Анализ целевых затрат и функциональная оптимизация портативного детектора паров ртути

1. Зачетная работа

Анализируемый продукт: портативный детектор паров ртути
Выполнил студент группы ЭДМ-24-08 Морозов Н.А.

2.

Вариант 16
Портативный детектор паров ртути
Целевая цена прибора: 190 000 руб.
Плановая маржинальность: 35%.
Фактическая сметная себестоимость производства: 160 000 руб.
Основные составные части (узлы):
Сенсор на основе золотой фольги (Au-Hg амальгама) – 70 000 руб.
Оптическая система детектирования (абсорбция УФ) – 50 000 руб.
Блок управления, откачки и продувки – 30 000 руб.
Корпус, дисплей, аккумулятор – 10 000 руб.
Направления улучшений: Анализ долговечности и стоимости сенсорного элемента.
Можно ли упростить оптическую систему? Оптимизация блока откачки
(производительность насоса).

3. Функциональная модель

Управляющие
сигналы
Портативный детектор паров
ртути
Запрос пользователя
на измерение
Анализируемый воздух
F1.Принять команду от пользователя
F2.Подача электроэнергии
F3.Отбор пробы воздуха
F4.Транспортировка пробы к сенсору
F5.Концентрация паров ртути на
золотой фольге
F6.Формирование Au-Hg амальгамы
F7.Термическая десорбция ртути
F8.Оптическое УФ-детектирование
паров ртути
F9.Преобразование оптического
сигнала в электрический
F10.Обработка и расчет концентраций
Hg
F11.Отображение результатов
измерений
F12.Регенерация сенсора и продувка
системы
Механизмы
Числовое значение
концентрации
Сигнал тревоги при
превышении ПДК
Отработанный воздух

4.

Функциональная блок схема
Воздух
Окружение
Отработанный
воздух
Пользователь
Результаты
измерений
11.Отображение
результатов
измерений
3.Отбор пробы
воздуха
12.Регенерация
сенсора и продувка
системы
Команда
вкл/выкл
Сигнал
1.Принять команду
от пользователя
Концентрация
Hg
Проба воздуха
4.Транспортировка
пробы к сенсору
Термическая
энергия
Проба воздуха
5.Концентрация
паров ртути на
золотой фольге
2.Подача
электроэнергии
Пары ртути
F3-F12
6.Формирование AuHg амальгамы
Au-Hg амальгама
10.Обработка и
расчет
концентраций Hg
7.Термическая
десорбция ртути
8.Оптическое УФдетектирование
паров ртути
Оптический сигнал
Электрический сигнал
9.Преобразование
оптического сигнала
в электрический
Пары ртути

5.

Функциональная декомпозиция
Блок откачки и продувки
Воздух
Окружение
Отработанный
воздух
Пользователь
Результаты
измерений
3.Отбор пробы
воздуха
12.Регенерация
сенсора и продувка
системы
Команда
вкл/выкл
Сигнал
1.Принять команду
от пользователя
Корпус
Проба воздуха
4.Транспортировка
пробы к сенсору
Термическая
энергия
Проба воздуха
5.Концентрация
паров ртути на
золотой фольге
2.Подача
электроэнергии
Пары ртути
F3-F12
6.Формирование AuHg амальгамы
Узел питания
11.Отображение
результатов
измерений
Интерфейсный
узел
Концентрация
Hg
Au-Hg амальгама
10.Обработка и
расчет
концентраций Hg
Блок
управления
7.Термическая
десорбция ртути
8.Оптическое УФдетектирование
паров ртути
Пары ртути
Оптический сигнал
Электрический сигнал
9.Преобразование
оптического сигнала
в электрический
Система
преобразования
Система
детектирования

6. Функционально-предметная модель

F1.Принять
команду от
пользовате
ля
Блок откачки и
продувки
F2.Подача
электроэне
ргии
F3.Отбор
пробы
воздуха
F4.Транспор
тировка
пробы к
сенсору
10%
80%
20%
10%
70%
Корпус
10%
10%
Интерфейсный
узел
10%
10%
Блок
управления
70%
10%
Узел питания
10%
40%
Система
преобразования
10%
Система
детектирования
10%
100%
100%
10%
100%
10%
100%
F5.Концент
рация
паров ртути
на золотой
фольге
F6.Формиро
вание Au-Hg
амальгамы
F7.Термиче
ская
десорбция
ртути
F8.Оптическ
ое УФдетектиров
ание паров
ртути
F9.Преобра
зование
оптического
сигнала в
электрическ
ий
F10.Обрабо
тка и расчет
концентрац
ий Hg
F11.Отобра
жение
результатов
измерений
F12.Регенер
ация
сенсора и
продувка
системы
60%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
80%
80%
80%
100%
100%
100%
10%
10%
10%
10%
10%
70%
10%
70%
10%
10%
10%
10%
100%
100%
10%
10%
10%
80%
80%
10%
100%
100%
100%

7.

Определение ранга функции методом попарного сравнения
F1 Принять команду от пользователя
F2 Подача электроэнергии
0
F3 Отбор пробы воздуха
-
F4 Транспортировка пробы к сенсору
0
F5 Концентрация паров ртути на золотой фольге
F6 Формирование Au-Hg амальгамы
F7 Термическая десорбция ртути
-
-
-
+
F8 Оптическое УФ-детектирование паров ртути
+
+
F9 Преобразование оптического сигнала в
электрический
+
+
+
F10 Обработка и расчет концентраций
+
F11 Отображение результатов измерений
+
F12 Регенерация сенсора и продувка системы
+
-
+
+
-
-
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
-
-
+
+
-
+
-
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
+
-
-
+
-
+
-
+
+
+
-
+
-
-

8. Определение ранга функции методом попарного сравнения

№F
З
УЗ
АЗ
ОЗ
1
-10
11
1
1/132*100% =
0,75%
2
-9
11
2
1,51%
3
10
11
21
15,9%
4
-5
11
6
4,54%
5
1
11
12
9,09%
6
5
11
16
12,12%
7
5
11
16
12,12%
8
3
11
14
10,6%
9
5
11
16
12,12%
10
1
11
12
9,09%
11
-1
11
10
7,57%
12
-5
11
6
4,54%

9. Расчет целевых затрат

Цп = 190000 руб; Мп = 190000*0,35 = 66500 руб;
Сп = Цп – Мп = 190000 – 66500 = 123500 руб
Наименование функции
Относительная значимость, %
Целевая стоимость функции, руб.
Принять команду от пользователя
0,75
926,25
Подача электроэнергии
1,51
1864,85
Отбор пробы воздуха
15,9
19636,5
Транспортировка пробы к сенсору
4,54
5606,9
Концентрация паров ртути на золотой
фольге
9,09
11226,15
Формирование Au-Hg амальгамы
12,12
14968,2
Термическая десорбция ртути
12,12
14968,2
Оптическое УФ-детектирование паров
ртути
10,6
13091
Преобразование оптического сигнала в
электрический
12,12
14968,2
Обработка и расчет концентраций
9,09
11226,15
Отображение результатов измерений
7,57
9348,95
Регенерация сенсора и продувка системы
4,54
5606,9

10. Анализ полезностного потенциала

Критическими объектами являются блок откачки и продувки,
система преобразования и система детектирования
Рассмотрим каждый узел отдельно:
1) Блок откачки и продувки
В данной комплектации насос избыточно мощный (3л/мин) => увеличивает цену, потребление энергии, шум и габариты.
Можно заменить менее мощным насосом (1л/мин), но достаточным для портативного детектора, что положительно повлияет на
себестоимость (снизит примерно на 10 тыс. руб.) и эргономику детектора.
2) Система преобразования
Чрезмерно высокая селективность, чувствительность, а также длительный срок службы сенсорного элемента (золотой фольги)
увеличивают себестоимость изделия => сенсор обладает избыточной аналитической полезностью.
Заменив золотую фольгу, на расходный элемент - модульное тонкопленочное Au-покрытие, можно добиться снижения
себестоимости прибора примерно на 25 тыс. руб.
3) Система детектирования
Применение УФ-лампы и лабораторно-точного спектрального фотодетектора – избыточное решение для портативного детектора,
которое сильно отражается на себестоимости прибора.
Использование УФ-светодиода и фотодетектора позволит умеренно снизить чувствительность, но значительно отразиться на
себестоимости устройства(снизит примерно на 15 тыс. руб.).

11. Сравнительный анализ плановой стоимости. Целевые затраты

12. Анализ плановых и целевых затрат. Анализ альтернатив

13. Морфологический ящик

Оптическая
система
Сенсор Au-Hg
Блок откачки
и продувки
Золотая фольга
УФ-лампа +
спектральный
фотодетектор
Уменьшение
площади Auфольги
УФ-светодиод +
фотодиод
Мембранный
насос 1 л/мин
Модульное
тонкопленочное
Au-покрытие
Одноволновая
УФ-индикаторная
схема
Микромембранный
насос + пассивная
диффузия
Золото-сплав (AuAg)
Оптический канал
без спектрального
анализа
Пассивная
диффузия (без
насоса)
Изначальный вариант
Изначальный вариант
Мембранный
насос 3 л/мин

14. Матрица подсчета баллов

Критерий отбора
Себестоимость
+
+
+
Чувствительность
-
+
0
Стабильность
0
+
-
Ресурс сенсора
+
+
0
Время отклика
-
+
0
Реализуемость
+
+
0
Надежность
+
0
0
Сертификация
0
+
-
Оценок +
4
7
1
Оценок 0
2
1
5
Оценок -
-2
0
-2
Общая оценка
2
7
-1
Место в рейтинге
2
1
3
Продолжать разработку?
нет
да
нет

15. Инвестиционная оценка

Дано:
Капитальные вложения 3000 тыс. руб.
Срок реализации предложения 12 месяцев
Объем производства до реализации 240 шт.
Прибыль на 1 шт. до реализации 30 000 руб.
Объем производства после реализации 300 шт.
Прибыль на 1 шт. после реализации 80 000 руб.
Ставка дисконтирования – 13%
Норматив амортизационных отчислений – 11%
Ставка налога на имущество – 2%
Решение:
Прирост годовой прибыли:
до проекта 240 * 30000 = 7,2 млн руб.
после проекта 300 * 80000 = 24 млн руб.
Инкрементальная прибыль: 24 – 7,2 = 16,8 млн руб./год
Амортизация: 11% * 3000 = 0,33 млн руб.
Налог на имущество: 2% * 3000 = 0,06 млн руб.
CF = 16,8 – 0,33 – 0,06 = 16,41 млн руб.
Простой срок окупаемости:
PP = 3000000/16410000 = 0,18 лет = 2,1 мес
Дисконтированный срок окупаемости
DFt = 1/(1+0,12)t
1 год: CF1 = 16,41 * 0,88 = 14,44 млн руб.
3млн/14,44млн = 0,21 лет
Дисконтированный срок окупаемости = 2,5 мес