基于精益制造与企业资源计划的材料定额方法研究

材料定额是指在-定 的生产和技术条件下，生产单位产品或完成单位工作量所必须消耗材料的数量和质量标准。材料消耗定额是直接为生产和经营管理服务的。实现任何 生产过程 ，都要 以原料、产 品结构材料 、工艺材料以及各种辅料等为首要条件 ，产品的材料成本-直是产 品成本结构 的主要 因素之-，大约 占50%左右。作为对材料 消耗进行有效 的控制与管理 ，是企业经营降低成本提高经济效益的不可或缺的任务。而材料定额是对材料消耗进行控制与管理的依据 ，材料消耗定额的正确制订、管理、使用对企业 的经营具有重要意义 。经过多年的实践，我国材料定额的估算已经形成了比较规范的材料定额体系，但是在现代制造环境中仍存在材料定额与实际下料消耗吻合度较差的情况 ，-直困扰着企业 的经营管理与工艺管理。本文在对传统材料定额方法与流程及存在的问题进行分析的基础上，提 出了基于精益制造与企业资源计划的材料定额方法与流程的解决方案。

1 传统材料定额方法传统制订材料消耗工艺定额 的基本方法主要包括技术计算法、实际测定法、经验统计法等。实际测定法是用实际称量的方法确定每个零件的材料消耗工艺定额 ，这种方法不能事先确定材料定额 。经验统计法是根 据相似零件材料实际消耗统计 资料 ，经过统计分析对 比，确定零件的材料消耗工艺定额 。

技术计算法是根据产品图样、加T工艺以及有关的技术资料 ，根据零件 的加工工艺方案 中的加工余量，通过理论分析，计算出来出的毛坯尺寸，选择收稿 日期 ：2012-10-10；修回 日期 ：2012-11-18作者简介：孔宪伟(1953-)，男，山东牟平人 ，大连瓦轴精密电机汽车轴承有限公司T程师 ，主要从事企业生产管理工作与研究，(E-mail)kqy831###163.COnl；通讯作者：马自勤(1954-)，女，安徽安庆人，大连交通大学机械工程学院教授，博士，主要从事1业 r程、现代丁艺管理、企业信息化教学与科研，(E-mail)maziqin2004###126.coin。

2013年 5月 孔宪伟，等：基于精益制造 与企业资源计划的材料定额方法研究 ·139·材料的型号 、规格 、尺寸 ，计算各种工艺性损耗 ，核算零件净重和毛重 ，确定 材料消耗定额。材料定额 的技术计算方法主要包括选料法、下料利用率法 、材料综合利用率法等 。

选料法是根据材料 目录中给定 的材料 范围，结合具体产品情况 ，选定-个最经济合理的材料尺寸 ，然后根据零件毛坯 和下料切 口尺寸 ，在选定尺寸 的材料上排列，将最后剩余的残料(不能再利用的)分摊到零件的材料消耗工艺定额 中。如式 (1)所示。

： t 2 3/Nl (1)式 中： - 零件 材料 消 耗工 艺定 额 ； ，- 毛坯 重 ；- 下料切口重 ； - 残料重 ；N - 每料件数 。

下料利用率法是先按材料规格 ，定 出组距 ，经过综合套裁 下料的实际测定，分别求出各种材料规格组距的下料利用率 ，然后用下料利 用率计算零件材料消耗工艺定额。如式(2)、(3)所示 。

C f ，)/W4×100% (2)式中 ：C - 下料利用率 ； . 。- -批零件毛坯重量之和；w4- 获得该批毛坯 的材料消耗总量。

1/C (3)材料综合利用率法是当同-规格的某种材料可用-种产 品的多种零 件或用 于 多种产 品 的零 件上时 ，可采用更广泛的套裁 ，在这种情况下利用综合利用率法计算零件材料消耗工艺定额较合理。如式(4)、(5)所示。

C： f y 1/W X 100% (4)式中：c：- 材料综合利用率； . - -批零件净重之和； - 该批零件消耗材料总重量。

经过多年的实践，我国材料定额的技术计算法，针对不同的加工工艺方式 (机械加工 、铸造 、冲压、锻造、焊接、热处理、铆焊、表面处理等)，已经形成了比较科学 、比较规范 的材料定额体系。

2 材料定额的制订与生产中原材料的规格和下料组合传统材料定额的制订与生产 中原材料 的采购和下料流程是 ，企业 由工艺部 门提供的材料消耗定额 ，由供应部 门根据工艺部 门提供 的定额资料及生产计划 ，向有关供应商进行采购。对于大批量采购 ，可 以根据材料定额 ，向供 应商协商定尺供料 或者按工艺参数 的要求组织供货。原材料到货检验合格后 ，按照材料定额进行原材料下料和限额发料 。但是在现代制造环境中企业往往存在材料定额与实际下料消耗吻合度较差 的情 况，-直 困扰着 企业的经营管理与工艺管理。通过调研分析，发现其主要原因，-是采购或库存原材料与工艺材料定额所选择原材料规格不-致；二是生产过程的原材料排料与下料依据与工艺材料定额的依据不-致 。

2.1 原材料的规格优化工艺部门在 制订材料定额 的时候 ，-般是根据零件毛坯尺寸 ，根 据工艺手册 中材料 目录中给定 的材料范围，结合具体产品情况 ，选定-个 比较经济合理的材料 规格。而在现代 制造 和市抄济条件下 ，企业 由于产品 的批量 ，对于原材料 的需求往往不 是大批大量，而是中批中量甚至小批小量；供应商提供的原材料尺寸规格 ，往往并不-定符合工艺手册 中材料 目录中给定 的材料 范围，从而造成供应部 门采购或库存原材料规格可能与工艺部门材料定额所选原材料规格并不-致 ，是导致材料定额与实 际材料消耗吻合度较差主要因素之-。

针对这-问题，本文提出-个基本假设，对于-个企业来说 ，产 品以及供应商是相对稳定的，企业供应部门采购原材料的规格有必要也能够做到相对稳定。基于这-假设提出原材料的规格 问题优化方案 ，使企业工艺部门提出的对于原材料规格的需求与供应部门提供的实际原材料规格保持基本-致。企业供应部门与工艺部门信息共享，提供的历年采购原材料规格统计资料；工艺部 门制订材料定额的时候 ，根据材料 目录中给定的材料范围及供应部 门提供的相关资料 ，作为选择原材料规格的依据 ；遇到特殊需求或者特殊供应情况，工艺部门与供应部门要及时互相沟通信息、咨询协商，选择科学合理实际的原材料规格 ，最大限度的保证需求与供应的-致性，保证材料定额与材料消耗的-致性，保证材料定额的有效性与严肃性。

2.2 原材料的下料组合优化工艺部 门在制订 型材 或者板 材材料 定额 的 时候 ，- 般是基于单位产 品的，根据产品 BOM(Bil ofMaterials物料清单)，把原材料 的需求按照原材料及规格归类 ，综合考虑排料问题 ，以此为依据确定相关材料定额 ，工艺部 门制订材料定额时 的综合排料 问题与产品种类无关 ，相 同产品的数量与材料定额 只是单位产品材料定额 与产 品数量 的简单乘积关系。

而企业的生产组织是 以零部件 为中心，并且是基 于任务和提前期的，以 ERP(企业资源计划)的 MRP(物料需求计划)或者精益生产的 JIT(准时制造)来指导实际排料下料 。制订材料定额 时参与排料 的物料和数量 ，与实 际生产 时参 与排料下料 的物料和数量几乎是不同的 ，是 导致材 料定 额与实际材料消耗吻合度较差主要因素之-。

ERP(企业资源计划)的 MRP(物料需求计划 )的生产模式称为推式作业方式 ，是根据主生产计划 MPS和 MRP下达生产加工订单(生产工票)，根据生产工票将物料配套发往各个工作中心。上工序完工后生产工票与加工完成的在制品向下工序传递 ，物料是从 上工序向下推动传递的；在上工序未完工前，下工序只是等待物料、组件加工。原材料采用型材或者板材的产品零部件的排料下料数量和时间是 MRP所计划的产品零部件投料的数量和时间。 ，如图 1所示。

精益生产的 JIT(准时制造 )的生产模式称为拉· 140· 组合机床与 自动化加工技术 第 5期式作业方式。拉式作 业 的物料 移动 是来 自下 道工序，作业安排实行适 时、适量、适地安排生产 ，主生产计划 MPS和总装计 划 FAS下达后 ，从 产 品总装开始，后工序 向上丁序领取本 工序所要的零部件进行加工或者组装。当上工序 的加工零部件数量 不能满足下工序的加工或者组装要求时，产生物料需求信息，由后工序向前工序传递加工需求指令。原材料采用型材或者板材的产品零部件 的排料下料数量和时间是 JIT由后工序向前工序传递加工需求指令所规定的产品零部件投料的数量和时间 ，如图2所示 。

图 1 ERP-MRP生产模式圭生 主上型 堕 主上图 2 精益生产-JIT生产模式综上所述 ，对于原材料采用型材或 者板材 的产品零部件来说 ，工艺过程-定 ，对应 的毛坯尺寸就是确定 的；根据 3.1节 ，假设原材料的型号 、规格 、尺寸也是确定的。而由于实际下料时参 与套裁的产 品零部件 的品种数量可能是不确定 的，套裁 的排料 可能不同，丁艺性损耗的均摊可能是不确定 的，导致材料定额和材料实际耗费的不确定性 。

针对这-问题 ，本 文提 出通过材料综合下 料利用率的方式来解决。本文定义材料综合下料利用率如式(6)、(7)所示。

C ：(∑W。)/W ×100% (6)式 中：C - 材料综合下料利用率。

W W。/C (7)当同-规格的某种材料可用-种产品的多种零件或用于多种产品的零件上时，可采用更广泛的套裁。现代制造系统提倡面向制造的设计 DFM 工艺设计也应该遵循 这-法则 ，为产 品制造过程提供充分的技术支持。供应部 门是按照工艺部 门提供 的零件毛坯尺寸下料的 ，采用综合下 料利用率法计算零件材料消耗工艺定额 ，有利于工艺部 门与供应部 门协同进行材料定额的控制与管理 。

本文提出生产下料时应该按照既定生产模式给出的产品零部件的投料时间、规格和数量等数据进行归集，然后排料套裁。下料时间不同，参与套裁的物料规格、数量不同，影响下料利用率。排料除了物料本身的几何特征与数量、毛料规格外 ，增加了下料时 间的维度 ，使下料套裁问题既具有计划性又具有 随机性。需要对下料现场实际数据进行详细记录，保证记录的实时性和准确性，按照产品零部件的相似性 进行分类统计 ，根据统计规律确定材料综合下料利用率。

3 材料定额的控制与管理流程优化根据精益制造 的思想 ，制造工艺 过程 中的材料消耗包括有效消耗 和无效消耗 。有效消耗是指在产品的制造 过程 中，材料有效利用 的部 分。无效 消耗是指在产 品制造过程 中损失的部分。无效消耗又分为无效但不可避免 的消耗(工艺性损耗)和无效而且必须避免的消耗(非工艺性损耗 )。工艺性损耗是指在产品零件的制造过程 中，按照工艺要求 ，制成零件实体所必须的材料损耗 ，包括从下料开始 ，到制成产品为止 ，整 个生 产过程 中诸如 下料 的料头 ，切 口损耗，加工余量以及热加工工艺的各种损耗等。非工艺性损耗是在产 品制造 过程 中，所发生 的与工艺过程没有直接关系的损耗 ，非工艺性损耗 主要包括 ：由于废品而产生的材料损耗 ；由于材料没有按材料定额所规定的规格尺寸供应 ，用其它材料代用所增加的材料损耗 ；材料检验用料等 。

进行材料定额 的控制 与管理流程优化 ，必须 实现材料定额的闭环控制 ，必须实现企业材料定额控制与管理的协同。

材料定额的闭环控制包括材料定额控制与管理的事先计划、事中监控、事后考核分析改善 。事先计划包括根据企业采购进料规格 确定毛料规格 ；根据统计规律确定综合下料利用率，综合下料利用率因物料的属性不 同而不同；按毛坯尺寸、原材料规格 、综合下料利用率制订材料定额。事中监控包括按生产组织下料 ；及时反馈下料情况 ，控制下料利用率 ；结合任务号领料(考核依据)，杜绝不 良品的发生。

事后考核分析改善 ，包括指导材料定额 ；考核控制现场材料消耗 ；定期或不定期根据 实际情 况调整综合下料利用率和原材料规格标准。不断提升工艺材料定额管理水平 ，使其保持在-个较 高水平 的稳定状态 。材料定额 的原 材料的规格优化流程、原材料 的下料组合优化流程如 图 3、4所示。

图 3 原材料的规格优化流程图 4 原材料的下料组合优化流程2013年 5月 孔宪伟，等：基于精益制造与企业资源计划的材料定额方法研究 ·141·企业材料定额控制与管理的协同包括外部协同和内部协 同。外部协同是指企业 与供 应商 的协 同。

供应商是企业 长期 运营 的宝贵财 富，是企业 的外部合伙人 。如果制造商希望供应商提供任何优质的支持和服务 ，就必须担 当起领导者的角色 ，整合出-条精益供应链 ，使物流供应链 的每个 环节 的企业都受益，制造商与他们信息共享，风险与利益共担。要确保供应商能够提供满足企业产品所需规格 的高质量的原材料 ，避免因为供应商提供 的原 材料规格或者质量问题而导致的无效材料消耗。内部协同是指企业包括工艺部门、供应部门、制造部 门等内部相关部门的协同。必须在企业 的经营战略思想指导 下，企业-盘棋 ，实现企业材料定额控制 与管理 的系统工程 ，各部 门也要信息共享 ，风险与利益共担。 要确保各部 门之间的无缝连 接，工艺部 门能 够制定 出符合企业实际情况 的材料定 额，供应部 门能够提供满足企业产品所需规格 的高质量的原材料 ，制造部 门能够确保制造零缺陷零废品，避免因为企业 内部原因导致的无效材料消耗 ，实现企业材料定额 控制与管理的良性循环 。

4 材料定额控制优化示例企业某产品需求 100件 ，在每件 产品 的原材 料中有某规格的棒料毛坯长 29ram、21mm、15mm的各 1根。设下料切 口 5mm。根据 企业 标准 ，该棒料 原料长 2200mm。采用套裁下料可 以节省原材料 。

工艺部门通过研究 已知有几种较好 的方案可供选择 ，如表 1所示。采用线性规划 ，混合使用表中方案，使所用原材料最剩得到套裁方案最优结果如表 2所示。材料定额用料 31根 。材料综合下料利用率为 95.31%。

表 1 套裁下料初始 方案-览表-工艺部 门方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方 案 5 棒料- mm 2200xl-根 x2-根 x3-根 x4-根 x5-根毛坯 1-mm 290 4 3 4 2毛坯 2-mm 210 4 3 3 2 4毛坯 3-mm l50 1 4 2 3 4长度合计 -mm 2l5O 21OO 2090 203O 2020余料 -mm 5 50 65 125 13O表 2 套裁下料优化方案-览表-工艺部门综合下料 95. 31%方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5利用率 X1 x2 xJ x4 x5优化方案 -根 31 7 18 0 3 3长度合计 -mm 65000 15050 37800 0 6090 6O60余料合计 -mm 1700 35 900 0 375 390企业实施 物料需求计划 MRP，物料供应部 门按时段 MRP组织生产下料，对该棒料的需求计划如表3所示 ∩见每个实际下料时参与套裁的产 品零部件的品种数量是根据时段 MRP确定的 ，套裁 的排料会不同，必然导致材料定额和材料 实际耗 费的不 -致性 。实际套裁材料综合下料利 用率如表 3所示 。

表 3 时段套裁下料情况-览表-供应部 门棒料 -mm 2200 时段 1-根 时段 2-根 时段 3-根毛坯 1-mm 290 l2O 50 80毛坯 2-mm 210 80 12O 50毛坯 3-mm 15O 50 80 12O综合下料利用率 93.56% 95.94% 90.3g% 94.OO%根据相似制造论原理 ，经过对供应部 门下料现城录的阶段性分类统计 ，考虑安全系数 ，工艺部门对该类棒料材料定额按照材料综合下料利用率92%进行制定 。据不完全统计 ，材料定额 与实际耗费的差异控制在 95%左右 。取得 了较好的效果。企业产品在市抄济状态下是不断变化的，对于原材料的需求也是变化的，材料定额的材料综合下料利用率需要根据企 业产品变化、供 应部 门实际下料 的材料综合下料利用率的分类统计规律不定期进行调整 。

5 结束语对材料消耗进行有效的控制与管理，对企业经营降低成本提高经济效益具有重要意义。本文在对传统材料定额方法与流程及存在的问题进行充分调查分析研究 的基 础上 ，提 出了基 于精 益制造与企业资源计划的材料定额方法与流程的解决方案。需要结合不 同企业 的不同情况进行运用和不断完善。