机械生产中的成本估算:成本实体方法应用于集成产品工程外文翻译资料

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机械生产中的成本估算:成本实体方法应用于集成产品工程

弗朗索瓦·沃尔纳达塔

LGIPM，梅茨大学，Ile Du Saulcy,

57012 Metz Cedex 1，法国

LGIPM, ENSAM CER Metz，法国^[1]

摘 要

在产品集成工程这个总体的框架之下，论文提出了一种全新的机械产品成本估算方法。该方法引入了成本实体的新概念，因为目前的背景下特别是在制造业间接成本的增长导致企业正在逐渐失去它们的市场竞争力，在技术变量(或制造特性)和经济变量(建模为成本实体)之间建立紧密的联系，需要建模与成本估算二者相关的推理过程和专业知识。为了能够实现这一点，提出了产品模型和成本计算模型两个方面来说明这个问题。摘要以一个约束满足问题(CSP)为模型，建立了考虑产品可选工艺方案的成本估计推理过程。该问题的解决方案以Termoz零件为例，说明了其制造过程。

关键词:成本估算;集成产品工程;成本的实体;制造特征;约束满足问题(CSP)

1.介绍

对于大多数工业企业来说，成本估算方法主要决定两种战略功能的表现:产品设计和定价(或报价)。

人们普遍认为，产品设计可以占用高达70-80%的产品总成本。近年来在并行工程、集成设计等集成工程领域取得的进展，为设计阶段的成本估算开辟了新的领域。这些方法的目的是在设计阶段尽早考虑制造成本知识。在竞争激烈的市场中，一个公司如果不能迅速、充分地满足成功的报价要求，就会严重影响其经济生存能力。低估的成本会导致巨大的经济损失，而过高的成本则会阻碍公司继续保持竞争力。因此，业界迫切需要在设计和报价方面有完善的成本估算解决方案，用以提高这两个战略功能的性能。

为了满足这一需求，并取代目前不太完善的基础分析方法，通常用于制造过程成本的规划，许多公司采用参数和类似的成本估计方法。这些方法非常快，因为它们本质上是合成的。这些成本估计方法可以根据产品的某些特性能够估算出产品的总成本。因为如果在设计活动中，助理如果缺乏有关成本结构的知识(如成本结构)。在产品的生产过程中(即工艺计划)不能帮助设计师做出有针对性的修改用以降低成本，那么在和顾客的报价活动中，只能够给产品分配一个大概估算的成本值，就会导致限制与客户透明地协商成本延迟的比率，从而带来巨大的经济损失。

另一个支持这项研究的主要因素是间接活动的增长成本。产品成本结构在支持活动中所体现的间接成本中所占的比重越来越大。此外，成本对象(产品或服务)与资源消耗之间的因果关系也很难评估。也就是说用传统的成本估算方法是很难获得非常详细而且明确到可以直接从会计记录到将其纳入产品或服务的成本之间。当然这些只是基本概念，例如主要和次要成本中心的相关数据，还有成本会计发布的时薪，都已经被一些作者分析过了。在详细研究了机械工程中的成本估算问题后，我们得出了结论，需要两个支持模型:也就是知识模型和推理模型。知识建模又可以分为两种面向制造的模型:产品模型和成本计算模型。第一个的含义是根据产品的制造特点来确定产品结构。还有就是本文后面会提到的基础成本实体概念的成本计算模型。推理模型首先考虑制造过程的成本估计过程(即成本估计过程)。其制造特性等于制造经营成本之和。然后，它涉及到产品的替代生产过程的成本估计，定义为一个约束满足问题(CSP)。

2.成本估算

在传统的成本核算方法中，通常从两个角度对成本进行分类。首先，经济分类的观点把成本分成:

（1）直接成本:可以直接分配给一个成本对象，例如一个产品。

（2）间接成本:不能直接分配给成本对象的成本。

如果按照形态分类的观点也可以降低成本，分类类型包括三种就是材料成本、人工成本以及间接成本，关于三种成本的解释如下。

（3）材料成本:通过消耗材料产生

（4）人工成本:是指利用人力产生的成本

（5）间接成本:通过消耗除上述两种以外的成本元素而发生。

在制造业中，成本估算是一种预测方法，主要是预测制造一件或一批产品需要多少成本。目前来说业界存在着各种各样的成本估算技术。零件的制造成本可以用四种基本方法中的一种或多种来估计:直观的、类比的、参数的和分析等四种方法。直观的方法依赖于估计者的经验来预测成本。类比的方法则是根据以前对类似零件的估计进行成本外推，通常需要使用一组技术代码进行检索。而参数法则通常需要将成本与技术参数以数学关系联系起来，用以建立成本估计模型。最后一种，分析方法依赖于与产品生产过程中各步骤相关的成本总和;这样的情况只会发生在工程过程的后期。

基于这些方法的原理，开发了不同的软件系统来评估制造成本。对现有商业软件工具和主要专有系统的详细分析的书籍已经由国防部(1999)出版。从学术界来说，值得一提的贡献是TIMCES，这是一个集成了CAD和过程规划两方面统一的制造成本估计系统，但是它只考虑了预定义的过程序列。而神经网络的方法则是从几何设计数据来估计制造成本的框架，以及最近在NIST开发的FIPER，都可以作为设计所有阶段的分层成本估计工具。

除此之外还有一个趋势与分析成本关系的方法，涉及到作业成本法(也就是ABC方法)。在这种方法中，产品或服务消耗与活动消耗产生成本的资源问题是确定每项活动的成本动因。这些方法的元素或多或少适用于产品生命周期的各个阶段。

由于综合产品工程方法和工具的广泛使用，因此造成了更复杂的生产设施(如加工中心、转移线等)和网络组织中的操作(如供应链或虚拟企业)以及手工操作制造业等模式造成了是间接成本显著增长的情况。因此，传统的成本计算方法现在已经不再适用。这就是我们提出一种新的成本估计技术的原因所在了。

3.成本实体概念

基于遵循ABC作业成本法的原则，我们增加了成本核算分析中心法的原则，在此基础上提出了“成本实体”的概念，从两种方法中获利。在分析中心法中，辅助部分的成本被分配到对产品有直接好处的主要部门加工操作。然后将各部分成本相加，将总成本分摊到产品之间。但是若要正确应用，两种方法都要以假定资源产生成本的同质性为前提。

CE定义如下，并解释了概念的基本同质性为一切有效性条件的前提。成本实体(CE)是与活动消耗的资源相关联的成本聚合。CE的基本条件涉及资源的同质性，这意味着允许将一个驱动程序与CE关联起来，且同类资源是稳定并相互依存的。稳定意味着归算率h/X。每个资源的h/min, h/L不随产品的不同而改变。相互依赖意味着不管使用资源的产品是什么，资源的消耗比例都是一样的。

3.1.母公司成本实体(PCE)

在缺乏资源同质性条件的情况下，CE将被视为一个PCE(或宏观实体)。为了尊重同质性条件，将其分解为基本成本实体是强制性的。参数(资源、活动、输入-输出对象)和PCE的成本分别是这些参数的并集和构成它的基本CE的成本之和。

其中N为制造PCE的成本实体的数量。

1. 建模成本估算知识

成本估算的必要知识是以产品模型和所谓的成本计算模型的形式表达出来的。产品模型建立在生产的基础上。对于设计、制造和成本估算，这一概念呈现出联合的一面。成本计算模型将以CE概念为基础。

• 1. 产品模型

提出的产品模型从产品、制造特点和操作三个方面考虑。使用了两个级别(图2)。第一个级别是关于产品在制造特性方面的几何描述及具体描述。第二个级别是从制造和成本估算的角度出发。

无花果图2描述的是产品模型中不同组件之间的结构联系。这些链接具有强制或可选两种不同的意义。实线表示强制链接(产品/制造特性/操作关系)，虚线表示可选链接。最后一个表示所有能够实现确定操作的机器。每个制造特征由内部参数(尺寸、公差、表面纹理等)、几何特征间公差(垂直度、平行度等)和拓扑特征间关系(开始、打开等)来描述。

利用专家系统工具CostAdvantage来构建这些数据。在CostAdvantage中使用的表示是基于对象类的概念，被称为上下文。

• 1. costgrammes模型

每一项活动都对应一个CE，即与这一因素有关的费用估计方面的专业知识。所提议的成本计算模型应全面考虑公司中存在的以及被加工产品所涉及的所有成本实体。

成本计算模型的第一层表示实现产品中所涉及的制造特性的所有必要操作。这相当于直接成本。第二层是CE中的层次关系。它包含一个直接或者间接的

又或者PCE的关系。因此，直接成本和间接成本之间的区别失去了它的有用性，因为所有的成本都是直接联系在一起的产品。用来构建这些数据的计算机又是成本优势专家系统。

“操作”CE将产品模型与成本计算模型联系起来(图1、2和3)再结合上驱动程序，从产品特性出发，再从图3看，分别保证第一级所涉及成本的因果关系(图1、3)和2级(图3)是一样的。

1. 建模成本估算的推理过程

成本估算的推理过程分两个阶段进行。第一个阶段是关于零件或产品的每个与制造特性相关的制造成本的产生。第二个阶段是关于生产该产品的替代生产过程的成本推算过程。

• 1. 制造特性的成本估算

对于每种类型的制造特性，都有一组可能对其实现的必要操作。T对应于可以用于每种制造特性的最多样化实例的所有操作。技术标准(例如:质量的获得)条件的决定，导致将一个给定的过程作为有效的制造过程，从而形成子集t2t。显示了一个与制造特性相关的潜在操作集T的示例:螺纹孔。根据固有的数据特征(质量，倒角b)，有效制造过程的子集t不能包含镗孔或反凿操作。

因此在专家系统的知识库中，与每种类型的特性制造相关的专业知识必须以“如果-那么”的规则形式转录出来。每种操作类型都包括许多相关成本估算程序的专业知识。这些原则的实施，通过一个专家系统的演算，允许产生一个定义的制造过程的成本估计对应的有效制造操作的特征。

• 1. 生产成本估算:一个约束满足问题

成本估计模型似乎最适合于技术解决方案多样性的显式表示，并考虑设计、制造和生产功能之间的各种真正依赖关系，它似乎是一个CSP。该方法通过识别相关变量、知识和约束来构建推理过程。求解CSP需要为所有变量找到一组合格的值，以便同时验证所有约束。在我们的模型中解决方案采用生产流程的形式，并带有估计的成本，CPP指出。

5.2.1. 变量

第五节中提到的专家系统用于将所有可能的制造操作与产品制动分解为特性。对于每个具有操作能力的替代机器也要大写。这允许通过Xnotation参数化每个操作，即机器选项k实现由制造特性i产生的操作j。基于这一知识，可以为生产过程建立两种类型的变量。使用类似于Wei和Egbelu(2000)提供的符号，这两个布尔变量表示的是制造操作之间可能出现的优先情况。第三个声明的变量是与生产过程解决方案的成本相关的。它是一个定义在模糊域上的实变量。

5.2.2. 核心知识

在每一个操作层次上资本化的成本估计专业知识的作用都是用来确定与操作或机器类型的每个制造成本的(EC)。了解生产系统的机器及其在车间的安排，并使用物料处理系统，从而确定机器的准备成本(EC)和成本。常数(f (k))在同一台机器上执行，如果它们不在同一台机器上执行。与熟悉产品与机器准备时间之间关系的机器操作员进行面谈，可以确定合适的驾驶员。

5.2.3. 约束

产品的成本估算推理过程围绕着四种类型的约束:模型的适当约束、成本约束、制造约束和生产约束。所有这些约束都有助于解决产品生产过程的成本估算(Hrsquo;mida, 2002)。

5.2.3.1. 模型的固有约束

这些约束是完全独立的产品和生产环境。它们主要涉及模型定义。

下图就是我们需要考虑的问题：两个分别用来表示产品的原材料库存和成品库存数量。而模型的主要内在约束。

5.2.3.2. 成本约束

第二种约束关系是成本约束。产品设计应该尊重可接受的最大成本，这是在评估工作开始时就应该确定的。如果超过这个限度，就不能保证公司的盈利能力，也不能保证公司在市场上的竞争力。这种关系约束了任何远离经济目标的生产过程解决方案，并表达了对任何解决方案的满意度。这种约束的一个例子可以采用不等式(10)给出的形式，如果我们假设在这个例子中，成本只是设置、制造和处理成本的函数，而且只有制造成本由批大小决定。(在本例中，Q对应于制造批次的大小，并被假定为估计值已知的先验。Q的测定超出了本文的范围)。约束(10)的第一项对应于前面定义的变量c，即产品生产过程解决方案的成本。

5.2.3.3. 制造约束

制造

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