基于快速设计的锻压机床材料成本快速报价系统研究*

练国富 吕盼稂 竺长安 叶炬贤

（中国科学技术大学，安徽 合肥 230027）

基于快速设计的锻压机床材料成本快速报价系统研究*

练国富 吕盼稂 竺长安 叶炬贤

（中国科学技术大学，安徽 合肥 230027）

以锻压机床产品为研究对象，将用户的性能要求参数转化为机床设计参数，计算并快速得到产品三维模型。以快速设计得到的模型为基础，计算不同材料的利用率，快速得到锻压机床材料的成本价格，为整机的报价提供更加准确的数据依据，有效控制材料成本，提高产品竞争力。

锻压机床 快速设计 快速报价 材料成本

锻压机床产品主体结构根据用途不同而变化，形式复杂多样，属于多品种小批量的生产模式，甚至大多以单件生产为主。锻压机床通常重达百吨以上，耗费钢材等过多。相比国外同类产品约重20%～50%，材料成本占据锻压机床整机成本的50%以上。材料成本报价的准确性严重影响整机的报价，竞标时的报价往往根据经验来预估材料的成本，准确性差。因此，在当今激烈的市场竞争环境下，快速提供报价等决策信息，快速响应市场需求，有效控制材料成本，提高产品竞争力，才能使企业立于不败之地。

机床产品是制造行业中的复杂产品之一，针对它的快速报价系统具有积极的意义和实用价值，但也具有相当的难度[1]。本文根据锻压机床产品特点，在快速设计的基础上获得材料的信息，结合不同材料的利用率及材料单价，可快速得到材料成本价格。

1 锻压机床快速设计系统研究

首先根据锻压机床的特点，研究锻压机床快速设计系统。该系统可以根据客户需求（公称压力、开口、速度、行程、工作台尺寸等）输入设计参数，计算出锻压机床外形尺寸、重量和种类等参数，驱动主机结构模板，快速得到三维实体模型。在竞标或谈判初期，可让客户参与设计。客户输入需求，确认系统快速得到的三维实体模型，使客户对产品有个整体了解，不满意的地方可修改，直到得到客户最满意的主机结构模型。

主机结构模板采用自顶向下的建模技术。锻压机床骨架图的构建使得很多尺寸数据可以共享，通过Pro/E里面的“关系”来捕捉特征之间、参数之间或装配体之间的设计联系，根据客户输入的需求参数，计算并驱动设计参数尺寸。完成主机结构的设计后，利用族表工具将企业标准件的经验数据和设计准则做成表驱动零件，根据实际情况来进行参数化驱动，避免详细设计占用大量的时间，达到快速设计的目的。快速设计流程如图1所示。

锻压机床快速设计首先分析用户需求，有些客户能够提出机床主要技术参数和主要技术要求，如机身采用组合框架预紧结构，主缸采用三缸结构、一字排列，移动工作台数量两台，液压垫为钢板焊接箱型结构，液压垫压力、行程可由触摸屏设定调节等。设计人员根据用户提出的机床主要技术参数，获得快速设计系统需要输入的设计参数。然而有些客户对锻压机床不是很了解，只能提出机床的压制工艺要求或部分技术要求。此时设计人员需要根据用户需求，与设计参数智能匹配，得到机床整机设计参数和机床各模块设计参数，最终得到满足用户需求的最优设计参数和机床结构类型。设计流程如图2所示，本系统通过客户参与设计的模式引导客户完成设计，使客户得到满意的主机结构模型。

获得锻压机床设计参数后，通过人机交互界面，根据目标产品的结构尺寸、材料性能和压制工艺要求选择油缸数量，确定机床结构，实现客户需求与产品设计性能指标的快速匹配，提出满足客户工艺要求的机床设计方案。得到机床的技术参数，确认或修改参数，保存参数以便下次重复使用；也可以打开以前保存的参数文件。利用Pro/E软件，生成三维模型，指导客户与设计人员进一步明确设计目标，减少由于设计目标模糊造成的设计过程反复。使得客户在谈判初期对产品有个整体的了解，得到最满意的主机结构模型。

2 基于快速设计的锻压机床材料成本报价

国内机床行业产品结构庞大，耗材、耗能严重，在设计阶段准确获得机床的材料成本，提高材料利用率，指导机床设计，是企业控制材料成本，提高产品竞争力的有效途径。

2.1 快速报价流程

本文在快速设计的基础上，利用三维CAD（Pro/E）软件所提供的二次开发接口protoolkit，进行产品材料成本的计算。调用protoolkit提供的API函数：Pro MaterialCurrentGet，根据模型的句柄来计算对应模型的质量。使用该API函数可以分别计算出不同板厚、不同材料的重量。通过计算材料利用率来获得毛坯重量。再利用数据库中的材料单价信息，获得各种材料成本。并分别统计锻压机床各模块和整机的报价信息，系统框架如图3。

锻压机床的上横梁、下横梁、滑块、工作台、立柱5大模块主要是板材焊接结构，根据不同的模块强度要求采用不同的板厚。首先分别统计不同板厚的重量、锻件和铸件的重量，通过计算获得不同板厚的材料利用率。连接数据库获得不同的板厚价格，计算得到锻压机床板材材料的价格。立柱拉杆直径300 mm以上一般采用锻件，直径300 mm以下一般采用原件。拉杆的材料利用率最高，通过计算得到毛坯重量。在数据库获得材料单价得到4个拉杆的材料成本。油缸和活塞杆一般采用铸件和锻件两种加工方式。

2.2 材料利用率的计算

在我国工业产品成本中，物质消耗的比重很大。降低物质消耗，提高原材料利用率，是降低产品成本的主要环节[2]。锻压机床不同模块的材料利用率不一样，板材的利用率的计算除了计算切割的边角废料外，还需考虑再利用问题。机床所用的板材是经切割后焊接在一起，根据板材的形状计算各种板厚板材的回收利用情况，最后得到不同板材的利用率。锻压机床产品因为焊接的需要有很多工艺孔，以及与应力无关的结构整体减重强化的多功能孔，这些材料通过尺寸筛选可以重新利用，比如滑块侧面的加强筋就是上横梁工艺孔材料的再利用，如图4中的1～4所示。

板材是否进行再利用的判断准则如下：根据板材的材料及厚度不同进行分类。为了减少板材再加工带来更多的成本，加强筋的厚度要与含有工艺孔的部件厚度相同。在同一厚度中，我们利用protoolkit提供的接口函数ProSolid Feat Visit，在锻压机床模型上获取它所有特征信息；当遇到通孔特征时，提取它对应的尺寸信息，然后计算加强筋等的尺寸信息，将两者进行对比。当通孔的尺寸等于或大于加强筋的尺寸时，该部分材料是可以重复利用的。在此基础上，我们首先匹配尺寸完全相等的部分，然后考虑大尺寸通孔的材料分割，从而实现材料的最佳利用。材料利用率的计算及尺寸匹配还可以指导切割时的划线工作，提高材料利用率的同时，在提高划线的准确率和工作效率。

3 材料成本快速报价实例

根据本文提出的基于快速设计的材料成本报价方法所开发的报价系统，能够根据客户需求参数准确快速地给出材料成本。下面以某型号800 T的锻压机床为例，说明本系统的快速报价工作流程。

表1 客户需求参数

3.1 客户需求参数（见表1）

3.2 设计参数

我们开发的系统界面如图5所示。点击设计界面，弹出机床设计对话框。对话框左半部分是设计参数示意图，右半部分是参数及对参数的说明。“上一步”和“下一步”按钮引导客户参与设计。设计参数输入完成后，系统将输入的设计参数计算并转化为驱动尺寸。

3.3 三维实体模型

点击“设计”菜单里面的显示三维模型，Pro/E读入驱动尺寸参数，显示模型，给客户确认。如有不满意的地方可以返回前面的步骤修改设计参数，直至获得客户满意的模型，如图6所示。

3.4 材料成本报价

进入系统“报价”菜单里面的“材料成本报价”，系统将分别统计不同板厚、锻件、铸件的重量。根据孔的尺寸和小块板的外形尺寸，分别计算不同板厚回收利用情况。通过计算材料利用率获得毛坯重量，连接数据库获得材料单价最终得到材料成本报价。报价系统将计算所得数据进行整理，分别计算出锻压机床各个模块的材料重量以及各模块的材料成本。

3.5 报价结果输出模块

报价信息通过输出模块将报价结果输出到xls文档。报价的数据输出到xls文档中进行输出实现如下：调用Microsoft Office Excel的COM类，包括＿Application，Workbooks，Workbooks，Worksheets，＿Worksheet。对Excel文档的实现在类CExcelWrite中，操作流程为：用户选择保存的目录后，将模板文件拷贝到文件中，然后将报价数据填入Excel表的具体格中。Excel表格输出模块使得报价结果更加清晰明了，并能够在脱离软件运行的情况下查看、打印报价结果，如图7所示。

4 结语

本文以锻压机床产品为研究对象，根据用户自己个性化的需求，结合企业相关设计模式，快速得到产品三维模型。在此基础上快速准确地得到锻压机床材料的成本价格，建立了锻压机床设计参数与材料成本的关系模型，并开发了一套快速设计与材料快速报价系统。本系统为整机的报价提供更加准确的数据依据，使企业能够快速掌握报价等决策信息，并以优质高效的服务赢得客户青睐，提高企业的市场竞争力。

[1]杨 颖，汪劲松，都鼎文，等.机床产品的快速报价.制造技术与机床，2002（6）

[2]赵金池.企业提高原材料利用率十法.中国物资经济，1993（4）

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Rapid Quotation System Research of Forging Machine Material Cost Based on Rapid Design

LIAN Guofu，LV Panlang，ZHU Chang'an，YE Juxian
（University of Science and Technology of China，Hefei 230027，CHN）

This paper focuses on the forging machine products.A system is proposed in which the parameters of the customer's requirements on the machine's performance are transformed into the design parameters.Then a three-dimensional model is instantly achieved through calculation.Based on the model，the utilization of different materials can be calculated out，and then the material cost of the forging machine is quickly obtained，so as to provide more accurate data for the quotation of the whole machine，which will help achieve an effective control of material costs and improve product competitiveness.

Forging Machine；Rapid Design；Rapid Quotation；Material Cost

* 国家863高技术研究发展计划资助项目，锻压机床快速、优化设计系统开发。课题编号：2007AA04Z1A2

练国富，男，1980年生，博士研究生，研究方向：快速设计、快速报价技术。

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2009-09-18）

10440