（材料加工工程专业论文）基于ug的注塑模具报价系统的研究.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘 要 模具作为制造业的基础工艺装备，是新产品开发的关键。目前，我国有各类模 具企业 5 万余家，市场竞争异常激烈。模具企业能否快速、准确的估算出模具的价 格是企业获取订单，并能产生效益的关键。因此，提供高效准确的模具估价技术和 方法，对提升模具企业的经营决策水平将具有重要的意义。 本文在分析当前模具估价方法的优缺点的基础上，将基于实例推理技术引入模 具的快速估价，提出一种以模具成本核算为基础，通过实例推理分析注塑产品结构 特点及其模具价格组成的报价方法。该方法可充分利用模具企业现有设计、加工费 用数据与模具行业已有的知识规则，给出与企业成本控制相适应的较准确的模具估 价。讨论了基于实例推理方法在模具估价中的应用方法并建立基于实例推理的工时 估算模型。深入研究了注塑模具报价实例的表示方法，提出以模具结构特征与加工 工时为二元组的实例模型和实例库组织方法。针对基于实例推理方法中模具结构特 征权值难于确定的问题，提出专家确定法与回归法来计算权值。研究了模具加工各 工艺方法的特点，并建立数学模型分析注塑产品结构特点与模具加工费用之间的关 系。 在此基础上，作者在 ug 平台上开发出一套注塑模具报价原型系统。该系统不 仅能够较为快速准确的估算模具成本，而且能够自动生成详细的模具报价单。本文 所论述的注射模具报价系统的原理和方法对其它类型模具报价也具有一定的借鉴意 义和实用价值。 关键词: 模具报价 注塑模 基于实例推理 产品结构分析 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract moulds/dies, the.basal technical equipments in manufacture industry, are the key of developing new product . they play good role in rising the efficiency and improving the product quality . whether the mould/die manufacturers quote rapidly and exactly is the key for getting orders from customers and getting benefits. as a result , quotating rapidly and exactly is important for improving the supervisors decision- making. by analyzing the advantages and disadvantages of the current methods for mold quotation, a new quick quotation method for mold based on cbr technology is put forward, which analyzes the structure of plastic product and the price composition of mold price by cbr . this metheod make full use of the experience of mould/die manufacturers and the knowledge rule about mould design and processing , the thesis research how the cbr technology is used in quotation and build model to estimate processing charges . a dualistic case model with the attributes of structural characters and price compositions and the way of organizing the cases have been given.the experts set method and the return method is put forward to estimate the structural character weights . mathematical models are built to analyze the relation between structure of plastic product and the prosessing charges by studying mold prosessing technology . based on the above- mentioned research . a quotation system for injection mould has been developed on ug . the system can quotate more rapidly and exactly and generate quotation list automatic .the theory and implementation method of thesystem discussed in this thesis could also be used for reference in the quotation of other types of mould/die. keywords : quotation ; injection molds ; case- based reasoning ; product structure analysis 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。文中除已经标明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ? ，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 ? 。 (请在以上方框内打 “ v ” ) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 1.1 现代模具发展概述 模具业被称为“ 工业之母“ ，是工业制造的基础。模具作为塑性成型的重要工艺装 备，在保证产品质量、提高生产效率方面发挥着关键作用。与传统的铸造、锻压、 切削加工工艺相比，模具成型加工具有很多独特的优势，特别是在现代化大批量生 产中，对节约材料、缩短工时、减少或免除切削加工量、减小误差、提高劳动生产 效率和降低生产成本都具有十分重要的作用，同时对于一些结构较为复杂的零件来 说，模具成型加工甚至是传统加工方法所无法替代的一种加工工艺1。 模具生产方式具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点， 受到世界各工业强国的重视2。在德国，模具被称为“ 金属加工中的帝王” ;在日本， 模具被称为“ 进入富裕社会的原动力” ;在罗马尼亚，人们更是把模具比作黄金。在国 内，1989 年国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定把模具制造业与基本建 设列为机械工业重点技术改造序列的第一位3。 模具产业直接支持汽车零部件、 通讯、 家电、电子及电器制造业的发展。模具产业的发展水平已经成为了衡量一个国家制 造水平高低的重要标志之一，很大程度上决定着产品的质量、企业的效益和新产品 的开发能力。事实上，任何高品质的产品，都必须有高品质的模具才能把设计概念 转化为工业产品。 当前，模具在现代工业生产中的作用主要体现在以下几个方面 （1）在塑料、陶瓷、粉末冶金、锻造和压铸行业应用极为广泛。 （2）模具采用压力加工产品，因此广泛应用于无切削的领域4。 模具主要分为冷作模具、热作模具和温作模具三类，详细划分如图 1- 1 所示， 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 模具 热作模具 热作模具 温作模具 压铸模 成型模 粉末冶金模 陶土模 玻璃模 橡胶模 注塑模 热压锻模 压铸模 压铸模 压铸模 压铸模 温挤模 温热旋转模 温镦模 温锻模 冷挤模 拉伸模 滚丝模 冷镦模 冷冲模 图 1- 1 模具分类 1.2 模具报价的意义 1.2.1 模具报价的概念 模具报价是指模具制造企业响应客户的询价， 对客户所询目标产品做出价格预估 并对客户其它要求所做出的答复的一个过程，它是模具制造企业与客户达成协议的 一个关键环节。 模具报价是一个复杂的工程， 几乎涉及到模具制造的所有部门， 它是一个集技术、 经验与市场于一身的综合性问题。传统的模具报价流程可以由图 1- 2 表示 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 产品分析与评估产品资料 确定模具设计方案 初步确定模具结构 历史经验数据与资 料 成本估算 报价决策 图 1- 2 模具报价流程图 （1）产品分析：模具企业根据客户提供的产品资料与交货时间等要求，分析产 品的工艺性能和结构特征，获得模具报价所需要的一系列信息。 （2）确定模具设计方案：根据产品分析与评估得到的信息，结合模具企业自身 的实际情况，如设计师水平、机加工水平、管理能力等，确定该模具的大体设计方 案。包括型腔数量确定、分型面选择、注塑工艺方案设计等。 （3）确定模具结构：根据分析所得的设计方案进行排样设计，确定模具的大致 结构和模架的规格尺寸。 （4）成本估算：根据企业以往生产的类似产品的数据以及企业积累的经验与之 前对产品分析得到的信息，估算出模具制造的材料费、加工费、外购件费用等，得 到模具生产的成本。 （5）报价决策：根据企业的管理成本、利润率、税率等计算模具价格，做出报 价。 在开放性的市场竞争环境下，模具报价具有如下几个特点： （1）以产品为对象的订单式生产5。模具企业根据客户提供的产品资料（包括 2d 或者 3d 图、产品实物、产品功能说明等） ，与客户协商产品的工艺特性、模具的 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 交货期与价格并签订具备法律效力的合同，然后以此为依据组织生产。由于产品日 趋个性化，模具一般是小批量生产甚至大部分为单件生产，完全依靠报价人员经验 去将产品是历史资料进行比较的报价方法已逐渐不能满足客户的要求。而且不少客 户要求针对产品做出详细的、针对性的的报价，以便于客户做出合理判断。 （2）报价时间紧。市场竞争非常激烈，模具企业要想得到订单就必须抢在竞争 对手之前与客户接触并作出合理报价，因此要求模具企业能够针对客户的要求迅速 的作出回应。 （3）分散性6。模具的成本合理的分散在模具企业的各个部门中，设计部门有 设计成本，生产部门有生产成本，采购部门有采购成本，管理部门有管理成本。模 具原材料供货商、模架供应商、标准零件供货商和模具企业往往不是同一家公司， 因此报价所需的资料分散在不同的数据库中，难以查询。 （4）差异性。不同企业由于本身技术水平、硬件水平等的差异，采取的报价方 法不相同。 （5）波动性。在市场环境下，任何商品的价格都不会是固定不变的。随着原材 料成本和人工成本的波动以及市场竞争激烈程度的变化，模具价格也会相应调整。 1.2.2 模具报价的重要意义 近三十年来，随着我国国民经济的蓬勃发展，作为工业基础的模具行业发展非常 迅速，市场份额占有率越来越高，已经成为国民经济建设中的一支重要产业。据统 计，我国现有模具生产厂点已超过 17000 余家，从业人员 60 多万人。随着模具行业 的发展，模具企业之间的竞争也变得愈发激烈。 模具报价作为模具企业与客户接触的第一步， 是企业能否赢得客户的信任和订单 的一个重要环节。如果对模具报出的价格太高，模具企业就无法获得客户订单，将 客户拱手送给竞争对手。如果报出的价格太低，就会亏本，这对于利润微薄的模具 企业同样是致命打击。然而模具报价是一个复杂的工程，它涉及到原料采购、模具 设计与制造以及谈判等多个环节。如何对模具的经济价值作出准确估计是每个模具 企业都要面临的重要课题。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 在竞争激烈的市场环境下，时间就是金钱，一项产品越早投放到市场就意味着更 高的市场占有率与竞争力。模具制造处于产品开发设计的下游、批量生产投放市场 的上游，为了让产品尽早投放市场以获取更大的利润，客户必然会压缩模具制造的 周期。中等复杂的模具一般要求周期为 60 天，有的甚至 45 天，一些小型模具的生 产周期甚至只有 15- 20 天。在一些实力雄厚的客户眼中，交货期甚至比价格更重要。 如果模具企业能够在客户询问后快速，准确地提出报价无疑会争取到更多的客户， 提高企业的综合竞争力。 1.3 当前模具报价方法优点与不足 目前模具企业常用的报价方法主要有以下几种： （1）重量估算法 重量估算法是根据预期模具的重量来估算模具成本的一种计价方法。其原理是： 在模具复杂度与精密程度一定的情况下，模具的成本与模具的重量存在某种线性关 系，而模具的重量在模具尚未完全设计完成的时候也能够比较容易的估算出来。重 量估算法采用的方法是：根据产品计算模具轮廓尺寸得到模具的体积，然后乘以制 造该模具的材料的密度，最后乘以重量法系数，此系数由模具报价时根据制件的结 构，大小与精密程度等因素确定。 此方法重点考虑了重量对于模具成本的影响， 而对模具结构和精密程度等因素造 成的影响考虑不够，准确性欠佳。国外的一些数据统计表明：对于大、中型冲压模 具，重量估算法是一种简单、实用的报价方法。 （2）材料比价经验估算法 模具制造业的大量数据表明： 模具制造过程中的材料费用与人工费用之间存在一 定的线性关系，可以用如下函数表示 m=k*c （1- 1） 试中 m 模具成本； k 模具工料比系数； c 模具材料费。包括模架费用、模具标准件费用、自制零件费用 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 及热处理费用。 因为模具结构越复杂，精度要求越高，尺寸越大，对模具的材料要求越高，加工 难度也越高，人工成本也越高，反之也成立。 此方法简单易行，较为方便。缺点是模具工料比系数比较难以确定，需要报价人 员对于模具设计与模具加工有一定了解，并具有比较丰富的经验。而且不同类型的 模具工料比系数差别很大，一旦此系数选取不准确得到的结果误差很大。 （3）工时法 工时法根据模具制造预期加工工时来估算模具成本的一种方法。其原理与重量 法类似：认为在一定复杂度和精密程度的情况下，模具制造耗费工时与模具成本之 间存在着线性关系。 此方法考虑到了影响模具制造工时的主要因素：制件的外形、制件的复杂程度、 制件的精度以及模具的结构和使用寿命等，主要适用于型腔模具和冲压模具。 （4）相似产品类比法 当需要报价的模具与已经生产的某件模具十分类似时，模具企业可以将已经生 产的模具的数据进行修改调整后报价。对同类产品的比较报价，制造厂较有把握， 经常有业务往来的客户也较易接受。在承接外资企业模具时，有的则参考欧美国家 报价、日本报价或港台地区的报价分别给以一个折扣系数而对外报价。当这个折扣 系数选取恰当并且产品质量和交货期都能满足要求时，这种报价也较易让客户所接 受7。 此方法的优点是十分快速。缺点是缺少理论依据，过于依赖报价人员的经验。并 且当无法找到类似产品的时候，此方法就无能为力了。 （5）逐项汇总计算法 方法是根据中国模具工业协会提供的模具价格计算公式，将模具制造过程中的 材料费、设计费及各工序加工费等逐项计算清楚，然后汇总得到总价格。由于模具 设计加工完成之前，将模具制造过程中的每一项成本准确估计是一件比较困难的事 情，操作不慎很容易计算错误，而且繁琐的分析计算耗费大量的时间。因此此方法 在模具企业并不常见。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 （7）历史资料分析法 一些专业性较强的模具制造企业承接新模具的时候，常常将历史资料稍作修改 来作为新模具的报价方案8。以电视机模具为例，多年前某些模具企业会直接以电视 机显示屏的尺寸为标准对模具进行报价，如十四寸的电视机模具报价十四万。这种 报价方法在当时也曾为客户所接受，但随着时间的推移，此方法已基本上被淘汰。 上述的一些模具报价方法归根到底还是以经验为主， 根据模具产品的某一项或者 几项特征与模具成本之间联系，建立起模具特征与成本的对应关系，从而对模具进 行报价。由于这些方法的特征 成本对应系数的可选范围很大，使得在运用这些 方法对模具报价时对报价人员的经验依赖很大，而且由于要保证报价精度，它们的 适应面也不广。 1.4 课题研究的方法与国内外发展状况 1.4.1 国内外发展状况 数据表明，大约 5%的报价最终能为模具企业赢得订单。订单是企业经营的生命 线，没有订单，企业就会成为无源之水。企业为了提高效益、获取更多的利润就要 尽可能多的争取订单，这就意味着企业有大量的报价作业。传统的手工计算与人工 估计耗费时间长、估算误差大。已经很难满足模具企业的需求了。随着计算机技术 和数据库技术的飞速发展，通过计算机来对模具报价已经成为可能。目前、国内外 已有许多专家在从事这一方面的研究。 1989 年美国 ibm 公司与 denverdiemould 公司合作开发了计算机概算型腔模价 格的程序软件“ ibm 系统” ，该方法将模具成本分为设计费、材料费、和工时费三部 分。并考虑到模具行业的特殊性（模具属于单件生产）将此成本再加上一定经验数 值。该系统估算模具价格需要一下几个基本参数： （1）制件图纸上标明的尺寸数量； （2）型腔表面的加工程度（表面粗糙度等） ； （3）制件长度和深度； （4）制件尺寸公差等级； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 （5）型腔个数； 2005年六月， cimatron公司正式对外发布了moldquote和diequote模块， moldquote 和 diequote 模块支持报价的整个流程，包括零件数据的导入、零件的分模以及定义 一些物理属性（重量、体积、曲面区域） 。通过胚料的分布、细化以及材料状况的的 收集以所需的格式产生最后的价格。所有报价相关的的数据都存放在一个数据库中， 它允许使用者搜索过去相近的报价过程，并追踪成功和失败的报价，并产生成功失 败分析9。 比利时 materiallse 公司也推出了一款基于知识工程的注塑模具报价系统 toolexpert10，它向用户提供了一些基本信息问卷表单，表单中内容包括模具所使用 的材料、模具加工使用的电极数量、模具生产时使用的镶件与滑块等的数量、产品 的注塑工艺、产品的几何形状复杂程度、工艺要求等。通过用户输入的这一系列信 息，系统就能估算模具价格，并生成较为详细的报价单。 香港大学的 kwai 一 sangchin 等也开发出一套注塑模成本评估专家系统 (esmicost)，该系统采用基于规则的方法来评估模具成本，并取得了一定的成果， 但是该报价方案的规则过于复杂，达到 271 个之多，规则的组合也很困难，限制了 它的使用11。 1.4.2 课题提出的报价方法简介 根据模具的制造经验可知，产品的几何形状会直接影响模具的生产成本，如产品 尺寸越大、产品的几何形状越复杂、产品的精度要求越高，模具的制造成本就会越 高。但是当前我们并不了解这些因素如何去影响模具的成本。在模具报价过程中， 以前生产实践中所获得一些数据以及经验是值得借鉴的。但是如何利用这些数据和 经验是研究的主要内容。 本文将结合模具报价的国内外研究现状， 提出一个基于模具成本核算的注塑模模 具报价方案，此方案通过分析产品的几何形状特征，提取影响模具成本单元（如材 料费、加工费）的因素，并通过分析历史数据来建立相应的数学模型的表示这些影 响因素与模具成本单元之间的关系。同时本文将基于实例推理（cbr）技术引入模 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 具报价中，直接以模具加工工时作为实例推理的应用和输出对象，并开发了相应的 基于实例推理的注射模加工工时估算原型系统。最后综合这两种方案对模具进行报 价并生成详细的报价单。其流程如图 1- 3 所示。 产品资料 分析产品 排样设计，确 定模架、型芯 型腔等的尺寸 初步确定设计 方案 基于实例推理 方法估算模具 加工费 估算模具的材 料费 估算设计费 分析产品结 构，确定各工 种加工工作量 确定产品的结 构特征 估算各加工工 种的费用 两种方式综合得到 模具加工费 三项合计得到模具 成本 结合企业税率、利 润率计算模具价格 系统自动生成详细 的模具报价单 图 1- 3 本文提出的报价方案 1.5 论文研究的主要内容 1.5.1 本文研究对象 不同类型的模具在结构上，加工方法上有着较大的区别，因而对模具进行报价时 需要考虑的因素也各不相同，所以很难提出一种报价方案能够适用于所有类型的模 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 具。在当前的制造制造行业中，注塑模具比例达 40%以上，是一种应用极为广泛的 模具，因此，本文重点研究注塑模具的的报价方法。 1.5.2 本文的研究内容 基于实例推理(case basedreasoning，cbr)是人工智能领域最新崛起的一种 基于经验的问题求解方法。这种方法以范例为基础进行推理，把历史经验当做范例 库，当面临新的问题时，就可以对范例库进行搜索，找到合适的范例作为参考，这 样就实现了对经验的重用；如果找到的范例并不合适当前情况，可以对实例进行修 改以适应当前情况，修改后的范例再次存入数据库以便下次使用，实现了对经验的 自我学习12。 基于实例推理适用于理论模型不完整、知识不完全的领域，而模具报价正是一 个弱理论、强经验的领域，将cbr技术引入模具报价领域有助于模具企业摆脱模具 报价过于依赖报价人员经验素质，报价结果误差太大的困境。 本次论文研究的主要内容包括以下几个方面： （1） 分析与研究影响注塑模模具成本的因素， 并筛选出对模具成本影响较大的因素。 因为注塑模比较复杂，影响模具成本的因素很多。基于实例推理的报价方法是根据 这些影响因素来检索、匹配实例得到新模具的成本数据。如果考虑过多的影响因素， 系统进行实例匹配、检索时计算太复杂，耗费时间就很长，不符合模具企业快速报 价的需求。 （2）分析用于衡量待估价模具与实例之间相似度的模具结构特征的权值设定；建立 权值管理模块，以供报价人员根据估算结果及时修正权值。 （3）研究如何存储和表达注塑模模具成本实例的方法，建立起完善的注塑模模具成 本数据库。 （4）研究产品几何形状特征与模具成本单元之间的关系，分析过往的报价数据建立 完善的数学模型来表述这种关系。 （5）建立快捷、合理的报价单自动生成模块，从而迅速生成统一、详细的报价单。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 2 注塑模模具的价格分析 2.1 模具的价格构成与影响因素 模具的基本成本一般由以下部分组成：材料费、制造费、技术开发费（设计费） 、 管理费、其他费用等。模具价格计算的通用公式如下： p=m1+m2+d+q+r+t （2- 1） 式中 p 模具销售价格（price） ； m1 材料费（material cost） ，包括原材料费及所有外购件的费用； m2 制造费（manufacturing cost） ； d 技术开发费（development cost） ； q 其他费用，如试模费、售后服务费、加急费等由合同规定的费用； r 利润（return） ； t 税金（tax） ； 其中前四项为模具生产成本（不含利润、税收） ： pc=m1+m2+d （2- 2） pc 加上 q 即为销售成本价13。 降低模具的成本是每个模具企业追求的目标。由于模具的制造经历多个流程，因 而影响模具成本的因素很多。模具成本不仅与产品的成型工艺、模具结构的复杂程 度、模具的使用寿命与加工方法相关，也与模具企业的管理模式、人员素质、设备 配置等诸多因素相关。在估算注塑模模具价格的时候，需要综合考虑这些因素的影 响，并将对模具成本影响较大的因素作为重点来分析。一般来说，影响模具成本的 因素主要分为以下几类： （1）产品尺寸 塑料产品的外形尺寸不仅影响模架规格的选择，而且影响注塑模具的型腔数量、 浇口类型选择等。外形尺寸较大的塑料产品制造的时候需要选用较大的模架，耗费 更多的材料，加工时的难度也会提高。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 （2）产品几何复杂程度 产品的几何复杂程度反映了成型此产品的模具的设计与加工的难度， 产品几何复 杂度越高，模具制造越困难，模具的成本也就越高。 （3）产品的表面粗糙度 产品表面粗糙度是塑料产品表面质量的主要衡量标准。一般来说，产品的表面 质量要求越高，模具的表面就要越光滑，模具的研磨抛光工作量越大，模具的制造 成本也就会越高。根据美国的 geoffreyboothroyd 教授的统计，制件的表面质量的要 求每增加一个等级，即制件的表面粗糙度每减小一个等级，模具的凹模和凸模的制 造时间就增加 5%左右。从而导致模具的制造成本也相应的增加14。 （4）产品的精度要求 塑料产品的精度等级直接影响着模具结构的设计、模具的制造精度以及模具制 造所耗费的时间，从而最终影响模具的制造成本15。根据有关资料统计，制件的尺 寸精度不高于五级时，精度每提高一级，模具的成本就增加 5%一 10%。 （5）产品的整体拓扑结构 塑料产品的整体拓扑结构是指构成塑料产品的主要形状特征之间的关系。 产品的 整体拓扑结构应尽量做到有利于成型加工，并且应该符合对充模流动、补缩、高速 冷却、快速脱模的要求，即在模具开模取出制件的时候，应尽量不采用复杂的瓣合 分型与侧抽芯机构。因为侧抽芯机构或瓣合凹模与凸模不仅会在制件分型面上留下 飞边，增加加工的难度，而且会降低产品注塑成形的生产效率，增加模具的复杂度， 提高模具的生产成本16,17。产品拓扑结构的复杂度将直接影响模具结构的复杂度， 从而影响模具的制造成本。 （6）产品的侧向成型特征 当塑料产品有侧凹或倒扣等特征的时候， 注塑模模具就需要设置侧向成型机构才 能够成型该产品，因此这些特征被称为侧向成型特征。侧成型特征种类繁多，形式 多样，一般可分为侧凹、侧孔、翻边、花纹、凸缘、凸台18等。 设置侧向成型机构不仅会使注塑模具结构更加复杂，增加模具设计与加工的难 度，还会一定程度上要求选用的模架规格更大，因此，侧向成型特征会增加模具的 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 13 制造成本。 （7）材料特性 注塑产品的材料特征是指产品材料的流动性与收缩率两种。材料的流动性对模 具的浇注系统形式、流道和浇口的布置、流道和浇口及模腔的尺寸与表壁的粗糙度 的设计都有影响。材料流动性越好，对模具结构的要求就越低，模具的设计加工就 越简单，成本就越低。 收缩性能是塑料的重要性能之一。 在模具设计中， 收缩率是计算型腔尺寸的依据， 同时又是影响制件尺寸精度和翘曲变形的主要因素。 （8）分型面类型 注塑模模具分型面的类型主要有以下五种：平直分型面、倾斜分型面、阶梯式 分型面、曲面分型面与瓣合式分型面。 模具分型面类型的选择直接影响模具的整体结构设计， 设计师确定分型面的时候 需要综合考虑产品的几何形状，大小和壁厚等各种因素的影响， 。分型面类型不同， 模具的设计与加工工作量就不同，模具的成本也就不同。一般来说，分型面为平面 时模具结构最为简单，模具的生产成本也最低。 （9）浇口类型 浇口是塑料熔液进入型腔的阀门，对注塑件的质量具有决定性的影响。浇口类 型主要有点浇口、侧浇口、直浇口、热流道、潜伏式浇口等几种。浇口的选择是否 合理直接关系着产品的成型工艺与模具的结构，对模具的成本具有很像的影响。 2.2 模具材料费估算 2.2.1 材料费分解 材料费计算方法 m1=m11+m12+m13+m14 （2- 3） 式中 m11 模架费； m12 各种辅助材料费； m13 辅助部件购入费； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 14 m14 模具标准件费用。 2.2.2 材料费估算 模架的费用是模具材料费中比重最大的一个项目，因此想要准确估算材料费，必 须要准确估算模架的费用。当前的模具企业选用模架时有两种方案： （1）当模具企业选用注塑模标准模架时，企业只需根据所需尺寸向专门的模架 供应商采购标准模架； （2） 当模具企业选用自制模架时， 所需模架由自己的车间加工采购的毛坯得到。 此时模架费用分为毛坯采购费与毛坯加工费两部分。 如果模具企业选用自制模架必然会增加模具的生产周期，延长模具交货时间，违 背模具市场快速响应的需求，从而导致在与其他模具企业竞争中处于被动，因此目 前大多数模具企业一般不会自己生产模架，而是选择从专门的模架供应商采购标准 模架，以减少设计与制造工作，缩短模具生产周期，提高企业竞争力。只有少量的 中、小型模具企业为了降低模架的成本而采用自制模架。 报价人员进行模具报价之前，需要分析产品的结构并进行排样设计，目的是得到 生产此产品的模具的模架尺寸、模仁大小以及行位的个数与尺寸（行位为加工之前 的毛胚的长、宽、高） 。排样的流程如下图 2- 2 所示。 （1）首先确定模具的拔模方向和分型面，根据分型面将产品摆正（即分型面与 xy 面，yz 面，xz 面平行，一般为 xy 面） ，通过 ug 计算产品的最小包络体。 （2）然后将此包络体的长宽高分别增大一个相应的值得到模仁大小，这个值的 大小满足一下规则： （a）针对小产品：如果产品长度在 15mm- 30mm 以下,那么产品边缘到模仁边缘 的距离为 25mm- 35mm； （b）针对中型产品：如果产品长度在 30mm- 60mm 之间,那么产品边缘到模仁边 缘的距离为 30mm- 40mm； （c）针对大型产品：如果产品长度在 60mm以上,那么产品边缘到模仁边缘的距 离大于 40 mm。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 15 产品三维图 确定产品拔模 方式与分型面 调整产品位置 确保分型面与 xy面重合 根据产品包络 体尺寸计算模 仁、模架尺寸 分析产品的侧 凹、倒扣结 构、确定行位 个数与大小 计算耗费的各 类材料的体积 与重量 材料单价数据库 排样规则 汇总得到材料费用 图 2- 2 排样设计 （3）报价人员分析产品结构特点，判断是否有倒扣需要设置侧向抽芯机构、侧 向分型机构等行位，并确定行位的位置并估算行为的尺寸。 （4）根据模仁大小确定模架规格尺寸。模架长宽的判定规则是： （a）针对小产品：如果产品长度在 15mm- 30mm 以下,模仁边到模板边距离为 50mm; （b）针对中型产品：如果产品长度在 30mm- 60mm 之间,模仁边到模板边距离大 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 16 于 70mm; （c）针对大型产品：如果产品长度在 60mm 以上,模仁边到模板边距离大于 80mm，如果模具生产中需要用到行位、斜顶等，还需要根据行位、斜顶的尺寸调整 模架的长宽； （d）模仁顶部到模板顶部的距离为推板的厚度加 5mm- 10 mm，模仁底部到模 板底部的距离为承板的厚度加 5mm- 10 mm。 （e）模架的其余尺寸如果没有特别说明一般在估算的时候按照标准模架的标准 尺寸处理。 排位设计完成之后，报价人员可以根据公式分别计算出模架、模仁与行位的重 量。然后根据模架供应商与原料供应商提供的数据查询材料的单价乘以重量就可以 得到模架、模仁与行位的价格。计算公式如下： q1=(l1*w1*h1- l2*w2*h2)*? （2- 4） q3=l3*w3*h3 （2- 5） （2- 6） 其中 q1 模架质量； l1 模架长； w1 模架宽； h1 模架厚度（即为整套模架的所有模具的厚度之和） ； l2 顶针长； w2 顶针宽； h2 顶针行程； ? 钢料密度； q3 模仁质量； l3 模仁长； w3 模仁宽； h3 模仁厚度； q4 行位质量； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 17 n 行为个数； li 第 i个行位长度； wi 第 i个行位宽度； hi 第 i个行位厚度； 根据模具企业实际的生产经验，一套模具中导柱、导套、螺钉、回针标准件等的 数量一般与模架的尺寸成正比，而且模架尺寸越大，通常标准件的尺寸也越大，其 价格也越高。因此可以式 2- 7 来描述标准件费用。 m14=s*k （2- 7） 其中 s 模架的面积； k 标准件价格系数，单位为元/m2。 2.3 模具的设计费估算 注塑模模具属于单件小批量生产，每套模具的特点都各不相同，因此在生产之前 都必须专门设计它的结构。注塑模具的结构设计是模具生产的关键，它不仅决定了 模具的使用性能，而且影响模具的生产成本。因此，在估算注塑模模具价格的时候， 必须充分考虑到模具设计这一部分工作的价值。 根据实际的生产经验可知，注塑模模具设计的工作量与产品的复杂程度、模具结 构、精度要求、产品表面质量、使用寿命等因素息息相关。产品结构越复杂，精度 要求越高，模具使用寿命越长，则对模具的结构要求越高，模具的设计工作量也就 越大，这一部分的价格也会越高。一般来说，模具设计费与模具模具的加工费用之 间存在一定的线性关系，可以用式 2- 8 来表示。 d=ga*k （2- 8） 其中 d 模具的设计费用； ga 模具的加工费用（下一章将讨论） ； k 模具的设计费系数。 系数 k 的确定需要考虑以下三种情况： （1）客户在委托注塑模模具企业生产模具的时候提供了完整的模具结构设计 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 18 图，模具企业只需要审核模具结构图纸并确定加工工艺方案，此时模具设计费系数 很小，一般在 0.03- 0.06 之间。 （2）客户在委托注塑模模具企业生产模具的时候只提供了塑料产品的样品，需 要模具企业首先测量产品样品，得到样品的结构图，并根据样品结构图设计模具结 构，此时设计费系数较大，一般在 0.15- 0.2 之间 （3）客户在委托注塑模模具企业生产模具的时候提供了塑料产品的图纸，模具 企业需要根据塑料产品图纸设计模具的结构。此时模具设计费系数介于前面两种情 况之间，一般为 0.12- 0.1519。 2.4 模具加工费 注塑模模具加工工艺流程比较复杂。一般来说，其加工工艺分为以下几个步骤： （1）在接到制模任务后，首先要分析、读懂模具图样，分析其模具结构特点、 动作原理、模具各部件技术加工要求和模具与使用的关系。 （2）根据模具零件图的要求材料，进行坯料准备及必要的专用工具、样件和样 板的准备。 （3）制造加工型腔与型芯。型腔与型芯一般可根据设备条件选用机械加工、电 火花加工、电铸成形、冷挤压成形等工艺进行. （4）加工其他零件。在加工零件时均要符合图样要求的尺寸精度及表面粗糙度 等级。 （5）检验各零件尺寸精度及表面粗糙度是否符合图样要求。 （6）钳工进行必要的修磨、抛光及研配。 （7）装配。根据总装配图对部件进行组装20。 （8）试模与调整。 （9）交付使用。 整个加工过程可以由下图 2- 2 表示 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 19 客户数据 3d造型是否3d 模具设计和工艺 否 是 模架和主材料订购 检验 深孔加工 主件粗加工 主件数控铣加工 电火花edm加工 工艺数控编程其他材料订单标准件订单 电极材料订购 电极与其他部件 的wedm加工 检验 钳工 电极与其他部 件的nc加工 检验 检验 组装和修配 试模 检验 交付 图 2- 2 注塑模具加工工艺流程 由于注塑模模具本身的复杂性以及模具加工工艺较为繁琐，很难有一个方法能 够直接而又准确的估计模具制造过程中的加工费用。由于模具企业的各个工种的人 工费用、设备损耗费用等费用相对较为透明，模具企业能够比较准确的计算出符合 自身生产条件的各个工时的单价。因此，估算注塑模模具加工费的问题可以转化为 估算注塑模模具加工工时的问题。下面将从两个方面作详细的讨论。 2.5 其他费用 （1）试模费 注塑模模具在加工、装配完成之后，还需要试模以测试该模具的使用性能是否 达到标准，在此阶段产生的费用即为试模费21。一般来说试模费用由试模人工费和 试模材料费组成。试模材料费等于试模次数乘以每次试模，一般来说大中型模具需 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 20 要试模 3- 5 次， 小型模具只需试模 1- 3 次。 试模人工费用等于试模工时乘以工时单价。 试模所需要的设备种类、规格很多，一些专业模具制造企业很难将这些设备配 置齐全，因此，有的模具需要送往客户或者其他单位试模，每次试模除了原来的材 料费、人工费之外，还需要加上试模运输费22。 （2）加急费 如果客户要求的模具交货期特别紧急，模具企业需要通过加班等措施才能完成 的话，在模具报价的时候需要考虑加班带来的模具制造成本提高，即为加急费。加 急费一般由报价人员根据经验手动输入。 （3）专业工具费 模具制造过程中所涉及的专用工具主要有专用特型刀具、电火花加工用电极、 仿型铣用模型、以及必要的样板等23。由于使用这些工具而导致的额外的支出则需 通过专业工具费计入模具成本。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 21 3 基于实例的注塑模具加工工时估算 3.1 基于实例推理技术 人类历来都有利用机械代替人类劳动的理想，随着技术的发展，利用机械代替人 类进行体力劳动已经成为了现实，但是利用机械代替人类进行脑力劳动这一方面仍 处于研究阶段。 随着计算机技术和互联网技术的发展，社会信息量急剧膨胀，同时随着政府、企 业等的信息系统应用不断深入，经过实践和时间不断的积累，政府和企业的信息资 源以及非常庞大，如何利用这些资源、充分发挥历史数据的效能，为以后问题的处 理提供便利，已经成为越来越多的人研究的重点24。 类比是人类思考和解决问题是经常运用的一种方法。人类在面临新问题的时候， 常常会回想自己以前面对类似问题时所采取的方法，如果能找到与新问题相同的实 例时可以直接采取运用该实例的解决办法。但是大多数情况下并没有完全一样的经 验可以借鉴，而是需要根据问题的求解目标修改和调整过去解决类似问题采取的方 案。基于实例推理（case based reasoning，cbr）正是以人类解决问题的这种实际 心理历程为基础的25。 3.1.1 cbr 概述 cbr 技术是人工智能领域最新发展起来的一种推理技术，它的核心思想是利用 旧的经验与实例来分析与评估新问题并得出解决方案。cbr 理论是由美国耶鲁大学 roger schank 教授在 1972 年出版的dynamic memory一书中首次提出的，他在书 中提出了表示经历的知识结构和对于这些结构的操作，后来被认为是 cbr 思想及过 程理论的知识原型26。许多学者对于 cbr 都做了不同的解释，其中公认的较具代表 性的是 riesbeek 和 schank 在 1989 年给出的经典定义：基于实例的推理是通过修改 过去问题的解来解决新问题 (a case based reasoned solves new problems by adapting solutions that were used to solve old problems)。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 22 cbr 有两种基本类型：解释型 cbr 和问题求解型 cbr27，解释型 cbr 是利用 过往案例分析和解释新案例的方法；问题求解型 cbr 是通过调整修正过往案例的解 决方案以期得到新案例解决方案的方法。 3.1.2 cbr 的基本流程 一个典型的 cbr 推导问题解决方案的过程可以由四个” r” 来表示：检索 (retrieve)、重用(reuse)、修正(revise)、保留(retain)28。如图 3- 1 所示。 图 3- 1 cbr 推理过程 （1）检索：从实例库中匹配出一个或者多个相似实例。 （2）重用：运用检索出来的相似实例的解决方案，或合并或重组得到新问题的 解决方案。 （3）修正：如有有必要，需要调整检索到的实例的解决方案。 （4）保留：将新问题的最终解决方案保存到实例库中更新和扩充实例库。 3.1.3 cbr 的关键技术 1.实例的表示 实例的表示是 cbr 的