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工艺成本控制与优化探讨 |
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作者： |
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摘要：本文从工艺成本的概念、组成、计算方式入手，通过对工艺控制的因素分析、实例论述，以及不同角度对工艺成本进行优化途径和措施的阐述，深入讨论了工艺成本控制与优化的可行性，以及企业降低工艺成本，提高经济效益的现实意义。
1 研究背景
增收节支、节能降耗是一个不断精益求精的过程，是提高企业经济运行质量的强有力手段，是企业追求投入最优化、产出最大化的本质要求。
在企业所关注的生产成本中，80%涉及到工艺成本。工艺成本是指生产成本中与工艺过程有关的那一部分成本，如毛胚或原材料费用、生产工人的加工工时费用、设备的使用费、工艺装备费用以及车间和公司的管理费用等，是企业追求经济效益时所关注的焦点，控制和优化工艺成本是现代企业管理制度所面临的重要课题之一。本文仅就如何控制和优化零件的工艺成本进行探讨。
2 案例
某按钮零件（图1），材料为30CrMnSiA，原材料为Φ20圆钢，加工工艺流程为：下料-铣六面-划线钻孔-割外形-铣R-热处理-酸洗-检验。
图1 按钮结构尺寸图
在零件加工完15工序割外形检验时，发现1.5±0.12mm尺寸60%超差，甚至有些零件孔口处出现豁口。经查，线切割编程加工没有问题，问题出在了划线钻孔上。在试制时，零件的投产数量是20件，因此工艺加工方法设计时，10工序为划线钻孔，工人在钳工操作台上手工定位操作，钻孔后尺寸100%进行检验；而零件首批投产时，数量就已经达到了1000件，而工艺加工方法仍沿用老工艺进行划线钻孔，钻孔后按批量5%要求检测，从而造成质量波动。
经分析，主要原因为：
①批量生产手工操作，工人定位视觉、手法疲劳，操作一致性差；
②检验抽检，易发生漏掉不合格产品而向下道工序流转；
③工艺成本控制不力。
为此，采取了相应措施：及时调整工艺加工方法，进行工装定位钻孔。调整后，工时由每件10min降低到了每件1min，而工装费用仅为几百元，在节约工艺成本的同时，产品质量合格率达到了100%。
由上述案例可以看出，工艺成本的控制在生产过程中有着举足轻重的作用。不同的设计阶段，不同的产量变化，都会拷问工艺是否适宜，工装、设备的使用是否需要，从而引起工时的变化、工艺成本的变化。那么工艺成本的控制必须考虑哪些因素呢？这我们就必须从工艺成本的组成来进行分析。
3 工艺成本的组成与计算
工艺成本如果不考虑工艺技术性能、质量、经济等因素，仅按照与年产量的关系，分为町变费用V和不变费用S两部分。
①可变费用V 它是与年产量直接有关，即随年产量的增减而成比例变动的费用，它包括材料或毛坯费、操作工的工时费用、设备的使用费以及通用工装（夹具、刀具和辅具等）费用（含折旧费、维修费）等。
②不可变费用S 它是与年产量无直接关系，不随年产量的增减而变化的费用。它包括调整工人的工资、专用机床的折旧费和专用工装（夹具）费用。专用工装（夹具）专为某工件的某加工工序所用，它不能被其他工序所用。当产量不足、负荷不满时，就只能闲置不用；而专用机床和专用工装（夹具）的折旧年限是确定的。因此，专用机床和专用工装（夹具）的费用不随年产量的增减而变化。
零件年工艺成本可按下式计算：
E=VN+S
式中：E——一种零件全年的工艺成本；
V——可变费用；
N——零件年产量；
S——不变费用。
单件的工艺成本，可按下式计算：
Ed=V+S/V
式中：Ed——单件工艺成本。
E和N成线性关系，说明年工艺成本随着年产量的变化而成正比地变化（图2）。
Ed和N成双曲线关系（图3）。在曲线的A段，N值很小，设备负荷率低，Ed就高，如N略有变化时，Ed将有较大的变化。在曲线的C段，N值很大，大多数采用专用设备（S较大，V较小），且S/N值小，故Ed较低，N值对Ed变化影响较小。
以上分析表明，当S值一定时（主要是指专用工装设备费用），就应有一个相适应的零件年产量。所以，在上述案例中，S阶段单件小批生产，因S/N所占的比例大，不适合使用专用工装设备（以降低S值）；而在D阶段大批大量生产时，因S/N占用的比例小，最好采用专用工装设备（减小V值）。
因此，工艺成本的控制在资源配置上就是产量、设备、工装使用等之间的协调与合理化分配的问题，也就是工艺方案的设计问题。
4 工艺成本的控制
工艺加工过程既是生产过程，又是消耗过程。工艺过程的灵活性较大，工艺方法很多。对不同技术要求、不同批量的零件或产品，在制造过程中某一技术方案是否可行，不仅仅要看技术性能的优劣，而且要看它在经济上是否合算。因此，对于工艺成本的控制，在考虑资源配置的同时，必须考虑工艺设计、工艺加工的整个流程，其中包括企业的工艺定位、工艺技术能力、工艺管理能力、产品的工艺设计（工艺方案）以及原材料的选材、设备的选型、工装夹具的设计、工时定额的核定、工艺参数的设计等等。
4.1 企业的工艺定位
所谓企业的工艺定位，是指企业的工艺加工在企业的经济价值链中的定位。工艺定位与企业的资源配置、工艺技术能力有直接关系。经济学上有一个著名的“微笑曲线V”理论，它告诉我们，在制造业价值链曲线上，制造加工环节始终处于低端，而产品研发、售后服务则处于高端。从全球化角度来看，西方国家一直致力将普通的制造加工转移到海外发展中国家，以求降低生产成本，但是却牢牢掌控着技术研发、技术创新等核心环节，航空工业亦是如此。目前，许多效益突出的国营、私营企业和上市公司，根据自身资源配置情况，只进行具有专利价值和具有专业生产技术优势的工艺加工，而将普通的、不具有优势的工艺过程进行外协和外购，从而将工艺成本控制到最低限。
如某产品胸带调节扣、调节钢扣、扣环等零件，材料为45#冷轧钢板，用传统加工工艺需12道工序，其中包括平磨、线切割、压R，不但质量不稳定，加工周期长，而且工时及工装费用高，平均单件加工费用达3元多，而在外协专业厂家采用先进的精冲工艺加工，单件加工费用仅0.45元，大大降低了工艺成本。
4.2 工艺技术能力
工艺技术是把原材料、半成品转化成为成品的各种方法、手段、技术的总称，而工艺技术能力是把设计部门确定的无形的设计形态和特性转变为有形的产品实物的加工技术保证能力。工艺技术能力体现在工艺技术文件上，工艺技术文件是产品在生产的策划、准备、组织、操作及检验过程中的指导性文件。工艺技术文件依托资源配置能力。工艺先进、技术成熟、流程合理，方案正确、设备工装要求明确、操作可行的工艺技术文件，是企业能连续稳定生产出合格产品的重要保证。
工艺技术能力往往决定着企业在工艺成本上的投入量和企业产品产量。目前，许多沿海企业和私营企业，在生产加工上，均针对某类型零件或某个零件，投入大量的流水线加工设备和工装夹具，形成单一准确的工艺技术能力，既保证了加工精度，形成了批量，有相对的降低了工艺成本，从而在价格品质上获得优势，占据了大量的市场。我公司的上市子公司中航精机汽车座椅调角器就是一个典型。
4.3 工艺管理能力
工艺管理是指科学地计划、组织和控制各项工艺工作的全过程，主要包括组织机构及领导体系的设置、工艺技术发展的规划策划、产品工艺设计的组织实施、工艺职责的划分及督促检查、工艺管理制度的建立和完善、质量体系所要求的各项管理工作（如工艺评审、过程确认、首件鉴定、新品试生产、坐产定型等）的组织实施等。工艺管理能力是贯彻工艺技术文件、监督和激励工艺技术文件执行的有效保证，也是降低工艺成本，避免工艺成本失控的重要保证。
工艺管理能力是资源配置与工艺技术间无形的潜在资源，为了保证工艺工作的效果，降低工艺成本，必须加强工艺管理，严肃执行工艺纪律，尽可能地在现有装备条件下科学地进行革新、改造，用最小的投入去保证工艺工作的顺利进行，完成产品生产。
4.4 产品的工艺设计
产品的工艺设计体现在产品的工艺总方案中，工艺总方案是在对产品进行科学分析，对产品所处的研制阶段、生产条件、职责、技术能力、外部环境等进行综合考虑的基础上，合理进行资源配置，对工艺编制、职责分工、工艺攻关、技术协调、关键技术要求的保证、节点计划、人员培训、质量控制等工艺技术工作进行的总体策划和全面安排，特别是对技术难点采取针对性措施。工艺总方案涉及产品原材料、标准件的采购、外协外购件的确定、工艺特点、工种以及工艺分工要求、工艺装备（含夹具）申请系数、工艺生产流程计划安排，确定了型号产品工艺工作的总体方针，是指导进行工艺技术准备、协调各部门持续开展工艺工作的依据，也是工艺成本经济性分析的依据，因此必须进行评审。
对不同的工艺方案进行经济分析和评比时只需评比它们与工艺过程直接有关的生产费用。对不同工艺总方案的经济效果进行分析，可用Ed-N/E-N的关系。通常有下列两种情况：一是使用现有设备，那么在投资相近的情况下衡量各工艺总方案经济性的依据就是工艺成本；二是有两种方案，方案一采用了高生产率、较贵价格的机床和工艺装备，基本投资S较大，但工艺成本E低；方案二采用价格便宜的一般机床和工艺装备，基本投资S较小，但工艺成本玩较高。单纯比较工艺成本是难以全面评价其经济性的，还必需考虑两种方案基本投资的回收期，即多用的投资需要多长时间才能因为工艺成本的降低而回收，回收期越短，经济效益越好。
4.5 其他
原材料的选材、设备的选型、工装夹具的设计、工时定额的设计、工艺参数的设计等等对工艺成本均有很深的影响，与企业内部的资源配置关系不是很大，对其控制一定程度上也均涵括在工艺技术和工艺设计内，同时产品的工艺过程是一个不断深化认识和改进的过程，因此在产品零件的工艺生产过程中应不断总结工艺试验，进行工艺论证，从而使这些因素得到不断完善，从根本上达到控制工艺成本的目的。
如某型侧轨零件（图4）外形尺寸长(L=2235mm)，精度要求高，结构复杂。试制时采用Φ90×2250的铝棒加工成形，原材料重约38.6kg，加工完成后，成品零件重约8.4kg，原材料利用率21%，因加应力造成变形严重，零件实物加工精度不高，难以保证设计图样要求。经工艺分析论证，针对零件结构尺寸要求和零件等截面结构的特点，提出了挤压成型工艺加工方法。与铝材厂家签署挤压成型技术协议，并确定验收标准，从原材料选材采购上，直接控制工艺成本。从而使零件质量合格率达100%。对工艺改进方案进行经济分析知，改进前与改进后单件节约成本约7000无。
图4 左右侧轨零件结构图
由以上几点可以看出，要控制工艺成本就必须对企业工艺定位、产品特征及批量、工艺技术水平、工装夹具使用、工艺管理制度等了如指掌，从而合理配置资源设备。在资源配置一定的情况下，进行科学合理的协调、计划、安排，大胆的进行技术革新和工艺创新，是优化工艺成本的必然选择。
5 优化工艺成本的途径
一个零件随着企业生产结构、资源配置的不同可以有很多种不同的工艺方案，对工艺方案进行技术革新和工艺创新，必须依托公司自身的实际情况，从以下几个方面充分考虑，制定合理工艺加工方法，在保证产品质量的同时，达到优化产品工艺成本的目的。
5.1 合理选择设计结构，保证零件工艺性、经济性、通用性要求
新产品的设计应与老产品的设计、工艺相结合，设计应科学的考虑制造工艺性要求，在满足使用要求的前提下，考虑材料的工艺性、零件的经济性和通用性，尽可能使材料便于加工，零件结构简单，同时多采用借用件、厂标件、外购件和标准件，从而在设计源头进行技术革新，优化零件工艺成本。
5.2 根据产品设计阶段和批量不同，合理改进毛坯技术状态
根据生产批量，正确选择不同毛坯类型，不仅影响着毛坯本身的制造工艺质量，而且对零件机械加工的工序数目、设备、工具消耗、物流、能耗、工时定额以及生产效率都有很大的影响。
科学地选择和改进毛坯技术状态，提高毛坯工艺质量后，有时比采用某些高生产率的机械加工工艺更有效，往往可以大大地节省机加工作量，甚至不需要加工就可以直接装配使用，尽管此时毛坯制造费用可能偏高，但可以从材料消耗的减少和机加费用的降低来补偿，最终可达到提高毛坯质量并降低制件的工艺成本的目的。
某侧盖零件材料为LC4-CS挤圆A级（图5），在试制时为尽快加工出合格零件，采用Φ25棒料，使用数铣、加工中心等精加手段，在加工过程中没有申请工装，采用多次装夹和定位等措施来保证加工尺寸和精度，虽然缩短了生产周期，但工艺成本也因此大幅度提高。在批量试生产阶段，考虑到加工经济性以及生产资源管理等问题，从毛坯技术状态角度进行技术革新，采用压铸件毛坯，交付后就可直接装配使用，大大降低了工艺成本。
图5 侧盖结构图
5.3 注意采用新工艺、新技术
要优化工艺成本，就必须注意老品工艺的不断更新改进。随着社会的进步和工艺技术的变革，许多新设备、新工艺、新技术层出不穷，许多企业也添置了不少新的加工设备和检测设备，但许多老品的工艺加工方法和手段却几十年来一成不变，虽然保证了质量的稳定，但成本的消耗却在所难免，因此，必须与时俱进，结合企业自身现有装备情况及生产条件等因素不断的优化传统加工工艺。
某挂环零件（图6）的上、下夹板属于对称结构，旧的工艺加工方法中单个夹板涉及工序35道，多为普通车、铣和钻孔，在工艺加工安排中，定位基准反复变更，造成公差积累严重，而且生产20套从投料到成品入库就需4个多月时间。经改进采用新工艺，使用数控铣加工中心加工，将原来的7次定位压缩到2次定位，机加工序由原来的23道压缩到2道工序，工装减少了4副，生产效率得到了大幅度的提高，加工200多套挂环从投料到成品仅1个月时间，而且产品合格率达到100%，平均每件节约工艺成本120元。
图6 挂环零件结构图
5.4 合理选配机器设备，优化装夹及工艺参数，减少辅助时间
零件的加工均要借助于一定的设备进行，在资源一定的条件下，设备的选择应该以适合工艺为最高原则。传统的通用设备适应性广，但效率低，并且对操作工人的技术水平要求较高，因此只适合单件或小批量生产时选用。在大批量生产中，加工对象相对固定，可选用组合机床、多工位机床、专用机床等进行加工。对于精度要求不高的零件加工时，可提高切削速度，加大进给量和切削深度等工艺参数，减少机械加工时间，降低工时定额。
在机械制造过程中，辅助时间是影响工时定额的一个重要因素，应尽可能地使辅助时间与机械加工时间重合。根据专用设备和零件的结构特点，设计专用夹具，尽可能的一次装夹完成多个面或所有面的加工，这样与使用普通机床加工相比，可以大大降低了工件的辅助时间，减少刀具消耗。对于某些小型零件，可采用多件加工。同时，根据工件技术要求设计制作专用工装夹具、刀具等，也可减少每个零件的装卡找正等辅助时间，直接提高机床的生产率，而且降低对操作工人的技术要求，从而降低制件的工艺成本。如图7所示，采用转位工作台，机床可连续进行加工，工人可在加工的同时进行工件装卸。
图7 自制铣床转位工作台示意图
6 工艺成本控制与优化的意义及结果
对工艺成本进行控制和优化，在企业的实际生产过程中具有很强的现实意义，既可以降低消耗，保质保量，提高经济效益，圆满生产任务；又可以提高经济效益，简化生产管理流程和提高企业的核心竟争力。(end)
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(7/22/2012) |
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