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开发一个基于知识的注塑模具成本估算系统的决策表

*制造工程系,香港城市大学,香港;*工业及制造系统工程系,香港大学,香港

本文提出一种以知识为基础的成本计算系统（DTMOLD-1）的电器制造商协助模具成本估算在早期设计阶段。

系统开发的决策表的形式。

通过使用决策表,许多相关的变量和技术数据在注塑模具成本估算过程的组织和呈现。

当塑料零件的特性输入,估计DTMOLD-1将生成所需的注塑模具生产成本的部分。

系统背后的基本原理以及发展过程中所使用的方法进行了讨论。

关键词：

决策表；注射模；模具成本估算

1注塑模具成本估算

在注射成型的塑料部件的开发，模具成本的部分成本的影响。

零件的一个大的生产量，如丢弃的物品或麦当劳礼品，模具费用可能不那么重要。

但大多数塑料件相对中小规模生产，和模具成本的设计方案进行评价的一个重要因素，与客户在产品规划阶段的顾客和其他决策谈判。

一种注塑模具成本估算的任务是计算一个塑料件注塑模具制作成本。

在理论上，估计任务决定了模具制造工艺的基础上，模具设计规范计算出每个模具制造工艺以及材料成本费用。

在现实生活中，模具成本进行估计，根据粗略的塑件特征或者仅仅是一个模拟（即在模具设计和产品设计细节缺失）在早期的产品设计阶段对不同设计方案的评价或在很短的时间间隔提供客户报价。

在成本估算过程中，大量的产品和过程中的部分功能区的要求和约束，既实用又美观，模具设计，模具制造工艺，模具制造和零件成型成本经济学，都同时考虑等。

在各方面的决策是相互关联的，不断变化的一个方面（如零件设计特征）可能在其他方面产生负面影响（如模具的设计和制造过程，等）。

因此，估计的过程涉及到大量的实际知识组件（启发式知识）。

知识和一个以上的特定领域的专业知识是必需的。

因此，估计的任务在很大程度上依赖于一个有经验的专家的个人或团队高标准的知识。

在实践中，许多模具制造商，尤其是中小型企业，模具的报价指的是一个“类似”的模具价格，他们之前。

这种“捷径”，然而，风险不可靠的结果，和专业知识来做出正确的参考“相似”的模具仍然是必不可少的。

不幸的是，注塑行业正面临着一个严重的问题，对于有经验的工程师进行模具成本估算的不断增长的需求远远超过供应。

2基于知识的方法

一个以知识为基础的方法大致意味着建立一个系统，通常被称为基于知识的系统（KBS），决策，或至少，用于决策支持。

KBS，在任何一个计算机程序或程序的形式，叙事描述，应该有一个专门领域的知识结构。

知识（程序，策略和解决问题的经验法则）是由人类专家的领域，然后编码的一些KBS工具系统。

和编纂的知识的积累是KBS的最重要的方面之一。

KBS是可以解决问题的领域内运用知识。

图1显示一个KBS的基本概念。

额外的信息，而且，可以添加到KBS的直接由人类专家或系统本身。

在传统的软件系统，专家系统的主要优势是一个知识的显式表示和操作。

知识库系统可用于解决问题，提供灵活的解决方案算法。

基于知识的方法已被广泛应用在许多工业应用，如维修诊断，销售预测等.

3在注射成型中的知识库系统开发

计算机技术已应用于注塑模具多年设计。

计算机辅助建模已被用来代表的注射成型过程的数学模型和辅助模具设计的仿真分析。

从澳大利亚软件Moldflow，从先进的CAE技术公司C-FLOW，从结构动力学研究公司埃科净化，从应用工程有限moldcool，从塑料和电脑公司tmconcept，从康奈尔大学，moldx[1]，等都是典型的这方面的发展的可塑性分析。

他们中的一些是可用于模拟充型过程和冷却系统的设计企业。

数学分析，然而，是不能够解决大部分的设计和成型需要特定领域的知识之间的相互影响问题。

具有足够的精度和效率的解析模型更可能被局限于特定的独立解决问题。

此外，数学建模需要在三维CAD模型的分析设计细节。

这样的设计细节和参数，但是，并不是总是在早期设计阶段。

研究人员已经开始采用解决近年来注塑问题的基于知识的方法。

例如，用于注塑问题诊断多个知识库系统，如上海交通大学[2]和[3]新泽西技术研究所正在开发等。

捕获注塑件设计功能从CAD模型，为塑料材料的选择，模具设计开发过程的自动化，在模具设计的可制造性设计是热门的研究课题等。

GERES[4]，CIMP[5]，HyperQ/塑料[6]，上海交通大学[7]KBS等。

开发了基于零件的功能要求的塑料树脂的选择却无法解决问题的部分设计的可塑性及模具设计。

像IMPARD[8],ICAD系统[9]，卓克索大学KBS[10]，在洛厄尔麻州大学KBS[11]等。

开发了注塑模具设计。

然而他们限于简单的零件和不成熟到足以覆盖一般模具设计问题。

部分的设计细节还需要这些系统使他们不适合目的规划产品。

模具成本估算，KBS是由马萨诸塞大学艾摩斯特分校开发的[12]。

该系统需要的基本组成部分的设计输入，然后生成输出相关的模具成本。

虽然该系统是不全面的研究表明，开发基于知识的系统中的重要性集成和早期设计决策的并行方式已被研究者的认可。

4决策表

一个决策表是一个象征性的表示逻辑的方法之间的相互依赖事件[13]。

决策表现在决定选择一个简单的表格形式,他们显然是显示和容易被读者理解甚至对复杂决策情况[14]。

最有用的一个决策表的形式是象限的表示方法。

象限方法构造决策表的名字来自这样一个事实:

它在结构上由四个主要部分（或象限）,每一种都有一个唯一的名称,如表1所示。

条件存根包含一组显式或隐式的问题覆盖整个范围的条件之前,必须考虑选择的行动方针。

个人行动的行动存根包含整个组由决策表。

行动是一个规范的一组这些个人行为。

条件的条目包含条件存根上的问题的答案,答案在任何连续的行对应问题的条件存根。

动作条目包含的规范中描述的操作动作存根被执行,相应的规范以及任何行,行描述的行动行动存根。

具体的答案组合之间的关系和具体的行动组合建立了规则,由表的列中输入部分细分。

的解释规则可以参照表2。

在表1中,规则2（R2）指出,如果3>和<1B和C=1然后Z=2。

决策表提供了一种方法来处理“如果-那么”的情况将众多的决定因素在决策过程中。

通过分岔过程,这是一群算法的通用名称翻译决策表决策表可以很容易地转换成一个树状结构,称为决策树[13]。

决策树是二叉树的条件测试了从原始表。

一旦决策树,很容易产生一个计算机程序代表原始决策表的逻辑。

常见的决策表的翻译都是直接编码，预处理器或宏设施[14]。

5系统的开发

基于决策表的系统（DTMOLD-1）是定制开发的模具成本估算过程和过程在产品设计初期阶段在一个名为千禧年代的电器制造商。

千禧年代的主要产品是小型家用电器如电动开罐器,头发司机,咖啡机等。

所有产品外壳和内部塑料件注塑过程产生的。

与玩具产业不同,家庭电器的订单数量是相对较小。

因此,模具成本估算规划新产品是一个重要的一步。

系统环境的定义和系统设计制定的千禧年代（用户）。

注塑模具的细节设计不可用,DTMOLD-1进行估计与粗糙的输入特性的塑料零件和模具。

然后用户可以确定所需的注塑模具生产成本的一部分

跟踪系统逻辑和提取技术数据表。

知识在DTMOLD-1收购从文献搜索和千禧年代。

有几个有用的注塑模具设计和模具制造技术论文规则和技术数据,手册和行业标准。

专家知识和经验规则通过采访注塑模具专家谁负责模具成本估算鳗鱼也被收集。

使用的开发方法构建DTMOLD-1见图2。

这样的技术数据、规则和知识表示为一个数量的决策表,可以构建一个基于知识的系统。

对于每一个决策表,规则的评估一个特定的目标包括在相同的决策表。

为了使决策表将来易于理解和易于编辑,只有数量有限的规则包含在每一个决策表。

到目前为止,总共有68个表和536年规则已经在DTMOLD-1建成。

注塑模具成本分解成几类，根据注塑模具的基本功能组件，即，模具材料成本，模具材料成本和加工成本费用，配件。

三个成本要素是材料成本而加工成本基本上是劳动力成本和加工费用。

加工成本进一步分为模具，模具和装配，表面光洁度和抛光三组。

模具基体的处理成本主要包括模具（除插入），例如狭槽或凹槽的开口，喷射系统制造，浇口和流道制作等的模具嵌件制造和装配成本是指为使腔中的成本的机加工和芯通常需要研磨，电火花加工和热处理过程，以及模具组件。

表面光洁度和抛光的成本包括电镀镍，铬等，纹理蚀刻和抛光工序。

图3是表示DTMOLD-1的系统中的逻辑的流程图。

DTMOLD-1现在可以处理双板和三板模具内部和外部咬边部分。

6说明DTMOLD-1

6.1确定型腔数量和布局

如表3所示，腔的数量取决于部件尺寸，螺纹的存在下，底切的编号，部件公差要求和轮廓形状的复杂性。

一般来说，每个EEI产品型号的订单数量约为10万，每年平均和20000元的生产运行最大。

在EEI，最多8个空腔足以进行生产。

平等浇道长度的方法，如图所示。

4，采用在腔体布局设计EEI。

一般来说，型腔数量的部分的大小成反比。

零件尺寸越大，需要的成型机中的较大的夹紧力和射门能力。

虽然每个周期的输出增加了多个空腔，它可能无法弥补较大的成形机的额外的运行成本。

EEI根据最大信封尺寸的注射成型部件的大小分为三组。

如果最大尺寸小于或等于50mm,一部分是归类为一小部分,而50毫米和100毫米之间的媒介和大于100毫米很大。

腔中有很大一部分的数目被限制为1。

咬边的数目是确定的腔数的另一个关键因素。

至于部分尺寸，腔数与咬边的数目成反比。

咬边越多，模具结构更复杂。

在模具中的多个分裂和滑动机构，模具的维护成本较高。

因此，型腔数目被限制为1份与4个或更多的底切。

多腔模具通常有模制零件的型腔中尺寸变化。

以确保零件与装配紧公差的要求之间的正确的尺寸匹配，空腔的一个较小的数字，优选在一般的做法。

EEI用于分配的零件形状复杂较少龋齿。

复杂形状要求的数控加工或​​雕刻，使模具型腔而形状简单，只需要常规的机械加工（至今不得用于其他系统）。

配件也被归类为箱型和菲亚特类型。

箱型部分被定义为一个部分具有L/S比小于或等于4，其中L是最长的包络尺寸，S是最短的包络尺寸。

菲亚特类型部分被定义为一个L/S比值大于4的一部分。

平面型，顾名思义有很长的平坦表面，如肋骨，老板等箱式总是特点是更加复杂的轮廓。

从目前的EEI部分分析，大部份均为箱型模具需要带侧作用机制。

6,2确定模架的成本

6.21模具刀片尺寸

一旦确定型腔布局，下一步就是找出模具的基本要求。

四决策表是建立在DTMOLD-1确定适当的模具镶件旋开模具尺寸，滑动芯模，模具和模具的无根切分，分别。

例如，根据表4，如果型腔数量1，模具倒扣式和最大[可湿性粉剂，惠普，DP]等于或小于50毫米，则WM=WP+100和HM=+100（在WM的模具和HM的宽度该模具插入高度）（图5）。

6.2.2标准模架

EEI已采纳Lungkei作为多年的标准模架的独家供应商。

在EEI用模具的类型基本上都是2板模（侧浇口系统）和3板模（细水口系统）。

一个6位数模架的代码开发DTMOLD-1为模架的选择。

第一个数字是2或3，其中2代表2板模具和3为3-板模具。

第二到第五位数字对应Lungkei目录中的代码。

最后一个数字是S或无。

如果S是存在，它意味着模具基地有一个卸料板，反之亦然。

一旦模具基本代码被确定时，在模具宽度，PW，和模具的高度，HTM，参照图6，也可以为模制机的选择来确定。

例如，从表5中，如果模具是3-板与汽提塔的类型，Hm=220毫米和Wm=130毫米，然后，根据规则没有。

3B-22，模具基本代码是32330S和PW=280毫米，HTM=300毫米。

6.2.3“A”和“B”板的厚度

最终确定的标准模架的选择，“A”和“B”板的厚度是必需的。

DETMOLD-1的用户需要定义的部分的分型线（如图7所示）。

根据以往的经验，在EEI使用的因素是15，25和40为小型，中型和大型零件尺寸，分别为“A”的标准，并在Lungkei模具的“B”字牌是25，30，35，40，50，60，70，80，90，100，110，120和130的RAM，在“A”和“B“板的厚度必须被分配其中一个值比计算值的下一个较大的。

表6中使用的DETMOLD-1，找出“A”的厚度。

使用基本的模具的基本代码和“A”和“B”的板的厚度，在模具基座的成本可以通过表7来确定的，例如，如果模具基本码是21520S和“A”和“B的厚度“板为25毫米和50毫米，分别接所述模具基体的成本是1243美元。

6.2.4加工模具的成本基础

EEI模架的加工费用基本上覆盖料系统，包括定位环，浇口套，流道和浇口，喷射系统，包括喷射器，冷却系统的加工。

通常，较大的模具的大小，加工和机器设置工作所需要的模具基体制作。

一个3板模需要比2板模更多的工作。

基于EEI的历史记录的分析，都需要不同类型的模具基地的一系列2-7个工日。

根据表8中，如果模具是2-板型和模具基座代码是2540，然后4人4天需要做模具基地。

6.3确定模具插入和模具组装的成本

6.3.1模具嵌件材料成本

在EEI,只有材料类型P5,718年,S136$136目前使用。

模具插入材料的选择取决于表面光洁度要求和树脂材料。

模具插入材料的成本等于插入的体积乘以密度和价格每单位重量的材料。

模具插入的体积计算（Bin+10）*（1¥m+10）*DinDm模具插入的深度（厚度的总和“A”、“B”板块）。

10毫米加入Hm和Wm加工的安全裕度。

表9中使用DTMOLD-1对于模具插入材料成本的决心。

6.3.2模具加工成本和模具装配成本

表10-12说明如何使用DTMOLD-1开发决策表来确定模具的加工成本的插入以及模具装配成本。

表10和表11是用来确定在一二位数编码系统复杂程度的模具插入。

加工和装配的成本，然后可以根据表12确定选定的代码。

在表10中，第一位是影响模具结构属性。

要考虑的因素包括COM的分模线度（平，阶梯状或弯曲的），在半模腔形状的配置（一个半或两部分），和咬边。

更复杂的分模线，更多的工作时间用于模具制造的要求。

一个平面的分型面是最简单的制造可以表面地地睡在装配。

一个曲面分型是复杂的，更长的工作时间用于匹配两个半模的要求。

该部分在模具中的配置也影响模具制造时间。

如果成型部分位于两个半模，更多的加工，抛光和恰当的时间要求。

倒是另一个主要因素决定劳动力成本的模具制造和模具组件。

它可以防止成型品的简单的从模具中取出。

作为一个在绘制部分线路相比，底切部分需要更复杂的模具结构，如分模，指销机构，等。

从而导致模具成本高。

有一个总的24规则管辖的第一位的选择。

例如，如果分模线是菲亚特，和部分在模具一侧，和部分外部破坏，那么第一个数字是1根据规则7-2。

第二位数字代表模具的复杂性，由于该部分的尺寸，底切的数目和表面具有孔的数目。

加工时间为模具镶嵌件及模具组件增加了与底切的数量和较大的部分的大小。

咬边的数目进行计数，作为需要侧的操作数。

因此，单个侧面的动作，可以促进两个单独的底切脱模算作一个底切。

对于那些表面垂直于画线，如果他们有洞，额外的工作需要做局部刀片在模具中。

在表11中，有12个规则用于选择第二位。

例如，如果底切，并与孔的表面的数目的个数的总和等于2，并且所述模具嵌件的最大尺寸小于50毫米，那么第二个数字是按照规则8-32。

获取数字后，表12确定总的模具加工及模具装配时间。

表12中提出的规则的一部分是从政治的方法[15,16]改性。

例如，如果腔数是1，最长和最短尺寸的插入之间的比值是小于4，和代码是12，然后镶件制作和模具组件的总时间是15人的日子。

总成本可以通过简单地将人天的单位成本的15计算。

对于模具热处理成本，一个公式CH*HM*WM*DM*密度（CH是每单位重量热处理成本）是用于计算。

6.4确定成本，表面处理

这类费用包括电镀镍或铬，纹理蚀刻和抛光。

表13显示了如何确定抛光成本.

6.5确定成本的配件

在DTMOLD-1中，注射模具配件包括材料成本的顶针/套，定位环，弹簧，齿轮箱机构浇口和电机（主要用于旋开模具）。

其他配件如“P”锁，气油，水结等，不包括。

顶针是一个圆型和不需要拧下模具和模具的卸料板。

基于EEI经验，引脚数大约是设定为4，10和15每腔小，中，大部分的大小，分别。

定位圈、浇口的选择取决于成型机的选择3固定在EEI标准尺寸。

表14中的规则需要说明，如果部分是小尺寸和腔数是4，那么每腔和弹簧的喷射器的数目是4，分别为。

附件的总成本是喷射器的成本的总和（4“4”7.6），弹簧（4×38）成本，位置环的成本（40）和浇道衬套（175）。

7一个案例研究

DETMOLD-1的功能可以通过一个例子，其粗糙的零件图被示为图来说明。

8，部分是卡布奇诺咖啡机的聚丙烯滴水盘。

表15总结了初始用户输入到所述DETMOLD-I的开头和表16示出了从系统的结果产生。

由DTMOLD-1产生的模具费用为3,600875而估计人类专家在EEI为40000美元。

8结论

决策表是即使对于复杂的情况是很容易理解的逻辑表示形式的方法。

它们提供了一种手段来处理“如果-那么”的情况下的无数决定因素联系起来的决策过程。

通过使用决策表，众多相互关联的变量，并在注塑模具成本估算过程中的技术数据的组织和呈现。

基于在论文中描述的方法，“智能”系统为注塑模具成本估算可开发。

这样的系统可以减少对经验丰富的工程师的需求进行产品设计，模具设计，模具制造等学科，也建立了该公司的全部知识。

此外，用适当的决策表的处理器，DETMOLD-1可以很容易地转换为一个计算机化的知识为基础的系统。

作者不pretent已经彻底解决了模具成本估算的问题，这么多能干的人试图通过DETMOLD-1来解决每一天。

上述规则只适用于EEI却未必普遍适用。

不过，相信该方法制定的，提出了一种决策表为基础的模具成本估算系统可用于许多塑料产品制造商或模具制造商。

使用DTMOLD-1作为一个平台，作者现在正在开发一个更“聪明”DTMOLD-2通过增强知识基础和电脑化DTMOLD-1是一个专家系统。

鸣谢

作者要承认从EEI有限公司及加创工程公司的技术人员获得了非常有益的帮助。

特别鸣谢表示对梁威达EEI公司的主席，他的知识获取和规则制定过程中密集的贡献流程。

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