价值工程在机床改造中的应用
摘 要：主要探讨应用价值工程（VE）的基本方法，并进行定量的技术经济分析，从而为企业在大型机床改造中提供最佳的方案和决策。
关键词：价值工程 技术经济分析 机床改造
深圳华亚数控机床有限公司是生产精密数控铣床的专业机床厂，铣床的横梁、立柱及床身的镶钢导轨都必须在专用磨床上进行周边磨削加工，这样就要求专用磨床的移动部件定位精度高，并采用有预加负荷的滚动镶钢导轨结构。为此，公司制订了一项购买或改造专用精密磨床的规划，规划有三个方案可供选择：一是国内订购；二是国外订购；三是自行改造，即在原工作台长度为6m的B2160型龙门刨床结构的基础上，自行设计和改造成龙门周边导轨磨床。
本文探讨应用价值工程（VE）的基本方法，进行定量的技术经济分析，从而提出可供选择的三个方案中的最佳决策。
一、概况
1.基本要求
按公司新产品的品种和规格，需要磨削加工2～4m长度的各类数控铣床的横梁、立柱及床身的导轨等，加工精度要求为：
（1）磨削表面的直线度误差不大于0.005mm/1000mm。
（2）磨削表面粗糙度为Ra=0.8～0.4μm。
（3）机床的性能和精度稳定，操作方便，安全可靠。
2.质量、规格与价格
国内外有不同规格的龙门式周边导轨磨床产品，性能和精度指标也不相同。如国产质量较优的MM52125A型龙门导轨磨床，当时的售价约为95万元人民币；而被公认为世界上质量最优的德国WALRICHCOBURG公司生产的同类产品的售价约为120万美元。
3.方案的初步选择
如果向国外订货，其质量与规格都可以满足加工精度要求，但因价格昂贵，时间也比较紧迫，故排除作为选择方案。上述MM52125A型龙门导轨周边磨床，其磨削表面精度最高可达0.005mm/1000mm，表面粗糙度达到Ra=0.4μm，机床结构也比较先进，所以，可以考虑作为选择方案（方案1）。
利用企业自有的B2160型龙门刨床，在其五大件基础上，进行设计改造成为龙门式周边导轨磨床，从时间上能获得较快的效果；且该机床已经运行十多年，各大件及床身基础结构（铸件及混凝土基础）的内应力趋向稳定，再考虑到该设备在车间安装有利于磨削的工作环境，对加工精度影响较小。因此，认为在这台龙门刨床的结构基础上，设计改造成为龙门周边导轨磨床，也是一个可选择方案（方案2）。
4.改造成本预测
龙门刨床改造为龙门周边导轨磨床，需增添许多必要功能，要设计改装及增加一些零部件（图1）。增添或改造项目如下：
（1）设计制造（或购买）主磨头和垂直磨头及砂轮修正器。
（2）提高工作台传动机构的若干零部件及其导轨副的精度。
（3）将横梁上刀架进给机构的交流电机改为直流电机组，并用可控硅（KB）电柜供电和调速，以实现磨头微量进给和修正砂轮。
（4）增添工件及砂轮的冷却系统。
（5）增设床身、横梁导轨的防尘移动护罩。
按此估算，改造费用为15万元人民币，若再考虑B2160型龙门刨床的实际价格（当时约为60万元）、折旧费（约为19.8万元），则计算出改造的总费用约为55.2万元人民币。
二、功能分析
为了实现周边磨削，并达到所要求的磨削质量，改造后的磨床必须具备以下功能：
1.主磨头转动
用于磨削主平面，采用短三瓦强迫循环式动压轴承结构，能保证主轴回转精度在0.005mm以内。
2.垂直磨头转动
用于磨削侧平面，采用高精度滚动轴承结构。
3.工作台运动
用于工件主运动即往复直线运动。B2160型龙门刨床已经具备这个功能，改造工作只是提高传动件如传动齿轮、联轴器、工作台传动的齿条及工作台导轨副的运动精度等，以满足周边磨削的要求。
4.走刀运动
用于磨头水平走刀、垂直走刀和快速移动，其中除间歇和快速进给保留原龙门刨床功能外，另外要增添直流电机组及可控硅（KB）调速供电电柜，以获得连续及微量走刀的功能要求。
5.横梁运动
用于安装及移置磨头，并达到磨削不同高度工件时的定位精度。全部保留龙门刨床的原有功能。
6.工件冷却
用于消除磨削过程的工件和砂轮发热，防止工件产生较大的热变形。
7.导轨保护
用于保护床身及横梁导轨不被磨损，以保证机床使用精度的持久性。
图1为磨床功能系统图。nextpage
三、功能评价
选择购置国产MM52125A型龙门导轨磨床与自行改造MB2160型龙门导轨磨床的功能对比，进行逐项评价（采用加法评价法）。
1.功能重要度评分
功能重要度是用以衡量每个部件对于满足整机功能所占有的重要性程度。根据磨头、工作台、床身、进给系统等部件构成整机功能重要性程度，分别评分如表1所示，总评分为∑F=362。
2.功能满足度评分
在表1中，对两个方案的功能满足度已经给予评分。需要指出的是，这是一种预测的方法，所以应考虑周到，力求准确，它是应用价值工程原理进行定量技术分析的前提。
表1中的下栏已经统计出∑F（MM）、∑F（MB）的功能满足度评分，功能满足率计算如下：
四、方案评价
1.定性评价法
见表2所列的两种方案的主要性能及技术经济指标的比较。nextpage
定性的某几项主要性
比较分析后得出结论：改造方案（方案能和技术指标比新购方案（方案1）有所降低，但是，其加工工件尺寸范围加大，且费用的降低更为明显。所以，在主要性能和技术指标基本能满足生产工艺和加工精度的要求前提下，采用改造方案在经济上合算一些（功能价值VMB2160大于VMM52125A）。
2.定量评价法
参考表3所列的数据。费用降低率的计算公式：
根据方案2，即自行改造MB2160龙门导轨磨床的结果是：功能价值大，即1.471/万元大于0.951/万元；且费用降低率较大（与方案1比较），其值为41.9%。
五、方案的最终确定
根据价值工程原理对方案决策中的三个决定因素，即功能、费用和周期，进行综合评价后，决定选择企业自行改造MB2160龙门导轨磨床的方案，该方案能获得在当前条件下较好的经济效益。
六、结论
采用以上决策方案，机床改造获得成功，能满足企业当前磨削精密数控铣床的横梁、立柱及床身镶钢导轨的工艺要求。方案决策中的预测指标与改造后的实测指标进行对比，见表4。
实践表明，在大型机床改造决策中应用价值工程分析方法，是一种有效的技术经济合理性分析方法，也是设备改造决策的重要手段。
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