m³otków; w dzisiejszym ujêciu zmniej- szy³o to koszt stosowania narzêdzi

Ten przyk³ad, w bardziej rozszerzonej formie, dotyczy tak¿e wspó³cze- snych narzêdzi i urz¹dzeñ produkcyjnych. Wspó³czesne narzêdzia i urz¹dzenia produkcyjne rozwija siê z nastêpuj¹cych powodów:

- powinny umo¿liwiæ wykonanie po¿¹danych wyrobów, a wiêc tak¿e nowych typów wyrobów, o nowych parametrach jakoœciowych

- wydajnoœæ urz¹dzeñ powinna odpowiadaæ zapotrzebowaniu na wyroby - powinny u³atwiæ pracê pracowników je obs³uguj¹cych (ergonomia) - w jak najmniejszym stopniu zanieczyszczaæ otoczenie (ekologia) - ich eksploatacja powinna byæ jak najtañsza

Ostatni z tych powodów ma szczególny skutek w kszta³towaniu kosztu w³asnego wyrobu.

* Profesor w Katedrze Zarz¹dzania Wy¿szej Szko³y Biznesu w D¹browie Górniczej

** Asystent w Katedrze Marketingu Wy¿szej Szko³y Biznesu w D¹browie Górniczej

2. Koszty eksploatacji urz¹dzeñ produkcyjnych

Wstêpna analiza przed nabyciem urz¹dzenia produkcyjnego obejmuje za- zwyczaj ocenê przydatnoœci oferowanego urz¹dzenia do wykonywania potrzeb- nych nam prac, a wiêc jakoœci i iloœci wyrobów. Czasem porównujemy wskaŸ- niki zu¿ycia energii elektrycznej, gazu i innych czynników energetycznych. Po- równujemy tak¿e ceny oferowanych urz¹dzeñ. Rzadziej zastanawiamy siê nad trwa³oœci¹ poszczególnych oferowanych urz¹dzeñ, ³atwoœci¹ ich obs³ugi i kon- serwacji, cen¹ czêœci zamiennych oraz kosztami remontów.

Pozycja kosztu urz¹dzeñ produkcyjnych w koszcie w³asnym wyrobu powinna zawieraæ nie tylko cenê urz¹dzenia, rozliczan¹ w czasie jako amorty- zacja, ale tak¿e wszystkie koszty podtrzymuj¹ce w pracy to urz¹dzenie, a wiêc koszty ich konserwacji i remontów. Na konserwacjê sk³adaj¹ siê koszty smaro- wania ruchomych czêœci mechanicznych, malowania i innych sposobów ochro- ny antykorozyjnej elementów podlegaj¹cych dzia³aniu atmosferycznemu (np.

konstrukcje budowlane) albo pracuj¹cych w obecnoœci kwasów i innych czyn- ników chemicznych, koszty czyszczenia itd. Zu¿yte elementy urz¹dzeñ trzeba naprawiaæ (remontowaæ) lub/i wymieniaæ. Je¿eli liczba zu¿ytych elementów jest du¿a, wtedy wymienia siê je i naprawia podczas zaplanowanego postoju urz¹dzenia (wy³¹czenia okresowego w pracy). Taki zaplanowany postój ma umo¿liwiæ wymiany i naprawy elementów „w przeddzieñ zniszczenia”. Zasada wymiany „w przeddzieñ zniszczenia” ma zapobiec nieprzewidzianym uszko- dzeniom urz¹dzenia, a wiêc przypadkowym przerwom w dzia³alnoœci produk- cyjnej.

W niektórych bran¿ach produkcji rozró¿nia siê typy remontów zale¿ne od ich zakresu. Na przyk³ad w hutnictwie „remont kapitalny” pieca przemys³o- wego polega na pe³nej wymianie wymurówki (ceramiki), ch³odnic, konstrukcji noœnej itd., a wiêc prawie wszystkiego od fundamentu „w górê”. Taki remont wykonuje siê co kilka, kilkanaœcie lub kilkadziesi¹t lat. W miêdzyczasie dokonu- je siê ró¿nych napraw wymagaj¹cych nawet d³u¿szych kilkutygodniowych wy³¹czeñ z produkcji - remonty takie nazywa siê „œrednimi”. W ci¹gu eksplo- atacji urz¹dzenia produkcyjnego planuje siê ponadto krótkie, kilku lub kilkuna- stogodzinne postoje dla wykonania mniejszych napraw lub wymian; s¹ to „re- monty bie¿¹ce” lub „remonty zapobiegawcze”. Charakterystycznym okresem oceny trwa³oœci urz¹dzenia produkcyjnego bywa czêsto okres miêdzy dwoma remontami kapitalnymi nazywany „kampani¹ miêdzyremontow¹” urz¹dzenia.

Zazwyczaj d¹¿y siê do jak najd³u¿szej kampanii miêdzyremontowej, poniewa¿

koszt kapitalnego remontu dominuje w ca³kowitym koszcie eksploatacji urz¹- dzenia produkcyjnego.

Œledz¹c rozwój urz¹dzeñ produkcyjnych, szczególnie w 19. i 20. wieku

nast¹pi³o znaczne wyd³u¿enie kampanii miêdzyremontowych. Jako przyk³ad

mo¿e pos³u¿yæ wielki piec w hucie ¿elaza, a wiêc urz¹dzenie wytapiaj¹ce z rud

¿elaza metal zwany surówk¹ ¿elaza lub surówk¹ wielkopiecow¹. W 2. po³owie 18. wieku wielkie piece w hucie w Suchedniowie, opisanej przez J. Osiñskiego

„jeœli na zaprawê dobier¹ dobrych kamieni, na ów czas piec mo¿e iœæ ci¹g³o trzy kwarta³y”. Po II Wojnie Œwiatowej, kampanie wielkich pieców miêdzy remontami kapitalnymi wynosi³y 4-6 lat. Obecnie kampanie te wyd³u¿aj¹ siê do 10-12, a nawet wiêcej lat, wskutek czego, zale¿nie od wielkoœci pieca, w czasie kampanii wytwarzaj¹ 10 do ponad 30 mln. ton surówki.

Co spowodowa³o taki olbrzymi wzrost d³ugoœci kampanii miêdzyremon- towych? Przyczyn¹ jest ca³y kompleks zmian: materia³ów u¿ytych do budowy wielkiego pieca, konstrukcji ca³ego pieca i jego elementów oraz coraz lepsze poznanie mechanizmów procesów zachodz¹cych w wielkim piecu i z tym zwi¹- zane zmiany sposobu „prowadzenia” procesu produkcyjnego.

3. Koncepcja analizy op³acalnoœci przed³u¿enia kampanii pracy urz¹dzenia produkcyjnego miêdzy remontami kapitalnymi

Zostawmy sprawy szczegó³ów technicznych technikom i zastanówmy siê, czy ka¿de przed³u¿enie kampanii wynikaj¹ce z usprawnienia konstrukcji urz¹dzenia i zastosowanych materia³ów jest op³acalne.

Pos³u¿my siê nastêpuj¹cym uproszczonym modelem myœlowym

. Przyj- mijmy, ¿e koszt eksploatacji urz¹dzenia produkcyjnego sk³ada siê z kosztu na- bycia nowego urz¹dzenia, a po jego wyeksploatowaniu, z kosztu remontu kapi- talnego (odtworzenia) oraz kosztów dalszego utrzymania w ruchu - ³¹czny ten koszt wynosi 100 punktów. W rzeczywistoœci te 100 punktów reprezentuje kon- kretny koszt wyra¿ony w z³otych. Gdyby urz¹dzenie (piec przemys³owy, prasa do wyt³aczania elementów karoserii samochodowych, linia walcownicza rur itd.) uleg³o zniszczeniu po 1 roku od uruchomienia, to ca³y ten koszt (100 punk- tów) trzeba by roz³o¿yæ na wyroby wykonane w tym roku. Gdyby natomiast zniszczenie nast¹pi³o po 2 latach, to obci¹¿enie rocznej produkcji kosztem urz¹- dzenia produkcyjnego wynios³oby ju¿ tylko 50 punktów, po 3 latach - 33,3 punk- ty, po 4 latach - 25 punktów itd. Na rys.1 przedstawiono spadek rocznych ob- ci¹¿eñ wyrobów kosztem kapitalnego remontu i dalszego utrzymania w ruchu urz¹dzenia, w miarê wyd³u¿ania trwa³oœci urz¹dzenia, a wiêc wyd³u¿ania kam-

1

Osiñski J.: Opisanie polskich ¿elaza fabryk. Wyd. w Warszawie 1782, str. 16

2

Sabela W., Jaromin M.: Optymalizacja cykli remontowych wielkich pieców. Prace In- stytutów Hutniczych 1972, zeszyt 24, s. 115-118

3

Sabela W., Konstanciak A.: Rozwa¿ania nad cyklami remontowymi wielkich pieców.

Kwartalnik Naukowo-Techniczny Huty Katowice 1996, nr 1, s. 38-43

panii miêdzyremontowej - linia I. Za³ó¿my, ¿e dotychczasowa konstrukcja urz¹- dzenia, zastosowane materia³y i sposób eksploatacji umo¿liwi³y pracê urz¹dze- nia przez 6 lat i po tym okresie nast¹pi³a koniecznoœæ nastêpnego remontu kapi- talnego. W czasie tej 6-letniej kampanii, roczne obci¹¿enie kosztów produkcji kosztem urz¹dzenia wyniesie 100:6=16,7 punktów.

Nastêpnie opracowaliœmy sposób przed³u¿enia kampanii przez zastoso- wanie nowych materia³ów do budowy urz¹dzenia i przez wprowadzenie uspraw- nieñ konstrukcyjnych. Przewidujemy, ¿e te przedsiêwziêcia powiêksz¹ dotych- czasowy koszt remontu kapitalnego dalszych zabiegów eksploatacyjnych (re- monty œrednie, zapobiegawcze itp.) o 20 punktów, ale umo¿liwi¹ przed³u¿enie kampanii do 10 lat. W tej nowej koncepcji, na rys.1 koszt pocz¹tkowy wyniesie 120, zamiast dotychczasowych 100 punktów. Te 120 punktów rozk³adamy, po- dobnie jak poprzednio, na roczne obci¹¿enia kosztów produkcji kosztem urz¹- dzenia - linia II. Po 10 latach eksploatacji, roczne obci¹¿enie kosztów produkcji kosztem urz¹dzenia wyniesie 120:10=12 punktów, a wiêc bêdzie mniejsze od dotychczasowego po 6 latach (tzn. na koñcu kampanii przed usprawnieniem).

Oznacza to, ¿e usprawnienie jest op³acalne. Gdyby nawet nie osi¹gniêcie 10- letniej kampanii, to ju¿ po 8 latach usprawnienie by³oby op³acalne (120:8=15 punktów).

Rysunek 1.

Przebieg rocznych obci¹¿eñ kosztu wyrobu kosztem kapitalnego remontu i dalszego utrzymania w ruchu urz¹dzenia produkcyjnego

         











ODWD SXQNW\

NU]\ZD,,

NU]\ZD,

S

S

S

S

Krzywa I - stan przed moder- nizacj¹ urz¹dzenia Krzywa II - stan po za³o¿onej

modernizacji

Jak ju¿ zaznaczono, przedstawiony model myœlowy jest modelem uprosz- czonym, przedstawiaj¹cym zasadê oceny op³acalnoœci usprawniania trwa³oœci urz¹dzeñ produkcyjnych. W rozwi¹zaniach praktycznych trzeba uwzglêdniæ kon- kretne warunki eksploatacyjne.

4. Czynniki uzupe³niaj¹ce ocenê op³acalnoœci usprawnieñ trwa³oœci urz¹dzeñ produkcyjnych

Czynniki te mo¿na podzieliæ na techniczne i ekonomiczne. Wyliczone we wstêpie cele usprawnieñ narzêdzi i urz¹dzeñ produkcyjnych powoduj¹ „same w sobie” zmiany kosztu urz¹dzenia. Dlatego z rozwa¿añ nad op³acalnoœci¹ przed-

³u¿ania trwa³oœci urz¹dzeñ produkcyjnych trzeba wy³¹czyæ tê czêœæ kosztów, których celem by³o: dostosowanie urz¹dzenia do nowych, ¿¹danych jakoœci pro- duktu, powiêkszenie wielkoœci produkcji oraz usprawnienie dzia³ania pod wzglê- dem ekologicznym i ergonomicznym. Korzystaj¹c „z okazji” remontu kapital- nego dokonuje siê bowiem zazwyczaj modernizacji urz¹dzenia produkcyjnego pod ró¿nymi wzglêdami, a nie tylko dla przed³u¿enia jego kampanii miêdzyre- montowej.

Podstawowym uproszczeniem przedstawionego modelu myœlowego jest przyjêcie, ¿e zastosowane œrodki finansowe nie s¹ obci¹¿one kosztami ich ob- s³ugi. Dlatego w szczegó³owym rozpatrywaniu op³acalnoœci usprawnieñ przed-

³u¿aj¹cych kampaniê miêdzyremontow¹ urz¹dzenia produkcyjnego trzeba uwzglêdniæ aktualne oprocentowanie kapita³u u¿ytego do samego remontu ka- pitalnego, a tak¿e oprocentowanie kwot na remonty i konserwacje w czasie trwania kampanii. Uwzglêdniæ trzeba zarówno terminy zaci¹gania kredytów, jak ich sp³at. Te szczegó³owe rozwa¿ania mog¹ wp³yn¹æ na proporcje i zakresy remontu kapitalnego (jednorazowy du¿y koszt na pocz¹tku kampanii) i remon- tów œrednich (wydatki póŸniejsze, podczas trwania kampanii).

5. Potrzeba harmonijnego przed³u¿ania trwa³oœci elementów urz¹dzenia produkcyjnego

Przed³u¿enie trwa³oœci poszczególnych elementów urz¹dzenia nie ozna- cza automatycznie przed³u¿enia kampanii miêdzy remontami kapitalnymi ca³e- go urz¹dzenia.

Pos³u¿my siê znowu wielkim piecem. Na rys. 2 przedstawiono schemat wielkiego pieca. Wielki piec jest wysok¹ (oko³o 30 metrów) wie¿¹, pust¹ w

œrodku. Z góry ³aduje siê do pieca rudy, koks i inne dodatki. Do dolnej czêœci, do tzw. garu, wdmuchuje siê gor¹ce powietrze przez rozmieszczone wokó³ pieca dysze. Przed dyszami spala siê koks i gor¹ce spaliny unosz¹ siê w górê pieca.

Ten gor¹cy gaz ogrzewa wsad. Po ogrzaniu do temperatury powy¿ej 1200° C

ruda topnieje i sp³ywa w dó³. Wskutek chemicznego oddzia³ywania gazu nastê- puje redukcja tlenków ¿elaza w rudzie i powstaje metaliczne ¿elazo oraz ¿u¿el.

Ciek³y metal i ciek³y ¿u¿el gromadz¹ siê na dnie pieca (na trzonie garu). Za- zwyczaj najpierw zu¿ywa siê obmurze pieca w miejscu, w którym wsad zaczy- na topnieæ, a wiêc w rejonie pieca o temperaturze 1200-1300° C - rys. 2. Zmu- sza to do wymiany obmurza tam na przyk³ad co 6 lat. Trwa³oœæ garu o wspó³- czesnej konstrukcji wynosi oko³o 12 lat. Wymiana obmurza w górnej czêœci pieca wymaga usuniêcia górnej czêœci wsadu, natomiast remont garu zmusza do ca³kowitego opró¿nienia pieca i usuniêcia ca³ej wymurówki pieca. Dlatego mo¿na podczas remontu „œredniego” wymieniæ obmurze górnej czêœci pieca, pozostawiaj¹c bez zmian doln¹ czeœæ. Odwrotnie, nie mo¿na wymieniæ dolnej czêœci pieca bez usuniêcia górnej jego partii. Tak wiêc po 6 latach wykonuje siê remont „œredni” górnej czêœci obmurza, a po nastêpnych 6 latach, podczas re- montu kapitalnego wymienia siê (po raz drugi) wymurówkê górnej czêœci pieca

Rysunek 2.

Schemat wielkiego pieca

UXG\NRNV

JD]

JRU FH

SRZLHWU]H

WUZDáR ü

RNODW WUZDáR ü

RNODW

FLHNá\

PHWDO L X HO

JD]

RNRáR &

 &

RNRáR &

i ni¿sze partie obmurza wraz z garem. Gdyby przed³u¿ono trwa³oœæ górnej czê-

œci pieca np. do 8 lat, to drugi z kolei remont tej czêœci powinien nast¹piæ po (2x8=16 latach). Je¿eli równoczeœnie nie przed³u¿y siê trwa³oœci garu do 16 lat, to pomimo przed³u¿onej pracy górnej czêœci pieca bêdzie trzeba j¹ zburzyæ ju¿

po 12 latach, dla uzyskania dostêpu do remontu garu. Przyk³ad ten ilustruje koniecznoœæ usprawniania trwa³oœci poszczególnych elementów urz¹dzenia pro- dukcyjnego w koordynacji z trwa³oœci¹ innych elementów.

6. Zakoñczenie

D³ugoœæ „kampanii urz¹dzenia”, a wiêc czasu pracy miêdzy kolejnymi remontami kapitalnymi, ma istotny wp³yw na udzia³ kosztu eksploatacji urz¹- dzeñ produkcyjnych w koszcie w³asnym produktu. Gdyby uda³o siê przed³u¿yæ

„kampaniê” bez dodatkowych kosztów, to uzyskanoby na pewno obni¿enie kosztu w³asnego naszego produktu. Przed³u¿enie „kampanii” zazwyczaj jednak kosz- tuje - dro¿sze s¹ trwalsze materia³y do budowy urz¹dzenia oraz dro¿sze s¹ lepsze rozwi¹zania konstrukcyjne. Dlatego przed przyst¹pieniem do moderni- zacji urz¹dzenia, maj¹cej na celu przed³u¿enie jego pracy, konieczna jest analiza ekonomiczna pozwalaj¹ca na stwierdzenie, czy - czêsto ciekawe, - rozwi¹zanie techniczne daje korzyœci ekonomiczne. W niniejszym artykule omówiono pod- stawy takiej oceny i koncepcjê jej wykonania.

Summary

One of the elements of a production devices evolution, which have economic importance, is prolonging their reconditioning campaigns, it means, enlarging their labour time between the following repairs. In the case of compound devices, prolonging their campaigns is based on making the elements of the devices more efficient. The article says that the effectiveness must be mutually co- ordinated, because prolonging the durability of only one element and neglecting the rest ones, does not let prolong the campaign of the whole device. The method of analysing the aims and the range of these improvements of the particular device elements has been suggested.

Literatura

Osiñski J.: Opisanie polskich ¿elaza fabryk. Wyd. w Warszawie 1782

Sabela W., Jaromin M.: Optymalizacja cykli remontowych wielkich pieców. Prace Insty- tutów Hutniczych 1972, zeszyt 24

Sabela W., Konstanciak A.: Rozwa¿ania nad cyklami remontowymi wielkich pieców.

Kwartalnik Naukowo Techniczny Huty Katowice 1996, nr 1