復合材料生產狀況評價體系的建立

周 青 費 洋

復合材料生產狀況評價體系的建立

周 青 費 洋

結合碳纖維復合材料傳動軸的結構特點和制造工藝，在工藝合理性的基礎上分析得出評價復合材料生產狀況的指標，并利用層次分析法和無量綱標準化結合的方法確定了指標權重的計算方法，在此基礎上定義了復合材料生產系數。企業可以據此評判出是否達到最優生產能力，優化生產，提升企業管理水平。

隨著復合材料在工程材料應用領域越來越受到青睞，無論是在常規的制品還是在復雜的制品中，先進復合材料都得到廣泛應用。但是由于復合材料制造的成本仍然很高，所以成本低的復合成型技術被重點開發。我國目前對復合材料成本的研究主要集中在對復合材料制造成本估算模型的研究。該文把成本控制和價值工程的方法用于復合材料的制造過程，綜合考慮了復合材料的成本、質量以及工藝時間，建立了一套復合材料的生產狀況的綜合評價方法，企業可以據此判斷復合材料的生產能力是否達到最佳狀態，改進自身的生產能力，從而提高企業的市場競爭力。

以常州F公司的碳纖維復合材料傳動軸的生產為例，來進行復合材料生產性評價指標的建立，進而評價出復合材料生產過程的合理性。

復合材料生產狀況評價體系建立

復合材料生產性評價指標的選取

復合材料制造總成本絕大部分發生在制造階段，所以對復合材料的生產性的評價關鍵是對制造階段的評價。在整個復合材料制造過程中涉及時間（T）、質量（Q）、成本（C）的問題，這三個要素就是評價生產性的主要因素，為一級指標。

其中反映時間效率的指標有4個，分別是設備調整率，等待時間率，人工作業效率，鋪層周期率；反映質量因素的有4個，分別是制件合格率，員工素質，自動化設備使用率，質量等級積分；反映成本因素的有4個，質量成本率，目標成本率，管理成本率，設備（包括模具）投入資本率，這12個指標為二級指標。

基于T、Q、C因素的復合材料生產性評價指標體系如表1所示。

表1 生產性指標評價體系

生產性評價指標的無量綱處理

雖然這些指標可以算出具體值，但是各個指標的類別不同，不能將他們直接比較，需要將他們轉化成同一指標進行衡量。這些指標值有些在0到1之間，有些不是；有些是正指標，其對目標的貢獻值服從遞增函數（即指標值越大越目標值靠近理想的目標值），有些是負指標，對目標的貢獻值服從遞減函數。但是這些指標的變化都會使制造成本發生變化，所以我們可以利用制造成本的變化規律確定各個指標值。

首先，根據生產數據計算各指標值，將大于1的指標值轉化為0到1的合理值，二級指標中只有質量等級積分是大于1的值，只要將這個值進行轉化。引入質量滿意度對質量積分的指標值進行轉化，假設一等品的滿意程度為90%，而二等品的滿意度為80%，三等品的滿意度為70%。

正指標通過正指標無量綱方程計算獲得指標值，正指標無量綱方程如下:

負指標通過負指標無量綱方程計算獲得指標值，正指標無量綱方程如下:

利用層次分析法確定生產能力指標權重

根據復合材料的使用和制造需求進行層次分析，確定各個指標的總權重。對于一級指標的權重，可以由公司的決策層意見給出合理的一級判斷指標矩陣。對于二級指標權重的判斷矩陣，由專業的技術人有根據碳纖維復合材料傳動軸實際制造情況給出。

指標權重的確定也按照層次分析法的一般步驟，建立每個指標的判斷矩陣，并進行一致性檢驗，綜合分析最后得到的總的權重如表2所示。

表2 復合材料生產指標評價權重表

復合材料生產系數計算

通過二級指標的無量綱處理，計算出12個指標的無量綱值，得到了一個指標向量U，通過層次分析法，根據指標的重要程度卻定了12個指標的評價總權重，其權重向量為。定義復合材料生產評價指數為WTQC，計算公式為:

該指數反應的是精益生產下準時化、低成本、高質量的生產過程，WTQC的值越接近于1，說明產能越好。一般要求在0.9以上。同時，可以根據生產系數的大小，選擇合理的生產優化方案，實現對成本進行優化控制的目的。

復合材料傳動軸生產狀況評價

根據F公司內部的統計的數據和現場測算的數據統計得到表3。

表3 CFRP傳動軸生產數據統計表

根據表3計算各個二級指標值，其中質量等級積分依照式1進行轉化，評價指標計算值如表4所示。

表4 CFRP傳動軸生產性指標值表

把數據表4中的數據按照式2、3進行無量綱處理，得到的各個指標的無量綱值:

由表4可以得到各個指標的權重:

結語

通過以上分析，該CFRP傳動軸的生產性指數值為0.862＜0.9，而未達到精益生產的要求，所以該生產還有一定改進的空間。通過數據可以看出，設備調率和等待時間率的比例相對過高，可以將改進重點放在這方面。同時，生產的實際成本超過了目標成本，而進行成本估算的數據表面，生產中有一定的材料浪費，所以也可以在這方面進行控制優化。

周 青 費 洋

武漢理工大學機電工程學院

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.07.001