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摘要 板材数控切割工时定额及其在钣金件报价系统中的应用 研究生：蒋麒麟 学校名称： 导师：许超 东南大学 摘要 制造业市场激烈竞争大环境下，对钣金产品准确、快速的成本估算以及对客户合理、快速的报价是 钣金制造企业面临的一项重要的课题。板材数控切割是钣金件：o n - r _ 主要工序之一，如果可以直接从切割 工程图中提取数控加工所需信息，并基于加工参数知识库和加j 二模拟技术来合理规划切割加一e 路径、快 速估算加工工时和钣金件制造的成本，兼顾计算的科学性和制造工艺的不确定性，这对钣金产品报价的 实现将具有积极的推动作用。 论文以板材作为研究对象，在分析板材数控切割方法、过程与工艺的基础上，研究直接提取板材数 控切割工程图中的几何信息并建立板材数控切割加工路径数学模型，应用蚁群算法规划切割加上路径， 并比较不同路径空行程的长度，验证蚁群算法的优越性。 根据提取的几何信息，在加工参数数据库的支持下，对板材数控切割进行工时估算。研究了板材数 控切割j 二时案例的表示，运用c b r 方法，在多品种、大批量生产环境下经过推理，估算板材数控切割加 工工时定额。 研究中应用成组技术对不同材料、结构、工艺的钣金件进行分组编码，再基于c a p p 理论匹配钣金 件加工工艺流程。在分析了钣金件制造成本主要构成之后，将钣金企业的生产过程分解为定单、设计、 采购、加工、管理等种类不同的作业，构建作业成本库并确定各成本库的成本动因，在此基础上建立钣 金件成本估算公式，研究应用作业成本法对钣金件成本进行估算，同时考虑成本之外的辅助因素，分析 报价决策三要素，构建钣金件报价决策模型。 在上述各部分内容研究的基础上，论文最后设计了钣金件报价系统模型，分析系统总体信息模型与 基本数据流程，设计工艺参数数据库，阐述系统的工作流程，并探讨了该系统与e r p 系统之间的集成。 关键词：数控切割路径工时成本估算报价 a b s t r a c t c u t t i n gt i m ee s t i m a t i n go fs h e e tm e t a lp a r t s w i t hi t sa p p l i c a t i o ni nm a n u f a c t u r i n gq u o t a t i o n b yj i a n gq i l i n s u p e r v i s e db yp r o f x uc h a o s o u t h e a s t u n i v e r s i t y a b s t r a c t i nm o d e r nm a n u f a c t u r i n gm a r k e te n v i r o n m e n t 。h o wt oe s t i m a t ec o s ta c c u r a t e l ya n dr a p i d l ya n d h o wt oq u o t ef l e e t l ya n dr e a s o n a b l ya r et h ei m p o r t a n tp r o b l e m sa b o u ts h e e tm e t a ip a r t s t h ec n c c u t t i n gi st h em a i np r o c e s si ns h e e tm e t a lm a n u f a c t u r e i fw ec a ne x t r a c tt h ec u t t i n gi n f o r m a t i o n d i r e c t l yf r o mt h ed r a w i n g s ，a n de s t i m a t et h ew o r k i n gh o u r so ft h em a c h i n et o o ib a s e do nm a n u f a c t u r e k n o w l e d g el i b r a r ya n dp r o c e s s i n gs i m u l a t i o nt e c h n o l o g y ，e s t i m a t et h ec o s to ft h es h e e tm e t a lp r o d u c t r a p i d l y t h e nb o t ht h ee x a c t i t u d ei nc a l c u l a t i n ga n dt h ei n d e t e r m i n a c y i np r o c e s sa r ec o n s i d e r e d i tw i l i b eh e l p f u it or e a l i z et h ea p p l i c a t i o no fs h e e tm e t a iq u o t a t i o n h e r et h ec u t t i n gp l a t ei st a k e na st h er e s e a r c ho b j e c t b a s e do nt h ea n a l y s i so fp l a t ec u t t i n ga n d i t sp r o c e s s t h em e t h o d so fh o wt oe x t r a c tg e o m e t r i ci n f o r m a t i o nf r o mad r a w i n ga n dh o wt ob u i l dt h e m a t h e m a t i c sm o d e lo fp r o g r a m m i n gac u t t i n gp a t ha r es t u d i e d t h ea n tc o l o n ya l g o r i t h mi su s e dt o p r o g r a mac u t t i n gp a t h s o m ek e yp r o b l e m ss u c ha sa i rc u t t i n gp a t hl e n g t ha n dt h ee f f i c i e n c yo ft h e a l g o r i t h ma r ed i s c u s s e d b a s e do nt h eg e o m e t r yi n f o r m a t i o na n dm a n u f a c t u r ek n o w l e d g ei i b r a r y , af o r m u l ai sw o r k e do u t t oe s t i m a t et h ec u t t i n gt i m e a tt h es a m et i m e ，d i f f e r e n tc a s e sf o rt h ep r o c e s s i n gh o u r sa r ec o l l e c t e d c b rm e t h o di su s e dt or e a s o na n de s t i m a t ef i x e dw o r k i n gh o u r so fc n cc u t t i n gs h e e tm e t a li nm a n y v a r i e t i e sa n dm a s sp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n t t h es h e e tm e t a ip a r t sa r ec o d e db a s e d0 ng ta n dt h es t e p sa r em a t c h e db yu s i n gt h ec a p p t h e o r y a f t e ra n a l y z i n gt h ec o s to fs h e e tm e t a lp a r t ，t h ep r o d u c t i o np r o c e s si sd e c o m p o u n d e dt of i v e k i n d so ft h ea c t i v i t i e s ：o r d e r 、d e s i g n 、p u r c h a s e 、m a c h i n i n ga n dm a n a g e m e n t e a c ha c t i v i t yc o s tl i b r a r y a n de a c hs o u r c ea r ec o n f i r m e d af o r m u l ai sf o u n d e dt oe s t i m a t et h es h e e tm e t a ip a r t sc o s tb yu s i n g a b c s i n c et h e n ，s o m es e c o n d a r yf a c t o r sa r ec o n s i d e r e d ，t h ee l e m e n t so fq u o t a t i o nd e c i s i o n m a k i n g a r ea n a l y z e da n das h e e tm e t a ip a r tq u o t a t i o nm o d e i j sb u i l t a c c o r d i n gt ot h ea b o v er e s u l t s ，am o d e lo fs h e e tm e t a lp a r tq u o t a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e d i nt h e r e s e a r c h ，t h ef l o w so fi n f o r m a t i o na n dd a t aa r ea n a l y z e d ，at e c h n o l o g yl i b r a r yi sd e s i g n e da n di t s c o u r s ei se x p l a i n e d i nt h ee n d 。t h ei n t e g r a t i o nb e t w e e ne r pa n dt h es y s t e mi sd i s c u s s e d k e yw o r d s ：c n cc u t t i n g ，p a t h ，w o r k i n gh o u r s ，c o s te s t i m a t e q u o t a t i o n i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。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过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：越一日 期： 缉，二 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：睥导师签名 第一章绪论 第一章绪论弟一早 珀下匕 1 1 现代制造业环境概述 近二三十年以来，世界制造业发生了翻天覆地的变化，不仅出现了超精密、超高速、激光加工、纳 米技术、快速原型、快速制模等一系列新的先进制造工艺过程及其设备，而且已开始从传统大量生产方 式向精益生产、计算机集成制造、敏捷制造、全球制造和分散网络化制造等先进生产方式方向转变。随 着信息技术和信息产业的日新月异，世界性的信息技术革命以其高渗透性、高带动性和倍增性，使得制 造业的这种变化趋势仍将持续不断和加速进行。以信息技术为核心的新技术革命带来新的产业革命，无 论对发达国家，还是对发展中国家，其影响都非常深远。纵观现代制造业环境，有如下特剧l j ： ( 1 ) 先进制造技术的兴起和先进生产方式的出现 由于信息技术的发展和应用，近些年来，世界制造业出现了一系列新的制造技术和新的生产方式： 在管理信息系统( m i s ) 的基础上，采用计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) ，建立计算机集成制造系统 ( c l m s ) ；在开发决策支持系统( d s s ) 的基础上，通过人机对话实施计划与控制，从物料资源规划( i r p ) 发展到制造资源规划( m r p i i ) 和企业资源规划( e r p ) ；在生产和营销上，有集开发、生产和实物分销 于一体的准时生产( j i t ) ，有不断消除浪费的精良生产，有供虑链管理中的快速响应和敏捷制造，还有 通过网络协调设计与生产的并行工程、虚拟企业和电子商务等。这些新的生产方式把信息技术革命和管 理进步融为一体，使生产方式发生了根本的变化。这种生产方式的转变主要体现在以下几个方面： 1 ) 在营销层次上，信息技术的应用能够适应需求的个性化需要，提供个性化的服务，并且能够得 到快速响应，从而提高产品和服务的价值； 2 ) 在生产层次上，先进信息技术的应用，使得根据顾客需要，任意批量制造产品和提供服务成为 可能： 3 ) 在设计层次上，先进信息技术的应用，可以从设计开始就产生出一套整合供应商关系、生产过 程、经营过程、顾客关系以及产品使用和最终处理的方法： 4 ) 在组织层次上，先进信息技术的应用，无需额外增加投入，可以从企业内部与外部来整合生产 所必须的优质资源( 员工的专业技能、设备的有效利用) ，以形成新的生产能力： 5 ) 在管理层次上，以指挥和控制为主的现代管理思想，转向领导、激励、支持和信任。企业组织 结构由垂直型的科层组织，向扁平的网络型组织转变； 6 ) 在人力资源层次上，先进信息技术的应用，要求企业员工强化知识、技能和创新的意识和能力。 ( 2 ) 市场与用户需求发生重大变化 最近几年，世界制造业市场发生了重大的变化，已经从传统的相对稳定型市场演变为动态多变型市 场。同行业之间、跨行业之间的竞争更加激烈，主要表现在产品的生命周期缩短，用户需求多样化，多 品种、小批量生产比例增大以及大市场、大竞争局面的出现，产品的性能、质量、价格、交货期成为主 要竞争因素等方面。 1 ) 产品生命周期缩短 现代科技以日新月异的速度发展，新产品层出不穷。产品的市场寿命( 产品从投放市场剑被市场淘 汰所经历的时间) 大大缩短。例如5 0 的电子产品的市场投放时间为四年，而家用电器的市场寿命的市 场寿命已缩短到一年左右。顺应客户需求的变化，迅速作出反应，己经成为压倒一切的竞争因素。 2 ) 用户需求多样化与产品的客户化 经过战后经济的飞速发展，用户需求的多样化与产品的客户化、个性化己经成为世界制造业的潮流， 而这一潮流义对制造业造成了新的压力。可以预见，2 1 世纪制造业的竞争将围绕不断推出的新产品和 强烈的客户化供货以争夺市场的竞争。为此，企业必须大力发展新产品及基型的客户化能力，才能在竞 争中得以生存和发展。 3 ) 多品种、小批量生产的比例增大 东南大学硕士学位论文 越来越多的制造业发现单一、少品种的产品立足于市场带来的风险极大。所以较多采用了多品种、 小批量的生产方式，以便冲消风险。目前多品种、小批量生产的制造企业的比重以达8 0 以上，并在继 续增加。现代制造业环境的变化，使得企业的经营战略得到大变革。管理指导经营的模式己经远远不适 应当前制造业环境的变化和产品供大于求的局面，取而代之的是经营指导管理的模式。 4 ) 大市场和大竞争 随着计算机技术的迅速发展和信息高速公路的建立，使得全球性的集成制造有了可能，世界市场变 得越来越开放。全球性的集成制造可以使各种增援得到更充分的利用，并显著缩短了原料和产品的运输 距离以及产品的交货期。2 1 世纪的经济是无国界经济，跨国经济将成为2 1 世纪的主导经济。 5 ) 快速报价与及时交货成为主要的竞争因素 现今制造业间竞争的主要推动力是时间。产品成本和质量当然仍是竞争的重要因素，但是以时间为 基准的竞争将是一个突出的特点，与此相适应的制造业战略主要是在最短的时间内开发和生产出市场需 要的新产品，以及在最短的时间内客户化变型产品的报价与供货。这样的两种业务将是2 1 世纪制造业 生存与发展的基础，可以说单纯的新产品开发或单纯而保守的基型产品客户化都是企业短视的表现。 ( 3 ) 以信息化带动工业化成为提高制造业竞争力的重要途径 用信息技术改造传统产业，是通过建立起自动化系统，不断提高研发、生产、经营、管理、决策、 营销的效率和水平，进而提高企业的经济效益和竞争力。它主要包括：以应用计算机为主，实现研究、 开发的自动化，生产设备和生产过程的自动化、智能化，通过增加信息含量而增值的最终产品，以及适 应这种高效、快速物流、信息流的新的管理模式、营销模式和组织形式，并最终使得新的生产方式和提 高竞争力成为可能。在这种新的生产方式中，技术、信息及人力资本在提高竞争力方面起着决定性的作 用，尤其是信息技术为制造业发展提供了新的动力，它使信息的采集、加工和传递可以在瞬间完成，为 降低成本、提高生产力、提高质量和效率提供了可能；它扩大了企业的外部交流范围，为企业提供沟通 客户交流的桥梁，帮助企业发现更具价值的客户或更有价值的市场空间。提高企业的运营效率，完善企 业经营方式。据美国经济学家乔根森、奥利那等人的测算，到2 0 世纪9 0 年代后半期，美国劳动生产率 增加中有1 2 到2 3 是由信息技术带来的i 川。 信息化带动工业化，出现了柔性和自动化程度很高、由计算机控制的生产设备，通过过程控制、准 时生产、授权工作、质量管理等制造过程革新的精良生产，实施瞄准更小的市场、提供范围更广、更新 换代更快、寿命期更短的产品等新的营销战略，使得在不增加成本的情况下，改进产品的质量、提供更 广泛的选择和快速响应成为可能。 1 2 工时定额概述 1 2 1 工时定额的概念与重要性 定额是指在一定的生产技术组织条件下，对生产某种合格产品或完成一定工作任务的劳动消耗量所 预先规定的限额。限额在定额中体现为一种数量标准，这种标准用劳动时间来表示即称为工时定额。作 为劳动定额的基本形式，工时定额是衡量工人劳动与加工设备运转消耗量的通用尺度。它具有以下几个 特征【3 1 ： ( 1 ) 规定性和法定性：工时定额标准由国家或企业发布并执行。 ( 2 ) 同一性：同质的劳动消耗具有相同的定额。 ( 3 ) 先进性：在现代制造模式下，工时定额的高低与企业的技术水平和经济效益有直接的关系。企 业的技术水平越高，工时定额越低；产品的工时消耗量越小，企业的生产率越高，经济效益愈好，反之 就越低。 ( 4 ) 稳定性：作为一种标准，工时定额客观上要求在一定条件、一定范围内具有一定的稳定性。当 然，由于工时定额是建立在一定的生产技术与一定的组织条件基础之上的，它必然会随着生产技术、组 织条件、企业生产率的提高以及制造模式的变化而在一定的范围内发生变化。 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， 2 第一章绪论 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所必要的时间消耗【4 j 。工时 定额以时间为度量尺度，并且通常以工序为计算单位而制定工序工时，在国外，有时也将工时定额称作 “标准时间”，即“s t a n d a r dt i m e ”。 随着卒士会化程度的提高和信息化在制造业的普及，工时定额的地位和作用正在随着企业生产模式的 发展而不断提升。在生产调度中，要利用零件的工序工时定额信息确定供货期和原材料需求计划；在车 间管理中，要利用零件的工时定额信息合理地分配工人和加工设备的任务；在生产控制中，通过利用工 时定额和材料定额来控制各加工设备资源和物料的消耗：工时定额也是产品成本计算与报价和工人工作 业绩考核的主要依据。工时定额的重要性主要表现在下面几个方面i 别： ( 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，如长原计划、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、协调地运行。 ( 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，可以直接地反映出一定时期内，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。 作为企业生产管理的基础工作之一，工时定额的制定和执行不仅是企业计划管理、经济核算、调控 生产进度、控制成本、产品报价的重要依据，而且是促进企业劳动生产率提高的重要手段，它直接影响 到工人的工时计算、设备利用率、产品生产周期和企业员工的劳动报酬等方面，因此如何选择合理的工 时定额计算方法、构造优化的工时定额计算系统，从而有效地计算工时定额，在企业生产中具有十分重 要的意义。 目前，我国企业工时定额的制定主要依靠手工根据标准工时定额表查表计算，存在工时定额计算复 杂、数据库存储数据量大、表格线性化工作繁琐、数据库维护和接口操作不便、难以实现信息集成和数 据共享的缺点。因此，在当今制造业信息化的大环境下，非常有必要研究实现快速工时定额的技术和方 法，以满足企业信息化的需求。 1 2 2 工时定额的制定的要求与方法 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以下几点要求： ( 1 ) 要保证工时定额的先进合理。工时定额应高保证平均先进水平，即是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。 ( 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 东南大学硕士学位论文 ( 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。制定定额要快，这是定 额本身的特点所决定的。 工时定额的制定一般有以下几种方浏6 j ： ( 1 ) 经验估算法 这种方法是由工艺人员和工人结合起来，根据产品的设计图纸、工艺规程或产品实物，考虑使用的设 备、原材料、工人的技术水平及其它生产技术和组织管理条件，凭生产实践经验，估计工时定额。估计时， 可以参考一些有关的统计资料，也可以和一些同类产品的工时定额相对比，一般来说，经验估算法简便易 行，制定和修定的工作量要小。但由于它主要靠经验估计，技术依据不够充足，和制定人员的主观因素和 局限性有关，因而准确性差，定额水平不易平衡。为了提高估算的准确性，可以采用概率估算法。计算公 式如下： 口= 肜手lx 口 ( 1 1 ) 式中：卜估算的工时定额； 平均工时； 标准偏差系数； 口标准偏差。 平均工时m 的计算公式为： 膨= f ，a 手b 手4 c ) 6 ( 1 2 ) 式中：a 乐观上时( 在顺利条件下，生产某产品或完成某作业需要的最短时间) ； b 保守工时( ( 在不利的条件下，生产某产品或者完成某作业需要的最长时间) ； c 有把握工时( ( 在正常条件下，生产某产品或者完成某作业需要的时间) 。 标准偏差系数入可根据要求完成定额的工人达到的百分率，查正态分步表求得。标准偏差。的计算 公式为： 口= rb 一a ( 1 3 ) ( 2 ) 统计分析法 这是利用一些原始记录和统计资料进行分析整理，并结合现实条件的变化等制定定额的方法。这种 方法已有较多的统计资料为前提，一般包括： 1 ) 比较完整和准确的工时定额完成情况的原始记录、统计报表。 2 ) 反映当前和今后技术和组织状况的资料。 采用这种方法的步骤是：将定额完成的统计资料通过统计方法加以整理求出平数或选出代表数值： 并以这一数值为基础，考虑影响工时定额的因素。 ( 3 ) 类推比较法 这种方法是以现有的产品定额资料作依据，经过对比分析，推算出另一种产品、零件或工序的定额的 方法。用来对比的两种产品、零件，必须是相似的或同类型、同系列的。新产品试制中，较多的采用这种 方法。 ( 4 ) 技术测定法 这是在分析技术组织条件，总结先进经验，挖掘生产潜力，设计出合理的工艺规程，通过实地观察和 时间测定或通过技术计算制定定额的方法，主要依据定额手册中提供的各项定额标准( 如切削用量标准、 各项时间定额标准等) ，通过计算来制定工时定额。 1 - 3国内外对工时定额与报价研究的现状 1 3 1 工时定额研究的现状 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 4 第一章绪论 的实际意义。多年来，国内外在工时定额计算和管理方面都做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1 7 】。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，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j 。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( h t t p ：w w w p o m s o r g ) 、工 业工程协会( h t t p ：w w w i i e n e t 2 o r g d e f a u l t a s p x ) 等。计算机应用服务公司( a p p l i e dc o m p u t e r s e r v i c e si 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 de s t i m a t o rp r o 是一种用于制定机械加工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 rp r o 系统中的基本动作组来制定各类作用要素的劳动定额，并 且允许添加用户自定义的标准数据p j 。 国内在工时定额计算和管理方面也做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1 1 叭。 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 1 。 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 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有很大的困难l i2 。 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， 提出了c i m m i s 环境下的动态工时管理技术理论1 1 引。蔡永林针对传统时间定额方法的不足，提出了给 予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【l4 1 。 西安理+ i = 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：时定额计算方面的广阔的应用前景i l5 。民航两北空 管局的朱历刚在“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16 1 。 1 3 2 报价系统研究与开发的现状 产品报价是指供货企业或公司响应客户询价，对客户所询目标产品报出价格和对客户其他要求作出 答复。产品报价作为一种经济现象处在市场运行的局部，在市场活动中的供求双方由于信息的阻滞，不能 顺利达成均衡，在这种不均衡的状况下，需要作出种种选择。现实经济活动中，客户的询价请求和厂商的 报价回复之间的谈判、平衡、交易等等，就是这种不均衡性的表现。产品报价这一课题则基于这种现象 而存在。 双方交易达成的最终报价是需求价格和供给价格之间的某一变数，是暂时的“平衡价格”，而不是均 衡价格。制造产品，特别是比较复杂的产品报价，需要许多领域人员的协调工作，如技术、财务、商务等， 必须考虑各种结构化和非结构化的因素，其中结构化因素如技术参数、结构参数、工艺参数、制造成本、 费用分配比例等是比较易于确定的因素。而非结构化因素如最终利润率、赢得定单的几率等，则需要考 虑企业内外环境等众多不确定因素。 目前国内外研究开发的报价系统以其功能可分为以下六类1 1 7 】。 ( 1 ) 技术型报价系统 技术报价主要是根据用户要求撰写技术报价书，通过向客户提供成套设备的重量，参数，性能特点， 国内外的技术条件，分项价格和总体价格等详细资料，从而既为产品设计提供设计依据，也使用户对设 备的整体情况有一个全面的了解，从而为产品价格谈判打下商谈的基础。 5 东南大学硕士学位论文 ( 2 ) 商务型报价系统 商务型报价系统，是在技术报价系统的基础上，对产品价格进行分析，计算，结合价格变化趋势预 测的结果，确定合适的产品价格，其全部价值是基于产品成本而做的加价判断或推理。它对报价所涉及 的非结构化因素研究较为深刻。 ( 3 ) 工程型报价系统 工程型报价系统实际上是产品选型，初步设计加成本估算，其最终报价的形成有待提高。它对报价 的结构化问题处理较好，但对非结构化因素的研究较为薄弱。 ( 4 ) 投标型报价系统 投标型报价系统主要是在进行工程概算的基础上，分析投标决策的各种因素，确定合理的投标决策 和方法，然后进行综合分析评价，制定合理的报价策略，使报出的价格不仅有较大的中标可能性，而且 能获得最大的预期利润。这一方法在大的项目特别是建筑工程项目中应用较多。显然，它对报价中所涉 及的非结构化因素如竞争对手的报价，最终利润率，赢得订单的几率等的研究较为深刻。 ( 5 ) 集成型报价系统 集成型报价系统的目标，就是要使报价系统能够根据客户的询价请求，制定相应的产品报价设计以 及根据企业内外复杂因素制定多种可行的报价方案( 包括技术报价，财务报价，商务报价的报价方案) ， 并辅助决策者选择满意方案，辅助实现企业的经营目标。同时，在系统接受和处理报价的过程中，不断 学习和积累报价知识和经验，自我完善报价的非结构化部分，它综合考虑了报价中的结构化因素和非结 构化因素。 ( 6 ) 虚拟制造环境下的报价系统 虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上 群组协同工作，实现产品的设计，工艺规划，加工制造，性能分析，质量检验，以及企业各级过程的管 理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力由于虚拟制造系统是在计算 机上对产品和制造环境的虚拟模型进行操作，因而信息化集成程度高，信息之间的传递流畅，损失少， 而且基本上不消耗资源和能量也不生产实际产品，所以是非常理想的报价平台。 就目前已有的报价模型来看，根据所采用的不同技术大致可以分为三类【l8 】：一是c a r r 等人建立的 基于概率的报价模型，这是一种一步完成的方法，不需要花费学习时间，但是这种基于概率方法建立的 报价模型较难保证输出的可靠性，从而限制了其在经济领域中的应用；二是s e y d e l 等人利用决策分析技 术建立起的报价模型，这种模型的输出精度有所提高，不足之处是开发费用过高，难以广泛推广；三是 利用各种各样的人工智能技术，比较常见的方法是建立报价专家系统，这一类方法的核心是根据对专家 经验的总结，人_ l = 得剑隶属函数和模糊规则并逐步修正，寻求最优报价。但是这里“经验”的获取难度 较大，而且也很难保证较高的输出精度。 报价模型中采用的主要算法主要有两种：一是基于模糊逻辑推理的报价模型，这种方法认为，报价 的影响因素是多方面的( 包括结构化和非结构化) ，而且这些因素的表现形式以及它们对于报价决策的影 响程度都是以模糊性的形式表现出来，因此，这种模型通过利用模糊数学的理论，把这些因素当作模糊 因子，确定隶属函数，建立相应的模糊知识库和推理机制，实现报价决策；二是基于神经网络算法的报 价模型，这种算法同样认为，影响报价决策的因素是多方面的，但是，和模糊逻辑推理不同的是，该方 法通过神经网络的自学习和自适应的特点，利用最初给定的专家经验建成数据样本库，通过样本库的训 练，使得系统学习以前的经验，从而自动地逼近那些最佳刻画了训练样本数据规律的函数和影响因素， 揭示出数据样本中所蕴含的非线性关系，进而得出最终的价格。 1 4 本课题的研究背景与研究内容 1 4 1 研究背景 在工业生产和日常生活的诸多领域中，钣金件的使用极其广泛。作为机械零件的一个重要组成部分， 钣金件主要作为产品或部件的外部覆盖件，在家用电器、纺织机械、仪器仪表、造船、汽车及航空航天 6 第一章绪论 等行业中有着广泛的用途。近几年来，随着国内的机械制造行业、通讯电子行业、汽车和造船等行业的 逐步兴起，带动了钣金加工行业的迅猛发展，它以制造业行业产晶的发展为动力，以多品种、系列化、 大规模生产的方式，为制造业行业提供低附加值的机械产品、关键部件和便捷的服务。目前国内在经济 发展较快的地区和制造业发达地区都出现了钣金行业集群。比如在珠江三角洲的深圳、长江三角洲的苏 州和环渤海湾经济区的沧州等地，都出现了几十家甚至上百家的钣金产业集群，已经形成了当地的一个 产业链，为国内外机械制造企业做配套加工。 在现代制造业大环境f ，为了应对激烈的市场竞争，对钣金产品准确、快速的成本估算以及对客户 合理、快速的报价是钣金制造企业面临的一项重要的课题。在成本估算与报价的过程中，对钣金件制造 的工时估算是一个不可或缺的因素。工时估算的准确与快速不仅是成本估算与报价准确、合理、快速的 必要前提，同时在工时估算基础之上的工时定额还是企业内部制定主生产计划、安排人员与设备的运转 以及评定! 【人劳动价值的重要依据。 对板材的数控切割是钣金件加工过程中的主要环节之一，如果可以直接从切割工程图中提取数控加 工所需信息，并基于加工参数知识库和加工模拟技术来合理规划切割加工路径、估算加工工时，快速估 算钣金件制造的成本，则可以在方法上兼顾计算的科学性和制造工艺的不确定性，对钣金产品报价的准 确性与快速性具有积极的推动作用。以上即是本课题研究的重要背景。 1 4 2 研究内容 本课题主要研究以下四个方面的内容： ( 1 ) 在熟悉板材数控切割方法与切割工艺的基础上，根据板材数控切割工程图，提取板材数控切割 工程图中的几何信息，深入分析板材数控切割过程，研究板材数控切割加工路径数学模型，选择较为优 越的算法，合理规划切割加j = 路径。 ( 2 ) 根据提取的板材数控切割工程图中的几何信息，在加工参数数据库的支持下，将几何信息转化 为工艺信息，选择合理的切割参数，构建板材数控切割工时计算公式，对板材数控切割进行工时估算， 并在考虑各种宽放时间及余量之后对板材数控切割实行工时定额。 ( 3 ) 在了解和熟悉产品制造流程与钣金件制造各工序的基础上，分析钣金产品制造成本主要构成， 建立钣金产品成本估算公式，选择恰当的产品成本估算方法对钣金件成本进行估算，然后再考虑成本之 外的其他辅助因素，构建报价决策模型。 ( 4 ) 在上述各部分内容研究的基础上，设计钣金件报价系统模型，该模型主要应实现钣金件的工艺 流程规划与加工模拟的功能，以及对企业内部的工时估算、生产工期估算、成本估算和对企业外部的交 货期估算与价格答复等功能。分析系统的工作流程、总体信息模型与基本数据流程，研究该系统与e r p 系统之间的关系。 7 东南大学硕士学位论文 第二章板材数控切割加工路径规划 2 1 板材数控切割方法与过程简介 2 1 1 板材数控切割主要方法 随着微电子和计算机技术的日益成熟，推动了数控技术的快速发展，使数控机床在品质上、性能上 得到了有效保障。由于数控机床有着对工件改型的适应性强、加- 精度高、提高生产率等优点，因此在 工业生产各个领域得到了大力推广和应用。在钣金加工领域，数控机床解决了钣金加工中存在的零件精 度高、形状复杂、批量大等问题，同时可大大提高钣金加工能力、降低工人劳动强度，使钣金件在质量 上、产量上得到很好的保证。 板材是成熟的钣金件产品的毛坯，对板材的数控切割是钣金加工中一个极其重要的工艺过程，其质 量的优劣、效率的高低、成本的多少对钣金加工的后续- 艺及钣金件产品产生直接的影响，所以在钣金 加工过程中，应更多关注板材的数控切割。对板材的数控切割一股使用以下四种切割方法【l9 1 。 ( 1 ) 气体火焰切割气体火焰切割( 简称气割) 是利用气体火焰的热能将金属材料分离的一种切 割方法，是金属在纯氧中燃烧，并借助高速氧流动量排除熔渣的化学和物理作片j 相结合的过程。气体火 焰切割除了必须使用氧气之外，还必须使用可燃气体，如乙炔、液化石油气、天然气等。一般结构钢是 气体火焰切割加工的主要对象。被广泛应用在冶金、机械、电力、石油化工、车辆、造船等产业部门。 图2 1 是气体火焰切割的原理图。 c 2 h 2 + ? 2 了2c 2 f 2 + 。2 流 焰 6 l 等离子气；2 一电极：3 喷嘴； 4 一冷却水；5 一等离子弧；6 一工件 图2 - 1 气体火焰切割原理图图2 2 等离子弧切割原理图 ( 2 ) 等离子弧切割等离子弧切割是利用高能鼍密度的等离子弧和高速的等离子流，将熔化金属 从割口处吹走，形成连续割口的一种切割方法。等离子弧切割速度快，没有气体火焰切割对工件产生的 燃烧，工件获得的热量相对较小，工件变形较小，适合于切割各种金属材料。但由于等离子弧流速高， 噪声、烟尘严重，使得工作卫生条件较差。图2 2 为等离子弧切割的原理图。 ( 3 ) 激光切割激光切割是材料加工中一种先进和应用较为广泛的切割方法，它是利用高能量密 度的激光束作为“切割工具”，对材料进行热切割的加工方法。采用激光切割技术可以实现各种金属、 非金属板材和复合材料、硬质材料的切割。在国防建设、航空航天、工程机械等领域获得了广泛的应用。 图2 - 3 为激光切割的原理图。 ( 4 ) 高压水射流切割高压水射流切割是将水增压至超高压( 一般是1 0 0 - 4 0 0 m p a ) ，经节流小孔 ( 西0 1 5 0 4 m m ) 高速流出( 可高达9 0 0 m s ) ，使水压势能转变为水射流的动能，借助高速、高密集 度水射流的冲击作用来进行切割的一种方法。高压水射流切割有纯水型和加磨料型两种类型。加磨料型 8 第二章板材数控切割加工路径规划 高压水射流切割是在水射流中混入磨料颗粒，经混合管形成磨料水射流后再进行切割。在磨料水射流中， 水射流作为载体，使磨料颗粒加速，由于磨料质量大、硬度高，所以磨料水射流的动能更大，切割效率 更高。图2 4 为高压水射切割的原理图。 = j 蕊 。止 - _ 透镜 喷嘴移i 蔼 喷嘴 y j ( y , 乡；i i ：i。8l i 图2 - 3 激光切割原理图 2 1 2 板材数控切割一般过程 方向 商啦水 d i a ) 鳃水章f b ) 堋辫璎 图2 4 高压水射流切割原理图 板材数控切割即是利用数控切割机，根据不同的零件、具体的加工工艺编写数控代码，对己在整块 板材上排样好的零件轮廓进行自动切割，其切割过程一般由三部分组成，分别是预热打孔、切割和空行 程。以数控激光切割为例，针对图2 5 中的简单零件轮廓，其切割一般过程如下。 口 d 图2 5 板材数控切割一般过程 首先割嘴从程序零点( 即对刀点) 0 出发，快速行进到零件内轮廓1 上，预热并开光打孔，然后以 该打孔点为起点切割完内轮廓1 ，回到起始打孔点；然后关光、快速空行程行进到下一个零件内轮廓2 上，预热并开光打孔，然后以该打孔点为起点切割完内轮