工程機械結(jié)構(gòu)件的成本控制策略

摘要：結(jié)構(gòu)件在工程機械成本構(gòu)成中占比很重，企業(yè)可以從提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的模塊化和通用化率，采用輕量化設(shè)計，減少成型模具的使用，規(guī)范板材板厚與材質(zhì)的使用等方面，來實現(xiàn)降本增效。輕量化設(shè)計不能只關(guān)注零件的強度需要，要在滿足整機性能的前提下進行。

關(guān)鍵詞：工程機械;結(jié)構(gòu)件;輕量化;成本控制

0" "引言

目前國內(nèi)工程機械企業(yè)產(chǎn)品都趨于系列化，價格競爭日趨激烈，為追求利潤的最大化，取得成本最優(yōu)，降本增效勢在必行。在工程機械液壓、動力、結(jié)構(gòu)件及電氣等系統(tǒng)中，除結(jié)構(gòu)件系統(tǒng)外，其他系統(tǒng)降本空間不大，即使能降本困難也很大，而結(jié)構(gòu)件在整機成本中占比很大，有些機型接近40%。結(jié)構(gòu)件的降本可以從多方面進行，如提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的模塊化與通用化率，采用輕量化設(shè)計，減少成型模具的使用，規(guī)范板材板厚與材質(zhì)的使用等。輕量化設(shè)計不能只關(guān)注零件的強度需要，要在滿足整機性能的前提下進行。設(shè)計降本要協(xié)同采購與生產(chǎn)部門協(xié)作進行，以便企業(yè)實現(xiàn)精益化管理與生產(chǎn)。

1" "結(jié)構(gòu)件成本控制思路與原則

對于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)、工藝的合理性與成本控制之間有著密切關(guān)系，這就要求設(shè)計者在進行優(yōu)化設(shè)計的同時，考慮結(jié)構(gòu)、工藝對成本的影響[1]。

常見的優(yōu)化設(shè)計方法包括簡化法、刪除法、合并法和變換法。實施優(yōu)化時需要注意：刪除某零件的功能，考慮刪除前后的區(qū)別;整合某零件功能，要考慮整合前后的區(qū)別;設(shè)計、形狀、公差能否改變，形狀是否可以簡化，用料是否可以減少，是否可以取消坡口、放寬公差;是否可以改用標準件，提升零部件通用性;零件的加工工序是否可以優(yōu)化，是否可以取消機加工或采用新材料，同樣的功能有沒有更廉價的零件等。

2" "結(jié)構(gòu)件成本控制方法

2.1" "采用輕量化設(shè)計

結(jié)構(gòu)件成本組成之中，材料成本占比很大，切板件材料成本占比82%以上，焊合件材料成本占比60%左右，因此輕量化設(shè)計是結(jié)構(gòu)件降本的一個重要手段，在滿足強度和產(chǎn)品性能的前提條件下，應(yīng)盡可能的輕量化設(shè)計，做到可靠輕質(zhì)。目前業(yè)內(nèi)有很多專業(yè)的輕量化設(shè)計有限元軟件可以用于輔助設(shè)計，如Optistruct有限元軟件提供了拓撲優(yōu)化和尺寸優(yōu)化等輕量化設(shè)計方法，其中尺寸優(yōu)化可以優(yōu)化焊合件板料的板厚，為設(shè)計提供依據(jù)。但要注意該計算結(jié)果只能作為參考，而不能以此為結(jié)果定義焊合件板厚。因為有限元計算過程很多都是建立在理想的基礎(chǔ)上，而產(chǎn)品的實際工況很復(fù)雜，很多因素在計算過程中都被忽略了，因此類比設(shè)計很有必要。具體實施時，可以國內(nèi)外同類先進成熟產(chǎn)品為標桿，確定自身產(chǎn)品焊合件的板厚和材質(zhì)，如對某型挖掘機的動臂、斗桿、上車架、下車架等焊合件中各個板厚和材質(zhì)進行參考定型。

2.2" "提高結(jié)構(gòu)件模塊化率和通用化率

目前國內(nèi)工程機械企業(yè)產(chǎn)品都趨于系列化，通過平臺提高結(jié)構(gòu)件模塊化和通用化率，可以實現(xiàn)端對端的快速研發(fā)，使產(chǎn)品的迭代速度不斷加快。

2.3" "減少成型模具的使用

設(shè)計過程中，則應(yīng)盡可能避免采用不規(guī)則的異形，盡量統(tǒng)一折彎圓角，減少折彎次數(shù)。模具的成本通常較大，動輒幾萬，為此設(shè)計時要考慮系列機型之間的通用性和兼容性，避免過多的模具投入。

2.4" "方案需要論證

從成本管控的角度考慮，部件設(shè)計開發(fā)過程中需將產(chǎn)品構(gòu)成材料的各種替代方案進行比較，技術(shù)方案需要進行成本論證，以將成本控制在目標以下。鑄件相比焊合件增加了先期模具成本的投入，一般鑄件大都比焊合件成本高出很多，鑄改焊有利于降低成本。

2.5" "板材厚度與材料要盡可能統(tǒng)一

設(shè)計中板材厚度與材料要盡可能統(tǒng)一，不能涉及過多板厚與材質(zhì)，應(yīng)選擇市場上主流板材。主流板料獲取便利，成本相對較低，有利于物料采購，提升材料綜合利用率。

2.6" "規(guī)范板材折彎圓角半徑

厚度一樣的板材折彎圓角半徑統(tǒng)一后，可減少折彎機成型模具的種類，降低成本。同時可降低成型模具更換次數(shù)，提高加工效率。當然焊合件中甚至是同批次需折彎成型的不同板厚的板料，也應(yīng)盡可能采用相同的折彎圓角。

2.7" "建立安裝座、管夾規(guī)格庫

工程機械結(jié)構(gòu)件中，通常有很多安裝座、管夾。安裝座通常用來固定電氣系統(tǒng)線束，安裝液壓系統(tǒng)管路，為覆蓋件及一些小零件提供安裝依托。安裝座有正方體的、長方體的和圓柱形的，有單螺紋孔和雙螺紋孔的，而且螺紋孔規(guī)格多種多樣。管夾是用來固定液壓系統(tǒng)管路，有鈑金沖壓而成的，也有機加工或切割下料的重型管夾。安裝孔位同樣有單孔和雙孔的，不同管徑的管路需要多種規(guī)格的管夾。建立安裝座、管夾規(guī)格庫，方便選型設(shè)計，減輕了設(shè)計工作量，有利于生產(chǎn)制造組織和采購成本控制。

2.8" "取消板材棱邊處不必要坡口并減小焊接坡口

焊合件中，通常8mm以下板料不需要開坡口，加工坡口則會消耗大量工時。按照標準和設(shè)計要求，設(shè)計坡口大小和標注焊縫高度，減小坡口尺寸和焊縫高度，可以減輕結(jié)構(gòu)件的焊后變形，減少焊縫金屬的熔敷量，提高生產(chǎn)率，降低焊絲等焊材的使用量。關(guān)鍵部位坡口的型式與大小，以及焊縫的高度，同樣可以參考同行業(yè)標桿機型進行類比設(shè)計。

2.9" "提高焊接機器人焊接率

焊接機器人焊接的速度和焊縫質(zhì)量比手工焊接有一定的優(yōu)勢，但是對焊合件結(jié)構(gòu)、焊道有著很高要求，通過結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化提升機器人焊接率，減少人工焊接時間，可以降低焊接成本。

3" "結(jié)構(gòu)件成本控制注意事項

結(jié)構(gòu)件的輕量化設(shè)計可以降低整機成本。質(zhì)量減輕帶來的另一個好處是省油，提升燃油消耗率。但輕量化設(shè)計要滿足整機性能的前提下進行，不能只關(guān)注零件的強度要求。

比如某型推土機前機罩原始設(shè)計中使用了多根實心方鋼，用以增加機頭質(zhì)量。后續(xù)整機輕量化項目中，設(shè)計人員冒然用折彎板材進行了替代。結(jié)果替代后產(chǎn)品在切土作業(yè)時，鏟刀用很小力下切，整機便開始抬頭，最終導(dǎo)致最大下切力變小，產(chǎn)品沒法投入使用。因此，產(chǎn)品的輕量化設(shè)計需考慮整機質(zhì)心的變化，對整機行駛與作業(yè)穩(wěn)定性的影響。再比如，某經(jīng)輕量化設(shè)計的推土機在下線試驗中，出現(xiàn)推土力明顯下降現(xiàn)象。究其原因，自重下降引起附著力變小，導(dǎo)致整機牽引力受到影響。 過硬的產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)競爭和生存的關(guān)鍵。工程機械作為特種設(shè)備，施工中的可靠性及安全性必須得到保證，為此要從產(chǎn)品全生命周期的角度考量。結(jié)構(gòu)件的成本控制是一個企業(yè)行為，不能只靠設(shè)計部門單打獨斗，集中大量的改圖會造成生產(chǎn)部門的混亂。為此設(shè)計降低成本方案時，要協(xié)同采購與生產(chǎn)部門協(xié)作進行。

4" "結(jié)語

綜上所述，工程機械結(jié)構(gòu)件的降本空間很大，不僅僅是輕量化過程，可以從多方面入手。如果方法得當，給企業(yè)帶來的效益是巨大的。設(shè)計是成本控制源頭，對結(jié)構(gòu)件成本能降低多少起著至關(guān)重要的作用，但成本控制也不僅僅是設(shè)計部門的事情，企業(yè)的管理也很重要。采購、物流部門可以開發(fā)多供方，采取競價方式降本。

參考文獻

[1] 李淮，李柯.兩種蜘蛛式高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)平臺結(jié)構(gòu)與工藝的成本控制[J].工程機械，2011（9）：31-34.