价值工程在特大型不锈钢封头制造中的应用

摘要： 在对太空模拟训练仓中的特大形不锈钢封头制造中，运用了价值工程手段，并创新采用近似椭圆参数（R=0.8415D和r=0.1285D）和椭圆形封头顶圆的足球瓣结构，产品质量满足要求且降低了成本。

Abstract： Value engineering is applied to the fabrication of oversize stainless steel head for space simulation training， making innovation in adoption approximate elliptical parameter （R=0.8415D and r=0.1285D）and segment structure of elliptical head top sphere. The qulity of this product satisfies requirement and the cost could be reduced.

关键词： 特大形不锈钢封头；椭圆参数；椭圆形足球瓣；价值工程

Key words： oversize stainless steel head；elliptical parameter；elliptical ball segment；value engineering

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）10-0005-04

0 引言

国家重点科研项目——北京航天地面模拟试验中心（俗称太空模拟训练仓），其中KM6大型真空容器是承装试验设备和人员的外部壳体，航天院交由哈工大和我公司联合承制，该容器有四种五件特大形不锈钢封头，最大封头直径为Φ12米（2台），封头共重107吨，加工费204.5+17=221.5万元，加上材料费折合值约700万元，制造工期短，技术难度大。我们采用了价值工程手段圆满完成制造任务。

1 选题理由

KM6这些封头直径特大，真空容器的制造质量要求高，又是不锈钢抛光板，国内从未干过，制造工期要求又急。因此，如何确保封头制造质量，设法降低成本，按期完成任务，就是个突出问题。对此单纯从技术上考虑是不能达到这些要求的，我们运用价值工程手段，选择最佳制造工艺方案和生产组织方式，以保证任务的完成。

2 对象选择

承压容器产品的产值（价格）一般是由产品重量，材料和制造难度来决定的。

KM6封头共有五种六件：其中？准12m封头重量最大（85t），重量比最高（70%），制造难度也最大，所占费用也最高（162.15万元），因此把它作为价值工程分析的重点。

3 要因分析

影响产品成本的因素很多，通过分析，较重要的因素有：材料费，工装费，工时费，能源费，管理费等五种，估算其成本构成见图1（以？准12m封头为例）。

由图可知，材料占据的成本最多，因此，必须把价值分析的重点放在合理用料上，且相应降低其它等各项费用，具体如何降低成本，必须从产品功能分析入手。

4 功能分析

4.1 功能定义 封头是试验装置中的承压元件，因此，封头的功能可简单的定义为：模拟实验，为了实现封头的这个基本功能（上位功能），还需要有下位功能和保证条件，见图2。

4.2 功能评价 产品（封头）的价值取决于实现所要求的功能所花费多少成本，以便找到更好实现功能的手段，这就需要进行功能评价。

从产品的功能系统图可知：产品的基本功能是通过其下位功能和保证条件而获得的，保证条件中的设计（封头形状尺寸和选材）已经在航天设计院（甲方）的图纸中得到保证。作为制造公司，主要是实施，即提供购买合格材料，确定合理用料方案，制定合理工艺和组织生产，加强质量控制保证制造质量，按期交货给乙方（哈工大），且使得这些封头能在使用现场顺利地组装焊接。因此，便于组焊就是用户所要求的功能。功能评价应是评价产品的制造质量，而不必去评价产品的所有功能，也就是说：把功能中的精心制造及其保证条件（F1～F7）作为改善对象，从而达到顺利组焊（F0）的目的。

为了保证产品的制造质量，必须对其保证条件（F1～F7）进行功能评价，现采用对比强制评分法来确定这些保证条件的相对重要性，并求得各项重要度系数f。

一般来说，功能重要程度较高者，其所占成本比重应较高。由于产品功能是以产品制造质量表现的，故难以计算出各功能的具体成本，现采用功能成本对比分析法，对功能成本进行对比打分，求出各功能（F1～F7）成本所占比重，进而计算出价值系数。见表1。

4.3 评价分析 从见表1可以看出：①价值系数V2V3V4和V7接近于1，或略大于1，其功能成本分配基本合理。②V6>1说明其成本较低，这是因为抛光面是钢厂完成的，制造公司只需保护好抛光面不受到损伤，虽然其重要程度较高，但保护费用并不高，即功能成本比系数较低（C6=0.067）。③V5

因此，必须设法合理排板，减少用料，即能降低成本，又能保证制造质量，这也是我们价值工程研究的重点。

5 方案创造及评价

5.1 明确封头制造精度 四种大型封头，直径虽不同，其制造精度要求却基本相同，故方案创造主要是针对难度最大的是两件Φ12m封头。

瓣片的制造精度有：①瓣片成形曲率准确；②瓣片各边和对角线尺寸（弦长和弧长）划线准确；③瓣片各尺寸和坡口切割精确；④内表面抛光面保护好；⑤对口处的坡口尺寸角度符合公差要求；⑥各瓣片对口处圆滑过渡、棱角度小，错边量小；⑦封头顶圆同各周瓣连接良好；⑧封头整体预装后的直径、周长、高度、断面平度等符合要求；⑨封头内表面抛光面保护好，不得施焊。

5.2 封头分瓣与排板

5.2.1 椭圆近似画法 理论上椭圆形封头的曲率半径是逐点变化的，如此大的封头在实际工程中难以制造出绝对椭圆形，为此，必须寻找偏差最小的近似椭圆的曲线，通过数学推导和计算机模拟的技术攻关，终于找到由封头顶圆半径R和转角半径r组成的近似椭圆曲线，即R=0.8415D和r=0.1285D（其夹角为60°，D为封头内径），其相对椭圆曲线偏差约为E=0.5%D，低于封头技术要求中所允许的1%D。这个技术突破也为为封头合理排板打下了基础。

5.2.2 封头分瓣与排板方案 从减少焊缝和方便现场安装出发，封头分瓣数愈少，瓣片越大就越好，然而这个封头直径太大，封头瓣片大了会给板材订购、胎模加工和封头压制带来困难，影响封头制造精度和增加产品成本。另外考虑尽量借用和改制现有胎模，减少设计制造新胎模，因此，封头分瓣数和瓣片大小应适当，且还要通过合理排板节约板材，为此，我们理出三种方案进行比较。其中椭圆形封头顶圆的足球瓣结构为国内首创。（表2）

5.3 方案评价 比较封头排板的三种方案，很难作出具体而合理地选择，需要结合产品组焊功能（F0）所要求的制造精度功能（F1～F7）和产品成本主要组成项目，再进行经济评价和技术评价。见表3，表4。

5.4 评价结论 从以上经济和技术等评价表明，方案Ⅱ的得分最高，理应优先采用，我们召集了用户和和专家参加的联席会议，大家认为方案Ⅰ的板面较宽且长，需国外订货，价高期长。方案Ⅲ焊缝太多，增加现场焊接难度和工作量，故一致认为宜采用得分最高的方案Ⅱ。Φ12m封头分瓣见图3。

6 方案实施

根据选定的方案Ⅱ，进行封头的各项技术准备工作。

6.1 封头图纸准备 根据航天院原图和技术要求，运用我公司确定的近似椭圆参数（R、r值）和封头顶圆的足球瓣排板方案，绘制可供生产的施工排板图和零部件图。

6.2 技术准备 根据图纸编制各封头的工艺路线和制造检验工艺卡，对封头制造的技术难点进行攻关，还编制了较为详尽的工艺守则，例如制造过程中不锈钢抛光板保护措施。

6.3 工装设计 考虑封头各制造工序所需工装，主要是压形模，等离子自动切割胎，预装用具和各种检测工具等，首先是考虑借用和可改制原有工装（共7件），尽量做到通用，以求降低成本。

6.4 材料复验 提出购买符合封头技术要求和排板尺寸的不锈钢抛光板。为了确保封头质量，进厂后还需进行有关复验。

6.5 组织生产 由于这些封头制造工艺比以往要求严，预先向制造车间进行技术交底，明确要点和难点，以利精心操作。为了减少瓣片周转时间，避免吊运碰伤、失稳变形和铁元素对不锈钢的污染，我们打破公司惯例，安排在一个车间的专用场地内组织制造封头，即有利于协调解决生产中出现的问题。又减少了管理费用。

6.6 质量控制 按制造检验工艺卡对各个工序进行质量跟踪控制。

如此井井有序地攻克了各个难关，保证了封头预装任务的完成。通过航天院和哈工大的专家和锅检所等联合检验，认为封头质量达到技术要求，鉴定合格，签字验收。

7 效果评价

现把以往惯用的方案Ⅰ同新创用的方案Ⅱ，仅就材料和所用工装两项进行成本费用对比（见表5），只计算两个Φ12m封头。

从表6（Φ12m封头新旧方案排料计算和所需工装），计算得到比较结果，Φ12m封头共节约：

材料：8.3吨，并加上国内外差价，合计折合58万元。工装34.5吨，折合15万元。

若考虑节约能源，工时及其他等按11%计：（58+15）×0.11=8.03万元；

价值工程活动费按节约费用的2%计：（73+8.031）×0.02=1.62万元；

共节约费用：58+15+8.03-1.62=79.41万元；

（其中社会效益58万元，企业自身效益21.41万元）；

若把其它封头和附件计算在内，合计制造成本约89.63万元；

即盈利221.5-89.63=131.87万元（企业效益）。

哈工大原拟全向国外购料157t，折合486.7万元，现实际用国产料145.5t，折合407.4万元，节约79.3万元（社会效益）。

8 经验和体会

对于体形大，重量高，材料较贵重，产值高，制造工艺复杂的产品，不宜立即进行技术准备工作，而是应当考虑和选择最佳工艺制造方案，应该运用价值工程等先进的技术经济的原理和手段，找出影响产品制造质量功能和成本的主要因素，针对这些因素，采用功能成本对比分析法，进行功能评价和成本分析，并在此基础上进行方案创造和评价，选择最优方案，从而保证产品功能（质量），降低产品成本。

从事技术工作的人员，应勇于创新设计和改革旧的工艺方法，例如这次采用了国内首创椭圆形封头的足球瓣结构。打破产品原跨车间生产旧习，提高了生产效率。因此，要学习和掌握好价值工程，树立全局观点，将提高质量和降低成本有机地统一起来，行使好成本否决权，真正地做到优质、高效、低耗、安全、更有效地提高产品效益。为我国航天事业作出了贡献。

参考文献：

[1]夏淑秋，刘宏丽，朱军.特大型不锈钢椭圆形封头的制造工艺[J].石油化工设备，1996，（5）：43-46.

[2]朱军，刘宏丽，梁红卫.近似椭圆封头的偏差[J].中国化工装备，2001，3（1）：22-28.

[3]朱军，王金环，刘宏丽.特大型椭圆封头的分瓣计算[J].化工设备与管道，2001，（38）5：19-20.