（材料加工工程专业论文）注塑成型经济性智能评估理论与系统研究.pdf

摘要 对经济性问题做出快遽、准确、及时的评估，是企业在激烈市场竞争中获得有利地位的 重要保障。以往+ 对注塑成型过程的研究主要集中在如何改善质量上，商对成本、时间等经 济性指标的研究则比较少。当涉及到经济性问题时，一般都是通过经验方法来确定的，难以 适应企业经济决策的要求。 本文对注塑成型经济性问题进行研究，提出了注塑成型经济性定量分析的方法。注塑成 型一般包括注塑成型工艺和模具两方圆。本文主要对注塑成型模具经济性进行研究：间时， 在考虑工艺材料的基础上，对注塑件经济性进行了研究。 本文首先分柝了先进制选技术的理论方法，总结了制造业经济性评估的研究现状和注塑 成型经济性研究现状。并在分析注塑件复杂因予与注塑模复杂因子的基础上，揭示了注塑件 特征和注塑模成本的关系，给出了本文研究的系统框架，它包括注塑模制造成本评估和敏捷 模式下注塑成型经济性评估。 建立了注塑成型d f x 综合信息模型。对注塑 牛特征信息模型、注塑模信息模型、洼塑 件特征和注塑模型芯，型腔特征之间的映射机制、模具加工设备信息模型、模具企、业管理信 息模型进行了研究，为实现注塑成型产品生命周期内的信息共享提供了一个很好的平台。 分析了注塑件特征对制造成本的影响，引出了设计特征、制造特征和装配特征的概念 并将翩造特征划分为基本特征、辅助特征和侧向特征；在对d i x o n p o l l 提出的注塑产品成 本计算参数方法进行详细分析的基础上，提出了新的e c e f 方法。它拓展和完善了有关注塑 模成本分析的问题，包括注塑成型公差和表面粗糙度因子问题、模具分型面复杂因子闷题、 一模多腔问题和单个塑件成本问题。并给出了相应的验证实例以证明本方法的实用性。 本文将影响注塑模制造成本的主要因素分为：独立于模具制造工艺的塑件特征因素、独 立于具体模具加工条件的模具特征因素和模具制造企业的加工因素。构筑了成本评估的b p 神经网络结构首次提出了涵盖注塑件复杂因子、注塑模复杂因子和注塑模制造成本3 种经 济要素的梯形结构互级经济性求解网络模型。 开发了注塑模成本评估c b r 系统，给出了事例表示的框架结构。磷究了相似性及其思 维模型。特剃绘出了确定型数德属性特征相似度和非确定型数僵属性特征相1 娃度的计算方 法。研究了事例的整体相似度计算，在最近邻法及层次分析法计算整体相似度的基础上，提 出了应用神经网络来求解事例整体相似度的策略。在分析事例改写差值法意义的基础上，首 次提出利用知识密集型差值法来改写制造成本，实现了注塑模成本评估多方法集成。同时给 i 出了基于遗传算法的知识缺乏型事例改写簧略。首次提出了3 级模式的事例改写模型。 在上述理论研究的基础上。利用v i s u a lc 抖平台开发了注塑模智能成本评估原型系统 ( i m i c e s ) 。并以两个典型的例子介绍了1 m i c e s 系统及其运行结果。 对注塑成型经济性决策问题进行了分析，给出了成本、时间的计算方法，研究了它们之 间的跌射机制，特蹦构造了成本c 和时间r 满意度函数。研究了注塑成型质量问题，构造 了单质攫满意度的a 型、b 型和m 型满意度模型，给出了注塑成型综合质量满意度求解 算法。采用层次分析法与模拟退火算法进行多目标优化决策，提出了注塑成型经济性决策综 合评判机制，并论述了其在注塑模制造成本和交货周期的报价系统、注塑件经济决策系统( 指 导= ；圭塑模评标工作) 、注塑件生产可行性论证经济决策系统中的应用。 本文最后提出了网络环境下的经济决策机制。给出了利用集成信息中介单元进行联盟产 品斌戈d 及运行阶段的数据共享及管理的策略。总结了动态联盟的经济性抉簸机制，探讨v 网 络环境下的数据共享问题，以及利用c o r b a 规范实现分布式环境下动态联盟的问题。 关键词：注塑成型，经济性，成本评估。智能，人工神经网络，基于事例的推理 a b s t r a c t g l y i n ga f a s t a c c u r a t ee v a l u a t i o nt ot h ee c o n o m i cp r o b l e mj sa ni m p o r t a n tf a c t o rf o ra c o m p a n y t h em a i n i n t e r e s t so f i n j e c t i o nm o l d i n ga r eh o wt oi m p r o v et h eq u a l i t i e so f t h ep r o d u c t s ， a n dt h eo t h e re c o n o m i ci n d e x e s ，s u c ha sc o s ta n dt i m e ，a r ep o o r l yc o n c e r n e d i ng e n e r a l ，i f e c o n o m i cp r o b l e m sa r e e n c o u n t e r e d ，e x p e r i e n c e dm e t h o d sa r ea l w a y su s e d b u tf l oa c c u r a t e q u a n t i t a t i v e m e t h o d sa r eo b t a i n e d s oi ti sd i f f i c u l tt o a d a p tt o t h ed e m a n d so fe c o n o m i c d e c i s i o n - m a k i n g f o ra c o m p a n y i n t h i s p a p e ai n j e c t i o n - m o l d i n g e c o n o m i c p r o b l e m s a r e c o n s i d e r e d ，a n ds p e c i a lq u a n t i t a t i v ea n a l y t i cm e t h o d sa r ep r o p o s e d t h e o r i e so fa d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g i e sa r ef i r s ta n a l y z e d t h e nt h ea c t u a l i t i e s a b o u tt h er e s e a r c ho n m a n u f a c t u r i n g f i e l de c o n o m i ce s t i m a t i o na n dt h er e s e a r c ho f f i n j e c t i o n - m o l d i n ge c o n o m i ce s t i m a t i o n a r ea l ld i s c u s s e d o nt h eb a s i so ft h e s eb a c k g r o u n d s ， s p e c i a ls t u d i e sa r ec a r r i e do n o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gi n j e c t i o np a r tc o m p l e x i t yi n d e xa n di n j e c t i o nm o u l dc o m p l e x i t y i n d e x ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n j e c t i o np a r tf e a t u r ea n di n j e c t i o nm o u l d c o s ta r e p o i n t e do u t t h e s y s t e m f r a m e w o r ks t u d i e di nt h i s p a p e r a r e g i v e n ，w h i c h i n c l u d e s i n j e c t i o nm o l d i n g m a n u f a c t u r i n gc o s te s t i m a t i o ns y s t e mf r a m e w o r ka n di n j e c t i o nm o l d i n ge c o n o m i ce s t i m a t i o n s y s t e mf r a m e w o r k u n d e r a g i l em o d e l s i n j e c t i o nm o l d i n g d f x i n t e g r a t e d i n f o r m a t i o nm o d e l sa r es e t u p ，w h i c h i n c l u d e s i n j e c t i o n p a r t f e a t u r ei n f o r m a t i o nm o d e l m o u l di n f o r m a t i o nm o d e l t h em e c h a n i s mb e t w e e n i n j e c t i o np a r t f e a t u r e sa n d i n j e c t i o n m o u l d c a v i t y c o r ef e a t u r e s ，m o u l dp r o c e s s i n g d e v i c e i n f o r m a t i o nm o d e l ，a n dm o u l d c o m p a n ym a n a g e m e n t i n f o r m a t i o nm o d e l t h e s em o d e l sp r o v i d ea g o o dp l a t f o r mf o rs t u d y i n gi n j e c t i o nm o l d i n g d f x t e c h n o l o g i e s i n j e c t i o np a r tf e a t u r e s ，w h i c hh a v ee f f e c t s o nm a n u f a c t u r i n gc o s t s ，a l ea n a l y z e d t h e c o n c e p t so fd e s i g nf e a t u r e s ，m a n u f a c t u r i n gf e a t u r e sa n da s s e m b l yf e a t u r e s a r ed i s c u s s e d t h e m a n u f a c t u r i n g f e a t u r e sa r ed i v i d e di n t ob a s i cf e a t u r e s ，s u b s i d i a r yf e a t u r e sa n ds i d e a c t i o nf e a t u r e s t h ep a r a m e t r i cm e t h o ds t u d i e db yd i x o n p o l li ss t u d i e di nd e t a i l ，an e we c e fm e t h o di s p r o p o s e dh e r e t h i sm e t h o do v e r c o m e st h ei n j e c t i o nm o u l dc o s ta n a l y s i s r e l a t e dd i f f i c u l t i e s ， w h i c hi n c l u d e i n j e c t i o nm o l d i n gt o l e r a n c e a n ds u t f a c ef i n i s hf a c t o r ，m o u l d d i v i d i n g s u r f a c e c o m p l e x i t yi n d e x ，o n em o u l dm u l t i p l ec a v i t i e s ，a n ds i n g l ep l a s t i cp a r tc o s t s t h er e l a t e dt e s t i n g c a s e sa r eg i v e nt h e n t h ef a c t o r sh a v i n ge r i e c t so ni n j e c t i o nm o u l dm a n u f a c t u r i n gc o s ta r ec l a s s i f i e da sf o l l o w s ： i n j e c t i o np a r tf e a t u r ef a c t o r si n d e p e n d e n tt om o u l dm a n u f a c t u r i n gt e c h n i c s ，m o u l df e a t u r ef a c t o r s i n d e p e n d e n tt o m o u l dp r o c e s s i n gc o n d i t i o n s ，a n dm o u l dp r o c e s s i n gf a c t o r si nd e t a i l e dm o u l d m a n u f a c t u r i n gc o m p a n y c o s te s t i m a t i o nb pn e u r a ln e t w o r ki sc o n s t r u c t e d t r a p e z o i ds t r u c t u r e 3 - l a y e r e c o n o m i c s o l v i n g n e t w o r km o d e l sa r ef i r s t p r o p o s e d ，w h i c h i n c l u d e i n j e c t i o np a r t c o m p l e x i t yi n d e x ，i n j e c t i o nm o u l dc o m p l e x i t yi n d e xa n di n j e c t i o nm o u l dm a n u f a c t u r i n g c o s t i n j e c t i o nm o u l dc o s t - e s t i m a t i o nc b r ( c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ) s y s t e mi su s e d ，a n df r a m e w o r k o fc a s er e p r e s e n t a t i o ni s g i v e n s i m i l a r i t ya n di t st h i n k i n gm o d e la r es t u d i e d ，e s p e c i a l l yt h e s i m i l a r i t yc a l c u l a t i o nm e t h o d so fa s s u r e dn u m e r i c a la t t r i b u t ef e a t u r e sa n dn o n a s s u r e dn u m e r i c a l a t t r i b u t ef e a t u r e sa r e p r o p o s e d o n t h eb a s i so f c a l c u l a t i n g t h ew h o l e s i m i l a r i t yb ya h p ( a n a l y t i c a l h i e r a r c h i c a l p r o c e s s ) ，a r t i f i c i a l n e u r a ln e t w o r k ( a n n ) i su s e dt of a c i l i t a t et h e c a l c u l a t i o n o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gc a s e a d a p t a t i o nd i f f e r e n c em e t h o d ，k n o w l e d g e i n t e n s i v e d i 虢r e n c em e t h o di su s e dt o a d a p tt h em a n u f a c t u r i n gc o s t t h u sf a c i l i t a t e t h em u l t i m e t h o d i n t e g r a t i o n o fc o s t e s t i m a t i o n k n o w l e d g e 。a b s e n tc a s e - a d a p t a t i o n m e t h o d g af g e n e t i c a l g o r i t t m a ) i su s e d 3 - l a y e rc a s e a d a p t a t i o nm o d e li sf i r s tp r o p o s e di ng at h e n t h em e t h o do f w i d e n i n gc b r t oa l lo f t h em o u l dc o s tf a c t o r si sg i v e n o nt h eb a s i si f a b o v ea c a d e m i c s t u d y , v i s u a lc + + i s u s e dt os e t u pi n j e c t i o nm o u l di n t e l l i g e n t c o s te s t i m a t i o np r o t o t y p es y s t e m ( i m i c e s ) t w o t y p i c a le x a m p l e s a r eu s e dt oi n t r o d u c ei m i c e s s y s t e m i n j e c t i o nm o l d i n ge c o n o m i c d e c i s i o ni sa n a l y z e d t h em e t h o d so fc a l c u l a t i n gc o s ta n dt i m e a r eg i v e n ，a n dt h em a p p i n gm e c h a n i s mb e t w e e nt h e mi ss t u d i e d t h e nt h es a t i s f a c t i o n - d e g r e e f u n c t i o no f c o s t ( c ) a n dt i m e ( t ) a r ec r e a t i o n a r y c o n s t r u c t e d i n j e c t i o nm o l d i n gq u a l i t yp r o b l e m i s s t u d i e d ，t h es a t i s f a c t i o n - d e g r e em o d e l so fa ，ba n dm t y p e sa r eg i v e nt of a c i l i t a t et h es t u d yo f s i n g l ei n j e c t i o nm o l d i n gq u a l i t yp r o b l e m s t h ea l g o r i t h m o f c a l c u l a t i n gi n j e c t i o nm o l d i n g s y n t h e t i cq u a l i t ys a t i s f a c t i o n - d e g r e e i s g i v e n u s et h ea b o v ek n o w l e d g e ，i n j e c t i o nm o l d i n g e c o n o m i cd e c i s i o n - m a k i n g s y n t h e t i cm e c h a n i s mi sf i r s tp r o p o s e d t h e s em e c h a n i s m si n c l u d et h e b i d d i n gs y s t e m o f i n j e c t i o n m o u l d m a n u f a c t u r i n g c o s ta n d t i m e ，i n j e c t i o np a r t e c o n o m i c d e c i s i o n - m a k i n gs y s t e m ( t os e l e c tt h er i g h tc a n d i d a t et o m a n u f a c t u r e i n j e c t i o nm o u l d ) ，a n d d e c i s i o n m a k i n gs y s t e mo fe v a l u a t i n gt h ep o s s i b i l i t yo fp r o d u c i n gi n j e c t i o np a r t a h pa n d s i m u l a t i o na n n e a l i n g ( s a ) a l g o r i t h m sa r eu s e di nt h e s em e c h a n i s m s i nt h el a s tp a r to ft h i sp a p e r , d e c i s i o n - m a k i n gm e c h a n i s m su n d e rn e t w o r ke n v i r o n m e n ta r e p r o p o s e d n l es t r a t e g yo fu s i n gc o m p o s i t i v ei n f o r m a t i o n - m e d i a - u n i tt om a n a g et h ed a t ai nt h e s t a g eo fp r o d u c ts c h e d u l i n g n m n i n gi sg i v e nt h e n e c o n o m i cd e c i s i o n - m a k i n gm e c h a n i s mu n d e r d y n a m i cu n i o ne n v i r o n m e n ta r es u m m a r i z e d ，d a t a - s h a r i n gp r o b l e mu n d e rn e t w o r ke n v i r o n m e n t ， a n du s i n gc o r b ai nd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n ta r ea l ld i s c u s s e d k e yw o r d s ：i n j e c t i o nm o l d i n g ，e c o n o m i c ，c o s te s t i m a t i o n ，i n t e l l i g e n t , a n n ，c b r 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分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和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：寻象孚 指导教师 日期：矽叨年加月日日期：沙2 年1 0 月| j 日 彬 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 易擗 日期：2 咖z 年口月f 日 上海交通大学博士学位论文 第一章绪论 制造业是现代社会的基石，在当前各国经济发展中占有举足轻重的作用。科技的进步， 促使了新技术、新材料、新能源、特别是计算机技术的发展，推动了制造业的变革，促进了 先进制造技术的发展。 为了适应激烈的市场竞争，二战后日本出现了准时制生产、成组技术和柔性生产线以 及全面质量管理等单项先进的制造技术，开始了“多品种小批量”生产模式的探索，是制造 业的一次飞跃。而先进制造技术这一概念是美国根据本国制造业面临来自世界各国，特别是 亚洲国家的挑战，为增强制造业的竞争力，夺回美国制造业的优势，促进国家经济的发展， 于2 0 世纪8 0 年代末提出的。进入2 0 世纪9 0 年代，快速、持续、无法预测的竞争环境对企 业的组织结构和生产模式提出了新的要求。以信息高速公路、网络环境、数据仓库、管理信 息系统以及支持分布式环境的计算机辅助工具为代表的虚拟制造、敏捷制造技术的出现，使 制造业跨入了一个全新的阶段，将对制造业和先进制造技术产生持久的冲击。 先进制造技术是将机械、电子、信息、材料、能源以及现代管理技术等的最新成果应用 于制造业，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至 回收的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷生产的前沿制造技术的总称。企业 的t q c c s 五项指标( 时间、质量、费用、创新、服务) 是衡量设计成功与否的标准。企业 对经济性的追求是先进制造技术的直接推动力。 模具是现代工业生产的重要工具它以其特定的形状使原材料成型。由于模具成型具有 优质、高产、低消耗和低成本等特点，在国民经济各个部门中，特别是在汽车、航空、电子、 电器、仪表、机械制造和日用品工业中得到极为广泛的应用。 注塑模是塑料成型的主要工具，是模具大家族的一个很重要成员。如何快速、高质量、 低成本地设计制造出产品模具已成为市场竞争的重要因素。如何在激烈的市场竞争中及时、 准确的对注塑成型的经济性进行分析，从而做出正确的决策，已成为提高企业竞争力的一个 需要迫切解决的问题。 人工智能是当前科学技术发展中的前沿学科，同时也是一门新思想、新观念、新理论、 新技术不断出现的新兴学科。在经济性决策过程中采用人工智能技术，将大大方便经济决策， 提高决策的及时性、准确性和智能性，具有广泛的发展空间。 1 1 先进制造技术 1 1 1 先进制造技术的体系结构 1 9 9 4 年初，美国联邦科学、工程和技术协调委员会下属的工业和技术委员会先进制造 技术工作组提出了有关先进制造技术的分类目录，首次较系统地说明了先进制造技术的体 系。文献 1 5 9 给出了如图1 1 所示的先进制造技术体系结构。 先进制造技术包括现代制造系统管理技术群、面向制造的工程设计技术群、物料处理方 法及设备技术群以及相关的支撑技术群。 第一章绪论 相关支撑技术群 l 硬支撑环境 l 软支撑环境 i计算机硬件及外围设备、物流设备、计算机软件、各种标准、法规、文化氛围 i信息高速公路、计算机网络及工程数据库 图1 - i 先进制造技术的体系结构 f i g 1 1 s t r u c t u r eo f a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt z c h n o l o g y 一、现代制造系统管理技术群 现代制造系统管理技术群包括与系统组织和管理( 企业管理、质量管理、人事管理、生 产管理、营销管理等) 有关的各种技术，主要强调信息集成，生产模式创新，人、技术和管 理的集成等。这个技术群每出现一项新技术，都会对制造业的发展产生重大影响。它包括： 侧重于技术的管理技术群：成组技术、独立制造岛、计算机集成制造系统、并行工程、 智能制造系统、和系统集成技术。 侧重于管理的管理技术群：计算机集成制造、精益生产、敏捷制造、全面质量管理、 管理信息系统、准时生产、制造资源计划( m r p i 和m r p i i ) 、制造系统工程、全球化制造 和可持续发展战略及相关技术。 二、制造工程设计技术群 制造工程设计技术群包括所有与产品和工艺过程有关的各种技术。这些技术包括产品设 计、工艺过程设计和面向“x ”的设计技术( d f x ) 。 产品设计技术：计算机辅助设计c a d 、计算机辅助工程分析c a e 、智能设计、反求 工程、公理化设计、系统建模及仿真、绿色设计、质量功能配置、模块化设计等。 工艺过程设计技术：计算机辅助工业规程设计、计算机辅助工艺设计、工艺过程建模 与仿真，虚拟制造等。 面向“x ”的设计技术( d e s i g nf o rx ) ：有面向制造的设计( d f m ) 、面向装配的设 计( d f a ) 、面向回收的设计、面向质量的设计( d f q ) 、面向成本的设计( d f c ) 、面向环 保的设计等等。 其他技术：工作环境技术、计算机辅助制造、设计与制造集成、并行设计、- 陕速原型 法及产品数据管理( p d m ) 。 三、物料处理方法和设备技术群 物料处理方法和设备技术群研究与物料处理过程和物流直接相关的各项技术，要求实现 上海交通大学博士学位论文 优质、高效、低耗、清洁和柔性化生产。它包括： 物制处理方法和技术：材料生产工艺、加工t 艺、少无切削加工、高速加工技术、特 种加工技术、可装配性工艺及装配自动化、车间调度和管理和清洁化生产技术等。 物料处理设备和技术：包括制造自动化( n c c n c d n c f m c f m s ) 、质量反馈控制 系统、传感器技术和设备维护技术等。 四、相关支撑技术群 相关支撑技术群是三大主体技术群赖以生存并保证其不断取得进步的相关技术。它包 括： 信息科学：计算机技术，自动化技术、软件工程、数据库技术、多媒体技术、接口技 术、网络通信技术、人工智能、决策支持、专家系统和虚拟现实技术。 基础科学：系统工程、运筹学及管理学、法学、人文及社会科学、生命科学。 其他技术：材料科学、微电子技术、设计方法学、人员培训和教育、人机工程学、市 场学、环境保护、技术经济学和标准化技术。 1 1 2 先进制造技术的研究热点 先进制造技术中引起广泛关注和研究的有：计算机集成制造、并行工程、敏捷制造等。 一、计算机集成制造 二十世纪八十年代中期以来，以计算机集成制造( c i m s ) 为标志的综合生产自动化日 渐成为制造工业的热点。计算机集成制造( c i m ) 是一种总体技术，是企业进行组织和管理 生产的一种哲理、思想和方法，而c i m s 则是此思想的具体体现，即贯彻c i m 思想，具有 明确的企业经营目标的具体生产系统。一般认为，c 1 m s 概念中还包括下列要素： c i m s 适用于中小批量离散生产过程的制造工厂： c i m s 将制造工厂的生产经营活动纳入到多模式、多层次、人机交互的自动化系统中； ) c i m s 是由多个自动化子系统有机综合而成； c i m s 的目的是提高经济效益、提高柔性、追求动态总体优化。 c i m s 的最早含义是侧重于信息集成的，随着对c i m s 的进一步研究，现代c i m s 包含 了系统论、信息化、集成化、网络化、虚拟化、智能化等促进制造系统更快发展的新技术、 新方法，从而具有更大的灵活性，为后续的进一步发展留有余地更重要的是有利于企业的 接受和推广应用 6 1 。 二、并行工程 并行工程也称并行设计，是一种系统工程的方法，实行动态优化地处理问题。它是一种 系统的集成方法，采用并行方法处理产品设计及其相关过程，包括制造和支持过程，这种方 法要求产品开发人员从一开始就能考虑到产品从概念设计到产品报废的整个产品生命周期 中的所有因素，包括质量、成本、作业调度及用户需求。它是建立在信息集成基础上的优化 运行模式。 产品设计是生产技术中的第一道工序，设计质量的高低是决定产品一系列技术经济效果 的关键问题。根据德国工程师协会文件v d l l 2 2 2 5 的调查分析，产品开发的早期阶段决定产 第一章绪论 品生命周期费用的8 5 ，而产品开发早期阶段只占生命周期费用的7 ，产品生命周期各个 阶段对差错的修改也会引起成本成倍的增加( 见圈1 2 ) 。 产品设计是面向市场、面向用户的设计。在争取用户满意的竞争中，现代设计要求对产 品进行全生命周期设计。采用并行工程对产品进行设计是符合全生命周期设计思想的。 并行工程采用的是并行而不是串行的工作模式展开产品开发活动，从概念上能够潜在地 缩短产品开发周期。同时考虑到设计对整个产品成本与性能的重要影响，以及随着设计链的 向下传播，修改设计的可能性越来越小或代价越来越高。通过建立各个决策者之间有效的信 息交流与通信机制，综合考虑各个相关因素的影响使后续应用环节中可能出现的问题，在 设计的早期阶段就得以解决，强调一开始就做出正确优化的决策，从而减小设计反复，并使 零件容易制造、容易装配和具有优良的性能。 图1 - 2 产品生命周期费用 f i g 1 - 2c o s td u r i n gp r o d u c tl i f ec y c l e 并行工程的显著特点在于重视用户的要求，从全局优化的角度出发，对产品整个开发过 程进行集成管理与设计。其实施方法包括信息建模和过程建模、结构化分析方法、仿真、集 成c a d c a m 、面向制造的设计、面向装配的设计、生命周期工程、质量功能配置和集成框 架技术等。 三、敏捷制造 自1 9 9 1 年美国里海大学发表了具有划时代意义的( 2 1 世纪制造企业战略报告以来， 敏捷制造的概念已经逐步深入人心。 敏捷制造是企业在无法预测的持续、快速变化的竞争环境中生存、发展并扩大竞争优势 的一种新的经营管理和生产组织的模式。它强调通过联合来赢得竞争：强调通过产品制造、 信息处理和现代通信技术的集成，来实现人、知识、资金和设备( 包括企业内部和分布在全 球各地合作的企业) 的集中管理和优化利用。 敏捷制造作为2 1 世纪市场竞争的主要模式，它要求企业不仅能快速响应市场的变化， 而且能不断地通过技术创新推出新产品去引导市场。企业在不同时刻对这两种能力的把握 决定了它对市场和竞争环境变化的反应能力。 敏捷制造所涉及的是全球范围的企业和市场集成，目标是将企业、商业、用户、行政和 金融部门等都用网络连通形成一个与生产、制造、服务等密切相关的网络，实现面向网络 的设计、制造、销售和服务。它不同于先前各种形式的制造方式，是制造模式的一种突破。 它的组成和实施主要包括两部分：敏捷制造的基础结构和虚拟企业。 其实施过程是：企业首先进行市场分析和评估，在需求预测和定单的基础上，采用质量 功能配置、价值工程等技术，按照需求、重要性、成本和技术难度等评价指标进行评估，将 需求转化为相应的工程目标，然后对工程目标进行敏捷化设计。企业间合作以竞标方式寻找 4 上海交通大学博士学位论文 台作伙伴，采用群组协同工作方式，通过网络基于同一产品模型合作完成设计。通过向下游 的设计预发布，采用成熟的设计与t 艺并结合物料情况，形成详细设计方案：然后对设计方 案进行技术经济性评估，分析相关的生产、设计活动，建立逻辑上的或实际的临时性功能组 织( 虚拟企业) ，协调相应的组织关系和业务关系等；井采用基于网络的p d m 技术对整个 业务、生产过程、产品信息等进行集成管理。实现敏捷制造。 1 2 制造业经济性评估研究现状 经济性是企业决策者晟为关心的问题是先进制造技术得以出现、发展的最直接推动力。 对制造过程的经济性进行准确、及时的评估是先进制造技术的必然要求。 制造业中进行成本评估研究的比较多，本节列举了以下几个有代表性的评估模型： w e i 和e g b e l u ”提出了利用a n 洲o r 工艺选择树来评估最低制造成本的框架结构，其主 要缺点是只考虑了工艺和搬运成本，并没有考虑其它成本。 v e n k a t a c h a l a m 等开发了一个面向对象和基于规则的专家系统，用以对铸造和锻造件 进u i 艺选择和成本评估。l u o n g 和s p e d d i n g 4 开发了一个孔加工工艺的工艺选择和成本评 估通用知识系统，其主要适用于中小型企业。 a l l e n 和s w i f t 4 9 1 开发了一个适用于工艺设计早期阶段的制造工艺选择和成本评估的专 家系统这个系统被应用于自动鼓风工艺中。 f r e n c h l 5 0 提出了利用函数来对成本进行建模的思想，以期找出节约成本的途径。这些成 本函数涉及直接利用技术细节对成本的评估、对类似产品工艺的比较等。 o u - y a n g 和l i n ”开发了一个用于早期设计阶段的基于特征的制造成本评估框架。他们 利用特征的形状和精度来评估制造成本此方法适用于棱形件制造成本评估。g a y r e t l i 和 a b d a l l a i s h 提出一个评估和优化工艺参数的基于约束原型系统，而其评判的准则之一就是制 造成本。针对一些特殊产品，有一些专有的成本模型。如b m c k n e r 和e h r l e n s p i e l ”1 利用成 本模型来评估齿轮的制造成本。s c h r e v e i ”1 等对太于4 0 k g 的中低碳钢零件和大于2 0 0 k g 的零 件制造成本进行评估。 精确的成本数据是成本评估模型得以成功应用的关键要素。s h e l d o n ”i 等提出了建立中 间数据库的思想，此数据库将成本帐目和d f c 系统联系起来。通过对成本帐目的分析，对 不同的d f c 用户提供合适的成本计算模型。 f e n g 5 s i 等建立了一个基于操作的成本数学模型来确定使成本最小的设计，基于操作的 成本模型是最早的制造成本评估模型之一。但由于信息获取的困难性，此模型只能用于设计 的最后阶段。 s h e h a b 5 6 1 等开发了一个用于早期设计阶段的智能成本评估模型，利用知识的模糊集表达 来建立成本模型，所评估的成本包括材料、工艺、机器构造成本及非生产性成本等。 对制造业经济性评估的研究己成为一个热点，而对注塑成型经济性评估的研究则丰富了 制造业经济性评估的内容。 1 3 注塑成型经济性评估 1 3 1 经济性评估研究现状 最早的塑件成本评估方法出现于1 9 8 5 年，o s t w a l d 等【1 9 1 开发了工具成本、材料成本评 第一章绪论 估的一系列方法。但是，这些方法不能直接用于支持产品设计和再设计，而且其它信息，如 能耗成本、额外成本和工程成本等则不易计算。u l r i c h 等口开发了一个评估印刷电路板设 计和制造成本的系统但是这个成本只有当工艺计划确定后才能够获得。s h a h 等“”提出了 一个借助专家获取信息的框架，并被用于基于特征的c a d 系统中，实现了设计晟大利润率 和再设计之间的平衡。b o o t h r o y d 等口“开发了一个选择制造塑件所可能采用的工艺和材料的 评估方法，此方法分为4 个步骤，依次为几何输入、工艺选择、材料选择和更新。几何分类 依据尺寸、形状、和相交特征。工艺选择依据模糊集理论，最后给出了基于成本的塑件工艺 和材料分级方法。k o c h p 3 1 等提出了在设计过程中集成c a d 和基于活动的成本评估的方法。 对于注塑模成本评估研究比较深入的是台湾成功大学的y u h m i nc h e n 5 1 等人，他们的研 究采用对注塑件进行特征分类，然后在注塑件设计中的特征设计、预备设计和详细设计阶段， 分别考虑这些阶段塑件特征的变更可能引起的后续成本要素，如材料、工艺和模具制造成本 的变化，进而建立专门的知识库，从而在设计的早期阶段就可以排除不合适的设计。但该方 法并没有以定量的方式来计算模具的成本。此外，香港大学的k w a i s a n gc h i n l 6 i 等建立了注 塑模成本评估专家系统( e s l m c o s t ) ，该系统考虑了注塑件设计、注塑模设计、模具制造 工艺决策的并行关系，并采用基于规则的方法来评估注塑模成本，利用一系列1 f t h e n 规 则来求得成本，取得了一定的效果，但其规则太复杂，有2 7 1 个之多规则组合很困难，限 制了其使用：随后，k w a i s a n gc h i n p l 等又建立了一个主要用于电子行业的专家系统 ( d t m o l d 1 ) ，采用决策树的方法来实现基于规则的推理，通过一系列决