面向制造的成本计算系统开发

Arthur

面向制造的成本计算系统开发

　

李存荣　张进军　郭顺生　杨明忠

　

　摘自：中国机械工程

　

1　前言

目前，我国CAD应用的初级阶段已基本完成，企业应用的目的正在逐渐向运用CAD求效益和提高产品的性能过渡，因此解决用何种类型软件和如何充分利用CAD软件进行有效设计已成为当务之急。考虑到产品工艺规程、可制造性、可装配性等生产过程各阶段的要求，目前，特征造型软件已成为最佳之选。三维特征造型软件Solidworks是一种功能比较强大的专门用于机械设计的软件，由于该软件操作应用简单，并且具有较强的开放性——为用户的二次开发提供了方便的接口，因此受到了工程设计人员越来越大的欢迎。我们利用Visual C+　+ 5.0对Solidworks中的类库进行了扩展，使之能够处理有关成本计算的材料、加工过程、加工工时、工步等方面的信息，从而缩短产品设计周期，减少新产品投放市场的风险，为新产品快速占领市场提供保证。

　

2　产品制造成本计算

2.1　产品制造成本结构模型

成本结构按影响因素的不同，有几种分类方法，在此我们按对设计的影响来分，可分为可变成本及不变成本，对于可变成本，本文主要讨论其中的产品制造成本，包括：各种零件实际制造成本、装配过程成本等。

　　新产品零件可分为新设计零件、外购件或标准件（其成本为外购费用或在此前已计算出来），所以，对于设计人员来说，又以新零件成本计算为主，主要为设计成本、材料成本、制造成本。对于装配成本，可分为结构设计成本、设备消耗分摊成本和具体装配成本；经营销售等其它方面的成本一般应用回归分析法，先通过经验数据，进行分析、计算归纳得到。对于一个新产品，总成本都由以上几部分组成，制造成本为其中重要的部分。

2.2　成本计算数学模型

当进行产品设计时，成本计算的主要部分在于设计的新型零件以及其装配成本的估算。因此，我们主要讨论这两种情况。

2.2.1　新型零件成本

以汽车转向器部件中的转向螺杆为例，对于此零件我们可以给材料、重量等属性附值，在计算成本时，可以按“对象.数据成员”或“对象.方法"的形式进行调用，调用成员函数得到返回值从而计算出制造成本。一个圆柱可在零部件中以轴的特征出现，如果在生产过程中还有其它的处理过程，如淬火等热处理，则再附加处理属性所需费用。下图所示螺杆轴的造型是由Solidworks生成的，对于这个零件，它是由轴特征、螺旋特征及齿特征等组成，因此，零件的制造成本可由材料费用和螺旋特征、齿特征的加工费用组成，如式（1）所示：

C（零件制造成本）=M（材料费用）+M1（加工费用1）＋M2（加工费用2）　　（1）

式中：M（材料费用）=P（材料单位成本）.W（材料重量）；

　　M1（加工费用1）=平均煅造（或其它）费用+平均单位时间加工费用。工时；

　　M2（加工费用2）＝平均单位时间加工费用.工时。

　　其中平均单位时间加工费用中应包括用电、工人工资等方面组成；

　　工时的计算由螺纹的长度(L)除以走刀速度(v)得到，如式（2）：

T（工时）=L（工件加工长度）/f（刀具切削速度）　　（2）

　　对于不同的零件，同样可以依此类推，即得公式（3），式中符号所表达意义与以上相同。

C＝M＋M1＋M2＋M3＋…＋Mn　　（3）

(a)基特征——轴特征

成本计算的第一部分：包括材料成本及煅造（或铸造）成本

(b)机加工特征——螺旋特征、齿特征等

　　 零件成本计算的第二部分：机加工费用

2.2.2　装配成本

在Solidworks中，作为最终产品的装配体同样是由各种零部件装配而成，并且装配产品模型的先后顺序应该与实际中的装配顺序相同，因此操作更接近于实际，Solidworks中零件之间的装配关系是“配合（mate）”,通过这种装配关系确定各个零件之间的定位，各零件都有自己的原点（origin）、坐标平面或轴等特征，装配体的实质就是各种“配合”的总和。

例如装配体，其配合为轴的外表面与孔内表面的配合（matel），不同的企业单位有不同的装配方法，但如果一旦用于某一特定企业，其装配方法或为人工、或为机械手，其装配成本也为确定值，并且可作为常量C1。如对于其上的螺孔与螺栓的配合，也为常量定为C2，4个螺栓则为C2×4。完成各个配合过程的费用的总和也就是具体装配成本，在本系统的成本核算中，具体装配成本可表示为：

　　C总（具体装配成本）=C1。m1+C2。m2+…+Cn。mn

式中：C1、C2…Cn——同一类型装配的单步装配成本；

m1、m2…mn——同一类型配合的个数。

而对于每一个具体的配合的单步成本，一般针对不同的公司或企业，根据本单位的具体情况，都可计算出既定的装配成本，这些可在软件初始化时一次输入。

　

3　Solidworks类库的扩展及编程实现

C++语言是在C语言基础上发展起来的一种面向对象的程序设计语言，由于C++提出了把数据和在数据之上的操作封装在一起的类、对象和方法的机制，并通过派生、继承、重载和多态性等特性，实现了人们期待已久的软件重用和程序自动生成，使得软件，特别是大型复杂软件的构造和维护变得更加有效和容易，并使软件开发能更自然的反映事物的本质，从而可以大大提高软件的开发效率和质量。Solidworks类库由Visual C++ 5.0类生成器生成，支持C++面向对象语言的三大特性：可重载、继承性、多态性，因此，我们利用此特性，可派生出大量应用程序所特有的新类，这样既能充分利用Solidworks既有类库的功能特性，又能尽最大限度的开拓自己的开发空间。如图4所示，基类为Solidworks类，通过用户接口，用户继承并开发出自己的新类。

对于新类的开发，只需增加更适应用户要求、针对具体应用的新类。如对于下面Solidworks中的一个圆柱类：

　　　　typedef struct ccparams

　　　　　　｛　　double origin［3］；

　　　　　　　　double axis［3］；

　　　　　　　　double radius；

　　　　　　｝CylinderParams；

　　class Cylinder：public CObject

　　　　　　｛　　public:

　　　　　　　　　　　Cylinder();

　　　　　　　　　　　～Cylinder();

　　　　　　　　　　　void GetData(ISurface* m_Surface);

　　private:

　　union Values

　　　　　　　　　　｛　　CylinderParams params;

　　double data［7］；

　　　　　　　　　　　｝ values;

　　　　　　｝；

　　在这个类的基础上，我们可派生出新类：

　　class Cylindergenerate:public Cylinder

　　　　｛　public:

　　　　　　　int material;　　//

　　　　　　　int weight;

　　　　　　　double cost;

　　　　　　　double cost(int m,int w,…);

　　　　　　　……

　　　　　　　Cylindergenerate();

　　　　　　　～Cylindergenerate();

　　　　private:

　　　　　　……

　　　　　　　｝

在以上所派生出的Cylindergenerate类中，除了继承原来Cylinder类的特性（原点、轴、半径）外，还具有了材料（material）、重量(weight)、单位成本(cost) 等属性作为其数据成员。这样，对加工或其它信息的描述即可转化为对类的数据成员的操作。

程序实现，其计算过程如下：先定义一对象：Cylindergenerate Cylinder1,生成一模型，成本的计算由Cylindergenerate类的成员函数Cylinder->cost(x,y,……)进行，cost(x,y,……)即根据我们的数学模型所定义的库函数，它会继续调用其它相关函数，最终数据用户可以查询，用户所做的工作即与计算机交互，输入模型参数，对于既定的机床，其平均单位时间加工费用、工人平均工资及材料单价一般在一段时间内比较稳定，因此，一般在初次进入系统时进行参数的设置以后，可变参数并不太多，而零部件模型的几何尺寸、体积、重量等其它属性则都在建模时输入。

　

4　结论

本文利用并行工程的思想，研究了新产品的成本计算模型及其实现方法，因此能在新产品设计的同时初步计算出其成本，从而减少新产品投资风险，降低成本，增强新产品的竞争力。

　

武汉市计委重点科技攻关项目(1997429)

李存荣(武汉汽车工业大学机电学院机电工程研究中心，湖北　武汉　430070)

张进军(武汉汽车工业大学机电学院机电工程研究中心，湖北　武汉　430070)

郭顺生(武汉汽车工业大学机电学院机电工程研究中心，湖北　武汉　430070)

杨明忠(武汉汽车工业大学机电学院机电工程研究中心，湖北　武汉　430070)

参考文献

［1］祝宏义．产品成本核算的系统设计．西北大学学报，1997,27（2）．

［2］木林森等．Visual C++5.0使用与开发.清华大学出版社，1998.

［3］帕尔.拜茨．工程设计学．机械工业出版社，1992．