基于數(shù)學(xué)模型的機加工工時定額估算方法探討

秦自凱，張明武

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

0 引言

由于涉及到工藝技術(shù)等諸多因素，現(xiàn)在工時定額的制定，通常由企業(yè)的工時定額員或工藝設(shè)計人員來進行計算。其特點是計算人員在具備齊全的定額標準與有關(guān)資料的同時，還需要豐富的工藝經(jīng)驗，人員素質(zhì)的不同可能造成工時定額的不準及偏差，特別是小批量不同類別經(jīng)常變換的產(chǎn)品，最終導(dǎo)致工人相互攀比，產(chǎn)生不滿情緒，影響生產(chǎn)任務(wù)的布置及完成。

本文提出了一種基于數(shù)學(xué)模型的機加工工時定額的估算方法，并通過編程完成工時定額計算機輔助計算，能夠?qū)崿F(xiàn)非專業(yè)人員對機加工工時定額快捷的估算。

工時定額估算的基本原理是把圖紙尺寸、精度、技術(shù)要求、零部件數(shù)量等約束要素量通過乘以基數(shù)值并進行系數(shù)修正。其原則是歸納統(tǒng)計分析多項產(chǎn)品原工時平均狀態(tài)，在保證基本工時狀態(tài)不變的情況下，平衡工時差異，建立基于數(shù)學(xué)模型的機加工工時定額的估算方法。

1 工時定額構(gòu)成的要素

1.1 常用工時定額制定方法

目前通常采用的方法主要有四種：經(jīng)驗估計法、統(tǒng)計分析法、類推比較法、技術(shù)測定法。企業(yè)工時定額員在進行工時定額估算時，通常采用一種方法或多種方法相結(jié)合的方式進行工時定額估算。四種常用的工時定額的制定方法，都是建立在類比和經(jīng)驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對人員素質(zhì)要求較高。

1.2 工時構(gòu)成的要素

在制定工時定額時，主要考慮因素是零部件實際加工時間。實際加工時間形成的主要依據(jù)是：

a) 產(chǎn)品圖樣和工藝規(guī)程；

b) 生產(chǎn)類型；

c) 企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平。

從零部件實際加工時間的主要依據(jù)中我們可以提取以下信息：

a）產(chǎn)品圖樣反映了待加工零部件的成型過程的全部信息，如零部件的材質(zhì)類別、加工形狀、尺寸精度、尺寸數(shù)量、形位公差和裝配數(shù)量等；

b）工藝與零部件的加工工時有著重要的關(guān)聯(lián)，但工藝人員及設(shè)備的相對固定其通常的零部件加工工藝狀態(tài)也相對固定。對于一些異形件、薄壁件、細長件或是采用工裝模具的零部件等，工藝對加工工時起著決定性的作用。

c）投放生產(chǎn)的批次數(shù)量多與少，其實際加工工時的發(fā)生額也會有所不同；

由以上分析可見：零部件加工的過程，正如解除零部件要求的各個約束條件過程。在總結(jié)多年工時估算經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，綜合考慮工時組成結(jié)構(gòu)，歸納工時構(gòu)成的要素如下：

a）約束量數(shù)；

b）加工數(shù)量；

c）零件材質(zhì)；

d）精度要求；

e）零件形狀。

2 機加工工時估算數(shù)學(xué)模型

2.1 機加工工時估算數(shù)學(xué)模型為：

工時數(shù)（min）＝基數(shù)值×約束量數(shù)×數(shù)量系數(shù)×材質(zhì)系數(shù)×綜合系數(shù)＋精度系數(shù)其中：a）基數(shù)值的選取要考慮工時總值的平均值，一般為2min~8min。在實際運用中進行調(diào)整，視情況取值，如想提高總的工時水準，可選用高值基數(shù)；

b）約束量是指零部件加工的約束要素，如尺寸、技術(shù)條件、裝配部件的總零件數(shù)等。在計算約束量數(shù)時，應(yīng)將需加工孔（螺孔）的數(shù)量、技術(shù)要求（包括未注公差）等的數(shù)量、粗糙度的處數(shù)記入。

c）數(shù)量系數(shù)、材質(zhì)系數(shù)、綜合系數(shù)分別根據(jù)零部件加工量、零件使用材料的加工難易程度、零部件的結(jié)構(gòu)類型進行選取。各系數(shù)取值見表1。

d）精度系數(shù)的選擇：精度系數(shù)主要包括加工尺寸公差和加工形位公差。對加工尺寸公差和形位公差值小于0.05 mm的，每一處按10 min計算。

2.2 數(shù)學(xué)模型估算分析

任選取一組機加工零件，根據(jù) 2.1中的數(shù)學(xué)估算模型，進行估算分析（見表2），結(jié)果如下：

a） 選取基數(shù)值4 min，模型計算的工時定額結(jié)果與人工估算的定額工時相近：五種零件模型計算工時總和與人工估算工時總和分別為：9887 min和10740 min；兩者相差853 min（14.2 h），與人工估算相比兩者相差7.9%。

b）選取其他基數(shù)值（5min、6min和8min）進行模型計算，相差較大。

c）由前述分析，以及對本單位多項產(chǎn)品，共計467張圖紙的計算統(tǒng)計分析，選用基數(shù)值4 min較為合理。

3 數(shù)學(xué)模型的計算機輔助計算

選用Visual Basic 6.0編程，實現(xiàn)對機加工工時的數(shù)學(xué)模型估算和對機加工估算工時數(shù)據(jù)庫的管理。

3.1 機加工工時估算數(shù)據(jù)庫

3.1.1 數(shù)據(jù)庫類型的確定

數(shù)據(jù)庫（database，簡稱DB）是存儲在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是發(fā)展得較為成熟的一種，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是用二維表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示和實現(xiàn)實體間的聯(lián)系，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫可以存放兩類信息：一是實體本身的信息，一是實體間的聯(lián)系。因此機加工工時估算數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

3.1.2 數(shù)據(jù)庫的建立

建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫可采用 Microsoft Access軟件，機加工工時估算數(shù)據(jù)庫流程如下：

a） 利用Microsoft Access 建立數(shù)據(jù)庫“工時估算數(shù)據(jù)庫.mdb”；

b） 在數(shù)據(jù)庫“工時估算數(shù)據(jù)庫.mdb”中創(chuàng)建數(shù)據(jù)表（即數(shù)據(jù)記錄）“信息表”，其表格生成情況如表2。

表2 信息表

3.2 機加工工時估算程序的實現(xiàn)

3.2.1 程序的功能分析

基于數(shù)學(xué)模型對機加工工時進行計算機輔助估算，主要是實現(xiàn)兩個方面需求：基于數(shù)學(xué)模型對機加工工時進行計算和將計算結(jié)果儲存到數(shù)據(jù)庫中。程序按以下幾個功能模塊進行設(shè)計：

a） 計算參數(shù)選擇模塊。選擇輸入的參數(shù)包括：數(shù)量系數(shù)A、綜合系數(shù)B、材質(zhì)系數(shù)C、精度處數(shù)n、約束量數(shù)D、零部件數(shù)N；

b） 計算模塊。主要實現(xiàn)對四種計算基數(shù)的機加工工時估算，并可視化顯示計算結(jié)果；

c） 數(shù)據(jù)的顯示模塊。主要對工時估算數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行顯示；

d） 信息管理模塊。主要實現(xiàn)對工時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的管理：如搜索、添加、修改和刪除等。

e） 參數(shù)選擇查詢模塊。實現(xiàn)對參數(shù)選擇過程中的理論查詢。

3.2.2 機加工工時估算程序的實現(xiàn)

按照需求分析與功能模塊的設(shè)計要求，運用Visual Basic 6.0編程，實現(xiàn)了基于數(shù)學(xué)模型的機加工工時計算機輔助估算，運行的界面如圖1。

程序操作說明：

a）程序運行后，點擊信息輸入窗口中“添加”按鈕，分別輸入編號、計劃號、圖號、名稱、數(shù)量、計劃工時和備注信息；

圖1 工時估算程序運行界

b）在參數(shù)選擇窗中選擇數(shù)量系數(shù)A、綜合系數(shù) B、材質(zhì)系數(shù) C、精度處數(shù) n、約束量數(shù) D、和零部件數(shù) N。點擊“確定”按鈕，計算窗口中相關(guān)顯示窗將顯示所選擇的參數(shù)；

c）點擊計算窗口中的“計算”按鈕，結(jié)果顯示窗將顯示計算結(jié)果。其計算結(jié)果同時在信息輸入窗的相關(guān)窗口中顯示，作為信息輸入窗中的參數(shù)數(shù)據(jù)的輸入。

d）點擊信息輸入窗口中的“保存”按鈕，結(jié)果將保存到工時估算數(shù)據(jù)庫中。

e）點擊“報表”按鈕，報表顯示窗中將顯示工時估算數(shù)據(jù)庫中最新數(shù)據(jù)信息。

3.3 工時估算數(shù)據(jù)的輸出

通過工時估算程序計算的結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中后，如果需要打印，可將“信息表”（見表 2）打印輸出。

4 結(jié)束語

基于數(shù)學(xué)模型的機加工工時估算方法是一種新穎工時估算方法，當輔以程序軟件，實現(xiàn)計算機輔助計算后，更凸現(xiàn)出效率高、無需專業(yè)人員參與和計算數(shù)據(jù)結(jié)果自動保存的優(yōu)點，其推廣應(yīng)用前景良好。企業(yè)在采用本文估算方法時，可根據(jù)企業(yè)的實際工時水平，選擇基數(shù)值。

由于估算數(shù)學(xué)模型對工時估算的準確與否決定于參數(shù)選定的正確與否，因此還需在大量的實踐中摸索，并根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)修改、工藝方法改進、生產(chǎn)條件改變和生產(chǎn)組織形式等諸多方面因素，不斷進行修正和完善。

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[1]國家機械工業(yè)局發(fā)布.JB/T 9169.6－1998 工藝管理導(dǎo)則 工藝定額編制. 北京: 機械科學(xué)研究院出版，1998.

[2]李春葆, 張植民編. Visual Basic 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā). 北京: 清華大學(xué)出版社, 2003.