（机械制造及其自动化专业论文）注塑模具capp系统工时定额模块的研究与开发.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 随着经济全球化和信息化技术的飞速发展，实现制造业信息化已经是一个主要的趋 势。工时定额计算的计算机化是制造业信息化的重要组成部分，是企业实现设计 ( c a d c a p p ) 、制造( c a m ) 和管理( m i s e r p ) 信息集成的重要环节之一，也是企业进行 生产组织、计划、核算和成本控制的重要依据。 由于模具制造一般以单件、小批量生产为主，这使得模具企业工时定额计算的计算 机化难以实现，也制约了模具企业信息化的实施。本文在现有注塑模具c a p p 系统的基 础上，对注塑模具零件工时定额计算的相关技术进行了深入的研究，并开发了注塑模具 计算机辅助工时定额计算模块。 利用成组技术，根据注塑模具零件的功能、缮树：工艺等特征对注塑模具零件进行 分类归族，并建立了一套有效合理的注塑模具零件信息编码系统，完成了工时定额系统 零件信息模型的建立，解决了计算机辅助工时定额计算的加工零件信息描述和输入问 题。 根据模具企业制造过程的特点和计算机辅助工时定额计算的工作原理，确定了注塑 模具计算机辅助工时定额计算系统的体系结构和功能模块的组成，基于模块化的设计思 想来组织体系结构，使系统便于维护和扩展。针对工时定额标准数据的特点，建立了工 时标准数据库，为直接引用标准数据进行工时定额计算打下基础，也有利于企业工时标 准的建立和维护。 在对目前计算机辅助工时定额计算中常用算法分析的基础上，提出了基于成组技术 的混合型工时定额计算方法。此外，本文还着重研究了基于神经网络技术的工时定额计 算模型，并采用m a t l a b 语言构建了定额计算网络，为工时定额计算的信息化探索出一 条新路。 本课题应用以上研究成果开发了针对注塑模具的计算机辅助工时定额计算系统，并 通过实例运行说明了该系统的设计特点和操作过程。该系统操作简单、计算结果准确， 对实现模具企业的信息化具有十分重要的意义。 关键词：工时定额；注塑模具；信息模型；神经网络 注塑模具c a p p 系统工时定额模块的研究与开发 s t u d ya n dd e v e l o p m e n t o nt h et i m eq u o t am o d u l ef o r i n j e c t i o nm o u l dc a p ps y s t e m a b s t r a c t w i t he c o n o m yg l o b a l i z a t i o na n dh i g h - s p e e dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i z a t i o n h a sb e c o m ea l e a d i n gd e v e l o p m e n t t r e n d t i m eq u o t a c a l c u l a t i o ni n f o r m a t i z a t i o ni sa l li m p o r t a n ti s s u eo fm a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i z a t i o n i ti sn o t o n l yan e c e s s a r yp a r tf o ri n t e g r a t i o ns y s t e mo fd e s i g n ( c a d c a p p ) ，m a n u f a c t u r e ( c a m ) a n d i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ( m i s e r p ) ，b u ta l s oac r u c i a lb a s i sf o rp r o d u c t i o np l a n n i n g ， a c c o u n t i n ga n dc o s tc o n t r o li ne n t e r p r i s e s b e c a u s eo ft h es i n g l e p a r ta n ds m a l l - b a t c hc h a l a e t e r i s t i c so fm o u l dp r o d u c t i o n ，t i m e q u o t ac a l c u l a t i o ni n f o r m a t i z a t i o ni sd i f f i c u l tt oc a l t yo u t ，a n dt h ei n f o r m a t i z a t i o no fm o u l d e n t e r p r i s e si sr e s t r i c t e d b a s e do nt h ee x i s t i n gi n j e c t i o nm o u l dc a p ps y s t e m ，t h ec o r r e l a t e d t e c h n o l o g i e so fi n j e c t i o nm o u l dt i m eq u o t ac a l c u l a t i o na r es t u d i e dr o u n d l y ，a n dac o m p u t e r a i d e dt i m eq u o t ac a l c u l a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e di nt h ep r o j e c t 1 1 1t h i sp a p e r , a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n , s t r u c t u r ea n dp r o c e s sf e a t t l r c so ft h ei n j e c t i o n m o u l dp a r t s ，g r o u pt e c h n o l o g y ( g t ) i su s e dt oc l a s s i 母i n j e c t i o nm o u l dp a r t s a ni n j e c t i o n m o u l dp a r t si n f o r m a t i o nc l a s s i f i c a t i o nc o d i n gs y s t e mi se s t a b l i s h e d t h ep a r ti n f o r m a t i o n m o d e lo ft h ec o m p u t e ra i d e dt i m eq u o t ac a l c u l a t i o ns y s t e mi ss e tu pa n dt h ep r o b l e mo fp a r t i n f o r m a t i o nd e s c r i p t i o na n di n p u ti ss o l v e d a c c o r d i n gt ot h em a n u f a c t u r ec h a r a c t e r i s t i c si nm o u l de n t e r p r i s e sa n dt h ep r i n c i p l e so f t h ec o m p u t e ra i d e dt i m eq u o t ac a l c u l a t i s y s t e m t h es t r u c t u r eo f t h es y s t e ma n dt h ef u n c t i o n m o d e la l ec o n c e i v e d i nt h el i g h to f c o n c e p t i o no f m o d u l a r i z a t i o nd e s i g n , t h i ss y s t e mc a l lb e e a s i l ym a i n t a i n e da n dc 】( t e n d e d b a s e do na n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h es t a n d a r dd a t ao f t h et i m eq u o t ai nd e t a i l t h es t a n d a r dd a t ad a t a b a s ei se s t a b l i s h e dt h a tc a l lb eu s e dt oa c c o u n t t h et i m eq u o t ad i r e c t l yo nt h eb a s i so ft h es t a n d a r dd a t a i ti sa l s op r o p i t i o u st oe n t e r p r i s e s e s t a b l i s h i n ga n dm a i n t a i n i n gt h ec r i t e r i o no f t h et i m eq u o t a t h r o u g ha n a l y z i n gt h ec u r r e n tm e a s u r e m e n t so ft h et i m eq u o t ac a l c u l a t i o n ，t h et i m e q u o t ac a l c u l a t i o nm e t h o do nt h eb a s i so fg r o u pt e c h n o l o g yi sp r c s e n t e d am o d e lf o rt i m e q u o t ac a l c u l a t i o nb a s e do na r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ki se s t a b l i s h e da n dr e a l i z e d b yu s i n g m a t l a bl a n g u a g e ，t h et i m eq u o t ac a l c u l a t i o nm o d e li sd 韶i g n e da c c u r a t e l y an e ww a yo f t i m e q u o t ac a l c u l a t i o ni n f o r m a t i z a t i o ni se x p l o r e d 大连理工大学硕士学位论文 a p p l y i n gt h et h e o r i e sm e n t i o n e di nt h ef o r m e rs e c t i o n s ，a ni n j e c t i o nm o u l dc o m p u t e r a i d e dt i m eq u o t ac a l c u l a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e di nt h i ss u b j e c t a tl a s t ，a ne x a m p l ei su s e dt o e x p l a i nt h ed e s i g nc h a r a c t e r i s t i ca n dt h ep r o c e s so ft h es y s t e m t h es y s t e mc a nb eo p e r a t e d e a s i l ya n dt h er e s u l t sa l ea c c u r a t e i th a sa l li m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et o t h er e a l i z a t i o no f i n f o r m a t i z a t i o ni nm o u l de n t e r p r i s e s k e yw o r d s ：t i m eq u o t a ：i n j e c t i o nm o u l d ；i n f o r m a t i o nm o d e l ；n e u r a l n e t w o r k 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：瑟魏 日期：垒丑：l 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存s u r e 编学位论 文。 作者签名：鸯l 毳作者签名：型k 趁 导师签名：昂呖钞导师签名：生! 兰塑兰 五匠年l 月厶日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 前言 随着经济全球化和信息化技术的飞速发展，产品生产要求快速、小批量、多品种等 特征日趋明显，传统的制造业正面临着新的挑战。针对这种形势，制造业相继提出了许 多新的制造模式和理念，如计算机集成制造( c i m ) 、并行工程( c e ) 、产品数据管理 ( p d m ) 、制造资源规划( m r p - ) 、企业资源计划( e r p ) 等等。这些先迸制造模式 和系统的正确实施一方面促进了企业向现代化企业模式的转变和发展，另一方面加速了 制造业整体信息化和集成化的进程。 制造业的总体目标是为了达到t i m e ( 产品上市快) 、q u a l i t y ( 高质量) 、c o s t ( 低 成本) 、s e r v i c e ( 优质服务) 。要达到这个目标就一定要解决制造业信息化建设中的瓶 颈问题信息的集成和共享问题，即在制造企业中实现设计部门的和管理部门之间数 据信息的集成。制造企业的设计和生产准备时间往往占了整个产品生命周期的7 0 ，因 此，实现部门之间、企业之问信息的集成和共享是制造业信息化建设的关键 “。 制造业信息化的内容很多，主要包括设计信息化、制造信息化、管理信息化等。工 时定额计算的计算机化是设计信息化中的一部分，同时也是制造业信息化中不可缺少的 一项内容。 1 2 工时定额概述 1 2 1 工时定额概念 工时定额( t i m eq u o t a ) ，是在一定的生产技术和组织条件下制定出来的充分利用生 产设备和工具，合理的组织生产和有效地运用先进经验，完成单件产品生产或单项工序 作业的必要时间消耗，工时定额以时问为度量尺度，并且通常以工序为计算单位而制定 工序工时1 2 i 。在国外，有时也将工时定额称作“标准时间”，b p s t a n d a r d t i m e t3 1 。 工时定额，一方面是以时间为单位的劳动定额的基本形式之一；另一方面它又属于 企业管理范畴，是一种以工业生产的作业系统为对象的工业工程学应用技术，主要研究 作业时间的利用与消耗的规律4 1 。- 1 - 时定额研究要涉及生理学、工效学、管理学、统计 学、系统工程和工程技术等知识和技术，研究对象包括：工艺( 流程) 、自然过程、劳动 过程、工序、生产工人( 操作和动作) 掣5 1 。工时定额管理的基本研究内容有以下两点： ( 1 ) 研究在各种不同生产组织和技术条件下，工时消耗变化的规律，有科学依据地 制定生产对象的时问定额。 注塑模具c a p p 系统工时定额模块的研究与开发 ( 2 ) 与方法研究紧密联系，不断地分析由于各种原因引起的工时损失，努力消除无 效工时，或者将无效工时变为有效工时。 1 2 2 工时定额的组成 工时定额一般分为两种：工序工时定额和批量工时定额。工序工时定额是指在一定 生产条件下完成单个零件一道工序所消耗的时间，在工艺上又称为单件时间定额( 单件 定额) ；批量工时定额是指一批零件完成一道工序所消耗的时间，又称批量时间定额( 批 量定额) 。工时定额主要由基本加工时间、辅助时间、旆置工作地时| 日j 、休息和生理需 要时间、准备与结束时间组成。基本加工时间和辅助时间构成了工时定额的作业时间： 布置工作地时间、休息和生理需要时间构成了工时定额的宽放时间【6 】。如图1 1 所示。 r 三布 l准终时间，准终【休息和生理需要时问t悼 一2 一 大连理工大学硕士学位论文 宽放时间，主要受到工艺条件、工作条件、管理情况，以及工作繁重程度和劳动危险性 等非量化因素的影响甜。不同企业或者不同作业的宽放时间是有很大差异的。 宽放时间，一般是以对比于作业时间的百分比系数的形式进行规定的。确定标准宽 放系数的主要方法是工作日写实和工作抽样法，即通过对整个工作日工时利用的观测和 分析，以得到合理的工时宽放系数罔。一般情况下，设备情况越好、工艺条件越先进、 管理水平越高，宽放时间的比例越低，否则越高。宽放时间t 宽放包括布置工作地时间t 布 与休息和生理需要时间t 棣。 布置工作地时间t 布 布詈工作地时间又称工作地服务时间，它是为使加工正常进行，工人照管工作地( 如 更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等) 所消耗的时间。布置工作地时间很难精 确估计，一般按所占作业时间t 柞百分比( 约2 一7 ) 计算，不同的企业按实际情况选 择不同的百分比。 休息和生理需要时间t 休 休息和生理需要时间是工人在工作班时间内为恢复体力和满足生理上的需要所消 耗的时间，这部分时间并不影响作业本身，而是保证工人工作舒适所必需的时间。这部 分时间一般按所占作业时间t k 的百分比( 约2 - - 4 ) 计算。 ( 3 ) 准终时间t 准嚣 准终时间是指工人为了生产一批产品或零、部件，在生产前进行准备和生产完成后 进行结束工作所消耗的时间。准终时间对一批零件只需要一次，零件批量n 越大，分摊 到每个工件上的准终时间就越小。 一般在单件生产或大批量生产的情况下，都不考虑准终时间，这是由于在单件生产 时所需准终时间比较少，可以忽略不计；在大批量生产时，虽然准终时间比较多，但由 于零件批量n l l ：较大，分摊到每件上的准终时间( k 臻n ) 仍然很小，也可以忽略不计。 综上所述，单件工时定额的计算可以归结为以下三种情况： 单件生产条件下： t 定额= k + t 辅+ t 宽掖= + t 辅+ t 布+ t 体 ( 1 1 ) 大批量生产条件下： t 定额= t 基+ t 辅+ t 宽放= t 基+ t 辅+ t 布+ t 体 ( 1 2 ) 成批生产条件下： 注塑模具c a p p 系统工时定额模块的研究与开发 t 定额= k + t 辅+ t 宽放+ 瓢终= 龟+ t 辅+ t 布+ t 休+ t 准终j ( 1 3 ) 1 2 3 工时定额的意义 工时定额是企业信息化管理的一项基础性工作，是企业进行科学化、标准化管理的 必要手段，是现代企业管理制度的重要组成部分。同时，在模具生产过程中，工时定额 的制定关系到模具的成本核算、模具的制造周期及制造工人的经济效益等。其作用主要 表现在以下四个方面1 9 j 。 ( 1 ) 工时定额是编制企业计划、合理组织生产的基础 企业内的各项计划，如长远计划、产品年度计划、生产作业计划、生产准备计划、 工具制造计划、设备维修计划、成本计划等，均以工时定额作为一项重要依据。 工时定额规定了生产单位产品或完成某项作业任务的时间消耗量，它是组织各种相 互关联的工作在时间上配合和衔接的依据。只有依据正确的工时定额，企业才能合理的 分配设备与劳动力，才能保证企业生产连续地、协调地进行。 ( 2 ) 工时定额是改进生产技术，挖掘劳动潜力，提高生产效率的重要手段 从本质讲，工时定额管理也是效率管理，其主要作用是通过分析影响劳动效率的各 种因素，研究提高劳动效率的途径和措施，制定节约劳动消耗的政策、办法和标准，为 企业编制计划、组织生产、搞活劳动分配提供科学依据，最终达到提高经济效益的目的。 ( 3 ) 工时定额是企业内部进行成本核算，评价经济效益的重要依据 工时定额是成本控制中劳动消耗的标准量，是生产成本的重要尺度，是成本控制的 重要手段之一，同时还是制定产品价格的客观标准。没有科学合理的工时定额，就无法 组织核算，成本的盈亏也无法衡量，企业的经济效益也就无法度量。 ( 4 ) 工时定额是衡量职工贡献大小、正确贯彻按劳分配原则的必要尺度 工时定额是衡量工人劳动效益的客观标准。通过定额统计分析，可以直接反映出一 定时期内，工人的劳动消耗量和劳动成果的大小，同时能反映出工人的劳动技能和劳动 状况。因此，依据工时定额完成情况支付工资奖金，是贯彻按劳分配原则的最佳尺度。 1 2 4t 时定额制定时的要求 工时定额是合理组织生产、提高劳动生产率、进行成本核算和衡量工人贡献大小的 重要技术依据。工时定额制定的是否合理，对调动工人的积极性、保证产品质量、提高 劳动生产率都有重要影响。因此，工时定额的制定应该符合一下几点要求1 1 0 】： ( 1 ) 要保证工时定额的先进合理。工时定额应该保证平均先进水平，即使大多数职 工经过努力都能达到，部分先进职工可以超过，少数后进职工经过努力可以达到或接近 的水平。这样才可以起到调动职工的积极性，提高生产效率的目的。 大连理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 制定工时定额要有科学依据，要结合企业现有的生产条件，尽量做到定额的准 确。随着企业生产技术、组织条件、生产率的提高以及制造模式的变化，工时定额的制 定标准也应该随之发生改变。 ( 3 ) 要保证工时定额制定能够迅速及时。工时定额作为计划管理、组织劳动等的依 据，是属于生产准备的资料之一，必须在生产进行之前及时确定，以满足生产和管理的 需要。制订定额要快，这是定额本身的特点所决定的。 1 3 国内外研究现状及发展趋势 工时定额的计算是生产经营管理的主要基础工作之一，它是掌握生产进度情况、安 排生产计划、进行成本核算的基础，特别是在制造业信息化技术飞速发展的今天，制定 合理、精确的工时定额有着重要的实际意义。多年来，国内外在工时定额计算和管理方 面都作了许多研究性的工作。 国外在工时定额计算方面的研究起步较早，并且随着制造业向智能化、集成化和信 息化方向的发展，相应出现了计算机辅助工时定额计算系统【”】。自从十八世纪末的泰勒 ( t a y l o r ) 和十九世纪初的吉尔布雷斯( g i l b r e t h ) 夫妇倡导动作与时间研究起，一个多世纪 以来，动作与时间研究在美国已逐渐发展成熟，对生产起到了提高产量、质量和生产率， 以及降低成本的作用【1 ”。许多大学的工业工程专业都开设了相关课程；并且有许多相关 的研究机构，例如，生产与运作管理学会( b ! ! q ；! 业：q q 型：! ! g ) 、工业工程协会 ( b ! ! q ；z 曼型：i i ! 业! ：! ! g ) 等。计算机应用服务公司( a p p l i e d c o m p u t e r s e r v i c e s i n c ) 研 制开发的q u i c kt i m e sf o rb u s i n e s sp r o 是一种基于动作分解思想的手工任务时间定额的 专业测算软件系统。而s p e e d e s t i m a t o r p r o 是一种用于制定机械j l i 劳动定额标准的专业 工具，使用者可以利用s p e e de s t i m a t o r p r o 系统中的基本动作组来制定各类作业要素的劳 动定额，并且允许添加用户自定义的标准数据i l4 1 。 国内在工时定额计算和管理方面也作了许多探索性的工作。清华大学的洪湖鹏在 “通用化计算机辅助工时系统的研究和开发”一文中采用数据库来存储标准的工时定 额，运用混合法来计算工时定额。他在工时定额计算整体框架和数据库设计方面做了一 些开创性的工作，开辟了计算机辅助计算工时定额的先例，极大地促进了工时定额这一 课题的展开和深入。 西北工业大学的李鹏、张树生等在“成组技术在计算机辅助工时定额系统中的应 用”中采用成组技术，使用分类编码进行工时定额的查询，实际上这也是一种查表法， 只不过将成组技术应用于工时定额的查询中，大大简化了查表法繁琐的过程1 1 6 1 。 注塑模具c a p p 系统工时定额模块的研究与开发 姜锡光、于绍思和李锁良在“计算机制定工时定额系统中数学模型的建立”中探讨 了如何在实现计算机制定工时定额过程中，建立工时定额数学模型。由于影响工时定额 的因素主要是由非线性、多因素所决定的，因而要建立一个非线性、多因素的工时定额 数学模型还有很大的困难。 哈尔滨理工大学的李彦超从管理角度，在对目前的c i m s 工程、工时管理技术现状 分析的基础上，提出t c t m m l s 环境下的动态工时管理技术理论f 1 8 】。蔡永林针对传统时 间定额方法的不足，提出了基于典型零件确定时间定额的思想，并相应的分析了计算机 辅助时间定额系统的工作原理及过程1 1 9 1 。 西安理工大学的李淑娟提出了基于神经网络的无需工艺切削参数的依据c a d 特征 信息快速计算加工时间定额的方法，展现了人工神经网络技术在工时定额计算方面的广 阔的应用前景【2 0 】。民航西北空管局的朱历剐在“查表计算的人工神经网络方法研究” 一文中研究对比了神经网络计算与手工查表的计算精度【2 ”。 工时定额计算是c a p p 系统应有的基本功能之一。虽然，国内不少科研单位( 公司) 开发出了一些比较通用的c a p p 系统，但大多都没有工时定额软件模块，或者其功能不 太完善。且前，在工时定额计算方面做得较好的c a p p 系统主要有：开目信息技术公司开 发的k m c a p p 系统和华中理工大学机械学院研制的h z r e a p 系统等f 2 2 】。 k m c a p p 系统中提供了计算公式管理工具，允许用户添加各类计算公式，内置 有国标推荐的工时定额计算公式库。工时定额计算时，只需输入公式变量值，即可计算 出结果。 h z r e a p 系统中的工时定额子系统，由工时统计与输出，工时计算动态连接库 与工时计算数据组成。子系统采用数学模型法来计算工时定额，建立了工时计算动态连 接库。动态连接库中的每个函数对应一种加工方法中的一类特征的工时计算公式，这些 函数由工时计算预处理模块按预先设计好的逻辑来调用 2 3 1 。 通过以上的分析可以看出，随着信息化技术的发展和制造业信息化的实施，实现工 时定额计算的计算机化，即开发计算机辅助工时定额系统，将是今后工时定额制定方法 研究方面的重点和发展趋势。随着人工智能技术和计算机应用的发展和成熟，把神经网 络技术应用于工时定额计算也将为工时定额的制定提供新的发展方向。 1 4 课题来源及其研究的主要内容 1 。4 1 课题的背景与来源 现代企业大都以高质量、低价格、短周期为宗旨来参与市场的竞争，模具企业更是 如此。为了适应这种要求，实现模具企业的信息化管理将是一个重要趋势，而工时定额 大连理工大学硕士学位论文 计算的计算机化是其中重要的一环。长期以来，由于注塑模具产品生产批量小，品种多， 规范性差，工时定额标准难以制定，大多数模具企业主要依赖于手工，利用经验评估法， 根据经验对工时定额进行粗略的估算，难以实现计算机化，这也使工时定额失去了原有 的意义和价值【2 ”。因此需要开发一套适合注塑模具特点的计算机辅助工时定额系统，解 决工时计算的瓶颈问题。这一课题对于实现企业信息化管理，提高生产效率和制定合理 的模具价格，具有重要的意义。 随着机械制造生产技术的发展和当今市场对多品种、小批量生产的要求，以及企业 信息化和数字化制造的实施和计算机技术应用的普及，计算机辅助工艺过程设计c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 也日益受到人们的重视，越来越到的企业在实施 c a p p ”l 。基于以上情况，结合实际的模具生产，以大连理工大学模具研究所先进的设 计与制造经验所制定的制造工艺为基础，模具研究所开发了一套注塑模具的c a p p 系统。 在丌发此系统的过程中，本人也进行了该系统的后期完善和补充工作。 工时定额的制订需要零件产品的工艺信息，而这些信息可以通过与c a p p 系统集成 的方式获得，减少因人工输入可能产生的误差，保持与工艺文件的一致性。因此，计算 机辅助工时定额计算应该是c a p p 系统的一个重要模块，但是从查阅的文献来看，目前 国内所开发的c a p p 软件中，只有开目信息技术公司开发的k m c a p p 系统和华中科技 大学机械学院研制的h z r c a p 系统有工时定额辅助计算模块，但由于工时定额计算的 复杂性，其工时定额辅助计算模块还都不太完善，而针对注塑模具的工时定额计算机辅 助计算系统就更少了。 - 本课题以原有的注塑模具c a p p 系统为基础，结合注塑模具零件的结构特点和n - r 工艺特点，开发出工时定额计算机辅助计算模块，满足生产实际需求。作为c a p p 系统 的一个计算模块，实现了与c a p p 系统信息的集成，建立了标准工时定额数据库，这对 于企业建立工时定额标准具有积极的意义。注塑模具工时定额计算机辅助系统的开发， 将为实现模具企业的信息化管理提供重要的支撑。 1 4 2 课题的主要研究内容 通过计算机辅助制定工时定额，提高工时定额的编制效率，减少或者消除工时定额 编制过程中的人为因素造成的错误，实现企业的资源共享与信息集成，促使企业生产、 管理更加标准化。本课题研究的主要内容有： ( 1 ) 工时定额信息模型的建立 基于成组技术和注塑模具产品零部件分类，建立了注塑模具工时定额信息模型。实 现了模具零件加工工艺信息、零件信息的编码描述与信息输入。 注塑模具c a p p 系统工时定额模块的研究与开发 ( 2 ) 系统设计 注塑模具工时定额系统总体方案的建立，模块化划分的整体结构以及各个模块的主 要功能实现。 ( 3 ) 标准定额数据库的建立 标准数据的建立，包括时间定额标准、切削参数标准、定额标准公式等数据库的建 立。 ( 4 ) 工时定额计算模型的设计 建立了基于混合法的工时定额计算模型，介绍了混合法工时定额系统的工作流程。 介绍了人工神经网络的基本原理，b p 网络学习算法，建立了基于b p 网络的工时定额计 算模型。 ( 5 ) 人机界面 人机界面是用户的工作平台，本文创建了包括工时定额检索、工时定额计算、工 时定额信息管理、工时定额汇总、工时定额打印等界面。 大连理工大学硕士学位论文 2 注塑模具零件信息建模 2 1 零件信息模型建立 工时定额的计算是一项繁杂的任务，工时定额制定人员除了必须考虑零件的结构、 尺寸、精度要求、生产批量、加工方法、加工类型、所选设备及刀具等众多因素外，还 要兼顾企业生产条件、组织条件、生产率以及企业的考核标准等，所以是一项涉及面广、 经验性强的综合性技术工作【2 6 】。 计算机辅助工时定额计算，是指工时定额人员在充分展开工时定额分析的基础上， 基于数据库技术，将定额制定支持数据和制定方法转换为信息数据，利用计算机辅助工 时定额人员改善工作方法，改进工作流程，提高工作效率的一种制定工时定额的方法f 2 ”。 从查阅大量的技术文献可以发现，目前计算机辅助工时定额系统根据原理技术的不同， 大体可以归纳为查表型、数模型、混合型、典型零件型等，都是基于数据库的工时定额 制定方法。大体的工作工作过程可以描述为：事先将各种典型的、具体的生产组织技术 条件下的工时定额数据和工时定额数学模型存放在数据库中，当给定某一零件计算工时 定额时，首先根据零件加工工艺信息、零件信息判断和检索标准数据库，检索出相应的 标准工时定额、数学模型、加工参数或放宽系数等数据，然后再根据相应的计算规则进 行计算，最后得到所求工时定额，其工作过程可用图2 1 所示的框图抽象地表示。 一工艺信息 一零件信息 l 定额数学模型 l 标准定额数据 计算机软硬件支捧 l 工时定额- 图2 1 工时定额系统工作过程 f i g 2 1t h ew o r k i n gp r o c e s so f t i m eq u o t as y s t e m 工时定额系统根据零件产品的工艺信息、零件信息来制定工时定额，因此一个良好 的工时定额系统，必须解决好零件产品的工艺信息、零件信息的描述和输入问题。因此， 建立科学、准确、完整的零件信息模型，用来描述工时定额系统所需要的工艺信息、零 注塑模具c a p p 系统工时定额模块的研究与开发 件信息是非常有必要的。完整、准确的零件信息模型将使工时定额系统的输出结果更加 精确，具有更高的运行效率。 根掘工时定额计算所需要的信息，工时定额系统的零件信息模型一般包括三方面的 内容：制造工艺信息、制造资源信息、制造对象信息，如下图2 2 所示。通过对这三方 面信息进行抽取，就可以建立工时定额系统需要的零件信息模型。 工时定额系统零 件信息模型 造工艺信息 造资源信息 造对象信息 工艺参数 加工方法 加工类型 机床设备 工艺装备 生产条件 零件尺寸 零件结构 图2 2 工时定额系统信息模型 f i g 2 2t h e i n f o r m a t i o nm o d e lo f t i m eq u o t as y s t e m 2 2 零件信息的编码描述 2 2 1 信息编码的定义 人们在生活、生产过程中采用规定的字符来表示一定的事与物，以便记录、传递、 处理与存储，这种字符称为代码，一系列描述客观的事与物的代码的集合称为编码系统。 计算机使用代码与编码系统是便于计算机的识剐、记录、存储与处理，所以对零件的信 息进行描述的代码与编码系统称为零件信息编码系统障8 1 。 2 2 2 信息编码的目的 在描述零件信息时，用自然语言来描述零件加工的各种信息不便于计算机处理，即 使在近年来多媒体技术的发展，使用语言已有了很大的改进，但仍远远不如使用简单、 明确的编码系统。为了达到零件信息的完整描述的目的，信息编码系统应具有以下特 征【2 8 】： l l u l l u e 大连理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 标示事、物的唯一性，排除人工管理系统中无法用文字、语言描述的二义性， 增加编码的准确性。 ( 2 ) 可以根据系统功能的要求用代码来表示事物的特征，所以事、物一经编码，就 可以很容易地按其特征进行分析、统计、汇总、排序等作业。 ( 3 ) 提高计算机进行事物处理的能力与速度，降低使用计算机的成本。 ( 4 ) 促进信息系统的自动化。将要处理的事务进行编码后，可以采用计算机目前能 识别的方法管理系统，为整个系统的自动化提供条件。 ( 5 ) 便于系统间的信息交换与数据共享。客观事物是多种多样的，如果没有一种简 单方便的描述方法，很难达到系统内与系统外的信息交换与数据共享。为达到这一目的， 且前国际、国内都采用一系列统一的编码标准，这是现代通信与网络技术的基础，也是 企业信息化系统的基础。 2 3 注塑模具工时定额系统信息模型建立 本文利用成组技术，采用零件信息编码描述法来对注塑模具零件产品的制造工艺信 息、制造资源信息、制造对象信息进行描述，建立工时定额系统的零件信息模型，解决 零件信息的掐述和输入问题。 成组技术的应用要求模具在设计上要标准化、规范化，并针对模具特点建立一套描 述零件信息的信息编码系统【2 9 1 。以注塑模具为例，- - n 模具从功能上可分为注射、成型、 冷却、脱模等部分；从结构上可分为模架、成型、导向、脱模等部分。模具的相异性主 要在成型部分，而在模架、导向、脱模等部分具有很大的相似性，很适合采用成组技术。 2 3 1 注塑模具零件结构特点 注塑模具零件的分类方法很多，可以说是各种分类方法的综合。本文提出的分类方 法是基于目前标准模架应用日益普及的情况下，综合功能与结构分类的特点，提出的一 种新的分类方法【3 0 1 。 首先，按模具中各零件所起的作用可以将零件分为四类：模板类、型腔类、结构件 类和标准件类。其中模板构成模具的基体，型腔是模具的核心，结构件和标准件是模具 的辅助。 ( 1 ) 模板类零件 模板类零件包括组成模架的定、动模固定板、定模板、动模板、推杆支承板等，是 模架的基础。图2 3 为一定模板图样。 模板类零件的结构特点是有上下两个互相平行的主平面，并一般有垂直于主平面的 若干孔系。模板类零件主要设计与加工对象是平面和平面上的孔系，因此所有的技术要 注塑模具c a p p 系统工时定额模块的研究与开发 求都是针对平面的精度和孔系的精度提出的。一般上下面的平行度、上下面与侧面的垂 直度及上下面平面度不低于i t 6 级；表面粗糙度r a ( 2 5 o 6 3 ) 肿；模板各孔的配合 精度为i t 7 i t 6 ，表面粗糙度r a ( 1 6 o 8 ) 肿，孔轴线与上下平面的垂直度( 对于 安装滑动导柱、导套而言) 要求不低于i t 4 ，孔间距的公差小于0 0 2 m m ：非工作部分 棱边倒角( 1 4 ) x 4 5 。这类零件主要影响模具的闭合精度和运动精度，也是加工和 装配过程中重要的基准面，需要重点检测上下平面的表面粗糙度、平行度、平面度、与 侧面的垂直度，孔系的圆柱度、垂直度、孔径尺寸及孔间距尺寸等。 鬯 图2 3 定模板 f i g 2 3t h e f i x e dm o l d i n gp l a t e ( 2 ) 型腔类零件 型腔类零件包括型芯、型腔镶块、侧向抽芯等与塑件成型直接相关的零件。图2 4 为一型腔镶块图样。型腔类零件的最大特点就是形状复杂，根据所要成型的塑件的不同， 相应地型腔型芯的设计与加工方法也不同。 这类零件直接关系到塑件的尺寸精度，是模具设计与加工的核心部分，也是需要重 点检测的内容。对型腔类零件的检测几乎包括了尺寸公差、形状公差、位置公差、表面 大连理工大学硕士学位论文 粗糙度及螺纹型芯、型腔的螺纹公差等全部内容，同时还有拔模斜度及表面质量检测的 要求，如对抛光质量的评价和镀层是否脱落的判断。 图2 4 型腔镶块 f i g 2 4 t h e h l s e r t b l o c k o f c a v i t y ( 3 ) 结构件类零件 这类零件中具有导向和运动功能的零件，如导柱、导套、滑块等。结构件类零件按 其形状和功能特征可细分为环套类、柱杆类、板块类等。 环套类零件如定位圈、浇口套、拉板套等等，图2 5 为一拉板套图样。 图2 5 拉板套 f i g 2 5t h ed r a w p l a t es l e e v e 表2 1 为拉板套相关尺寸列表。 注塑模具c a p p 系统工时定额模块的研究与开发 表2 1 拉板套尺寸 t a b 2 1t h e & m e n s i o no f d r a w p l a t es l e e v e 柱杆类零件如导柱、拉杆等。图2 6 为一拉杆图样。 表2 2 为拉杆结构参数表。 图2 6 拉杆 f i g 2 6t h e p u l l - r o d 表2 2 拉杆结构参数表 t a b 2 2t h es t r u c t u r ep a r a m e t e ro f p u l l - r o d 命 il ! ddh msb 尺寸公差尺寸公差尺寸公差 l o1 6861 26 1 31 8 0o 82 38 0 一o 4 3一0 3 6 0 1 5 1 0 1 62 4ol o2 51 0 2 02 8o 5 2 1 4 01 23 01 4 o o 0 4 3 2 5 o 2 0 3 31 81 63 51 7 o 5 2 板块类零件如锁紧块、拉板等。图2 7 为一拉板图样。 大连理工大学硕士学位论文 旨i 量 hh 图2 7 拉板 f i g 2 7t h ed r a w p l a t e 表2 3 拉板尺寸 t a b 2 3t h ed u n e n s i o no f d r a w p l a t e ( 4 ) 标准件类零件 主要包括内六角螺钉、各种弹簧、密封圈、圆柱销等标准件。 2 3 2 注塑模具零件的分类 对注塑模具来讲，从结构上可分为模架、成型、导向、脱模等几部分。注塑模具生 产的塑件产品决定了模具的成型部分各不相同，因而也就形成了模具结构和形式的多样 性。模具的相异性主要在成型部分，而在模架、导向、脱模等部分具有很大的相似性。 因此，组成模具的零件按其功用可分为四类：与成型直接相关的型腔、型芯类零件，构 成模具主体框架的模板类零件，导向、脱模等起辅助作用的结构件类零件，螺钉、销钉、 弹簧等标准件类零件。进一步简化可以把注塑模具零件按其对成型所起的作用分为成型 零件和辅助成型零件( 模板类零件、结构件类零件、标准件类零件) 两大类【2 3 1 。 注塑模具c a p p 系统工时定额模块的研究与开发 成型零件按其形状和功能特征又可分为型芯、型腔两类。结构件类零件按其形状和 功能特征可细分为环套类、柱杆类，板块类等。综上所述，注塑模具零件的分类可用图 2 8 来表示。 图2 8 注塑模具零件分类结构 f i g ，2 8 t h e c l a s s i f i e ds t r u c t u r e o f m j e c t i o n m o l d p a r t s 2 3 3 注塑模具零件的工时编码 目前，国际上用于描述零