Mechanical Engineering

UPSC Mechanical Engineering 2026 — Paper I

All 8 questions from UPSC Civil Services Mains Mechanical Engineering 2026 Paper I (400 marks total). Every stem reproduced in full, with directive-word analysis, marks, word limits, and answer-approach pointers.

8Questions
400Total marks
2026Year
Paper IPaper

A

Q1
50M Compulsory solve

(a) A uniform beam has a mass of 50 kg per metre length. Compute the reactions at the support O. The force loads shown lie in a vertical plane. (10 marks) (b) The fixed-ended bar ABCD consists of three prismatic segments, as shown in the figure. The end segments have a cross-sectional area A₁ = 840 mm² and length L₁ = 200 mm. The middle segment has a cross-sectional area A₂ = 1260 mm² and length L₂ = 250 mm. Loads P_B and P_C are equal to 25·5 kN and 17·0 kN, respectively. (i) Determine the reactions R_A and R_D at the fixed supports. (ii) Determine the compressive axial force F_BC in the middle segment of the bar. (10 marks) (c) Why is the grain size important in polycrystalline materials? How is it estimated? (i) If 75 grains per square inch are measured at 100× magnification, determine the ASTM grain size number of the metal specimen. (ii) For the same specimen, how many grains per square inch can be estimated at 60× magnification? Why is grain size important in polycrystalline materials ? How is it estimated ? (i) Determine the ASTM grain size number of a metal specimen if 75 grains/square inch are measured at a magnification of 100×. (ii) For the same specimen, how many grains/inch² can be estimated at a magnification of 60× ? (10 marks) (d) In a gear drive, the power component is 0·94 times the normal thrust with the addendum for stub teeth being 85% of the module. Determine the minimum number of teeth to avoid undercutting and length of path of contact in terms of module, m, if : (i) The gear ratio is unity. (ii) The gear ratio is 2·5. (10 marks) (e) A turbine shaft of diameter d is under a thrust load P and torque T (as shown in the figure). Calculate the largest permissible value of the load P if the allowable normal stress is not to exceed σall. Given : d = 60 mm, T = 2 kN.m, σall = 220 MPa (10 marks)

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(a) एक समरूप धरन का द्रव्यमान 50 kg प्रति मीटर लंबाई है। आधार O पर प्रतिक्रियाओं की गणना कीजिए। दिखाए गए बल भार एक ऊर्ध्वाधर तल में स्थित हैं। (10 अंक) (b) चित्र में दर्शाए अनुसार, एक स्थिर-सिरों वाली छड़ ABCD तीन प्रिज़्मीय खंडों से बनी है। अंतिम खंडों का अनुप्रस्थ-काट क्षेत्रफल A₁ = 840 mm² तथा लम्बाई L₁ = 200 mm है। मध्य खंड का अनुप्रस्थ-काट क्षेत्रफल A₂ = 1260 mm² तथा लम्बाई L₂ = 250 mm है। P_B और P_C पर लगाए गए भार क्रमश: 25.5 kN तथा 17.0 kN हैं। (i) स्थिर आधारों R_A और R_D पर प्रतिक्रियाएँ ज्ञात कीजिए। (ii) छड़ के मध्य खंड में संपीडन अक्षीय बल F_BC ज्ञात कीजिए। (10 अंक) (c) बहुक्रिस्टलीय पदार्थों में कण का आकार क्यों महत्त्वपूर्ण है ? इसे कैसे अनुमानित किया जाता है ? (i) यदि 100 गुना आवर्धन पर 75 कण/वर्ग इंच मापे जाते हैं, तो धातु के नमूने की ASTM कण आकार संख्या निर्धारित कीजिए। (ii) उसी नमूने के लिए, 60 गुना आवर्धन पर कितने कण/वर्ग इंच अनुमानित किए जा सकते हैं ? बहुक्रिस्टलीय पदार्थों में कण आकार क्यों महत्वपूर्ण है ? इसका अनुमान कैसे लगाया जाता है ? (i) किसी धातु नमूने का ASTM कण आकार क्रमांक निर्धारित कीजिए, यदि 100× आवर्धन पर 75 कण/वर्ग इंच मापे गए हैं । (ii) इसी नमूने के लिए, 60× आवर्धन पर कितने कण/इंच² अनुमानित किए जा सकते हैं ? (10 अंक) (d) एक गियर ड्राइव में, शक्ति घटक, सामान्य प्रणोद का 0·94 गुना है, तथा स्टब दाँतों के लिए युक्तक (एडेंडम) मॉڈ्यूल का 85% है । अंडरकटिंग से बचने के लिए दाँतों की न्यूनतम संख्या और मॉड्यूल m के संदर्भ में संपर्क पथ की लंबाई ज्ञात कीजिए, यदि : (i) गियर अनुपात इकाई है । (ii) गियर अनुपात 2·5 है । (10 अंक) (e) व्यास d वाला एक टरबाइन शाफ्ट प्रणोद भार (थ्रस्ट लोड) P तथा बल-आघूर्ण (टॉर्क) T के अधीन है (जैसा कि चित्र में दर्शाया गया है) । भार P का अधिकतम अनुमेय मान परिकलित कीजिए, यदि अनुमेय सामान्य प्रतिबल σall से अधिक ना हो । दिया गया है : d = 60 mm, T = 2 kN.m, σall = 220 MPa (10 अंक)

Answer approach & key points

(a) Compute the three reaction components (two force components and the fixing couple) at the built-in support O of a bent cantilever beam, including the self-weight of the uniform beam (50 kg/m). 'Compute the reactions' means give Ox, Oy and M_O with correct signs/senses. (b) A statically indeterminate stepped bar fixed at both ends carries two intermediate axial loads. (i) Find the two support reactions R_A and R_D; (ii) find the compressive axial force F_BC in the middle segment. Both sub-parts must be answered. (c) Three demands: explain WHY grain size matters in polycrystalline metals, explain HOW it is measured (ASTM E112 methods), and then solve (i) the ASTM grain-size number for 75 grains/in^2 at 100x and (ii) the grains/in^2 the same specimen would show at 60x. (d) From the data 'power component = 0.94 x normal thrust' (i.e. cos(phi) = 0.94, so pressure angle phi = 20°) and stub-tooth addendum = 0.85 m, find for BOTH gear ratios G = 1 and G = 2.5 the minimum number of teeth on the pinion to avoid interference/undercutting AND the length of the path of contact expressed in terms of the module m. (e) For a solid circular shaft of d = 60 mm carrying an axial thrust P together with a torque T = 2 kN.m, find the largest permissible P so that the maximum (principal) normal stress does not exceed sigma_all = 220 MPa. This is a combined axial-plus-torsion principal-stress problem.

  • Self-weight 0.4905 kN/m applied as 1.177 kN on the horizontal part and 0.589 kN on the inclined part at their midpoints
  • Resolution of the 1.4 kN load perpendicular to the inclined member into 0.70 kN and 1.21 kN components
  • Force balance: O_x = 0.70 kN (left), O_y = 5.98 kN (up)
  • Moment balance with the 4 kN·m couple giving M_O ≈ 9.12 kN·m (counter-clockwise)
  • Equilibrium plus compatibility (zero total elongation) for a statically indeterminate bar
  • Axial forces expressed in one unknown, with L₁/A₁ and L₂/A₂ used correctly
  • R_A = 10.5 kN and R_D = 2.0 kN with senses
  • F_BC = 15.0 kN compressive
  • Importance: Hall–Petch strengthening, toughness, creep and other properties
  • Estimation methods of ASTM E112: comparison, planimetric and intercept
  • ASTM number n = 1 + log₂ 75 ≈ 7.2
  • N₆₀ = 75 × (100/60)² ≈ 208 grains/in²
  • Pressure angle from cos φ = 0.94, φ ≈ 20°
  • Minimum teeth formula with a_w = 0.85 m: 11 teeth for G = 1 and 32 for G = 2.5
  • Path of approach and recess from addendum and pitch radii
  • Path of contact ≈ 3.62 m for G = 1 and ≈ 4.46 m for G = 2.5
  • Torsional shear stress τ = 16T/πd³ = 47.16 MPa
  • Principal stress σ_max = σ/2 + √((σ/2)² + τ²) with σ = P/A
  • Solving σ = (σ_all² − τ²)/σ_all = 209.9 MPa
  • P = σA ≈ 593 kN
Q2
50M explain

(a) What is heat treatment ? What is its purpose ? Explain different heat treatment processes with the help of common microstructural phases of steel on an Iron-Carbon equilibrium diagram. (10 marks) (b) A steel tube has a mean diameter of 100 mm and a thickness of 3 mm. Calculate the torque which can be transmitted by the tube with a factor of safety of 2·25, if the criterion of failure is : (i) Maximum shear stress (ii) Maximum strain energy (iii) Maximum shear strain energy The elastic limit of the steel in tension is 225 MN/m² and Poisson's ratio v is 0·3. (20 marks) (c) The effective turning moment of a two-wheeler engine crankshaft for every 180° of crank rotation is represented by : T (N-m) = 8000 + 1000 sin 2θ − 2000 cos 2θ where θ is the crank inclination with respect to the inner dead centre. A flywheel of 500 kg mass with radius of gyration of 750 mm is provided on the crank. Assuming external resistance as constant at an engine speed of 300 rpm, determine : (i) The maximum, minimum and mean torques. Also represent them on a T – θ diagram. (ii) The power developed. (iii) Total percentage fluctuation in speed. (iv) If, owing to size constraints, radius of gyration of the flywheel is reduced to 600 mm, will the percentage (%) fluctuation of speed increase ? If yes, then by how much ? (20 marks)

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(a) ऊष्मा उपचार क्या है ? इसका उद्देश्य क्या है ? लौह-कार्बन संतुलन आरेख पर इस्पात की सामान्य सूक्ष्मसंरचनात्मक अवस्थाओं की सहायता से विभिन्न ऊष्मा उपचार प्रक्रियाओं की व्याख्या कीजिए। (10 अंक) (b) एक इस्पात नलिका (स्टील ट्यूब) का औसत व्यास 100 mm और मोटाई 3 mm है । 2·25 सुरक्षा गुणांक के साथ नलिका (ट्यूब) द्वारा संचारित किए जा सकने वाले बल-आघूर्ण की गणना कीजिए, यदि विफलता का मापदंड निम्नलिखित हो : (i) अधिकतम अपरूपण प्रतिबल (ii) अधिकतम विकृति ऊर्जा (iii) अधिकतम अपरूपण विकृति ऊर्जा तनन में इस्पात (स्टील) की प्रत्यास्थ सीमा 225 MN/m2 तथा प्वासों अनुपात ν 0·3 है। (20 अंक) (c) एक दोपहिया वाहन के इंजन के क्रैंक शाफ्ट का प्रत्येक 180° क्रैंक परिक्रमण (घूर्णन) पर प्रभावी वर्तन आघूर्ण निम्न सूत्र द्वारा निरूपित किया गया है : T (N-m) = 8000 + 1000 sin 2θ − 2000 cos 2θ जहाँ θ क्रैंक का आंतरिक डेड सेंटर के सापेक्ष झुकाव है। क्रैंक पर 500 kg द्रव्यमान और 750 mm परिभ्रमण त्रिज्या (रेडियस ऑफ़ जाइरेशन) वाला एक फ्लाईव्हील लगा है। 300 rpm की इंजन गति पर बाह्य प्रतिरोध को स्थिर मानते हुए निम्नलिखित ज्ञात कीजिए : (i) अधिकतम, न्यूनतम और औसत बल-आघूर्ण (टॉर्क)। इन्हें T – θ आरेख पर भी प्रदर्शित कीजिए। (ii) उत्पन्न शक्ति। (iii) गति में कुल प्रतिशत उतार-चढ़ाव। (iv) यदि, आकार की सीमाओं के कारण फ्लाईव्हील की परिभ्रमण त्रिज्या (रेडियस ऑफ़ जाइरेशन) को घटा कर 600 mm कर दिया जाए, तो क्या गति के प्रतिशत उतार-चढ़ाव में वृद्धि होगी ? यदि हाँ, तो कितनी ? (20 अंक)

Answer approach & key points

(a) Define heat treatment, state its purposes, and explain the main heat-treatment processes (annealing, normalising, hardening/quenching, tempering, austempering/martempering, case hardening) by locating them on the Fe-Fe3C equilibrium diagram and naming the microstructural phases produced. (b) For a thin steel tube in pure torsion (mean diameter 100 mm, thickness 3 mm), calculate the transmissible torque for a factor of safety of 2.25 under three separate failure theories: (i) maximum shear stress (Tresca/Guest), (ii) maximum total strain energy (Haigh/Beltrami), and (iii) maximum shear strain energy (von Mises/Distortion energy). All three must be evaluated. (c) A flywheel problem with a harmonic turning-moment diagram T = 8000 + 1000 sin 2theta - 2000 cos 2theta over a 180° cycle. Four sub-parts must all be answered: (i) T_max, T_min, T_mean plus a labelled T-theta sketch; (ii) power developed; (iii) total percentage fluctuation of speed; (iv) the new percentage fluctuation if k falls from 750 mm to 600 mm, and by how much it rises.

  • Definition and purposes of heat treatment
  • Critical lines A₁, A₃, A_cm and 0.8% C eutectoid on the Fe–Fe₃C diagram
  • Annealing and normalising with temperature ranges and products (coarse and fine pearlite)
  • Hardening to martensite, tempering, austempering/martempering (bainite) and case hardening
  • Thin-tube shear stress τ = T/(2A_m t) with A_m = πd²/4 and principal stresses ±τ
  • Tresca: τ = 50 N/mm², T ≈ 2.36 kN·m
  • Haigh: 2.6τ² = 100², T ≈ 2.92 kN·m
  • von Mises: 3τ² = 100², T ≈ 2.72 kN·m
  • T_max = 10 236 N·m, T_min = 5764 N·m, T_mean = 8000 N·m, with labelled T–θ diagram
  • Power = 8000 × 31.416 ≈ 251.3 kW
  • ΔE = 2236 J, I = 281.25 kg·m², C_s ≈ 0.806%
  • New C_s ≈ 1.259%, an increase of about 0.453 percentage points
Q3
50M calculate

(a) (i) The acceleration of a particle along a straight line is defined by a = (2t – 9) m/s², where t is in seconds. At t = 0, s = 1 m and v = 10 m/s. When t = 9 s, determine : (I) The particle's position, (II) The total distance travelled, and (III) The velocity of the particle. (10 marks) (ii) As shown in the figure, a pressurised steel tank is fabricated with a helical weld, which makes an angle α = 55° with the longitudinal axis. The radius of the tank is r = 0·6 m, the wall thickness is t = 18 mm, and the internal pressure is P = 2·8 MPa. Also, the modulus of elasticity of the steel is E = 200 GPa and Poisson's ratio ν = 0·30. For the cylindrical portion of the tank, determine the following quantities : (I) Circumferential and longitudinal stresses. (II) Maximum in-plane and out-of-plane shear stresses. (III) Circumferential and longitudinal strains. (10 marks) (b) (i) The surface of an airplane wing is subjected to plane stress with normal stresses σx and σy and shear stress τxy, as shown in the figure. At a counterclockwise angle θ = 32° from the x-axis, the normal stress is 37 MPa tension, and at an angle θ = 48°, it is 12 MPa compression. If the stress σx equals 110 MPa tension, what are the stresses σy and τxy ? (10 marks) (ii) Determine the damped natural frequency of the system shown in the figure. (10 marks) (c) A glass-epoxy composite consists of full length fibers of E-glass with modulus 72·5 GPa embedded in epoxy matrix with modulus 3·5 GPa. The volume percentage of glass fibers is 35%. Compute : (i) The modulus of elasticity of the composite in longitudinal and transverse directions. (ii) The strain sustained by fibers and matrix, if a stress of 50 MPa is imposed on a cross-sectional area of 250 mm². (10 marks)

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(a) (i) एक कण का सीधी रेखा में त्वरण a = (2t – 9) m/s² द्वारा परिभाषित किया जाता है, जहाँ t सेकेंड में है। t = 0 पर, s = 1 m और v = 10 m/s है। जब t = 9 s हो, तो निर्धारित कीजिए : (I) कण की स्थिति, (II) तय की गई कुल दूरी, तथा (III) कण का वेग। (10 अंक) (ii) चित्र में दर्शाए अनुसार, एक दाबयुक्त इस्पात टैंक का निर्माण एक पेचदार (हेलिकल) वेल्ड से किया गया है, जो अनुदैर्ध्य (लॉंगिट्यूडिनल) अक्ष के साथ α = 55° का कोण बनाता है। टैंक की त्रिज्या r = 0·6 m, दीवार की मोटाई t = 18 mm, तथा आंतरिक दाब P = 2·8 MPa है। साथ ही, इस्पात का प्रत्यास्थता मापांक E = 200 GPa तथा प्वासों अनुपात ν = 0·30 है। टैंक के बेलनाकार भाग के लिए निम्नलिखित राशियों का निर्धारण कीजिए : (I) परिधीय तथा अनुदैर्ध्य प्रतिबल। (II) अधिकतम तलीय और तल से बाहर अपरूपण प्रतिबल। (III) परिधीय तथा अनुदैर्ध्य विकृतियाँ। (10 अंक) (b) (i) चित्र में दर्शाए अनुसार, एक विमान के पंख की सतह पर समतलीय प्रतिबल की अवस्था है, जिसमें अभिलंब प्रतिबल σx तथा σy एवं अपरूपण प्रतिबल τxy है। x-अक्ष से वामावर्त कोण θ = 32° पर अभिलंब प्रतिबल 37 MPa तनन है, तथा θ = 48° कोण पर यह 12 MPa संपीडन है। यदि प्रतिबल σx, 110 MPa तनन के बराबर है, तो प्रतिबल σy तथा τxy क्या होंगे ? (10 अंक) (ii) आकृति में दर्शाए गए निकाय की अवमंदित प्राकृतिक आवृत्ति ज्ञात कीजिए। (10 अंक) (c) एक काँच-एपॉक्सी समिश्र पदार्थ में 72·5 GPa मापांक वाले पूर्ण लम्बाई के एपॉक्सी-काँच के रेशे 3·5 GPa मापांक वाले एपॉक्सी मैट्रिक्स में अंतर्निहित हैं। काँच के रेशों का आयतन प्रतिशत 35% है। गणना कीजिए : (i) अनुदैर्ध्य तथा अनुप्रस्थ दिशाओं में समिश्र पदार्थ का प्रत्यास्थता मापांक। (ii) 250 mm² के अनुप्रस्थ-काट क्षेत्रफल पर 50 MPa का प्रतिबल लगाए जाने पर रेशों और मैट्रिक्स द्वारा सहन की गई विकृति। (10 अंक)

Answer approach & key points

(a(i)) Rectilinear kinematics with variable acceleration a = (2t - 9) m/s^2. Integrate twice with the given initial conditions and report, at t = 9 s, (I) the position s, (II) the TOTAL DISTANCE travelled (not displacement), and (III) the velocity. (a(ii)) For the cylindrical part of a thin-walled pressure vessel (r = 0.6 m, t = 18 mm, p = 2.8 MPa, E = 200 GPa, nu = 0.30) compute (I) circumferential and longitudinal stresses, (II) the maximum in-plane AND out-of-plane shear stresses, and (III) circumferential and longitudinal strains. All three sub-parts carry marks. (b(i)) An inverse plane-stress problem: given sigma_x = 110 MPa and the normal stress on two inclined planes (37 MPa tension at theta = 32°, 12 MPa compression at theta = 48°), find the two unknowns sigma_y and tau_xy by setting up and solving two simultaneous transformation equations. (b(ii)) Derive the damped natural frequency of a single-degree-of-freedom rotational system: a rigid massless bar pivoted at O, with a spring k at distance a on one side, a viscous damper c at distance b on the other side, and a concentrated mass m at distance l. The answer is a symbolic expression, since no numerical data are given. (c) For a continuous unidirectional glass-epoxy composite (E_f = 72.5 GPa, E_m = 3.5 GPa, V_f = 35%), compute (i) the longitudinal and transverse moduli using the rule of mixtures and the inverse rule of mixtures, and (ii) the strain in the fibres and in the matrix when a stress of 50 MPa acts on a 250 mm^2 cross-section.

  • v = t² − 9t + 10 and s = t³/3 − 4.5t² + 10t + 1 with the initial conditions
  • Position s(9) = −30.5 m and velocity v(9) = 10 m/s
  • Turning points from v = 0 at t = 1.298 s and 7.702 s
  • Total distance = 56.0 m, distinct from displacement −31.5 m
  • Hoop stress 93.3 MPa and longitudinal stress 46.7 MPa
  • Maximum in-plane shear 23.3 MPa
  • Maximum out-of-plane shear 46.7 MPa
  • Strains ε_c ≈ 3.97 × 10⁻⁴ and ε_L ≈ 9.33 × 10⁻⁵
  • Transformation equation σ_θ = (σx+σy)/2 + (σx−σy)/2 cos 2θ + τ sin 2θ written for both angles
  • Two simultaneous equations set up with correct trigonometric values
  • σ_y ≈ −60.7 MPa
  • τ_xy ≈ −27.9 MPa
  • Equation of motion m l² θ̈ + c b² θ̇ + k a² θ = 0
  • Equivalent inertia, damping and stiffness identified
  • Natural frequency ω_n = (a/l)√(k/m) and ζ = c b²/(2 a l √(k m))
  • ω_d = ω_n√(1 − ζ²) = √(k a²/(m l²) − c² b⁴/(4 m² l⁴))
  • E_L = 27.65 GPa by the rule of mixtures
  • E_T = 5.25 GPa by the inverse rule
  • Load = 12.5 kN and equal strain ε = 1.81 × 10⁻³ in fibre and matrix along the fibres
  • Fibre and matrix stresses 131.1 and 6.33 MPa with loads adding to 12.5 kN
Q4
50M calculate

(a) A simple beam is loaded as shown in the figure. Using the double-integration method, determine the following : (i) The equation of the elastic curve (ii) The slope at the end A (iii) The deflection at the midspan (20 marks) (b) A shaft carries three eccentric masses of 1 kg each at radial distances of 20, 30 and 20 mm with the central plane 50 mm apart. Their angular positions are 120° apart. If the shaft is balanced by adding two masses at a radius of 700 mm and at distances of 100 mm each from the central plane of the middle eccentric, (i) Determine the magnitudes and angular positions of the masses. (ii) If one of the masses is shifted to a radius of 50 mm due to space constraints, determine the change in its magnitude. Will there be any change in the mass and location of the other masses ? (20 marks) (c) Determine the magnitude P of the horizontal force required to initiate motion of the block of mass m0 for the cases : (A) P is applied to the right, and (B) P is applied to the left. Compute a general solution in each case, and then evaluate your expression for the values θ = 30°, m = m0 = 3 kg, μs = 0·60, and μk = 0·50. (10 marks)

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(a) चित्र में दर्शाए अनुसार, एक साधारण धरन पर भार लगाया गया है । द्वि-समाकलन (डबल इंटीग्रेशन) विधि का उपयोग करके निम्नलिखित का निर्धारण कीजिए : (i) प्रत्यास्थ वक्र (इलास्टिक कर्व) का समीकरण (ii) सिरे A पर ढलान (प्रवणता) (iii) मध्य विस्तृति (मिडस्पैन) पर विक्षेपण (20 अंक) (b) एक शाफ्ट पर एक-एक kg के तीन उत्केन्द्री द्रव्यमान क्रमश: 20, 30 और 20 mm की त्रिज्य दूरी पर स्थित हैं, तथा केन्द्रीय तल से इनकी दूरी 50 mm है । इनकी कोणीय स्थितियों के बीच का अंतर 120° है । यदि शाफ्ट को संतुलित करने के लिए मध्य उत्केन्द्री द्रव्यमान के केन्द्रीय तल से 700 mm की त्रिज्या और प्रत्येक 100 mm की दूरी पर दो द्रव्यमान जोड़े जाते हैं, तो : (i) द्रव्यमानों के परिमाण तथा कोणीय स्थितियाँ निर्धारित कीजिए। (ii) यदि स्थान की कमी के कारण एक द्रव्यमान को 50 mm की त्रिज्या पर स्थानांतरित किया जाता है, तो उसके परिमाण में परिवर्तन निर्धारित कीजिए। क्या अन्य द्रव्यमानों के द्रव्यमान एवं स्थिति में कोई परिवर्तन होगा ? (20 अंक) (c) निम्नलिखित स्थितियों के लिए, द्रव्यमान m₀ वाले ब्लॉक की गति प्रारम्भ करने हेतु आवश्यक क्षैतिज बल P का परिमाण ज्ञात कीजिए : (A) P दाहिनी ओर लगाया जाता है, और (B) P बाईं ओर लगाया जाता है। प्रत्येक स्थिति के लिए एक सामान्य हल प्राप्त कीजिए, और फिर θ = 30°, m = m₀ = 3 kg, μs = 0·60, तथा μk = 0·50 मानों के लिए अपने व्यंजक का मूल्यांकन कीजिए। (10 अंक)

Answer approach & key points

(a) A simply supported beam of span L carries a triangular distributed load of peak intensity w0 at A falling linearly to zero at B. Using the DOUBLE-INTEGRATION method only, obtain (i) the equation of the elastic curve, (ii) the slope at A, and (iii) the deflection at midspan. The method is prescribed, so a moment-area or Macaulay short cut earns reduced credit. (b) Balancing of several masses in different planes. (i) Find the magnitude and angular position of two balance masses placed at radius 700 mm in planes 100 mm either side of the middle eccentric's plane; (ii) if one balance mass is moved to a radius of 50 mm, find its new magnitude and state whether the other mass or any position changes. (c) A friction problem with two bodies: a uniform bar pinned at B and resting on a block of mass m0 on the floor. Derive a GENERAL expression for the horizontal force P needed to start the block moving, for P acting towards the right and for P acting towards the left, then evaluate both for theta = 30°, m = m0 = 3 kg, mu_s = 0.60, mu_k = 0.50.

  • Reactions R_A = w₀L/3 and R_B = w₀L/6, and bending moment M(x) = w₀Lx/3 − w₀x²/2 + w₀x³/(6L)
  • EI y″ = M integrated twice with constants from y(0) = y(L) = 0
  • Elastic curve y = (w₀/(360EIL))(20L²x³ − 15Lx⁴ + 3x⁵ − 8L⁴x), C₁ = −w₀L³/(45)
  • θ_A = w₀L³/(45EI) and y(L/2) = 5w₀L⁴/(768EI), both downward
  • Force polygon Σ mr = 0 and couple polygon Σ mrz = 0 about the central plane
  • (mr)_A = (mr)_B = 10 kg·mm at 240° and 0° respectively
  • Balancing masses 14.3 g each at 700 mm
  • Shifted mass = 10/50 = 0.2 kg (200 g), with no change to the other mass or the angular positions
  • Moment equilibrium of the bar about B with normal force N and friction ±μ_k N at A
  • N = mg/[2(1 ∓ μ_k tan θ)] for the two directions
  • P = (μ_k + μ_s)N + μ_s m₀ g
  • P_A ≈ 40.4 N (right) and P_B ≈ 30.2 N (left)

B

Q5
50M Compulsory solve

(a) A cylindrical workpiece of 60 mm diameter is turned down to 50 mm over a length of 120 mm on a CNC lathe with cutting speed of 120 m/min and feed of 0·3 mm/rev. Find the machining time. (10 marks) (b) A firm chooses between two processes (X and Y) to manufacture a component. Process X has a fixed cost of ₹ 9,60,000/year with a variable cost of ₹ 55/unit. Process Y has a fixed cost of ₹ 15,00,000/year with a variable cost of ₹ 38/unit. The selling price is ₹ 110/unit. (i) Calculate the break-even volume for each process independently. (ii) Determine the cross-over point between Process X and Process Y. (iii) If the firm forecasts demand of 35,000 units, compute the profit under each process and recommend a choice. What is the margin of safety (%) under the preferred process. (10 marks) (c) A laser beam delivers 5 J of energy in 0·01 sec over an area of 0·5 mm². Calculate the power density of the laser beam. (10 marks) (d) A production process is monitored using X̄ and R charts. Fifteen subgroups of size n = 5 were inspected. The grand mean X̄ = 48·6 mm and the mean range R̄ = 4·2 mm. Use the following control chart constants : A₂ = 0·577, D₃ = 0, D₄ = 2·114, where A₂ is for the X̄ chart, D₃ and D₄ are for the R chart (i) Compute the upper and lower control limits for both the X̄ chart and the R chart. (ii) A separate attribute inspection of 20 lots of 200 units each found a total of 184 defective units. Construct a p-chart : compute p̄ , upper control limit (UCL-p) and lower control limit (LCL-p). (10 marks) (e) Discuss the factors affecting surface finish in machining operations, and list the different profile finishing techniques used in modern manufacturing. (10 marks)

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(a) एक बेलनाकार कार्यखंड जिसका व्यास 60 mm है, उसे 120 m/min की कर्तन गति तथा 0·3 mm/rev प्रभरण (फीड) के साथ CNC लेथ पर 120 mm लम्बाई तक 50 mm व्यास में घटाया जाता है। मशीनन समय ज्ञात कीजिए। (10 अंक) (b) एक फर्म किसी घटक के निर्माण के लिए दो प्रक्रमों (X तथा Y) में से किसी एक का चयन करती है। प्रक्रम X की स्थिर लागत रु 9,60,000 प्रति वर्ष है तथा परिवर्तनीय लागत रु 55 प्रति इकाई है। प्रक्रम Y की स्थिर लागत रु 15,00,000 प्रति वर्ष तथा परिवर्तनीय लागत रु 38 प्रति इकाई है। विक्रय मूल्य रु 110 प्रति इकाई है। (i) प्रत्येक प्रक्रम के लिए अलग-अलग सम विच्छेद मात्रा (ब्रेक-इवन मात्रा) की गणना कीजिए। (ii) प्रक्रम X तथा प्रक्रम Y के बीच पथान्तरक (क्रॉस-ओवर) बिन्दु ज्ञात कीजिए। (iii) यदि फर्म 35,000 इकाइयों की माँग का पूर्वानुमान लगाती है, तो प्रत्येक प्रक्रम के अन्तर्गत लाभ की गणना कीजिए तथा उपयुक्त प्रक्रम के चयन की अनुशंसा कीजिए। चुने गए प्रक्रम के अन्तर्गत सुरक्षा सीमा (मार्जिन) (%) क्या है? (10 अंक) (c) एक लेजर बीम 0·5 mm² क्षेत्रफल पर 0·01 सेकण्ड में 5 जूल ऊर्जा प्रदान करती है। लेजर बीम के शक्ति घनत्व (Power Density) की गणना कीजिए। (10 अंक) (d) एक उत्पादन प्रक्रम की निगरानी X̄ तथा R चार्टों का उपयोग करके की जाती है। n = 5 आकार के पंद्रह उपसमूहों का निरीक्षण किया गया। समग्र औसत X̄ = 48·6 mm तथा औसत रेंज R̄ = 4·2 mm है। निम्नलिखित नियंत्रण चार्ट स्थिरांकों का उपयोग कीजिए : A₂ = 0·577, D₃ = 0, D₄ = 2·114, जहाँ A₂, X̄ चार्ट के लिए, D₃ और D₄, R चार्ट के लिए हैं (i) X̄ तथा R चार्ट दोनों के लिए ऊपरी और निचली नियंत्रण सीमाएँ ज्ञात कीजिए। (ii) 200 इकाइयों के 20 चय (लॉट) के एक पृथक गुणात्मक निरीक्षण में कुल 184 दोषपूर्ण इकाइयाँ पाई गईं। एक p चार्ट बनाइए : p̄ की ऊपरी नियंत्रण सीमा (UCL-p) तथा निचली नियंत्रण सीमा (LCL-p) की गणना कीजिए। (10 अंक) (e) मशीनन प्रचालन में सतह परिष्करण (सरफेस फिनिशिंग) को प्रभावित करने वाले कारकों पर चर्चा कीजिए तथा आधुनिक विनिर्माण में उपयोग की जाने वाली विभिन्न प्रोफाइल फिनिशिंग तकनीकों को सूचीबद्ध कीजिए। (10 अंक)

Answer approach & key points

(a) Compute the machining (turning) time for a single straight-turning pass that reduces a 60 mm bar to 50 mm diameter over 120 mm length at V = 120 m/min and f = 0.3 mm/rev. The chain required is V -> N -> feed rate -> time. (b) A break-even/cost-comparison problem with three explicit sub-parts: (i) the break-even volume of each process separately, (ii) the cross-over (indifference) volume between X and Y, and (iii) at a demand of 35,000 units, the profit of each process, a recommendation, and the margin of safety percentage under the recommended process. (c) Compute the power density of a laser beam that delivers 5 J in 0.01 s over 0.5 mm^2. A short calculation, so credit also attaches to correct unit handling, sensible unit conversions and a brief comment on why power density governs the LBM mechanism. (d) Statistical process control: (i) compute the upper and lower control limits for both the X-bar chart and the R chart from X-bar-bar = 48.6 mm, R-bar = 4.2 mm and the given constants; (ii) from a separate attribute inspection of 20 lots of 200 units with 184 defectives, compute p-bar and the UCL and LCL of a p-chart. (e) Two demands: (a) discuss the factors that affect surface finish in machining, and (b) list the profile-finishing techniques used in modern manufacturing. Both the discussion and the list carry marks.

  • N = 1000V/(πD) = 636.6 rpm
  • Feed rate = fN ≈ 191 mm/min
  • t = L/(fN) ≈ 0.628 min (37.7 s)
  • Break-even X = 17,455 units and Y = 20,834 units
  • Cross-over at 31,765 units from equating total costs
  • Profits ₹9,65,000 (X) and ₹10,20,000 (Y) at 35,000 units
  • Recommend Y, margin of safety about 40.5%
  • Power = E/t = 500 W
  • Area converted to 0.5 × 10⁻⁶ m²
  • Power density = 10⁹ W/m² (1000 W/mm² or 10⁵ W/cm²)
  • Comment on why power density governs material removal
  • X̄ chart limits 51.02 and 46.18 mm about 48.6 mm
  • R chart UCL 8.88 mm, LCL 0
  • p̄ = 184/4000 = 0.046
  • p-chart UCL 0.0904 and LCL 0.0016
  • Cutting parameters: feed, speed (built-up edge) and depth
  • Tool factors: nose radius, geometry, wear
  • Workpiece and machine factors: material, rigidity, vibration
  • List of finishing techniques: honing, lapping, superfinishing, polishing, burnishing and advanced processes such as abrasive flow, magnetic abrasive and magnetorheological finishing
Q6
50M solve

(a) A strip of width 250 mm is reduced from 30 mm to 20 mm thickness in a rolling mill of roll radius 400 mm. Considering coefficient of friction 0·25 and average flow stress 300 MPa, find the following : (i) Contact length (ii) Rolling force (iii) Check if the biting condition is satisfied (10 marks) (b) A biomedical implant requires excellent surface integrity with no thermal damage. From the perspective of non-conventional machining, discuss the following : (i) Suitability of USM, LBM, EDM for biomedical implant machining (ii) Surface defects in each process (iii) Best process selection with justification (iv) Post-processing requirements of the selected process (20 marks) (c) In a job shop there are four machines (M₁ – M₄) and five jobs (J₁ – J₅) which are all available at t = 0. The routing of each job is unique. The processing times (in hours) and due dates are given below. Job | Routing | Total work | Due date J₁ | M₁ → 6, M₂ → 4, M₃ → 8, M₄ → 3 | 21 | 28 J₂ | M₂ → 5, M₁ → 7, M₄ → 2, M₃ → 6 | 20 | 25 J₃ | M₃ → 4, M₂ → 8, M₁ → 3, M₄ → 5 | 20 | 30 J₄ | M₁ → 9, M₃ → 3, M₂ → 5, M₄ → 4 | 21 | 35 J₅ | M₂ → 6, M₃ → 5, M₄ → 7, M₁ → 2 | 20 | 32 (i) Define Critical Ratio (CR). Compute CR for each job at t = 0 and determine the sequence on the basis of urgency (lowest CR = highest priority). State which job is the most critical and explain in two sentences why CR alone is more informative than due date or processing time alone. (ii) Apply the Shortest Processing Time (SPT) dispatching rule — on each machine, whenever a machine is free, select the waiting job with the shortest operation time. Construct a complete Gantt chart. For each job compute: completion time Cⱼ, flow time Fⱼ, lateness Lⱼ and tardiness Tⱼ. Summarise: makespan, average flow time, total tardiness, maximum tardiness, number of tardy jobs. (20 marks)

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(a) 250 mm चौड़ाई की एक पट्टी को 400 mm रोल त्रिज्या वाली रोलिंग मिल में 30 mm से घटा कर 20 mm मोटाई तक किया जाता है । घर्षण गुणांक 0·25 तथा औसत प्रवाह तनाव 300 MPa मानते हुए निम्नलिखित ज्ञात कीजिए : (i) संपर्क लंबाई (ii) वेल्लन बल (रोलिंग बल) (iii) जाँच कीजिए क्या कुतरन (बाइटिंग) की शर्त संतुष्ट होती है । (10 अंक) (b) एक बायोमेडिकल प्रत्यारोपण (इम्प्लांट) के लिए उत्कृष्ट सतही अखंडता तथा किसी भी प्रकार की ऊष्मीय क्षति का न होना आवश्यक है । गैर-पारंपरिक मशीनिंग (नॉन-कन्वेंशनल मशीनिंग) के परिप्रेक्ष्य में निम्नलिखित पर चर्चा कीजिए : (i) बायोमेडिकल इम्प्लांट के मशीनन के लिए USM, LBM तथा EDM की उपयुक्तता (ii) प्रत्येक प्रक्रम में सतही दोष (iii) औचित्य सहित सर्वोत्तम प्रक्रम का चयन (iv) चयनित प्रक्रम की पश्च-प्रसंस्करण (पोस्ट-प्रोसेसिंग) आवश्यकताएँ (20 अंक) (c) एक जॉब शॉप में चार मशीनें (M₁ – M₄) और पाँच जॉब (J₁ – J₅) हैं जो सभी t = 0 पर उपलब्ध हैं। प्रत्येक जॉब का मार्गाभिगमन (रूटिंग) विशिष्ट (यूनिक) है। प्रसंस्करण समय (घंटों में) तथा नियत तिथियाँ नीचे दी गई हैं। जॉब | मार्गाभिगमन | कुल कार्य | नियत तिथि J₁ | M₁ → 6, M₂ → 4, M₃ → 8, M₄ → 3 | 21 | 28 J₂ | M₂ → 5, M₁ → 7, M₄ → 2, M₃ → 6 | 20 | 25 J₃ | M₃ → 4, M₂ → 8, M₁ → 3, M₄ → 5 | 20 | 30 J₄ | M₁ → 9, M₃ → 3, M₂ → 5, M₄ → 4 | 21 | 35 J₅ | M₂ → 6, M₃ → 5, M₄ → 7, M₁ → 2 | 20 | 32 (i) क्रांतिक अनुपात (क्रिटिकल रेशियो) को परिभाषित कीजिए। t = 0 पर प्रत्येक जॉब के लिए CR की गणना कीजिए तथा तात्कालिकता के आधार पर क्रम (सबसे कम CR = सबसे अधिक प्राथमिकता) निर्धारित कीजिए। बताइए कि कौन-सा जॉब सबसे अधिक क्रांतिक (क्रिटिकल) है तथा दो वाक्यों में समझाइए कि नियत तिथि अथवा प्रसंस्करण समय की तुलना में अकेला CR अधिक जानकारीपूर्ण क्यों है। (ii) न्यूनतम प्रसंस्करण समय (SPT) प्रेषण नियम को लागू कीजिए — प्रत्येक मशीन पर, जब भी कोई मशीन खाली हो, सबसे कम प्रचालन समय वाले प्रतीक्षारत जॉब का चयन कीजिए। एक पूर्ण गैंट चार्ट बनाइए। प्रत्येक जॉब के लिए गणना कीजिए : पूर्णता समय Cⱼ, प्रवाह समय Fⱼ, विलंब Lⱼ तथा विलंबन Tⱼ। सारांशित कीजिए : मेक्स्पैन, औसत प्रवाह समय, कुल विलंबता, अधिकतम विलंबता, विलंबित जॉबों की संख्या। (20 अंक)

Answer approach & key points

(a) Flat rolling calculation with three sub-parts: (i) the projected arc/contact length, (ii) the rolling (separating) force using the average flow stress, and (iii) a check on whether the biting (self-gripping) condition is satisfied for mu = 0.25. (b) A process-selection question for biomedical implant machining demanding excellent surface integrity with NO thermal damage. Four explicit sub-parts: (i) suitability of USM, LBM and EDM; (ii) surface defects produced by each; (iii) the best process with justification; (iv) post-processing needed for the selected process. (c) A 5-job, 4-machine job shop. (i) Define the critical ratio, compute it for each job at t = 0, rank by urgency, name the most critical job and explain in two sentences why CR beats due date or processing time alone. (ii) Simulate SPT dispatching at every machine, draw the complete Gantt chart, and report C_j, F_j, L_j, T_j per job plus makespan, mean flow time, total tardiness, maximum tardiness and number of tardy jobs.

  • Contact length L = √(RΔh) = 63.2 mm
  • Rolling force F = Y L w ≈ 4.74 MN
  • Biting condition μ ≥ tan α with α = 9.07°, tan α ≈ 0.16
  • Conclusion that biting is satisfied (μ = 0.25 > 0.16, Δh_max = 25 mm)
  • Suitability of the three processes: mechanical USM against thermal LBM and EDM
  • Surface defects: recast layer, heat-affected zone and micro-cracks in LBM and EDM, embedded abrasive and chipping in USM
  • USM selected as best, justified by no thermal damage, no recast layer and compressive residual stress
  • Post-processing of USM: ultrasonic cleaning, polishing, passivation and inspection or sterilisation
  • CR = (due date − now)/remaining work; values 1.333, 1.250, 1.500, 1.667, 1.600 with J₂ most critical
  • SPT dispatching applied at every machine, including tie decisions at t = 23 and t = 33
  • Gantt chart with completion times J₁ = 36, J₂ = 22, J₃ = 33, J₄ = 40, J₅ = 25
  • Makespan 40, mean flow time 31.2, total tardiness 16, maximum tardiness 8, three tardy jobs
Q7
50M calculate

(a) (i) In an orthogonal cutting operation, the following data are obtained : Cutting force F_c = 1500 N Thrust force F_t = 900 N Rake angle α = 10° Chip thickness ratio r = 0·4 Determine the following : (I) Shear angle (φ) (II) Friction angle (β) (III) Coefficient of friction (μ) (IV) Shear force (F_s) using Merchant's circle relations (15 marks) (ii) A hole is specified as 25 ± 0·01 mm. Using Taylor's principle, determine the following : (I) GO gauge size (II) NO-GO gauge size Assume : (A) Gauge tolerance = 10% of work tolerance (B) Wear allowance = 10% (only GO gauge) (5 marks) (b) In an organization, what do you understand by the roles of flexibility, lean practices and agility ? Explain how flexibility, lean practices and agility are complementary approaches. (15 marks) (c) A manufacturing firm is redesigning its assembly line and is debating whether to use traditional time study (stopwatch) or predetermined time standards (PTS). Answer the following : (i) Explain the conceptual basis of PTS. What fundamental assumption makes it possible to preassign time values to basic motions independently of the task context ? (ii) Describe two specific situations in which PTS would be preferred over time study for capacity planning purposes, and two situations where it would be inappropriate. (15 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) (i) एक लांबिक कर्तन प्रचालन में, निम्नलिखित डेटा प्राप्त होते हैं : कर्तन बल F_c = 1500 N प्रणोद बल F_t = 900 N रेक कोण α = 10° छीलन (चिप) मोटाई अनुपात r = 0·4 निम्नलिखित का निर्धारण कीजिए : (I) अपरूपण कोण (φ) (II) घर्षण कोण (β) (III) घर्षण गुणांक (μ) (IV) मर्चेंट सर्किल संबंधों का उपयोग करते हुए अपरूपण बल (F_s) (15 अंक) (ii) एक छिद्र का आयाम 25 ± 0·01 mm निर्दिष्ट किया गया है। टेलर के सिद्धांत का उपयोग करते हुए निम्नलिखित निर्धारित कीजिए : (I) गो (GO) गेज का आकार (II) नो-गो (NO-GO) गेज का आकार मान लीजिए : (A) गेज सहिष्णुता = कार्य सहिष्णुता का 10% (B) निघर्षण छूट = 10% (केवल गो गेज के लिए) (5 अंक) (b) किसी संगठन में, लचीलेपन, लीन प्रक्रियाओं एवं चुस्ती (ऐजिलिटी) की भूमिकाओं से आप क्या समझते हैं? समझाइए कि लचीलापन, लीन प्रक्रियाएँ एवं चुस्ती किस प्रकार परस्पर पूरक दृष्टिकोण हैं। (15 अंक) (c) एक विनिर्माण कंपनी अपनी असेंबली लाइन को पुन: डिज़ाइन कर रही है और यह निर्णय लेने पर विचार कर रही है कि पारंपरिक समय अध्ययन (स्टॉप वॉच) का उपयोग किया जाए या पूर्व-निर्धारित समय मानकों (PTS) का। निम्नलिखित के उत्तर दीजिए : (i) प्रारंभिक समय अध्ययन (PTS) के वैचारिक आधार की व्याख्या कीजिए। कौन-सी मूलभूत मान्यता के आधार पर, कार्य के संदर्भ में स्वतंत्र रूप से बुनियादी गतियों का समय मान पूर्व-निर्धारित करना संभव है? (ii) क्षमता नियोजन के उद्देश्य से समय अध्ययन की तुलना में पीटीएस (PTS) को प्राथमिकता देने वाली दो विशिष्ट स्थितियों का वर्णन कीजिए तथा दो ऐसी परिस्थितियों का वर्णन कीजिए जहाँ इसका उपयोग अनुपयुक्त होगा। (15 अंक)

Answer approach & key points

(a(i)) Orthogonal (Merchant) cutting analysis from Fc = 1500 N, Ft = 900 N, alpha = 10°, r = 0.4. Four quantities must be found: (I) shear angle phi, (II) friction angle beta, (III) coefficient of friction mu, (IV) shear force Fs from Merchant's circle relations. (a(ii)) Limit-gauge design for a hole specified as 25 +/- 0.01 mm using Taylor's principle, with gauge tolerance = 10% of work tolerance and a 10% wear allowance on the GO gauge only. Give the GO and NO-GO plug gauge sizes. (b) Two demands: define/explain the roles of manufacturing flexibility, lean practices and agility in an organisation; then explain HOW the three are complementary (not competing) approaches. The second half is the analytical core and carries the heavier weight. (c) Work measurement: (i) explain the conceptual basis of predetermined time standards (PTS) and identify the fundamental assumption that lets basic-motion times be pre-assigned independently of the task; (ii) give TWO specific situations where PTS is preferable to stopwatch time study for capacity planning and TWO where it is inappropriate.

  • Shear angle φ = 22.9° from tan φ = r cos α/(1 − r sin α)
  • Friction force 1146.8 N and normal force 1320.9 N resolved on the tool face
  • β ≈ 41.0° and μ ≈ 0.868
  • Shear force F_s ≈ 1030 N from F_c cos φ − F_t sin φ
  • Work limits 25.01 and 24.99 mm, tolerance 0.02 mm
  • Gauge tolerance 0.002 mm and wear allowance 0.002 mm on the GO gauge only
  • GO gauge 24.992 to 24.994 mm
  • NO-GO gauge 25.008 to 25.010 mm
  • Flexibility defined as adaptability to variety at low cost and time
  • Lean practices as waste removal with JIT, kaizen and pull
  • Agility as strategic response to unpredictable change
  • Complementarity: lean needs flexibility, agility rests on both, a decoupling point resolves conflicts
  • Tasks broken into basic motions with tabulated times
  • Assumption: motion time depends only on the motion, not on the task, and times are additive at a normal pace
  • Two situations favouring PTS, such as a line that does not yet exist and high-volume short-cycle assembly
  • Two inappropriate situations, such as long-cycle job-shop or mental or machine-paced work
Q8
50M calculate

(a) A shaft of nominal size 60 mm is to be fitted into a hole. The tolerances are : Hole tolerance – 0·030 mm Shaft tolerance – 0·020 mm Minimum clearance required – 0·010 mm Determine the following : (i) Maximum clearance (ii) Hole and shaft limits (iii) Allowance (10 marks) (b) A manufacturing company, which produces both standardised and customised products, is planning a new facility. (i) Compare analytically product layout and process layout with respect to material flow, flexibility, cost, demand variability and machine utilisation. (ii) Explain the concept of cellular layout and analyse its benefits along with the challenges faced in its implementation. (20 marks) (c) A spare parts store faces stochastic demand. Annual demand is normally distributed with mean (μ) = 2400 units and standard deviation σ_D = 300 units. Lead time is fixed at 2 weeks. Assume 50 working weeks/year. Ordering cost = ₹ 800/order, Holding cost = ₹ 18/unit/year, Unit cost = ₹ 240, and Stockout cost = ₹ 90/unit short. The store operates with a continuous review policy. (i) Compute the Economic Order Quantity. (ii) Determine the demand during lead time (mean and standard deviation). (iii) If the desired service level is 95% (z = 1·645), calculate the safety stock and reorder point. (iv) Compute the total annual inventory cost (ordering + holding + safety stock holding). By how much does safety stock inflate total holding cost compared to the zero safety stock scenario ? (20 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) 60 mm अभिहित आकार (नॉमिनल साइज़) वाले एक शाफ्ट को एक छिद्र में फिट किया जाना है। सहिष्णुताएँ इस प्रकार हैं : छिद्र की सहिष्णुता – 0·030 mm शाफ्ट की सहिष्णुता – 0·020 mm आवश्यक न्यूनतम अवकाश (क्लीयरेन्स) – 0·010 mm निम्नलिखित निर्धारित कीजिए : (i) अधिकतम अवकाश (ii) छिद्र तथा शाफ्ट की सीमाएँ (iii) एलाउंस (10 अंक) (b) एक विनिर्माण कंपनी, जो मानकीकृत तथा अनुकूलित दोनों प्रकार के उत्पादों का उत्पादन करती है, एक नई सुविधा की योजना बना रही है। (i) उत्पाद अभिन्यास तथा प्रक्रिया अभिन्यास की, सामग्री प्रवाह, लचीलापन, लागत, माँग परिवर्तनशीलता तथा मशीन उपयोगिता के संदर्भ में समालोचनात्मक तुलना कीजिए। (ii) सेल्युलर अभिन्यास की अवधारणा को समझाइए तथा इसके क्रियान्वयन में आने वाली चुनौतियों के साथ इसके लाभों का विश्लेषण कीजिए। (20 अंक) (c) एक स्पेयर पार्ट्स स्टोर को स्टोकेस्टिक माँग का सामना करना पड़ता है। वार्षिक माँग सामान्य रूप से वितरित होती है जिसका माध्य (μ) = 2400 इकाई तथा मानक विचलन σ_D = 300 इकाई है। लीड टाइम 2 सप्ताह नियत है। मान लीजिए 50 कार्य-सप्ताह/वर्ष हैं। ऑर्डरिंग लागत = ₹ 800/ऑर्डर, धारण लागत = ₹ 18/इकाई/वर्ष, इकाई लागत = ₹ 240, तथा स्टॉकआउट लागत = ₹ 90/इकाई कमी। स्टोर सतत पुनरीक्षण नीति के साथ कार्य करता है। (i) आर्थिक ऑर्डर मात्रा की गणना कीजिए। (ii) लीड टाइम के दौरान माँग (माध्य तथा मानक विचलन) निर्धारित कीजिए। (iii) यदि वांछित सेवा स्तर 95% (z = 1·645) है, तो सुरक्षा स्टॉक तथा पुनःऑर्डर बिंदु की गणना कीजिए। (iv) कुल वार्षिक इन्वेंटरी लागत (ऑर्डरिंग + धारण + सुरक्षा स्टॉक धारण) की गणना कीजिए। शून्य सुरक्षा स्टॉक परिदृश्य की तुलना में सुरक्षा स्टॉक कुल धारण लागत को कितना बढ़ा देता है? (20 अंक)

Answer approach & key points

(a) Limits-and-fits calculation for a 60 mm shaft in a hole with hole tolerance 0.030 mm, shaft tolerance 0.020 mm and a required minimum clearance of 0.010 mm. Three sub-parts: (i) maximum clearance, (ii) hole and shaft limits, (iii) allowance. (b) Facility layout for a firm making both standardised and customised products. (i) Compare product layout with process layout analytically on FIVE named criteria: material flow, flexibility, cost, demand variability and machine utilisation. (ii) Explain cellular layout and analyse both its benefits and the challenges of implementing it. (c) Continuous-review (Q, R) inventory system under stochastic demand. Four sub-parts: (i) EOQ; (ii) mean and standard deviation of demand during the lead time; (iii) safety stock and reorder point at a 95% service level (z = 1.645); (iv) total annual inventory cost (ordering + cycle holding + safety-stock holding) and the inflation of holding cost caused by the safety stock.

  • Hole limits 60.000 and 60.030 mm (hole basis)
  • Shaft limits 59.970 and 59.990 mm
  • Maximum clearance 0.060 mm
  • Allowance 0.010 mm
  • Product layout versus process layout compared on all five named criteria
  • Recommendation matching layout to standardised and customised products
  • Cellular layout concept: part families, group technology, machine cells
  • Cell advantages (set-up, WIP, lead time, quality) and challenges (family formation, duplication, inflexibility, re-layout cost)
  • EOQ = 462 units
  • Lead-time demand mean 96 and standard deviation 60 units
  • Safety stock ≈ 99 units and reorder point ≈ 195 units
  • Total cost ≈ ₹10 090 and holding cost inflated by 42.7% because of the safety stock

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