航天型號機加類壁板產品采購成本控制方案研究

李祺欣 郭慶浩 高軍

天津航天長征火箭制造有限公司 天津 300462

引言

根據國家“十四五規劃”以及中國航天“十四五”規劃，國家將在以下3個方面開展工作：一是繼續實施重大科技工程，重點推進行星探測、載人航天、月球探測、可重復使用的天地往返系統、重型運載火箭、國家衛星互聯網等重大工程。二是進一步增強衛星的服務能力，完善國家民用空間基礎設施和配套地面建設。三是增進國際航天合作和交流，積極與各個國家開展多方面的航天領域交流活動。面對繁重的航天發射任務，中國火箭在“十四五”期間也將迎來高密度發射。而國產火箭制造企業也將直面高密度發射帶來的產能考驗，若火箭制造企業通過增員、增設備等傳統方式進行產能擴充，首先從時間上無法滿足高密度的發射需求，其次短時間大量的設備以及人員投入提高了企業生存風險。而通過建立供應鏈，由戰略合作供應商進行協助生產，不僅可以保證產品質量，還能將公司的科研生產和經營管理進行有機的結合，降低資金壓力[1]。故作為火箭制造企業，更應該遵從市場規律，通過供應鏈構建等方式解決。

1 產品簡介

在新一代運載火箭結構中，貯箱產品既是運載火箭箭體結構件的一部分，又是增壓輸送系統重要組成部分，在承受箭體各種載荷的同時，貯存并輸送運載火箭飛行所需的燃燒劑和氧化劑，壁板類產品是運載火箭貯箱的最主要構件。除此之外，壁板產品還廣泛分布于運載火箭的殼段等多個部段，部分型號火箭的筒段、短殼、錐底均由壁板拼焊而成。因此，壁板產品對于運載火箭來說至關重要。由于高密度發射需求，航天型號機加類壁板產品的用量因此將日趨增大，火箭制造企業的設備能力已經無法滿足型號發射需求。2022年，火箭制造企業A壁板外包費用預算約2618萬元。

2 采購成本控制方案介紹

目前航天型號壁板類產品采購價格組成公式如下：

其中，“產品采購單價”是某一種產品的采購費用；“產品加工時間i”是該產品在某一設備上的運行時間；“設備臺時費率i”是某一設備單小時的加工費（影響因素涉及設備折舊費用、人工費用、運輸費用等）。

供應商是生產過程中比較重要的一環，只有和供應商合作，最終達成戰略合作伙伴關系，才能在保證產品質量的前提下，達到資源的最大利用以及成本的最大壓降[2-3]。所以為更好地控制壁板類產品的采購成本，應協助供應商進行多方面技術改進，降低“產品加工時間”；通過先進生產管理手段優化生產節奏，降低“設備臺時費率”。

2.1 壁板加工設備改造

供應商現有壁板類產品加工設備是在普通龍門移動式數控三軸銑床基礎上加裝真空吸盤構成的。設備額定最高轉速一般可達到15000r/min，最大切削進給速度為10000mm/min，具有良好的綜合加工性能。然而，由于一般壁板類產品最大厚度不超過20mm，加工過程中主軸伸出過長造成穩定性降低，導致壁板類產品加工后產品表面存在接刀痕。為保證產品質量，壁板銑床實際加工轉速僅為6500r/min，切削進給速度為1800mm/min，設備主軸功率利用率不足額定功率的20%。機床主軸功率利用率低是造成壁板切削加工效率低的主要原因。因此，壁板類產品高效加工的關鍵在于如何保證產品質量和提高設備利用率。

根據試驗結果可知，當機床正常運轉時，若加裝500mm高度平臺，可選用轉速7000r/min，進給速度2400mm/min加工參數，最大去除率可達到124.80cm3/min，單刃吃刀量為0.17mm，切深為3mm，可應用于正常生產。因此，供應商對其壁板類產品加工設備進行了改造，在真空吸盤下面加裝了500mm高度的工作臺（改造方案及改造成果如圖1，圖2所示），綜合加工效率提高80%~100%。

圖1 供應商設備改造方案

圖2 供應商設備改造成果

2.2 優化加工工序

目前壁板加工工藝流程為：檢驗→劃印→加工→清洗→防銹→交付。相較普通產品，壁板類產品生產周期較長，價值較高。產品報廢會影響型號研制進度并造成浪費。故壁板類產品加工前需要進行劃印工作。劃印工作主要工作內容為在壁板原材料狀態下，即壁板兩面均有加工余量的狀態下模擬產品加工過程，加工深度一般為0.2~0.3mm。這個加工深度既可以滿足對設備和程序的驗證效果，又不影響產品的正常使用。據統計單件壁板加工過程中劃印工作約占整體壁板加工周期4%~6%。

針對上述問題，火箭制造企業A協助供應商建立壁板類產品程序庫，將需要加工的壁板類產品分為三類：已完成劃印工序的壁板；上次劃印之后未發生過更改的壁板；技術狀態更改后首次加工的壁板。針對前兩類產品，經工藝人員確認后可以不進行劃印工作。針對第三類產品，仍需進行劃印工作。2022年全年，各供應商共取消壁板劃印產品369件，節約加工成本約30余萬元。

2.3 采用帶量采購模式壓降設備臺時費

帶量采購模式源于藥品和醫用耗材行業的采購模式，此種集中采購模式相對于原有的分散采購模式有以下優勢：可以獲得規模效應、可以增加市場競爭、可以獲得更加有競爭力的產品價格[4]。而采購到最有價格優勢的產品是帶量采購的核心目標。通過準確核算產品的需求量以及需求時間，使供應商可以更好地壓低生產成本，進而用更低的價格采購需求產品，從而實現量價掛鉤。

由于航天型號機加類壁板產品特點一般為尺寸大，厚度薄，產品最薄厚度約1.6mm，公差一般為±0.2mm，是典型的薄壁且剛性差的產品[5]。生產過程中所使用的設備、刀具均類似，產品完成后若連續加工壁板類產品無需更換刀具等，可以提高設備利用。而根據產品成本的理論，成本分為固定成本以及邊際成本，固定成本主要體現于設備（廠房）折舊等固定支出，與設備是否加工產品無關。而邊際成本與產品的加工數量關系較大，即同一臺設備在固定時間內加工產品越多，邊際成本較低，最終使產品的單價下降。帶量采購則是給予供應商提高機床利用率的預期和信心，利用邊際成本可以遞減效應，壓縮供應商的利潤率，達到降低設備臺時費的目的。

2022年，火箭制造企業A共有900余張壁板產品需要供應商協助完成，根據產能分析，三家供應商機床利用率可達到80%以上，較2021年的63.7%可以提高約15%。

2.4 消減生產中的浪費

在航天型號壁板類產品生產過程中，存在不同程度的浪費情況，例如加工過程中出現的等待，以及由于任務集中導致的加班等均屬于生產浪費情況。

2.4.1 設備等待。在供應商壁板生產過程中，存在由于原材料問題、產品技術狀態協調、產能沖突造成的停機等待問題。據統計，某供應商2021年單臺壁板生產設備停機等待時間共408h。

2.4.2 生產任務不均衡。由于供應商生產壁板過程中存在全年生產任務不均衡情況，導致供應商一方面在某一段時間需加班搶制，增大質量問題出現的風險，同時會增加急件費用。另一方面由于某一段時間無壁板加工任務，供應商技能人員流失率增大，新招募的技能人員則需重新培訓上崗，進而增加生產成本。據統計2021年某供應商單臺壁板生產設備機床運轉時間出現極度不平衡，具體表現為4-8月任務較為飽滿，機床需要采用7×24h工作模式才能滿足生產，設備利用率超過80%；1-3月以及9-12月任務量較少，采用5×12h工作模式即可滿足生產，設備利用率一般在30%以下。

為協助供應商消減壁板生產過程中的浪費，2022年該火箭生產企業根據型號發射計劃以及產品的需求時間，以月為單位與供應商共同排產。提前向供應商明確本月需加工的壁板種類和數量，供應商可按照生產計劃確定本月啟動機床的數量以及人員排班情況。既可以保證生產計劃順利完成，同時也可以控制加班時間，提高機床利用率，降低生產成本。2022年通過優化排產，全年生產任務較為平均，供應商每月啟動壁板加工設備數量為5-7臺，單臺設備利用率90%以上。消除了部分由于排產問題導致的浪費。

3 結束語

雖然我國現有火箭制造技術已處于世界前列，但是仍應該清醒地認識到我國航天制造業相對于西方先進的航天制造業仍然有不小的差距。在火箭等航天器的生產成本方面控制方面尤為突出，這就需要細化每一件產品的制造流程，從中探索降低生產成本的方式。而火箭壁板作為整發火箭的重要組成部分，且價值相對較高，就是在成本壓降過程中要抓住的關鍵少數。通過上述改進，2022年各供應商根據自身特點分別從上述4個方面中選取一個或多個方案進行改進。壁板類產品的生產成本分別下降了15%~18%不等。最終火箭制造企業A對航天型號壁板類產品的采購單價下降了9%~12%，全年共節約采購費用約300萬元。