复合材料生产状况评价体系的建立

周 青 费 洋

复合材料生产状况评价体系的建立

周 青 费 洋

结合碳纤维复合材料传动轴的结构特点和制造工艺，在工艺合理性的基础上分析得出评价复合材料生产状况的指标，并利用层次分析法和无量纲标准化结合的方法确定了指标权重的计算方法，在此基础上定义了复合材料生产系数。企业可以据此评判出是否达到最优生产能力，优化生产，提升企业管理水平。

随着复合材料在工程材料应用领域越来越受到青睐，无论是在常规的制品还是在复杂的制品中，先进复合材料都得到广泛应用。但是由于复合材料制造的成本仍然很高，所以成本低的复合成型技术被重点开发。我国目前对复合材料成本的研究主要集中在对复合材料制造成本估算模型的研究。该文把成本控制和价值工程的方法用于复合材料的制造过程，综合考虑了复合材料的成本、质量以及工艺时间，建立了一套复合材料的生产状况的综合评价方法，企业可以据此判断复合材料的生产能力是否达到最佳状态，改进自身的生产能力，从而提高企业的市场竞争力。

以常州F公司的碳纤维复合材料传动轴的生产为例，来进行复合材料生产性评价指标的建立，进而评价出复合材料生产过程的合理性。

复合材料生产状况评价体系建立

复合材料生产性评价指标的选取

复合材料制造总成本绝大部分发生在制造阶段，所以对复合材料的生产性的评价关键是对制造阶段的评价。在整个复合材料制造过程中涉及时间（T）、质量（Q）、成本（C）的问题，这三个要素就是评价生产性的主要因素，为一级指标。

其中反映时间效率的指标有4个，分别是设备调整率，等待时间率，人工作业效率，铺层周期率；反映质量因素的有4个，分别是制件合格率，员工素质，自动化设备使用率，质量等级积分；反映成本因素的有4个，质量成本率，目标成本率，管理成本率，设备（包括模具）投入资本率，这12个指标为二级指标。

基于T、Q、C因素的复合材料生产性评价指标体系如表1所示。

表1 生产性指标评价体系

生产性评价指标的无量纲处理

虽然这些指标可以算出具体值，但是各个指标的类别不同，不能将他们直接比较，需要将他们转化成同一指标进行衡量。这些指标值有些在0到1之间，有些不是；有些是正指标，其对目标的贡献值服从递增函数（即指标值越大越目标值靠近理想的目标值），有些是负指标，对目标的贡献值服从递减函数。但是这些指标的变化都会使制造成本发生变化，所以我们可以利用制造成本的变化规律确定各个指标值。

首先，根据生产数据计算各指标值，将大于1的指标值转化为0到1的合理值，二级指标中只有质量等级积分是大于1的值，只要将这个值进行转化。引入质量满意度对质量积分的指标值进行转化，假设一等品的满意程度为90%，而二等品的满意度为80%，三等品的满意度为70%。

正指标通过正指标无量纲方程计算获得指标值，正指标无量纲方程如下:

负指标通过负指标无量纲方程计算获得指标值，正指标无量纲方程如下:

利用层次分析法确定生产能力指标权重

根据复合材料的使用和制造需求进行层次分析，确定各个指标的总权重。对于一级指标的权重，可以由公司的决策层意见给出合理的一级判断指标矩阵。对于二级指标权重的判断矩阵，由专业的技术人有根据碳纤维复合材料传动轴实际制造情况给出。

指标权重的确定也按照层次分析法的一般步骤，建立每个指标的判断矩阵，并进行一致性检验，综合分析最后得到的总的权重如表2所示。

表2 复合材料生产指标评价权重表

复合材料生产系数计算

通过二级指标的无量纲处理，计算出12个指标的无量纲值，得到了一个指标向量U，通过层次分析法，根据指标的重要程度却定了12个指标的评价总权重，其权重向量为。定义复合材料生产评价指数为WTQC，计算公式为:

该指数反应的是精益生产下准时化、低成本、高质量的生产过程，WTQC的值越接近于1，说明产能越好。一般要求在0.9以上。同时，可以根据生产系数的大小，选择合理的生产优化方案，实现对成本进行优化控制的目的。

复合材料传动轴生产状况评价

根据F公司内部的统计的数据和现场测算的数据统计得到表3。

表3 CFRP传动轴生产数据统计表

根据表3计算各个二级指标值，其中质量等级积分依照式1进行转化，评价指标计算值如表4所示。

表4 CFRP传动轴生产性指标值表

把数据表4中的数据按照式2、3进行无量纲处理，得到的各个指标的无量纲值:

由表4可以得到各个指标的权重:

结语

通过以上分析，该CFRP传动轴的生产性指数值为0.862＜0.9，而未达到精益生产的要求，所以该生产还有一定改进的空间。通过数据可以看出，设备调率和等待时间率的比例相对过高，可以将改进重点放在这方面。同时，生产的实际成本超过了目标成本，而进行成本估算的数据表面，生产中有一定的材料浪费，所以也可以在这方面进行控制优化。

周 青 费 洋

武汉理工大学机电工程学院

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.07.001