复合材料制造成本估算模型的建立

经验人:叶俊超

复合材料制造成本估算模型的建立

经验人:叶俊超

本文结合复合材料制造过程作为研究对象，对其成本构成和成本影响因素进行分析，在此基础上结合国内外的研究现状，采用参数估算法构造了一个复合材料制造成本估算模型，为快速准确的进行复合材料构件的成本估算提供了一种可行的方法。

随着复合材料应用的范围不断扩大，先进复合材料在产量、品种和应用等方面都得到持续的发展，除国防工业和航空工业外，先进复合材料还在一些新的应用领域取得进展。复合材料制造成本估算是复材制造企业技术、经济、效率和管理的综合反映，同时也是决定复合材料制造企业和客户间能否成交的一个重要经济条件。

本文以复合材料制造过程作为研究对象，首先对其成本构成和成本影响因素进行分析，在此基础上并结合国内外的研究现状，采用参数估算法构造了一个复合材料制造成本估算模型，为快速准确的进行复合材料构件的成本估算提供了一种可行的方法。

制造成本因素分析

（1）构件生产的产量与批量的大小

产量对总成本与单位成本有直接的影响。随着制造总产量和生产批量的增加，单个构件的成本会随之降低。

（2）工艺周期

构件的工艺周期就是加工该构件的主要作业时间，包括人工作业时间和设备的作业时间，作业时间的增加会直接造成人工成本和设备成本的增加。而构件本身的特性，如构件的尺寸的长度粗细厚薄，其本身的形状的复杂程度，将直接影响其工艺周期的长短，另外不同工艺的选择去加工同一个构件也同样会有不同，同工艺下不同工艺参数的选取，不同模具的选择也影响其制造工艺周期。

（3）人工费用与设备使用费

人工成本主要是人作业时公司为其支付的费用。其中，职工工资总额是人工成本的主要组成部分。设备的使用费一般与人工费用的情况相类似，除此之外还应该包括机器、设备、工具的日常维护的费用和所需的能源消耗的费用等。

（4）生产效率与机器的利用率

当机器和工人都闲置的时候，他们没有生产任何的产品没产生任何的经济价值，但公司仍然必须支付人工工资和设备维修及维持费用。所以生产效率和设备利用率的提高会减少复合材料的制造成本。

（5）废品率

废品率指废品零件定额工时数与考核期内完成定额工时数的百分比，假如一个已经完成的构件因未达到质量要求而不得不当作废料处理的时候，但是制造过程已经发生，那么同样要为这个构件支付加工所用的材料、人工以及管理等费用，大大增加了其制造成本。

制造成本估算分析

基于制造工艺的成本估算是对产品成本、产品设计和工艺成本之间的内在关系了解的基础上建立，了解复合材料工艺成型制造过程，了解和制造成本相关的作业工艺。通过对不同工艺的了解，然后总结其相似性，对整个制造工艺进行总结规划，并形成通用的经验公式对其制造成本进行初步的估算，然后了解不同工艺下制造成本和制造时间的差别，对之后的生产时进行合理的工艺选择有一定的参考意义。

材料成本

材料成本与其他几种成本不同，材料成本与构件的制造工艺过程关系不大，它与材料本身的价格和用料多少有关。只需要知道材料的成本价格，结合构件的外形尺寸就可进行相对精准的估算。构件制造所使用材料成本可由式（3-2）表示:

Cma—材料成本

i—材料种类序号

F—废料率

复合材料主要是两种材料的费用，分别是基体材料和增强体材料，所以可以用这两种材料的消耗成本来估算材料总成本本:

所用材料的质量可以用构件的体积乘以复合材料的密度进行计算:

根据增强体和基体所占总质量的百分比可得:

综上可以得到材料总成本为:

v—构件的体积

p—复合材料的密度

n—基体树脂所占构件总质量的百分比

F—废料率

模具成本

复合材料成型工艺方法较多，相应的模具结构形式多种多样，因此，对各种模具初始成本的估算相当复杂，模具成本需要根据批量还有模具本身特性进行计算。

大批量生产加工下，模具成本与设备成本相似，其成本动因主要是模具的磨损维修和模具的折旧这两部分。所以模具成本的估算方法与设备成本估算类似。（3-4）

其中，各字母表示为:

tt—模具在成型过程中参与各个工艺时间的总和

nt—模具使用年限

To—模具最初的购入成本

Stn—使用 n 年后模具所剩的残值

Mt—模具进一年来维修总成本

Tt—一年内该模具参与成型的总时间

在非常小批量生产加工下，甚至该模具有可能只生产加工一个构件时，

设备成本

设备成本可以根据制造过程中设备参与工艺加工的使用时间来估算，设备的成本估算一般包括使用时间内的设备折旧估算，使用时间内的维修成本也是设备成本中的重要部分，另外一部分就是设备能源消耗，所以设备成本估算为

人工成本

复合材料人工成本为参与复合材料制造过程中全体人员及其操作所需要的主要花费。对人工成本进行分析时，加工复合材料构件需要操作工人也同样需要技术人员的参与，所以人工成本的分析可以将人工分级后，根据不同等级的工人的操作时间分别计算其人工成本，将其分为技术人员、检验人员、操作人员三个等级。

Ct—检验人员的人工成本

C—d技术人员的人工成本

C—m操作人员的人工成本

t1—不同等级参与人员的操作时间

Mm1—参与人员每小时工资

WP1—参与人员操作时出现空闲的概率M1和Wp1都是参与制造人员技术水平和熟练程度的体现

P1—参与人员每个月的工资总数

Nw—员工每个月总工作天数

h1—每天平均工作时间

N—批量，就是同一个批次所加工的构件的数量

固定资产成本

固定资产费用就是固定资产使用费，主要包括厂房的使用费用还有厂房的清理清扫，若将这部分计入制造成本，可以根据厂房租赁的方式进行计算。

复合材料制造成本估算模型

经过上述分析，复合材料制造总成本有五部分组成，我们可以根据构件的体积估算所用材料的费用，可以根据人工的作业时间估算人工成本，可以根据设备的使用时间估算设备成本，可以根据总加工时间估算固定资产使用成本，我们只需找出构件的人工作业时间和设备使用时间跟构件本身特性以及不同工艺下加工时间的函数表达，就可以对复合材料构件的制造成本进行成本估算，建立基于工艺时间的复合材料制造成本模型，模型如下:

结语

本文在已有的成本估算模型的基础上建立适合复合材料制造成本估算的模型，结合复合材料成型的特点，分析了材料成本、人工成本、设备成本、模具成本和固定资产成本的估算方法，并用参数估算法构建了复合材料制造成本估算模型。

叶俊超

武汉理工大学机电工程学院

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.07.001