（机械电子工程专业论文）机械零件制造成本核算系统研究.pdf

山东大学硕士学位论文 r摘要 f i 机械零件制造成本核算是当今企业面临的一个重要问题。制造成本是评 价霉件可制造性的一个指标，对产品设计是一种反馈约束，它既是企业之 间协作活动中决定协作能否进行的重要因素，也是并行工程的一部分，在现 代企业中占有十分重要的地位。它在零件制造甚至设计前计算出零件的制 造成本。1 本文依据并行工程思想研究开发机械零件制造成本核算系统，作者针 对目前企业的现状，以先进性和实用性为指导思想，成功构建了系统主要 模块的模型，并编程实现了其功能。 论文的重点是系统功能模型的建立本文构建的核算系统功能模块包 括：产品目录树模块、工艺设计及工时计算模块、相似检索模块、基础数 据库的设计与管理模块。产品目录树模块给系统提供了一个交互式成本核 算的窗e l ，用户可围绕产品目录树进行产品管理。工艺设计及工时计算模 块给用户提供了一个交互式成本核算的环境，用户可确定工序及工步内容， 然后通过输入所需参数信息可计算出各工步的工时，并可进行工序工时的 汇总和单件工时汇总计成本核算。相似检索模块首先对零件进行编码。然 后根据编码到零件库中查找相似零件，如有相似零件则调出其工艺内容 在其基础上可进行编辑修改得到新零件的工艺信息。基础数据库设计与管 理模块实现对系统所用基础数据库的管理操作。 最后介绍了一个简单的轴类零件实现制造成本核算的例子 关键词：并行工程萤 造成本核算工艺设计材料成本加工成本 v 7l l 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o m p u t a t i o no f t h ec o s to f m a n u f a c t u r i n g o fap a r ti sa ni m p o r t a n t p r o b l e mt h a tm a n ym e c h a n i c a le n t e r p r i s e sa r ef a c i n gt on o w a d a y s t h e c o s to f m a n u f a c t u r i n g i sa g u i d e l i n et oe v a l u a t et h e c a p a b i l i t y o f m a n u f a c t u r eo fap a r t ，i ti sak i n do fr e s t r i c t i o no ff e e d b a c kt op r o d u c t d e s i g n i ti sn o to n l ya ni m p o r t a n tf a c t o rt od e c i d ei ft h ee o o r p e r a t i o no f e n t e r p r i s e sc a nb ed o n eb u t a l s oi sa p a r to f c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g s oi t i s v e r yi m p o r t a n ti nm o r d e r ne n t e r p r i s e s t h i sp a p e rs t u d i e sa n do p e n so u tt h ec o s to fm a n u f a c t u r i n go f a p a r te v a l u a t i n gs y s t e m i t i s a c c o r d i n g 鹳t h e i d e a o fc o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g t h e c o s to fm a n u f a c t u r i n gi n c l u d ec o s to fm a t e r i a la n d m a c h i n i n gc o s t c o n s i d e r i n g t h e a c t u a l i t y o fm e c h a n i c a l e n t e r p r i s e s n o w a d a y sa n da i m i n g a ta d v a n c e m e n ta n dp r a c t i c a b i l i t y ，t h ea u t h o r d e s i g n st h e m o d e lo f t h e s y s t e ma n di m p l e m e n t s o ft h em o d e l t h em o s ti m p o r t a n tp a r ti nt h i s p a p e r 缸t h ec o n s t r u c t i o no ft h e f u n c t i o nm o d e lt h ef u n c t i o nm o d e lo ft h i ss y s t e mi n c l u d e ：p a r tt r e e m o d e l 、p r o c e s sd e g g n a n dm a n - h o u rc o m p u t a t i o nm o d e l 、s e a r c h s i m i f i t u d em o d e la n dt h ed e s i g na n d m a n a g e m e n to f d a t u b a s e m o d e l i nt h ee n d as i m p l ee x a m p l eo fa x i a lp a r tt or e a l i z ee v a l u a t i n go ft h e c o s to fm a n u f a c t u r i n g i si n t r o d u c e d k e yw o r d s ：c o n c u r r e n te n g i n e e r i n gc o m p u t a t i o n o ft h ec o s t o f m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sd e s i g n c o s to fm a t e r i a l m a c h i n i n g c o s t 鲁 i 绪论 山东大学硕士学位论文 1 1 课题的目的、意义 随着全球化市场的形成，市场竞争越来越激烈。缩短产品的上市时间 f r ) ，提高产品质量( q ) ，降低成本( c ) 和提供优质服务( s ) 成为企业赢得竞 争的关键。为了赢得市场的竞争优势，各先进国家纷纷研究和应用先进的 制造技术和理论如计算机集成制造( c i m ) ，敏捷制造( a g i l e m a n u f a c t u r i n g ) 、并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 、精益生产( l e a n p r o d u c t i o n ) 及经营过程重组( b u s i n e s sp r o c e s sr c c n g j n e e r i n g ) 等。 2 6 1 随 着技术的进步，劳动生产率的提高，企业生产出高质量的产品亦非难事。 产品的成本涉及到产品生命活动的整个周期，如何通过降低产品成本来提 高产品的竞争力成为核心要素。【2 6 】 8 0 年代中期开始，并行工程逐渐成为制造业中的热门课题。并行工程 ( c e ) 是对传统串行工程生产模式的变革串行生产模式将产品设计过程 与后续生产过程分离，产品生产成本一般在产品开发周期的后期进行分析， 这样导致所设计的产品可能无法加工或制造费用过高，往往需要重新设计， 从而影响生产效率，为此人们提出了并行工程这一新的组织和管理现代制 造业的哲理、思想和系统工程方法。该方法强调多学科工作小组并行、交 叉、协调地工作，将分散于不同专业部门的成员组织起来，并构成一个能 够自由交换信息的环境，从而能够及早解决设计中的错误、矛盾和冲突。 d f m 是并行工程最重要的研究内容之，它在设计阶段尽早地考虑与制造 有关的约束( 可制造型等) ，全面评价产品设计，并提供改进的反馈信息， 及时改进设计，保证产品设计和制造一次成功，以达到降低生产成本提高 产品质量缩短产品开发周期的目的。面对日益激烈的市场竞争，降低产品 的设计和制造成本，是制造企业生存和发展所必需的。产品的设计阶段决 第1 页 t 山东大学硕士学位论文 定了产品7 0 8 0 成本，通过产品成本核算可使设计人员在产品设计阶段 了解产品的制造成本，制造成本是评价零件可制造性的一个指标，对产品 设计是一种反馈约束，通过成本核算可促使设计人员及时改进设计以降低 生产成本。 随着市场竞争的日益激烈，企业之间的协作制造越来越多，许多制造 企业为减少投资风险、快速适应市场变化，重点在产品丌发和市场营销， 零部件的制造主要靠外扔。在企业之间的协作制造活动中，价格是决定协 作能否进行的一个非常重要因素。分包商需要控制其产品的制造成本，承 包商需要明确制造成本。以便竟标。零件的制造成本的快速精确核算是非 常重要的。 目前，国外对机械产品制造成本方面的研究比较重视如美国的b d i 公 司开发了专门用于机加工成本分析的d f mm a c h i n i n g 软件。在国内，像清 华大学、华中理工大学等也从事d f mm a c h i n i n g 机加工成本方面的研究， 尚未开发相关的软件。国内现行的成本核算方法多以手工为主，企业零件 核价一般由经验丰富的工程师来制定，存在周期长、不精确、随意性大等 问题，导致成本信息提取缓慢、精确性低。开发一套机械零件制造成本核 算软件尤为迫切。 本课题结合光明机器厂的 塑机零件核价系统，基于并行工程、d f m 思想开发一套制造成本核算软件，用于绘设计人员提供评价设计的工具以 及给企业进行零件成本报价。 1 2 机械零件制造成本研究综述 ( 1 ) 成本研究 当前的成本研究工作主要集中在以下几个方面：( 1 ) 企业管理成本如 美国t e x a s 技术大学d rd o u g l a s 和dg r a d s b e r g 等把网络规划、队列理论成 功地应用于管理成本的研究记忆m a r kt c h e n ，d rd o u g l a s 等研究企业运行 第2 页 f 山东大学硕士学位论文 过程中每一个步骤的管理成本；( 2 ) 利用回归分析技术研究工艺成本；( 3 ) 成本估算。如德国l e i p z i n g 大学d rj u r g e nb o d e 提出用神经网络的方法来 估算产品成本，墨西哥学者l e o p o l d ogv a r c l a 和r o g e rjg r a n t 等开发了为 建筑商提供报价的软件系统。美国m a r kt c h e n 等研究了成本估算在投资 中的应用；( 4 ) 成本控制。如美国的j i m z h a n 提出通过提高企业效率来降 低成本的成本控制方法，美国a n d r e ws i p o s 通过网络规划和统计曲线进行 了成本一时间控制研究、产品的成本与交货时间的统计关系，建立了产品 成本与时间的最佳控制模型。我国的成本研究工作也取得了一些成果， 如文口2 】提到的对产品成本估算的研究以及把产品的特征与制造成本结合起 来，根据产品的结构对成本进行评价等，多数的研究采用了统计分析处理 技术。【3 2 】 ( 2 ) 并行工程 并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 是一体化和并行地设计产品及其 各种相关过程( 包括制造过程和支持过程) 的系统化工作模式，它要求产品丌 发人员在设计一开始就考虑产品生命周期( 从概念形成到产品报废) 的所有 因素，包括质量、成本、工作进度和用户要求。实施c e 的目的是要改变传 统的串行工作方式的根本缺点，即所有的反复修改过程都是滞后的。而c e 是使产品设计及有关的技术准备和生产准备工作在并行工作的方式下达到 一次成功，缩短技术和生产准备周期，使产品能按用户的要求以最快的速 度供应市场。 并行工程实际上是一种生产经营和管理模式，它的核心突出人在有效 组织领导下的协同工作( t e a mw o r k ) 。它要求有一个一体化的行政指挥机 构，建立多学科、多功能的协同工作小组，组内包含企业中设计、工艺、 制造、质量、物资供应、销售和服务，甚至用户代表在内的各类专业人员， 按用户订货要求进行充分磋商和协调一致地工作。 传统的产品开发组织模式实际上是一种串行模式，我们称之为串行工 程。而并行工程下的产品开发则是一种并行模式，为了清楚地表明二者的 第3 页 ， ， 山东大学硕士学位论文 区别，用图1 - 1 来比较其特点：【9 6 惮1 5 2 】 什 业 作 业 串行工程图 图1 - 1 并行工程图 在竞争日益激烈的市场中，产品的更新换代的周期越来越短，为了能 使产品生存的时间更长，需要尽可能的缩短产品设计和制造的时间，缩短 交货期。传统的生产和管理方法很难适应当前的竞争激烈的市场。在传统 的生产和管理模式中，企业各部门间的物资和信息流动通常是单向的，通 第4 页 山东大学硕士学位论文 常是从设计部f n 生产部门，从生产部门到销售部门。但实际上，企业内 部的每个部门都可能对产品的价格、质量和交货期产生重大的影响。例如 销售部门的销售情况和预测会影响到生产部门的计划，原材料和零配件的 采购影响到设计部门对产品的改进和进一步开发。】 因此，为了降低成本，缩短交货期，在八十年代中期提出了并行工 程这一概念。并行工程的提出是为了提高设计和生产的效率，降低产品的 制造成本。这是通过革新传统的设计、制造和销售过程来实现的。在通常 的设计和制造过程中，信息一般是从设计流向制造。设计人员根据市场的 需求确定设计产品所需的功能从而进一步确定为了实现这些功能零件应 具有的结构。在详细设计完成后，设计图纸交给制造部门。制造部门根据 设计要求，确定生产工艺和生产调度。由于制造过程的复杂性，在没有帮 助的情况下，设计人员通常不太可能比较完全地考虑到制造环境的限制。 对制造部门而言，通常只有在制造产品时发生无法解决的困难时才要求设 计部门修改设计。一旦发生问题，设计部门和制造部门都不得不花费很多 的时问来修改设计和生产工艺，这必然使产品开发的周期延长，并且造成 材料的浪费，降低了制造设备的使用效率。这些都会影响到产品的市场占 有率和企业的利润。并行工程的设计方法是在产品的设计过程中，考虑到 产品的制造、运输、销售等因素，使得设计出的产品尽可能满足制造等各 方面的要求。另外，并行工程要求制造企业的各部门之间要保持密切的联 系，保证信息交换渠道的畅通。这是因为在整个设计、制造和销售过程中， 市场、制造企业和消费者组成的系统是不断变化的。制造企业的各部门需 要不断调整以适应各种变化。这种适应需要企业各部门之间的相互配台、 相互交流信息。 就产品设计、生产和销售的过程来说，产品的设计过程对产品的虽终 价格、质量的影响最大。这是因为生产过程基本上根据产品设计结果来进 行的而销售中的各种费用也是根据产品的类型确定的。如果在产品设计 时没有充分考虑各方面的情况，可能会使产品的制造成本过高，从而影响 产品的销售价格，使产品的销售受到影响。这是修改产品的设计会打乱原 有的生产计划、原材料及零配件的采购计划，推迟产品的上市。出于设计， 第5 页 - 山东大学硕士学位论文 尤其是在设计的最初阶段，应尽可能地考虑到制造和销售的影响，以减少 以后对设计的更改，从而缩短设计周期。 ( 3 ) 成本工程系统 成本工程系统c a c e s ( c o m p u t e ra i d e dc o s te n g i n e e r i n gs y s t e m ) ，是 指利用计算机实现产品的成本建模、成本优化控制、成本分析和其他辅助 功能组成的系统。它的总体框架结构如图1 2 所示： 成本建模( c o s tm o d e l i n g ) 是指建立用于估算成本的产品模型，包括输入、 输出、和函数三个部分：成本优化控制( c o s to p t i m i z a t i o na n dc o n t r o l l i n g ) 是指根据建立好的产品成本模型，以产品的成本目标或约束、成本控制策 略作为导向，对产品的性能进行优化，输出产品的成本数据和其他关联信 息( 如加工工艺) 。成本分析( c o s ta n a l y z i n g ) 是指根据得到的产品成本数 据信息对产品的成本进行显示、解释，并给出成本策略的功能。其他的 辅助模块主要有数据支持模块、系统管理模块和系统通信模块等。 ( 4 ) d f md f i a 面向制造的设计d f m ( d e s i g n f o r m a n u f a c t u r i n g ) 是并行工程中最重 要的研究内容之一。d f m 是一种并行设计方法，它抛弃了传统的“隔墙” 设计，在设计阶段尽早地考虑与制造有关的约束( 可制造型等) ，全面评价 产品设计，并提供改进的反馈信息，及时改进设计，保证产品设计和制造 一次成功，以达到降低生产成本提高产品质量缩短产品开发周期的目的。 d f m 中产品制造成本核算是d f m 的关键组成部分，d f m 是并行工程中最重 要的研究内容之一。产品制造成本核算可以使产品的制造成本对产品设计 形成反馈约束，使设计结果体现制造系统对设计的要求，达到降低制造成 本缩短设计周期的目的。驯1 4 2 j l ” 近年来在电子、计算机及通讯等领域的巨大发展，以及因特网等全 第6 页 皇 山东大学硕士学位论文 图1 - 2 成本工程系统的框架结构 球通讯网络的应用的迅速扩大，给制造企业带来了新的挑战和机遇，这些 全球通讯网络使用户能够更方便、更迅速地获得产品信息，更方便、更容 易地购买到合适的产品，因而对制造业提出了更高的要求。另一方面，网 络也给生产企业带来了更多的机会，企业可以在网络上进行各种宣传及销 售活动。为了抓住市场全球化和技术进步所带来的机遇，企业必须首先调 第7 页 山东大学硕士学位论文 整自身的生产结构和管理方法，以适应当前激烈竞争的全球市场的要求。 也就是要求企业能够以合理的价格，及时地提供市场需要的高质量的产品。 在竞争同益激烈的市场中产品的更新换代的周期越来越短，为了能 使产品生存的时间更长，需要尽可能的缩短产品设计和制造的时问，缩短 交货期。传统的生产和管理方法很难适应当前的竞争激烈的市场。在传统 的生产和管理模式中，企业各部门问的物资和信息流动通常是单向的，通 常是从设计部门到生产部门，从生产部门到销售部门。但实际上，企业内 部的每个部门都可能对产品的价格、质量和交货期产生重大的影响。例如 销售部门的销售情况和预测会影响到生产部门的计划，原材料和零配件的 采购，影响到设计部门对产品的改进和进一步开发。 在设计阶段应考虑的问题很多，如制造、装配等。在设计时考虑制造 的要求以设计出可制造性好的产品和零件的设计方法被称为d f m ( d e s i g n f o rm a n u f a c t u r e ) 。d f m 的方法是在设计中考虑到具体的制造系统的因素， 其中制造成本核算是其一部分。在设计阶段计算出产品的制造成本，通过 制造成本的大小决定是否对产品设计进行更改，从而能快速、准确地做出 决策。 面向装配的设计d f a ( d e s i g nf o ra s s e m b l y ) 是指简化和方便装配的产品 设计，此处的装配是指增添或者连接若干零件来形成一个完整产品的过程。 d f m a 即为面向制造与装配的设计，图1 3 总结了设计时用d f m a 所 采取的步骤。首先是面向装配的设计的分析导致产品结构的简化。然后为 原始设计和新设计做出零件的早期成本评估，以便制定交易决策。在这个 过程中，需要考虑适合各种零件的最好材料与工艺。一旦材料和工艺最后 选定了，就可以为面向制造的设计进行一种更彻底的分析来实现零件的细 节设计。【3 3 】 第8 页 t 山东大学硕士学位论文 图卜4 采用d f m a 的并行工程研究典型步骤 ( 5 )d f c 面向成本的设计( d e s i g nf o rc o s t ) 是指在满足用户需求的前提下， 尽可能的降低成本，通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、 维修、回收、报废等产品全生命周期总的各个部分的成本组成情况，并进 行评价后，对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改，已达到降 低成本的设计方法。d f c 将成本作为设计的一个关键参数，并为设计者提 供分析、评价成本的支持工具。 d f c 作为并行工程的一个工具，在并行设计中需要对设计结果不断做 出评价。由于在设计的不同阶段，所提供的信息量是不同的其详细程度 也不同。因此在不同阶段d f c 在评价设计方案时所采用的方法是不同的 而且评价的主要对象也是变化的，例如，在概念设计阶段主要是对原理方 案进行评价；在详细设计阶段主要是对产品结构方面进行评价。在d f c 中 第9 页 ， 山东大学硕士学位论文 对设计的评价不是一劳永逸的，而是随着设计的变更而在需要时不断地进 行直至满意时为止。【3 4 l ( 6 ) 制造成本研究 目前制造成本核算大体上有两种方法一种是在产品设计的早期阶段 进行的成本预测，一种是基于工艺的详细成本计算。 机械产品及零部件的设计是一个决策过程，然而，在设计的早期阶段， 由于产品的结构尺寸尚未精确确定影响方案成本的主要制造成本尚无法 进行较准确的计算。因而，设计者不得不根据各自的设计经验概略估算， 或粗略设定结构尺寸进行粗算。正由于机械产品设计初期的这种不确定性， 使得机械产品零部件成本估算出现复杂性及多变性。针对这方面的缺点， 提出了很多成本估算方法。p 钉 一种是基于模糊贴近度的机械零件成本预测方法，这种方法利用模糊 数学的贴近度原理在零件形状类似的条件下，通过研究和对比新零件成 本和已有零件的相似程度来估算新零件成本。运用模糊数学的方法，使已 有零件和新零件的相似程度定量化，从而得到新零件的成本。该方法与人 工主观估算方法相比，更为客观、真实的反映了成本的变化特性为机械 产品零部件技术经济评价提供了可靠的科学依据。【3 习 另一种叫做全生命周期成本( 1 i f ec y c l ec o s t ，l c c ) 估算，全生命 周期成本是指产品从开始酝酿，经过论证、研究、设计、发展、生产、使 用和保障费用及最后废弃费用的总和。从全生命周期的角度探讨成本的组 成，一般包括设计成本、制造成本、销售成本、维修成本、使用成本和回 收报废成本。全生命周期成本的估算方法有：参数成本方法、工程成本方 法、类比成本方法、基于特征的神经网络法以及作业成本估算法。详细分 析见口引。 基于工艺的详细成本计算方法是在零件设计完成后根据零件工艺内容 详细计算各工步工时，然后根据设备工时费和人工费用计算出加工成本， 材料成本由零件毛坯尺寸和材料种类决定，加工成本和材料成本之和即为 第l o 页 山东大学硕士学位论文 制造成本。 加工工时的计算方法有经验估工法、工时测定法、工时抽样法、统计 分析法、时间定额标准法。其详细内容见第二章。 1 3 本文的内容和结构 本文内容为：开发机械零件制造成本核算系统使得在产品设计的早 期阶段可获得成本的估计；在工艺信息己定的情况下进行制造成本的详细 核算：生成工艺和工步规划。 本文的结构如下： ( 1 ) 第一章介绍课题的目的、意义和来源，综述机械零件制造成本核算 的相关研究背景。 ( 2 ) 第二章，对机械零件制造成本构成进行分析并介绍了几种成本研究方 法。 ( 3 ) 第三章介绍了制造成本核算系统的总体设计方案，包括功能模块和 系统总体流程。 ( 4 ) 第四章，介绍了交互式成本核算方法以及相关技术。 ( 5 ) 第五章，介绍了相似检索法进行成本核算的方法以及模糊估计方法。 ( 8 ) 第六章，详细介绍本文中数据库的设计及实现过程。 ( 6 ) 第七章，通过一个轴类零件的例子来说明系统的实现过程。 ( 7 ) 第七章，全文总结和对进一步工作的建议。 第1 l 页 ， ， 山东大学硕士学位论文 2 机械零件制造成本 2 1 制造成本分析 2 1 1 成本概念及组成 “成本”这一概念在不同的学科中有不同的解释，即使在同一学科的 不同分支也有不同的解释，在本文中我们采用成本会计中的定义：即成本 是指企业生产经营过程中各种经济资源价值牺牲进行对象化计算的数额。 按经济用途分类它一般包括制造成本( m a n u f a c t u r i n gc o s t s ) 和非制造成本， 研究产品的成本时必须考虑全生命周期成本可以把产品的全生命周 期成本分为开发成本、制造成本、管理成本、销售成本、运行成本和回收 成本，产品成本信息模型如图2 1 所示：【2 】【3 2 】 非制造成本包括：开发成本、管理成本、销售成本、运行成本和回收 成本。 制造成本是由材料成本和加工成本构成的，其中材料成本由零件毛坯 尺寸和材料种类决定，加工成本由设备费用和人工费用决定，我们把加工成 本进行简化，由单件工时乘以设备台时费计算得到，即： 零件制造成本= 材料成本+ 加工成本 2 1 2 材料成本 材料成本的计算方法是这样的，材料成本= 材料重i t 材料价格 第】2 页 ， 山东大学硕士学位论文 管理者素质 管理机构 管理效率 市场环境 销售方式 销售范围 销售能力 加工时问制造者素质政并 加t 批量存储材料耗赀 产品特征 管理成奉制造成本 销售成奉l 产品成奉j开发成奉 产品质量 使用环境使用者素质 易搬运性能源耗费 运行成本回收成本 市场调盘 市场分析 开发改稀 复杂程度 开发的经费 设计j i i | j 素质 环境 产品可拆除性 拆下零部件的价格 图2 1 产品成本信息模型 材料消耗重量计算包括三种方法：由零件毛坯计算：如果毛坯 是型材，根据规格和长度直接算出来；复杂表面的零件，将毛坯体积分 解，分别计算其体积重量。 如果毛坯是型材。如：圆钢、方钢、六角钢、铜管、工字钢、槽钢、 角钢、扁钢、弹簧钢丝等则根据型材的规格和长度直接计算出型材的成 本。 由零件毛坯计算材料重量的方法是根据零件结构及尺寸确定毛坯形状 及尺寸，根据毛坯尺寸计算出毛坯的体积，然后再根据材料的密度计算出 毛坯重量。材料定额根据公式n = 鲁 k g 】计算出。其中g 。为毛坯重量，k ，为 下料利用率。 材料消耗工艺定额是由零件或产品的净重和在制造过程中产生的工艺 性损耗两部分组成。它的比较确切的定义是：在一定的生产、技术、组织 条件下，根据产品设计结构、技术要求、工艺方法和生产技术条件等规定 第1 3 页 ， 山东大学硕士学位论文 为制造单位产品( 或零件) ，所必须消耗的各种原材料的标准数量。 零件净重是原材料的有效消耗，是制定原材料消耗工艺定额的基本依 据。工艺性损耗是由技术加工特性所引起的不可避免的无效损耗。 工艺性损耗= 下料损耗+ 工艺加工损耗 金属切削加工零件材料工艺定额的制定包括：零件净重、加工余量损 耗、下料切口损耗和分摊的残料损耗等四部分。 1 ) 下料利用率k l是毛坯重量与下料时所消耗材料的百分比，即 k 1 = 且g + g s 1 0 0 式中：g ，：毛坯重量【k 翻：g 。：下料损耗【k g 】 下料残料率k 2 是下料过过程中所产生的残料与下料过程所消耗的材 料百分比，即k 2 。若1 0 0 式中：g ，分摊的残料重量【k g 】 按技术计算法机械加工零件材料消耗定额的公式： n = g ，+ g 。+ g 。 式中：n ：零件的材料消耗定额【k 翻： g 。：毛坯重量【k g 】； g 。：下料切口损耗出朗 g 。：分摊的残料重量【k g 】； 应用下料利用率计算材料消耗定额的公式： n = 鲁 k 朗 式中：k 。：下料利用率【 ： 第1 4 页 ， 山东大学硕士学位论文 g 。，：毛坯重量【k 朗 应用下料残料率计算材料消耗定额的公式： n = 导鲁【k g 式中： g 。：切口损耗瞰列： k ：下料残料率 】。 2 1 3 加工成本 加工成本由人工费用和设备费用决定，我们可简化为工时与设备台时 费的成积。 工时消耗分类及定额组成 劳动定额是指在一定生产组织技术条件下，以合理的工作方法完成某 项合乎质量要求的工作所规定的必须的劳动消耗标准。劳动定额有两种形 式，一种是时间定额，即指工人生产单位产品所需的时间；另一种是产量 定额，即单位时间内应完成的产品数量。不同形式的劳动定额适用于不同 的生产条件，在单件小批或成批生产的企业通常采用时间定额有的大批 量生产企业，有时采用产量定额。 研究和制定劳动定额的直接对象工序。研究和制定劳动定额的基 础是分析生产过程中的各个组成部分，而工艺过程是生产过程的主要部分。 工序是工艺过程的基本单位，是研究生产组织、劳动分工、计划和经济核 算的基础。由于机器制造生产过程比较复杂每个产品有许多零件组成， 而各种零件需要经过不同的加工过程和许多加工工序才能完成，因此，整 个产品或者一个零件的劳动消耗的研究和制定是建立在工序基础上的，即 劳动定额首先是以工序为对象制定的，对于每道工序都要规定劳动消耗的 第15 页 山东大学硕士学位论文 标准量。所谓工序就是指一个或一组工人在一个工作地上，对同一种劳动 对象连续进行加工的生产活动。工序的特点是工人的劳动过程、劳动对象 和设备( 工作地) 这三个条件都保持不变所完成的连续生产加工的过程。 若其中有一个条件有了改变，那么就构成了另一个新的工序。 按工艺特点，工序可划分为工步和走刀。 工步是工序的一部分，对于机械加工来说，工步就是使用工具，加工表 面、和设备的工作用量( 切削用量) 不变的条件下所完成的工序m t 的一 部分。上述三个条件有一个改变时就构成另一个新的工步。对装配工序来 说，工步就是装配零件、工具、装配条件和要求不变的情况下所完成的装 配工序的一部分。对铸工造型工作来说，工步就是工作内容、工作条件不 变的情况下所完成的造型工序的一部分。 走刀是工步的重复部分。在这一部分的加工过程中，限定于从加工表 面( 一个或数个同时加工表面) 切掉一层金属即成为一此走刀。工人所完 成的工序加工是由许多动作要素构成的。为了便于制定定额，便于研究和 分析各组成部分的内容、完成顺序和时间，把劳动动作合并成单一操作， 再把单一操作合并成复合操作。例如： 复合操作单一操作动作要素 拿起零件由下列动作组 ( 1 ) 拿起零件；( 1 ) 伸手； ( 2 ) 把零件套在鸡心夹上( 2 ) 取毛坯 安装零件 ( 3 ) 擦净顶尖；( 3 ) 把毛坯拿刀鸡心卡前 ( 4 ) 放顶尖上卡紧 工人在轮班内的全部时间消耗按其性质基本上可以分为定额时问和非 定额时自j 。工时消耗分类如图2 2 所示。 第1 6 页 t i 山东大学硕士学位论文 图2 - 2 工时分类和定额时间构成图 第1 7 页 山东大学硕士学位论文 定额时间，就是在生产过程中，工人和设备在完成某生产任务时所必须 消耗的时间。非定额时间就是在生产过程中不必要的、无效的时自j 损失。 如由于组织、技术工作的缺点或违反劳动纪律所造成的时问损失等。 工时定额就是在生产过程中，工人和设备在完成某生产任务时所必须 消耗的时间。工时定额时间由准备结束时间和单件时间两部分组成。 准备结束时间：即工人为生产一批零件或执行一项任务的工作前做准 备和完成工作后做结束工作所消耗的时间。也就是在- - 十l l 零件加工前，工 人用于了解任务，熟悉图纸和加工工艺领取材料和工卡量具，调整设备 以及在完成任务后卸下工卡具，交回图纸，成品交检等所消耗的时间。准 备结束时间的特点是每加工一批零件只消耗一次，其长短与一批零件的数 量无关。其主要影响因素为零件的复杂程度，设备的类型、构造和复杂程 度以及工作地组织情况等。 单件时间：单件时间时与加工零件数量直接有关的时间消耗，它由作 业时间、布置工作地时间、休息与生理需要时间三部分组成。 作业时间是直接用于加工零件或者完成某项工作任务的时间，它是时 问消耗中最主要的组成部分。其特点是时间的长短与生产任务成正比，随 着零件的加工重复消耗。作业时间按其作用又可分为基本时间和辅助时间。 基本时间是直接用于改变零件的几何形状、尺寸、性能、外貌以及把 零件装配成为部件、产品所消耗的时间。如车工直接用于切削的时间；装 配工用于装配的时间，统称为基本时间。如果工艺规程规定某一工作完全 由机床设备自动实现，则基本时间称为机动时间：如果是在工人直接参与 下用机床设备实现这一作业的则称为机手并动时间( 如车床上手动进刀的 实现) ；如果实现这一作业不使用机器，全由工人手工操作( 如刮、挫等) ， 则基本时间称为手动时间。基本时间的特点是每加工一个零件，重复消耗 第18 页 山东大学硕士学位论文 一次。 辅助时间是指为了保证实现基本工作而执行的各种操作所消耗的时 问。例如安装零件，卸下零件，开动或停止机床，改变切削用量及走刀量， 检验零件尺寸所消耗的时间。辅助时间也有机动、机手并动和手动时间之 分，但多数是手动的。辅助时间的特点是每加工一个零件都要重复出现一 次( 例如装卸工件) ，或每加工一定数量的零件定期重复一次( 如换刀等) 。 布置工作地时间是指工人用于保持工作地正常工作状态所消耗的时 间。布置工作地时间又可分为技术性布置工作地时间和组织性市鬓工作的 时白j 。技术性布置工作地时间主要是指与机动时间消耗有关的布置时间， 如更换用钝的刀具，在工作过程中的校正工作、调整设备和清扫铁屑等所 消耗的时间；组织性布置工作地时间主要是指与工作班有关的布置时间， 如工作班开始与结束时收拾工具、检查和试运转设备、注油和清理设各等 所消耗的时间。 休息与生理需要时间指工人在工作班内，由于劳动繁重、紧张而又无 间歇的情况下，规定的适当休息时间和由于生理需要的时间。这类时间与 劳动性质、劳动条件、劳动繁重程度和劳动危险性等有关，可根据这些因 素变化作出适当规定。 单件时间定额可表示为： 单件计算时间( t c ) = 单件时间( t d ) + 准终时间( t e ) n ( n 为零件数量) 单件时间( t d ) = 作业时间( t z ) + 布置工作时间( t z k ) + 休息生 理需要时间( t x k ) 布置工作时间( t z k ) 和休息生理需要时间( t x k ) 不是每一个零件都 需要重复的，因此在计算单件时间时需要将这两类时间均摊到每个零件中 第1 9 页 山东大学硕士学位论文 去。均摊的方法通常是以占作业时间t z 的百分比来表示。 布置工作时间( t z k ) = t z k 柿，1 0 0 休息生理需要时间( t x k ) = t z - k _ 1 0 0 式中k4 , - 与k 体分别为t 弗及t 体占作业时间的百分比数。 单件时间( t d ) = 作业时问( t z ) + 作业时间( t z ) - k 柿1 1 0 0 + 作 业时问( t z ) k “1 0 0 单件工时定额加上一个零件应该分摊到的准备结束时自j 称为单件核 算时间定额。每个零件应分摊的准备结束时间与一批零件的数量有关，故 单件计算时间定额的计算公式为 单件计算时间( t c ) = 单件时间( t d ) + 准终时间( t e ) n ( n 为零件数量) 对于大批量生产，产品较稳定，生产组织和劳动组织有一定的基础时， 准备结束时间因占比重很小可忽略不计，在这种情况下单件核算时间定额 t c 就等于单件时间定额t d 。 2 1 2 1 4 时间研究方法 时间研究的主要方法见表2 1 所示： 2 2 本文零件制造成本模型 本课题时间研究采用时间定额标准法，即利用事先制定好的定额标准 数据制定定额，本文通过分析比较采用的是中华人们共和国劳动部发布的 重型汽车行业劳动定额标准。 本文分析机床行业机械加工劳动定额时间标准和重型汽车行业 第2 0 页 t 山东大学硕士学位论文 方沽名称说忉 主要凭借管理人员经验进行t 时估计的方法。这种方 经验估工j 土法在科学管理产生以前批存“节今郇托某屿缺乏资 抖场合及管理水r i 的企业中疵用 通过在作业现场的k 时斓的连续税察和测定，经过分 _ t 时测定法析研究制定定额的方法。也口咀用于企业诊斯改进 工时利用和操作方法等方血 直接测定法 工时抽样在工时调矗中j 衄用，是一种顺时规察方法。 工时抽样法一般用在老产品定额修改的场台，大批量生产中也町 用来制定工序定额 将统计瓷料同概率估计结台起来制定定额的方法一 统计分析法般用在老产品定额修改的场台，大批量生产中也可用 来制定工序定额 问接测定法 利用先制定好的定额标准数据制定定额的方法由 时问定额标 于标准形式的不同可用于不同生产类型和不吲t 种 准法 的定额制定 表2 1 时问研究主要方法 劳动定额标准可知，前者的时间定额时根据经验综合制定的，没有 经过分解，后者时间进行了详细分解，单件时间包括基本时间、辅助时间、 准终时间和宽放时间。另外由于各企业设备、工人技术水平的差异，两个 标准在时间定额方面存在一定的差距，因此给本文带来了一定的难度。本 文采用的后者标准，不同的企业可根据此标准加以适当的调整。 本课题将零件制造成本中的直接人工费用和制造费用进行了综合，把 人工费用( 即工人工资) 和设备工时费折算到设各的台时费上，用设备的 台时费乘以工人劳动工时得出零件的加工费，称为加工成本。于是用出材 料成本和加工成本组成。 第2 j 页 ， 山东大学硕士学位论文 由于程序编制的复杂性对材料成本进行了简化，应用下料利用率计算 材料消耗定额时，毛坯的重量由零件最大尺寸计算得出，而不是由零件净 重和零件加工余量计算出。在加工零件的整个成本中最重要的因素经常是 材料成本。它经常超过整个成本的5 0 。 本课题单个零件的制造成本可表示为图2 3 ： 图2 3 单个零件制造成本组成图 计算公式可表示为： 单件价格= 单件成本+ 利税 单件总成本= 材料定额+ 单件计算时间( t c ) 水台时费( 工人工资 设备工时费) 单件计算时间( t c ) = 单件时间( t d ) + 准终时间( t e ) n ( n 为零件数量) 第2 2 页 山东大学硕士学位论文 单件时间( t d ) = 作业时间( t z ) + 布置工作时间( t z k ) 十休息生 理需要时间( t x k ) 作业时间( t z ) = 基本时间( t j ) + 辅助时间( t f ) 基本时间由重型汽车行业劳动定额标准中提供的各种工步工时计 算公式计算得到辅助时间( 包括装卸工件时间、测量时自j 、有关辅 助时间等) 根据标准查相应表格得出。其他机床准终时间以及机床宽放时 间也是根据标准查出。 第2 3 页 山东大学硕士学位论文 3 机械零件制造成本核算系统总体设计 系统设计思想是： 在零件设计早期阶段获得成本估计 零件设计完成后进行零件制造成本的核算 生成工艺和工步规划 在零件设计初期用本系统进行制造成本估计，可使设计人员了解零件的 制造成本，这样可使设计人员及时改进设计，降低成本。如果零件设计已 完成，则利用本系统进行成本核算。核算方法是：首先利用零件的成组编 码对系统库中已有的零件进行相似检索，如果检索到相似零件，则可调出 相似零件的工艺信息进行修改即可，如果设有相似零件，则利用交互式方 法按工步进行零件制造成本的核算。 3 - 1系统功能模型 本系统由以下几个功能模块构成：产品管理、零件信息输入、工艺设 计与工时计算、相似检索、基础数据库、用户管理、帮助。 产品管理模块的功能是在产品目录树中对产品和零部件进行管理，可 以进行产品的添加、删除操作和对工艺进行编辑。 零件信息输入让用户输入零件的相关信息，例如：名称、图号、材料 信息、批量，毛坯形式等信息。 工艺设计和工时计算模块、相似检索模块在后面进行介绍。 基础数据库主要包括：零件库( 包括零件、部件、产品的一些信息) ， 工艺设计用到的机床设备信息( 设备名称、准终时间、宽放时间、台时费 等) 放在设备库、毛坯用到的材料信息( 材料名称、密度、价格等) 放在 材料库；计算工时需要的各种时间( 机床操作时间、有关辅助时自j 、测量 时间、装卸时间等) 及切削用量放在设备库，相似检索用到的编码、典型 第2 4 页 山东大学硕士学位论文 工艺等也在零件库中。 用户管理主要对设备、材料进行管理还有工艺设计部门的人员管理、 工艺计算部门的人员管理及其权限。 帮助包括关于系统的简单介绍，关于工艺设计的设计方法，关于工艺定 额计算的方法等。 系统总体流程见图3 1 ： 3 1 1 产品目录树模块 为了更好地将产品及零部件之间的关系表达清楚，我们将零部件放在 一个产品树中，按产品树的形式来对其管理，系统一切操作都应围绕产品目 录树展开。 在产品目录树中可以添加新产品、部件、零件，可以在目录树的任何 节点上进行删除操作，删除选中的零件或部件或产品等内容。在产品树中 还可以进行工艺编辑。除此之外，该模块还具备览图功能，能够自动打开 a u t o c a d 界面，打开相应零件图号的图形，进行浏览。产品目录树对应的界 面见图3 3 。 产品目录树中产品对象的分类是建立在企业信息集成系统的信息编码 基础之上的。不同的行业和不同的企业进行产品对象分类的标准是不一样 的。对于一般的机械产品，本系统作了比较简单的分类。分类标准主要是 从生产的角度划分。一般可以分为标准件、外协件、外构件、自制件。标 准件又可以分为国标件、企业标准件。见图3 - 2 ： 3 1 2 工艺设计与工时计算模块 工艺设计与工时计算模块的主要功能是给一个新零件设计工艺或将已 有零件的工艺录入系统并进行各个工步的工时的计算及零件工时的汇总。 在此模块中要做的工作有所用加工设备的确定( 例如c 6 1 6 车床、立 式铣床、无心磨床等) 、工序工步名称的确定