文/ 金偉，涂小文·上海大眾汽車(chē)有限公司

洪艷飛 ·上海翼銳汽車(chē)科技有限公司

工藝規(guī)劃及模具成本分析

文/ 金偉，涂小文·上海大眾汽車(chē)有限公司

洪艷飛 ·上海翼銳汽車(chē)科技有限公司

模具報(bào)價(jià)及模具成本核算是模具企業(yè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。隨著模具制造業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)模具報(bào)價(jià)的效率和成本計(jì)算的準(zhǔn)確性要求越來(lái)越高，目前依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模具報(bào)價(jià)已明顯不能滿足企業(yè)的需求?；谀＞叱杀居?jì)算原理，通過(guò)合理的工藝規(guī)劃及相關(guān)計(jì)算參數(shù)的定制，可以快速準(zhǔn)確地計(jì)算出模具的各項(xiàng)成本，對(duì)提高企業(yè)模具報(bào)價(jià)效率有重要意義。

本文結(jié)合AutoForm軟件介紹了模具制造工藝規(guī)劃及模具成本分析的原理、方法及應(yīng)用實(shí)例。

模具成本計(jì)算基本原理

AutoForm的成本計(jì)算理論是基于零件特征分解來(lái)確定加工工序，再根據(jù)各個(gè)特征在每個(gè)工序中的工作內(nèi)容決定模具的結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)模具進(jìn)行模塊分解，進(jìn)而決定每個(gè)模塊中的部件的形式及部件組成，最后對(duì)部件進(jìn)行機(jī)加工、裝配、人工和材料成本等計(jì)算，最后匯總為整個(gè)零件的模具成本。它的基本原理如圖1所示。

圖1 從零件進(jìn)行演繹計(jì)算模具成本

第一步：把零件分解為所有與工序和成本相關(guān)的特征。特征識(shí)別可以通過(guò)三種方式進(jìn)行：人工、半自動(dòng)和自動(dòng)。如果零件沒(méi)有可以用的幾何形狀，可以不用附加到零件進(jìn)行特征定義。在這種情況下，特征參數(shù)（特別是特征長(zhǎng)度）可以人工輸入。

第二步：確定每個(gè)特征的加工順序。當(dāng)定義好特征后，AutoForm會(huì)自動(dòng)給特征賦予一個(gè)加工順序，如果需要，用戶可以對(duì)加工順序進(jìn)行更改。針對(duì)每一種特征，AutoForm都有一個(gè)預(yù)先定義好的加工順序。一個(gè)加工順序包含一個(gè)或幾個(gè)加工單元。一個(gè)加工單元表示在一個(gè)工序中完成一個(gè)既定的特征或子特征。

第三步：確定每一個(gè)加工單元的模具模塊。

第四步：確定每一個(gè)模具模塊的部件類型。

第五步：根據(jù)特征的參數(shù)（如長(zhǎng)度和面積等）和部件的類型確定部件的尺寸大小。而且，在這里，除了由零件特征決定的部件外，還有一些組合部件，如裝配組合，沒(méi)有賦予任何相關(guān)加工單元特征，如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、卸料器和墊片等，也會(huì)被計(jì)算。

第六步：計(jì)算部件成本并匯總。在確定部件類型時(shí)，在部件類型中儲(chǔ)存了需要的材料和資源花費(fèi)的信息，在資源花費(fèi)中還包含與部件參數(shù)相關(guān)的精確的資源花費(fèi)參數(shù)，如工時(shí)、機(jī)時(shí)和材料等。最后根據(jù)資源花費(fèi)和小時(shí)單價(jià)、材料單位成本來(lái)計(jì)算模具成本。

模具部件的分解

要計(jì)算模具成本，首先我們必須了解模具的結(jié)構(gòu)形式及其部件組成。只有確定了形式和結(jié)構(gòu)組成，我們才能分項(xiàng)計(jì)算成本。

根據(jù)其工作內(nèi)容，模具可分為拉延模、修邊模、成形模、沖孔模。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品特征，工作部件除了上下運(yùn)動(dòng)外，還需要有其他方向的動(dòng)作，如采用斜楔機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)斜面上的沖孔，成形有負(fù)角的特征等。在同一工序中，要實(shí)現(xiàn)多個(gè)特征，就會(huì)有多個(gè)工作內(nèi)容組合，如修邊沖孔模、側(cè)切側(cè)整模等。模具結(jié)構(gòu)除了受產(chǎn)品特征限制外，還會(huì)受壓機(jī)參數(shù)的影響。對(duì)于拉延模來(lái)說(shuō)，選用油壓機(jī)或雙動(dòng)機(jī)械壓機(jī)生產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)是不同的。選用不同的模具部件，對(duì)應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也不同。本節(jié)以單動(dòng)拉延模為例簡(jiǎn)單介紹了單動(dòng)拉延模的基本結(jié)構(gòu)和各部件的制作形式，如圖2所示。

圖2 單動(dòng)拉延模的基本組成和部件制作形式

工藝規(guī)劃方法

利用零件特征分解的方法對(duì)不同零件進(jìn)行工藝規(guī)劃即可準(zhǔn)確地分析出模具的結(jié)構(gòu)形式及所需組成部件的數(shù)量及尺寸，從而計(jì)算真實(shí)的模具成本。運(yùn)用AutoForm軟件的Process Plan模塊可根據(jù)零件的實(shí)際生產(chǎn)條件快速生成一個(gè)合理的工序方案，并以此作為模具成本計(jì)算的依據(jù)。下面介紹該工藝規(guī)劃方法的基本原理及操作流程。

工藝規(guī)劃原理

工藝規(guī)劃的基本原理是基于零件的實(shí)際生產(chǎn)條件，對(duì)零件特征進(jìn)行分解，然后對(duì)零件特征安排合理的加工單元和加工工序。當(dāng)導(dǎo)入壓機(jī)線等實(shí)際生產(chǎn)條件參數(shù)后，根據(jù)零件形狀特征和壓機(jī)線參數(shù)確定零件的加工工序數(shù)和各工序的工序內(nèi)容。工序內(nèi)容是針對(duì)零件各種特征的加工方式的集合。每個(gè)加工方式被稱為加工單元。對(duì)零件進(jìn)行特征分解后，工藝規(guī)劃人員需要依據(jù)實(shí)際沖壓經(jīng)驗(yàn)為零件特征安排合理的加工單元和加工順序。預(yù)先定義好的加工單元分類如圖3所示。

對(duì)零件特征安排合理的加工單元后，通過(guò)記錄零件特征尺寸以及加工單元部件的尺寸、熱處理要求和標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量等參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)模具成本進(jìn)行精確計(jì)算。

圖3 加工單元分類

工藝規(guī)劃步驟

基于AutoForm進(jìn)行工藝規(guī)劃主要分為五步，如圖4所示。

第一步：建立工藝規(guī)劃文件。其目的是為后續(xù)模具成本計(jì)算做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，因此整個(gè)工藝規(guī)劃流程都將以數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)在工藝規(guī)劃文件中。

第二步：定義零件基本參數(shù)。為了保證模具成本計(jì)算的準(zhǔn)確性，針對(duì)零件所做的工藝規(guī)劃必須基于實(shí)際生產(chǎn)條件，并與零件的實(shí)際生產(chǎn)工藝一致。因此在對(duì)零件特征安排加工單元之前，工藝規(guī)劃人員需要定義零件的基本信息、沖壓方向、布置形式以及粗加工余量等基本參數(shù)。

圖4 工藝規(guī)劃流程

第三步：定義壓機(jī)線參數(shù)。實(shí)際生產(chǎn)條件主要包括零件的生產(chǎn)批量、生產(chǎn)壓機(jī)線參數(shù)等等。一般情況下，工廠的沖壓生產(chǎn)線是相對(duì)固定的，所以可以通過(guò)定制數(shù)據(jù)庫(kù)文件的方式來(lái)管理沖壓生產(chǎn)線的壓機(jī)參數(shù)，同時(shí)通過(guò)將這些數(shù)據(jù)庫(kù)文件導(dǎo)入到工藝規(guī)劃文件中以完成生產(chǎn)條件等參數(shù)的定義。將生產(chǎn)條件等固定參數(shù)定制為用戶數(shù)據(jù)庫(kù)的好處在于，對(duì)于部分生產(chǎn)條件相同的零件，可以共用對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

第四步：檢查工序數(shù)據(jù)?；诹慵奶卣餍螤詈蛪簷C(jī)線參數(shù)，工藝規(guī)劃人員需要制定最簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)的工序方案。檢查工序數(shù)據(jù)是要保證零件基本參數(shù)和工序設(shè)置的正確性，為后面指定特征的加工方式做準(zhǔn)備。

第五步：零件特征加工單元規(guī)劃。零件特征加工單元規(guī)劃又分為兩步：特征識(shí)別和指定加工單元。特征識(shí)別是先通過(guò)AutoForm軟件對(duì)零件特征進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別并按加工順序分組，然后依據(jù)工藝人員的經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)檢查和修正，以保證全部特征都被識(shí)別。指定加工單元是依據(jù)沖壓方向?qū)α慵卣髦付庸卧图庸ろ樞?。此處指定的加工單元和加工順序?yīng)與實(shí)際生產(chǎn)時(shí)一致，否則計(jì)算的模具成本將不可信。

通過(guò)上述步驟即可對(duì)零件進(jìn)行快速工藝規(guī)劃。當(dāng)工藝規(guī)劃文件確認(rèn)合理后即可進(jìn)行模具成本計(jì)算。如果當(dāng)前工藝規(guī)劃與實(shí)際生產(chǎn)不一致，工藝規(guī)劃員也可以先優(yōu)化工藝然后進(jìn)行計(jì)算。工藝優(yōu)化主要包括調(diào)整沖壓方向、零件布置形式、工序布置以及特征的加工單元和加工順序等。

成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)/規(guī)則定制與更新

當(dāng)工藝規(guī)劃完成后，基于當(dāng)前的成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)即可算出模具成本。由于模具材料單價(jià)和模具加工費(fèi)用會(huì)隨市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，所以成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)及其構(gòu)成也需及時(shí)更新。下面介紹用于模具成本計(jì)算的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的定制及更新。

成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

用于模具成本計(jì)算的數(shù)據(jù)是指所有與模具成本相關(guān)的，不依賴于特定零件的參數(shù)，如模具部件的加工單價(jià)、模具材料單價(jià)等等。整個(gè)成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)則是這些參數(shù)的有序結(jié)合，并以特定格式的數(shù)據(jù)文件來(lái)存儲(chǔ)和管理。工藝人員通過(guò)對(duì)成本數(shù)據(jù)的定制和更新即可實(shí)現(xiàn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的定制與應(yīng)用。以AutoForm為例，成本計(jì)算參數(shù)被分為三類，并由對(duì)應(yīng)三個(gè)文件來(lái)存儲(chǔ)和管理。這三個(gè)數(shù)據(jù)文件分別是壓機(jī)參數(shù)文件、用戶參數(shù)文件和采購(gòu)部件文件，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)的定制與更新

成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)定制更新的目的是使模具成本計(jì)算時(shí)所使用的壓機(jī)、采購(gòu)部件成本等相關(guān)參數(shù)與實(shí)際一致，并減少模具成本計(jì)算時(shí)數(shù)據(jù)輸入的工作量。成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)定制更新的一般方法是用Excel等工具來(lái)編輯和更新數(shù)據(jù)庫(kù)，再以特定格式文件存儲(chǔ)以供成本計(jì)算軟件調(diào)用。AutoForm軟件提供了兩種工具來(lái)實(shí)現(xiàn)成本計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)的定制更新，下面簡(jiǎn)單介紹其實(shí)現(xiàn)方法。

⑴利用Excel粘貼工具實(shí)現(xiàn)。AutoForm制定了包含用戶參數(shù)、壓機(jī)參數(shù)和采購(gòu)部件參數(shù)的三個(gè)Excel文件。工藝人員可以利用Excel插件宏程序文件對(duì)上述文件進(jìn)行讀寫(xiě)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新，然后通過(guò)Excel粘貼工具將數(shù)據(jù)結(jié)果導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)文件中供模具成本計(jì)算調(diào)用。

⑵利用XML編輯器。利用XML編輯器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)更新的方法更為簡(jiǎn)單，因?yàn)榫庉嬐瓿傻腦ML文件可直接作為配置文件供模具成本計(jì)算使用。但是XML文件編輯器所涉及的數(shù)據(jù)庫(kù)只和成本相關(guān)，即單位小時(shí)費(fèi)率（Hourly Charges）、材料單價(jià)（Material Costs）、附加費(fèi)用 （Surcharges）和生產(chǎn)效率因子（Productivity Factors）這四個(gè)方面。具體的操作步驟是：

第一步：打開(kāi)數(shù)據(jù)文件，利用AutoForm提供的XML編輯器執(zhí)行文件打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)文件或者導(dǎo)入customer_data_EN.xls文件。

第二步：定制更新。利用超級(jí)用戶權(quán)限對(duì)XML文件進(jìn)行編輯并保存為XML文件。運(yùn)行成本（Process Plan）規(guī)劃時(shí)直接加載該XML數(shù)據(jù)庫(kù)文件即可進(jìn)行模具成本計(jì)算。

應(yīng)用實(shí)例

本節(jié)以某車(chē)型的前蓋外板為例來(lái)介紹基于AutoForm的模具報(bào)價(jià)計(jì)算原理的應(yīng)用。圖6所示為基于AutoForm工藝規(guī)劃模塊制定的工藝規(guī)劃圖。根據(jù)實(shí)際沖壓工藝經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)該前蓋外板制定的沖壓工藝方案共包括6序，各工序內(nèi)容依次為落料、拉延、修邊沖孔、側(cè)修邊、修邊翻邊和側(cè)翻邊。當(dāng)該工藝方案得到確認(rèn)后即可進(jìn)行模具成本計(jì)算。模具成本計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖6 某車(chē)型前蓋外板的工藝規(guī)劃圖

圖7 模具成本計(jì)算結(jié)果

結(jié)束語(yǔ)

本文基于AutoForm的工藝規(guī)劃及模具成本分析模塊，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)得出了模具成本計(jì)算的基本原理和快速獲得精確的模具成本的基本方法。本文主要參考的是由上海大眾汽車(chē)公司的涂小文等模具業(yè)專家主創(chuàng)出版的《AutoForm原理技巧與戰(zhàn)例實(shí)用手冊(cè)》一書(shū)。它全面深入地介紹了模具成本計(jì)算及模具報(bào)價(jià)的原理與方法、工藝規(guī)劃原理和操作流程以及模具成本計(jì)算的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)企業(yè)進(jìn)行模具報(bào)價(jià)和模具成本核算具有重要的指導(dǎo)意義，可供大家學(xué)習(xí)實(shí)踐時(shí)參考。