商成超 鄭文清

摘要：本文從價(jià)值工程角度出發(fā)，以發(fā)動(dòng)機(jī)工廠數(shù)控刀具管理為案例，對(duì)價(jià)值工程方法的基本原理、價(jià)值工程的應(yīng)用程序以及價(jià)值工程方法指導(dǎo)下的刀具降本方案與應(yīng)用成果等進(jìn)行了介紹與總結(jié)。在數(shù)控刀具管理中，通過應(yīng)用價(jià)值工程方法，可以減少工程技術(shù)人員對(duì)工作經(jīng)驗(yàn)的依賴，更好地基于成本投入、功能產(chǎn)出的價(jià)值視角，系統(tǒng)及有針對(duì)性地開展工作。由此也實(shí)現(xiàn)刀具的降本管理由基于成本的角度向基于價(jià)值的角度轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：價(jià)值工程；刀具管理；降本；加工精度；加工效率

中圖分類號(hào)： TG5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

在加工制造行業(yè)中，切削刀具是構(gòu)成加工要素中的重要組成部分，切削刀具對(duì)零件加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率至關(guān)重要。以最經(jīng)濟(jì)的投入滿足生產(chǎn)需求，獲得最大的收益，是企業(yè)刀具從業(yè)人員及管理者追求的目標(biāo)。隨著我國加工制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及市場競爭日趨激烈，刀具降本管理已經(jīng)成為考驗(yàn)管理者水平、提升企業(yè)收益能力的重要方面[1]。

現(xiàn)有關(guān)于刀具降本方面的研究，多數(shù)從某個(gè)角度進(jìn)行。吳抗美結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)加工案例，從提高刀具效率角度，認(rèn)為提高刀具的切削效率的意義遠(yuǎn)大于刀具費(fèi)用節(jié)省[2]。戴榮兵提出刀具的技術(shù)管理是促進(jìn)企業(yè)降低成本、增加效益的基本措施[3]。劉豐文等從刀具管理流程角度出發(fā)，認(rèn)為實(shí)時(shí)采集刀具過程信息，對(duì)刀具進(jìn)行全生命周期狀態(tài)信息追蹤管理，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)高度集成與高效流通至關(guān)重要[4]。楊金暉等則從刀具采購管理角度，闡述了國內(nèi)制造業(yè)企業(yè)刀具采購管理中如何減少資金、人力及管理成本的浪費(fèi)[5]。

實(shí)際生產(chǎn)中，系統(tǒng)的降本思路和方法往往比較缺乏，有很多企業(yè)在刀具降本工作中缺少章法，只憑經(jīng)驗(yàn)開展，如不斷壓低刀具的采購價(jià)格。這樣看似成本降低了，但有可能因刀具品質(zhì)、供應(yīng)商服務(wù)水平下降導(dǎo)致其他成本的增加。為此，本研究提出了基于價(jià)值工程方法的刀具降本管理措施。該方法通過在刀具管理中進(jìn)行實(shí)踐與應(yīng)用，為刀具降本工作提供系統(tǒng)的指導(dǎo)。

1 價(jià)值工程的介紹

1.1 價(jià)值工程的概述

價(jià)值工程方法是以價(jià)值為引導(dǎo)，從目標(biāo)出發(fā)，既全面考慮，也突出重點(diǎn)，可以在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。價(jià)值工程簡稱VE，又稱價(jià)值分析，是通過對(duì)所研究對(duì)象的功能與成本進(jìn)行系統(tǒng)分析，旨在提高研究對(duì)象價(jià)值的思想方法和管理技術(shù)[6]。價(jià)值工程可使用公式展示如下：

V =F /C

式中：V 為價(jià)值，F(xiàn) 為功能，C 為生命周期的成本。價(jià)值工程的核心是強(qiáng)調(diào)改革與創(chuàng)新以及組織策劃能力，實(shí)踐中要求多部門持續(xù)的參與。價(jià)值工程自誕生以來，已經(jīng)在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用，并取得了較好的效益。

1.2 提升價(jià)值的途徑

價(jià)值工程中，價(jià)值是功能與成本之比，是相對(duì)的價(jià)值，因此價(jià)值V 的增加，需要關(guān)注功能F 與成本C 的相對(duì)關(guān)系。因此，價(jià)值工程應(yīng)該聚焦于F 和C 之間關(guān)系的系統(tǒng)研究，其時(shí)間跨度則是C 消耗的整個(gè)壽命周期。按照F 和C 的相對(duì)變化關(guān)系，提升價(jià)值的途徑有5 種方法（表1）。

1.3 價(jià)值工程的一般工作程序

價(jià)值工程的工作程序一般可以分為5 個(gè)步驟，包括選擇研究對(duì)象、功能分析、功能評(píng)價(jià)、實(shí)施改進(jìn)方案和改進(jìn)的評(píng)價(jià)（圖1）。下面對(duì)工作流程及流程開展中常用的方法及關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行概述。

（1）選擇研究對(duì)象：研究對(duì)象既可以是產(chǎn)品，也可以是流程，還可以是服務(wù)。

（2）功能分析：對(duì)功能進(jìn)行定義、分析和整理，以明確功能之間的關(guān)系，分清功能類別。在應(yīng)用價(jià)值工程進(jìn)行分析的過程中，功能分析是關(guān)鍵 [7]。

（3）功能評(píng)價(jià)：通過一定的方法，評(píng)價(jià)獲得功能的成本是否是最優(yōu)的。

（4）實(shí)施改進(jìn)方案：基于功能分析和功能評(píng)價(jià)，結(jié)合功能改進(jìn)的目標(biāo)，確定實(shí)施方案并組織實(shí)施。

（5）改進(jìn)的評(píng)價(jià)：對(duì)改進(jìn)的方案、改進(jìn)的過程、以及獲得的結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

上述過程中，功能的分析及評(píng)價(jià)是價(jià)值工程工作程序的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在完成這2 項(xiàng)流程的工作后，改進(jìn)方案則需要結(jié)合具體的業(yè)務(wù)，利用已有理論及實(shí)踐知識(shí)體系制定改進(jìn)方案并實(shí)施驗(yàn)證。對(duì)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行評(píng)估并與預(yù)期目標(biāo)對(duì)比分析后，往往還需要進(jìn)一步進(jìn)行價(jià)值工程優(yōu)化工作。該程序是一種基于PDCA 思維的持續(xù)改進(jìn)工作程序。

2 基于價(jià)值工程的刀具降本方案

結(jié)合汽車制造行業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)加工刀具的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)基于價(jià)值工程理論指導(dǎo)下的刀具降本工作，進(jìn)行分類論述。

2.1 BJ 發(fā)動(dòng)機(jī)工廠刀具降本情況介紹

BJ 發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)某款用于商用車和乘用車的小排量發(fā)動(dòng)機(jī)，年產(chǎn)量為35 萬臺(tái)，機(jī)加工件為鑄鐵缸體、鋁合金缸蓋、鑄鐵及鍛鋼曲軸，加工設(shè)備有數(shù)控加工中心、高精度磨床等。該發(fā)動(dòng)機(jī)加工刀具主要包括硬質(zhì)合金鉆頭、鉸刀、絲錐、銑刀、車刀、砂輪和拋光帶等，每年的刀具消耗金額約為1 200 萬元。近幾年隨著內(nèi)外部生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)境的變化，工廠降本增效的要求日益提升，刀具降本壓力及難度逐漸提高。在此背景下，工廠以價(jià)值工程方法作為刀具降本的主要方法，以價(jià)值輸出為導(dǎo)向，深入挖掘降本空間，3 年間實(shí)現(xiàn)了刀具加工成本降幅30%，取得了較好的降本成效。

2.2 基于價(jià)值工程的刀具降本方案

刀具切削要實(shí)現(xiàn)的功能可分為滿足工藝節(jié)拍要求和滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求這2 類。根據(jù)表1 可知，實(shí)現(xiàn)成本降低有5 種方式，而結(jié)合工廠刀具降本工作的實(shí)際情況，降本方法可以概括為3 類。

2.2.1 降低刀具采購以及使用成本

在滿足相同功能需求的前提下，降低刀具采購以及使用成本。

2.2.1.1 降低刀具采購成本

降低刀具采購成本是刀具管理降本中較為常用的手段，包括刀具不變的前提下降低采購價(jià)格，或引入替代型號(hào)的刀具并降低采購成本，這2 種情況側(cè)重點(diǎn)有所不同。降低采購價(jià)格需要培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)刀具供應(yīng)商，通過擴(kuò)大采購量等方式，實(shí)現(xiàn)互利共贏。引入替代刀片可采取引入適當(dāng)?shù)牟少徃偁幰约伴_展刀具國產(chǎn)化等措施，其中，刀具國產(chǎn)化是近幾年重要的降本手段。

BJ 發(fā)動(dòng)機(jī)工廠近些年來結(jié)合國內(nèi)刀具行業(yè)發(fā)展情況，分階段實(shí)施國產(chǎn)化，先后實(shí)施了砂條、砂輪和刀片等超硬刀具國產(chǎn)化，之后又進(jìn)行了合金鉆頭、鉸刀、絲錐以及硬質(zhì)合金刀片類的國產(chǎn)化。目前工廠的刀具國產(chǎn)化率已經(jīng)達(dá)到95% 以上，實(shí)現(xiàn)了刀具成本10% ～ 20% 的降幅。

2.2.1.2 降低刀具使用成本

降低刀具使用成本主要通過開展刀具優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。刀具優(yōu)化的本質(zhì)是在滿足功能需求的前提下，提升刀具壽命。降低刀具使用成本的主要措施有：開展刀具壽命管理，并在刀具管理過程中，建立刀具管理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對(duì)刀具更換的原因、使用的壽命等信息進(jìn)行收集，便于通過數(shù)據(jù)分析找到刀具未到壽命的原因，針對(duì)性地尋找改進(jìn)機(jī)會(huì)。例如，通過技術(shù)手段進(jìn)行報(bào)廢刀具二次利用、刀具修磨等。

工廠將使用至壽命的精加工刀片用到粗加工刀具上，或者將使用后的刀具通過切割、焊接等方式改制，重新發(fā)揮其作用，從而達(dá)到報(bào)廢刀具二次利用的目的。刀具修磨則是刀具管理中重要的降本方式，通過對(duì)鉆頭、鉸刀、銑刀、絲錐和刀片類的修磨，可以極大提升刀具的壽命周期。刀具修磨的關(guān)鍵是控制好單次使用壽命與修磨量的關(guān)系，確定最佳的匹配關(guān)系，避免因單次過度使用造成刃口磨損量過大問題。

2.2.2 減少刀具消耗實(shí)現(xiàn)降本

工廠可以通過功能的降低，減少刀具消耗以實(shí)現(xiàn)成本的降低。具體措施可以從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、過程控制和切削效率3 個(gè)方面考慮。

2.2.2.1 減少非必要的設(shè)計(jì)要求

對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)輸出，即產(chǎn)品圖紙上所要求的尺寸公差等開展評(píng)審和分析，取消不必要的加工特征，修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)中過于嚴(yán)格的尺寸公差，以減少不必要的加工浪費(fèi)。以發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工為例，通過生產(chǎn)部門與設(shè)計(jì)部門的聯(lián)合評(píng)審、加工驗(yàn)證，取消了缸體某機(jī)型機(jī)油濾清器內(nèi)孔加工，實(shí)現(xiàn)加工成本的降低。

2.2.2.2 減少非必要的過程要求及過程控制

對(duì)產(chǎn)品的工藝過程開展分析，實(shí)施生產(chǎn)過程的精益化。如實(shí)現(xiàn)曲軸油封工藝優(yōu)化，減少粗拋過程。曲軸油封目前的工藝過程為粗車、精車、磨削、粗拋光和精拋光（ 粗糙度為Ra0.2 ～ 0.6），經(jīng)過評(píng)估和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，曲軸油封磨削后的粗糙度可以達(dá)到Ra0.8，已經(jīng)可以滿足精拋光的基礎(chǔ)要求，可以取消粗拋過程減少加工浪費(fèi)。因此在經(jīng)過產(chǎn)品驗(yàn)證后，曲軸油封的加工工藝取消了粗拋過程。

2.2.2.3 減少切削效率浪費(fèi)

在生產(chǎn)加工中，經(jīng)常存在一些刀具切削參數(shù)過高導(dǎo)致的加工浪費(fèi)。因此在生產(chǎn)過程中，通過建立刀具參數(shù)管理形成工藝規(guī)范，對(duì)刀具參數(shù)的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化，通過工藝圖紙、變更管理進(jìn)行繼續(xù)改進(jìn)和受控管理。

2.2.3 提升功能實(shí)現(xiàn)收益大于成本

通過提升功能（產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率），實(shí)現(xiàn)收益大于刀具成本的增加。

2.2.3.1 提升產(chǎn)品質(zhì)量

對(duì)產(chǎn)品的加工特征進(jìn)行深入的評(píng)估，評(píng)估其功能的合理性、功能指標(biāo)以及尺寸公差的合理性和經(jīng)濟(jì)性，并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。此外，對(duì)加工質(zhì)量的結(jié)果及過程進(jìn)行監(jiān)控與分析，以尋求質(zhì)量改進(jìn)的機(jī)會(huì)。加工過程中，可以通過統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）找出生產(chǎn)加工中質(zhì)量不足的過程及主要問題進(jìn)行攻關(guān)。尤其是在解決加工質(zhì)量不足而導(dǎo)致的刀具換刀和工時(shí)增加等成本損失時(shí)，需要以數(shù)據(jù)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)換刀數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)化的改進(jìn)和攻關(guān)。

2.2.3.2 提升加工效率

生產(chǎn)中通過切削參數(shù)優(yōu)化、工藝平衡、刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及刀

3 基于價(jià)值工程的刀具應(yīng)用案例

以BJ 發(fā)動(dòng)機(jī)工廠中缸體加工刀具成本優(yōu)化為例，按照價(jià)值工程的工作程序，選擇具體的刀具為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行功能分析與評(píng)價(jià)，并采取一些技術(shù)措施達(dá)到刀具價(jià)值的提升。

3.1 選擇研究對(duì)象

BJ 發(fā)動(dòng)加工中，刀具成本最高的為缸體燃燒室面精銑刀具，選擇該刀具做為研究對(duì)象進(jìn)行價(jià)值分析（表2）。因其要實(shí)現(xiàn)較高的加工精度和加工效率，采用的是直徑200.00 mm 刀盤、18 個(gè)刀片布局的高速切削銑刀，刀片材質(zhì)為立方淡化硼。18 個(gè)刀片中半精銑刀片15 個(gè)，精銑刀片3 個(gè)，通過刀具的調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精刀片與半精刀片有0.02 mm 的刃高差值，以提升加工精度。刀具的切削轉(zhuǎn)速為1 300 r/min，進(jìn)給速度為3 360.00 mm/min。

3.2 功能分析與功能評(píng)價(jià)

綜合加工工藝情況，分析并確定該刀具需要滿足的5 個(gè)功能：實(shí)現(xiàn)一定的切削速度、滿足加工尺寸、滿足平面度、滿足粗糙度和控制刀具調(diào)整等輔助時(shí)間。

3.2.1 功能數(shù)據(jù)的建立

組織工藝人員、質(zhì)量人員和刀具人員對(duì)其功能進(jìn)行打分，并計(jì)算出各功能的功能系數(shù)，對(duì)各功能的成本進(jìn)行核算，并計(jì)算出成本系數(shù)（表3）。由于加工尺寸、平面度和粗糙度是產(chǎn)品的特性要求，生產(chǎn)過程中會(huì)使用失效模式分析工具（FEMA 工具）對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)RPN 值（重要程度、頻度和失效探測(cè)度三者的乘積）進(jìn)行評(píng)價(jià)。RPN 值在一定程度上反映了功能得分，故在滿足這3項(xiàng)功能時(shí)以RPN 值為參考，切削速度、輔助時(shí)間的功能評(píng)分也以此為參考。功能得分范圍為1 ～ 10 分，功能的重要性越高分?jǐn)?shù)越高，多人打分后平均值四舍五入取整數(shù)。功能系數(shù)為單項(xiàng)功能得分與功能總分的比值；成本數(shù)值為獲得該功能的刀具單件消耗成本；成本系數(shù)為單項(xiàng)成本與總成本的比值；價(jià)值系數(shù)為功能系數(shù)與成本系數(shù)的比值[8]。

3.2.2 功能的評(píng)價(jià)

價(jià)值系數(shù)等于1，說明針對(duì)該項(xiàng)功能的投入比較均衡；價(jià)值系數(shù)大于1 或者小于1，說明該功能的實(shí)現(xiàn)與功能的成本投入不相匹配。從表3 的數(shù)據(jù)可以看出：切削速度的價(jià)值系數(shù)（0.252）遠(yuǎn)小于1，說明為了滿足該功能所消耗的成本過高；而其他四項(xiàng)功能的價(jià)值系數(shù)大于1，則說明這些功能使用的成本大于所消耗的成本[9]。

3.3 制定與實(shí)施改進(jìn)方案

3.3.1 通過平衡工藝、優(yōu)化刀具以平衡切削速度該刀具在實(shí)現(xiàn)切削速度的功能方面，投入存在明顯的失衡，即投入過多。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，前期工藝設(shè)計(jì)時(shí)，該工位為了滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求，采用了18 齒的高速切削方案，該方案成本高。為降低成本，通過整線工藝優(yōu)化，把該工位的部分加工特征轉(zhuǎn)移至其他工位后，該工位的節(jié)拍有較大的空余，為該刀具切削速度調(diào)整創(chuàng)造了條件?；谝陨希诓辉黾拥侗P投入的情況下，將原刀盤減齒處理，同時(shí)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。通過上述措施，刀具的加工成本降低了0.7 元/ 件。

3.3.2 通過調(diào)整工藝順序提升工件平面度

改進(jìn)前的工藝是先銑面，后鏜缸孔。通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)，由于鏜孔過程中孔邊緣存在一定的微小變形，會(huì)影響零件的整體平面度，導(dǎo)致其過程能力不足。優(yōu)化后的工藝為先鏜孔、再銑面，工藝調(diào)整后工件平面度的過程能力有了明顯提升。

3.3.3 優(yōu)化刀具設(shè)計(jì)及調(diào)整方式，改善工件表面粗糙度

刀具壽命低的主要原因是產(chǎn)品粗糙度達(dá)不到要求。通過分析發(fā)現(xiàn)，刀具修光刃采用全長刃口，如果通過調(diào)整刀片實(shí)現(xiàn)刀刃角度要求，調(diào)整難度大，角度一致性不足，刀尖磨損后，工件表面紋路較粗糙。為此，取消了調(diào)整機(jī)構(gòu)并對(duì)刀片結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。通過上述改進(jìn)，刀片實(shí)現(xiàn)了同一刃口兼具切削及再次修光功能，提升了工件表面質(zhì)量，刀具壽命提升了2 倍[10]。

3.4 改進(jìn)的評(píng)價(jià)

通過優(yōu)化刀片布局和參數(shù)優(yōu)化，對(duì)該刀具的切削效率進(jìn)行了平衡。通過實(shí)施切削工藝優(yōu)化、刀具設(shè)計(jì)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品平面度提升、粗糙度等功能改善。上述改進(jìn)措施進(jìn)一步提升了該刀具功能與成本的匹配程度，產(chǎn)品質(zhì)量提升的同時(shí)，也減少了刀具消耗。

4 結(jié)束語

在機(jī)加工行業(yè)競爭激烈、整體利潤微薄的背景下，結(jié)合機(jī)加工刀具降本案例分析，本文對(duì)價(jià)值工程方法的基本原理、應(yīng)用程序、價(jià)值工程方法指導(dǎo)下的降本方案以及應(yīng)用成果等進(jìn)行了介紹和總結(jié)，得出如下結(jié)論。

（1）價(jià)值工程可以將刀具管理降本置于整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，以及基于成本投入和功能產(chǎn)出的價(jià)值視角中，不僅可以聚焦到個(gè)體刀具、具體工位上，還可以著眼整個(gè)刀具的生命周期及整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)以開展降本工作。

（2）本論文在功能確認(rèn)及功能評(píng)價(jià)中，引入FEMA 工具，將FEMA 中RPN 值轉(zhuǎn)化為功能得分，提升了功能評(píng)分的準(zhǔn)確性。

（3）機(jī)加工刀具降本應(yīng)在技術(shù)研究及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過價(jià)值工程方法，實(shí)現(xiàn)降本管理由基于成本的角度，向基于價(jià)值的角度轉(zhuǎn)變。

（4）本論文將價(jià)值工程方法引入刀具降本管理中，有助于指導(dǎo)生產(chǎn)從業(yè)人員系統(tǒng)地開展降本工作，有利于提升企業(yè)的刀具管理水平和盈利能力。

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作者簡介：

商成超，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)加工工藝開發(fā)及刀具管理。