基于價值工程方法的刀具降本管理

商成超 鄭文清

摘要：本文從價值工程角度出發(fā)，以發(fā)動機工廠數(shù)控刀具管理為案例，對價值工程方法的基本原理、價值工程的應用程序以及價值工程方法指導下的刀具降本方案與應用成果等進行了介紹與總結(jié)。在數(shù)控刀具管理中，通過應用價值工程方法，可以減少工程技術(shù)人員對工作經(jīng)驗的依賴，更好地基于成本投入、功能產(chǎn)出的價值視角，系統(tǒng)及有針對性地開展工作。由此也實現(xiàn)刀具的降本管理由基于成本的角度向基于價值的角度轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：價值工程；刀具管理；降本；加工精度；加工效率

中圖分類號： TG5 文獻標識碼：A

0 引言

在加工制造行業(yè)中，切削刀具是構(gòu)成加工要素中的重要組成部分，切削刀具對零件加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率至關(guān)重要。以最經(jīng)濟的投入滿足生產(chǎn)需求，獲得最大的收益，是企業(yè)刀具從業(yè)人員及管理者追求的目標。隨著我國加工制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級以及市場競爭日趨激烈，刀具降本管理已經(jīng)成為考驗管理者水平、提升企業(yè)收益能力的重要方面[1]。

現(xiàn)有關(guān)于刀具降本方面的研究，多數(shù)從某個角度進行。吳抗美結(jié)合發(fā)動機加工案例，從提高刀具效率角度，認為提高刀具的切削效率的意義遠大于刀具費用節(jié)省[2]。戴榮兵提出刀具的技術(shù)管理是促進企業(yè)降低成本、增加效益的基本措施[3]。劉豐文等從刀具管理流程角度出發(fā)，認為實時采集刀具過程信息，對刀具進行全生命周期狀態(tài)信息追蹤管理，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)高度集成與高效流通至關(guān)重要[4]。楊金暉等則從刀具采購管理角度，闡述了國內(nèi)制造業(yè)企業(yè)刀具采購管理中如何減少資金、人力及管理成本的浪費[5]。

實際生產(chǎn)中，系統(tǒng)的降本思路和方法往往比較缺乏，有很多企業(yè)在刀具降本工作中缺少章法，只憑經(jīng)驗開展，如不斷壓低刀具的采購價格。這樣看似成本降低了，但有可能因刀具品質(zhì)、供應商服務水平下降導致其他成本的增加。為此，本研究提出了基于價值工程方法的刀具降本管理措施。該方法通過在刀具管理中進行實踐與應用，為刀具降本工作提供系統(tǒng)的指導。

1 價值工程的介紹

1.1 價值工程的概述

價值工程方法是以價值為引導，從目標出發(fā)，既全面考慮，也突出重點，可以在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)制造等領(lǐng)域廣泛應用。價值工程簡稱VE，又稱價值分析，是通過對所研究對象的功能與成本進行系統(tǒng)分析，旨在提高研究對象價值的思想方法和管理技術(shù)[6]。價值工程可使用公式展示如下：

V =F /C

式中：V 為價值，F(xiàn) 為功能，C 為生命周期的成本。價值工程的核心是強調(diào)改革與創(chuàng)新以及組織策劃能力，實踐中要求多部門持續(xù)的參與。價值工程自誕生以來，已經(jīng)在各行各業(yè)廣泛應用，并取得了較好的效益。

1.2 提升價值的途徑

價值工程中，價值是功能與成本之比，是相對的價值，因此價值V 的增加，需要關(guān)注功能F 與成本C 的相對關(guān)系。因此，價值工程應該聚焦于F 和C 之間關(guān)系的系統(tǒng)研究，其時間跨度則是C 消耗的整個壽命周期。按照F 和C 的相對變化關(guān)系，提升價值的途徑有5 種方法（表1）。

1.3 價值工程的一般工作程序

價值工程的工作程序一般可以分為5 個步驟，包括選擇研究對象、功能分析、功能評價、實施改進方案和改進的評價（圖1）。下面對工作流程及流程開展中常用的方法及關(guān)鍵點進行概述。

（1）選擇研究對象：研究對象既可以是產(chǎn)品，也可以是流程，還可以是服務。

（2）功能分析：對功能進行定義、分析和整理，以明確功能之間的關(guān)系，分清功能類別。在應用價值工程進行分析的過程中，功能分析是關(guān)鍵 [7]。

（3）功能評價：通過一定的方法，評價獲得功能的成本是否是最優(yōu)的。

（4）實施改進方案：基于功能分析和功能評價，結(jié)合功能改進的目標，確定實施方案并組織實施。

（5）改進的評價：對改進的方案、改進的過程、以及獲得的結(jié)果進行分析評價。

上述過程中，功能的分析及評價是價值工程工作程序的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在完成這2 項流程的工作后，改進方案則需要結(jié)合具體的業(yè)務，利用已有理論及實踐知識體系制定改進方案并實施驗證。對驗證結(jié)果進行評估并與預期目標對比分析后，往往還需要進一步進行價值工程優(yōu)化工作。該程序是一種基于PDCA 思維的持續(xù)改進工作程序。

2 基于價值工程的刀具降本方案

結(jié)合汽車制造行業(yè)發(fā)動機加工刀具的實際應用情況，對基于價值工程理論指導下的刀具降本工作，進行分類論述。

2.1 BJ 發(fā)動機工廠刀具降本情況介紹

BJ 發(fā)動機廠生產(chǎn)某款用于商用車和乘用車的小排量發(fā)動機，年產(chǎn)量為35 萬臺，機加工件為鑄鐵缸體、鋁合金缸蓋、鑄鐵及鍛鋼曲軸，加工設(shè)備有數(shù)控加工中心、高精度磨床等。該發(fā)動機加工刀具主要包括硬質(zhì)合金鉆頭、鉸刀、絲錐、銑刀、車刀、砂輪和拋光帶等，每年的刀具消耗金額約為1 200 萬元。近幾年隨著內(nèi)外部生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)境的變化，工廠降本增效的要求日益提升，刀具降本壓力及難度逐漸提高。在此背景下，工廠以價值工程方法作為刀具降本的主要方法，以價值輸出為導向，深入挖掘降本空間，3 年間實現(xiàn)了刀具加工成本降幅30%，取得了較好的降本成效。

2.2 基于價值工程的刀具降本方案

刀具切削要實現(xiàn)的功能可分為滿足工藝節(jié)拍要求和滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求這2 類。根據(jù)表1 可知，實現(xiàn)成本降低有5 種方式，而結(jié)合工廠刀具降本工作的實際情況，降本方法可以概括為3 類。

2.2.1 降低刀具采購以及使用成本

在滿足相同功能需求的前提下，降低刀具采購以及使用成本。

2.2.1.1 降低刀具采購成本

降低刀具采購成本是刀具管理降本中較為常用的手段，包括刀具不變的前提下降低采購價格，或引入替代型號的刀具并降低采購成本，這2 種情況側(cè)重點有所不同。降低采購價格需要培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)刀具供應商，通過擴大采購量等方式，實現(xiàn)互利共贏。引入替代刀片可采取引入適當?shù)牟少徃偁幰约伴_展刀具國產(chǎn)化等措施，其中，刀具國產(chǎn)化是近幾年重要的降本手段。

BJ 發(fā)動機工廠近些年來結(jié)合國內(nèi)刀具行業(yè)發(fā)展情況，分階段實施國產(chǎn)化，先后實施了砂條、砂輪和刀片等超硬刀具國產(chǎn)化，之后又進行了合金鉆頭、鉸刀、絲錐以及硬質(zhì)合金刀片類的國產(chǎn)化。目前工廠的刀具國產(chǎn)化率已經(jīng)達到95% 以上，實現(xiàn)了刀具成本10% ～ 20% 的降幅。

2.2.1.2 降低刀具使用成本

降低刀具使用成本主要通過開展刀具優(yōu)化實現(xiàn)。刀具優(yōu)化的本質(zhì)是在滿足功能需求的前提下，提升刀具壽命。降低刀具使用成本的主要措施有：開展刀具壽命管理，并在刀具管理過程中，建立刀具管理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對刀具更換的原因、使用的壽命等信息進行收集，便于通過數(shù)據(jù)分析找到刀具未到壽命的原因，針對性地尋找改進機會。例如，通過技術(shù)手段進行報廢刀具二次利用、刀具修磨等。

工廠將使用至壽命的精加工刀片用到粗加工刀具上，或者將使用后的刀具通過切割、焊接等方式改制，重新發(fā)揮其作用，從而達到報廢刀具二次利用的目的。刀具修磨則是刀具管理中重要的降本方式，通過對鉆頭、鉸刀、銑刀、絲錐和刀片類的修磨，可以極大提升刀具的壽命周期。刀具修磨的關(guān)鍵是控制好單次使用壽命與修磨量的關(guān)系，確定最佳的匹配關(guān)系，避免因單次過度使用造成刃口磨損量過大問題。

2.2.2 減少刀具消耗實現(xiàn)降本

工廠可以通過功能的降低，減少刀具消耗以實現(xiàn)成本的降低。具體措施可以從產(chǎn)品設(shè)計、過程控制和切削效率3 個方面考慮。

2.2.2.1 減少非必要的設(shè)計要求

對產(chǎn)品的設(shè)計輸出，即產(chǎn)品圖紙上所要求的尺寸公差等開展評審和分析，取消不必要的加工特征，修改產(chǎn)品設(shè)計中過于嚴格的尺寸公差，以減少不必要的加工浪費。以發(fā)動機缸體加工為例，通過生產(chǎn)部門與設(shè)計部門的聯(lián)合評審、加工驗證，取消了缸體某機型機油濾清器內(nèi)孔加工，實現(xiàn)加工成本的降低。

2.2.2.2 減少非必要的過程要求及過程控制

對產(chǎn)品的工藝過程開展分析，實施生產(chǎn)過程的精益化。如實現(xiàn)曲軸油封工藝優(yōu)化，減少粗拋過程。曲軸油封目前的工藝過程為粗車、精車、磨削、粗拋光和精拋光（ 粗糙度為Ra0.2 ～ 0.6），經(jīng)過評估和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，曲軸油封磨削后的粗糙度可以達到Ra0.8，已經(jīng)可以滿足精拋光的基礎(chǔ)要求，可以取消粗拋過程減少加工浪費。因此在經(jīng)過產(chǎn)品驗證后，曲軸油封的加工工藝取消了粗拋過程。

2.2.2.3 減少切削效率浪費

在生產(chǎn)加工中，經(jīng)常存在一些刀具切削參數(shù)過高導致的加工浪費。因此在生產(chǎn)過程中，通過建立刀具參數(shù)管理形成工藝規(guī)范，對刀具參數(shù)的合理性進行評價和優(yōu)化，通過工藝圖紙、變更管理進行繼續(xù)改進和受控管理。

2.2.3 提升功能實現(xiàn)收益大于成本

通過提升功能（產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率），實現(xiàn)收益大于刀具成本的增加。

2.2.3.1 提升產(chǎn)品質(zhì)量

對產(chǎn)品的加工特征進行深入的評估，評估其功能的合理性、功能指標以及尺寸公差的合理性和經(jīng)濟性，并進行優(yōu)化改進。此外，對加工質(zhì)量的結(jié)果及過程進行監(jiān)控與分析，以尋求質(zhì)量改進的機會。加工過程中，可以通過統(tǒng)計過程控制（SPC）找出生產(chǎn)加工中質(zhì)量不足的過程及主要問題進行攻關(guān)。尤其是在解決加工質(zhì)量不足而導致的刀具換刀和工時增加等成本損失時，需要以數(shù)據(jù)為出發(fā)點，對換刀數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)進行常規(guī)化的改進和攻關(guān)。

2.2.3.2 提升加工效率

生產(chǎn)中通過切削參數(shù)優(yōu)化、工藝平衡、刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及刀

3 基于價值工程的刀具應用案例

以BJ 發(fā)動機工廠中缸體加工刀具成本優(yōu)化為例，按照價值工程的工作程序，選擇具體的刀具為研究對象，對其進行功能分析與評價，并采取一些技術(shù)措施達到刀具價值的提升。

3.1 選擇研究對象

BJ 發(fā)動加工中，刀具成本最高的為缸體燃燒室面精銑刀具，選擇該刀具做為研究對象進行價值分析（表2）。因其要實現(xiàn)較高的加工精度和加工效率，采用的是直徑200.00 mm 刀盤、18 個刀片布局的高速切削銑刀，刀片材質(zhì)為立方淡化硼。18 個刀片中半精銑刀片15 個，精銑刀片3 個，通過刀具的調(diào)整機構(gòu)實現(xiàn)精刀片與半精刀片有0.02 mm 的刃高差值，以提升加工精度。刀具的切削轉(zhuǎn)速為1 300 r/min，進給速度為3 360.00 mm/min。

3.2 功能分析與功能評價

綜合加工工藝情況，分析并確定該刀具需要滿足的5 個功能：實現(xiàn)一定的切削速度、滿足加工尺寸、滿足平面度、滿足粗糙度和控制刀具調(diào)整等輔助時間。

3.2.1 功能數(shù)據(jù)的建立

組織工藝人員、質(zhì)量人員和刀具人員對其功能進行打分，并計算出各功能的功能系數(shù)，對各功能的成本進行核算，并計算出成本系數(shù)（表3）。由于加工尺寸、平面度和粗糙度是產(chǎn)品的特性要求，生產(chǎn)過程中會使用失效模式分析工具（FEMA 工具）對其風險順序數(shù)RPN 值（重要程度、頻度和失效探測度三者的乘積）進行評價。RPN 值在一定程度上反映了功能得分，故在滿足這3項功能時以RPN 值為參考，切削速度、輔助時間的功能評分也以此為參考。功能得分范圍為1 ～ 10 分，功能的重要性越高分數(shù)越高，多人打分后平均值四舍五入取整數(shù)。功能系數(shù)為單項功能得分與功能總分的比值；成本數(shù)值為獲得該功能的刀具單件消耗成本；成本系數(shù)為單項成本與總成本的比值；價值系數(shù)為功能系數(shù)與成本系數(shù)的比值[8]。

3.2.2 功能的評價

價值系數(shù)等于1，說明針對該項功能的投入比較均衡；價值系數(shù)大于1 或者小于1，說明該功能的實現(xiàn)與功能的成本投入不相匹配。從表3 的數(shù)據(jù)可以看出：切削速度的價值系數(shù)（0.252）遠小于1，說明為了滿足該功能所消耗的成本過高；而其他四項功能的價值系數(shù)大于1，則說明這些功能使用的成本大于所消耗的成本[9]。

3.3 制定與實施改進方案

3.3.1 通過平衡工藝、優(yōu)化刀具以平衡切削速度該刀具在實現(xiàn)切削速度的功能方面，投入存在明顯的失衡，即投入過多。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，前期工藝設(shè)計時，該工位為了滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求，采用了18 齒的高速切削方案，該方案成本高。為降低成本，通過整線工藝優(yōu)化，把該工位的部分加工特征轉(zhuǎn)移至其他工位后，該工位的節(jié)拍有較大的空余，為該刀具切削速度調(diào)整創(chuàng)造了條件?；谝陨希诓辉黾拥侗P投入的情況下，將原刀盤減齒處理，同時進行了參數(shù)優(yōu)化。通過上述措施，刀具的加工成本降低了0.7 元/ 件。

3.3.2 通過調(diào)整工藝順序提升工件平面度

改進前的工藝是先銑面，后鏜缸孔。通過測量發(fā)現(xiàn)，由于鏜孔過程中孔邊緣存在一定的微小變形，會影響零件的整體平面度，導致其過程能力不足。優(yōu)化后的工藝為先鏜孔、再銑面，工藝調(diào)整后工件平面度的過程能力有了明顯提升。

3.3.3 優(yōu)化刀具設(shè)計及調(diào)整方式，改善工件表面粗糙度

刀具壽命低的主要原因是產(chǎn)品粗糙度達不到要求。通過分析發(fā)現(xiàn)，刀具修光刃采用全長刃口，如果通過調(diào)整刀片實現(xiàn)刀刃角度要求，調(diào)整難度大，角度一致性不足，刀尖磨損后，工件表面紋路較粗糙。為此，取消了調(diào)整機構(gòu)并對刀片結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。通過上述改進，刀片實現(xiàn)了同一刃口兼具切削及再次修光功能，提升了工件表面質(zhì)量，刀具壽命提升了2 倍[10]。

3.4 改進的評價

通過優(yōu)化刀片布局和參數(shù)優(yōu)化，對該刀具的切削效率進行了平衡。通過實施切削工藝優(yōu)化、刀具設(shè)計改進，實現(xiàn)了產(chǎn)品平面度提升、粗糙度等功能改善。上述改進措施進一步提升了該刀具功能與成本的匹配程度，產(chǎn)品質(zhì)量提升的同時，也減少了刀具消耗。

4 結(jié)束語

在機加工行業(yè)競爭激烈、整體利潤微薄的背景下，結(jié)合機加工刀具降本案例分析，本文對價值工程方法的基本原理、應用程序、價值工程方法指導下的降本方案以及應用成果等進行了介紹和總結(jié)，得出如下結(jié)論。

（1）價值工程可以將刀具管理降本置于整個生產(chǎn)系統(tǒng)，以及基于成本投入和功能產(chǎn)出的價值視角中，不僅可以聚焦到個體刀具、具體工位上，還可以著眼整個刀具的生命周期及整個生產(chǎn)系統(tǒng)以開展降本工作。

（2）本論文在功能確認及功能評價中，引入FEMA 工具，將FEMA 中RPN 值轉(zhuǎn)化為功能得分，提升了功能評分的準確性。

（3）機加工刀具降本應在技術(shù)研究及應用的基礎(chǔ)上，通過價值工程方法，實現(xiàn)降本管理由基于成本的角度，向基于價值的角度轉(zhuǎn)變。

（4）本論文將價值工程方法引入刀具降本管理中，有助于指導生產(chǎn)從業(yè)人員系統(tǒng)地開展降本工作，有利于提升企業(yè)的刀具管理水平和盈利能力。

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作者簡介：

商成超，碩士，高級工程師，研究方向為機加工工藝開發(fā)及刀具管理。