參數化工時定額計算系統的研究與實現

上海鍋爐廠有限公司

引言


工時定額管理是企業的一項重要基礎管理工作,是生產進度調控、成本控制的重要依據,也是促進企業勞動生產率提高的重要手段[1]。以設計和工藝爲源頭,尋求快速地制定工時定額的方法和工具,對產品的成本進行細緻的統計和管理,全面支持精細化的成本管理,是上海鍋爐廠有限公司“十二五”信息化規劃的重要內容之一。


在上海鍋爐廠信息化建設過程中,工時定額信息化建設取得了一定的成績,但是也存在編制效率整體偏低、信息不能及時共享等問題。在定額編制效率方面,部分車間已採用了計算機輔助工具進行工時定額計算,改進了工時定額制定方法,編制了企業工時定額標準,在一定層度上提高了定額管理的水平和工作效率;但還有一部分車間仍然採用人工計算方式計算定額數據,這種方法編制的定額數據是通過經驗估計﹑類比等方法並參考有關的技術資料制定出來的[2],存在着效率低下﹑制定速度慢﹑誤差大,多次計算結果不一致,人爲因素導致工時差異等諸多弊端,難以滿足制定工時定額“快、準、全”的要求。在工時定額信息集成方面,已採用的定額計算輔助工具均爲單機程序,並且各車間均不統一,沒有考慮與企業其它信息系統(PDM\CAPP\ERP\MES)的集成,信息不能及時共享和更新,定額數據的一致性得不到有效保證,數據使用和重用的效率低,不能適應企業信息化的要求[3]。


總體而言,目前企業工時定額管理信息化工作發展較爲緩慢,如何準確、快速的制定工時定額,形成企業工時定額知識庫,實現數據共享,爲產品成本進行細緻的統計和管理提供基礎數據,是目前企業信息化建設需要重點解決的問題。


1 企業工時定額計算特點


上海鍋爐廠共有7個車間,各車間的生產過程及製造工藝特點各不相同:如管子車間主要通過彎管流水線,進行彎管加工;膜式車間主要進行水冷壁的製造和焊接;集箱車間主要進行集箱的加工,包括鑽孔和焊接等。生產過程及製造工藝特點不相同,工時定額的計算方法也不同。集箱、管子車間根據典型工藝批量計算零件的工時,工時分工種計算;機加、空預、重容車間根據工藝規範手工查表計算零件工藝的每一道工序工時,然後彙總出工種工時。


雖然各車間的工時定額計算的方法各不相同,但是工時定額計算的過程是基本一致的:首先,從設計部門提供的零部件清單中的讀取影響工時計算結果的數據,這些設計數據作爲工時計算的輸入數據。然後,根據工藝部門提供的零部件工藝中描述的工藝過程,計算每道工序的工時。


在计算工序工时定额时,需满足以下规律:


(1)能根據規則進行工時模型的查找計算運算。需要計算工時的工序,定額人員根據經驗總結出了對應工時計算公式。一旦公式中的各參數確定,工時即可計算得到。計算公式的選擇和車間、加工中心、設備、工藝描述有關。計算公式選擇的規則和車間的工藝有關。


(2)計算的結果可按要求進行調整。在根據規則計算出工時結果之後,允許調整自動計算得到的工時。可手工調整,也可以按照比例或者係數統一調整。


(3)存在典型工藝的工序工時單獨計算。有的工序對應另外一張典型工藝卡,具體的工序在典型工藝卡中描述。典型工序卡中的工序內容固定,但是工時卻與引用它的具體零組件的加工參數有關係。


(4)使用企業統一的工時定額標準。在工時計算過程中,應用的工時定額標準是統一的,均使用企業的工時定額標準。


2. 工時定額參數化計算方法


常用的工時定額計算方法主要有以下幾種:經驗估算法、類推比較法、解析計算法,預定時間標準法、MODAPTS法。上鍋目前的工時定額制定方法遵從上述計算原理,不同的車間部分使用或者綜合使用到了上述工時制定方法。常用的工時定額計算方法各有優缺點,但沒有一種方法能完全滿足企業所有車間的工時定額計算要求。我們提出參數化計算方法做爲工時定額計算系統的計算方法,以達到工時定額計算系統通用化的要求。


參數化計算方法的核心思想爲:零部組件的工時定額數據主要由零部組件特徵參數、加工過程參數決定,例如外形尺寸、材料牌號、材料系數、加工餘量、工序內容中的加工尺寸等。特徵參數、加工過程參數取值的不同,將導致工時定額數據跟着有規律的變化。類似於CAD裏的參數化設計,改變零件圖尺寸後,零件圖的形狀自動改變。參數化計算方法中,根據參數的變化,系統自動完成計算模型的選擇和工時計算。參數(變量)類型有字符型、數值型,參數(變量)的取值方式有計算、查表、選擇項、條件法、直接錄入等。


採用參數化計算方法,只要建立工時計算模型與影響工時的參數之間的關係就能計算得出準確結果,準確性高,通用性也非常好。


3.參數化工時定額計算系統設計與實現


3.1 系统构架


图3-1系统构架图


基於各車間統一的工時定額計算過程及工時定額參數化計算方法,可建立企業級的通用的工時定額計算系統。系統在集成環境下,能與上游PLM、CAPP系統集成獲得設計參數、工藝過程參數,能產生下游ERP系統及MES系統需要的工序工時信息。


系統模塊構架圖如圖3-1,由工時標準數據管理工具、工時模型參數化定義工具、工時定額編制工具三大部分組成。


(1)工時標準數據管理工具負責管理和維護工時定額計算是需要的查手冊的標準數據,如經常使用的毛坯種類、材料牌號、機牀設備、工藝裝備、切削用量、加工餘量、經濟加工精度、工種分類、材質、材料系數等工時定額數據資源。


(2)工時模型參數化定義工具是系統提供的專門的工時模型建庫工具,通過該工具建立規範的工時模型庫等,形成企業工時定額計算知識庫。


(3)工時定額編制工具以CAPP系統爲數據平臺,從CAPP系統中獲得典型工藝、工序信息,計算中需要的設計信息通過CAPP系統與PLM系統的集成間接獲得。執行計算功能之後,將處理的計算結果保存到工藝文件中。


3.2基于框图的参数化定义工具


參數化工時定額計算系統的核心是根據規則在工時模型庫中找到滿足條件的工時計算模型,在參數中找到公式模型運算對應的數值,計算出結果。因此計算規則的定義尤爲重要。


系統提供的參數化定義工具完整的定義一個工時模型需要三個方面的功能支持:參數定義、計算規則定義、計算結果調試。


1)参数定义


參數定義是定義影響工時的重要因素,一般是零件或部件的特徵參數,工藝中的工序過程參數,必須首先定義完成。在參數化計算工具中參數和變量是一個意義。系統提供五種參數取值類型:直接輸入型、給定選擇項型、參數計算型、查工程數據表型、查數據庫表型。


不同類型的參數將在不同的階段進行賦值。其中直接輸入型、給定選擇項型、查工程數據表型一般由用戶在計算過程中手工輸入或者直接從外部系統中查詢得到完成自動賦值。自動賦值需在參數化定義工具中的“關聯屬性”中指定上述類型參數的數據來源方式。參數數據來源可以從產品、部、組件、零件屬性、工序、工步屬性中獲得。關聯屬性的值可以取全部也可以取部分。如果是直接取屬性值,則關聯屬性中指定爲“零件屬性.屬性名稱”。如管接頭數量直接取BOM屬性中的當前零件的數量屬性參數值,則在關聯屬性中指定爲“零件屬性.數量”。如果需要屬性中取部分數據,則用“~N”表示;如材料規格爲50*30,管接頭直徑取第1個值50,管接頭壁厚取第2個值30,則在關聯屬性中定義爲“零件屬性. 材料規格~1”\“零件屬性. 材料規格~2”。


參數計算型、查數據庫表型參數則是在運算過程中賦值。它根據已經賦值的參數計算或者經過SQL查詢獲得結果。例如在圖3-2的公式中,管接頭材料系數是影響工時計算的參數之一,材料系數可根據工藝文件中的材料牌號查表自動獲得。查數據型材料系數參數定義的界面如圖3-2:



图3-2


數據庫表是支持SQL查詢語句的二維的表格。在參數定義階段,需定義該變量需要查詢的數據庫表名,查詢的輸入字段、輸出字段的信息和查詢符合的條件。在參數化工藝解釋階段,當解釋到該變量時,系統將根據用戶定義的信息查找滿足條件的記錄,並將輸出字段的值作爲此變量的數值。


其它類型的參數定義界面與此類似,僅取值方法不同,在此不一一介紹。


2)基于框图的计算规则定义


在一個工時計算模型的參數定義完成後,接下來的任務就是定義計算規則。對於一般的工時模型,直接對應一個公式,通過對公式的解析能分解出參數,根據參數能計算出結果。但在實際的定額計算過程中,工時模型往往不是一個簡單的公式,公式的選用有複雜的限制條件,如表1所示。


表1:骑式管接头手工焊工序对应的计算公式


工序

标准工艺描述

备注

对应工时计算公式

骑式管接头手工焊

焊妥手工氩弧焊封底管接头

骑式(E型)管接头手工焊(壁厚<=55)

公式1=(1.467*管接頭直徑^0.9128+0.008859*管接頭壁厚^2.998323+1.107E-5*管接頭直徑^0.9128*管接頭壁厚^2.998323)/60*管接頭材料系數*管接頭數量*0.65

骑式(E型)管接头手工焊(壁厚>55)

公式2= (1.467*管接頭直徑^0.9128+0.008859*(55+(管接頭壁厚-55)/1.6)^2.998323+1.107E-5*管接頭直徑^0.9128*(55+(管接頭壁厚-55)/1.6)^2.998323)/60*管接頭材料系數*管接頭數量*0.65

在表1中,工序騎式管接頭手工焊對應的公式模型,當壁厚<=55时,使用公式1,壁厚>55時,使用公式2。這要求工時模型建庫工具能表達工序模型過程中複雜的分支邏輯和計算方法。


在參數化定義工具中計算規則定義包括兩個部分的工作:流程圖的繪製、流程圖中圖元的屬性確定。流程圖的繪製是確定複雜分支計算邏輯,確定公式的選擇走向問題。流程框圖如圖3-3所示。



图3-3


流程圖元屬性表示流程圖中每個圖元的作用,在該圖元中需要完成的工作,以文字的形式表現出來。常用的圖元有條件單分支(定義界面見圖3-4)、表達式定義(定義界面見圖3-5)、多分支條件等。



图3-4:条件生成器界面



图3-5:表达式定义过程


條件單分支圖元中的邏輯條件用於根據條件判定流程計算方式的走向,支持變量表達式的邏輯與(&)、或組合(|)。表達式定義界面通過給變量賦值、表達式計算,逐步記錄詳細的工時模型中的公式表達式及其描述,從而易於後續的理解和改進。


其它還包括多分支條件判斷等。通過上述定義,即可完成工時計算模型的定義。


3)工时定额计算规则解释


在完成了一個工時定額計算模型的參數化定義之後,系統通過編譯解釋工具,對工時定額計算模型進行推理判斷,生成工時計算結果。


3.3 集成环境下的工时定额自动编制


工時定額計算模型建立之後,如果不能解決與設計、工藝數據集成的問題,則所有的工序需要手工選擇計算模型,每一個參數需要手工輸入,雖然能計算出準確的結果,但是其效率不會得到明顯的改進。因此,在集成環境下實現工序工時計算模型的智能選擇、模型參數自動取值是參數化工時定額計算系統需要重點解決的問題。


1)设计、工艺数据集成


工時定額計算使用設計BOM屬性以及工序屬性作爲參數值的來源。其中設計屬性來自SAP的PLM系統,工序屬性來自CAPP系統的工藝文件。工時定額編制基於CAPP系統產生的工藝文件。


與PLM系統的集成通過XML中間文件的方式交換信息。使用命令行的方式向集成模塊發命令,參數在任務XML文件中發送,同時接收集成模塊發回來的結果XML文件,將結果保存到本地臨時數據庫中。獲取指定零部件信息的接口爲QUICK_GET_PART,返回結果爲爲任務XML的主文件名加“_RESULT”。輸入參數如下表2:


输入:

l  NUMBER:零部件编号

l  VERSION:零部件版本(大版本号)

l VIEW:零部件視圖,可選Design或Manufacturing,默認爲Manufacturing,返回BOM時,選擇Design時返回EBOM(零部件樹),選擇Manufacturing時返回PBOM(結構樹);


返回的结果文件示例如下:



與CAPP系統的集成通過CAPP系統提供的二次開發接口實現。CAPP二次開發接口提供獲取零部件的工藝路線信息的接口。例如獲取零件的工序數目,零件的某一工序的工序名稱、工序內容、設備、加工中心等詳細的信息。在本文不展開說明。


2)工时模型匹配规则


工時計算模型的選擇與設計、工藝數據相關,每個企業,每個車間的匹配規則可能都不一樣。如在上鍋目前的匹配規則爲:根據工藝描述以及車間、加工中心作爲作爲查詢條件到參數化公式庫中查找公式模型。其中工藝描述從工藝內容中取值,截取“;”前面的字符串作爲工藝描述的內容。


在計算時,通過與PLM\CAPP系統的集成,在設計數據與工藝數據的基礎上,根據開放的腳本編輯工具中定義的查詢規則,從集成環境中獲得查詢條件的參數值,運算出結果。根據結果查找公式模型,如果找到公式,則自動顯示在對應的工序上,如果沒有匹配到公式,則顯示計算公式列中顯示“未匹配”。未匹配上的工序,可以手工到工時模型庫中選擇確定一個計算模型。


3)参数赋值


當工序對應的工時定額計算模型確定之後,需要對模型中的參數賦值。參與公式計算的變量值,變量值的設置有兩種方式:手工和自動;手工是必須由用戶手工填寫的。自動取值的參數在計算時,參數數據來源可以根據參數的關聯屬性直接從產品、部、組件、零件屬性、工序、工步屬性中獲得。這些數據必須是在集成環境下獲取,離開集成環境,則無法完成自動計算的功能。


4)工时定额计算


在工時計算模型匹配成功,參數齊全的情況下,只需要執行計算功能即可將工時定額準確的計算出來。可以單個工序進行計算,也可以批量計算。批量計算結果界面如圖3-6所示:



图3-6


計算的結果允許工時定額人員手工進行調整。若參數不足,則會給出相應的提示。不能計算出來的工序用特殊的顏色標示出來。


4.总结


參數化工時定額計算系統已經在上海鍋爐廠有限公司得到了實施和應用,使用參數化定義工具已經定義完成了3個主要車間(集箱、管子、膜式)的工時計算模型共計168個。工時定額計算功能在3個部件的工時定額編制中進行了驗證,達到了工時定額編制的業務要求,計算結果準確有效。目前系統已經在企業工藝部門、人力資源部正式上線應用,運行狀況良好。


系統爲上海鍋爐廠合理制定工時定額提供了依據及方法,提高了工時定額的準確性和效率,爲企業提高科學管理水平和生產管理效率發揮了積極作用。系統統一了各車間的工時定額計算方法,爲企業建立了工時定額知識庫,完成了企業工時定額知識的積累,實現了工時定額信息與企業設計、工藝、管理部門的信息共享,提高了工時定額的編制效率和準確性,爲上海鍋爐廠“十二五”信息化規劃的實現打下了良好的基礎。



參 考 文 獻


[1]謝湖暉. MFTS工時定額系統在BL公司的應用 [碩士學位論文].成都:電子科技大學,2009:1.

[2]姜錫光,於紹思,李鎖良. 計算機制定工時定額系統中數學模型的建立 鍋爐製造 1999,11(4):60~63


[3] 薛建洪, 劉豔斌 基於PDM 的CAPP工時定額系統的研究及開發 組合機牀與自動化加工技術 2008,11(1):106~109