航天型號機加類壁板產(chǎn)品采購成本控制方案研究

李祺欣 郭慶浩 高軍

天津航天長征火箭制造有限公司 天津 300462

引言

根據(jù)國家“十四五規(guī)劃”以及中國航天“十四五”規(guī)劃，國家將在以下3個方面開展工作：一是繼續(xù)實施重大科技工程，重點推進行星探測、載人航天、月球探測、可重復使用的天地往返系統(tǒng)、重型運載火箭、國家衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等重大工程。二是進一步增強衛(wèi)星的服務能力，完善國家民用空間基礎設施和配套地面建設。三是增進國際航天合作和交流，積極與各個國家開展多方面的航天領域交流活動。面對繁重的航天發(fā)射任務，中國火箭在“十四五”期間也將迎來高密度發(fā)射。而國產(chǎn)火箭制造企業(yè)也將直面高密度發(fā)射帶來的產(chǎn)能考驗，若火箭制造企業(yè)通過增員、增設備等傳統(tǒng)方式進行產(chǎn)能擴充，首先從時間上無法滿足高密度的發(fā)射需求，其次短時間大量的設備以及人員投入提高了企業(yè)生存風險。而通過建立供應鏈，由戰(zhàn)略合作供應商進行協(xié)助生產(chǎn)，不僅可以保證產(chǎn)品質量，還能將公司的科研生產(chǎn)和經(jīng)營管理進行有機的結合，降低資金壓力[1]。故作為火箭制造企業(yè)，更應該遵從市場規(guī)律，通過供應鏈構建等方式解決。

1 產(chǎn)品簡介

在新一代運載火箭結構中，貯箱產(chǎn)品既是運載火箭箭體結構件的一部分，又是增壓輸送系統(tǒng)重要組成部分，在承受箭體各種載荷的同時，貯存并輸送運載火箭飛行所需的燃燒劑和氧化劑，壁板類產(chǎn)品是運載火箭貯箱的最主要構件。除此之外，壁板產(chǎn)品還廣泛分布于運載火箭的殼段等多個部段，部分型號火箭的筒段、短殼、錐底均由壁板拼焊而成。因此，壁板產(chǎn)品對于運載火箭來說至關重要。由于高密度發(fā)射需求，航天型號機加類壁板產(chǎn)品的用量因此將日趨增大，火箭制造企業(yè)的設備能力已經(jīng)無法滿足型號發(fā)射需求。2022年，火箭制造企業(yè)A壁板外包費用預算約2618萬元。

2 采購成本控制方案介紹

目前航天型號壁板類產(chǎn)品采購價格組成公式如下：

其中，“產(chǎn)品采購單價”是某一種產(chǎn)品的采購費用；“產(chǎn)品加工時間i”是該產(chǎn)品在某一設備上的運行時間；“設備臺時費率i”是某一設備單小時的加工費（影響因素涉及設備折舊費用、人工費用、運輸費用等）。

供應商是生產(chǎn)過程中比較重要的一環(huán)，只有和供應商合作，最終達成戰(zhàn)略合作伙伴關系，才能在保證產(chǎn)品質量的前提下，達到資源的最大利用以及成本的最大壓降[2-3]。所以為更好地控制壁板類產(chǎn)品的采購成本，應協(xié)助供應商進行多方面技術改進，降低“產(chǎn)品加工時間”；通過先進生產(chǎn)管理手段優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏，降低“設備臺時費率”。

2.1 壁板加工設備改造

供應商現(xiàn)有壁板類產(chǎn)品加工設備是在普通龍門移動式數(shù)控三軸銑床基礎上加裝真空吸盤構成的。設備額定最高轉速一般可達到15000r/min，最大切削進給速度為10000mm/min，具有良好的綜合加工性能。然而，由于一般壁板類產(chǎn)品最大厚度不超過20mm，加工過程中主軸伸出過長造成穩(wěn)定性降低，導致壁板類產(chǎn)品加工后產(chǎn)品表面存在接刀痕。為保證產(chǎn)品質量，壁板銑床實際加工轉速僅為6500r/min，切削進給速度為1800mm/min，設備主軸功率利用率不足額定功率的20%。機床主軸功率利用率低是造成壁板切削加工效率低的主要原因。因此，壁板類產(chǎn)品高效加工的關鍵在于如何保證產(chǎn)品質量和提高設備利用率。

根據(jù)試驗結果可知，當機床正常運轉時，若加裝500mm高度平臺，可選用轉速7000r/min，進給速度2400mm/min加工參數(shù)，最大去除率可達到124.80cm3/min，單刃吃刀量為0.17mm，切深為3mm，可應用于正常生產(chǎn)。因此，供應商對其壁板類產(chǎn)品加工設備進行了改造，在真空吸盤下面加裝了500mm高度的工作臺（改造方案及改造成果如圖1，圖2所示），綜合加工效率提高80%~100%。

圖1 供應商設備改造方案

圖2 供應商設備改造成果

2.2 優(yōu)化加工工序

目前壁板加工工藝流程為：檢驗→劃印→加工→清洗→防銹→交付。相較普通產(chǎn)品，壁板類產(chǎn)品生產(chǎn)周期較長，價值較高。產(chǎn)品報廢會影響型號研制進度并造成浪費。故壁板類產(chǎn)品加工前需要進行劃印工作。劃印工作主要工作內(nèi)容為在壁板原材料狀態(tài)下，即壁板兩面均有加工余量的狀態(tài)下模擬產(chǎn)品加工過程，加工深度一般為0.2~0.3mm。這個加工深度既可以滿足對設備和程序的驗證效果，又不影響產(chǎn)品的正常使用。據(jù)統(tǒng)計單件壁板加工過程中劃印工作約占整體壁板加工周期4%~6%。

針對上述問題，火箭制造企業(yè)A協(xié)助供應商建立壁板類產(chǎn)品程序庫，將需要加工的壁板類產(chǎn)品分為三類：已完成劃印工序的壁板；上次劃印之后未發(fā)生過更改的壁板；技術狀態(tài)更改后首次加工的壁板。針對前兩類產(chǎn)品，經(jīng)工藝人員確認后可以不進行劃印工作。針對第三類產(chǎn)品，仍需進行劃印工作。2022年全年，各供應商共取消壁板劃印產(chǎn)品369件，節(jié)約加工成本約30余萬元。

2.3 采用帶量采購模式壓降設備臺時費

帶量采購模式源于藥品和醫(yī)用耗材行業(yè)的采購模式，此種集中采購模式相對于原有的分散采購模式有以下優(yōu)勢：可以獲得規(guī)模效應、可以增加市場競爭、可以獲得更加有競爭力的產(chǎn)品價格[4]。而采購到最有價格優(yōu)勢的產(chǎn)品是帶量采購的核心目標。通過準確核算產(chǎn)品的需求量以及需求時間，使供應商可以更好地壓低生產(chǎn)成本，進而用更低的價格采購需求產(chǎn)品，從而實現(xiàn)量價掛鉤。

由于航天型號機加類壁板產(chǎn)品特點一般為尺寸大，厚度薄，產(chǎn)品最薄厚度約1.6mm，公差一般為±0.2mm，是典型的薄壁且剛性差的產(chǎn)品[5]。生產(chǎn)過程中所使用的設備、刀具均類似，產(chǎn)品完成后若連續(xù)加工壁板類產(chǎn)品無需更換刀具等，可以提高設備利用。而根據(jù)產(chǎn)品成本的理論，成本分為固定成本以及邊際成本，固定成本主要體現(xiàn)于設備（廠房）折舊等固定支出，與設備是否加工產(chǎn)品無關。而邊際成本與產(chǎn)品的加工數(shù)量關系較大，即同一臺設備在固定時間內(nèi)加工產(chǎn)品越多，邊際成本較低，最終使產(chǎn)品的單價下降。帶量采購則是給予供應商提高機床利用率的預期和信心，利用邊際成本可以遞減效應，壓縮供應商的利潤率，達到降低設備臺時費的目的。

2022年，火箭制造企業(yè)A共有900余張壁板產(chǎn)品需要供應商協(xié)助完成，根據(jù)產(chǎn)能分析，三家供應商機床利用率可達到80%以上，較2021年的63.7%可以提高約15%。

2.4 消減生產(chǎn)中的浪費

在航天型號壁板類產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，存在不同程度的浪費情況，例如加工過程中出現(xiàn)的等待，以及由于任務集中導致的加班等均屬于生產(chǎn)浪費情況。

2.4.1 設備等待。在供應商壁板生產(chǎn)過程中，存在由于原材料問題、產(chǎn)品技術狀態(tài)協(xié)調、產(chǎn)能沖突造成的停機等待問題。據(jù)統(tǒng)計，某供應商2021年單臺壁板生產(chǎn)設備停機等待時間共408h。

2.4.2 生產(chǎn)任務不均衡。由于供應商生產(chǎn)壁板過程中存在全年生產(chǎn)任務不均衡情況，導致供應商一方面在某一段時間需加班搶制，增大質量問題出現(xiàn)的風險，同時會增加急件費用。另一方面由于某一段時間無壁板加工任務，供應商技能人員流失率增大，新招募的技能人員則需重新培訓上崗，進而增加生產(chǎn)成本。據(jù)統(tǒng)計2021年某供應商單臺壁板生產(chǎn)設備機床運轉時間出現(xiàn)極度不平衡，具體表現(xiàn)為4-8月任務較為飽滿，機床需要采用7×24h工作模式才能滿足生產(chǎn)，設備利用率超過80%；1-3月以及9-12月任務量較少，采用5×12h工作模式即可滿足生產(chǎn)，設備利用率一般在30%以下。

為協(xié)助供應商消減壁板生產(chǎn)過程中的浪費，2022年該火箭生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)型號發(fā)射計劃以及產(chǎn)品的需求時間，以月為單位與供應商共同排產(chǎn)。提前向供應商明確本月需加工的壁板種類和數(shù)量，供應商可按照生產(chǎn)計劃確定本月啟動機床的數(shù)量以及人員排班情況。既可以保證生產(chǎn)計劃順利完成，同時也可以控制加班時間，提高機床利用率，降低生產(chǎn)成本。2022年通過優(yōu)化排產(chǎn)，全年生產(chǎn)任務較為平均，供應商每月啟動壁板加工設備數(shù)量為5-7臺，單臺設備利用率90%以上。消除了部分由于排產(chǎn)問題導致的浪費。

3 結束語

雖然我國現(xiàn)有火箭制造技術已處于世界前列，但是仍應該清醒地認識到我國航天制造業(yè)相對于西方先進的航天制造業(yè)仍然有不小的差距。在火箭等航天器的生產(chǎn)成本方面控制方面尤為突出，這就需要細化每一件產(chǎn)品的制造流程，從中探索降低生產(chǎn)成本的方式。而火箭壁板作為整發(fā)火箭的重要組成部分，且價值相對較高，就是在成本壓降過程中要抓住的關鍵少數(shù)。通過上述改進，2022年各供應商根據(jù)自身特點分別從上述4個方面中選取一個或多個方案進行改進。壁板類產(chǎn)品的生產(chǎn)成本分別下降了15%~18%不等。最終火箭制造企業(yè)A對航天型號壁板類產(chǎn)品的采購單價下降了9%~12%，全年共節(jié)約采購費用約300萬元。