經(jīng)驗(yàn)人:葉俊超

復(fù)合材料制造成本估算模型的建立

經(jīng)驗(yàn)人:葉俊超

本文結(jié)合復(fù)合材料制造過程作為研究對(duì)象，對(duì)其成本構(gòu)成和成本影響因素進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，采用參數(shù)估算法構(gòu)造了一個(gè)復(fù)合材料制造成本估算模型，為快速準(zhǔn)確的進(jìn)行復(fù)合材料構(gòu)件的成本估算提供了一種可行的方法。

隨著復(fù)合材料應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)大，先進(jìn)復(fù)合材料在產(chǎn)量、品種和應(yīng)用等方面都得到持續(xù)的發(fā)展，除國防工業(yè)和航空工業(yè)外，先進(jìn)復(fù)合材料還在一些新的應(yīng)用領(lǐng)域取得進(jìn)展。復(fù)合材料制造成本估算是復(fù)材制造企業(yè)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、效率和管理的綜合反映，同時(shí)也是決定復(fù)合材料制造企業(yè)和客戶間能否成交的一個(gè)重要經(jīng)濟(jì)條件。

本文以復(fù)合材料制造過程作為研究對(duì)象，首先對(duì)其成本構(gòu)成和成本影響因素進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上并結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，采用參數(shù)估算法構(gòu)造了一個(gè)復(fù)合材料制造成本估算模型，為快速準(zhǔn)確的進(jìn)行復(fù)合材料構(gòu)件的成本估算提供了一種可行的方法。

制造成本因素分析

（1）構(gòu)件生產(chǎn)的產(chǎn)量與批量的大小

產(chǎn)量對(duì)總成本與單位成本有直接的影響。隨著制造總產(chǎn)量和生產(chǎn)批量的增加，單個(gè)構(gòu)件的成本會(huì)隨之降低。

（2）工藝周期

構(gòu)件的工藝周期就是加工該構(gòu)件的主要作業(yè)時(shí)間，包括人工作業(yè)時(shí)間和設(shè)備的作業(yè)時(shí)間，作業(yè)時(shí)間的增加會(huì)直接造成人工成本和設(shè)備成本的增加。而構(gòu)件本身的特性，如構(gòu)件的尺寸的長(zhǎng)度粗細(xì)厚薄，其本身的形狀的復(fù)雜程度，將直接影響其工藝周期的長(zhǎng)短，另外不同工藝的選擇去加工同一個(gè)構(gòu)件也同樣會(huì)有不同，同工藝下不同工藝參數(shù)的選取，不同模具的選擇也影響其制造工藝周期。

（3）人工費(fèi)用與設(shè)備使用費(fèi)

人工成本主要是人作業(yè)時(shí)公司為其支付的費(fèi)用。其中，職工工資總額是人工成本的主要組成部分。設(shè)備的使用費(fèi)一般與人工費(fèi)用的情況相類似，除此之外還應(yīng)該包括機(jī)器、設(shè)備、工具的日常維護(hù)的費(fèi)用和所需的能源消耗的費(fèi)用等。

（4）生產(chǎn)效率與機(jī)器的利用率

當(dāng)機(jī)器和工人都閑置的時(shí)候，他們沒有生產(chǎn)任何的產(chǎn)品沒產(chǎn)生任何的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但公司仍然必須支付人工工資和設(shè)備維修及維持費(fèi)用。所以生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率的提高會(huì)減少復(fù)合材料的制造成本。

（5）廢品率

廢品率指廢品零件定額工時(shí)數(shù)與考核期內(nèi)完成定額工時(shí)數(shù)的百分比，假如一個(gè)已經(jīng)完成的構(gòu)件因未達(dá)到質(zhì)量要求而不得不當(dāng)作廢料處理的時(shí)候，但是制造過程已經(jīng)發(fā)生，那么同樣要為這個(gè)構(gòu)件支付加工所用的材料、人工以及管理等費(fèi)用，大大增加了其制造成本。

制造成本估算分析

基于制造工藝的成本估算是對(duì)產(chǎn)品成本、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝成本之間的內(nèi)在關(guān)系了解的基礎(chǔ)上建立，了解復(fù)合材料工藝成型制造過程，了解和制造成本相關(guān)的作業(yè)工藝。通過對(duì)不同工藝的了解，然后總結(jié)其相似性，對(duì)整個(gè)制造工藝進(jìn)行總結(jié)規(guī)劃，并形成通用的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)其制造成本進(jìn)行初步的估算，然后了解不同工藝下制造成本和制造時(shí)間的差別，對(duì)之后的生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行合理的工藝選擇有一定的參考意義。

材料成本

材料成本與其他幾種成本不同，材料成本與構(gòu)件的制造工藝過程關(guān)系不大，它與材料本身的價(jià)格和用料多少有關(guān)。只需要知道材料的成本價(jià)格，結(jié)合構(gòu)件的外形尺寸就可進(jìn)行相對(duì)精準(zhǔn)的估算。構(gòu)件制造所使用材料成本可由式（3-2）表示:

Cma—材料成本

i—材料種類序號(hào)

F—廢料率

復(fù)合材料主要是兩種材料的費(fèi)用，分別是基體材料和增強(qiáng)體材料，所以可以用這兩種材料的消耗成本來估算材料總成本本:

所用材料的質(zhì)量可以用構(gòu)件的體積乘以復(fù)合材料的密度進(jìn)行計(jì)算:

根據(jù)增強(qiáng)體和基體所占總質(zhì)量的百分比可得:

綜上可以得到材料總成本為:

v—構(gòu)件的體積

p—復(fù)合材料的密度

n—基體樹脂所占構(gòu)件總質(zhì)量的百分比

F—廢料率

模具成本

復(fù)合材料成型工藝方法較多，相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)形式多種多樣，因此，對(duì)各種模具初始成本的估算相當(dāng)復(fù)雜，模具成本需要根據(jù)批量還有模具本身特性進(jìn)行計(jì)算。

大批量生產(chǎn)加工下，模具成本與設(shè)備成本相似，其成本動(dòng)因主要是模具的磨損維修和模具的折舊這兩部分。所以模具成本的估算方法與設(shè)備成本估算類似。（3-4）

其中，各字母表示為:

tt—模具在成型過程中參與各個(gè)工藝時(shí)間的總和

nt—模具使用年限

To—模具最初的購入成本

Stn—使用 n 年后模具所剩的殘值

Mt—模具進(jìn)一年來維修總成本

Tt—一年內(nèi)該模具參與成型的總時(shí)間

在非常小批量生產(chǎn)加工下，甚至該模具有可能只生產(chǎn)加工一個(gè)構(gòu)件時(shí)，

設(shè)備成本

設(shè)備成本可以根據(jù)制造過程中設(shè)備參與工藝加工的使用時(shí)間來估算，設(shè)備的成本估算一般包括使用時(shí)間內(nèi)的設(shè)備折舊估算，使用時(shí)間內(nèi)的維修成本也是設(shè)備成本中的重要部分，另外一部分就是設(shè)備能源消耗，所以設(shè)備成本估算為

人工成本

復(fù)合材料人工成本為參與復(fù)合材料制造過程中全體人員及其操作所需要的主要花費(fèi)。對(duì)人工成本進(jìn)行分析時(shí)，加工復(fù)合材料構(gòu)件需要操作工人也同樣需要技術(shù)人員的參與，所以人工成本的分析可以將人工分級(jí)后，根據(jù)不同等級(jí)的工人的操作時(shí)間分別計(jì)算其人工成本，將其分為技術(shù)人員、檢驗(yàn)人員、操作人員三個(gè)等級(jí)。

Ct—檢驗(yàn)人員的人工成本

C—d技術(shù)人員的人工成本

C—m操作人員的人工成本

t1—不同等級(jí)參與人員的操作時(shí)間

Mm1—參與人員每小時(shí)工資

WP1—參與人員操作時(shí)出現(xiàn)空閑的概率M1和Wp1都是參與制造人員技術(shù)水平和熟練程度的體現(xiàn)

P1—參與人員每個(gè)月的工資總數(shù)

Nw—員工每個(gè)月總工作天數(shù)

h1—每天平均工作時(shí)間

N—批量，就是同一個(gè)批次所加工的構(gòu)件的數(shù)量

固定資產(chǎn)成本

固定資產(chǎn)費(fèi)用就是固定資產(chǎn)使用費(fèi)，主要包括廠房的使用費(fèi)用還有廠房的清理清掃，若將這部分計(jì)入制造成本，可以根據(jù)廠房租賃的方式進(jìn)行計(jì)算。

復(fù)合材料制造成本估算模型

經(jīng)過上述分析，復(fù)合材料制造總成本有五部分組成，我們可以根據(jù)構(gòu)件的體積估算所用材料的費(fèi)用，可以根據(jù)人工的作業(yè)時(shí)間估算人工成本，可以根據(jù)設(shè)備的使用時(shí)間估算設(shè)備成本，可以根據(jù)總加工時(shí)間估算固定資產(chǎn)使用成本，我們只需找出構(gòu)件的人工作業(yè)時(shí)間和設(shè)備使用時(shí)間跟構(gòu)件本身特性以及不同工藝下加工時(shí)間的函數(shù)表達(dá)，就可以對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件的制造成本進(jìn)行成本估算，建立基于工藝時(shí)間的復(fù)合材料制造成本模型，模型如下:

結(jié)語

本文在已有的成本估算模型的基礎(chǔ)上建立適合復(fù)合材料制造成本估算的模型，結(jié)合復(fù)合材料成型的特點(diǎn)，分析了材料成本、人工成本、設(shè)備成本、模具成本和固定資產(chǎn)成本的估算方法，并用參數(shù)估算法構(gòu)建了復(fù)合材料制造成本估算模型。

葉俊超

武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.07.001