钣金零件材料定额估算管理

【导读】
3.1材料定额概述 材料定额楚联系设计工艺、生产计划的纽带,是贯穿下ERP,PDM的线索,是指导采购的行动指南。材料定额是指在一定的生产技术条件下,生产单位产品(或零件、单位工
3.1材料定额概述
  材料定额楚联系设计工艺、生产计划的纽带,是贯穿下ERP,PDM的线索,是指导采购的行动指南。材料定额是指在一定的生产技术条件下,生产单位产品(或零件、单位工作量、单位时间)所必须消耗材料的数量标准。具体的说是由零件净重(材料加工对象成品实体的重量)和零件制造过程中所必须的工艺性损耗两部分构成。通常所说的材料消耗定额即是指工艺消耗定额,简称材料定额。
 
  材料定额是工艺编制过程的重要组成部分。工艺信息流主要有两个流向,一个是流向生产,给生产提供加工参数、加工设备、加工方法、加工刀具等信息支持,指导生产制造的顺利进行。另一个信息流向采购,为采购提供原材需求、外购件需求、需求数量、需求时间等信息。材料定额的信息流向主要是面向采购部门。工艺信息义企业信息化是重要组成部分。据不完全统计,在制造性企业中。工艺信息量约占企业管理信息总量的30%~40%,而企业内的工程技术人员和生产管理人员每天平均有40%的时间用在查询和处理各种信息上,因此提高工艺信息管理水平,实现工艺信息的计算机集成化管理,实现信息资源的共享,是企业信息化建设的关键工作之一例。因此,材料定额是企业信息化进程中的必经之路。
 
  材料定额,在企业经营管理中是核算原材料需用量、编制物资中请供应计划、实行限额定料、衡量原材料使用是否合理和节约、储存是否适度的重要依据,也是企业开展经济核算、考核经济效果的重要工具.在工艺数字化系统中,它是优化工艺方案和工艺路线,审查产品结构的工艺性,以及在制订工艺规程时确定毛坯尺寸的重要依据。
 
  经过材料定额所输出的数据贯穿于产品报价、设计、生产,及产品出厂后成本核算的髂个过程,是指导企业各生产部门生产以及相关部门的采购、发料、报价、成本核算的重要依据,它具有数量大、汇总条件多样化、数据信息要求及时、准确等特点。
 
  定额制订的一般原则是先进合理,即所制订的定额必须符合本单位生产技术组织条件,通过努力,在大部分时间内,大多数单位和个人可以完成或接近完成。定额的一般制订方法有列几种:

  1)经验估计法。常用于从未生产过或没有历史资料可循的新产品生产,是由制订定额的工作人员根据设计图纸、工艺规程或实物,考虑设备、工艺装备、原材料等条件,凭借以往经验。互相协商估算来确定定额。用此法制订出来的定额,称之为经验定额。

  2)统计分析法。常用于过去生产过的产品,它是根据过去积累的统计资料进行分析比较,并结合现实生产技术组织条件来制订定额,用此法制订出来的定额,称之为统计定额。

  3)技术测定法。常用于成批或大量生产的产品,它是对一定的生产组织条件进行分析研究,设计合理的工艺和操作方法,通过现场实际测定结果来制订定额,此法测定出的定额,称之为技术定额。

  4)典型推算法。又叫比较类推法,是以某种类型典型产品的定额为依据,进行对比分析,推算确定另一种产品定额的方法,常用于多品种、小批量生产的产品。

  5)幅度控制法。它是按厂部定额的控制数,各车间、部门根据控制的幅度制定本车间、本部门有关定额的方法,用此法制订出的定额,称之为幅度控制定额,常用于基层单位内部定额管理。
 
  传统的材料定额方法基本上没有涉及到PDM及CAD内容,直接经过对产品的分析得到材料定额,在信息化建设已经比较成功的企业,没有与PDM的接口,无法方便的利用信息化平台,是对信息化建设成果的浪费和否定;零件具有图素信息,抛弃了图素信息的材料定额必然是粗糙的,CAD技术的发展和应用为材料定额提取图素信息提供了合理的平台。钣金材料定额及余料库存管理系统中的材料定额延伸到PDM及CAD方面。系统首先从PDM读取BOM表,经过BOM表的变异,基于CAD技术基础,才能进行材料定额,钣金材料定额延伸了传统材料定额的范围和功能。




 
3.2MRP中物料需求计算原理及实现流程
  1)MRP的基本原理
  物料需求计划(Material Requirements Planning,MRP)系统目标是:围绕所要生产的产品,应当在正确的时间、正确的地点、按照规定的数量得到真正需要的物料;通过按照各种物料真正需要的时间来确定订货与生产日期和产品结构制定生产计划,从而解决库存物料订货与组织生产问题。
 
  MRP能够对市场需求做出及时的反应,能够对生产计划进行及时的调档,能够提前通知管理人员,使他们接到任务单之前看到计划,明确什么时候应当加快速度,而什么时候应当减慢速度。MRP系统的工作流程如图3-1所示,它从最终产品生产的时间和数量出发,按照产品的结构进行展开,推算所有零部件和原材料的需求量,并根据现有库存状态和生产或采购过程所需的提前期,最终确定具体的生产投放和物料采购的时间。
 
图3.1MRP工作流程框图
 
  从其工作流程可以看出,MRP的作业过程主要是回答:需要什么,需要多少,以及何时需要这三个基本问题。
 
  2)MRP的输入
  MRP的主要功能是准确制定企业产品生产所需的原材料和零部件的采购和投放计划,为了实现这个功能,MRP必须有如下的信息来源:主生产计划、物料清单、库存状态文件以及用户零部件订货的独立需求。

  (1)主生产计划
  主生产计划(Main Production Schedule。MPS)主要是指什么时候生产什么,它反映企业计划生产的产品名称、数量和交货日期。主生产计划中产品需求来源:一是用户的订货量。通过统计用户订单求得;另一是对市场的预测,这是营销人员根据历年来的需求由经验分析估算求得。
 
  主生产计划通常由企业计划部门编制,在安排产品交货期时,首先要按照丰十会需求和轻重缓急,在计划生产的时间和数量上予以保证;其次要尽量使企业的设备、劳动力等资源得到合理利用,使进度安排与生产努力相适应。
 
  (2)物科清单
  物料清单(Bill of Material,BOM)是一种产品结构文件,它不仅罗列了组成某一产品的所有零部件,同时也指出了零部件间的层次隶属关系。BOM在MRP系统中主要用来反映物料的相关需求信息,它可以通过产品构成图获得,也可以通过CAD系统产生。
 
  (3)库存状态文件
  库存是指半成品和毛坯等中间库存。库存状态文件是MRP中变动最大的文件,每次运行MRP的同时,库存物料文件就会及时地更新。库存数据包括每一个物料的现有库存量、计划入库量、已分配量等数据。

  (4)独立需求
  独立需求是指某项物料的需求不依赖于其他需求而独立存在,而相对需求则指某项物料的需求是由其他的物料需求来确定的。如企业生产的零部件备件是一种独立需求,而产品所包含的零部件则是一种相对需求。当运行MRP计算总需求时,需要考虑一些零部件备件的独立需求。
 
  3)MRP的输出
  MRP的输出可作为能力需求计划、车间作业计划、采购计划等其他生产管理模块的输入信息,其输出的内容包括:

  (1)下达计划订单,包括外购件的采购订单和自制什的自制订单。
  (2)计划日程改变的通知,即要求提前或推迟已下达订单的完工日期。
  (3)由于生产进度的取消或暂停,而下达订货取消或暂停通知。
  (4)输出库存状态报告。
  (5)未来一段时间的计划订单。
 
  4)MRP的计算逻辑
  MRP的计算逻辑是按产品结构层次由上而下逐层展开的,首先根据主生产计划中的最终产品数量确定总需求量;其次查询可用库存量。计算出净需求量:再根据批量规则计算出每批订货量,即计划交付量:最后根据提前期确定计划投放量及定购时间。其计算逻辑简化图如图3-2所示,在这其中需要进行计算如下数值:总需求量、现有库存量、计划到货量、净需求量,计划交付量、计划投放量。
 
图3-2MRP计算逻辑



 
3.3材料定额流程
  根据MRP材料需求计划实现流程,兼顾到钣金零件材料定额的特殊性,实现钣金材料定额计划流程如图3-3所示。首先从主生产计划读入零件BOM,按BOM变异生成钣金BOM,通过提取钣零件生成钣金BOM,把钣金零件进行分类综合,性质相同的零件形成一个零件簇,对零件簇排样和优化,确定需要的板材和余料,再按MRP的计算逻辑,计算净需求量、计划交付量,计划投放量等。
  
图3-3钣金材料定额计划流程
 
  1)零件分类
  设计完成后的零件,在PDM中按产品系列,生产制令,产品型号等分类存放,这种存放方式以产品为主线,便于查找和管理。但是这种存放不利于排样优化和生产加工,性质相同的可以放在一起进行排样优化和生产加工,但是按产品存放的方式将性质相同的零件分布在不同的产品中。零件分类的主要目的就是生成零件簇。零件簇的生成过程 就是将性质相同的零件从不同的产品中提取出来,形成零件簇,为排样优化和生产加工作前期准备。
 
  零件簇的生成只是为排样优化和生产加工提供方便,对于产品没有实际意义。零件簇中的零件必须保持原有的信息属性,如图号、所在产品、装配体名称等。零件簇只是一个临时关于零件的集合,存在的生命周期只是在设计零件图纸完成到排样优化完成之间。
 
  生成零件簇的条件规则,是零件的性质相同,也就是零件可以在一张板材上进行排样,在同一批次中进行生产加工。在本课题中定义的性质相同的规则是:材质相同,板厚相同,下料方式相同,下料方式主要包括剪切、冲裁及切割等。
 
  2)排样
  排样是钣金材料定额的核心部分,也是完成钣金零件材料定额的关键和难点。对于钣金排样研究的文献很多,本文对排样不作深入研究,通过集成AutoNEST软件来完成系统中排样功能模块。AutoNest是Radan Systems Pte Ltd公司开发的专业排样软件,AutoNEST结合了一个强有力的排样工程——NestPRO,它能够最大程度利用板材,使废料降到最少。对于有精确的板材需求计划和切割计划的产品,AutoNEST是一个迅速高效的工具,其主要优点有:

  ●AutoNEST支持嵌套排样,比较小的零件可以在较大孔内进行填充排样,孔内部材料更好的利用,提高材料利用率。
  ●AutoNEST混合排样比较完善,相似部件紧密组合排样,排样控制灵活,材料利用率高,排样结果路径优化,便于切割。
  ●AutoNEST支持非规则板材排样,可以把任意形状的图形定义为非规则板材(Irregular Stock),对其进行排样。
 
  AutoNEST可以自动生成余料,把有利用价值的板材定义为余料,在下一次排样任务时,可以调用余料进行排样。排样方案优化的主要作用是用余料扳材代替新板材,充分利用余料,降低成本。排样方案优化及余库存最小化的研究与实现。
 
  排样方案完成后,排样图及相关文件导入ERP、PDM,直接指导生产加工,给其他相关部门提供技术支持,保让排样方案数据的唯一性。
 
  3)总需求量
  在MRP中,总需求茸的定义是:某一零件或部件在某一段时间段的总需求龄为所有产鼎所包含该零作部件的数量之和。再加上该零件或部仆的独立需求。在钣金材料定额及余料库存管理系统中,总需求量是指板材总需求量。包括新板材和余料板材两种,即排样任务中使用的新板材和余料板材数量。
 
  4)现有库存量
  在MRP中,现有库量的定义是:在满足总需求量之后,可供下一计划周期使用的库存量,MRP规定可用库存量用以每计划周期的期末库存量表示。在钣金材料定额及余料库存管理系统中,现有库存分为新板材库存和余料板材库存两种。
 
  5)计划交付量
  计划交付量是指将净需求量经过批量调整之后所确定的上正式提出采购的计划批量。批量的调整需考虑两个方面的因素,即废品率和批量规则。在执行批量规则时,为避免批量放大效应,特别要注意处于物料清单上层的物料的批量调整,以免加大库存,造成库存积压。

  6)计划投放量
  计划投放量与计划交付量在数量上是相同的,只是将交付时间前置一个提前期以确定投放时间。所谓提前期,是指物料从提出请购时间开始。到物料到货入库为止所经历的时间周期。

  7)领料单
  在钣金零件材料定额时,只有新板材库存存在净需求量的概念,余料库存没有净需求量的概念,也没有计划到货量、净需求量、计划交付量、计划投放量的概念,钣金零件材料定额流量中。在总需求量确定余料板材以后,直接输出余料板材的领料单。




 
3.4材料定额的特点
  从以上对MRP和钣金零件材料定额的流程介绍可以看出,MRP从主生产计划出发。经过把产品结构分解成“物料”,再参考现有库存量计算出物料需求量,并按照物料提前期计算出生产投放时间。这里的“物料”是产品结构目录的最低层,也就是产品装配所需要的“零件”。严格讲米,这种“物料”只是企业装配车间的“物料”,不是企业的“物料”,企业需求的“物料”是原材料。钣金零件材料定额把“物料需求”继续向下延伸,直到企业原材料层,通过对零件材料定额,输出零中的“物料需求计划”,丰富了MRP生成产品的“物料需求计划”的内涵。物料清单是一种产品结构文件,他不仅罗列了组成某一产品的所有零件,同时也指出了零件部件之间的隶属天系。物料清单中的最低层,即为不可再分的零件或材料,钣金零件材料定额把物料清单向下虚拟延伸,直到原材料层,需要专门的计算。
 
  一般材料定额是由设计人员从设计图纸中汇总出生产路线表,工艺人员再根据生产路线表结合企业加工方式编制材料定额。零件的材料消耗工艺定额为零件或产品净重与工艺性损耗的总和,而工艺性损耗分为下料损耗和工艺加工损耗,这是因为由于对零件材料的要求不同,而有不同的毛坯成形方法。因此,在编制材料定额时要根据零件的成形方法以及零件的加工来进行确定。企业产品的零部件材料的毛坯成形方式有铸、锻、冲等多种方式,加工方法更有车、铣、钻、磨、钳等方式。因此,产品零件要按它们所用的材料和制造加工工艺的不同,可以分为板材制件、切削加工零件、冷镦零件、锻件,弹簧及钢丝类零件,管材制件和带料制件等。
 
  钣金零件的材料定额不但要考虑到零件本身需要的材料和工艺材料,还要考虑到零件的综合排样。钣金件的原材料是板材,一块扳材上可能会有几个零件或几种零件,钣金件的材料定额不是单零件的材料定额,而是多零件的。仅仅知道一个零件的形状无法进行材料定额,需要零件数量、板材形状等才能进行定额工作。钣金件的材料定额是根据设计图纸和产品数量,根据加工方法和机床设备,确定所需板材原材料规格、数量的过程。
 
  排样是钣金材料定额的核心部分,也是完成钣金零件材料定额的关键和难点。排样问题是复杂的组合优化问题,板材的优化排样问题实际上是一个二维平面布局问题。所谓布局问题就是将一些物体按一定要求合理的放置在一个空间内,且使所占空间尽量地小。板材的优化排样问题就是这一问题的平面化。排样问题具有很高的计算复杂度,其复杂程度可以用板材排样中最简单的矩形件排样为例说明:假设有N个矩形零件,可以有M种排列顺序,每个零件有两种排放方式(横排或竖排),N个零件按每种顺序排放共有2n种排法,两个因素组合起来就有NI×2n种排法。当N较大时,通过试排每一种方法来寻求最优将耗费大量时间,因而缺乏可行性。对不规则待排零件,每个零件有无数个取向,复杂群度比矩形件排样更高。从理论上讲。排样布局问题属于最高计算复杂性的一类组合优化问题——NP完全问题(NP-completion problem),NP是Nondeterministic Polynomial的缩写,即非确定型多项式算法的意思。NP完全问题是NP类中最困难的问题。
 
  钣金材料定额具有深远的意义,特别是对于机车车辆制造企业。对于机车车辆制造企业,材料成本约占总成本的60%,如何有效地控制材料成本是许多企业管理者不断探索的课题。而材料定额的制定和管理是成本控制的重中之重。据统计,在大规模钢材下料的工业企业中,数控切割机、剪扳机和锯床是原材料下料过程中最基本、最普遍的生产设备,而且也是原材料剪切量最大、浪费量最在的工序。

  据统计,中国企业的生产资料成本平均比两方发达国家企业要高出10%。就钢材而言,据世界银行钢铁统计年鉴显示,2003年全球钢材年产量和使用量约为8亿吨,而中国钢材年产量和使用量约为1亿吨。西方发达国家在加工和使用过程中钢材浪费量平均在30%,而中国和许多发展中国家的浪费量平均在40%。这表明,每年中国在钢材的使用上要比两方发达国家多浪费1000万吨。若按平均每吨钢材2800元计算,则金额高达280亿元。




 
3.5BOM的流向与变异
3.5.1材料定额中的BOM

  系统是对钣金零件材料定额,其零件源于PDM中的BOM,BOM贯穿于钣金零件的整个生命周期,是企业信息流的主要载体,用于满足企业的不同部门的需要,所以产品物料清单的格式在不同的部门有不同的要求,分为不同的种类。在系统中主要包括以下几种BOM。

  1)工程BOM(EBOM)
  工程BOM(Engineering Bill of Material,EBOM),又称作设计BOM,是产品在工程设计阶段的产品结构的BOM形式。它主要反映产品的设计结构和物料项的设计属性。设计结构区别工装配结构和制造结构,是工程设计人员按照客户订单合同中的产品功能要求,来确定产品需要包括哪些零部件,以及这些零部件之间的结构关系。物料项的设计属性是产品功能要求的具体体现,如重量要求、寿命要求、外观要求等。EBOM是设计部门向工艺、生产、采购等部门传递产品数据的主要形式和手段。工艺部门依据EBOM进行工艺分工,编排零件的加工路线,进行零件的工艺设计。因而EBOM是工艺设计的直接数据源。它包含物料项的图纸信息,即物料项的原始几何信息和结构关系,是一切产品数据的源头。EBOM的生成是随着产品各零部件设计的逐一完成而形成的。在以图纸为数据载体的时代。EBOM的结构和属性散布在图纸的明细表中。将各级零部件的明细表级联起来就形成了EBOM。
 
  2)工艺BOM(PBOM)
  工艺BOM(Planning bill of Material,PBOM)是企业的工艺设计部门用来组织和管理生产某种产品及其相关零部件的工艺文件,它是工艺部门在工程BOM的基础上,根据企业工艺装备特点,编制产品的装配件、零部件和最终产品制造的工艺规程,同时在工艺BOM中确定了零部件的加工设备,工装夹具、刀具、辅具等工艺信息。工程BOM和工艺BoM在各式各样的BOM中,属于最原始的BOM,它凝结了产品设计工程师和工艺工程师的创造性,其它各种BOM都是在工程BOM和工艺BOM的基础上结合其应用领域的信息转换而来的。
 
  3)制造BOM(MBOM)
  制造BOM(Manufacturing BOM,MBOM)是企业生产制造部门用米组织和管理在实际制造和生产管理过程中生产某种产品所需的零部纠BOM。制造BOM是根据产品的工程BOM和工艺BOM制定的,增加了大罱详细的工艺、材料,工装信息,是详细描述产品制造过程的BOM。
 
  4)钣金BOM(SMBOM)
  钣金BOM(Sheet Metal BOM,SMBOM)是FabCost系统专用BOM表,SMBOM包含要进行材料定额的零件,是FabCost系统的数据源头。产品数据目录导入到FabCost系统之后,FabCost系统提取其中的钣金信息,去除其他零件,生成SMBOM。
 
  5)采购BOM(BBOM)
  采购BOM(Buying BOM,BBOM)是采购部门根据制造BOM中零部件的外购和外协信息,制定产品的外购件、外协件的BOM清单,同时根据自制件的工艺BOM,制定自制件的BOM清单。
 
  上述各种BOM可以统称为XBOM,它们的产生和使用与产品的开发过程密切相关,每种BOM是由产品类型、应用领域和产品的生命周期确定的,因此各种BOM是由产品类型、应用领域和产品的生命周期所确定的一种关系。
 
3.5.2BOM的流向和变异
  在各BOM之间的变异过程中除了EBOM和PBOM是分别从CAD和CAPP中直接得到之外其它的BOM都是通过一定的映射关系或者手动制定的。手动制定BOM不能保证各个BOM之间的数据正确性,完整性和一致性,而且手动建立BOM数据也是一项费时费力的工作,这种现象严重地影响了企业产品设计、生产和管理等过程的集成和工作效率,增加了产品生产成本、延长了开发周期。为此首先找到各BOM之间的映射关系,实现BOM之间的自动生成。
 
图3.4BOM的流向和变异
 
  钣金BOM是系统的直接输入,它决定了以后各功能模块的数据正确性和流向。钣金BOM源于制造BOM,制造BOM是制造部门根据产品的工程BOM和工艺BOM生成的。从工程BOM和工艺BOM转换到制造BOM,是所有BOM转换中最重要、最实用的,制造BOM在PDM中按产品型号存放。系统读入制造BOM之后,经过对BOM中数据提取和过滤,找出其中钣金零件,将这些零件生成钣金BOM,并将数据流向系统其他功能模块。制造BOM也是经过设计BOM和工艺BOM转化而来的,所以本质上说,钣金BOM源于设计BOM,工艺BOM为系统提供钣金零件的加工信息。系统材料定额的最终输出是BBOM,以BOM表流向和变异来看,本质上也是经过基本的EBOM和PBOM转化两来的。系统中BOM的流向和变异如图3-4所示。




 
3.6小结
  论述了材料定额对材料成本的控制和管理的意义。列出了材料定额的常用方法,在对传统材料定额方法研究和比较的基础上,提出钣金材料定额的方法,把钣金材料定额的区域向PDM、CAD进行延伸。通过对MRP物料需求实现方法的分析,提出了零件物料需求的概念,延伸了MRP物料需求的概念。对钣金零件材料定额流程进行研究和讨论,确定了钣金材料定额的实现方法和数据流向及BOM表变异。并详细描述了钣金材料定额的特点。



  • 2019-05-23 09:48
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