工程機械結構件的成本控制策略

摘要：結構件在工程機械成本構成中占比很重，企業可以從提高產品結構件的模塊化和通用化率，采用輕量化設計，減少成型模具的使用，規范板材板厚與材質的使用等方面，來實現降本增效。輕量化設計不能只關注零件的強度需要，要在滿足整機性能的前提下進行。

關鍵詞：工程機械;結構件;輕量化;成本控制

0" "引言

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

1" "結構件成本控制思路與原則

對于批量生產的產品，其結構、工藝的合理性與成本控制之間有著密切關系，這就要求設計者在進行優化設計的同時，考慮結構、工藝對成本的影響[1]。

常見的優化設計方法包括簡化法、刪除法、合并法和變換法。實施優化時需要注意：刪除某零件的功能，考慮刪除前后的區別;整合某零件功能，要考慮整合前后的區別;設計、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" "結構件成本控制方法

2.1" "采用輕量化設計

結構件成本組成之中，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，因此輕量化設計是結構件降本的一個重要手段，在滿足強度和產品性能的前提條件下，應盡可能的輕量化設計，做到可靠輕質。目前業內有很多專業的輕量化設計有限元軟件可以用于輔助設計，如Optistruct有限元軟件提供了拓撲優化和尺寸優化等輕量化設計方法，其中尺寸優化可以優化焊合件板料的板厚，為設計提供依據。但要注意該計算結果只能作為參考，而不能以此為結果定義焊合件板厚。因為有限元計算過程很多都是建立在理想的基礎上，而產品的實際工況很復雜，很多因素在計算過程中都被忽略了，因此類比設計很有必要。具體實施時，可以國內外同類先進成熟產品為標桿，確定自身產品焊合件的板厚和材質，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進行參考定型。

2.2" "提高結構件模塊化率和通用化率

目前國內工程機械企業產品都趨于系列化，通過平臺提高結構件模塊化和通用化率，可以實現端對端的快速研發，使產品的迭代速度不斷加快。

2.3" "減少成型模具的使用

設計過程中，則應盡可能避免采用不規則的異形，盡量統一折彎圓角，減少折彎次數。模具的成本通常較大，動輒幾萬，為此設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，部件設計開發過程中需將產品構成材料的各種替代方案進行比較，技術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一

設計中板材厚度與材料要盡可能統一，不能涉及過多板厚與材質，應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" "規范板材折彎圓角半徑

厚度一樣的板材折彎圓角半徑統一后，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，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，也應盡可能采用相同的折彎圓角。

2.7" "建立安裝座、管夾規格庫

工程機械結構件中，通常有很多安裝座、管夾。安裝座通常用來固定電氣系統線束，安裝液壓系統管路，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，而且螺紋孔規格多種多樣。管夾是用來固定液壓系統管路，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格的管夾。建立安裝座、管夾規格庫，方便選型設計，減輕了設計工作量，有利于生產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。按照標準和設計要求，設計坡口大小和標注焊縫高度，減小坡口尺寸和焊縫高度，可以減輕結構件的焊后變形，減少焊縫金屬的熔敷量，提高生產率，降低焊絲等焊材的使用量。關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標桿機型進行類比設計。

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量比手工焊接有一定的優勢，但是對焊合件結構、焊道有著很高要求，通過結構型式優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" "結構件成本控制注意事項

結構件的輕量化設計可以降低整機成本。質量減輕帶來的另一個好處是省油，提升燃油消耗率。但輕量化設計要滿足整機性能的前提下進行，不能只關注零件的強度要求。

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

4" "結語

綜上所述，工程機械結構件的降本空間很大，不僅僅是輕量化過程，可以從多方面入手。如果方法得當，給企業帶來的效益是巨大的。設計是成本控制源頭，對結構件成本能降低多少起著至關重要的作用，但成本控制也不僅僅是設計部門的事情，企業的管理也很重要。采購、物流部門可以開發多供方，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車回轉平臺結構與工藝的成本控制[J].工程機械，2011（9）：31-34.