基于CBR的冲压模具作业成本核算方法.doc

基于CBR的冲压模具作业成本核算方法柯旭贵 汪云祥（南京工程学院 材料工程系， 江苏 南京 211167）摘要：阐述了作业成本核算方法的基本原理和基于实例推理的基本思想。提出了基于CBR的冲压模具作业成本核算方法的关键技术。分析了模具生产流程，据此认定了模具生产过程中的各项作业。详细阐述了实例库中实例的描述方法和实例库的结构。给出了相似实例相似度的计算公式，并对相似实例的调整、评价及新实例的存储作了简要地叙述。关键词：基于实例推理，模具成本，作业成本核算，作业中图分类号：TP391.7，TH145.4 文献标识码：AActivitybased Costing for Stamping mold Based on CBRKE Xugui（Department of Material Engineering， Nan Jing Institute of Technology Engineering，Nanjing 211167，China）Abstract：This paper expounds the basic principle of activity-based costing and the basic thought for case-basesd reasonning.The essential technology based on CBR in the field of activity-based costing is put forward. Various activities are affirmed according to the production process of mould. The description method and the structure of cases in case-base are elaborated in detail. Finally this paper sets forth the calculation formula of the similar case,and narrates brifly case adaptation、 case evaluation and case storage。Key Words: case-basesd reasonning，mould cost，activity-based costing，activity现代模具企业是技术密集型的先进制造企业，先进设计技术、高精度的数控加工设备在模具企业中已得到普遍应用，使得模具的设计方法、模具零件的加工工艺流程呈现出许多新的特点，如采用3D造型软件、专用模具设计软件、逆向工程技术等进行模具设计，采用CAE软件进行成型过程的模拟分析，借助于高精度的加工机床直接加工出具有互换性的模具零件等，这些技术和设备的应用使得模具的价格构成比例发生了变化，间接费用比例明显增加，直接影响了模具传统的计价办法。作业成本核算（Activity-Based Costing，简称ABC）法正是为适应现代先进制造企业而诞生的一种新型产品成本核算方法。随着产品更新换代速度的加快，模具的设计制造周期愈来愈短，这就要求模具企业能对市场作出快速反应。为了赢得竞争的胜利，快速、可靠地报出用户能接受的模具价格同时又能保证模具企业自身的利益，这是每个模具企业所面临的能否接到模具订单的关键问题。而模具成本的估算是一项经验性极强的工作，通常模具厂家在对新模具报价时可以借助于本厂已经做好的模具价格作为参考，为了充分发挥历史数据的作用，本文将人工智能中的基于实例推理（Case-Based Reasoning，简称CBR）与作业成本核算法相结合，提出基于CBR的冲压模具作业成本核算方法。 1 基于CBR的冲压模具作业成本核算方法1.1作业成本核算方法的基本原理 作业成本法是西方国家于80年代末开始研究、90年代以来在先进制造企业首先应用的一种以作业为基础的成本计算和成本管理系统。它的基本思想是产品消耗作业，作业消耗资源。它把企业生产经营过程描述为一个为满足顾客需要而设计的一系列作业的集合。产品的制造过程就是由一系列作业组成的作业链，这些作业消耗企业的资源，因而产生成本（作业成本）。通过确定在制造一个产品的过程中所执行的各种作业的数量以及每种作业所消耗的资源数和造成的成本，就可将制造成本直接追溯到产品【1】。资源资源动因作业链作业1作业2作业n作业动因产品图1 作业成本计算法的原理这种方法的理论基础是成本动因理论，这种理论认为：成本的分配应着眼于成本的来源，把成本的分配与促使成本产生的原因联系起来，按成本产生的原因进行成本控制、汇集和分配，并在此基础上进行管理分析和决策，其基本原理如图1所示。图中实线表示成本计算和形成过程，虚线表示资源的消耗过程。按照作业成本法的基本原理和成本计算方法，以作业为基础的成本核算首先需要分析模具企业生产经营过程，划分模具生产过程的作业类别，建立作业中心，设立作业成本库，并为每一个成本库选择其恰当的成本动因；然后计算出每个成本库的成本动因费率，按各产品消耗成本动因的数量将成本库的成本分配到产品中去，最后得到该产品的成本。1.2 基于实例推理的基本思想基于实例推理起源于二十世纪七十年代，是近年发展起来的一种人工智能方法，其核心在于用过去实际中所用的实例（经验）解决新问题【2】。其推理流程见图2所示。人工估算新实例存储实例调整新问题相似实例匹配实例评价实例库检索到相似实例是成功失败参考解检索策略知识库新问题的设计要求否图2 CBR推理流程按照这种思想，当需要估算一副新模具的成本（新问题）时，可以按照一定的检索策略从已建的实例库中进行检索，当检索到相似实例，再依据知识库中的领域知识和经验对该相似实例进行调整，调整后是否满足新问题的要求，需通过评价，当评价成功，则新问题即要设计的新模具的成本就估算出来了。当从实例库中检索不到相似实例，则只有通过人工的方式进行新模具成本的估算。两种方式估算出来的成本都可以作为新的实例存储于实例库中。当然这种新实例最终需要根据实际设计制造这副模具发生的实际成本进行修正，以保证实例库中实例信息的准确性。当把这种思想应用到模具的成本核算上，意思就是：由相似冲压件得到相似结构的模具，进而得到模具的估算成本。1.3 基于CBR的冲压模具作业成本核算方法的关键技术依据图2的推理流程，要完成基于CBR的冲压模具作业成本核算，需要解决的关键技术有：1、实例库的建立，该实例库中的实例包含了已经设计制造完成并交付使用的模具的一切信息，包括冲压件的信息、模具类型、模具结构、模具设计制造过程的作业划分、模具的成本构成、模具的总成本及模具的价格等，并要求这个实例库是动态的，目的是可以根据市场行情随时更新模具材料的成本。2、相似实例匹配，要想从包含有大量信息的实例库中方便快捷的找到相似实例，检索策略是关键，可以通过计算并比较相似度值的大小来得到。3、实例调整与评价，检索到的实例与新问题之间是有差异的，需要根据模具设计的有关知识进行改写，改写后的实例是否满足要求，再按新问题的设计要求进行评价。4、新实例的存储，经评价后的实例如能完全满足要求，则可以按照一定的存储策略存储到实例库中，以完成系统的自学习过程。由于篇幅有限，本文仅对实例库的建立做详细阐述，相似实例匹配、实例的调整与评价以及实例的存储等问题，只作简述。2 基于CBR的冲压模具作业成本核算方法的实例库2.1 冲压模具的分类及组成冲压产品的应用十分广泛，导致冲压模具的品种繁多，结构变化频繁，但就模具本身的结构来说，模具类型不外乎单工序模、复合模和级进模三类。尽管模具类型不同，其组成零件却大同小异，目前对模具零件的分类方法有多种，如可以根据标准程度的不同将模具零件分为标准件、半标准件和非标准件；按模具零件的形状特征可以将模具零件分为板类零件、块类零件和柱类零件；还可以按模具零件的功用不同分为工作零件、定位零件、出件零件、导向零件和固定及支撑零件。本文将上述方法结合起来进行分类，如图3所示。将具有相同结构特征的零件归类在一起，目的是便于后面系统设计时对模具零件的描述，同时也是从加工的角度来考虑的，因为形状相近，其加工方法也有相似之处，但模具中的凸模、凹模和凸凹模，由于他们的形状及性能要求完全由产品来决定，因此他们的加工工艺、坯料的选择不同于一般的模具零件，所以这里将他们单独作为一类。其中标准件是指不需要进行再加工就可以直接装配使用的由市场直接采购来的零件。凹模凸模凸凹模模柄导柱导正销螺钉销钉弹簧橡胶冲压模具板类零件柱类零件标准件块类零件工作零件其它零件单工序模复合模级进模卸料板垫板固定板上模座下模座推件块顶件块压边圈定位块导套限位柱顶杆推杆挡料销浮顶销导料板侧刃图3 模具的分类及组成2.2 模具设计制造过程模具是典型的订单产品，属单件、小批量生产。模具设计制造过程一般包含有四个阶段【3】：技术开发阶段；坯料准备及外协准备阶段；加工制造阶段及后续阶段。各阶段的具体内容见图4：坯料准备及外协准备阶段坯料准备外协件准备标准件采购后续阶段包装运输售后服务技术开发阶段接收定单模具设计出图CAD造型工艺设计加工制造阶段加工工艺的制定常规设备机械加工电加工CNC加工钳加工试模图4 模具设计制造过程2.3 模具设计制造过程的作业认定作业成本计算法的首要工作就是作业的认定，所谓作业是指在一个组织内为了某一目的而进行的耗费资源的工作【4】，如模具企业要想生存，就必须争取模具订单，接到模具订单后，为完成这一订单任务而进行的诸如CAD造型、工艺设计、模具设计、坯料准备等一系列耗费人力、物力资源的工作就是模具企业所执行的作业，因此模具设计制造过程的作业认定就可以按照模具生产的流程进行划分。考虑到模具生产过程的复杂性，在一个模具企业中可能会有几十个甚至更多个作业，为此对作业进行了归类，耗费同质资源的整合为一个作业，同类的作业整合为一个作业中心，不同类的作业分解为不同的作业中心，据此认定出模具企业的作业中心有5个，即订单处理作业中心、模具设计作业中心、采购作业中心、模具加工作业中心和销售作业中心，其中模具加工作业中心又分为常规机械加工作业中心、电加工作业中心、CNC加工作业中心和钳加工作业中心4个二级作业中心，每个作业中心又包含了多个作业，它们构成了模具生产过程的作业链，见图5所示。模具设计制造过程作业模具加工作业中心车/铣/刨/磨作业热处理作业常规机械加工作业中心电加工作业中心电火花加工作业线切割加工作业钳加工作业中心模具装配作业试模作业修模作业CNC加工作业中心加工中心加工作业数控机床加工作业定单处理作业中心订单计划作业订单合同作业采购作业中心原材料采购作业标准件采购作业外协件订购作业辅助材料采购作业销售作业中心检验作业包装运输作业售后服务作业模具设计作业中心产品设计作业产品成型工艺设计作业模具结构设计作业模具装配图绘制作业编程作业模具零件加工工艺制定作业电极设计作业模具零件设计作业模具零件图绘制作业图5 模具设计制造过程作业2.4 实例描述及实例库的结构这里的实例是指已经完成设计、制造并交付使用的模具信息，其内容应包含三部分：冲压件的特征属性信息、模具的特征属性信息和模具成本特征属性信息，因此每个实例可以描述为：DSCJ，MT，CT式中：DS实例特征属性；C J冲压件特征属性；MT模具特征属性；C T模具成本特征属性。其中，CJ、MT和CT又分别可以描述为： C JCL，CM，CC，CH，CP，CFMTML，MJ，MS，MZ，MYC TZM，ZC，LM，LZ，LC，MC，LR，SJ，XJ式中：CL冲压件类型，分冲裁件、弯曲件（以弯曲成型为主）、拉深件（以拉深成型为主）、成型件、覆盖件；CM冲压件展开后毛坯的最大尺寸；CC冲压件的最大尺寸；CH板料厚度；CP生产批量；CF工艺方案。ML模具类型，分单工序模、复合模和级进模；MJ模具精度，分普通精度，较高精度和精密级；MS模具寿命，分新产品开发、中批量和大批量；MZ模具组成，分标准件、板类零件、块类零件、柱类零件、工作零件和其它零件。 ZM作业名称，这里是指整副模具涉及到的作业，包括订单处理作业、产品设计作业、产品成型工艺设计作业、模具结构设计作业、模具装配图绘制作业、模具装配作业、试模作业、修模作业、检验作业、包装运输作业、售后服务作业； MY模具用户。 ZCZM作业成本； LM模具零件名称，如导柱、凹模、卸料板等；LZ模具零件涉及到的作业名称，如导柱涉及到标准件采购作业，凹模可能涉及到模具零件设计作业、模具零件图绘制作业、模具零件加工工艺制定作业、原材料采购作业、电极设计作业、车/铣/磨作业、电火花加工作业等；LCLZ的作业成本LR利润；S J税金；X J模具销售价格；MC模具总成本； 经上述特征描述过的实例在实例库中如何存储将直接影响到实例的匹配速度，这里可以按照模具类型分类存储，组成树状结构，见图6。实例库单工序模复合模级进模实例1实例2实例n实例1实例2实例n实例1实例2实例n图6 实例存储结构3 相似实例匹配模具企业接到的模具订单基本上是利用这副模具生产的产品信息，而并不是直接的模具信息，模具企业首先按照产品信息进行分析，得出生产这种产品的方案，进而得出模具的类型和基本结构。因此这里的相似实例匹配研究的是如何将已有的产品（冲压件）信息与实例库中各冲压件实例的特征属性相比较，计算出两者的相似度，并以最高相似度的实例作为相似实例提取出来。下面是相似度的计算公式：式中：Si第i个实例的相似度；Kij第i个实例的第j个特征N第i个实例的特征属性数为了计算相似度值，实例库中每个实例的信息必须包括其结构、尺寸、精度上的各个特征，如孔的形状、尺寸、精度特征，弯曲部分的形状、尺寸、精度特征，拉深部分的形状、尺寸、精度特征等，若新设计的产品与实例库中的某个实例在孔特征上相似，则其Kij 可取为1，否则Kij取0，若弯曲部分特征相似，则取其Kij 为1，否则取Kij为0，以此类推，可以得到新设计产品每个特征的Kij值，由此计算出相似度值Si。当设置好阈值，只要满足阈值的需要，既可检索出相似实例。详细的检索过程可参见参考文献5。4 实例调整与评价当通过相似度计算得到最相似冲压件后，即可得到与此冲压件相对应的模具特征信息，进而得到模具的成本及价格信息。若从实例库中得到的模具特征信息与待估价的模具特征信息完全相吻合时，则检索到的模具成本和价格就可以作为新模具的成本和价格，此时仅需对部分作业的成本按市场价稍作调整就可以了。当待估价的模具特征信息与从实例库中检索到的模具特征信息不完全相吻合时，此时可以根据两者之间的具体差异情况作相应的调整。假设待估价的模具和检索到的模具分别具有如下特征信息：待估价模具复合模，较高精度，大量生产，模具零件（一一列出零件名称，此处略），欧美企业检索到的模具复合模，普通精度，中批量，模具零件（一一列出零件名称，此处略），欧美企业并假设模具零件完全相同，则两者之间的差异就是精度和寿命不同，因此只需将加工普通精度模具的费用用加工较高精度的模具费用代替，用大量生产时的模具费用代替中批量生产时的模具费用，就得到了待估价的模具成本和价格，当然仍需考虑市场行情的变化。5 新实例存储新实例可以利用冲压件的特征信息进行存储。前已述及，冲压件的特征属性包含了冲压件的类型等6个方面，这种描述只是实现了计算机的外部描述，而计算机的内部表达可以采用简单易行的编码法实现5，如用1表示冲裁件，2表示弯曲件，