Функциональный анализ как метод снижения себестоимости производства потолочного  LED-светильника типа ARMSTRONG

Краснов Август Геннадьевич

 

Ситуация.

Учитывая, что отечественное  производство светодиодов отсутствует, то типовые возможности отечественных производителей светодиодных светильников  по созданию  добавленной стоимости отображены на Рисунке 1.

Рисунок 1. Типовая структура создания добавленной стоимости для  российских производителей светодиодных светильников.

 

На  Рисунке 2 отображены светодиодные компоненты и  источник питания, установленные в корпусе,   а на Рисунке 3 – варианты исполнения рассеивателей, наибольшее распространение из которых получил оптически прозрачный рассеиватель.  

Рисунок 2. Корпус светильника в сборе без рассеивателя (на выноске слева – источник питания, на выноске справа -  светодиод, установленный на светодиодном модуле)

Рисунок 3. Варианты исполнения рассеивателей –  на базе непрозрачных отражателей-рассеивателей (слева-сзади) и  оптически прозрачный (справа-спереди)

 

Ключевыми элементами светильника, как по функции, так и по стоимости, являются источники света - светодиоды. В настоящее время, в связи с постоянным  совершенствованием технологий производства светодиодов, в отрасли существует  тренд снижения стоимости люмена (лм/$) отдаваемого  светодиодом.

 

Нежелательный эффект.

Следствием тренда снижения стоимости люмена, применительно к производству светодиодных  светильников  является   снижение удельного дохода, получаемого с одного светильника, т.к. падает размер торговой наценки на светодиоды (за последние несколько лет  доля стоимости светодиодов в светильнике упала с 80%-90% до 50%).  Все это смещает  акценты  конкуренции между производителями из области «у кого лучше условия  закупки светодиодов» в область технологической эффективности производства, а для поддержания высокого уровня доходности на одно изделие предприятию важно увеличивать количество  производимых им переделов.

Однако, вся производительность труда современного человечества зиждется на системе разделения труда, т.е. чтобы  повысить экономическую эффективность труда надо сократить количество переделов.  Таким образом, указанный нежелательный эффект приводит в техническому противоречию, отображенному на Рисунке 4.

Рисунок 4.  Техническое противоречие в системе организации производства светодиодных светильников.

В данном противоречии приоритетной  выбирается доля добавленной стоимости.

Определение ГФ светодиодного светильника, в производстве которого необходимо повысить долю добавленной  стоимости: «Создание равномерного  светового потока внутри помещения, соответствующего нормативным требованиям».

 

Постановка технической задачи.

Необходимо снизить количество переделов (количество конструкционных компонентов) при производстве  светодиодного светильника без ухудшения его технико-экономических показателей по созданию равномерного светового потока, при условии  совместимости светодиодного светильника с системами подвесных потолков типа ARMSTRONG.

Решение.

Функциональный анализ показывает, что в ГФ светильника можно разбить на две подфункции: основную – «Излучение света»  и вспомогательную – «Рассеивание света». В данном случае целесообразно применить прием передачи части ГФ светильника элементам окружающей среды, т.е. реализовать закон перехода ТС  в надсистему. Это позволит получать максимальную добавленную стоимость, т.к. светильник в итоге  будет выполнять все свои функции.

В соответствии с результатом функционального анализа определены элементы ТС светильника, которые можно  исключить из конструкции светильника, а их функции передать или оставшимся  компонентам ТС светодиодного светильника, или элементам надсистемы. Этими исключаемыми элементами стали  корпус светильника и оптически прозрачный рассеиватель.  Следует отметить, что эти элементы конструкции в светильнике являются самыми материалоемкими.

Для определения путей решения поставленной технической задачи определены следующие ВПР:

1. Световой поток

2. Держатель светодиодов

3. Фальшпотолок (панели и элементы подвесного потолка типа ARMSTRONG)

4. Дополнительный диффузный отражательный элемент.

 

ИКР 1 – световой  поток, исходящий из светодиодов сам, не ухудшая своих потребительских свойств, изменяет свою траекторию таким образом, что внутри помещения, на том же самом  удалении от светодиодов,  видимая яркость источника света  снижается до приемлемого для человеческого глаза уровня и он (поток), например,  равномерно, рассеивается  в заданных  направлениях.

ИКР 2 –  рассеивающие свет  тела, влияющие на  направление движения потока света от светодиодов   в заданные точки пространства, находятся в пространстве помещения без  каких-либо вспомогательных устройств (подвесы, крепления и т.п.) и не препятствуют  функционированию людей в помещении.

ИКР 3 – Техническая система А («Фальшпотолок» /«Держатель светодиодов») направляет световой поток, не ухудшая его потребительских свойств, в заданные точки пространства, полноценно выполняя свою изначальную  функцию, и не препятствует функционированию людей в помещении.

В качестве  направлений разработки возможных и  допустимых вариантов  решений  технической задачи выбраны ИКР 2 и ИКР 3.

Вариант реализации решений в области ИКР 2 представлен на Рисунке 5.  В этом решении произошло исключение корпуса светодиода и оптически прозрачного рассеивателя, который заменен на  непрозрачный диффузный отражатель с малой материалоемкостью.  Диффузный отражатель (матовая поверхность), обладает  отражающей  площадью во много раз превосходящей площадь поверхности светодиода и  позволяет снизить яркость исходящего от светильника света до уровня, комфортного для человеческого глаза. Исходя из того, что диффузный отражатель может иметь коэффициент отражения в пределах 95% - 99%, могут быть существенно, от 3 до 10 раз,  снижены потери светового потока, возникающее при его  рассеивании. (Световой поток,  проходящий сквозь оптически прозрачный  рассеиватель, теряет  18%-25%  своего излучения).

Рисунок 5. Светильник на анкерном подвесе  в виде  комбинации держателей и диффузного рассеивателя.

Малый вес изделия позволяет осуществлять его подвес непосредственно к потолочной панели.

В отличие от существующих  решений в светильниках типа ARMSTRONG, где частичное рассеивание светового потока от светодиодов  осуществляется с помощью системы отражателей, в найденном решении на диффузионный отражатель направляется большая часть  светового потока, исходящего из светодиодов.

Решение, представленное на Рисунке 6, также позволяет получить более широкую  диаграмму направленности излучения, по сравнению со светильниками типа  ARMSTRONG.

На Рисунке 6   представлен вариант реализации решений в области ИКР3.  В этом  варианте решения практически весь световой поток под углом  направляется на поверхность потолочной плиты.  Таким образом, недостаток светодиода – его малый угол рассеивания  обращается  в пользу.  Это позволяет минимизировать потери светового потока  от затенения держателем, а также исключить попадание прямого излучения  светодиода в глаза людям, находящимся в помещении.  Поверхность потолочной панели выполняет функцию диффузного отражателя, структура её поверхности и материалы позволяют это реализовать. Учитывая, что коэффициент отражения потолочных панелей может достигать 99 % (!), итоговые потери светового потока могут быть  снижены аналогично  предыдущему решению.

Рисунок 6. Светильник с  диффузным  рассеивателем в виде потолочной плиты (в разрезе).

Таким образом,  примененная реализация ЗРТС по переходу ТС в надсистему позволила сохранить, за счет использования элементов окружающей среды, весь необходимый  функционал светильника, исключив из его  конструкции самые материалоемкие компоненты. Это позволило  максимизировать добавленную стоимость  изделия -  компоненты отсутствуют, а их   функционал выполняется и создает добавленную стоимость в конечном изделии.  Ожидаемое  снижение себестоимости производимых компонентов светильника и его сборки  при массовом  производстве за счет исключения  указанных компонентов и изменения конструкции  светильника, составляет порядка 50%.