Задачи на нахождение КПД тепловых машин с использованием графиков

На этой странице вы узнаете

• В чем прелесть фазовых переходов?
• Что лучше выбрать: Mercedes или BMW?

Люди научились летать в космос, покорять недра Земли и погружаться в глубины океана. Эти и другие достижения возможны благодаря способности извлекать максимум пользы из имеющихся ресурсов,а именно получать тепловую энергию различными доступными способами. Сегодня мы разберем задачи, которые заставят тепловые процессы играть на нашей стороне. 

Тепловые машины и их КПД

Рекомендация: перед тем как приступить к выполнению задач неплохо было бы повторить тему «Уравнение состояния идеального газа» . Но ключевую теорию, на которой основано решение задач, сейчас разберем вместе.

Мы не почувствуем, как испарится капелька у нас на руке, потому что это не требует много тепла от нашего тела. Но мы можем наблюдать, как горят дрова в мангале, когда мы жарим шашлык, потому что выделяется огромное количество теплоты. А зачем мы вообще рассматриваем эти фазовые переходы? Все дело в том, что именно фазовые переходы являются ключевым звеном во всех процессах, где нас просят посчитать КПД, от них нашему рабочему телу и подводится теплота нагревателя.

Человечество придумало такие устройства, которые могут переработать тепловую энергию в механическую.

Тепловые двигатели, или тепловые машины, — устройства, способные преобразовывать внутреннюю энергию в механическую. 

Их устройство довольно просто: они на входе получают какую-то энергию (в основном — энергию сгорания топлива), а затем часть этой теплоты расходуется на совершение работы механизмом. Например, в автомобилях часть энергии от сгоревшего бензина идет на движение. Схематично можно изобразить так:

Рабочее тело — то, что совершает работу — принимает от нагревателя количество теплоты Q₁, из которой A уходит на работу механизма. Остаток теплоты Q₂ рабочее тело отдает холодильнику, по сути — это потеря энергии.

Физика не была бы такой загадочной, если б все в ней было идеально. Как и в любом процессе или преобразовании, здесь возможны потери, зачастую очень большие. Поэтому «индикатором качества» машины является КПД, с которым мы уже сталкивались в механике:

Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины — это отношение полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя.

Мы должны понимать, что КПД на практике никогда не получится больше 1, поскольку всегда будут тепловые потери. 

Полезную работу можно расписать как Q₁ — Q₂ (по закону сохранения энергии). Тогда формула примет вид:

Давайте попрактикуемся в применении данной формулы на задаче номер 9 из ЕГЭ.

Задача. Тепловая машина, КПД которой равен 60%, за цикл отдает холодильнику 100 Дж. Какое количество теплоты за цикл машина получает от нагревателя? (Ответ дайте в джоулях).

Решение:

Давайте сначала вспомним нашу формулу для КПД:

\(\eta = \frac{Q_1 — Q_2}{Q_1}\),

где \(Q_1\) — это теплота, которую тело получает от нагревателя, \(Q_2\) — теплота, которая подводится к холодильнику.

Тогда отсюда можно вывести искомую теплоту нагревателя:

\(\eta Q_1 =Q_1-Q_2\)
\(\eta Q_1 — Q_1= -Q_2\)
\(Q_1=\frac{- Q_2}{\eta-1}=\frac{-100}{0,6-1}=250 Дж\).

Ответ: 250 Дж

Цикл Карно

Мы знаем, что потери — это плохо, поэтому должны предотвращать их. Как это сделать? Нам ничего делать не нужно, за нас уже все сделал Сади Карно, французский физик, разработавший цикл, в котором машины достигают наивысшего КПД. Этот цикл носит его имя и состоит из двух изотерм и двух адиабат. Рассмотрим, как этот цикл выглядит в координатах p(V).

• Температура верхней изотермы 1-2 — температура нагревателя (так как теплота в данном процессе подводится).
• Температура нижней изотермы 3-4 — температура холодильника (так как теплота в данном процессе отводится).
• 2-3 и 4-1 — это адиабатические расширение и сжатие соответственно, в них газ не обменивается теплом с окружающей средой.

Цикл Карно — цикл идеальной тепловой машины, которая достигает наивысшего КПД. 

Формула, по которой можно рассчитать ее КПД выражается через температуры:

Приступим к задачам

Задачи на данную тему достаточно часто встречаются в задании 27 из КИМа ЕГЭ. Давайте разберем некоторые примеры.

Задание 1. Одноатомный газ совершает циклический процесс, как показано на рисунке. На участке 1–2 газ совершает работу A₁₂ = 1520 Дж. Участок 3–1 представляет собой адиабатный процесс. Количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, равно |Q_хол| = 4780 Дж. Найдите работу газа |A₁₃| на адиабате, если количество вещества постоянно.

Решение:

Шаг 1. Первое, с чего лучше начинать задачи по термодинамике — исследование процессов. 

Посмотрим на участок 1-2 графика: продолжение прямой проходит через начало координат, поэтому график функционально можно записать, как p = aV, где a — какое-то число, константа. Графиком является не изотерма, поскольку график изотермы в координатах p-V — гипербола. Из уравнения Менделеева-Клапейрона следует: \(\frac{pV}{T} = const\). Отсюда можно сделать вывод, что возрастает температура, так как растут давление и объем.  Температура и объем растут, значит, увеличивается и внутренняя энергия и объем соответственно.

Участок 2-3: процесс изохорный, поскольку объем постоянен, следовательно, работа газом не совершается. Рассмотрим закон Шарля: \(\frac{p}{T} = const\). Давление в этом процессе растет, тогда растет и температура, поскольку дробь не должна менять свое значение. Делаем вывод, что внутренняя энергия тоже увеличивается.

Участок 3-1: адиабата по условию, то есть количество теплоты в этом переходе равна нулю из определения адиабатного процесса. Работа газа отрицательна, так как газ уменьшает объем. 

Оформим все данные в таблицу. 

Определим знаки Q, используя первый закон термодинамики: Q = ΔU + A.

Из этих данных сразу видно, что количество теплоты, отданное холодильнику — это количество теплоты в процессе 2-3.

Шаг 2. Первый закон термодинамики для процесса 1-2 запишется в виде: 

Q₁₂ = ΔU₁₂ + A₁₂. 

Работа A12 — площадь фигуры под графиком процесса, то есть площадь трапеции: 

\(A_{12} = \frac{p_0 + 2p_0}{2} * V0 =\frac{3p_0V_0}{2}\). 

Запишем изменение внутренней энергии для этого процесса через давление и объем. Мы выводили эту формулу в статье «Первое начало термодинамики»:

\(\Delta U_{12} = \frac{3}{2}(2p_0 * 2V_0 — p_0V_0) = \frac{9p_0V_0}{2}\). 

Заметим, что это в 3 раза больше работы газа на этом участке: 

\(\Delta U_{12} = 3A_{12} \rightarrow Q_{12} = 4A_{12}\).

Шаг 3. Работа цикла — площадь фигуры, которую замыкает график, тогда . A = A₁₂ — |A₃₁|. С другой стороны, работа цикла вычисляется как разность между энергиями нагревателя и холодильника: A = Q₁₂ — |Q₃₁|.

 Сравним эти формулы:

Q₁₂ -|Q₃₁| = A₁₂ — |A₃₁|,

подставим выражения из предыдущего пункта:

4A₁₂ — |Q₃₁| = A₁₂ — |A₃₁| \(\rightarrow\) |A₃₁| = -3A₁₂ + |Q₃₁| = -31520 + 4780 = 220 Дж.

Ответ: 220 Дж

Задание 2. Найти КПД цикла для идеального одноатомного газа.

Решение:

Шаг 1. КПД цикла определим по формуле: \(\eta = \frac{A}{Q}\), где Q — количество теплоты от нагревателя, а А — работа газа за цикл. Найдем А как площадь замкнутой фигуры: A = (2p₁ — p₁)(3V₁ — V₁) = 2p₁V₁.

Шаг 2. Найдем процесс, который соответствует получению тепла от нагревателя. Воспользуемся теми же приемами, что и в прошлой задаче:

Посмотрим на участок 1-2 графика: давление растет, объем не меняется. По закону Шарля \(\frac{p}{T} = const\) температура тоже растет. Работа газа равна 0 при изохорном процессе, а изменение внутренней энергии положительное.

2-3: давление не меняется, растет объем, а значит, работа газа положительна. По закону Гей-Люссака \(\frac{V}{T} = const\) температура тоже растет, растет и внутренняя энергия.

3-4: давление уменьшается, следовательно, и температура уменьшается. При этом процесс изохорный и работа газа равна 0.

4-1: давление не меняется, объем и температура уменьшаются — работа газа отрицательна и внутренняя энергия уменьшается.

Оформим данные в таблицу: 

Отметим, что  необходимое Q = Q₁₂ + Q₂₃.

Шаг 3. Запишем первый закон термодинамики для процессов 1-2 и 2-3:

\(Q_{12} = U_{12} + A_{12} = \Delta U_{12} = \frac{3}{2}(2p_1V_1 -p_1V_1) = \frac{3}{2}p_1V_1\).
\(Q_{23} = \Delta U_{23} + A_{23}\), работу газа найдем как площадь под графиком: A₂₃ = 2p₁(3V₁ — V₁) = 4p₁V₁.
\(\Delta U_{12} = \frac{3}{2}(2p_1 * 3V_1 — 2p_1V_1) = 6p_1V_1\).
\(Q_{23} = \Delta U_{23} + A_{23} = 10p_1V_1\).

Шаг 4. Мы готовы считать КПД: \(\eta = \frac{A}{Q} = \frac{A}{Q_{12} + Q_{23}} = \frac{2p_1V_1}{\frac{3}{2}p_1V_1 + 10p_1V_1} = \frac{4}{23} \approx 0,17\).

Ответ: 17%

Теперь вас не должно настораживать наличие графиков в условиях задач на расчет КПД тепловых машин. Продолжить обучение решению задач экзамена вы можете в статьях «Применение законов Ньютона» и «Движение точки по окружности».

Фактчек

• Тепловые двигатели — устройства, способные преобразовывать внутреннюю энергию в механическую. 
• Тепловая машина принимает тепло от нагревателя, отдает холодильнику, а рабочим телом совершает работу.
• Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины — это отношение полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя.
  \(\eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 — Q_2}{Q_1} = 1 — \frac{Q_2}{Q_1}\)  
• Цикл Карно — цикл с максимально возможным КПД: \(\eta = \frac{T_1 — T_2}{T_1} = 1 — \frac{T_2}{T_1}\)
• Не забываем, что работа считается, как площадь фигуры под графиком.

Проверь себя

Задание 1.  
1 моль идеального газа переходит из состояния 1 в состояние 2, а потом — в состояние 3 так, как это показано графике. Начальная температура газа равна T₀ = 350 К. Определите работу газа при переходе из состояния 2 в состояние 3, если k = 3, а n = 2.

1. 5672 Дж
2. 4731 Дж
3. 5817 Дж
4. 6393 Дж

Задание 2. 
1 моль идеального одноатомного газа совершает цикл, который изображен на pV-диаграмме и состоит из двух адиабат, изохоры, изобары. Модуль отношения изменения температуры газа при изобарном процессе ΔT₁₂ к изменению его температуры ΔT₃₄ при изохорном процессе равен 1,5. Определите КПД цикла.

1. 0,6
2. 0,5
3. 0,8
4. 1

Задание 3.
В топке паровой машины сгорело 50 кг каменного угля, удельная теплота сгорания которого равна 30 МДж/кг. При этом машиной была совершена полезная механическая работа 135 МДж. Чему равен КПД этой тепловой машины? Ответ дайте в процентах.

1. 6%
2. 100%
3. 22%
4. 9%

Задание 4.
С двумя молями одноатомного идеального газа совершают циклический процесс 1–2–3–1 (см. рис.). Чему равна работа, совершаемая газом на участке 1–2 в этом циклическом процессе?

1. 4444 Дж
2. 2891 Дж
3. 4986 Дж
4. 9355 Дж

Ответы:1 — 3; 2 — 1; 3 — 4; 4 — 3.

Глава 15. Работа газа в циклическом процессе. Тепловые двигатели. Цикл Карно

В программу школьного курса физики входит ряд вопросов, связанных с тепловыми двигателями. Школьник должен знать основные принципы работы теплового двигателя, понимать определение коэффициента полезного действия (КПД) циклического процесса, уметь находить эту величину в простейших случаях, знать, что такое цикл Карно и его КПД.

Тепловым двигателем (или тепловой машиной) называется процесс, в результате которого внутренняя энергия какого-то тела превращается в механическую работу. Тело, внутренняя энергия которого превращается двигателем в работу, называется нагревателем двигателя. Механическая работа в тепловых машинах совершается газом, который принято называть рабочим телом (или рабочим веществом) тепловой машины. При расширении рабочее тело и совершает полезную работу.

Для того чтобы сделать процесс работы двигателя циклическим, необходимо еще одно тело, температура которого меньше температуры нагревателя и которое называется холодильником двигателя. Действительно, если при расширении газ совершает положительную (полезную) работу (левый рисунок; работа газа численно равна площади «залитой» фигуры), то при сжатии газа он совершает отрицательную («вредную») работу, которая должна быть по абсолютной величине меньше полезной работы. А для этого сжатие газа необходимо проводить при меньших температурах, чем расширение, и, следовательно, газ перед сжатием необходимо охладить. На среднем рисунком показан процесс сжатия газа 2-1, в котором газ совершает отрицательную работу , абсолютная величина которой показана на среднем рисунке более светлой «заливкой». Чтобы суммарная работа газа за цикл была положительна, площадь под графиком расширения должна быть больше площади под графиком сжатия. А для этого газ перед сжатием следует охладить. Кроме того, из проведенных рассуждений следует, что работа газа за цикл численно равна площади цикла на графике

зависимости давления от объема, причем со знаком «плюс», если цикл проходится по часовой стрелке, и «минус» — если против.

Таким образом, двигатель превращает в механическую работу не всю энергию, взятую у нагревателя, а только ее часть; остальная часть этой энергии используется не для совершения работы, а передается холодильнику, т.е. фактически теряется для совершения работы. Поэтому величиной, характеризующей эффективность работы двигателя, является отношение

где — работа, совершаемая газом в течение цикла, — количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл. Отношение (15.1) показывает, какую часть количества теплоты, полученного у нагревателя, двигатель превращает в работу и называется коэффициентом полезного действия (КПД) двигателя.

Если в течение цикла рабочее тело двигателя отдает холодильнику количество теплоты (эта величина по своему смыслу положительна), то для работы газа справедливо соотношение . Поэтому существует ряд других форм записи формулы (15.1) для КПД двигателя

Французский физик и инженер С. Карно доказал, что максимальным КПД среди всех процессов, использующих некоторое тело с температурой в качестве нагревателя, и некоторое другое тело с температурой ( ) в качестве холодильника, обладает процесс, состоящий из двух изотерм (при температурах нагревателя и холодильника ) и двух адиабат (см. рисунок).

Изотермам на графике отвечают участки графика 1-2 (при температуре нагревателя ) и 3-4 (при температуре холодильника ), адиабатам — участки графика 2-3 и 4-1. Этот процесс называется циклом Карно. КПД цикла Карно равен

Теперь рассмотрим задачи. В задаче 15.1.1 необходимо использовать то обстоятельство, что работа газа в циклическом процессе численно равна площади цикла на графике зависимости давления от объема, причем со знаком «плюс», если цикл проходится по часовой стрелке, и «минус» — если против. Поэтому во втором цикле работа газа положительна, в третьем отрицательна. Первый цикл состоит из двух циклов, один из которых проходится по, второй — против часовой стрелки, причем, как следует из графика 1, площади этих циклов равны. Поэтому работа газа за цикл в процессе 1 равна нулю (правильный ответ — 2).

Поскольку в результате совершения циклического процесса газ возвращается в первоначальное состояние (задача 15.1.2), то изменение внутренней энергии газа в этом процессе равно нулю (ответ 2).

Применяя в задаче 15. 1.3 первый закон термодинамики ко всему циклическому процессу и учитывая, что изменение внутренней энергии газа равно нулю (см. предыдущую задачу), заключаем, что (ответ 3).

Поскольку работа газа численно равна площади цикла на диаграмме «давление-объем», то работа газа в процессе в задаче 15.1.4 равна (ответ 1). Аналогично в задаче 15.1.5 газ за цикл совершает работу (ответ 1).

Работа газа в любом процессе равна сумме работ на отдельных участках процесса. Поскольку процесс 2-3 в задаче 15.1.6 — изохорический, то работа газа в этом процессе равна нулю. Поэтому (ответ 3).

По определению КПД показывает, какую часть количества теплоты, полученного у нагревателя, двигатель превращает в работу (задача 15.1.7 — ответ 4).

Работа двигателя за цикл равна разности количеств теплоты, полученного от нагревателя и отданного холодильнику : . Поэтому КПД цикла есть

(задача 15. 1.8 — ответ 3).

По формуле (15.3) находим КПД цикла Карно в задаче 15.1.9

(ответ 2).

Пусть температура нагревателя первоначального цикла Карно равна , температура холодильника (задача 15.1.10). Тогда по формуле (15.3) для КПД первоначального цикла имеем

Отсюда находим . Поэтому для КПД нового цикла Карно получаем

(ответ 2).

В задаче 15.2.1 формулы (2), (3) и (4) представляют собой разные варианты записи определения КПД теплового двигателя (см. формулы (15.1) и (15.2)). Поэтому не определяет КПД двигателя только формула 1. (ответ 1).

Мощностью двигателя называется работа, совершенная двигателем в единицу времени. Поскольку работа двигателя равна разности полученного от нагревателя и отданного холодильнику количеств теплоты, имеем для мощности двигателя в задаче 15. 2.2

(ответ 3).

По формуле (15.2) имеем для КПД двигателя в задаче 15.2.3

где — количество теплоты, полученное от нагревателя, — количество теплоты, отданное холодильнику (правильный ответ — 2).

Для нахождения КПД теплового двигателя в задаче 15.2.4 удобно использовать последнюю из формул (15.2). Имеем

где — работа газа, — количество теплоты, отданное холодильнику. Поэтому правильный ответ в задаче — 3.

Пусть газ совершает за цикл работу (задача 15.2.5). Поскольку количество теплоты, полученное от нагревателя равно ( — количество теплоты, отданное холодильнику), и работа составляет 20 % от этой величины, то для работы справедливо соотношение = 0,2 ( + 100). Отсюда находим = 25 Дж (ответ 1).

Поскольку работа теплового двигателя в задаче 15.2.6 равна 100 Дж при КПД двигателя 25 %, то двигатель получает от нагревателя количество теплоты 400 Дж. Поэтому он отдает холодильнику 300 Дж теплоты в течение цикла (ответ 4).

Для сравнения работ газа на различных участках процесса в задаче 15.2.9 построим график зависимости давления от объема. Этот график представлен на рисунке. Из рисунка следует, что работы газа в процессах 1-2 и 3-4 одинаковы по модулю (этим работам отвечают площади прямоугольников, «залитых» на рисунке светлой и темной «заливкой»). Работе газа на участке 4-1 отвечает площадь под графиком 4-1, которая меньше площади под графиком 1-2. Работе газа на участке 2-3 отвечает площадь под кривой 2-3 на рисунке, которая заведомо больше площади «залитых» прямоугольников. Поэтому в процессе 2-3 газ и совершает наибольшую по абсолютной величине (среди рассматриваемых процессов) работу (ответ 2.).

Согласно определению коэффициент полезного действия представляет отношение работы газа за цикл к количеству теплоты , полученному от нагревателя . Как следует из данного в условии задачи 15.2.10 графика, и в процессе 1-2-4-1 и в процессе 1-2-3-1 газ получает теплоту только на участке 1-2. Поэтому количество теплоты, полученное газом от нагревателя в процессах
1-2-4-1 и 1-2-3-1 одинаково. А вот работа газа в процессе 1-2-4-1 вдвое меньше (так площадь треугольника 1-2-4 как вдвое меньше площади треугольника 1-2-4-1). Поэтому коэффициент полезного действия процесса 1-2-4-1 вдвое меньше коэффициента полезного действия процесса 1-2-3-1 (ответ 1).

Эффективность технологического цикла (PCE) Метрика

Чтение:
Показатель эффективности технологического цикла (PCE)

Сохранить на потом

Что такое эффективность технологического цикла?

Эффективность технологического цикла, также известная как «эффективность потока» или «коэффициент добавленной стоимости», представляет собой измерение количества времени, затрачиваемого на добавленную стоимость в любом процессе, относительно времени выполнения (время между началом и завершением производственного процесса). процесс). Чем выше это соотношение, тем эффективнее ваш процесс. Этот показатель позволяет количественно оценить потери в системе доставки. Одна из форм отходов, на которую я хочу обратить внимание, — это 9.0005 ожидание .

Почему это важно?

В частности, при разработке приложений в крупных организациях мы часто тратим более 95 процентов нашего времени на ожидание. Во-первых, давайте начнем с определения того, где мы ждем, используя картирование потока создания ценности. Поток создания ценности разработки программного обеспечения обычно выглядит примерно так: проектирование, разработка, тестирование и развертывание. Это почти все, что вам нужно для разработки рабочего и протестированного дополнения к продукту. Проще говоря, время с добавленной стоимостью включает в себя эти виды деятельности. Время, не добавляющее ценности (потерянное впустую), будет включать ожидание выполнения этих действий.

Когда следует использовать Process Cycle Efficiency?

Когда вы считаете, что время выполнения заказа слишком велико, и вы не знаете, где находятся узкие места. После того как вы выявили потери в виде очередей ожидания, вы можете работать над сокращением их продолжительности или частоты.

Что нужно для расчета PCE?

Как минимум, вы должны

1. составить карту потока создания ценности
2. Определить процессы добавления ценности (состояния)
3. Определение очередей ожидания для процессов добавления ценности
4. Наличие метода для расчета времени нахождения рабочих элементов в каждой очереди или состоянии

Формула расчета для PCE

• Время выполнения заказа = Время добавления ценности + Время, не добавляющее ценности
• Эффективность технологического цикла в % = Время добавления стоимости / Время выполнения

Где,

• Время добавления ценности = Время, проведенное в состояниях процесса «Выполняется». (Проектирование, разработка, тестирование,…)
• Время, не добавляющее ценности = Время, когда работа находится в невыполненной работе, время, когда работа ожидает начала работы, добавляющей ценность, и, конечно же, сюда входит время, когда работа заблокирована. Давайте также не будем забывать, что работа приостанавливается, потому что дефекты устраняются.

Ссылка на рисунок в начале поста:

• Время выполнения = 155,1 дней
• Дизайн+Разработка+Тестирование+Развертывание= 15,1 дня времени добавления ценности и задержек (ожидания) = 140 дней
• 15,1/155,1 = 9,7% PCE

Почему я люблю PCE и почему я его ненавижу

Независимо от вашего бизнеса или технического процесса, очень важно узнать, сколько времени тратится впустую по сравнению с фактическая ценная деятельность.

Я люблю показывать клиентам, где самые большие задержки в их общей системе доставки. Если вы можете это сделать, вы можете предпринять конкретные шаги для их улучшения. Мне нравится, что тайна потерянного времени ушла. Отходам негде спрятаться. Вы активно это видите.

Что мне не нравится в PCE? Сбор данных, связанных с этим, занимает много времени. «Мне» еще предстоит автоматизировать инструмент ALM, панель мониторинга или отчет, чтобы мы могли легко пометить очереди и состояния процессов как ценность или отходы. Пока я этого не сделаю, мы должны смотреть на каждый рабочий элемент в системе и вручную отслеживать и измерять время выполнения этой работы в системе. Это не так уж плохо на командном уровне, когда работа будет приходить и уходить всего за несколько недель. Это намного сложнее (но более ценно), когда вы смотрите на программу или портфолио. Основная проблема заключается в том, что время выполнения заказа может составлять месяцы или даже годы. Но, глядя на работу на этом уровне, у нас есть огромные возможности для улучшения.

Технический документ

Возглавьте структурированную и дисциплинированную Agile-трансформацию

Загрузить сейчас

Следующий›
Решение парадокса PMO с Ким Брейнард и Джесси Фьюэлл

Process Cycle Efficiency (PCE) | Графические продукты

Эффективность технологического цикла, иногда называемая «коэффициентом добавленной стоимости», представляет собой измерение времени, затрачиваемого на добавленную стоимость в процессе. Чем выше число, тем эффективнее становится процесс.

Материал часто проводит 95 процентов своего времени в ожидании. Это связано с временной задержкой, вводимой менее чем на 20 процентах рабочих станций, известной как «ловушки времени». Мы можем определить временные ловушки с помощью картирования потока создания ценности и устранить их. Доля добавленной стоимости времени измеряется эффективностью цикла. Бережливый процесс — это процесс, в котором добавленная стоимость составляет более 25 процентов от общего времени выполнения заказа.

Расчет эффективности технологического цикла

Расчет эффективности технологического цикла начинается с определения тех областей, которые не вносят вклад в стоимость продукта. Обычно это можно сделать с помощью карты потока создания ценности, которая определяет действия в процессе, использующие ресурсы, время или пространство. Эти виды деятельности относятся к одной из трех категорий:

1. Деятельность по созданию добавленной стоимости . Эти действия повышают ценность продукта, то есть они добавляют что-то, за что покупатель готов платить. Всегда смотрите на ценность с точки зрения конечного покупателя. Если клиент не готов платить за действие, то это не деятельность, добавляющая ценность.
2. Необходимые , но не добавляют ценности – это действия, необходимые для производства продукта, но не добавляющие ценности, за которую покупатель готов платить. Например, однажды я обедал в столовой технологической компании. Обед предоставляется бесплатно, и в этот день вам предложат хвосты омара и запеченного лосося. Клиент может не захотеть платить за то, чтобы ваши сотрудники ели на обед хвосты омара каждую среду, но вы считаете это необходимым, чтобы нанимать и удерживать талантливых сотрудников. Хотя вы можете считать эти действия необходимыми, поскольку они не добавляют ценности, они классифицируются как отходы.
3. Деятельность, не добавляющая ценности – Эти виды деятельности не добавляют никакой ценности к конечному продукту. Эти действия являются отходами.

Есть два важных вопроса: Кто мои клиенты? И что представляют собой потери с точки зрения клиента?

Кто мои клиенты?

Определить, кто является клиентом, не всегда просто. Например, кто является клиентами Google? Когда вы используете Google для поиска, вы клиент? Нет, вы — продукт, который продает Google. Google занимается продажей рекламы. Рекламодатели покупают клики по своим объявлениям. Google использует свою службу поиска, чтобы привлечь людей, которые будут нажимать на объявления. Это делает вас продуктом, который продает Google, а их клиентами являются те, кто покупает рекламу.

Что такое отходы?

Потери определяются как любое из следующего:

• Время ожидания — время простоя, когда ничего продуктивного не делается.
• Перепроизводство — производить больше, чем необходимо в любой конкретный момент времени.
• Транспортировка — перемещение материалов без добавления стоимости.
• Over-Processing — выполнение дополнительной работы. Например, изготовление с более высокими допусками, чем требует заказчик.
• Запасы — больше сырья, незавершенного производства или готовой продукции на складе, чем требуется.
• Движение — движение людей, не добавляющее ценности.
• Дефекты — несоответствие спецификациям, требующее ремонта или доработки для удовлетворения потребностей клиентов.

Расчет эффективности технологического цикла – назначение времени

Следующим шагом является определение количества времени, используемого каждым действием на карте потока создания ценности. Это должно равняться времени цикла, то есть количеству времени, необходимому для получения и обработки заказа до доставки продукта покупателю. Обычный способ расчета времени цикла — взять общее количество оплаченных человеко-часов в месяц и разделить его на количество готовой продукции, произведенной в этом месяце. Это дает время, необходимое для производства одного изделия. Затем это время распределяется между действиями на карте потока создания ценности.

Эффективность технологического цикла – расчет

Для расчета эффективности технологического цикла используется простая формула:

• Эффективность технологического цикла = время добавления стоимости / время цикла

Если процесс включает только те действия, которые добавляют ценность, за которую клиент готов платить, то эффективность цикла процесса составляет 100 %. Нам нравится думать, что наши процессы эффективны почти на 100%. Что клиент готов платить за все, что мы делаем для создания продукта, который он покупает. В действительности эффективность технологического цикла обычно находится в диапазоне от 5% до 10%. После того, как для улучшения процесса были использованы бережливые методы, эффективность может повыситься до 20-25%.

Это означает, что всегда есть возможности для улучшения.

Одним из важных аспектов расчета эффективности технологического цикла является установление стандарта ее расчета.