基于WBS的船舶建造標(biāo)準(zhǔn)工時數(shù)據(jù)挖掘方法研究

朱小敏，王炬成，周 紅

(1.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

0 引言

工時數(shù)據(jù)是船舶建造過程中計劃編制與負(fù)荷計算的重要依據(jù)，也是船舶建造成本預(yù)算和控制的基礎(chǔ)。然而,目前造船企業(yè)對于船舶建造工時的挖掘往往僅憑借建造重量來進行粗略估算，這種估算方法的誤差大；沒有細(xì)分到船舶建造各個作業(yè)環(huán)節(jié)的作業(yè)工時，這樣的工時估算方法不合理、不具體，導(dǎo)致了工期不定、成本難以控制等問題。

為了解決傳統(tǒng)工時數(shù)據(jù)挖掘方法粗放、人為因素影響大等問題，有效減少工時數(shù)據(jù)挖掘的誤差，本文開展基于工程分解(Work Breakdown Structure，WBS)的船舶建造標(biāo)準(zhǔn)工時的數(shù)據(jù)挖掘方法研究。首先，基于WBS分解原理，對分段建造過程進行任務(wù)分解；其次，利用數(shù)理統(tǒng)計的回歸分析法，以任務(wù)包為單位，回歸出工時與物量的定額曲線，為船舶建造工時匯總提供依據(jù)。

1 WBS原理及其在船舶建造中的應(yīng)用研究

1.1 WBS原理

WBS是一種效率較高的管理方法，通過對大型工程項目的分解細(xì)化，可以將復(fù)雜的問題分解成若干個簡單問題，進而降低項目管理難度，提高項目管理效率。

工程分解是將工程項目分層劃分的過程，即將一個大型工程項目，按照分解依據(jù)，逐層分解為多個子項目、多個基本單元，其原理見圖1。工程分解的依據(jù)需要根據(jù)實際情況具體分析。

圖1 WBS分解原理

1.2 船舶建造工程分解結(jié)構(gòu)研究

基于上述WBS原理，將船舶建造工程項目，按照時間上有序、空間上分道的原則，進行分解。船舶建造工程分解結(jié)構(gòu)見圖2，涵蓋橫向和縱向分解結(jié)構(gòu)。

橫向上，按時間分為先行作業(yè)階段、搭載作業(yè)階段和后行作業(yè)階段。先行作業(yè)階段包括從鋼板切割到總組階段的全部作業(yè)。搭載作業(yè)階段指在船塢(或船臺)上進行分總段合龍的作業(yè)階段，與先行、后行作業(yè)有時間重疊。后行作業(yè)階段則包括以系統(tǒng)和區(qū)域完整性為導(dǎo)向的舾裝、涂裝作業(yè)，設(shè)備安裝、調(diào)試作業(yè)等。

縱向上分解為WBS元素、活動(Activity)、任務(wù)包(Wop)、任務(wù)(Task)。WBS元素來源于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)，不同作業(yè)階段的WBS元素組成方式不同。Activity是生產(chǎn)管理部門對生產(chǎn)部門進行任務(wù)管理的基本單位。Wop是生產(chǎn)部門對施工班組進行任務(wù)管理的基本單位。Task則是施工班組派發(fā)給個人的任務(wù)。

船舶建造過程受影響因素很多，因此，船舶建造過程中的Activity、Wop、Task需要根據(jù)實際建造情況進行調(diào)整，以適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)的要求。

圖2 船舶建造工程分解結(jié)構(gòu)

1.3 船舶分段建造任務(wù)包分解研究

船舶建造工程的WBS元素來源于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)，以先行作業(yè)階段為例，該階段的WBS元素即為各個分段。本文研究的船舶建造標(biāo)準(zhǔn)工時挖掘方法是針對任務(wù)包的，因此，在進行標(biāo)準(zhǔn)工時挖掘前，首先要做的是進行任務(wù)分解。此處，以分段為例進行分段建造的任務(wù)包分解。根據(jù)上述船舶建造工程分解結(jié)構(gòu)可知：分段建造任務(wù)包分解的第一步是進行Activity分解，第二步則是進行Wop分解。下面以A分段為例，進行分段建造任務(wù)包分解示例。

(1)A分段的Activity分解

A分段的Activity分解，可先按專業(yè)分為船體、舾裝、涂裝和支持，然后每個專業(yè)又可根據(jù)作業(yè)內(nèi)容進行細(xì)分。如圖3所示，A分段的Activity分解為：A分段備料、A分段預(yù)處理、A分段切割、A分段零件加工、A分段小組等。

圖3 A分段的Activity分解

(2)A分段的Wop分解

在船舶建造工程分解結(jié)構(gòu)中，Wop是Activity的下一個層級，Wop分解的過程即是將各個Activity進行劃分，獲得各個Activity分別所對應(yīng)的各個Wop。以A分段切割A(yù)ctivity為例，其Wop劃分為A分段鋼板切割和A分段型材切割；再如A分段電裝件托盤制作Activity，其Wop劃分為A分段電裝件托盤備料、A分段電裝件托盤切割、A分段電裝件托盤加工和A分段電裝件托盤表面處理。WOP中需要配置相關(guān)制造資源信息，如人力、場地、設(shè)備、工時物量定額等信息。

2 船舶建造標(biāo)準(zhǔn)工時的數(shù)據(jù)挖掘方法

基于WBS的船舶建造標(biāo)準(zhǔn)工時制定，分別針對各個任務(wù)包，分析獲得任務(wù)包所對應(yīng)的各個物量影響因素，進而獲得各個任務(wù)包所對應(yīng)的各個物量影響因素。根據(jù)歷史船舶建造數(shù)據(jù)，繪制出任務(wù)包-物量關(guān)系圖，建立任務(wù)包工時計算公式，并進行修正。最后根據(jù)修正后的任務(wù)包工時計算公式計算各個任務(wù)包的標(biāo)準(zhǔn)工時，自下向上匯總得到某個分段建造的標(biāo)準(zhǔn)工時。具體步驟如下：

(1)分段建造任務(wù)包分解

針對目標(biāo)分段，進行分段建造任務(wù)包分解。

(2)單個任務(wù)包的物量影響因素分析

任務(wù)包的物量影響因素分析會直接影響任務(wù)包總工時的建立結(jié)果。以A分段鋼板切割任務(wù)包、A分段型材切割任務(wù)包為例，分析單個任務(wù)包的物量影響因素，見表1。

表1 分段鋼材切割任務(wù)包的物量影響因素

(3)建立任務(wù)包工時對應(yīng)物量影響因素的函數(shù)關(guān)系式

根據(jù)歷史船舶建造數(shù)據(jù)，針對各個任務(wù)包，構(gòu)建任務(wù)包工時對應(yīng)其各個物量影響因素的散點圖，進而獲得各個任務(wù)包工時對應(yīng)其各個物量影響因素的函數(shù)關(guān)系示意圖，包括常數(shù)函數(shù)、分段常數(shù)函數(shù)、一次函數(shù)、分段一次函數(shù)等。

一般而言，造船企業(yè)在初期制定工時物量定額時，根據(jù)歷史經(jīng)驗，可以首先采用常數(shù)函數(shù)、一次函數(shù)進行表達(dá)，并且根據(jù)實際生產(chǎn)的需要，可以對函數(shù)分階段進行處理，即使用分段常數(shù)函數(shù)、分段一次函數(shù)進行表達(dá)。下面舉例闡述。

船舶建造過程中，在進行鋼材備料時，假設(shè)不論備料多少鋼材，每噸鋼材需要的工時都為0.5 h，通過散點圖繪制，得出工時物量關(guān)系函數(shù)示意圖，見圖4，用式(1)所示的常數(shù)函數(shù)進行表達(dá)。

圖4 工時物量定額—常數(shù)函數(shù)

()=0.5

(1)

鋼材備料時備料的物量若超過一定范圍，考慮到備料人員備料熟練程度增加，單位物量需要的備料時間會相應(yīng)減少，則可以考慮用式(2)的分段常數(shù)函數(shù)來進行工時與物量的關(guān)系表達(dá)。假設(shè)200 t為分界點，不足200 t和超過200 t的工時定額不同，具體值根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定，此處僅為舉例。

(2)

例如對于鋼板切割工作，隨著鋼板重量的增加，人員熟練程度增加，單位物量所消耗的工時會適當(dāng)減少，結(jié)合現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，通過散點圖繪制，得出工時物量關(guān)系函數(shù)示意圖，見圖5，即可以采用式(3)的一次函數(shù)進行表達(dá)，該式中的一次項系數(shù)和常數(shù)項都是根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)計算取得。另外，對于物量在不同范圍的工時定額有所區(qū)別的情況，可以采用分段一次函數(shù)進行表達(dá)。

圖5 工時物量定額—一次函數(shù)

()=-0005+4

(3)

不論是常數(shù)函數(shù)，還是一次函數(shù)、二次函數(shù)的表達(dá)方式，都是三次樣條函數(shù)的特例。對于常數(shù)函數(shù)而言，三次項、二次項和一次項的系數(shù)為0；對于一次函數(shù)而言，三次項和二次項的系數(shù)為0；對于二次函數(shù)而言，三次項的系數(shù)為0。因此，本文采用三次樣條函數(shù)，可以涵蓋所有函數(shù)類型，能夠較好地對現(xiàn)場反饋數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計回歸分析。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集繪制的函數(shù)示意圖見圖6。

圖6 工時物量定額—三次樣條函數(shù)

針對各個任務(wù)包，建立各個任務(wù)包對應(yīng)物量影響因素的三次樣條函數(shù)關(guān)系式，見式(4)：

(4)

式中：={1、…、}，表示任務(wù)包所對應(yīng)物量影響因素的個數(shù)；()表示任務(wù)包所對應(yīng)第個物量影響因素工時；,0、,1、,2、…分別表示任務(wù)包所對應(yīng)第個物量影響因素的各個范圍值；,1表示任務(wù)包第個物量影響因素對應(yīng),0≤<,1范圍、()的系數(shù)；,1表示任務(wù)包第個物量影響因素對應(yīng),0≤<,1階段、()的系數(shù)；,1表示任務(wù)包第個物量影響因素對應(yīng),0≤<,1階段、的系數(shù)；,1表示任務(wù)包第個物量影響因素對應(yīng),0≤<,1階段的常數(shù)。

(4)任務(wù)包總工時建立

分別針對各個任務(wù)包，計算任務(wù)包總工時，計算方法見式(5)：

=()+…+()+…()+

(5)

式中：為任務(wù)包所對應(yīng)的總工時；為()所對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)；為截距。

根據(jù)歷史船舶建造數(shù)據(jù)，分別針對各個任務(wù)包，確定任務(wù)包所對應(yīng)式(5)中的各個系數(shù)和截距，進而分別確定各個任務(wù)包的總工時計算公式。

(5)分段建造工時匯總

由上述步驟(1)-(4)可知，首先采集目標(biāo)船舶建造過程中各個任務(wù)包分別所對應(yīng)各個物量影響因素的大小，然后針對目標(biāo)船舶建造過程中各個任務(wù)包，采用式(4)獲得任務(wù)包分別對應(yīng)其物量影響因素的工時，并進一步采用式(5)，獲得任務(wù)包所對應(yīng)的工時，進而分別獲得目標(biāo)船舶建造過程中各個任務(wù)包的工時。

最后，根據(jù)船舶建造順序，針對目標(biāo)船舶建造過程中各個任務(wù)包的工時進行匯總，即可獲得目標(biāo)船舶的建造工時。

3 結(jié)論

(1)基于WBS原理，開展了船舶建造工程分解結(jié)構(gòu)研究，并以分段為對象，闡述了分段建造的任務(wù)包分解。

(2)針對單個任務(wù)包，分析其物量影響因素，構(gòu)建了任務(wù)包工時與對應(yīng)物量影響因素的函數(shù)關(guān)系式，建立了任務(wù)包總工時的計算公式。