0 引言
工时定额管理是企业的一项重要基础管理工作,是生产进度调控、成本控制的重要依据,也是促进企业劳动生产率提高的重要手段。以设计和工艺为源头,寻求快速地制定工时定额的方法和工具,对产品的成本进行细致的统计和管理,全面支持精细化的成本管理,是上海锅炉厂有限公司“十二五”信息化规划的重要内容之一。
在上海锅炉厂信息化建设过程中,工时定额信息化建设取得了一定的成绩,但是也存在编制效率整体偏低、信息不能及时共享等问题。在定额编制效率方面,部分车间已采用了计算机辅助工具进行工时定额计算,改进了工时定额制定方法,编制了企业工时定额标准,在一定层度上提高了定额管理的水平和工作效率;但还有一部分车间仍然采用人工计算方式计算定额数据,这种方法编制的定额数据是通过经验估计﹑类比等方法并参考有关的技术资料制定出来的,存在着效率低下﹑制定速度慢﹑误差大,多次计算结果不一致,人为因素导致工时差异等诸多弊端,难以满足制定工时定额“快、准、全”的要求。在工时定额信息集成方面,已采用的定额计算辅助工具均为单机程序,并且各车间均不统一,没有考虑与企业其它信息系统(PDM\CAPP\ERP\MES)的集成,信息不能及时共享和更新,定额数据的一致性得不到有效保证,数据使用和重用的效率低,不能适应企业信息化的要求。
总体而言,目前企业工时定额管理信息化工作发展较为缓慢,如何准确、快速的制定工时定额,形成企业工时定额知识库,实现数据共享,为产品成本进行细致的统计和管理提供基础数据,是目前企业信息化建设需要重点解决的问题。
1 企业工时定额计算特点
上海锅炉厂共有7个车间,各车间的生产过程及制造工艺特点各不相同:如管子车间主要通过弯管流水线,进行弯管加工;膜式车间主要进行水冷壁的制造和焊接;集箱车间主要进行集箱的加工,包括钻孔和焊接等。生产过程及制造工艺特点不相同,工时定额的计算方法也不同。集箱、管子车间根据典型工艺批量计算零件的工时,工时分工种计算;机加、空预、重容车间根据工艺规范手工查表计算零件工艺的每一道工序工时,然后汇总出工种工时。
虽然各车间的工时定额计算的方法各不相同,但是工时定额计算的过程是基本一致的:首先,从设计部门提供的零部件清单中的读取影响工时计算结果的数据,这些设计数据作为工时计算的输入数据。然后,根据工艺部门提供的零部件工艺中描述的工艺过程,计算每道工序的工时。
在计算工序工时定额时,需满足以下规律:
(1)能根据规则进行工时模型的查找计算运算。需要计算工时的工序,定额人员根据经验总结出了对应工时计算公式。一旦公式中的各参数确定,工时即可计算得到。计算公式的选择和车间、加工中心、设备、工艺描述有关。计算公式选择的规则和车间的工艺有关。
(2)计算的结果可按要求进行调整。在根据规则计算出工时结果之后,允许调整自动计算得到的工时。可手工调整,也可以按照比例或者系数统一调整。
(3)存在典型工艺的工序工时单独计算。有的工序对应另外一张典型工艺卡,具体的工序在典型工艺卡中描述。典型工序卡中的工序内容固定,但是工时却与引用它的具体零组件的加工参数有关系。
(4)使用企业统一的工时定额标准。在工时计算过程中,应用的工时定额标准是统一的,均使用企业的工时定额标准。
2 工时定额参数化计算方法
常用的工时定额计算方法主要有以下几种:经验估算法、类推比较法、解析计算法,预定时间标准法、MODAPTS法。上锅目前的工时定额制定方法遵从上述计算原理,不同的车间部分使用或者综合使用到了上述工时制定方法。常用的工时定额计算方法各有优缺点,但没有一种方法能完全满足企业所有车间的工时定额计算要求。我们提出参数化计算方法做为工时定额计算系统的计算方法,以达到工时定额计算系统通用化的要求。
参数化计算方法的核心思想为:零部组件的工时定额数据主要由零部组件特征参数、加工过程参数决定,例如外形尺寸、材料牌号、材料系数、加工余量、工序内容中的加工尺寸等。特征参数、加工过程参数取值的不同,将导致工时定额数据跟着有规律的变化。类似于CAD里的参数化设计,改变零件图尺寸后,零件图的形状自动改变。参数化计算方法中,根据参数的变化,系统自动完成计算模型的选择和工时计算。参数(变量)类型有字符型、数值型,参数(变量)的取值方式有计算、查表、选择项、条件法、直接录入等。
采用参数化计算方法,只要建立工时计算模型与影响工时的参数之间的关系就能计算得出准确结果,准确性高,通用性也非常好。
3 参数化工时定额计算系统设计与实现
3.1 系统构架
图3-1 系统构架图
基于各车间统一的工时定额计算过程及工时定额参数化计算方法,可建立企业级的通用的工时定额计算系统。系统在集成环境下,能与上游PLM、CAPP系统集成获得设计参数、工艺过程参数,能产生下游ERP系统及MES系统需要的工序工时信息。
系统模块构架图如图3-1,由工时标准数据管理工具、工时模型参数化定义工具、工时定额编制工具三大部分组成。
(1)工时标准数据管理工具负责管理和维护工时定额计算是需要的查手册的标准数据,如经常使用的毛坯种类、材料牌号、机床设备、工艺装备、切削用量、加工余量、经济加工精度、工种分类、材质、材料系数等工时定额数据资源。
(2)工时模型参数化定义工具是系统提供的专门的工时模型建库工具,通过该工具建立规范的工时模型库等,形成企业工时定额计算知识库。
(3)工时定额编制工具以CAPP系统为数据平台,从CAPP系统中获得典型工艺、工序信息,计算中需要的设计信息通过CAPP系统与PLM系统的集成间接获得。执行计算功能之后,将处理的计算结果保存到工艺文件中。
3.2 基于框图的参数化定义工具
参数化工时定额计算系统的核心是根据规则在工时模型库中找到满足条件的工时计算模型,在参数中找到公式模型运算对应的数值,计算出结果。因此计算规则的定义尤为重要。
系统提供的参数化定义工具完整的定义一个工时模型需要三个方面的功能支持:参数定义、计算规则定义、计算结果调试。
1)参数定义
参数定义是定义影响工时的重要因素,一般是零件或部件的特征参数,工艺中的工序过程参数,必须首先定义完成。在参数化计算工具中参数和变量是一个意义。系统提供五种参数取值类型:直接输入型、给定选择项型、参数计算型、查工程数据表型、查数据库表型。
不同类型的参数将在不同的阶段进行赋值。其中直接输入型、给定选择项型、查工程数据表型一般由用户在计算过程中手工输入或者直接从外部系统中查询得到完成自动赋值。自动赋值需在参数化定义工具中的“关联属性”中指定上述类型参数的数据来源方式。参数数据来源可以从产品、部、组件、零件属性、工序、工步属性中获得。关联属性的值可以取全部也可以取部分。如果是直接取属性值,则关联属性中指定为“零件属性.属性名称”。如管接头数量直接取BOM属性中的当前零件的数量属性参数值,则在关联属性中指定为“零件属性.数量”。如果需要属性中取部分数据,则用“~N”表示;如材料规格为50*30,管接头直径取第1个值50,管接头壁厚取第2个值30,则在关联属性中定义为“零件属性.材料规格~1”\“零件属性.材料规格~2”。
参数计算型、查数据库表型参数则是在运算过程中赋值。它根据已经赋值的参数计算或者经过SQL查询获得结果。例如在图3-2的公式中,管接头材料系数是影响工时计算的参数之一,材料系数可根据工艺文件中的材料牌号查表自动获得。查数据型材料系数参数定义的界面如图3-2:
图3-2 参数定义界面
数据库表是支持SQL查询语句的二维的表格。在参数定义阶段,需定义该变量需要查询的数据库表名,查询的输入字段、输出字段的信息和查询符合的条件。在参数化工艺解释阶段,当解释到该变量时,系统将根据用户定义的信息查找满足条件的记录,并将输出字段的值作为此变量的数值。
其它类型的参数定义界面与此类似,仅取值方法不同,在此不一一介绍。
2)基于框图的计算规则定义
在一个工时计算模型的参数定义完成后,接下来的任务就是定义计算规则。对于一般的工时模型,直接对应一个公式,通过对公式的解析能分解出参数,根据参数能计算出结果。但在实际的定额计算过程中,工时模型往往不是一个简单的公式,公式的选用有复杂的限制条件,如表1所示。
表1 骑式管接头手工焊工序对应的计算公式
在表1中,工序骑式管接头手工焊对应的公式模型,当壁厚<=55时,使用公式1,壁厚>55时,使用公式2。这要求工时模型建库工具能表达工序模型过程中复杂的分支逻辑和计算方法。
在参数化定义工具中计算规则定义包括两个部分的工作:流程图的绘制、流程图中图元的属性确定。流程图的绘制是确定复杂分支计算逻辑,确定公式的选择走向问题。流程框图如图3-3所示。
图3-3 流程框图
流程图元属性表示流程图中每个图元的作用,在该图元中需要完成的工作,以文字的形式表现出来。常用的图元有条件单分支(定义界面见图3-4)、表达式定义(定义界面见图3-5)、多分支条件等。
图3-4 条件生成器界面
图3-5 表达式定义过程
条件单分支图元中的逻辑条件用于根据条件判定流程计算方式的走向,支持变量表达式的逻辑与(&)、或组合(|)。表达式定义界面通过给变量赋值、表达式计算,逐步记录详细的工时模型中的公式表达式及其描述,从而易于后续的理解和改进。
其它还包括多分支条件判断等。通过上述定义,即可完成工时计算模型的定义。
3)工时定额计算规则解释
在完成了一个工时定额计算模型的参数化定义之后,系统通过编译解释工具,对工时定额计算模型进行推理判断,生成工时计算结果。
3.3 集成环境下的工时定额自动编制
工时定额计算模型建立之后,如果不能解决与设计、工艺数据集成的问题,则所有的工序需要手工选择计算模型,每一个参数需要手工输入,虽然能计算出准确的结果,但是其效率不会得到明显的改进。因此,在集成环境下实现工序工时计算模型的智能选择、模型参数自动取值是参数化工时定额计算系统需要重点解决的问题。
1)设计、工艺数据集成
工时定额计算使用设计BOM属性以及工序属性作为参数值的来源。其中设计属性来自SAP的PLM系统,工序属性来自CAPP系统的工艺文件。工时定额编制基于CAPP系统产生的工艺文件。
与PLM系统的集成通过XML中间文件的方式交换信息。使用命令行的方式向集成模块发命令,参数在任务XML文件中发送,同时接收集成模块发回来的结果XML文件,将结果保存到本地临时数据库中。获取指定零部件信息的接口为QUICK_GET_PART,返回结果为为任务XML的主文件名加“_RESULT”。输入参数如下表2:
表2 输入参数
返回的结果文件示例如下:
与CAPP系统的集成通过CAPP系统提供的二次开发接口实现。CAPP二次开发接口提供获取零部件的工艺路线信息的接口。例如获取零件的工序数目,零件的某一工序的工序名称、工序内容、设备、加工中心等详细的信息。在本文不展开说明。
2)工时模型匹配规则
工时计算模型的选择与设计、工艺数据相关,每个企业,每个车间的匹配规则可能都不一样。如在上锅目前的匹配规则为:根据工艺描述以及车间、加工中心作为作为查询条件到参数化公式库中查找公式模型。其中工艺描述从工艺内容中取值,截取“;”前面的字符串作为工艺描述的内容。
在计算时,通过与PLM\CAPP系统的集成,在设计数据与工艺数据的基础上,根据开放的脚本编辑工具中定义的查询规则,从集成环境中获得查询条件的参数值,运算出结果。根据结果查找公式模型,如果找到公式,则自动显示在对应的工序上,如果没有匹配到公式,则显示计算公式列中显示“未匹配”。未匹配上的工序,可以手工到工时模型库中选择确定一个计算模型。
3)参数赋值
当工序对应的工时定额计算模型确定之后,需要对模型中的参数赋值。参与公式计算的变量值,变量值的设置有两种方式:手工和自动;手工是必须由用户手工填写的。自动取值的参数在计算时,参数数据来源可以根据参数的关联属性直接从产品、部、组件、零件属性、工序、工步属性中获得。这些数据必须是在集成环境下获取,离开集成环境,则无法完成自动计算的功能。
4)工时定额计算
在工时计算模型匹配成功,参数齐全的情况下,只需要执行计算功能即可将工时定额准确的计算出来。可以单个工序进行计算,也可以批量计算。批量计算结果界面如图3-6所示:
图3-6 批量计算结果界面
计算的结果允许工时定额人员手工进行调整。若参数不足,则会给出相应的提示。不能计算出来的工序用特殊的颜色标示出来。
4 总结
参数化工时定额计算系统已经在上海锅炉厂有限公司得到了实施和应用,使用参数化定义工具已经定义完成了3个主要车间(集箱、管子、膜式)的工时计算模型共计168个。工时定额计算功能在3个部件的工时定额编制中进行了验证,达到了工时定额编制的业务要求,计算结果准确有效。目前系统已经在企业工艺部门、人力资源部正式上线应用,运行状况良好。
系统为上海锅炉厂合理制定工时定额提供了依据及方法,提高了工时定额的准确性和效率,为企业提高科学管理水平和生产管理效率发挥了积极作用。系统统一了各车间的工时定额计算方法,为企业建立了工时定额知识库,完成了企业工时定额知识的积累,实现了工时定额信息与企业设计、工艺、管理部门的信息共享,提高了工时定额的编制效率和准确性,为上海锅炉厂“十二五”信息化规划的实现打下了良好的基础。
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本文标题:参数化工时定额计算系统的研究与实现