技术分析法在冲压件材料定额中的应用与验证

刘晓丰，刘占浩，孙啸天，高培源，石睿睿，赵连刚

(国家电网许继集团有限公司，河南 许昌 461000)

在企业现有的组织、管理、生产和技术条件下，根据产品的设计结构、技术性加工内容与要求、工艺实施方法和生产基本技术条件等信息，为产品(或零件)提前制定的在生产过程中所需要消耗的主要原材料、辅助材料等各种材料的标准数量，称为材料消耗工艺定额[1]。在当今市场经济形势冲击下，企业想要在市场上立足，就必须根据市场需求组织生产，以质优价廉的商品满足客户要求。合理制定材料消耗工艺定额，一方面可以使企业尽量减少材料损耗；另一方面使物资供应和组织生产达到高度计划性[2-3]。

材料消耗工艺定额的制定主要有如下3种方法：技术分析法、统计分析法和经验分析法[4]。本文通过案例详细说明技术分析法在冲压件原材料消耗工艺定额中的应用。

1 技术分析法简介

技术分析法是在制定材料消耗定额时，以技术要求、工艺文件和设计图样等主要技术性文件资料为参考依据，在相应具有技术性措施的基础上，经过科学、严谨的分析和技术计算使得定额经济合理的方法。具有产量大、已定型和技术文件资料全面等特点的产品宜采用技术分析法制定材料消耗工艺定额。

技术分析法包括下料法、试验法和生产测定法[5-7]。下料法是在选择材料时，需要考虑材料尺寸与毛料尺寸成倍数关系，然后进行排样，保证排样方式经济合理，将产生的残料和夹头等按比例分摊到单位零件上，最终得出单位零件材料(原材料和辅助材料)消耗工艺定额。试验法是在实际生产过程中，为制定单位零件(产品)的材料(原材料和辅助材料)消耗工艺定额，可采用测算及测试等2种方法对单位时间、单位容量、单位面积内原材料和辅助材料的消耗量进行确定。在制定表面镀层材料(如电镀材料)、涂装材料和石油等燃料的消耗定额时通常采用该方法。生产测定法是指零件或者产品的材料消耗量通过实际称量、测量获得。在制定焊接件、一些复杂大型铸造件、塑料件和模压橡胶的消耗定额时一般采用该方法。

对于从事机械加工行业的企业单位，设计人员首先应根据产品零件的尺寸、外形以及材质进行计算，确定零件的净质量；然后，定额人员参照工艺文件将工艺损耗部分确定下来，便可获得工艺定额。

采用该方法制定材料定额，应对产品工艺文件、图样以及生产条件进行详细、深入的研究与分析，确定当下车间生产中材料消耗方面不合理的具体问题以及主要原因，吸取成熟的技术经验和先进方法，同时综合考虑自身条件与实现可能性，才能成功制定切实可行、科学先进的材料消耗工艺定额，保证定额的先进性。

此方法科学可靠、数据准确；但是需要较大的计算工作量，且还需具备完善的技术文件、工艺文件等相关资料。

2 技术分析法应用

本文应用技术分析法——下料法来制定钣金结构材料消耗工艺定额。A-753机箱侧板(见图1)是一个冲压件，材质为SPCC，料厚为2.5 mm。

图1 A-753机箱侧板尺寸

2.1 冷轧板材料消耗工艺定额编制原则

工业企业在制定原材料消耗工艺定额工作中，应坚持按照客观经济规律办事、精打细算和讲究经济效果的原则，既要在满足产品质量的前提下，尽可能降低原材料消耗标准，力求先进；又要考虑本企业现行生产、技术、组织条件的客观可能。

2.2 冷轧板材料消耗工艺定额编制依据

制定冷轧板消耗工艺定额，应以下列技术资料为依据：1)机箱(零组件)图样、零、组件细目表和产品技术条件；2)现行工艺规程和生产说明书；3)车间工艺分工表、工艺计划表或工艺路线流转卡； 4)现行冷轧板的技术标准；5)分产品(或零件)批次的冷轧板实际消耗统计资料；6)零组件工艺协调(交接状况)单。

2.3 冷轧板材料消耗工艺定额编制过程

冷轧板材料消耗工艺定额编制过程如下。

1)计算条料宽度和进距。根据工艺计算，不进行最后修边，其落料尺寸为345 mm×132.5 mm，进行排样(见图2)，确定条料宽度。

图2 排样方式

计算公式为：

B1=D+2b

(1)

A=D1+a

(2)

式中，B1是条料宽度，单位为mm；D是落料宽度，单位为mm；b是沿边搭边，单位为mm；A是进距，单位为mm；D1是落料长度，单位为mm；a是搭边，单位为mm。由搭边a=3 mm，沿边b=3.5 mm，计算得条料宽度B1=139.5 mm，进距A=348 mm。

图3 原材料板材排样

板材切成条料数n1为：

(3)

式中，B是板材的宽度，单位为mm。每条条料可制机箱侧板数n2为：

(4)

式中，L是板材的长度，单位为mm。则每张板材可制机箱侧板数N为：

N=n1n2=9

(5)

3)计算单件材料消耗工艺定额。单件材料消耗工艺定额计算公式如下：

(6)

式中，C是冲制单件零件所消耗冷轧板材料的定额值，单位为kg；N是板材毛料经过冲压加工最后获得的冲压件数量，它由冲压件展开料在板面上的排样方式所确定；G是冷轧板材毛料的质量(根据板材长、宽尺寸加上各自公差的1/2进行计算)，单位为kg。由G=1 106×454×2.5×7.85×10-6=9.854 2 (kg)，得：C=9.854 2/9=1.094 9 (kg)。

4)计算材料利用率。材料利用率表征材料被有效利用程度，具体定义为单件零件净重与单件零件材料定额百分比。

(7)

g净=g-g孔

(8)

式中，K利是单件冲压件材料利用率，单位为%；g净是单件零件的净重，单位为kg；C是冲制单件零件所消耗冷轧板材料的定额值，单位为kg；g孔是单件零件冲孔的质量，单位为kg；g是单件零件未冲孔的质量，单位为kg。根据式7和式8计算可得：

g=345×132.5×2.5×7.85×10-6=0.897 1 (kg)

g孔=π×22×2.5×7.85×10-6×33×4=0.032 6 (kg)

g净=g-g孔=0.897 1-0.032 6=0.864 5 (kg)

根据上述数据，得出机箱侧板消耗工艺定额明细表内的各项数据见表1。

表1 机箱侧板消耗工艺定额明细表

3 材料消耗工艺定额验证

工艺定额验证的目的是保障定额各项数据指标准确，是定额工作的重要构成。验证的具体方法如下。

1)首先组建验证工作小组，人员包括领导、计划人员、工艺人员和定额人员，到生产现场对各项数据进行实测。

2)验证方法采取小批量实耗测定法，在未冲压的板材原材料中，任选一小批(数量10)，并对这批板材进行称重。

3)验证工作小组人员必须一直在生产现场，技能人员严格执行工艺文件进行下料，验证人员详细记录。

4)对冲压出的90块侧板进行称重。

5)对工艺定额验证结果进行计算。

根据定额验证获得的详细数据资料，便可计算出单件零件材料实耗和相对误差。计算公式为：

(9)

式中，G验是被验证冲压件总质量，单位为kg；n是被验证冲压件总数量；δ是差额率，单位是%；C是冲制单件零件所消耗冷轧板材料的定额值，单位为kg；g实是单件冲压件材料实际消耗量，单位为kg。

对10片冲压前的板材称重得到G验=95.85 kg，计算得出g实=1.065 kg。由工艺定额明细表可知，C=1.095 kg，计算得出δ=2.7%(见表2)。

表2 冷轧板消耗定额验证卡片

由式9可以看出，δ数值越小，理论材料工艺定额与实际材料消耗值越相近，所制定的工艺定额准确度越高。因为实际材料消耗受错综复杂的因素所影响，并且一些因素无法规避，理论材料工艺定额与实际材料消耗值之间必然会存在一个差值(或正或负)，该差值与定额的比值称为差额率。

相对误差值宜为正，可降低因补料而影响生产进度的可能性，确保生产顺利开展。合理定额的δ值应控制在-2%≤δ≤3%。如若超出该范围，则可怀疑定额有问题，应及时查明原因，并采取相应的有效措施。

影响定额准确性的因素较多，归纳起来有如下4个方面：1)冲裁冲压件的搭边和沿边数值取值不当；2)冲裁冲压件排样方式不同；3)冲压原材料、废料、半成品、成品等称重误差；4)冲压施工操作者技术水平、操作方法的差异。

由于原材料消耗定额影响因素很多，实际情况往往和理论计算有较大出入，因此在实施过程中，应定期加以验证(一般为1年)，及时修订，以保持定额先进合理和切实可行。

4 结语

材料消耗工艺定额的制定和管理工作具有复杂性和系统性，而不仅仅是单纯将技术数据进行具体量化。利用技术分析法——下料法制定冲压件原材料消耗工艺定额的过程以及验证方法可供参考。

材料消耗工艺定额的制定是对传统管理模式、业务流程的变革，它将企业的管理工作由模糊、粗放、失控模式转变为定量、精细、科学模式。通过制定材料消耗工艺定额，考核指标实现精确、合理、到位，生产信息和管理信息亦可及时交流、反馈，对提高企业经营管理水平和管理效率具有非常重要的现实意义。

[1] 朱长海. 粉末涂装材料消耗工艺定额的编制方法及其应用实践[J]. 现代涂料与涂装，2007, 10(12):50-52.

[2] 石继红，王海云，喻萍，等. 工业产品材料消耗定额的新型设计与延展应用[J]. 新技术新工艺，2017(5):69-72.

[3] 袁静. 浅谈材料定额[J]. 东方电机，2003(3):274-277.

[4] 王秀伦. 现代工艺管理技术[M]. 北京：中国铁道出版社，2004.

[5] 石大忠，商卫东. 浅谈企业材料定额的编制方法[J]. 科技经济市场，2014(4):92-96.

[6] 吴亚丽，张俊敏.运筹学. [M]. 北京:北京大学出版社，2011．

[7] 孔宪伟，马自勤，程强. 基于精益制造与企业资源计划的材料定额方法研究[J]. 组合机床与自动化加工技术，2013(5):138-141.