基于过程的钣金全生命周期成本估算研究 - 文章

基于过程的钣金全生命周期成本估算研究

作者：田启文许超

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目前，对于钣金的研究一般都是排样、折弯、冲压以及成形等，对于钣金的成本估算研究很少。传统的钣金成本以经验为基础进行估算，并且一般只是关注生产成本。本文提出了基于全生命周期的成本估算方法，并引进人工神经网络调整成本估算结果，使之更接近实际成本。这样，可以快速得到合理报价，将成本估算拓展到全生命周期，拓展了获得利润的途径。

一、引言

钣金因其外形美观、轻巧、加工方便、成本低廉等特点，在电子产品结构、机械制造、石油化工、船舶、航空航天、国防军事等领域被广泛应用。许多大学、研究所等科研机构对钣金进行了深入的研究，但是这些研究一般是对钣金排样、钣金折弯、钣金冲压、钣金成形以及CAD/CAM/CAPP集成等方法、优化的研究，而对钣金的成本估算研究很少。成本是现代企业增强竞争力必须重视的五大因素（Time、Quality、Service、Cost、Environment）之一，通过估算成本可以快速得到合理的报价，抢占市场先机，同时保证企业获得一定的利润；给企业管理者提供产品成本估计数据，为企业制定发展计划和战略决策提供依据。

传统的钣金成本估算一般是以经验为基础，进行手工估算。这种估算费时费力并缺乏科学依据，具有随意性。并且以往的成本估算一般重视生产成本，而忽视其他成本。随着技术的发展和竞争的激烈，仅限于生产过程的利润空间越来越小了。先进制造技术的研究和发展提出了一些理论，将传统的生产、销售利润来源拓展到设计、物流、库存、回收等全生命周期的各个阶段。精良生产（Lean Production）的核心思想就是去掉不增值作业链，最终达到包括市场在内的生产各方面的最好效果。其主要支柱之一——准时生产（Just In Time）是通过减少库存来减少成本。它把物流管理作为一种科技创新的范畴和管理理念，被广泛地认为是企业降低物耗、提高劳动生产率以外的第三利润源泉。基于过程的钣金全生命周期成本估算是按照钣金全生命周期的流程，以时间轴为基准，对包括设计、制造、检测、销售、使用、维修、报废等阶段全生命周期的成本进行科学估算，并探讨全生命周期的各阶段对产品总成本的影响。全生命周期成本估算是一种考虑环境问题下的企业决策方法，它将环境和其他内部成本与企业的行为对于环境和人类健康的外部影响及其成本与收益相结合。

产品的全生命周期（All Life Cycle）包括：产品的设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用阶段和回收重用期的整个闭环周期。许多理论的提出是基于全生命周期的，一些研究机构总结多年的研究成果，提出了生命周期分析（LCA Life Cycle Analysis）方法、全生命周期设计（LCD Life Cycle Design）、全生命周期的绿色制造等。

二、全生命周期成本估算

具有代表性的全生命周期成本的估算方法有以下几种：（1）参数成本方法；（2）工程成本方法；（3）类比成本方法；（4）基于特征的神经网络法；（5）作业成本估算法。E.M.Shehab 和H.S.Abdalla提出一种基于知识智能模式来估计全生命周期的产品成本的方法。钣金作为机械产品既有普通性，又有特殊性。钣金件非标准件居多、批量大，需要针对产品进行不同的设计；普通机械产品常用的车、钳、铣、刨、磨等工艺在钣金加工中应用较少，钣金的原材料一般是板材，常用的工艺有冲裁、剪裁、冲孔、弯曲、压延、旋压、卷边、扩口、胀形等；在钣金的生产中，一般需要模具，模具的价格很高，在钣金的成本中占有很大比例。本文从钣金的全生命周期，包括设计、生产制造、销售阶段、使用维护、废物回收等过程，进行成本估算研究。如图1所示。

图1 钣金全生命周期的成本估算

1．设计成本

钣金的设计阶段包括产品市场需求的调研、方案的形成、功能结构的设计等。设计成本在产品总成本中占的比例较少，主要是市场调研的费用，设计人员的工资等。虽然设计成本所占比例比较低，但是对产品总成本有重大的影响。有关的研究表明，尽管产品的设计费用只占产品总成本的6%左右，但是70%以上的产品成本在概念设计阶段就已经确定了。据国外一份调查数据表明，为了纠正某一产品设计错误，仅需要35美元；在零件加工之前加以纠正，需花费177美元；在成批生产之前加以纠正，则需要花费368美元；如果等到产品投放市场后才加以纠正，则需要花费59000美元。

2．生产制造成本

生产制造成本是产品总成本的主要部分。根据我国企业会计准则规定，企业应采用制造成本计算法。因此钣金件成本的构成主要有：直接材料费用、直接人工费用、制造费用。直接材料费用是指直接用于产品生产，构成产品实体的原料、主要材料以及有助于产品形成的辅助材料和其他直接材料所产生的费用；直接人工费用是指直接参加生产的人员工资以及按生产人员工资总额和规定的比例计算提取的职工福利费；制造费用是指企业各生产单位为组织和管理生产而发生的各项间接费用。可以分为与产量有直接关系的可变制造费用（如燃料与动力、机物料消耗等）；还有与产量无直接关系的固定制造费用（如管理人员工资、办公费用、修理费、折旧费、采暖费、照明费等）。

在生产成本的估算中，一个方便可行的方法是集成。与CAD软件（AutoNEST、ProNest等）集成，可以直接读取钣金排样BOM，按照材质、板厚、规格等，经过整理、归类、计算得到材料BOM；调用材料价格库，就可以得到直接材料费。直接人工费用主要是由设计费用，加工工时费用等组成。从CAPP中读入或者手工输入工艺BOM，分析得到需要的机械设备、夹具等辅助工具信息；并通过与CAM软件集成，直接读取数控程序的G代码，根据G代码中的信息，分析得到加工设备、加工时间，并把管理费按时间占用原则分摊到产品，完成制造费用成本的计算。直接材料费用、直接人工费用、制造费用组成生产成本技术估算。

3．销售阶段成本

销售阶段成本主要包括包装、运输、成品库存成本、销售和安装调试的费用。目前，运输一般交给第三方物流完成，虽然我国的第三方物流相比西方发达国家还有差距，但是我国的第三方物流正在向正规化、合理化道路迈进，我国已经基本上形成了运行良好的物流产业。库存成本与物流息息相关，一般物流成本高，产品的流动性好，库存成本相应的就低。Anshumnan Gupta等提出了需求不确定条件下的库存管理计划，可以估算出相应库存成本。

4．使用维护阶段和废物回收阶段的成本

使用维护阶段包括产品运行、维修；废物回收阶段包括产品报废、零部件重用、原材料的回收再利用和废物处理处置等。到了这两阶段，通过商品交易，商品的价值的拥有者发生了转移，由原来的生产厂家转移到了客户。这个阶段的成本一般由客户承担。这两个阶段的成本估算主要用于评价产品是否是绿色产品。

5．数据库的查询

经过一段时间的使用，数据逐渐完备，有一些产品是重复生产或类似生产，这时候就要充分利用历史数据。在数据库的建模过程中，零件的编码在存贮时采用成组技术（Group Technology），以便于以后相同相似产品的快速定位。当输入新的产品时，系统就在数据库查找以前报价，并进行对比找到相同相似产品。相似的尺度标准可以根据相似度函数Sim(x,y)来完成比较。

成组编码技术建立在大量的历史数据之上，它根据零件特征建立起编码系统。20世纪50年代，以原捷克斯洛伐克金属切削机床研究所卡洛茨为首的研究小组，根据成组技术原理制定了世界上第一个科学的零件编码系统：VUOSO零件分类编码系统。之后，国内外学者又制定了各种不同的基于成组技术的零件编码系统，如原联邦德国的OPITZ系统、日本的KK-3系统以及我国的JLBM-1系统等，至今已有近百种。钣金零件有一定的特殊性，零件品种多，非标准件多，在零件编码存贮过程中，利用成组技术和各企业制定的标准相结合的方法。

6．减少非确定因素的影响

钣金零件非标件多，因为一些非确定性因素的影响，会导致成本估算和实际的消耗的成本总有误差。由于从影响因素到实际成本的具体映射关系是一种十分复杂的非线性关系，无法用经典的解析表达式来表达，人工神经网络具有强大的非线性处理能力，因此选用人工神经网络来解决这一问题。把对结果影响大的特征参数，例如重量、材料、主要工艺、形状特征等作为输入，同时把估算成本作为输入，把实际成本作为输出。通过网络进行自学习训练，调整各层权重，把误差降到最低。使估算成本更接近实际成本。如图2所示。

图2 利用ANN减少误差

三、结束语

本文对钣金的全生命周期的成本估算进行了研究，并将全生命周期划分为五个过程，分别研究各个过程的成本估算，以及对全生命周期成本的影响，并提出了利用成组技术构件数据库和相似函数进行相似性对比。还引入了人工神经网络以减少非确定因素的影响，使成本估算更准确合理。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/15/2005)


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