常州钣金企业材料成本的控制
材料成本控制是钣金制造中的一个经久不衰的话题，无论企业一年消耗多少板材，在制造成本中材料成本都是一个不可忽略的数字。常言道“知己知彼，方能百战不殆”，如果清楚了解钣金制造的过程和方法，控制材料成本对企业来讲也许并不困难。对一些产品利润本来就微薄的企业，成本的任何波动可能危及到企业的生存；而对于那些产品有着丰厚利润的企业，材料成本关系到工厂的竞争力以及企业经营管理所处的水平。
问题在哪里
如果是由工厂的工程师来回答这个问题，钣金材料成本的控制一定是在下料环节。服装套裁就是一个很好的例子，图1 中的纵坐标表示成本，横坐标表示工序。蓝色曲线表示的是材料成本，它在一开始就处于较高的成本位置。随着工序的增加，材料成本会有小幅上升，反映了制作过程中需要消耗一些材料，如口袋布、针线等。实际上制作一件衣服所需布料在第一次裁剪时就已经确定了，接下来最多可以节省的是一些边角料。
图1 服装套裁的成本曲线
通常在裁剪或下料之前是需要在坯料上划线或排样的，对工厂来说就是要做工艺计划，或者是在报价之前核算成本，因此“下料”只是“工艺计划”的执行环节。
到现在为止，这个问题还不是很复杂，因为我们还没有去讨论如何“控制”。一般意义上，“控制”是指根据某种条件和目标，对生产施加某种影响的方法。从图2 来看，如果没有反馈，生产系统就是一个完全开放的系统。简单地说，就是将“目标”看作制定的“计划”，而“反馈”视为对“计划”执行的检查。
图2 生产控制示意
那么工厂的下料流程会是怎么样的呢？图3所示的是两种下料流程，一种是剪切下料，另一种是切削下料。在剪切下料中，先将材料裁剪成条料，然后再由压力机进行冲切落料，或者直接由剪板机剪切下料。
图3 剪板和切割下料的一般流程
在一些工厂中，“排料优化”或“套料”被视为工厂对材料成本的控制，但其实这只是生产中采用的某种加工方法而已，因为没有设置要控制的目标，也没有对生产中的材料成本进行比对、调整或施加任何控制措施。
排料优化就是将展开的钣金零件在一个给定边界的平面区域内按照某种加工工艺要求进行排列或优化布局，如图4 所示。排料优化可以使零件的排列更加紧凑，提高材料的利用率，是工厂优化材料利用率的一个重要方法。但这个方法不能代替工厂所应实施的材料成本控制，图3 的生产流程中没有确定的控制目标，也没有设置对偏离目标进行反馈和调整的机制。我们所说的“机制”就是工厂对材料成本控制的方法，因此这样的流程依靠的是系统本身的性能和操作者的责任心。这就好比我们努力学习，但从不参加考试一样。
图4 多零件切割排料优化
为了确定生产的物料需求，一些工厂在实际下料之前，会根据订单对材料的定额进行规划，再由车间进行下料，基本流程如图5 所示。
图5 有工艺计划的生产流程
与上文提到的两种下料流程完全不同的是这里引入了“计划”，并通过计划对材料进行了下料“控制”。然而，这个看似完美的生产流程其实存在较多的问题。
⑴采用矩形包络计算材料的定额与实际下料的套料优化结果有很大的误差。
⑵根据这样的工艺规划确定的产品定额，产品定价的竞争力不强。
⑶车间领料需根据工艺规划，必然是材料领取的数量多于实际下料的数量。一些工厂的做法是完工后将多领的材料进行“退料”处理，称之为“倒冲法”，由此可见材料成本控制是在比较宽松的条件下进行的。
⑷材料成本是根据原材料库存的盘点来进行计算的，也就是在一个计划期内看库存的材料消耗了多少，由此分摊到生产的产品上进行成本核算。
这样的生产流程有许多奇怪的现象，为什么在工艺规划时不采用更为精确的套料优化进行材料定额的确定？车间领料为什么不是根据实际套料需要的数量，而是采用“多退少补”的操作？既然下料可以计算生产订单的材料消耗，为什么订单的材料成本要根据库存消耗来计算？
产生的原因
显然，我们原以为比较简单的问题此时变得复杂了，造成这些奇怪现象的基本原因是在工厂生产经营的每个环节采用了不同的计量“单位”。企业资源计划在钢材的计算、采购和库存管理中采用的计量方式是材料的重量（公斤或吨）；对每个钣金零件，企业关心的是零件工艺展开后需要多大面积的坯料；零件套料优化的结果是加工这批零件需要多少张某种规格的矩形板材。每个环节上，我们都会得到一张材料需求列表，但是这些列表所用的计量单位却不同。
实际上，我们遭遇到了制造管理中比较深层次的问题，企业的一些规则可能导致工厂在材料管理方面的失控。按照图6、图7 所示，生产前需统计订单中的钣金件及其数量，这样的列表习惯称之为制造BOM。在生产中需为这批零件准备加工的坯料，坯料通常是某种规格的矩形板材。按照材质、板厚领取板材，并产生一张领料BOM。这时我们发现，物料从一个个有不同几何形状的零件转变为一批不同材质和规格的板料，一个订单所需下料零件的数量对应了一批板材的张数，这个转换称之为BOM 的变异。在钣金工厂里，这个变异并不止于此，采购员会根据物料需求购买钢材，在ERP 中钢材是按照“公斤”或“吨”为重量单位进行计算和管理的，工厂采购的原材料可以是已经剪切的矩形板料，也可以直接是卷料。
图6 物料转换中的误差
图7 生产中钣金物料的扭转
到此，大家也许已经发现问题的原因了。通常，轧制钢板的厚度是允许在一定公差范围内变化的。采购员不得不将需求的板材换算为一定重量的钢材，并保证采购的钢板满足零件的生产数量；工艺师用包络矩形估算用料面积，还要考虑工艺搭边；工厂的库存管理只是按照重量记录进出库的钢板；生产是按照估算的钢板数量领料的，还必须保证满足生产使用；机床下料时虽然有排料优化的功能，遗憾的是我们并没有设置需要达到的目标。整个生产中的各级人员都按照“宁多勿少，保障生产”的原则，从计划到下料为材料的消耗给出了非常“宽松”的提升余地。
现在让我们简单归纳一下。
⑴制造过程中的多次“流转”造成BOM 的变异，并因物料计量单位的差异无法建立一致性物料控制目标。
⑵虽然生产各个环节存在某种运行机制，但整体衔接存在较大误差，因此，工艺师估算材料需求的方法与车间下料的排料方法不同；ERP 只是关心一个周期内库存的材料消耗，但对下料这一物料消耗的执行环节没有任何约束；物料采购计量单位的转换造成误差；下料车间领料采用了无约束的“多退少补”方式。
解决的办法
工厂的物料一般可以分为可数和不可数二大类，比如油漆、砂子、钢材就被归为不可数的物料类。如果要求工厂的经营管理系统将钢材的采购、库存按照可数的方式管理，比如生产需要的板材张数甚至细化到每一张钢板，我们就不得不改造现有的管理系统，甚至工厂的供应链，这里的问题并不是那么简单。但对钣金制造工厂来说，制造的成本又必须有一个有效的控制方法。
这看上去有点棘手，那么问题在哪里呢？从图8 描述的流程上，我们可以看清楚材料成本无法建立控制的原因。在橙色的物料流程平面上，可以看到生产订单下达后，工艺师会对订单所需的材料定额做一个规划，MRP 会根据生产需求和现有库存产生一个物料需求清单。在这个流程中，物料清单虽然发生了变异，计量单位从零件个数、板材张数变换到钢材的重量，但这些“误差”都没有改变物料的真实消耗，只是影响了库存数据，或者是影响了下一个MRP 产生的清单。
图8 不同系统的自制解决方法
按照这样的思路，原先复杂的流程被简单地划分为两个部分。理想情况下，如果我们希望制造中的材料成本得到有效控制，只需要改进图8 中蓝色平面上的业务流程就可以轻松实现。
首先，必须建立材料成本的控制目标，采用排料优化的手段规划订单下的材料定额。这个工作由工艺师完成，而下料车间不再重复排料的计算。其次，在下料这个执行环节应当严格执行工艺计划给定的目标，即根据工艺规划的板材数量从库存领取生产订单需要的板材。同时，下料的完工记录必须返回到生产管理系统中与材料定额进行比对。
在蓝色流程平面上，物料始终保持“可数”的计量方式；BOM 从零件数量到板材数量发生了变异，但没有误差；领料按照计划板材数量领取，库存按照实际钢材重量出库，两者产生的计量误差与材料成本控制无关；排料优化由工艺师完成，且只做一次，并作为下料过程中材料消耗的唯一依据；加工中的任何报废都会体现，因为没有领取多余的板料。也就是说，制造材料的成本处于“可控”的状态。
结束语
如何有效控制和优化材料成本是钣金制造行业的热门话题，讨论的焦点大多数是如何进一步改进排料优化的算法，或者是更新现有的管理系统。从上述可以看到，钣金物料在生产流程中会产生多次流转或变异，正是这些“误差”模糊了物料成本控制的关键因素。
