III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

РАЗРАБОТКА ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ НАГЛЯДНЫХ ПОСОБИЙ НА 3D ПРИНТЕРЕ ДЛЯ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
Нудьга П.И.
Автор работы награжден дипломом победителя первой степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Наглядность - это один из компонентов целостной системы обучения, которая может помочь школьнику качественнее усвоить изучаемый материал на более высоком уровне. В связи с этим выдвигается гипотеза, что только комбинированное использование средств наглядности позволит повысить на уроке качество усвоения новых знаний, уровень умений и навыков. Наглядно представленный материал способствует развитию мыслительных операций и всей мыслительной деятельности учащихся, тем самым обеспечивается переход от конкретного к абстрактному в процессе овладения знаниями. Известно, что использование наглядных пособий на уроках помогает в освоении предмета. При решении задач с объемными фигурами у учащихся возникают трудности в пространственном представлении этих фигур. Наглядные пособия, изготовленные на 3D принтере, помогут преодолеть такого рода проблемы. Пособия, созданные с помощью современных технологий прототипирования, принесут практическую пользу на уроках геометрии, физики, химии, биологии. Таким образом тема работы является актуальной и соответствует современной концепции образования.

Новизна работы состоит в том, что в отличие от пособий, созданных по 2D технологии, предлагаемые наглядные пособия, созданные с помощью 3D технологий позволяют формировать пространственное мышление обучающихся.

Цель работы заключается в разработке бизнес-плана по открытию предприятия, создании прототипов базовых наглядных пособий для преподавания в школе на примере геометрии, стереометрии, химии и создании веб-сайта для данного предприятия.

Как показал анализ открытых источников, в настоящее время на рынке России отсутствуют производители, специализирующиеся на производстве наглядных пособий на 3D принтерах. Удалось найти через поисковые системы 4-х производителей пособий, но они предлагают пособия, сделанные с помощью других технологий. Ни одно из указанных предприятий, таким образом, не может рассматриваться в качестве прямого конкурента данного проекта. Именно поэтому автор считает целесообразным создание данного проекта. Также изготовление пособий на 3D принтерах значительно снижает себестоимость данного продукта, а также позволяет расширить разнообразие изготавливаемых фигур. Именно поэтому принято решение разработать бизнес- проект для производства данного продукта, а для реализации продукции предприятия создать веб-сайт, ведь сейчас интернет является одним из главных каналов сбыта продукции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Ознакомиться с системой САПР , 3D моделированием и работой 3D принтера;

2. Изучить основные требования для написания бизнес-плана;

3. Освоить основы создания сайта; 4. Смоделировать фигуры в CAD системе и изготовить опытные образцы;

5. Составить бизнес-план производства наглядных пособий; 6. Создать веб-сайт с помощью конструктора.

2.Основная часть 2.1. Теоретическая часть 2.1.1. Сущность 3D моделирования и 3D печати

3D-моделирование — это процесс создания трехмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования — разработать визуальный объемный образ желаемого объекта. T-FLEX CAD- это профессиональная САПР, объединяющая в себе мощные параметрические возможности 3D-моделирования со средствами создания и оформления чертежей и конструкторской документации. Технические новшества и хорошая производительность в сочетании с удобным и понятным интерфейсом делают T-FLEX CAD универсальным и эффективным средством 3D-проектирования изделий. T-FLEX CAD позволяет легко работать со сборочными 3D-моделями.

САПР это система автоматизированного проектирования или CAD (Computer-Aided Design) — программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. Говоря простыми словами, Система Автоматизированного Проектирования предназначена для выполнения или создания проектных работ с помощью компьютерной техники, которая позволяет создавать технологическую и конструкторскую документацию на отдельные здания, сооружения, изделия. Область применения системы САПР очень велика. Возможности САПР во многом определяются программным обеспечением. Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:

  • сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;

  • сокращения сроков проектирования;

  • сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;

  • сокращения затрат на моделирование и испытания.

С помощью CAD-средств создается геометрическая модель изделия.

Быстрое прототипирование — технология быстрого создания опытных образцов или работающей модели системы для демонстрации заказчику или проверки возможности реализации. Прототип позже уточняется для получения конечного продукта.

Преимущества технологий БП:

  • Сокращение длительности технической подготовки производства новой продукции в 2-4 раза.

  • Снижение себестоимости продукции, особенно в мелкосерийном или единичном производстве в 2-3 раза.

  • Значительное повышение гибкости производства.

  • Повышение конкурентоспособности производства.

  • Сквозное использование компьютерных технологий, интеграция с системами САПР .

Недостаток технологиий БП - время изготовления изделий.

Отладка технологического процесса — это процесс локализации и устранения ошибок.

Тестирование - процесс выполнения программ с целью обнаружения факта наличия ошибок.

Для правильного выбора принтера необходимо их проанализировать. В таблице представлены различные марки 3D принтера.

Технология

Фотографии моделей

Уровень цен на принтеры

Самые популярные марки

SLS - селективное лазерное спекание.

 

по запросу - от нескольких млн. руб.

sPro 60 HD

SLM - селективное лазерное плавление.

 

по запросу - от нескольких млн. руб.

sPro DM

LOM - послойное склеивание пленочных материалов.

 

по запросу

Solido, MCor

EBM - электронно-лучевое плавление.

 

зависит от комплектации, подбирается индивидуально, от нескольких млн. руб.

Arcam

SLA - стереолитография.

 

по запросу - от нескольких млн. руб.

FormLabs Form 1

FDM - моделирование методом наплавления.

 

от 20000 руб. до 1 млн. руб.

Wanhao duplicator 6 , MakerBot, CubeX

С учетом того, что самые популярные и доступные 3D принтеры на сегодня работают по технологии FDM (Fused Deposition Modeling ), обращаем внимание на модели этой категории устройств.

Изучив и проанализировав параметры и свойства 3D принтеров, приходим к выводу, наиболее оптимальным из них будет Wanhao Duplicator 6.

2.1.2. Теоретические основы бизнес-планирования

Бизнес-план - документ, содержащий описание будущего бизнеса. Бизнес-план - подробный, четко структурированный тщательно подготовленный документ, описывающий цели предприятия, пути достижения целей. Проработанный бизнес-план представляет собой рабочий инструмент с помощью которого осуществляются управление предприятия и контроль за его деятельностью. Бизнес-план описывает процесс функционирования предприятия, показывает каким образом ее руководителю достичь свои цели и задачи.

Содержание типового бизнес-плана :

  • Резюме проекта

  • Цели и задачи проекта

  • Описание компании

  • Описании отрасли

  • Анализ отрасли и тенденции её развития

  • Обзор рынка

  • Целевой рынок

  • Конкуренция

  • Оценка рисков

  • План маркетинга и стратегия продаж

  • Производственный план

  • Организационный план

  • Финансовый план

  • Перспективы развития

2.1.3. Изучение основ создания сайта с использованием конструктора

Изучив различные способы создания сайта, автор решил, что удобнее всего создать сайт с помощьюконструктора сайтов Wix. Данная платформа для создания сайтов не требует определенных навыков программирования.

2.2.Практическая часть 2.2.1. Создание алгоритма проектирования модели в Т-Flex-CAD

Для создания модели мы используем поэтапное моделирование

1 этап (создаем отдельные части молекулы)

2 этап (соединяем все детали )

3 этап. Переносим данные модели в программу Cura для печати на 3D принтере

4 этап. Настраиваем нужные нам показатели

5 этап. Процесс печати и получение продукта.

2.2.2. Бизнес план производства наглядных пособий 1. Резюме проекта. Название предприятия: 3DWorkers Цель проекта - создание производственно-торгового предприятия; создание интернет-магазина.

Продукция - наглядные пособия из пластика для средней школы.

Каналы сбыта: интернет - магазин, магазины канцелярских товаров, интернет - магазины канцелярских товаров.

Ценовой сегмент – средний.

Место расположения – г. Москва.

Бизнес-план составлен на основе детального анализа рыночной ситуации, технологии производства, конкурентной среды и прочих данных.

2) Описание компании и отрасли

В настоящее время в обществе сложилось новое понимание основной цели образования. Современное общество требует повышение качества образования. Одним из предметов, где наглядные пособия действительно повысят качество образования, является геометрия. Трудности в изучении геометрии и стереометрии вызваны тем, что зрительное восприятие геометрических объектов не всегда соответствует тем закономерностям, которыми эти объекты обладают. Наглядные пособия помогут облегчить понимание и усвоение учебного материала также на уроках физики, химии, биологии. Необходимость в этих пособиях есть, а предложений на рынке очень мало. Так же отмечается тенденция к росту спроса на развивающие товары.

Проект рассчитан на производство наглядных пособий для школы. Имеющиеся в распоряжении инновационные технологии и квалифицированный персонал позволят организовать деятельность по изготовлению и реализации наглядных пособий при минимальных затратах. С увеличением объемов производства и реализации продукции, а соответственно и увеличением прибыли, у компании появится возможность приобрести более мощное оборудование и расширить перечень продуктов производства, а также поставлять продукцию компании за пределы регионального рынка.

По оценкам специалистов, во всем мире объемы спроса и предложения образовательных услуг растут весьма существенно, а в наиболее динамично развивающихся странах темп их ежегодного роста достигает 10–15 %. Своим потенциалом и логикой развития сфера образования притягивает к себе все более пристальное внимание инвесторов.

В настоящее время наблюдается значительное увеличение доли онлайн-торговли, на которую приходится порядка 20% совокупного объема продаж, именно поэтому мы будем реализовывать товар онлайн.

Предприятие ориентировано, в первую очередь на школы.

Рынок сбыта – Москва, основной канал сбыта – интернет-сайт. 3) Описание товаров и услуг

Проект предполагает создание малого предприятия в Москве. Продукция – наглядные пособия по геометрии, физики, химии, биологии. Отличительные особенности данного вида товаров приведены в табл. 1

Таблица 1. Особенности наглядных пособий из пластика

Плюсы

Минусы

Область применения

  • Низкая стоимость

  • Прочность

  • Небольшой вес

  • Безопасность использования

  • Наглядность

  • Время печати

  • на уроках в начальной и средней школе

  • на занятиях в детских садах и школах раннего развития

  • для самостоятельных занятий дома

Продукция проекта – набор геометрических фигур, набор моделей молекул для химии, и набор моделей по биологии, физике, упакованных в полиэтиленовую пленку. В комплект входит инструкция по использованию данного набора, а также примеры задач, для решения которых можно использовать фигуры. Таким образом, наборы могут использовать не только учителя на уроках, но и родители при обучении детей на дому. Проектом разработаны четыре набора, состоящих из разного количества фигур.

Характеристика и описание набора приведены в табл. 2.

Таблица 2. Описание продукции

Наименование набора

Описание

Комплект

1

Набор№1 по геометрии

Набор геометрических фигур из пластика

Куб, шар, цилиндр,

пирамида

2

Набор №2 по стереометрии

Набор геометрических фигур с сечениями из пластика

Параллелепипед, тетраэдр,

цилиндр, пирамида

3

Набор №3 по стереометрии

Набор со встроенными геометрическими фигурами из пластика

цилиндр встроенный в куб, пирамида со встроенным шаром, пирамида со встроеннымсечением(параллельным основанию),

пирамида со встроенным сечением

4

Набор №4 по химии

Набор моделей молекул

воды(Н2О), метана(СН4),

этилена(С2Н4),

углекислого газа(CO2).

Товары предназначены для использования детьми в возрасте 5-17 лет.

Целевая аудитория: школьные образовательные учреждения (школы, гимназии, колледжи), дошкольные образовательные учреждения (детские сады, школы раннего развития), родители детей, с любым уровнем дохода.

Реализация осуществляется через интернет-торговлю (собственный сайт)

Проект предусматривает возможность расширения ассортимента без дополнительных затрат на оборудование и увеличение штата.

Вся продукция разработана с учетом требований нормативной документацииСанПиН (Санитарные правила и нормы) 2.4.7.007-93 "Производство и реализация игр и игрушек".

4) Продажи и маркетинг

Как показал анализ открытых источников, в настоящее время на рынке России отсутствуют производители, специализирующиеся на производстве наглядных пособий на 3D принтерах. Удалось найти через поисковые системы 4-х производителей пособий, но они предлагают пособия сделанные с помощью других технологий. Ни одно из указанных предприятий, таким образом, не может рассматриваться в качестве прямого конкурента данного проекта.

В табл.3 приведена оценка конкурентоспособности продукции на основании ее эксплуатационных качеств в сравнении с другими видами наглядных пособий. Оценка выставлена по пятибалльной шкале методом экспертных оценок; 1 балл – наихудшее значение.

Таблица 3. Сравнительная оценка конкурентоспособности продукции

Категория товаров по материалам

Эксплуатационные характеристики

Сумма, баллов

 
 

Цена

Прочность

Долговечность

Безопасность

 
 

3

5

5

5

18

 

4

1

1

5

11

 

2

2

3

4

11

 

5

5

5

5

20

Таким образом, наглядные пособия, изготовленные на 3D принтере, обладают высокой конкурентоспособностью по цене, долговечности, прочности и безопасности, что имеет на сегодняшний день большое значение.

Однако, на данный момент производственные мощности позволяют производить и упаковывать не более 2 наборов в день, что и принимается за плановое значение при расчете финансового плана. В дальнейшем, возможно расширение производственных мощностей.

Ценовая политика проекта учитывает особенности целевой аудитории проекта. При сравнительно низкой себестоимости продукции в нее заложена достаточно высокая рентабельность. При этом, уровень цен существенно ниже, чем цены аналогичной продукции из традиционных материалов (в среднем, на 30%-50%).

В инвестиционные затраты заложены также расходы на стартовую рекламную кампанию. В дальнейшем, предполагается продвижение продукции в социальных сетях vk.com, Facebook, Instagram. Одноклассники.

Таблица 4. Плановые объемы продаж

 

Товар

Цена за фигуру., руб.

Цена набора, руб.

Средний плановый объем продаж, ед./мес

Выручка, руб. в мес

1

Набор №1 по геометрии

450,00

1800,00

12

21600,00

2

Набор №2 по стереометрии

520,00

2080,00

10

20800,00

3

Набор №3 по стереометрии 2

630,00

2520,00

12

30240,00

4

Набор №4 по химии

700,00

2800,00

10

28000,00

 

Итого:

     

100 640,00

5) План производства и производственные затраты

Для изготовления продукции проекта используется 3D принтер (Wanhao Duplicator 6) и пластик для 3D принтера ( PLA- пластик не токсичный, экологичный, биоразлагаемый). Модели разработаны с использованием программы T-Flex.

Таблица 5. Характеристика и время печати на 3D принтере Wanhao Duplicаtor 6

 

Наименование

Показатель

1

Скорость печати

120 мм/с

2

Скорость свободного перемещения

120 мм/с

3

Заполнение

30%

4

Слой

0.2 мм

5

Затрачено времени

3 часа

Производство включает в себя 3 основных этапа:

1-Моделирование фигур в CAD системе и прототипирование на 3D принтере.

2- Отладка технологического процесса.

3-Получение продукта печати

Таблица 6. Разовые и ежемесячные производственные затраты

Итого год :

6) Организационный план

Одним из факторов успеха предприятия является соответствие качества продукции и ее эксплуатационных характеристик ожиданиям целевой аудитории. Разработкой занимается непосредственно инициатор проекта, выполняющий также функции управляющего и главного технолога. Он осуществляет руководящие функции, проводит текущие исследования рынка, ведет переговоры с ключевыми партнерами и поставщиками.

Взаимодействие с покупателями осуществляется через сайт компании (электронная почта).

Один человек может быть и управляющим, и бухгалтером, и специалистом по печати, и менеджером по продажам.

7) Финансовый план Таблица 7. Производительность и расход пластика

8 фигур в день

180 фигур в месяц

1800 фигур в год

Расчет пластика

1 катушка-1 кг пластика- 12 фигур ( по оптовой цене)

1 фигура-80 гр- (250-270 руб)

Количество пластика в месяц-15*750=11 250 руб (15 кг)

В год- х12 =135 000 руб (180 кг)

Таблица 8. Доходы в месяц

 

Товар

Стоимость набора

Количество наборов в месяц

Доход в месяц руб.

1

Набор №1 по геометрии

1800

12

21 600

2

Набор №2 по стереометрии

2080

10

20 800

3

Набор №3 по стереометрии*

2520

12

30 240

4

Набор №4 по химии

2800

10

28 000

Итого: 100640руб. в месяц

Таблица 9. Движение денежных потоков.

Месяцы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Доходы

0

50320

100640

100640

100640

100640

100640

100640

100640

100640

150960

201280

Расходы

-33350

33350

33350

33350

33350

33350

33350

33350

33350

33350

33350

33350

Результат

-33350

16970

67290

67290

67290

67290

67290

67290

67290

67290

117610

167930

Налог15%

0

2545

10094

10094

10094

10094

10094

10094

10094

10094

17642

25190

Чистая прибыль

-33350

33350

14425

57196

57196

57196

57196

57196

57196

57196

99968

142740

Нарастающий итог

-33350

-18925

38271

95467

152663

209859

267055

324251

381447

438643

538611

681351

В итоге: Единовременные затраты 128000руб. окупятся через 4,5 месяца.

В конце 1-го года чистая прибыль составит 681351руб.

Финансовый план учитывает все доходы и расходы проекта. Доходы предполагаются только от операционной деятельности, инвестиционная деятельность не запланирована. Затраты разделены на инвестиционные, переменные и постоянные.

Основная статья инвестиционных затрат – расходы на создание сайта. Кроме того, предусмотрены затраты на производство первой партии продукции и на формирование фонда оборотных средств, покрывающего убытки предприятия до выхода его на окупаемость.

Постоянные затраты включают коммунальные платежи, оплату связи, рекламу и амортизацию основных средств и нематериальных активов. Размер амортизационных отчислений рассчитан линейным методом.

Организационно-правовая форма – ИП.

При сравнении различных схем налогообложения была выбрана УСН с объектом «доходы - расходы» (ставка – 15%).

8) Риски по проекту:

1. Низкие объемы продаж - данную проблему можно решить за счет расширения производства.

2. Небольшой ассортимент продукции-увеличение ассортимента, многозадачность, ориентир на индивидуальные заказы. 3. Рост цен на сырье - заключение договора с поставщиком ( получение скидки на оптовые закупки).

9) Оценка эффективности

Эффективность проекта определяется на основании финансового плана.

Чистая прибыль первого года составит 681351,00 руб при единовременных затратах в размере 128000,00руб.

Эти цифры говорят о достаточно высокой инвестиционной привлекательности и эффективности проекта.

Срок окупаемости (Payback Period, PP) - мы предполагаем, что срок окупаемости возникнет через 4,5 месяца.(см. Табл. 9)

2.2.3. Создание Веб-сайта

Сайт создан с помощью конструктора сайта Wix.

3. Заключение

Поставленная в работе цель успешно достигнута. Освоив 3D технологии, включающие в себя 3D моделирование, изучив САПР, принцип работы 3D принтера и технологию печати, автор создал и распечатал на 3D принтере конус и молекулу воды в качестве опытного образца проектной продукции. Также изучив теоретические основы бизнес-планирования (изучение рынка, расчет затрат на производство, анализ рисков и гарантий, окупаемость проекта), автором создан бизнес-план, состоящий из резюме проекта, описания компании и отрасли, описания товаров и услуг, продажи и маркетинга, плана производства и производственных затрат, организационного плана, финансового плана, гарантий и рисков, оценки эффективности и перспектив развития данного предприятия. Для реализации продукции предприятия создан веб-сайт, с помощью конструктора сайтов.

Разработка и изготовление моделей проводились на базе центра технологической поддержки образования ЦТПО МГТУ СТАНКИН.

Проект можно рассматривать как прототип деятельности предприятия от момента возникновения идеи до создания опытных образцов и создания предприятия по производству продукции данного типа. Пособия, созданные с помощью 3D технологий могут быть использованы на уроках математики, физики, химии, геометрии, истории, литературы.

Подводя итоги, мы можно сделать вывод, что представленный проект при умелом управлении и грамотном планировании является эффективным для реализации.

4. Список литературы

1. Адамс Б. Бизнес-планирование : Эффективные методики разработки / пер. с англ. Долгова С.А.. – М. : АСТ ;Астрель, 2007. – 480с. 2. Кроудер Дэвид. Создание веб-сайта для чайников. 3-е издание. Пер. с англ. — М.: Вильямс, 2009. — 352 с. 3. Морошкин, В. А. Бизнес-планирование: учебное пособие / В. А. Морошкин, В. П. Буров. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2009. — 256 с. 4. Большаков В. П., Бочков А. Л. Основы 3D-моделирования: учебный курс.-Санкт-Петербург: Питер, 2012. - 304 с. 5. Орлова, Е.Р. Бизнес-план: основные проблемы и ошибки, возникающие при его написании / Е.Р. Орлова. – 2-е изд., испр. и доп. – Омега-Л, 2012. – 152 с. 6. Петухова, С.В. Бизнес – планирование / С.В. Петухова.- М.: Омега – Л, 2009. – 236 с. 7. Сборник бизнес-планов: практическое пособие / ред. Ю. Н. Лапыгин. — М.: Омега-Л, 2012. — 310 с. 8. Соколова Т.Ю. AutoCAD 2009 для студента / Т.Ю. Соколова. - Санкт-Петербург: Питер, 2009. 9. Интернет-ресурсы: https://www.blender.org/