王杭，李露，張柳，徐鋒，張丹，左敦穩(wěn)

(1. 南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，江蘇 南京 210016； 2. 中國電子科技集團(tuán)第十四研究所， 江蘇 南京 210000)

0 引言

工時定額是企業(yè)成本計算的基本依據(jù)，是企業(yè)制定合理報價、員工的績效考核的數(shù)據(jù)[1]。企業(yè)科學(xué)合理的定制工時，才能更加有效地組織生產(chǎn)、更大化地挖掘企業(yè)的生產(chǎn)潛力、提高生產(chǎn)效率、增加企業(yè)的競爭力。但是，國內(nèi)對于裝配工時的計算和管理相對落后，工時定額測算往往還停留在經(jīng)驗估工法，導(dǎo)致定額測算效率低、速度慢、誤差大、人員不同導(dǎo)致同一產(chǎn)品結(jié)果不一致等現(xiàn)象[2]。因此，快速準(zhǔn)確地計算裝配工時，是電子產(chǎn)品制造企業(yè)著手解決的問題。工時定額的研究主要集中對一般機(jī)械零部件加工的工時研究[3]。為了估算工時，洪湖鵬等[4]提出了根據(jù)CAD設(shè)計信息高效計算加工工時的通用方法。Lee等[5-6]應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算裝配作業(yè)工時。劉濱[7]等提出了產(chǎn)品相似實例檢索規(guī)則和算法來估算船舶裝配作業(yè)工時。瞿世鵬[8]等提出了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及工作研究的方法來估算船舶分段裝配作業(yè)工時。鐘宏才[9]等應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)中間產(chǎn)品加工工時定額的快速計算。

由于目前暫未有對線纜裝配工時的研究[10]，導(dǎo)致線纜裝配工時定額全由有經(jīng)驗師傅完成，工時結(jié)果不準(zhǔn)確，耗時長。且定額人員不同又導(dǎo)致結(jié)果不一致，所以本文對線纜裝配工時定額進(jìn)行研究。線纜裝配工時定額過程中，線纜裝配工藝及其相近，根據(jù)工藝建立計算模型并存入工時計算模型庫，設(shè)計開發(fā)線纜裝配計算機(jī)輔助工時定額系統(tǒng)，使其可以快速準(zhǔn)確地計算裝配工時。

1 機(jī)柜線纜裝配作業(yè)分析及工時定額模型建立

1.1 線纜裝配工藝流程

電子產(chǎn)品機(jī)柜內(nèi)部包含許多設(shè)備，而設(shè)備之間的連接方式通常采用線纜鏈接。線纜雖然種類繁多，但其工藝及其相似，根據(jù)工作研究的方法，將線纜裝配整個過程分成3個工序。如表1所示。

表1 線纜裝配工序

其中工藝2為線纜裝配中的關(guān)鍵工序，也是定額中的一個難點，將在下一節(jié)中進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.2 定額單元時間的制定

在制定線纜裝配各工作單元工時定額時，現(xiàn)在主要的計算方法有以下4種，分別為模型法、線性回歸方法、秒表法以及經(jīng)驗估工法。現(xiàn)將這幾種方法的使用范圍及其優(yōu)先級列出，如表2所示[10]。

表2 幾種常見定額方法選用及其優(yōu)先級

根據(jù)表中所列舉的方法，對線纜裝配工藝認(rèn)真的研究基礎(chǔ)上，對各階段選用不同的測算方法。下料和剝頭操作比較規(guī)范，所以采用模特法。線束捆扎與固定都是常值型，可以采用秒表法實際測得工作單元。

其中接線工序中，根據(jù)接線圖，將接線表中線號與項目代號和元器件目錄表中項目代號將線纜與元器件進(jìn)行鏈接，電連接器與線纜的接連主要由芯數(shù)與連接方式?jīng)Q定。再對線纜的路徑進(jìn)行規(guī)劃，線纜的走線定額方式是根據(jù)有經(jīng)驗的裝配師傅在實際操作中的工時，利用線性回歸的方法得到工時與線纜長度和直徑的函數(shù)關(guān)系，并根據(jù)機(jī)柜的復(fù)雜情況乘以難度系數(shù)。

1.3 工時模型的建立

當(dāng)確定了線纜裝配過程中各個工作單元的時間后，將機(jī)柜設(shè)計中所用的電纜進(jìn)行分類以便工時計算模型的建立，如表3所示(所列只為常見，未全部列出)。

表3 線纜分類及編碼

續(xù)表3

按照工藝操作流程，將各個操作單元的時間或者單位時間計算模型進(jìn)行累加，最后得到線纜裝配的計算模型。以線纜ASTVR的裝配為例，建立起工時定額計算模型：

(1)

其中：

1)Tastvr是剝頭的時間，該時間是由線纜直徑的函數(shù)：

Tastvr=a×2r

(2)

a為系數(shù)，r為線纜半徑。

2)Tfi是下料和走線工時，該時間是關(guān)于線纜長度的函數(shù)，Li是線纜ASTVR第i根的長度：

3)Td是線纜與電連接器鏈接的時間。

Td=b×m

(3)

b為系數(shù)，m為電連接器的芯數(shù)。

4)n為常數(shù)。

以此建立了線纜ASTVR的計算模型，使用此模型可以計算機(jī)柜線纜裝配中所有此電纜的裝配時間。以此類推，對常用線纜進(jìn)行分析，建立工時計算模型，并將此模型存入模型庫。

1.4 線纜裝配工時計算

a) 方案總體設(shè)計

由上文可知，機(jī)柜線纜裝配的各線纜工時定額計算模型，并將計算模型存入到工時計算模型庫，以備在計算工時的時候隨時調(diào)用。在計算機(jī)柜線纜裝配過程中，先從數(shù)據(jù)庫中得到機(jī)柜設(shè)計信息中的接線表，然后根據(jù)相應(yīng)的線纜調(diào)取不同的計算模型。總計算過程如圖1所示。

圖1 線纜裝配工時計算流程

b) 具體實施路線

從上述計算流程可知，為了計算機(jī)柜線纜裝配總工時，首先需要提取線纜設(shè)計信息，然后提取每根線纜的設(shè)計信息，根據(jù)線纜型號調(diào)取相應(yīng)的工時計算模型，計算線纜裝配所消耗的時間，最后將所有線纜裝配時間累加得到機(jī)柜線纜裝配的總工時，如圖2所示。

計算過程如下：

1) 輸入需要線纜裝配定額的機(jī)柜圖號，發(fā)起請求；

2) 機(jī)柜設(shè)計信息庫返回相對應(yīng)機(jī)柜的設(shè)計信息，從而獲得機(jī)柜線纜設(shè)計信息表；

3) 讀取線纜設(shè)計表線纜信息，根據(jù)線型關(guān)聯(lián)的規(guī)則計算線纜的裝配工時；

4) 將所有線纜裝配工時累加，得到線纜裝配總工時。

圖2 具體實施的計算流程

2 線纜裝配工時定額系統(tǒng)開發(fā)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

針對已經(jīng)建立了線纜的工時計算模型，為了實現(xiàn)工時定額的智能化計算并最大可能地減少工時定額人員的工作量，設(shè)計并開發(fā)了機(jī)柜線纜裝配計算機(jī)輔助工時定額系統(tǒng)[11]，總體框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能設(shè)計

文中采用B/S結(jié)構(gòu)(browser游覽器/server服務(wù)器)，B/S結(jié)構(gòu)是隨著信息技術(shù)的發(fā)展對C/S架構(gòu)的一種變化或改進(jìn)，可以大量減少對客戶端的負(fù)載，提高系統(tǒng)維護(hù)和更新的工作量。此架構(gòu)主要由客戶顯示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層組成。

1) 客戶顯示層：系統(tǒng)采用JS和Extjs2.0客戶端腳本語言撰寫。通過Http和服務(wù)器進(jìn)行通信與連接，使用人員只需安裝瀏覽器和Java虛擬機(jī)。

2) 業(yè)務(wù)邏輯層：當(dāng)Web服務(wù)器接受到瀏覽器用戶發(fā)出的請求后，服務(wù)器運行JSP界面后將結(jié)果發(fā)送回瀏覽器。并通過J2EE常用結(jié)構(gòu)JDBC實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸。

3) 數(shù)據(jù)層：采用Oracle10g作為此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，所有的線纜計算模型和單元工作時間，歷史定額信息等相關(guān)信息都存儲在數(shù)據(jù)庫中，并實現(xiàn)對以上信息的快速查詢及存儲。

2.2 功能模塊

此系統(tǒng)實現(xiàn)了對機(jī)柜線纜裝配工時的快速定額，系統(tǒng)主要分為系統(tǒng)管理模塊和線纜定額模塊。

a) 系統(tǒng)管理模塊主要由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)主要為兩部分：

1)權(quán)限管理。由系統(tǒng)管理員分配不同的用戶角色，不同的角色擁有不同的操作權(quán)限，從而保證系統(tǒng)安全。

2)用戶管理。由系統(tǒng)管理員對使用系統(tǒng)的用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理，對用戶進(jìn)行增、刪、改、查。

b) 線纜定額模塊主要分為4部分：

1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。對線纜裝配中單元工作時間的管理包括對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查。2) 計算模型管理。主要對計算模型進(jìn)行增、刪、改、查。3) 線纜裝配定額。實現(xiàn)對線纜裝配的快速定額。4) 定額歷史查詢。查詢歷史定額信息，以便對不符合實際的基礎(chǔ)信息或者計算模型進(jìn)行修改。

3 實例驗證與分析

某企業(yè)產(chǎn)品具有多品種、小批量、研制混線的特點。定額人員多采用經(jīng)驗預(yù)估法與查表法進(jìn)行工時的預(yù)測，采用手工計算方式，管理無序?qū)е鹿S效率低下，人工成本高等情況出現(xiàn)。

為了快速準(zhǔn)確的計算工時，提高生產(chǎn)效率，設(shè)計并開發(fā)了電子產(chǎn)品機(jī)柜計算機(jī)輔助工時定額系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)計算線纜裝配總工時(T2)，并與企業(yè)使用的經(jīng)驗估工法的結(jié)果(T1)、企業(yè)現(xiàn)場實際測算結(jié)果(T)進(jìn)行比較如表4所示。

表4 計算結(jié)果分析

由表4計算結(jié)果對比得出以下結(jié)論，由于定額人員在定額時為了避免工時不夠往往都會給出比實際情況多的工時，而系統(tǒng)計算時并沒有考慮實際加工時候操作人員休息時間，導(dǎo)致計算結(jié)果都偏小。所以在后期改進(jìn)中可以考慮再增加一點寬放系數(shù)來計算工時。

使用系統(tǒng)計算的線纜裝配工時與企業(yè)現(xiàn)場實測的工時結(jié)果非常相近。利用工作研究的方法對線纜裝配工藝進(jìn)行研究，可知線纜裝配工藝極其相似，所以只需對各個線型建立工時計算模型。雖然工時計算模型建立比較繁雜，但是只要工時模型建立后，給編程實現(xiàn)智能化計算帶來一定的便捷。經(jīng)過實例驗證可知，系統(tǒng)計算可以準(zhǔn)確地計算線纜裝配的工時，且耗費的計算時間非常短，只需定額人員做最后的確認(rèn)即可。

4 結(jié)語

針對機(jī)柜線纜裝配作業(yè)工藝的研究分析，提出了利用工作研究的方法對線纜裝配過程進(jìn)行分析，將線纜裝配整個過程進(jìn)行拆分。利用時間研究的方法，建立起各個線型的工時計算模型。設(shè)計與規(guī)劃了工時計算流程及其模型的關(guān)聯(lián)。實現(xiàn)了線纜裝配的智能化計算。經(jīng)過企業(yè)的實測可知，該方法能夠快速準(zhǔn)確地計算線纜裝配的工時，比企業(yè)現(xiàn)行的經(jīng)驗估工法更可靠、準(zhǔn)確、工作量低。

[1] 楊寧,王玉,周雄輝. 基于事例推理的注塑模加工時間定額的確定方法[J]. 計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2005(2):275-279.

[2] 李亞杰,何衛(wèi)平,董蓉. 基于制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的工時預(yù)測與進(jìn)化[J]. 計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2013(11):2810-2818.

[3] 楊青海,祁國寧,黃哲人. 基于案例推理和事物特性表的零件工時估算方法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報,2007,43(5) : 99-105.

[4 ]洪湖鵬,郁鼎文,張玉峰，等. 通用化計算機(jī)輔助工時系統(tǒng)的研究和開發(fā)[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床, 2001(7): 50-53.

[5] LEE J K .Developing scheduling systems for Daewoo ship building: DASproje[J]. European Journal of Operational Research,1994:203-206.

[6] Lee J K, Kim H D. Man-hour requirement estimation for assemblies using neural networks [A].Proceedings of 94 Japan /Korea Joint Conference on Expert Systems [C].Tokyo:JK JCES,1994：203-206.

[7] 劉濱,蔣祖華. 船舶裝配作業(yè)工時智能估算技術(shù)[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報,2005,39(12)：1979-1983.

[8] 瞿世鵬,蔣祖華. 船舶分段裝配工時定額計算方法[J]. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報,2012(5): 550-555.

[9] 鐘宏才,劉建峰. 應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)中間產(chǎn)品加工工時定額的快速計算[J]. 華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2003,17(2):23-28.

[10] 姜曉鵬,王潤孝,高琳. 計算機(jī)輔助工時定額系統(tǒng)中的定額測算模型研究[J]. 計算機(jī)應(yīng)用研究,2006 (3) : 183-185.

[11]呂榮水,徐鋒,張丹,等. 面向制造企業(yè)化學(xué)品全壽命周期管理系統(tǒng)[J]. 機(jī)械設(shè)計與制造工程,2013(10):52-56.