Технологические факторы снижения себестоимости литьевых изделий из пластмасс

Введение

Снижение себестоимости производства любой продукции, включая литьевую, является своего рода сверхзадачей любого предприятия и одновременно «головной болью» его руководства, усиливающейся в условиях волатильности и роста цен на сырье, регуляторных ограничений, связанных с рециклингом, санкционными ограничениями и другими негативными факторами современного рынка. В общем случае предприятие в условиях серийного производства обычно решает одну из двух следующих задач оптимизации производства:

• минимизация себестоимости выпускаемой продукции при условии сохранения ее требуемого качества;
• повышение качества продукции исходя из запаса рентабельности производства и имеющихся финансовых возможностей.

В подавляющем большинстве случаев решается первая задача, гораздо реже – вторая, если компания ставит целью опередить конкурентов за счет более высокого или нового качества своих изделий, что требует углубленного анализа рынка сбыта и дополнительных инвестиций.

Прямо или косвенно о факторах, влияющих на себестоимость литьевой продукции, говорится во многих публикациях, которые даже трудно перечислить. Во всяком случае одной из первых в этом плане была, очевидно, опубликованная в 2005 г. статья [1], в которой авторы, по их словам, сделали попытку систематизировать этапы анализа эффективности налаженного производства при проведении организационно-технических мероприятий по его модернизации и снижению себестоимости литьевой продукции. Необходимо отметить и работу [2], посвященную комплексному анализу направлений снижения себестоимости полимерной продукции на примере, главным образом, экструзионного производства. Можно также упомянуть монографию [3], в которой проведен технико-экономический анализ затрат по статьям прямых расходов и разработана аналитическая методика расчета себестоимости продукции. В том или ином аспекте вопросы себестоимости, поднятые в настоящей статье, обсуждаются во многих монографиях, посвященных литью под давлением, например, в [4, 5].

Целью данной работы в отличие от других было кратко, но по возможности полно и не вдаваясь в расчеты, систематизировать в порядке значимости основные технологические факторы, влияющие на себестоимость литьевой полимерной продукции. При этом под технологическими будем понимать также материаловедческие (например, сырье) и конструкторские (например, литьевое оборудование и оснастка) факторы.

1. Структура расходов

Как известно, себестоимость продукции определяется как сумма всех текущих расходов, затраченных на ее производство, а удельная себестоимость – расходами, приходящимися на единицу штучной продукции (например, литьевой) или единицу измерения нештучной (например, экструзионной).

На практике выделяют прямые расходы (на сырье, добавки, на технологическую энергию, включая затраты на электроэнергию, водоподготовку и тепло, на зарплату персонала, стоимость износа и ремонта оснастки, на техническое обслуживание оборудования, проведение испытаний изделий, упаковочные материалы) и косвенные (общепроизводственные, общехозяйственные и транспортные расходы). При этом каждое из порядка 3500 тыс. отечественных литьевых производств разного масштаба – от небольших участков с 3–5 термопластавтоматами (ТПА) до крупных предприятий с 160–200 ТПА – имеет свою специфику с точки зрения ассортимента литьевых изделий, перерабатываемых полимерных материалов, машинного парка и периферийных устройств, типов литьевых форм и разновидностей технологии литья под давлением, известных в настоящее время.

На рис. 1 в качестве примера приведена структура расходов на выпуск неких литьевых изделий, взятая из производственной практики одного из заводов по переработке пластмасс.

Сформулируем и прокомментируем далее, за счет каких технологических и некоторых организационных факторов можно уменьшить прямые затраты литьевого производства и, соответственно, снизить себестоимость продукции. Для этого сгруппируем рассматриваемые факторы по следующим направлениям: сырье, энергозатраты, трудозатраты, технологическое оборудование и оснастка.

2. Технологические факторы

Как показывает практика, на первом месте по расходам стоит полимерное сырье, включая гранулы полимера, наполнители и всевозможные добавки – функциональные и технологические, а также суперконцентраты красителей (см. рис. 1). В настоящее время доля сырья в зависимости от его стоимости составляет от 50 до 80 % и более от себестоимости продукции. Так что, согласно принципу Парето, сырье – именно тот фактор, на который нужно в первую очередь обратить внимание в целях снижения себестоимости литьевой продукции, что вовсе не означает забвения других, менее значимых с этой точки зрения.

2.1. Сырье (базовый полимер и добавки)

Снижение потерь сырья и расходных норм. Важные шаги на пути сокращения затрат на сырье – это снижение его потерь и расходных норм. Наиболее эффективными способами реализации указанных мероприятий являются следующие:

• сокращение брака и других производственных отходов и (или) сведение потерь от них к нулю путем их измельчения и добавления в исходный материал непосредственно по месту производства;
• уменьшение толщины изделий без ухудшения их упруго-прочностных свойств путем использования, например, дополнительных ребер жесткости в конструкции;
• увеличение гнездности форм при использовании холодноканальных систем (ХКС), в результате чего, как правило, уменьшается масса литников в расчете на единицу продукции;
• переход от ХКС к горячеканальным системам (ГКС), при которых отсутствуют отходы в виде литников (см. титульное фото).

Улучшение смешиваемости полимера с суперконцентратами добавок и красителей. Практика показывает, что существенной экономии дорогостоящих добавок и красителей (на 20–25 %) можно достичь путем использования прогрессивных способов улучшения смешиваемости полимера с суперконцентратами добавок и красителей, включая следующие:

• установку узлов смешения и диспергирования на конце стандартного трехзонного шнека;
• использование барьерного шнека со смесительными зонами;
• применение статического смесителя, встраиваемого в сопло узла пластикации впрыска ТПА.

Использование вторсырья. Ранее этот пункт мог бы быть на первом месте в перечне мероприятий по снижению себестоимости литьевой продукции, поскольку как само собой разумеющимся подразумевалась более низкая стоимость вторичного сырья по сравнению с первичным. Сегодня это не совсем так, поскольку волатильность цен на российском рынке, в частности, на базовые полимеры, приводит к тому, что возможна и обратная ситуация. Во всяком случае, забыть об этом пункте не дают современные законодательные инициативы и положения о РОП, хотя многие игроки рынка, и не только российского, отмечают путаницу в законодательстве и его неготовность. Но это тема отдельного разговора, а что касается себестоимости продукции, то она снизится только в том случае, когда стоимость вторсырья будет значительно ниже, чем у «первички», если учесть при этом, как минимум, расходы на смешивание регранулята с исходным гранулятом.

Оптимизации процесса закупки сырья. Снижение затрат на сырье, причем практически без каких-либо затрат в отличие от упомянутых выше мероприятий, может быть достигнуто также путем оптимизации процесса его закупки. Так, выгодными для переработчика с этой точки зрения представляются следующие решения:

• закупка сырья непосредственно у производителя;
• закупка сырья большими лотами с дисконтом;
• закупка больших партий сырья в период снижения цен на рынке.

Кроме того, работа в рыночных условиях позволяет закупать и перерабатывать полимерное сырье не только российских предприятий, но и зарубежных производителей в тех случаях, когда цены на импортное сырье ниже цен на отечественные марки.

2.2. Энергозатраты

Зачастую второе место по удельному весу в прямых затратах на производство литьевой продукции составляют энергозатраты (см. рис. 1), а именно: на электроэнергию, тепло (или газоснабжение для котельной) и водообеспечение. Поэтому снижение энергопотребления – в первую очередь электроэнергии – важная часть работы по снижению себестоимости продукции.

Привод ТПА. Расход электроэнергии зависит от типа привода ТПА, и самым экономичным на сегодня является сервопривод. Подтверждением этому является следующий пример: электропривод с гидравлическим насосом постоянной производительности потребляет 9,92 квт×ч/кг при переработке ПП, с мультисекционным насосом – 7,49 квт×ч/кг, с насосом переменной производительности – 5,34 квт×ч/кг, а с сервоприводом – всего 3,04 квт×ч/кг.

Нагреватели материального цилиндра. Еще одним заметным потребителем электроэнергии в ТПА являются омические нагреватели по зонам цилиндра. Но и здесь есть современные решения для снижения энергопотребления и, соответственно, себестоимости литьевой продукции. Наиболее эффективно этой цели служат теплоизолирующие чехлы на материальном цилиндре, снижающие теплопотери в окружающее пространство и повышающие КПД нагревателей.

Подогрев воздуха в цехе литья зимой. Фактором повышения энергоэффективности производства является также рациональное использование тепла для подогрева воздуха в приточной цеховой вентиляции в зимнее время года, когда температура воздуха за стеной цеха опускается ниже –25 °С. В этом случае затраты тепла на подогрев приточного воздуха с учетом кратности обмена превышают затраты тепла на обогрев помещений в 3,0–3,5 раза. В такие периоды сильных морозов часто останавливают литьевое производство (как правило, на период не более 2–3 суток), чтобы не «топить улицу». Это снижает себестоимость литья, но одновременно снижается коэффициент использования оборудования (о котором позже), что, в свою очередь, может негативно сказаться на той же себестоимости.

Водоподготовка. Дополнительный фактор экономии электроэнергии связан с замкнутой водооборотной системой. Сегодня стала наиболее распространенной трехконтурная схема с технологической захолаживаемой водой, с охлаждающим контуром, заполненным этиленгликолем и фреоновым контуром холодильного агрегата. В холодные периоды зимой и в межсезонье по ночам, когда температура воздуха ниже +5 °С и есть «бесплатный» уличный холод, можно работать с отключенным холодильником. Экономия связана с 10-кратной разницей мощности фреонового холодильника и мотора насоса подачи этиленгликоля. Например, при использовании описанной схемы в цехе на 50 ТПА экономия подключенной электрической мощности без холодильного агрегата составляет более 50 кВт, что может дать годовую экономию до 2 млн руб. Естественно, что это положительно влияет на снижение энергозатрат и уменьшение себестоимости продукции.

Режим работы производства. Для минимизации энергозатрат предпочтительной является круглосуточная работа литьевых производства, без выходных и в четыре смены. При таком режиме работы снижение расходов на электроэнергию связано с использованием пониженных тарифов на электроэнергию в ночное время, а также с исключением времени на разогрев оборудования и оснастки в случае остановки на ночь и на выходные.

2.3. Трудозатраты

Cокращение ручного труда за счет автоматизации. Весомой составляющей прямых расходов на производство литьевой продукции является фонд оплаты труда (ФОТ) со взносами в фонды социального страхования (ФСС). При этом важнейшим фактором уменьшения ФОТ является сокращение ручного труда за счет автоматизации процессов литья, в том числе путем насыщения производства роботами-манипуляторами, если это, конечно, оправдано с технологической и экономической точки зрения.

Полностью автоматизированные производственные ячейки и централизованная система подачи сырья. Свести к минимуму количество вспомогательных рабочих и, соответственно, ФОТ со взносами в ФСС можно при полной автоматизации процесса литьевого производства на основе полностью автоматизированных литьевых ячеек и централизованной системы подачи сырья к каждому ТПА в цехе литья [6], а также внутрицехового транспорта для вывоза на склад готовой продукции с использованием технического зрения. В лучшем случае управление таким, практически безлюдным, производством осуществляется с помощью сетевого объединения ТПА, периферийного оборудования и систем автоматизации, а также «умных» программ-помощников и искусственного интеллекта, что уже реализованного на ряде передовых отечественных предприятий.

2.4. Технологическое оборудование и оснастка

Электрические versus гидравлические. Литьевое оборудование имеет решающее значение в выпуске литьевых изделий как в техническом, так и в экономическом отношении. Наметившееся последние 10–15 лет увеличение доли электрических машин по сравнению с гидравлическими доказало их технические и экономические преимущества. Имеются многочисленные публикации, показывающие их более высокую производительность, экономию электроэнергии, значительное повышение качества продукции. Благодаря перечисленным достоинствам электрические машины способны производить литьевые изделия с меньшими эксплуатационными затратами, а при благоприятном сочетании нескольких важных факторов – и с меньшей себестоимостью производства.

Литьевые формы. Литьевые формы являются важным фактором возможного снижения себестоимости литьевых изделий. Для этого нужно стремиться к тому, чтобы формы были многогнездными, с автоматическим съемом деталей, с быстроразъемными соединениями (БРС), горячеканальными,а если холодноканальными, то с туннельными литниками. Большое значение имеет также исправность литьевых форм с точки зрения отсутствия облоя, так как на его устранение необходим дополнительный персонал и себестоимость изделий увеличивается за счет возрастания ФОТ. Так что совершенствование литьевого производства требует временных и финансовых затрат в расчете на их быструю окупаемость.

Что касается гнездности форм, то здесь следует оговориться. Дело в том, что увеличение гнездности и, соответственно, съема продукции с формы связано с увеличением ее габаритов, и бывает так, что расстояние между колоннами ТПА не позволяет этого сделать, хотя усилия смыкания вполне достаточно. В этом смысле предпочтительнее, конечно, бесколонные ТПА, для которых проще согласовать размеры форм и усилие смыкания, чтобы оно не было избыточным. И если на горизонтальные бесколонные ТПА более 30 лет действует патент компании ENGEL, то вертикальные можно покупать без лицензии. Причем, по мнению компании LWB Steinl – одного из производителей бесколонных вертикальных ТПА в С-образном или портальном исполнениях, они имеют ряд преимуществ перед горизонтальными.

Оригинальный метод использования литьевой формы с замыкающими элементами на ТПА с малым усилием смыкания описан в работе [7]. В этом случае существенно ниже, чем при традиционном литье, становятся вес и стоимость ТПА, а также расходы на его эксплуатацию (технологическую энергию и техническое обслуживание).

Время цикла и производительность. Следует отметить также снижение времени цикла литья (в первую очередь на этапе охлаждения отливок без давления – за счет оптимально организованной в форме системы термостатирования), при котором повышается производительность процесса с одновременным снижением себестоимости литьевой продукции. Причинно-следственная связь здесь простая – чем больше производится продукции с увеличением производительности, тем меньше приходится косвенных и отчасти прямых расходов на единицу продукции.

Коэффициенты использования ТПА и литьевой формы. В заключение данного раздела необходимо обратить внимание на еще один фактор снижения себестоимости продукции – своего рода КПД технологического оборудования и оснастки, характеризуемый соответственно коэффициентами использования ТПА (k_т) и литьевой формы (k_ф). Значение k_т рассчитывается как отношение фактического времени работы ТПА к действительному фонду времени его работы, под которым, как известно, понимается фонд времени, располагаемый предприятием для непосредственного производства продукции. Он определятся как разность номинального фонда времени и времени, необходимого для: проведения техобслуживания оборудования и переналадки технологического процесса.

Подобным образом рассчитывается и k_ф. Причинами снижения k_т и k_ф могут быть технические, например, внеплановый простой ТПА или формы из-за их ненадежности и поломки, или организационные, например, простой из-за планового техобслуживания.

Показательный пример в свое время на эту тему на одной из отраслевых конференций привел г-н Олаф Кассек, бывший генеральный директор бывшего ООО «ЭНГЕЛЬ», сравнивая два ТПА с более высоким (ТПА № 1) и более низким (ТПА № 2) коэффициентами их использования (см. таблицу). Оказалось, что годовая прибыль работы на ТПА № 1, полученная за счет выпуска дополнительного объема продукции в виде пластиковых бамперов автомобилей, составила более 3,6 млн руб. При этом прибыль, полученная с каждого изделия стоимостью 237,52 руб. (в то время) составила 59,38 руб/шт. (см. таблицу)

¹Равен произведению коэффициентов использования ТПА и формы. ²Такой была стоимость полипропилена в то время.

Контроль формы и ТПА по техническому состоянию. Повысить коэффициенты использования ТПА и формы позволяет переход с их планового техобслуживания на обслуживание по их техническому состоянию, осуществляемое с помощью встроенных датчиков. В случае литьевой формы таковыми, как известно, являются датчики давления и температуры, закрепленные в стенке оформляющей полости и сигнализирующие о нормальном ходе процесса литья или об отклонениях, которые могут быть вызваны, например, износом формы. В настоящее время известны также средства контроля состояния ключевых узлов и элементов ТПА (шнека, насоса, масла и др.), ориентируясь на показания которых, можно не торопиться с очередным плановым техобслуживанием ТПА, продлить тем самым время его непрерывной работы и, как следствие, повысить коэффициент его использования.

2.5. А может вообще отказаться от литья под давлением?

Размер партии. Вопрос, вынесенный в заголовок данного раздела, только на первый взгляд может показаться провокационным, если вспомнить еще об одном факторе – размере партии продукции, которую предполагается взять на производство. Этот фактор – вроде бы не технологический, но решать вопрос о том, выгодно ли будет иметь дело с этой партией, придется технологу вместе с экономистом предприятия. И может оказаться так по расчетам, что производство будет убыточным вследствие малого размера партии, если учесть необходимые инвестиции в литьевое оборудование и оснастку. Но не следует сходу отказываться от этого предложения потенциального клиента, если вспомнить о том, что есть такая технология, как 3D-печать, предпочтительная для производства малых объемов продукции.

3D-печать versus литье под давлением. Ответить на поднятый выше вопрос поможет пример приближенного расчета себестоимости изготовления изделий по технологии AKF, проведенный компаний Arburg и показывающий, где находится предел рентабельности, до которого имеет смысл использовать 3D-печать вместо литья под давлением [8]. Так, принтер Freeformer указанной компании производит по мере необходимости небольшую партию деталей из ПЭИ по 70 шт. в каждой за 3 ч при ежегодном спросе на них в количестве около 1200 шт., тогда как при литье под давлением в 4-гнездной форме с временем цикла 8 с этот годовой объем производства будет достигнут всего за 40 мин. Однако для этого потребуется соответствующая литьевая форма, стоимость которой составит около 8000 евро. В этом случае рентабельность литьевого производства была бы достигнута только при размере партии в 5540 шт. фиксаторов (рис. 2). Таким образом, технология 3D-печати с фиксированной стоимостью 1792 евро за требуемые 1200 деталей оказывается в несколько раз дешевле и, кроме того, устраняет необходимость в их хранении на складе. Поэтому для перехода на экономичное аддитивное производство какой-либо продукции необходимо знать программу ее выпуска и точно рассчитать общую стоимость, а потом сравнить со стоимостью изготовления той же партии 3D-печатью. Так что любому литьевому производству не помешает отвести небольшой участок в цехе для 3D-печати.

Заключение

Таким образом, снижение себестоимости литьевой продукции является важнейшим фактором конкурентоспособности и финансовой устойчивости любого литьевого производства, которое всегда имеет возможность уменьшить свои затраты, а, значит, снизить себестоимость своей продукции. При этом чем производство менее совершенное, тем больший потенциал оно имеет для этих целей. Более глубоко с перечисленными в статье факторами можно ознакомиться, например, в источниках [4, 5].

И еще. Возвращаясь к началу статьи, следует напомнить, что в ее задачи не входила оценка экономической эффективности того или иного мероприятия по снижению себестоимости литьевой продукции. Это – дело соответствующей службы предприятия. При этом некоторые мероприятия, описанные в статье, могут быть совершенно бесплатными, например, связанными с оптимизацией процесса закупки сырья. Но большинство из них потребует инвестиций, и тогда уже руководству на основании технико-экономических расчетов решать, «стоит ли овчинка выделки», т.е. окупит ли себя, например, покупка электрической машины взамен гидравлической при известном объеме выпуска литьевой продукции. Главное – иметь в виду и учитывать все перечисленные в статье факторы при анализе возможных путей снижения себестоимости продукции.

Литература

1. Крайнов М. С. Возможности снижения себестоимости литьевых изделий из пластмасс // Полимерные материалы. – 2005. – № 9. – С. 4–6.
2. Крайнов М. С. Как снизить издержки производства // Пластикс. – 2016. – № 3. – С. 42–47; № 4. – С. 48–53; № 5. – С. 50–55; № 6. – С. 50–55; № 7. – С. 40–45.
3. Крайнов М. С. Экономика производств по переработке пластмасс. Технико-экономический анализ и калькулирование себестоимости продукции практическое руководство. – СПб: ЦОП «Профессия», 2018. – 288 с.
4. Оссвальд Т. А., Тунг Л.-Ш., Грэманн П. Дж. Литье пластмасс под давлением / Пер. с англ. под ред. Э. Л. Калинчева. – СПб: ЦОП «Профессия», 2008. – 712 с.
5. Ложечко Ю. П. Литье под давлением термопластов. – 2-е изд. – СПб: ЦОП «Профессия», 2019. – 240 с.
6. Полностью автоматизированные литьевые производственные ячейки на выставке Fakuma-2024 // Полимерные материалы. – 2025. – № 2. – С. 20–23; № 3. – С. 30–35.
7. Ложечко Ю. П. Новый способ создания усилия смыкания формы при литье под давлением // Полимерные материалы. – 2024. – № 6. – С. 26–28.
8. Клоке А. Капельная технология 3D-печати: принцип и области применения // Полимерные материалы. – 2024. – № 6. – С. 34–40.

Technological Factors for Reducing the Cost of Plastic Injection Moulding Products

Yu. P. Lozhechko, V. A. Goncharenko, M. S. Kraynov

Cost is one of the key indicators in business management, and reducing it is one of the main ways to increase profits and increase profitability of any company, including those specializing in the production of plastic products by injection moulding, the most common recycling technology. The article attempts to systematize the main technological factors on which the solution of this problem depends.

Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 5 (312) 2025 г., с. 30-36.