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基于知识的冲裁模报价系统 摘要 快速、合理地进行模具报价一直是模具制造商追求的目标，目前模具报价 合理性、准确性的研究已取得一定成果，但快速报价系统还有待进一步研究与 开发。0 8 年的全球金融危机，业已波及到模具制造业，且影响日益加深，这就 更加需要模具制造业具备“快速反应”的能力。 本文详细分析了传统模具成本估算方法和特点，结合企业的需求，以冲裁 模为研究对象，修改并完善了小型冲裁模详细报价。采用标准模架法、b p 神经 网络法构建冲裁模快速报价模型，集成产生式规则推理机、在面向对象环境下 成功开发了开放式的冲裁模快速报价系统。 首先对影响模具成本的冲裁件和模具零件特征进行了分类编码，在此基础 上开发了一个规则推理机，由此决策出冲裁工艺方案，确定模具类型；其次填 写“问卷 式窗口信息，实现自动报价。对小型冲裁模使用详细报价或标准模 架法报价。其中详细报价是根据模具模板费用、标准件费用、制造费用及设计 费用依次累计得出模具价格；标准模架法作为详细报价的辅助，是通过检索得 出的标准模架价格估算整副模具价格；对中、大型冲裁模则使用基于b p 神经 网络的成本估算方法。建立了冲裁模成本估算的三层b p 神经网络模型，并利 用遗传算法对b p 神经网络的权阈值进行优化，从而解决了网络易陷入局部极 小值的问题，提高了网络的收敛速度。通过运行验证，表明系统的功能满足设 计目的。 本文所提出的冲裁模报价系统的开发思路、数学模型以及对系统开发平台 的考虑，对其他种类模具的报价具有可供借鉴的实用价值。 关键词：冲裁模标准模架b p 神经网络规则库报价 am o u l dq u o t a t i o ns y s t e mo f b l a n k i n gd i e b a s e do i lk n o w l e d g e a bs t r a c t f a s ta n dr e a s o n a b l em o u l dq u o t a t i o ni sa l w a y st h eg o a lt h a tp u r s u e db yt h e m o u l dm a n u f a c t u r e r n o wt h es t u d yo fr e a s o n a b l ea n da c c u r a c ym o u l dq u o t a t i o n h a so b t a i n e ds o m ea c h i e v e m e n t s ，b u tt h ef a s tm o u l dq u o t a t i o ns y s t e mi ss t i l l r e q u i r e df u r t h e rr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t i n2 0 0 8 ，t h eg l o b a lf i n a n c i a lc r i s i sh a s b e e ni n v o l v e di nm o l dm a n u f a c t u r i n g ，a n dt h ei m p a c ti sd e e p e ra n dd e e p e r s ot h e r a p i dr e s p o n s e c a p a b i l i t yi sm o r en e c e s s a r yt om o u l dm a n u f a c t u r i n g i nt h i sp a p e r ，t h et r a d i t i o n a lc o s te s t i m a t i o nm e t h o d sa n dt h e i rc h a r a c t e r i s t i c s a r ea n a l y z e di nd e t a i l a c c o r d i n gt ot h en e e d so fe n t e r p r i s e s ，a na p p r o a c ho fr a p i d d i ec o s te s t i m a t i o ni s e x p l o r e dw h i c hm a k e st h eb l a n k i n gd i ea sr e s e a r c ho b i e c t t h ed e t a i l e dq u o t a t i o no fs m a l l s c a l ed i ei sm o d i f i e da n di m p r o v e d ad i ef a s t q u o t a t i o nm o d e li sc o n s t r u c t e db ys t a n d a r dm o u l db a s em e t h o da n db pn e u r a l n e t w o r k i na d d i t i o n ，a ni n f e r e n e ee n g i n eo ft h ep r o d u c t i o nr u l ei sa l s oi n t e g r a t e d i nt h e o b je c t - o r i e n t e de n v i r o n m e n t ，t h eo p e nq u o t a t i o ns y s t e mi se s t a b l i s h e d s u c c e s s f u l l y f i r s to fa l l ，t h eb l a n k i n gp a r t sa n dm o u l dp a r t sf e a t u r e st h a te f f e c tt h em o u l d c o s ti sc l a s s i f i e da n dc o d e d a n do nt h eb a s i so ft h i sa ni n f e r e n e ee n g i n eo ft h e p r o d u c t i o nr u l ei sd e v e l o p e d t h u sb l a n k i n gp r o c e s ss c h e m ea n dm o u l dt y p ea r e d e t e r m i n e d t h e nf i l l so u tt h e q u e s t i o n n a i r e w i n d o wm e s s a g ea n da c h i e v e s a u t o m a t i cq u o t a t i o n d e t a i l e dq u o t a t i o no rt h eq u o t a t i o no fs t a n d a r dm o u l db a s e m e t h o di su s e df o rt h em i n i a t u r eb l a n k i n gd i e d e t a i l e dq u o t a t i o ni sam e t h o dt h a t g e t st h ea c c u m u l a t e dm o u l dp r i c e sa c c o r d i n gt om o u l dt e m p l a t ec o s t s ，s t a n d a r d p a r t sc o s t s ，m a n u f a c t u r i n gc o s t sa n dd e s i g nc o s t s a st h ea u x i l i a r yp a r to ft h e d e t a i l e dq u o t a t i o n ，s t a n d a r dm o u l db a s eq u o t a t i o ne s t i m a t e se n t i r em o u l dp r i c e sb y t h es t a n d a r dd i eb a s ep r i c es e a r c h e d c o s te s t i m a t i o nm e t h o db a s e do nb pn e u r a l n e t w o r ki su s e df o rm e d i u ms c a l ea n dl a r g es c a l eb l a n k i n gd i e t h r e eb pn e u r a l n e t w o r km o d e lf o rd i ec o s te s t i m a t ei ss e tu p t h e nt h ew e i g h ta n dt h r e s h o l do fb p n e u r a ln e t w o r ka r eo p t i m i z e db yg e n e t i ca l g o r i t h m ，s ot h ep r o b l e mt h a tt h en e t w o r k i se a s yt of a l li n t ol o c a lm i n i m u mi ss o l v e da n dt h ec o n v e r g e n c er a t ei si m p r o v e d o p e r a t i o nh a sp r o v e dt h a tt h es y s t e mf u n c t i o nm e tt h ed e s i g np u r p o s e t h e d e v e l o p m e n t i d e aa n d m a t h e m a t i c a lm o d e lo f b l a n k i n g d i ea n d c o n s i d e r a t i o no fs y s t e md e v e l o p m e n t p l a t f o r mp r o p o s e d i nt h i s p a p e rh a v e r e f e r e n c ep r a c t i c a lv a l u ef o ro t h e rk i n d so fm o u l dq u o t a t i o n k e yw o r d s ：b l a n k i n gd i e ，s t a n d a r dm o u l db a s e ，b pn e u r a ln e t w o r k ，r u l eb a s e ， q u o t a t i o n i i 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图4 1 图4 2 图5 1 图5 2 图5 3 图5 - 4 图5 5 图6 1 图6 2 图6 3 图6 4 图6 5 图6 - 6 图6 7 图6 8 图6 - 9 图6 1 0 图6 1 l 图6 1 2 插图清单 详细报价流程图”9 工时定额法图“1 0 系统总体结构图图l l 系统工作流程图图1 2 a d o 各对象之间的关系1 3 常用四种编码结构一17 设备代码18 加工工序码1 9 工艺码1 9 型面加工工序代码一2 0 冲裁件特征分类2 1 冲裁制件图2 2 冲裁模类型选择流程图( 规则推理网) 2 4 规则推理运行流程图“2 5 具有一个隐含层的神经网络模型结构图2 9 参数初始化程序( 部分) 一3 2 适应度函数( 部分) ”3 3 获得优化后的权值阈值( 部分) 3 3 估算模型流程图“3 3 系统界面- 3 8 冲孔制件图3 8 制件特征信息界面3 9 查询报价界面3 9 标准模架查询结果界面4 0 调用m a t l a b 程序4 l 底座连接板零件”4 2 展开尺寸计算界面- 4 2 l 型打弯展开计算界面4 2 制件展开图4 3 冲裁排样图4 3 报价界面4 4 v i 表格清单 表3 1 磨床代码一18 表3 2 凹模板典型工艺1 9 表3 3 凹模板典型工艺存储1 9 表3 4 外圆表面加工方案”2 0 表3 5 冲裁件特征编码表2 2 表3 6 冲裁件尺寸公差2 2 表4 1 冲裁模结构复杂系数k ，( 部分) 一2 6 表4 2 索引字段2 7 表4 3 标准模架表的主要字段2 8 表4 4 总表的数据字典“2 8 表5 1 制件形状复杂因素系数一3 4 表5 2 制件精度因素系数”3 5 表5 3 冲模材料因素系数3 5 表5 4 冲裁间隙因素系数3 5 表5 5 增加自动装置因素系数3 5 表5 6 加急因素系数3 6 v i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。 也不包含为获得金胆王些盔堂 或其他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谢意。 学位论文储签字多签锢期：卅年彳月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金壁工业太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金壁王些太 ! l 可以将学位论文的全部或部分论文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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期：加7 年q 月 电话： 邮编： ) 复 致谢 值此论文完稿之际，首先要衷心地感谢导师刘全坤教授近三年来在学习和 生活中给予我的谆谆教诲和无私关怀。恩师渊博的专业知识、严谨的治学态度、 非凡的敬业精神和雷厉风行的工作作风深深教育和激励着我，并鞭策我在未来 的学习、工作中锐意进取、奋发努力：他坦诚、细心、热情、随和的风范是我 永远学习的榜样。在此，谨向我的恩师致以由衷的谢意和诚挚的祝福! 感谢在工大学习期间给予我指导和帮助的陈文琳老师、陈忠家老师、薛克 敏老师、李萍老师、王强高级工程师等。同时，感谢合肥金海康五金机械制造 有限公司的陈勇章厂长，为我课题提供了不少建议。 感谢本课题组王成勇博士、肖福成硕士，他们为我的课题研究作了很好的 前期铺垫并在研究中给予我很多指导，使我能顺利完成课题。感谢师兄郑超博 士对我学习的关怀，在他的指导下，我领会并掌握了很多知识和学习方法。 感谢师兄胡龙飞博士、胡成亮博士、王可胜博士、陈从升博士、刘俊松博 士、邓陶勇硕士、汪泽波硕士，师姐刘克素博士、程伟硕士、来亚敏硕士，祝 慧硕士、舒洁硕士，本届韩豫、赵雅丽、张金宝、唐凯，以及师弟师妹们在学 习和生活上给予我的关心和帮助。 深深感谢我的父母，他们在精神上和经济上始终给予我巨大的支持和鼓励， 使我能专心完成学业。 谨将这一微薄的学业所得，献给所有认识和关心我的人! i i i 李亨 2 0 0 9 年2 月 第一章绪论 1 1 引言 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的 价格和对客户其他要求所做出的答复【l l 。产品报价有两种，一是快速报价，二 是详细报价。快速报价是快速按用户提出的一些特定要求和技术标准提出产品 报价；详细报价是根据产品的技术资料和企业的技术状况，根据产品的各种成 本组成，进行详细的价格测算【2 】。 随着市场经济体制的深入发展及完善，企业之间的竞争日益激烈，反映在 制造行业尤为突出。制造业的生产任务大部分来自日常的客户订单和市场化的 项目竞标，所以，努力赢得订单和招标是现今制造业生存和发展的现实状况。 今年的全球金融危机，业已波及到制造业，且影响日益加深，这就更加需要制 造业具备“快速反应”的能力。在夺取竞争获胜的诸多因素中，快速合理报价已 成为最为重要的因素之一。 模具报价作为产品报价的一个分支，是一个集技术、经验和市场信息于一 体的综合型问题1 3 1 。目前我国还没有一个权威的、普遍适用的模具价格计算方 法和报价标准，往往是模具用户同模具制造者简单商量、协议定价，人为因素 影响很大，造成了我国模具价格十分混乱，模具的计价方法更是五花八门；另 一方面，改革开放3 0 年来，我国模具工业获得了飞速发展，模具设计、制造能 力和水平都有了显著提高。据中国模具工业协会统计，中国模具工业总产值从 1 9 9 5 年的1 5 亿元左右上升到2 0 0 8 年的8 0 0 亿以上，在航空、航天、汽车及家 电等行业利用模具制造的零件约占6 0 - - 8 5 t 4 _ 5 j 。模具报价的混乱与模具工业 的发展两者之间的矛盾日益突出，这就亟需建立起符合现代企业竞争需要及市 场需求的模具报价方法。 当前，世界各国在积极提高模具制造和设计水平的同时，都在积极地研究 如何对模具价格进行规范化管理，以促进模具工业更快、更好的发展。随着科 学技术的发展和企业管理水平的不断提高，模具报价方法和计算机辅助模具报 价系统已经越来越受重视，成为模具制造商不可缺少的报价和管理手段，学术 界和产业界对此非常重视，纷纷组织力量进行研究和开发。 1 。2 模具报价 1 2 1 模具价格构成 商品的价格一般由生产成本、流通费用、税金和利润四部分构成。模具也 是商品，但它与在市场上流通的一般商品不大相同，往往都是由模具制造商与 用户双方直接定价成交。因而，模具的价格中可暂时无流通费用而应含有销售 费用 6 1 。于是，模具的销售价格可表达成 m = m + 肌+ l + s = z + 三+ s n 。) 式中，m 一模具的销售价格； m 一模具的生产成本； m 。一模具的销售成本( 完全成本) ； m 一模具的销售费用( 运输费、广告费、销售机构经费、售后服务费等) ； 工一利润； s 一税金。 从模具的生产实际可知，模具的生产成本m 。是模具在加工制造过程中所发生的 各种费用之总和，即 m ，= c + q + g + w + j + d + z + u + f ( 1 2 ) 式中，c 一模具的原材料费用( 铸件、锻件、板材、标准件及外购件等) ； q 一水电燃气动力费( 油、电、水、气) ； g 一工资( 工人工资、奖金) ； 形一车间经费( 管理车间生产所发生的费用) ； j 一企业管理费( 管理人员与服务人员工资、消耗性材料、办公费、差 旅费、水电费、折旧费、修理费、低值易耗品摊销、材料与产品盘亏与毁损等) ； d 一模具设计费； z 一专用工具费( 专用刀具、电极、靠模、样板、模型等) ； u 一试模费； f 一试制性不可预见费( 由于模具制造中存在着试制性，成本中就包含 着不可预见费和风险费) 。 则模具的销售成本和销售价格可以分别具体地表示成 m 工= c + q + g + 形+ j + d + z + u + f + m ( 1 3 ) m ：( c + q + 。g + w + j + d + 。z + u + f + ，m x i - n l 一) l 一，2 c + d + g + 矽+ ，+ d + z + u + ，+ 朋 = = 一 1 一r o ( 1 4 ) 式中，一成本利润率；，2 一综合税率；一利税率 显然，m 。是模具价格的主要构成部分，也是报价过程中最难以计算的。由 式( i - 2 ) 和式( i - 4 ) 可知，模具用户针对某一产品的模具制造商询问价格时， 模具制造商很难按公式列出的各个成份逐项统计然后汇总，这个工作一般只能 是模具制造完成后的结算，而要做到事前较迅捷准确地报价，不但要研究模具 价格的构成，还要研究适当的价格估算方法。 2 1 2 2 传统模具价格估算方法 传统的模具报价方法大致有以下几种： 1 重量法：按模具的重量计算模具价格。将m 。的每个部分，按模具重量 成比例地分摊到一副模具中去，这样所得到的模具价格就是该副模具的销售成 本。较适合中、大型冲压模具的价格估算，但对同类型、同外形尺寸，不同结 构和精度的模具考虑还不够细致和深入，准确性欠佳。 2 工时法：将m 。或m 。+ 工+ s 平均分摊到企业的每一个实动工时中去，首 先制定出企业所有设备的单位工时平均含金额，然后再根据某副模具的制造总 工时来计算出该模具的销售成本或销售价格。该方法考虑到了影响制造总工时 的主要因素( 制件外形尺寸、制件复杂程度、制件精度、模具工作部位的表面 粗糙度及模具结构等) ，较为具体、合理，对小、中、大型冲压模具和型腔模 具的价格估算很适用。 3 历史资料分析法：有的模具企业在接到一副新模具时，会以历史的资料， 即以往模具价格作参考，稍作修正后作为对客户的报价。 4 相同产品比较法：在制造相同产品的模具时，不少模具企业是将同类型 模具的现行制造报价稍作修正而对外报价的。对同类产品的比较报价，模具企 业比较有把握。 当前，在我国模具制造企业里大都有自己的一套模具估价方法，这些简单 易行的方法是企业从多年来积累的大量估算过的模具价格中总结提炼出来的。 比如依据模具工作零件的电加工费用估算法、依据模具材料费估算法及客户心 理价位定价法等。详细介绍可参考文献 6 8 】。但是由于市场竞争激烈，产品结 构愈来愈复杂，模具的制造精度越来越高，报价要求的周期越来越短，准确性 却越来越高。那种历史的、经验的报价方法己经越来越受到限制，也越来越难 以让注重企业管理的客户接受。要想拿到订单，就必须快速、合理地做出报价， 因此必须开发新的报价系统。 1 3 模具报价系统研究概况 模具报价系统是指以计算机作为主要工具，综合运用技术、经济、管理、 人员等对模具报价进行全过程、全方位的预测、优化、计算分析等一列活动的 总和例。 1 3 1 商业模具报价软件 以色列c i m a t r o nl t d 1 0 公司于2 0 0 5 年向工模具行业发布了冲压模具估价系 统( d i e q u o t e ) 和塑料模具估价系统( m o l d q u o t e ) 。m o l d q u o t e 和d i e q u o t e 支持整个报价流程，包括零件数据的导入到零件的分模，以及定义一些物理属 性( 重量，体积，曲面区域) ：通过坯料的布局，细化以及材料状况的收集( 冲 压模具报价) 以所需的格式产生最终价格。该软件的这两个模块，国内尚未见 有销售。 比利时m a t e r i a l i s e 公司【1 1 】针对注塑模具推出了t o o l i n ge x p e r t 模具报价系 统，软件的特点是具有快速简单的3 d 模型分析，以此可以预测制造中的问题 从而可以减少废料降低成本。其报价机理通过自动调谐及手动调谐两种方式把 软件的估价与理想价格的差别控制在有效的百分比范围内。该公司于2 0 0 5 年在 上海成立办事处，但其t o o l i n ge x p e r t 模具报价软件未见推广，主要原因是购 买方需要整理历年的模具报价资料，分类并建立数据库，从而使得系统维护困 难，需要专业人士操作。 s e l t e ks o l u t i o n s 公司【1 2 i 开发了a s a m o u l d 和e s t i m a g i c 两套模具报价系 统。a s a m o u l d 系统根据美国标准协会( a s a ) d p 的参数评估法计算模具的成 本，将模具成本分为材料、浇注系统、推出系统、型腔等几大部分。应用中通 过输入这些部件的基本特征、相应的加工方法、型腔面积、模具尺寸等，由公 式计算得到模具的成本：e s t i m a g i c 系统则是将模具成本分为人工费用、材料 费用、机器费用、包装运输费用及其它费用五类，通过输入制造工时、单位工 时平均含金额、机器运转工时、机器运转费用、材料单价、材料重量等相应参 数得到模具制造成本。该系统操作方便，但诸如制造工时等数据的获取还是依 靠人工作业，系统只是做了存储数据和简单的乘法和加法运算。 1 3 2 研究概述 美国麻省理工大学r o s e nd a v i dw 【1 3 】等分析了注塑件的特征和这些特征对 于模具成本评估的影响，定义了从塑件特征到模具成本特征的映射关系，给出 了算法，最后得出特征转换和基于特征的模具成本评估的一系列结论。新加坡 南洋理工大学s h i n go n gn a n 1 4 l 等按照结构的区分方法将注塑模具的成本分为 材料、模具和加工成本，通过建立一系列的参数在产品的概念设计阶段估算模 具成本，这种方法并不依赖于特定的模具类型，对于其它模具成本的估算也具 有理论指导意义。文献1 15 】提出基于模具型腔数控( c n c ) 加工时间的注塑模 具报价方法，将模具型腔在数控机床上的加工费用作为报价的依据，通过计算 型腔零件的数控加工时间，来计算整个模具的加工费用，把报价建立在加工的 基础上，具有一定的实际意义。 由此可见，国外对模具报价的研究主要集中在注塑模，主要原因是注塑模 的结构类型固定，模具结构形式相对于冲压模及其他类模具少得多。同样，国 内学者也把研究重点集中在注塑模报价方面，并取得了相应成果，但对冲压模 具报价的研究相对较少。关于冲压模具的报价研究成果主要有浙江大学卿兆波 【1 6 】对小型冲压模具的报价系统进行了研究，将模具的成本分为制造工费和材料 费，然后分别按相应公式进行估算，最后计算出模具成本。并以s y b a s e 公司 的p o w e r b u i l d 为开发工具，在w i n d o w sn t 平台上开发实现了一个原型 报价系统。华中科技大学李强【1 7 】建立了基于c a p p 的模具成本估算系统，将模 具成本分为制造费用、材料费用和外购件费用，建立了标准工序库，通过识别 4 模具型腔特征选择标准工序的方法估算模具成本。西北工业大学姜晓鹏【l8 】利用 模糊数学方法模拟专家行为和提取专家经验，通过建立基于工时法的模糊相似 评价数学模型，确定描述汽车覆盖件模具的特征因素，综合评判工件相似性各 影响因素的权重，在分析模具报价流程和决策过程的基础上，开发了汽车覆盖 件模具计算机辅助报价系统，提高了报价速度，为企业获得订单赢得了时间。 大连理工大学冯建文【1 9 j 对三维c a d 软件s o l i d w o r k s 进行二次开发，建立了三 维c a d 软件内嵌数据库和外加数据库，分别用于存储产品的形体特征信息和 材料及加工属性，在s o l i d w o r k s 环境下获取制件几何特征信息，开发了基于三 维c a d 软件s o l i d w o r k s 的模具价格预算系统。大连理工大学柴玉森1 2 0 j 建立了 对模具价格进行预算的计算机模型，在三维c a d 产品信息模型支持下，利用 c a p p 技术，确定模具零件的加工工艺过程，给出了分析价格成本预算的方法 和模具报价系统的构成。合肥工业大学肖福成1 9 j 以小型冲压模具报价系统为研 究对象，从模具的成本构成入手，以加工费用的计算作为模具报价的基础，将 模具制造费用的估算过程归纳为三个步骤：匹配零件加工工艺、计算加工工时 和计算加工费用，由此可以初步估算模具的制造费用。通过输入制件特征信息， 设置报价模具的工作零件和结构零件的报价细则建立模具详细计算报价。 由以上文献分析可知，对于小型冲压模具报价，目前研究和开发的方向是 快速详细的报价系统，而且已取得一定成果。很多高校通过产学研合作平台与 企业联合，相继开发了不少实用的小型报价系统。对于中、大型冲压模具的报 价，由于模具零件标准化程度不高、价格影响因素复杂，在国内外还没有出现 较好的模具成本估价系统【2 1 1 。当前的主要方法仍然是重量成本预测法，比如北 汽福田模具厂和成都成飞模具厂。国外模具行业部分采用工时成本预测法，但 这种预测法一般要到模具的设计完成甚至到模具的实际生产阶段后进行，无法 满足现代企业快速报价的要求。 对于结构复杂的产品的报价，其成本影响因素很多，属于非线性预测问题， 而神经网络可以有效地解决这类问题。目前国内外出现了很多利用神经网络进 行成本估算的研究方法，a s h t u b l 2 2 】将神经网络应用于装配系统的成本估算，大 大提高了成本估算的精度；j u r g e nb o d e 2 3 1 将神经网络应用于飞机成本预测，取 得了较高的预测精度：华中科技大学王旗林【2 4 】提出了结合神经网络和遗传算法 来对信息系统进行成本估算的方法，实验效果远远优于传统成本估算方法；山 东大学宋嘎【2 5 】利用b p 神经网络法开发了一个注塑模具的成本估算系统，为快 速准确的进行模具报价提供了一套有效可行的方法。以上这些研究说明了将神 经网络应用于成本估算是切实可行和有效的。 总之，我国模具报价系统的开发虽然已取得了不错的成果，也相继引进国 外比较成熟的报价系统，但仍然存在以下几个关键问题尚未得到有效解决： 1 模具报价方法 目前还没有一种比较准确和通用的报价方法。近年来交叉学科的研究探索 以及各种新学科、新理论的不断涌现和发展，出现了一些新的报价方法，如模 糊相似比较、粗糙集理论等，但许多理论尚处于研究中，应用也不成熟。 2 报价数据的存储与重用 在模具报价的过程中，积累了很多报价数据，传统报价思想的基础是分析 这些数据积累经验，只是人为因素过大，缺乏科学性。企业希望利用计算机强 大的存储能力把报价数据保存下来，建立合理的检索机制或利用某种技术重用 报价历史数据。 3 系统通用性 目前开发的模具报价系统都只局限于特定的模具种类报价和企业内部使 用，不具备商用化，通用性差，而且开发的系统原型以塑料模较多，对冲压模 具报价系统的研究较少。随着模具生产的标准化与专业化，模具报价系统应能 适合不同类型模具的报价，供不同的企业使用。 1 4 课题来源与研究目的意义 1 4 1 课题来源 课题来自横向项目“模具报价系统的开发”，系深圳某公司委托合肥工业大 学现代模具研究所开发。此前已有一位硕士对本项目进行了研究并取得了阶段 性成果。 肖福成硕士【9 】以加工费用的计算作为模具报价的基础，通过匹配零件加工 工艺、计算加工工时和计算加工费用三个步骤初步估算模具的制造费用，以此 设置报价模具的工作零件和结构零件的报价细则建立了小型冲模详细计算报价 系统。用a c t i v e x 技术将各主流c a d 软件的轻量化浏览器进行集成，开发了制 件快速浏览模块，实现基于制件结构特征的可视化模具报价。本文在此基础上， 进一步完善小型冲模报价，探讨、开发中大型冲裁模报价系统。 1 4 2 研究的目的及意义 模具报价是关系到模具企业能否成功接到订单并赢得市场的关键所在。目 前的模具生产企业接到订单以后一般要有一到两天的时间才能给出报价，对于 不熟悉的模具，需要的时间会更长。这一阶段报价是否迅速和成功，往往对客 户是否采纳订单或选择进一步谈判起关键作用。多数情况下，客户会同时向几 家企业询价，从中进行选择，而这期间不成功的报价造成的时间和资金上的损 失无法得到补偿。应当指出，客户第一次报价之后直到签订正式订单之前，还 可以对最终报价进行修正。 当前公司采用以经验为主的传统估价方法对冲裁件进行估价，带有很大的 主观性，缺乏科学性，已不能适应当前模具工业发展的需要，因此需要开发出 一套具有科学性、合理性和实用性的计算机辅助成本估算系统，来适应公司发 展的需要。 6 基于以上目的，本课题对如何快速、准确地预测模具成本进行了深入研究， 提出一种新的模具成本预测方法。该方法应用于冲裁模的早期成本预测，可以 满足客户和模具制造商缩短模具报价周期、保证准确性的要求。尽管这种方法 最终只是以冲裁模为研究对象，但其基本思想和方法可以扩展到其他模具的报 价。以本课题组前期所做工作为基础，开发冲裁模报价系统，为公司赢得更多 客户信赖，形成生产与销售的良性循环。 1 5 研究内容与章节安排 1 5 1 研究内容 本课题针对公司模具报价中存在的效率低、人为因素大、缺乏科学性等问 题，采用基于知识的方法，研究并开发冲裁模报价系统。以中、大型冲裁模快 速估价为目的，设计出符合公司要求的报价模型。在整个开发过程中，确保理 论与实际需求的联系，充分利用计算机技术、数据库技术和面向对象系统设计 技术。研究结果可应用于实际冲裁模报价并作为其他种类模具报价的参考。围 绕本课题的主要研究内容如下： 1 特征编码 1 ) 分析模具零件加工工艺链，研究典型工艺、型面加工规则的编码方法： 2 ) 编制模具零件工艺编码及冲裁制件特征信息编码： 2 模具结构类型的选择及模具报价法 1 ) 利用r b r ( 规则推理) 决策冲模结构类型及模架； 2 ) 根据决策开发基于模架的快速报价系统，辅助小型冲模的详细报价； 3 改进神经网络的报价模型 1 ) 分析典型模具的快速报价模型，确定预测模型所需的原始参数： 2 ) 研究b p 神经网络的模型与结构，神经网络的缺陷及遗传算法对其权值 及阈值的改进； 3 ) 建立改进神经网络报价模型： 4 ) 将模型在m a t l a b 上实现； 5 ) 利用o l e 接口，编制程序实现在d e l p h i 中调用m a t l a b 工具箱。 1 5 2 章节安排 第一章绪论 简述了我国模具发展和报价的现状，介绍了常用的模具报价方法，总结了 国内外模具报价系统的开发状况，阐述了课题研究的目的及意义。 第二章系统总体设计与开发环境 提出系统的设计思想，介绍系统需要建立的五个重要功能模块，设计系统 报价的总体结构及工作流程，阐述系统的操作平台和开发工具。 第三章编码的研究与编制 研究公司以往工艺文件的信息结构及组成，选择合适的结构与代码，编制 7 适合公司管理的工艺编码( 描述模具零件加工工艺链) 及特征编码( 描述冲裁 制件特征信息) 。 第四章冲压工艺方案的选择及模具报价法 建立一个智能化的冲裁工艺分析模块，利用规则推理技术完成报价前冲裁 模类型及模架的确定。以此为基础，开发标准模架报价系统，完善小型冲裁模 的详细报价。 第五章基于改进神经网络的快速报价 利用b p 神经网络构建中、大型冲裁模报价模型，采用遗传算法优化其权 值、阈值。选择合理的冲裁模样本训练网络达到预定精度，通过m a t l a b 实 现冲裁模报价。通过o l e 接口，完成d e l p h i 对m a t l a b 工具箱的调用，从 而完成冲裁模报价系统的开发。 第六章报价系统的实现 通过具体的冲裁模实例对系统的运行过程进行简单介绍。 第七章结论与展望 对研究工作进行总结。 8 第二章报价系统总体设计与开发环境 2 1 系统总体设计 2 1 1 系统设计思想 在课题进行期间对几家模具企业进行了调研，结合本课题的合作对象对报 价系统的要求，提出模具报价系统应具有以下特点： 1 科学性报价方法是计算模具价格的关键，系统采用的报价方法必须合 理、科学，能迅速计算模具的价格。 2 重用性系统能充分利用公司以往资料及数据，确定适合于企业对历史 数据的管理和存储方式，通过检索调用历史数据实现对新模具的报价。 3 实用性系统数据库管理报价需要用到的所有数据，并包含计算加工成 本所需的计算公式及经验数据，能根据用户输入的信息计算出冲压模具的加工 成本。 4 可扩充性允许用户对数据库中的数据进行修改和更新，当系统数据库 中没有用户所需要的报价信息时，用户可按照系统的提示，向系统数据库中输 入新参数，系统将根据这些新数据对模具加工成本进行计算，并把这些新数据 扩充到数据库中。 5 操作方便系统采用w i n d o w s 可视化窗口设计，界面友好，用户可根据 系统的提示方便地进行操作。 根据以上几点要求，确定了 本套报价系统的基本实现思想： 1 ) 设置资源配置模块，以 便于用户可以根据自己企业的 实际情况进行系统资源的初始 配置。 2 ) 报价前先进行初步制件 分析。输入制件特征信息，自动 匹配规则，决策出冲裁模的结构 形式。 3 ) 报价主要分为两部分， 对小型冲裁模报价，其详细报价 流程如图2 1 所示。对中、大型 冲裁模报价，系统主要采用基于 改进神经网络建模的思想，通过 训练样本的学习，达到智能预测 的目的。 9 图2 - 1 详细报价流程图 2 1 2 系统功能模块 本课题要建立的冲裁模计算机辅助成本报价系统是一个具有成本估算、报 价查询、报价资料管理和客户管理等功能的冲裁模集成管理系统。本文主要建 立并实现以下几个功能模块：混合编码功能模块、智能检索功能模块、成本估 算功能模块和数据维护功能模块。各个模块之间相互独立又彼此耦合，共同完 成系统功能。 1 混合编码功能模块 本模块中，改进并完善合作企业原有编码，开发了更为科学、合理的制件 特征编码和模具零件特征编码。其中制件特征编码采用链式编码结构；模具零 件特征编码采用树状和矩阵结合的混合编码结构。 2 智能检索功能模块 智能检索功能模块主要体现在模具报价前利用规则推理机对制件进行初步 工艺分析，从而决策出冲裁模结构形式。这也是本系统的特色之一。 3 成本估算功能模块 本模块主要实现了两种成本估算方法：工时定额法和b p 神经网络法。对 小型冲裁模报价，可采用工时定额法进行详细报价：对中、大型冲裁模报价， 可采用b p 神经网络法估算模具价格。下面是两种方法的简单介绍。 1 ) 工时定额法 工时定额是劳动定额的一种，指在一定的技术、组织条件下制定单件产品 或者完成某项工作所需的时间【2 6 1 。由于模具的制造通常是单件、小批量生产， 这种情况下适合选用工时定额来确定加工工时。工时定额的构成如图2 2 所示。 _ 布置工地时间 h 基本加工时间 - i 作业时f 1 h l 工时定额卜 叫辅助加工时间 _ 1 休息和生理需要时间 一 准备与结束时间 图2 2 工时定额法 关于基于工时定额法的详细报价，本文不再具体体现，其详情可参考本课 题组肖福成硕士的论文小型冲压模具报价系统的研究与开发。 2 ) b p 神经网络法 b p 神经网络方法是适用于设计早期阶段的一种成本估算方法【25 1 。它是以 一定的样本进行训练，只要训练样本合理，选取合适的训练参数就可以使网络 收敛，从而建立输入( 特征参数) 和输出( 成本) 的关系。按要求输入合适的 数据，通过网络的运行，就可得出较为准确的输出值。 i o 4 数据维护功能模块 本系统对冲裁模进行成本估算需要涉及到特征编码数据、模具结构形式和 神经网络训练数据等大量不同类型的数据，这些数据必须采用高效、有序的方 式进行管理，以便系统随时查询和调用。报价系统采用面向对象关系数据库 - - m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 3 来建立数据库，用a d o 数据库引擎实现数据库的管理、 维护和查询。 2 1 3 系统总体结构 系统的总体结构由两部分构成：模具报价和系统管理。模具报价主要由报 价人员进行操作，给定制件，分析其特征，推理出工艺方案( 主要是冲模类型) ， 然后选择适合的报价方式进行报价。系统管理部分主要是用户管理、系统管理 和成本核算。报价系统的总体结构如图2 3 示。 小型 报价员 用户 冲裁模报价系统 人机交互界面 管理员 制件信息输入 冲裁模结构形式 厂1 规则库 l 一 中、大型 示准模刍 库 工时 定额法 神经网络 训练 神经网络 估算 输出报价单 2 1 4 系统工作流程 系统报价的流程如下： 图2 3 系统总