原材料消耗工藝定額在工藝改進中的作用

盛海云

(常德紡織機械有限公司，湖南 常德 415004)

原材料消耗工藝定額在工藝改進中的作用

盛海云

(常德紡織機械有限公司，湖南 常德 415004)

為了提高原材料的利用率，實現(xiàn)合理的工藝改進，介紹原材料消耗工藝定額的定義、分類及其在工藝改進中的重要作用，以YJ2-142型搖架體和其他3種手柄零件的套材為例，對其沖制工藝進行改進探討，并闡述工時定額對工藝制定方案的影響。指出：原材料消耗工藝定額是確定工藝改進是否科學、經(jīng)濟合理的重要分析手段；提高材料利用率應綜合考慮幾種零件的生產(chǎn)；在保證沖制質(zhì)量的前提下，為提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，工序數(shù)量應盡可能少；應用原材料消耗工藝定額和工時定額設計工藝，可提高材料利用率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低企業(yè)成本。

原材料；消耗；工藝定額；沖壓工藝；沖制；排樣；搖架；材料利用率；工時定額

0 引言

在現(xiàn)有生產(chǎn)技術條件下，從不同角度思考工藝改進會產(chǎn)生不同的效果，但以經(jīng)濟性導向為基礎卻是不會改變的，而原材料消耗工藝定額方法正是從經(jīng)濟角度去考量的工藝改進，利用該方法可研究工藝改進的必要性和合理性。實踐發(fā)現(xiàn)，采用工藝定額方法改進沖壓工藝取得良好效果的同時，還可作為考核產(chǎn)品設計特別是擬定沖壓工藝方案合理性的重要依據(jù)。筆者用工藝定額的思考方法對沖壓工藝改進進行探討。

1 原材料消耗工藝定額的定義及分類

1.1定義

原材料消耗工藝定額，又稱為材料定額，是指在一定的生產(chǎn)、技術和組織條件下，根據(jù)產(chǎn)品設計結(jié)構、技術要求、工藝方法和生產(chǎn)技術條件等規(guī)定，制造單位產(chǎn)品(或零件)所必須消耗的各種原材料的標準數(shù)量。原材料消耗工藝定額由零件或產(chǎn)品的凈質(zhì)量和在制造過程中產(chǎn)生的工藝損耗兩部分組成。工藝損耗又由下料損耗和工藝加工損耗兩部分組成，是工藝制定過程中進行經(jīng)濟合理性分析的重要衡量指標及思考方法。在原材料消耗工藝定額制定過程中，能發(fā)現(xiàn)工藝中存在的不合理因素，為工藝改進提供契機。

1.2分類

原材料消耗工藝定額按使用要求可分為兩大類：即單項定額(零件原材料消耗工藝定額)和綜合定額(產(chǎn)品零件原材料消耗工藝定額的匯總)，分別從不同角度考查產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟合理性。

在一定的生產(chǎn)技術條件下，制造產(chǎn)品、制作工藝裝備和工藝設施的過程中，通過計算或理論測定方法得到材料消耗的理論定額，由于受各種生產(chǎn)因素的影響，與實際生產(chǎn)所消耗的材料或物力(實際定額)差別較大。

2 原材料消耗工藝定額在工藝改進中的作用及應用

2.1為工藝改進提供新思路

原材料消耗工藝定額實質(zhì)是計算合格產(chǎn)品或零件生產(chǎn)過程中消耗材料的用量，目的是度量材料的利用率。要提高材料利用率，應不局限于某種合格產(chǎn)品或零件的生產(chǎn)，而是將幾種零件的生產(chǎn)進行綜合考慮。采用材料相互套用即套材的方法，如沖裁件組合排樣、套沖排樣、板料下料后工藝廢料的再利用等，為工藝改進提供“既看樹木，又觀森林”的方法或思路。根據(jù)這種全局觀念構思工藝的合理性和經(jīng)濟性，能大幅提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品利潤的最大化。筆者在此以YJ2-142型搖架體的套材為例進行探討。

YJ2-142-05型搖架體與YJ2-142-02型、YJ6-223-03型和YJ4-190-03型3種搖架手柄都采用1.5 mm×1250 mm×2500 mm的ST12-D-FC標準鋼板條料沖制，搖架體沖制后的余料無法再沖制該零件，但若和其他零件套材，重新設計現(xiàn)有工藝則可減少下料、廢料，提高材料的有效利用率。

各零件排樣及板料下料后沖制情況，見圖1。

a) YJ2-142-05型

b) YJ2-142-02型

c) YJ6-223-03型

d) YJ4-190-03型

由圖1可知，YJ2-142-05型搖架體用1.5 mm×1250 mm×2500 mm的ST12標準鋼板沖裁成2個1.5 mm×275 mm×880 mm和1個1.5 mm×275 mm×740 mm的條料毛坯，每個毛坯可沖制該零件7件和6件，這樣一張標準鋼板能沖制80件YJ2-142-05型搖架體。同理，經(jīng)充分排樣后標準鋼板可沖制264件YJ2-142-02型手柄，156件YJ4-190-03型手柄，117件YJ6-223-03型手柄，各零件材料消耗定額為整板質(zhì)量分攤到?jīng)_制各零件的用量，其計算結(jié)果分別為0.460 0 kg、0.139 4 kg、0.235 9 kg和0.314 5 kg，其中搖架體若不包含下料廢料部分，定額為(1.5×275×4×2500×7.85)÷(80×106)=0.404 8 kg。

上述標準鋼板沖制搖架體后余料為2個1.5 mm×150 mm×880 mm 和1個1.5 mm×150 mm×740 mm，無法再沖制該零件。而將該余料用于YJ2-142-02型、YJ6-223-03型和YJ4-190-03型3種手柄零件的沖制，各零件沖制情況如圖2所示。

a) YJ2-142-02型

b) YJ6-223-03型

c) YJ4-190-03型

根據(jù)圖2所示的排樣情況可知，尺寸為1.5 mm×150 mm×880 mm的余料可沖制9件YJ2-142-02型手柄零件，1.5 mm×150 mm×740 mm的余料可沖制6件該手柄零件，故余料可沖制24件YJ2-142-02型手柄零件，此時材料消耗定額為(1.5×150×2500×7.85)÷(24×106)=0.184 0 kg。同理，可沖制YJ6-223-03型手柄零件12件，沖制YJ4-190-03型手柄零件12件，此時材料消耗定額均為0.368 0 kg。

YJ2-142-02型、YJ4-190-03型和YJ6-223-03型3種手柄定額余料分別為：(0.184 0-0.139 4)×24=1.070 4 kg，(0.368 0-0.235 9)×12=1.585 2 kg及(0.368 0-0.314 5)×12=0.642 0 kg，3種手柄定額余料分攤到80件搖架體零件中，其值分別為0.013 88 kg，0.019 82 kg和0.008 03 kg，取其中最大值，即0.019 82 kg。

根據(jù)上述排樣和計算結(jié)果，建立不同手柄零件沖制件數(shù)及材料定額統(tǒng)計，見表1。

由表1數(shù)據(jù)重新確定搖架體與3種手柄套材后定額為：0.404 8+MAX{0.013 88，0.019 82，0.008 03}≈0.425 0 kg。

表1 不同手柄零件沖制件數(shù)及材料定額統(tǒng)計

按1a生產(chǎn)200萬套搖架計算，則可節(jié)約鋼材(0.460 0-0.425 0)kg×200萬套=70 t，鋼材成本約為6000元/t，故每年可節(jié)約鋼材成本約為42 萬元，經(jīng)濟效益可觀。

2.2為改進工藝下料尺寸提供依據(jù)

新材料、新技術、新設備或生產(chǎn)條件的改變等都要求對現(xiàn)有的工藝進行不斷改進，以適應生產(chǎn)環(huán)境變化。在材料定額的制定過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)原工藝設計的下料尺寸在當前條件下不合理，需要工藝人員對工藝下料規(guī)格進行改進，以減少下料損失。

以YJ4-190-03型手柄零件為例，改進前工藝下料尺寸為1.5 mm×309 mm×1000 mm，可沖制16件，但對于現(xiàn)在供應的規(guī)格為1.5 mm×1250 mm×2500 mm的板料下料，其長度方向不能滿足成倍性要求，浪費較大；將板料下料規(guī)格改為1.5 mm×309 mm×833 mm后，長度方向條料可裁為3塊，廢料少，從而提高了材料的利用率。

2.3為改進沖制件工藝排樣方式提供分析方法

在工藝設計過程中，沖制件在板料(條料或帶料)上的布置方法(即排樣方法)不同，對材料的利用率、生產(chǎn)效率，模具結(jié)構和壽命都會產(chǎn)生不同的影響。材料消耗定額可作為工藝排樣方式是否科學、經(jīng)濟的重要分析手段，能夠在滿足沖制件生產(chǎn)要求的前提下，盡可能地提高材料利用率，指導生產(chǎn)選用簡單的模具結(jié)構。YJ20-142-02A型手柄零件新舊工藝排樣方式，如圖3所示。

a) 改進前制件條料排樣

b) 改進后制件大尺寸條料排樣

c) 改進后制件小尺寸條料排樣

工藝改進前后都是將標準板料2 mm×1250 mm×2500 mm裁成條料后沖制手柄，改進前所裁條料尺寸為2 mm×302 mm×833 mm，每條料可沖制該手柄零件14件，見圖3a)。因此，每標準板料可沖制YJ20-142-02A型手柄零件共14×(2500÷833)×(1250÷302)=168件，而改進后所裁條料尺寸為2個2 mm×312 mm×865 mm 的條料和1個2 mm×312 mm×770 mm的條料，對應可沖制該手柄零件16件和14件，見圖3b)和圖3c)，故每標準板料可沖制YJ20-142-02A型手柄零件共[(16×2)+14]×4=184件?？梢钥闯?，改進后同樣大小的標準板料可多沖制零件16件，大幅提高了材料的利用率。在未造成其他生產(chǎn)影響的情況下，說明利用原材料消耗工藝定額的分析方法改進工藝是可行的、合理的。

2.4有助于發(fā)現(xiàn)工藝問題

生產(chǎn)過程中，常發(fā)現(xiàn)實際材料消耗與材料的定額消耗相差很大，工藝人員應當與模具制造人員、沖壓生產(chǎn)人員密切溝通，排除其他生產(chǎn)因素影響后，再從制定的工藝中發(fā)現(xiàn)問題，并從以下方面改進。

2.4.1與產(chǎn)品設計人員一起研究分析沖制件的生產(chǎn)工藝性。工藝性差的零件，材料的損耗和廢品率會大量增加，從而導致零件實際消耗的材料定額比理論定額大。如果發(fā)現(xiàn)沖制件工藝性差，應及時和產(chǎn)品設計人員溝通，在不影響產(chǎn)品使用要求的前提下，對產(chǎn)品圖紙做出適合沖壓工藝性的修改。

2.4.2實際消耗材料定額大，意味著廢品可能較多，工藝人員需與質(zhì)量管理人員配合，分析制件產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因，確認工藝方案是否合理。如果是成形極限問題，就要改進工藝的工序性質(zhì)；如是回彈、偏移等引起的質(zhì)量問題，需改變工序方案或模具結(jié)構等。

2.4.3分析制定工藝工序順序的合理性。沖壓工序的順序應根據(jù)沖制件的形狀、尺寸精度要求、工序的性質(zhì)以及材料的變形規(guī)律做出合理安排。如：沖制件上存在位置靠近、大小不一的兩孔，應先沖大孔后沖小孔，否則，工件大孔沖裁時材料的變形易引起小孔變形；多角彎曲件應從材料變形影響和彎曲材料的偏移趨勢安排彎曲的順序，一般應先彎外角后彎內(nèi)角；對于復雜的旋轉(zhuǎn)體拉伸件，一般先拉伸大尺寸外形，后拉伸小尺寸外形等[1]。工藝工序順序安排不當，會增加用料成本，導致沖制件實際材料消耗超出理論定額消耗。

3 原材料消耗工藝定額與工時定額結(jié)合

3.1工時定額對工藝制定方案的影響

生產(chǎn)要求是時刻變化的，如生產(chǎn)批量、質(zhì)量要求的變化，材料品質(zhì)、模具制造能力的提高，新的技術和設備的出現(xiàn)，都要求工藝設計人員做出適當?shù)恼{(diào)整。工序數(shù)量和生產(chǎn)效率對工時定額的影響最大，工時定額可用于分析工序數(shù)量的經(jīng)濟合理性。在保證沖制質(zhì)量的前提下，為提高經(jīng)濟效率和生產(chǎn)效率，工序數(shù)量應盡可能的少[2]。如新材料的出現(xiàn)使材料的成形極限提高，可減少成形和整形工序，以降低勞動定額；如果客戶對產(chǎn)品做出新的要求，也可增減某些輔助工序等。

3.2工時定額與材料定額結(jié)合作為工藝改進的依據(jù)

用工成本和材料成本都是不斷變化的，工藝人員要根據(jù)企業(yè)的實際生產(chǎn)情況，將兩種定額綜合考慮，利用比例原則衡量得失，決定現(xiàn)有工藝方案的改進是否科學可行。一般而言，沖壓基本工序的集中，如變單工序模為復合?；蜻B續(xù)模，則占用設備和人員減少，生產(chǎn)效率提高，勞動量減小，但模具制造成本高，周期長，材料品質(zhì)要求提高，材料成本上升。如果生產(chǎn)批量不大，這種工藝的改進值得商榷。如簡單的制件，復合模能一次性將其沖制而成；若片面追求效率而設計使用連續(xù)模生產(chǎn)，為保證強度其材料搭邊比復合模搭邊多，導致材料消耗成本增高。因此，在該零件生產(chǎn)批量不大，且不用考慮生產(chǎn)安全等因素時，通過這兩種定額的比例原則分析，會發(fā)現(xiàn)模具結(jié)構的改進意義不大。

4 結(jié)語

4.1通過原材料消耗工藝定額的分析方法確定工藝改進的合理性，能有效地明確工藝改進方向和目標，還可作為工藝排樣方式是否科學、合理、經(jīng)濟的重要分析手段，能夠在滿足沖制件生產(chǎn)要求的前提下，盡可能地提高材料利用率，指導生產(chǎn)選用簡單的模具結(jié)構。

4.2要提高材料利用率，不應局限于某種合格產(chǎn)品或零件的生產(chǎn)，而是將幾種零件的生產(chǎn)進行綜合考慮。工藝設計人員應利用這種思維和方法，進行科學的工藝設計和改進，從而達到提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低企業(yè)成本，保證生產(chǎn)安全的目的。

4.3原材料消耗工藝定額與工時定額結(jié)合作為工藝改進的依據(jù)，工時定額可用于分析工序數(shù)量的經(jīng)濟合理性。在保證沖制質(zhì)量的前提下，為提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，工序數(shù)量應盡可能少。

[1] 肖祥芷，王孝培.中國模具工程大典：沖壓模具設計(4卷)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2] GB/T 24737.7—2009，工藝管理導則 第7部分：工藝定額編制[S].

TheRoleofProcessQuotaforRawMaterialConsumptioninProcessImprovement

SHENG Haiyun

(Changde Textile Machinery Co.,Ltd.,Changde 415004,China)

To increase the utilization rate of raw materials for logical technology improvement,introduction is made to the definition,classification and the improtance of the raw material consumption process quota in process improvement with cradle YJ2-142 and three other handle parts as an example,probing is done into the punching process improvement,analysis is done to the hour quota on the process scheming.It is pointed out that the process quota for raw material consumption is an important means in determing whether the process improvement is done in a logical and economic way.Material utilization rate can only be increased by considering comprehensive production of several parts.In the premise of ensuring the quality of punching,the number of processes should be as few as possible for the purpose of improving the production efficiency and economic benefits.Process can be worked out with the process quota for raw material consumption and hour quota to improve the material utilization rate and product quality with low cost.

raw material;consumption;process quota;stamping process;punching;layout;cradle;material utilization rate;hour quota

TS103.8

B

1001-9634(2017)05-0017-04

2017-02-28

盛海云(1970—)，男，湖南常德人，工程師，主要從事紡紗搖架機械工藝設計。