文/陳惠濱，高憲臣，鄧應(yīng)華·天津汽車模具股份有限公司

中國的汽車工業(yè)高速發(fā)展了二十多年，已經(jīng)從“增量競爭”進(jìn)入到“存量競爭”的時(shí)代，近兩年雖然新能源汽車蓬勃發(fā)展，產(chǎn)銷量快速上升，但傳統(tǒng)燃油車產(chǎn)銷量在持續(xù)下降，汽車的總體年銷量徘徊在2600 萬輛左右已經(jīng)有兩三年時(shí)間了。汽車行業(yè)面臨空前的競爭壓力，以降價(jià)來獲取市場份額成為國內(nèi)外各大主機(jī)廠的普遍現(xiàn)象。制造成本的管控能力逐漸在主機(jī)廠的核心競爭力中占據(jù)越來越重要的位置。汽車模具行業(yè)作為汽車行業(yè)的下游供應(yīng)商，近年來除了承擔(dān)來自主機(jī)廠客戶要求的周期、質(zhì)量壓力外，也承受了巨大的要求降低模具價(jià)格的壓力，同步伴隨著大宗商品價(jià)格及人工成本上漲因素，中國的模具企業(yè)也切身感受到了與十年前歐美和日本模具企業(yè)一樣的困境，“沒有失敗在技術(shù)水平和管理能力，先失敗在了難以再壓縮的成本水平上”。

質(zhì)量、周期、成本是任何一個(gè)項(xiàng)目及任何一種產(chǎn)品開發(fā)都需要兼顧的三大要素。滿足客戶對模具的質(zhì)量和周期越來越高的要求是需要成本代價(jià)的。優(yōu)秀的企業(yè)能夠通過管理和技術(shù)創(chuàng)新、不斷提升效率、提升質(zhì)量來滿足客戶日益增長的質(zhì)量和周期要求，保持行業(yè)領(lǐng)先地位。一個(gè)要做引領(lǐng)模具行業(yè)發(fā)展的旗艦企業(yè)，首先要具備一個(gè)優(yōu)秀企業(yè)應(yīng)有的成本控制能力。當(dāng)前整個(gè)行業(yè)，包括天汽模，實(shí)際情況更多的是：因?yàn)橘|(zhì)量和周期無法達(dá)到不斷提升的客戶需求，進(jìn)而為追趕質(zhì)量和周期目標(biāo)導(dǎo)致成本的失控。所以當(dāng)前模具行業(yè)降本更要提倡從技術(shù)和管理能力提升來做到“增效降本”和“提質(zhì)降本”。從社會發(fā)展實(shí)際分析，人工成本占模具總成本的比重基本無法降低且為滿足員工自身生活改善需求而不斷提升。降本也只能從采購成本削減、人員效率提升、輸出物質(zhì)量提升、模具返修成本控制以及管理費(fèi)用降低等方面來提升每一個(gè)項(xiàng)目的利潤率。

模具明細(xì)采購成本的控制

沖壓模具的采購成本可以分為直接采購成本和間接采購成本。直接采購成本為模具設(shè)計(jì)完成后生產(chǎn)所需的模具(物料)明細(xì)成本，間接采購成本主要是和日常制造過程消耗品有關(guān)，如加工刀具、潤滑油、勞保用品等普通物料成本。其中占整體采購成本(不含試模料采購)約90%、占模具制造費(fèi)用約38%比例的模具直接采購成本是降本工作的重中之重。

模具明細(xì)由模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸出的三維實(shí)體決定，而模具開發(fā)技術(shù)協(xié)議和主機(jī)廠、模具廠甲乙雙方圖紙會簽過程直接決定了模具設(shè)計(jì)，圖紙會簽首先要尊重招投標(biāo)過程中雙方簽訂的技術(shù)協(xié)議。如何根據(jù)新開發(fā)車型的定位和產(chǎn)量綱領(lǐng)(年產(chǎn)量×生產(chǎn)年限)、生產(chǎn)條件(廠房、設(shè)備、物流)而做出適合主機(jī)廠自身和本車型的模具開發(fā)技術(shù)協(xié)議，很大程度上決定了模具的實(shí)際開發(fā)成本。

當(dāng)前模具開發(fā)技術(shù)協(xié)議存在兩個(gè)問題，一是新興的新能源主機(jī)廠“拿來主義”拼湊而成，過多強(qiáng)調(diào)對標(biāo)高標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)本公司和車型需求實(shí)際優(yōu)化不足。二是根據(jù)傳統(tǒng)主機(jī)廠因模具開發(fā)使用過程中出現(xiàn)的偶發(fā)質(zhì)量問題不斷對技術(shù)協(xié)議層層加碼，要求越來越高。從材質(zhì)、外觀、操作性和維護(hù)性考慮的高標(biāo)準(zhǔn)的模具不是高標(biāo)準(zhǔn)的沖壓件產(chǎn)品的必要需求，日系主機(jī)廠對沖壓件的品質(zhì)要求都不低，但模具總體開發(fā)和使用成本并不高。

豐田、本田等依靠多年的模具開發(fā)和成本優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，真正達(dá)到了“能用、夠用”的成本控制水平。圖1 是兩套拉延模具結(jié)構(gòu)圖對比展示，生產(chǎn)同樣大小的車門內(nèi)板零件，左邊的日系風(fēng)格模具明顯更為輕巧緊湊，重量比右側(cè)歐美系風(fēng)格拉延模輕35%。從模具材質(zhì)來看，左側(cè)日系拉延模上模和壓邊圈為QT600，下模模座和凸模設(shè)計(jì)成一體，材質(zhì)為FC300，右側(cè)的拉延模全部采用常用但成本更高的GGG70L。

圖1 不同設(shè)計(jì)風(fēng)格的拉延模結(jié)構(gòu)對比

綜合材質(zhì)和重量，左右兩套使用效果基本一致的拉延模采購成本能差一半。2020 年某國產(chǎn)新能源品牌和長安馬自達(dá)的兩款車型在天汽模開發(fā)的4 門內(nèi)外板和機(jī)蓋內(nèi)外板的模具，采購成本同樣差了一倍，除國產(chǎn)品牌產(chǎn)品工序數(shù)量多外，成本差別主要來自甲方技術(shù)協(xié)議要求的模具結(jié)構(gòu)形式和鑄件材質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)件廠家等。可見技術(shù)協(xié)議優(yōu)化采購降本有很大的潛力。在當(dāng)前行業(yè)上下游，主機(jī)廠和模具廠都面臨巨大的成本壓力，通過技術(shù)協(xié)議的優(yōu)化達(dá)到前期“技術(shù)降本”的目的，對于甲乙雙方達(dá)成長期合作共贏尤為重要和迫切。

模具開發(fā)技術(shù)協(xié)議的優(yōu)化，直接關(guān)乎模具直接采購成本的優(yōu)化，具體可優(yōu)化的項(xiàng)次參見表1，重點(diǎn)是通過模具減重和降低材料牌號把占比模具明細(xì)采購成本約60%的鑄件成本降下來。當(dāng)前大多數(shù)車型的外覆蓋件模具，一般材質(zhì)抗拉強(qiáng)度不超過340MPa，料厚不超過0.8mm，總體沖次在50 萬次以內(nèi)。完全可以采用價(jià)格更低的QT600 或帶合金強(qiáng)化、淬火性能比QT600 稍好的QT600M 替代當(dāng)前普遍使用的GGG70L 合金鑄鐵材質(zhì)。當(dāng)前有限元結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，也支持在保證模具強(qiáng)度和壽命的情況下做模具結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)，通過大模具挖空、減少加強(qiáng)筋的尺寸來降低模具重量。而當(dāng)前國產(chǎn)氮?dú)飧缀蜆?biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量，也完全能達(dá)到實(shí)際使用需要并已經(jīng)進(jìn)入了包括大眾、通用在內(nèi)的主流合資品牌的供應(yīng)商體系，國產(chǎn)新車型完全可以放心使用。

表1 模具技術(shù)協(xié)議采購成本重點(diǎn)優(yōu)化措施

模具制造過程“增效降本”

“增效降本”就是要提高人力資源和設(shè)備資源的生產(chǎn)效率和利用效率，來降低或攤薄單位產(chǎn)出對應(yīng)的人工成本和設(shè)備折舊成本。隨著過去幾年新能源汽車行業(yè)的大發(fā)展，模具行業(yè)大量的成熟人才跳槽到了新能源主機(jī)廠從事模具開發(fā)技術(shù)或項(xiàng)目管理等工作，導(dǎo)致模具行業(yè)普遍存在技術(shù)人員短缺、員工年輕化、技能和經(jīng)驗(yàn)不足的情況，大大影響了生產(chǎn)效率。以往更多的是通過延長工作時(shí)間來提升人員使用效率，通過不斷的基礎(chǔ)培訓(xùn)來提升作業(yè)員工的業(yè)務(wù)熟練程度、減少反復(fù)犯錯的幾率來提升工作效率。但傳統(tǒng)制造行業(yè)的少人化、無人化以及減少工作時(shí)間和工作強(qiáng)度是大勢所趨。增效降本應(yīng)該更多地傾向于：強(qiáng)調(diào)技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新、作業(yè)流程優(yōu)化來減少對人的依賴，降低工作流程對于人員技能的要求。能讓軟件和設(shè)備來做的，不要讓人來做；把復(fù)雜工作分解成普通員工就能做的簡單工作，不要讓高職級員工來做。

模具制造過程“增效降本”重點(diǎn)措施參見表2。首先要提升技術(shù)的設(shè)計(jì)效率。依靠二次開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體化和機(jī)構(gòu)模塊化，類似于天汽模這樣的大型模具企業(yè)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動化提升設(shè)計(jì)效率方面已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，但再進(jìn)一步通過智能化設(shè)計(jì)來提升設(shè)計(jì)效率，各模具企業(yè)都面臨開發(fā)人才短缺且專業(yè)化開發(fā)水平低的問題。最好的解決方案就是各頭部模具企業(yè)能聯(lián)合起來委托軟件公司開發(fā)專門針對沖壓模具行業(yè)的智能設(shè)計(jì)模塊，各模具企業(yè)可以分?jǐn)傞_發(fā)成本，共享開發(fā)結(jié)果。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身不是什么核心技術(shù)，效率提升、減少設(shè)計(jì)人工成本是行業(yè)整體需求，合作開發(fā)是完全可行的。

表2 模具制造各環(huán)節(jié)效率提升重點(diǎn)優(yōu)化措施

模具加工過程的效率提升重點(diǎn)在于擴(kuò)大無人化加工應(yīng)用范圍。如果有安全可靠的程序，數(shù)控加工的無人化是能做到的。但往往企業(yè)擁有自動化程度非常高的高速、五軸加工中心，卻很難做到無人值守加工。加大數(shù)控編程前期規(guī)劃、操作和仿真工時(shí)投入，充分利用編程軟件如PowerMILL的數(shù)控機(jī)床宏命令結(jié)合自身編程規(guī)范、模具加工經(jīng)驗(yàn)，把整個(gè)加工設(shè)備的不同單元有機(jī)組合，確保制造體系的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，生成智能化的程序，包含如自動換刀、測刀、自動換輔助頭、換輔助頭后W 軸自動差值補(bǔ)償、刀具折斷判斷等功能信息，在程序傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床之前，通過PowerMILL 真實(shí)環(huán)境仿真技術(shù)，把所有可能存在的碰撞、過切有效避免，就可以讓無人值守加工安全進(jìn)行。切實(shí)做到少人化、無人化的“增效降本”。

模具調(diào)試環(huán)節(jié)的效率提升重點(diǎn)在于縮減模具著色研合的工時(shí)。研合工時(shí)又和模具的型面加工精度和模面間隙設(shè)計(jì)合理性息息相關(guān)。完善設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)、加強(qiáng)設(shè)備幾何精度復(fù)查和調(diào)整可以提高加工設(shè)備精度，同時(shí)，優(yōu)化背吃刀量、進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速等切削加工參數(shù)，可以將大型模具型面加工精度控制在±0.05mm，中小型模具控制在±0.03mm。模面間隙精確設(shè)計(jì)的難度在于沖壓成形是個(gè)綜合板料變形、模具彈性變形乃至壓機(jī)變形的動態(tài)過程，通常模面間隙只能考慮板料的模擬減薄和壓機(jī)變形經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)償，沒有考慮模具彈性變形。只有通過沖壓過程板料變形和模具變形耦合有限元分析，才能較為精確地預(yù)估到模具的彈性變形量。日本JSTAMP 軟件已經(jīng)推出了這項(xiàng)有限元分析技術(shù)商用模塊，并在日本各大主機(jī)廠的模具公司開始應(yīng)用。國內(nèi)當(dāng)前還處于初期摸索階段，有望在一年內(nèi)達(dá)到實(shí)際應(yīng)用。另外，通過研合工作開展前的首件模具研合間隙確認(rèn)，能有效評估研合工作量，當(dāng)研合間隙大于0.1mm 時(shí)，模具型面重新精加工一次的成本可能比鉗工多花費(fèi)兩周時(shí)間研合拉延模的成本更低。

模具制造過程“提質(zhì)降本”

模具制造過程流程長、工序節(jié)點(diǎn)多?！疤豳|(zhì)降本”重點(diǎn)就是要找到后序用戶對于交付物的質(zhì)量要求訴求和痛點(diǎn)，有針對性持續(xù)提升交付物的質(zhì)量來減低后序部門工作難度，提升后序部門的工作效率。通過本工序交付物質(zhì)量的提升來降低后序部門的成本，進(jìn)而帶來模具全工序、全開發(fā)周期內(nèi)的成本降低。強(qiáng)調(diào)提質(zhì)降本，需要首先提升各部門領(lǐng)導(dǎo)的格局，不要只局限于自身工作便利性和工作量的考量，把部門降本工作的重點(diǎn)放在提升交付物的附加值，把以前后序部門干起來很費(fèi)勁的工作放在本工序來做。加強(qiáng)內(nèi)部質(zhì)量控制，一次做對，減少給后序工作造成的異常反復(fù)。

模具制造各環(huán)節(jié)質(zhì)量提升重點(diǎn)優(yōu)化措施參考表3，重中之重是提升模具的出廠質(zhì)量。模具行業(yè)普遍面臨在主機(jī)廠交付周期長、交模人員過多導(dǎo)致的終驗(yàn)收成本失控的問題，甚至出現(xiàn)過某些模具廠因?yàn)榻K驗(yàn)收時(shí)間遙遙無期而放棄30%的模具尾款、面臨被客戶“封殺”也要主動撤離人員放棄終驗(yàn)收的情況?？刂平K驗(yàn)收成本需要大力提升模具出廠質(zhì)量，質(zhì)保部門不能輕易把能在“家里”做好的工作讓步放行到客戶母線去完成。

表3 模具制造各環(huán)節(jié)質(zhì)量提升重點(diǎn)優(yōu)化措施

在模具調(diào)試周期一再被壓縮的情況下，也要做到提升出廠質(zhì)量。作為模具出廠前的最后一個(gè)生產(chǎn)部門，模具調(diào)試部門必須對前序的技術(shù)、加工、裝配部門提需求。前期技術(shù)強(qiáng)化應(yīng)用六西格瑪成形及回彈穩(wěn)定性分析、產(chǎn)品和工藝FEMA 研討論證以及CAE 虛擬調(diào)試技術(shù)，可大大減少模具調(diào)試階段的零件成形問題，鋼板覆蓋件的首件合格率當(dāng)前平均可以穩(wěn)定達(dá)到85%以上，其中約有30%的零件能達(dá)到90%以上。前期FEMA 和CAE 虛擬調(diào)試可以讓模具從調(diào)試開始就有的放矢，通過材料流入量匹配、前期FEMA 問題驗(yàn)證和調(diào)試、各工序件回彈掃描對比分析等等，能大大提升沖壓零件合格率，提升整改方案的周期和準(zhǔn)確性，把模具精度提升的整改輪次控制在2 ～3 輪。減少模具調(diào)試和整改時(shí)間，才有可能讓調(diào)試部門投入更多的人員和工時(shí)用于模具精細(xì)化處理，減少模具驗(yàn)收的問題和銷項(xiàng)速度，提升模具出廠質(zhì)量。

結(jié)束語

本文分析了汽車模具行業(yè)普遍存在采購成本過高、模具質(zhì)量和周期失控導(dǎo)致成本增加的問題，針對模具開發(fā)流程長、節(jié)點(diǎn)多、技術(shù)密集型和人才密集型的特點(diǎn)，結(jié)合天汽模內(nèi)部開展的降本工作，提出“采購降本”“增效降本”和“提質(zhì)降本”的重點(diǎn)措施方法?？傮w上，中國的模具行業(yè)在管理和技術(shù)水平上還有較大的提升空間，只要在增強(qiáng)管理和技術(shù)水平的同時(shí)加強(qiáng)成本管控能力，全球模具制造向中國轉(zhuǎn)移的趨勢就還會再繼續(xù)并加速，中國的汽車模具行業(yè)還是大有希望的。

由于自身的學(xué)識能力不足及文章篇幅有限，對于模具成本控制的研究還存在諸多不足之處。沒有從模具成本體系構(gòu)成及成本管控機(jī)制來全面分析模具開發(fā)成本控制問題，而且提出的降本對策還不夠細(xì)致，在以后的研究中有待進(jìn)一步論證。