1、第十一章 设备工程经济分析一、设备故障与可靠性一、设备故障与可靠性 第一节 设备管理与维修机制(一一)零件磨损与设备故障理论零件磨损与设备故障理论1.设备零件的磨损规律设备零件的磨损规律图图11-1机器零件磨损曲线机器零件磨损曲线图图11-2零件非常磨损曲线零件非常磨损曲线从上述磨损规律中可以得出如下结论从上述磨损规律中可以得出如下结论:(1)只要设备使用只要设备使用,零件的磨损就是不可避免的。当零零件的磨损就是不可避免的。当零件磨损到一定程度后件磨损到一定程度后,就会降低生产效率和产品质量就会降低生产效率和产品质量,要使设备经常处于良好状态要使设备经常处于良好状态,就必须合理使用和正确维就必
2、须合理使用和正确维护修理设备。护修理设备。(2)设备如果加强管理设备如果加强管理,合理使用和维护合理使用和维护,就会延长零件就会延长零件的正常磨损阶段的正常磨损阶段,从而延长设备的使用寿命。从而延长设备的使用寿命。(3)加强设备日常检查和定期检查加强设备日常检查和定期检查,掌握零件的磨损情况。掌握零件的磨损情况。在零件进入剧烈磨损阶段之前进行修理在零件进入剧烈磨损阶段之前进行修理,可以降低设备可以降低设备故障故障,减少修理工作量。减少修理工作量。(4)设备零件在正常磨损阶段的磨损同时间呈正比。设备零件在正常磨损阶段的磨损同时间呈正比。因因此此,在正常生产情况下可以用试验和统计分析等办法计在正常
3、生产情况下可以用试验和统计分析等办法计算出设备易损零件在正常条件下的磨损率和使用期限算出设备易损零件在正常条件下的磨损率和使用期限,有计划地进行更换修理。有计划地进行更换修理。2.设备故障曲线设备故障曲线图图11-3设备故障曲线设备故障曲线(二二)可靠性及其在设备管理中的应用可靠性及其在设备管理中的应用1.可靠性的定义可靠性的定义设备可靠性就是在规定的条件下和规定时间内设备可靠性就是在规定的条件下和规定时间内,完成规定功完成规定功能的能力。规定的条件包括使用时的应力条件、环境和储存能的能力。规定的条件包括使用时的应力条件、环境和储存条件条件,规定的条件不同规定的条件不同,设备的可靠性也不同设备
4、的可靠性也不同;一台设备可具备一台设备可具备若干项功能若干项功能,完成规定功能是指完成规定的全部功能完成规定功能是指完成规定的全部功能,而不是而不是其中的一部分。其中的一部分。2.可靠性的尺度可靠性的尺度(1)可靠度与不可靠度可靠度与不可靠度(2)故障密度故障密度f(t)(3)故障率故障率(瞬时故障率瞬时故障率)(t)(4)平均故障间隔平均故障间隔MTBF和和MTTF(5)维修度维修度M(t)(6)有效度有效度(A)二、设备维修管理体制二、设备维修管理体制(一一)设备维修制度设备维修制度 设备维修制度一般可分为事后维修、预防维修、生产设备维修制度一般可分为事后维修、预防维修、生产维修和设备综合
5、管理等。无论拟采用哪种维修方式维修和设备综合管理等。无论拟采用哪种维修方式,考虑的考虑的重点之一是维修的时间点重点之一是维修的时间点,即等到设备劣化不能继续使用再即等到设备劣化不能继续使用再进行修理进行修理,还是在设备损害之前预先进行维修。还是在设备损害之前预先进行维修。(二二)设备维修计划的确定设备维修计划的确定 预防维修优于事后维修预防维修优于事后维修,其主要方式为定期检修其主要方式为定期检修,即按照即按照检查间隔期定期检查设备检查间隔期定期检查设备,根据检查结果编制修理计划根据检查结果编制修理计划,再按再按修理计划进行维修。因此修理计划进行维修。因此,确定哪些设备纳入检修计划和设确定哪些
6、设备纳入检修计划和设备检修周期是首要解决的问题。备检修周期是首要解决的问题。1.设备纳入检修计划的确定方法设备纳入检修计划的确定方法当当SPM1.5,设备纳入检修计划设备纳入检修计划;SPM1.5,设备可采取事后维修或相应减少设备可采取事后维修或相应减少维修活动。维修活动。SPM越大越大,表明维修越不足表明维修越不足,应加强维修。应加强维修。2.合理检修周期的确定方法合理检修周期的确定方法3.最佳维修费用的计算方法最佳维修费用的计算方法第二节设备的磨损与寿命一、设备的磨损及其度量一、设备的磨损及其度量(一一)设备有形磨损及度量设备有形磨损及度量设备有形磨损又称物质磨损设备有形磨损又称物质磨损,
7、是指设备在使用或闲置过程中是指设备在使用或闲置过程中所发生的实体磨损或损失所发生的实体磨损或损失,主要表现在物理性能、几何形状、主要表现在物理性能、几何形状、技术属性等方面的改变。技术属性等方面的改变。设备的有形磨损又可划分为两种形式设备的有形磨损又可划分为两种形式:第第种有形磨损和种有形磨损和第第种有形磨损。种有形磨损。3.有形磨损的度量有形磨损的度量(二二)设备无形磨损及度量设备无形磨损及度量设备无形磨损又称经济磨损或精神磨损设备无形磨损又称经济磨损或精神磨损,该种磨损不是在生该种磨损不是在生产过程中由于使用或自然力的作用造成的产过程中由于使用或自然力的作用造成的,所以并不表现为所以并不表
8、现为设备实体的变化设备实体的变化,而是表现为设备原始价值的贬值。而是表现为设备原始价值的贬值。设备无形磨损根据不同的成因也可分为两种设备无形磨损根据不同的成因也可分为两种:第第种无形磨种无形磨损和第损和第种无形磨损。种无形磨损。(三三)设备的综合磨损及度量设备的综合磨损及度量设备无论运转还是闲置设备无论运转还是闲置,均会同时发生有形磨损和无形磨损均会同时发生有形磨损和无形磨损,二者互相影响二者互相影响,使设备的价值降低使设备的价值降低,由此形成的损失和贬值称由此形成的损失和贬值称为设备的综合磨损。为设备的综合磨损。设备综合磨损可用如下方法度量设备综合磨损可用如下方法度量:设备遭受有形磨损后的残
9、设备遭受有形磨损后的残余价值系数为余价值系数为(1-p);设备遭受无形磨损后的残余价值系数为设备遭受无形磨损后的残余价值系数为(1-I);设备遭受综合磨损后的残余价值系数为设备遭受综合磨损后的残余价值系数为(1-p)(1-I)。二、二、设备的寿命设备的寿命(一一)设备寿命的种类设备寿命的种类1.物理寿命物理寿命2.技术寿命技术寿命3.折旧寿命折旧寿命4.经济寿命经济寿命(二二)设备经济寿命的确定设备经济寿命的确定1.静态法静态法(运行成本低劣化值法运行成本低劣化值法)图图11-4使用设备的年均总费用曲线图使用设备的年均总费用曲线图2.动态法动态法(最小年平均总费用法最小年平均总费用法)动态法的
10、计算公式为动态法的计算公式为:ACt=K0-Lt(P/F,i,t)+Ct(P/F,i,t)(A/P,i,t)(11-23)式中式中,ACt为动态年总费用为动态年总费用;K0为设备原始价值为设备原始价值;Lt为设备使为设备使用用t年后的残值年后的残值;Ct为第为第t年设备使用费用年设备使用费用;t为设备使用时为设备使用时间间,t=1,2,n。设备经济寿命设备经济寿命TE应为应为minAC1,AC2,ACn对应的计算年对应的计算年限限t值。值。第三节设备磨损补偿的技术经济分析、一、设备磨损的补偿方式一、设备磨损的补偿方式图图11-5设备磨损的设备磨损的3种补偿方式种补偿方式二、设备磨损补偿的经济分
11、析二、设备磨损补偿的经济分析(一一)设备修理的经济分析设备修理的经济分析1.设备修理的概念设备修理的概念 设备修理是指为保持设备在平均寿命期限内的完好使设备修理是指为保持设备在平均寿命期限内的完好使用状态而进行的局部更换或修复工作用状态而进行的局部更换或修复工作,目的是消除设备经常目的是消除设备经常性的有形磨损和机器运行中遇到的各种故障性的有形磨损和机器运行中遇到的各种故障,以保证设备在以保证设备在其寿命期内保持必要的功能。其寿命期内保持必要的功能。2.设备大修的经济界限设备大修的经济界限设备从投入使用到其寿命周期结束前所花费的维修费用总设备从投入使用到其寿命周期结束前所花费的维修费用总额额,
12、往往超过设备原值的若干倍。而且设备使用期越长往往超过设备原值的若干倍。而且设备使用期越长,相相应的维修费用就会越高。由于日常设备使用中的维护、中应的维修费用就会越高。由于日常设备使用中的维护、中小修费用相对较少小修费用相对较少,因此应把注意力放在大修理的经济合理因此应把注意力放在大修理的经济合理性分析上。性分析上。(1)设备大修的最低经济界限。设备大修的最低经济界限。(2)设备大修的理想经济界限。设备大修的理想经济界限。(二二)设备更新的经济分析设备更新的经济分析1.设备更新的形式及评价指标设备更新的形式及评价指标 设备更新有原形更新和技术更新两种形式。原形更新是设备更新有原形更新和技术更新两
13、种形式。原形更新是用相同的新设备更换有形磨损严重、不能继续使用的旧设备用相同的新设备更换有形磨损严重、不能继续使用的旧设备;技术更新是用较先进的新设备更换那些遭到第技术更新是用较先进的新设备更换那些遭到第种无形磨损、种无形磨损、技术上不能继续使用或经济上不宜继续使用的旧设备。技术上不能继续使用或经济上不宜继续使用的旧设备。设备更新的评价指标有很多设备更新的评价指标有很多,有技术方面的有技术方面的(如可靠性、安全如可靠性、安全性、节能性、维修性等性、节能性、维修性等),有社会方面的有社会方面的(如环保等如环保等),有经济方有经济方面的面的(如投资、经营成本等如投资、经营成本等)。设备更新时究竟按
14、照哪些指标。设备更新时究竟按照哪些指标进行评价进行评价,要具体情况具体分析。在一些特殊行业要具体情况具体分析。在一些特殊行业,如石油、如石油、化工或高温、高压、易燃、易爆等行业化工或高温、高压、易燃、易爆等行业,首先考虑设备的安全首先考虑设备的安全可靠性可靠性,其次才是经济性。通常意义下其次才是经济性。通常意义下,经济性是更多的考虑经济性是更多的考虑因素。因此因素。因此,在这里我们仅对设备更新的经济性进行分析比较。在这里我们仅对设备更新的经济性进行分析比较。2.设备更新的决策方法设备更新的决策方法(1)按照经济寿命确定设备更新。首先计算设备经济寿命按照经济寿命确定设备更新。首先计算设备经济寿命
15、,从从而确定其更新时间。这种方法简单易行而确定其更新时间。这种方法简单易行,主要针对长期生产主要针对长期生产同一类型产品的企业或进行周期性重复更换的设备。经济同一类型产品的企业或进行周期性重复更换的设备。经济寿命的计算方法前面已介绍过寿命的计算方法前面已介绍过,这里不再赘述。这里不再赘述。(2)出现新设备的更新决策。该方法主要针对由于第出现新设备的更新决策。该方法主要针对由于第种无种无形磨损的作用形磨损的作用,在现有设备运行成本尚未升高到需要用原形在现有设备运行成本尚未升高到需要用原形设备替换之前设备替换之前,已经出现效率更高、经济性更好的设备已经出现效率更高、经济性更好的设备,这时这时是否更
16、换的决策问题。是否更换的决策问题。可采用年费用比较法。这种方法是可采用年费用比较法。这种方法是:从原有旧设备现状出发从原有旧设备现状出发,分别计算旧设备再使用一年的总费用和备选新设备在预计分别计算旧设备再使用一年的总费用和备选新设备在预计的经济寿命期内的年平均总费用的经济寿命期内的年平均总费用,并进行比较并进行比较,根据年费用最根据年费用最小原则决定是否更换设备。小原则决定是否更换设备。(三三)设备现代化改装的经济分析设备现代化改装的经济分析1.设备现代化改装的概念设备现代化改装的概念设备现代化改装是应用现代的技术成就和先进经验设备现代化改装是应用现代的技术成就和先进经验,改进现改进现有设备的
17、结构有设备的结构,给旧设备换新部件、新装置、新附件等以改给旧设备换新部件、新装置、新附件等以改善现有设备的技术性能善现有设备的技术性能,使之全部或局部达到现代新设备的使之全部或局部达到现代新设备的水平。水平。设备现代化改装投资少、见效快设备现代化改装投资少、见效快,具有较强的针对性和适应具有较强的针对性和适应性。有的设备现代化改装后性。有的设备现代化改装后,适应生产需要的程度甚至超过适应生产需要的程度甚至超过一般的新设备一般的新设备,所以在极个别情况下对新设备也可以进行改所以在极个别情况下对新设备也可以进行改装。但通常情况下装。但通常情况下,对性能和结构全新的设备不存在改装的对性能和结构全新的
18、设备不存在改装的问题。另外问题。另外,当现代化改装致使现有设备结构有重大改动当现代化改装致使现有设备结构有重大改动,甚甚至是整机的改动时至是整机的改动时,也不宜进行现代化改装。也不宜进行现代化改装。(2)追加投资回收期法。追加投资回收期法。(1)总费用现值法。总费用现值法。2.现代化改装的经济分析现代化改装的经济分析设备现代化改装的经济分析不能孤立进行设备现代化改装的经济分析不能孤立进行,应与其他补偿方应与其他补偿方式相比较式相比较:设备大修理、原设备继续使用、用相同结构的新设备大修理、原设备继续使用、用相同结构的新设备更换、用性能更好的设备更换等。现介绍具体分析方法。设备更换、用性能更好的设
19、备更换等。现介绍具体分析方法。第四节设备租赁经济性分析一一、设备租赁概述、设备租赁概述(一一)设备租赁的概念设备租赁的概念 设备租赁是随着企业资产所有权与使用权的分离而产生设备租赁是随着企业资产所有权与使用权的分离而产生的设备使用形式。它是指设备的承租者按照租赁契约的规定的设备使用形式。它是指设备的承租者按照租赁契约的规定,定期向出租者支付一定数额的租赁费从而取得设备的使用权定期向出租者支付一定数额的租赁费从而取得设备的使用权,设备的所有权则不发生改变设备的所有权则不发生改变,仍归出租者所有。仍归出租者所有。(二二)设备租赁的方式设备租赁的方式设备租赁的方式主要有两种设备租赁的方式主要有两种:
20、经营租赁和融资租赁经营租赁和融资租赁(三三)设备租赁的意义设备租赁的意义1.设备租赁对承租者的益处设备租赁对承租者的益处(1)减少资金占用和减轻资金负债状况。减少资金占用和减轻资金负债状况。(2)有利于适应季节性和暂时性的需要。有利于适应季节性和暂时性的需要。(3)在加快设备更新和避免技术落后的同时在加快设备更新和避免技术落后的同时,降低投资风险。降低投资风险。(4)可避免通货膨胀的冲击。可避免通货膨胀的冲击。2.设备租赁对出租者的益处设备租赁对出租者的益处(1)促进资产的合理使用促进资产的合理使用,提高设备利用率。提高设备利用率。(2)扩大设备销路扩大设备销路,提高经济效益。提高经济效益。(
21、3)享受税负和加速折旧的优惠享受税负和加速折旧的优惠,减少税金的支出。减少税金的支出。二、租赁与购买的决策分析二、租赁与购买的决策分析承租人在决策租赁还是购买设备时承租人在决策租赁还是购买设备时,最简单的方法是将租赁成最简单的方法是将租赁成本与购买成本进行比较。租赁成本不仅包括租金的支付本与购买成本进行比较。租赁成本不仅包括租金的支付,还包还包括使用设备所发生的运转费和维修费括使用设备所发生的运转费和维修费;购买成本不仅包括设备购买成本不仅包括设备的价格的价格,也同样包括使用设备所发生的运转费和维修费也同样包括使用设备所发生的运转费和维修费,无论用无论用现值法或年值法现值法或年值法,均以成本较
22、少的方案为宜均以成本较少的方案为宜;如果方案考虑设备如果方案考虑设备产生的收入情况产生的收入情况,则方案的选择要以收益效果为准。则方案的选择要以收益效果为准。1.经营租赁的设备方案的净现金流量经营租赁的设备方案的净现金流量 净现金流量净现金流量=销售收入销售收入-经营成本经营成本-租赁费租赁费-销售税及附加销售税及附加-(销售收入销售收入-经营成本经营成本-租赁费租赁费-销售税及附加销售税及附加)所得税税率所得税税率(11-40)2.融资租赁的设备方案的净现金流量融资租赁的设备方案的净现金流量净现金流量净现金流量=销售收入销售收入-经营成本经营成本-租赁费租赁费-销售税及附加销售税及附加-(销
23、售收入销售收入-经营成本经营成本-折旧费折旧费-销售税及附加销售税及附加-租赁费中的手续费和利租赁费中的手续费和利息息)所得税税率所得税税率(11-41)3.自有资金购置设备方案的净现金流量自有资金购置设备方案的净现金流量 净现金流量净现金流量=销售收入销售收入-经营成本经营成本-设备购置费设备购置费-销售税及附加销售税及附加-(销售销售收入收入-经营成本经营成本-折旧费折旧费-销售税及附加销售税及附加)所得税税率所得税税率(11-42)4.贷款购置设备方案的净现金流量贷款购置设备方案的净现金流量 净现金流量净现金流量=贷款贷款+销售收入销售收入-经营成本经营成本-设备购置费设备购置费-销售税
24、及附加销售税及附加-利息利息-(销售收入销售收入-经营成本经营成本-折旧费折旧费-销售税及附加销售税及附加-利息利息)所得税税率所得税税率-本本 金金 第五节设备更新实例例例11-5某机械加工企业进行招投标前的准备工作某机械加工企业进行招投标前的准备工作,针对必须使用的针对必须使用的一台设备进行技术经济决策。该设备一台设备进行技术经济决策。该设备5年前用年前用12 000元购买元购买,目前估计目前估计价值为价值为3 500元。现在又出现一种改进的新型号元。现在又出现一种改进的新型号,售价为售价为15 000元元,寿命寿命为为8年年,其运营费用低于现有设备。新、旧设备各年的残值及使用费用其运营费
25、用低于现有设备。新、旧设备各年的残值及使用费用如表如表11-5所示所示,基准收益率为基准收益率为15%。(1)若企业中标若企业中标,加工合同期为加工合同期为3年年,是否需要更新该设备是否需要更新该设备,何时更新何时更新?(2)若企业中标若企业中标,并签订长期的加工合同并签订长期的加工合同,是否需要更新该设备是否需要更新该设备,何时更何时更新新?解解:(1)加工合同期为加工合同期为3年年,即只使用该设备即只使用该设备3年。年。可计算各方案的费用年值可计算各方案的费用年值,最小者为优。最小者为优。1)马上更新方案的费用年值马上更新方案的费用年值:AC=15 000元元+600元元(P/F,15%,
26、1)+900元元(P/F,15%,2)+(1 200-8 000)元元(P/F,15%,3)(A/P,15%,3)=5 138元元2)1年后更新方案的费用年值年后更新方案的费用年值:AC=3 500元元+(2 200-1 800+15 000)元元(P/F,15%,1)+600元元(P/F,15%,2)+(900-9 000)元元(P/F,15%,3)(A/P,15%,3)=5 264元元3)2年后更新方案的费用年值年后更新方案的费用年值:AC=3 500元元+2 200元元(P/F,15%,1)+(3 500-900+15 000)元元(P/F,15%,2)+(600-10 000)元元(P
27、/F,15%,3)(A/P,15%,3)=5 492元元4)不更新方案的费用年值不更新方案的费用年值AC=3 500元元+2 200元元(P/F,15%,1)+3 500元元(P/F,15%,2)+(4 500-400)元元(P/F,15%,3)(A/P,15%,3)=4 711元元设备在不更新方案中的费用年值最小设备在不更新方案中的费用年值最小,为为4 711元。所以元。所以,旧设备还可继续使用旧设备还可继续使用3年年,无须更新。无须更新。(2)若企业长期需用该设备若企业长期需用该设备,需计算出新设备经济寿命后再做决策。新设备经需计算出新设备经济寿命后再做决策。新设备经济寿命的计算方法可参照
28、本章第二节济寿命的计算方法可参照本章第二节,此处不赘述。计算结果如表此处不赘述。计算结果如表11-6所示。所示。上述方法较烦琐上述方法较烦琐,一般可用简化算法求得最佳方案一般可用简化算法求得最佳方案:新设备的经济寿命为新设备的经济寿命为7年年,等值年度费用为等值年度费用为4 626元元,将继续将继续使用旧设备的第使用旧设备的第t年度费用与之相比较。年度费用与之相比较。旧设备继续使用旧设备继续使用,第第1年年:AC1=3 500元元(F/P,15%,1)-1 800元元+2 200元元=4 425元元旧设备继续使用旧设备继续使用,第第2年年:AC2=1 800元元(F/P,15%,1)-900元元+3 500元元=4 670元元旧设备继续使用旧设备继续使用,第第3年年:AC3=900元元(F/P,15%,1)-400元元+4 500元元=5 135元元可画出不同年份下使用旧设备的现金流量图可画出不同年份下使用旧设备的现金流量图,如图如图11-7所所示。示。由计算结果可知由计算结果可知,旧设备继续使用旧设备继续使用1年的年度费用小于新年的年度费用小于新设备经济寿命时期的等值年费用设备经济寿命时期的等值年费用,而第而第2、3年的费用则都年的费用则都大于它。因此大于它。因此,应在第应在第1年年末更新。年年末更新。图图11-7旧设备继续使用的现金流量图旧设备继续使用的现金流量图谢谢谢谢
