汽車公司沖壓線標(biāo)準(zhǔn)工時制定方法的優(yōu)化研究

王亞雙，單麟婷，何權(quán)峰，郝鴻愷，吳金穎，佟 年，李治震

（沈陽大學(xué)機械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110044）

隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車制造業(yè)在我國國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值中所占比重日益增大。但受國際、國內(nèi)形勢及汽車企業(yè)內(nèi)部環(huán)境的影響，國內(nèi)汽車企業(yè)整體競爭力較弱。整車廠提高其生產(chǎn)能力是目前經(jīng)濟形勢下贏得更多客戶、保證企業(yè)在市場中地位的必經(jīng)途徑。在國內(nèi)汽車行業(yè)競爭日趨激烈的今天，生產(chǎn)率越來越受到人們的高度重視，因此標(biāo)準(zhǔn)工時的制定，對于汽車企業(yè)來說無疑是改革創(chuàng)新中的一個重要方向。本文將針對汽車公司沖壓線上標(biāo)準(zhǔn)工時的制定進(jìn)行研究，建立標(biāo)準(zhǔn)工時輔助算法，并對其準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗。

1 資料收集

1.1 建立Sop文件

在測量時間之前，必須對調(diào)查對象有透徹的了解，否則會導(dǎo)致時間測量內(nèi)容錯誤地寫入最終標(biāo)準(zhǔn)工時。以沖壓線的Tooling change over崗位進(jìn)行研究，給出該工位Sop文件以進(jìn)行特定的操作。根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場實地分析，選取該工位上熟練程度較好的工人，且其水平一般人通過努力可以達(dá)到，對所選操作員的操作進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，確保在不影響工人工作的情況下完成現(xiàn)場觀察，選擇合適的觀察角度，完整記錄整個工作過程，并通過錄像設(shè)備進(jìn)行錄像，將所觀察操作過程的分解為具有各種動作屬性的工作單元，并把每個工作單元作為分析對象進(jìn)行詳細(xì)地動作分析。同時，需要記錄異常狀況，以便后續(xù)的工作可以充分考慮意外狀況對標(biāo)準(zhǔn)工作時間的影響。通過上述觀測過程所得到的動作數(shù)據(jù)，結(jié)合ECRS原則、動作經(jīng)濟原則、5W1H提問技術(shù)等工業(yè)工程方法，對工人的肢體動作、工具的擺放以及作業(yè)配置進(jìn)行分析和改善，刪除多余動作，以保證基于此得到的標(biāo)準(zhǔn)動作最大程度地滿足動作經(jīng)濟原則，進(jìn)而完善該工位Sop文件。

1.2 建立工時數(shù)據(jù)庫

工時數(shù)據(jù)庫就是對生產(chǎn)各工位進(jìn)行每一步生產(chǎn)工序時所需人員、設(shè)備和工時的匯總。由于需要處理所得數(shù)據(jù)、計算測量次數(shù)，還需要對速度和努力程度進(jìn)行評價，所以對測量人員的要求很高。因此文章改進(jìn)測量方法，采用秒表法結(jié)合MTM方法。將工人的操作步驟設(shè)為最小作業(yè)單元，然后給予每個作業(yè)單元或者基本動作寬放率，計算每個最小作業(yè)單元的時間，再將這些與Sop文件中作業(yè)單元根據(jù)代碼得出來的時間相加，即可得出完成一項工作的工時，并以此作為建立標(biāo)準(zhǔn)時間的依據(jù)。

基于統(tǒng)計原理確定觀測數(shù)量和觀測次數(shù)，并采用誤差界限法對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對多次觀測后得到的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用三倍標(biāo)準(zhǔn)差方法來識別和剔除異常值。根據(jù)數(shù)學(xué)統(tǒng)計中的正態(tài)分布原理，其99.7%的數(shù)據(jù)應(yīng)在管制上限UCL和管制下限LCL之間：X±3σ之內(nèi)，不在控制界限內(nèi)，把該數(shù)據(jù)忽略。其中σ利用公式（1）進(jìn)行求解。觀測次數(shù)n越多，觀察到意外事件的可能性就越高，時間測量結(jié)果就越科學(xué)。以A area installation & uninstallation為例，觀測14次，具體過程如表1所示。

對沖壓線Tooling Change over作業(yè)單元時間分別進(jìn)行異常值檢驗，7個作業(yè)單元沒有異常值，都在管制上限下限以內(nèi)，見表1。

表1 異常值檢驗

經(jīng)過上面的測量及數(shù)據(jù)處理，得到一系列用于制定標(biāo)準(zhǔn)工時的數(shù)據(jù)，如表2所示。此時即可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工時的制定。

表2 異常值檢驗表

2 基于CBR技術(shù)計算標(biāo)準(zhǔn)工時

所謂CBR技術(shù)（Case-Based Reasoning），是指利用已經(jīng)解決的相似類型的解決方案來解決新的問題，解決新問題的知識包括在已有問題中。CBR技術(shù)作為一種重要的知識手段，是一個可以進(jìn)行案例表示、案例修改、案例檢索、案例存儲等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)，適用于解決問題需要豐富的歷史經(jīng)驗、難以進(jìn)行定量的數(shù)學(xué)描述的求解環(huán)境中。

基于CBR技術(shù)，對制定標(biāo)準(zhǔn)工時的計算機輔助算法進(jìn)行制定，要確定查找的相似系數(shù)。根據(jù)事物特性表及特征矩陣列表，新作業(yè)對象與案例作業(yè)之間既具有特性相似性，又具有距離相似性。因此在設(shè)置相似案例檢索規(guī)則時需要設(shè)置特性相似和距離相似兩項系數(shù)指標(biāo)。相似性系數(shù)采用相關(guān)系數(shù)法即夾角余弦算法，計算樣本特性相關(guān)程度作業(yè)對象與案例的距離相似性采用絕對值指數(shù)法計算。只有與新的作業(yè)特性相似系數(shù)和距離相近系數(shù)達(dá)到設(shè)置水平的樣本案例才能作為參考案例。兩種方法的計算工時如下共根據(jù)事物特性表及特征矩陣列表，新作業(yè)對象與案例作業(yè)之間既具有特性相似性，又具有距離相似性。因此在設(shè)置相似案例檢索規(guī)則時需要設(shè)置特性相似和距離相似兩項系數(shù)指標(biāo)：

反映特性的相關(guān)系數(shù)算法：

反映距離相似的絕對指數(shù)算法：

公式說明：

i—相似樣本案例序號，i-l，2，…，n，n-l為作業(yè)相似樣本案例數(shù)量；

m—作業(yè)事物特性表中事物特性的數(shù)量，即用來進(jìn)行樣本比較的指標(biāo)數(shù)量；

k—兩件事物特性序號，k=l，2，…，m；

Wk—第k個特性的權(quán)重系數(shù)，根據(jù)不同的作業(yè)特點，由工藝設(shè)計專家經(jīng)驗確定；

Xik—樣本作業(yè)的事物特性數(shù)值；

Xnk—定制作業(yè)的事物特性數(shù)值；

Xi—案例作業(yè)的事物特性變量值；

Xn—定制作業(yè)特性變量值；

由這兩個特性設(shè)置出系數(shù)指標(biāo)，通過作業(yè)特性變量和已有的案例作業(yè)工時，可以擬合新作業(yè)對象和案例作業(yè)對象符合的曲線關(guān)系。將新作業(yè)對象的作業(yè)特性變量值代入該關(guān)系即可獲得作業(yè)對象工時。

獲得符合條件的相似樣本作業(yè)容量為l，用于估算零件工時的樣本零件Pj，j=1，2，……，l。假設(shè)擬合直線方程為：

則根據(jù)（2）（3）計算出擬合直線參數(shù)a、b的值，a、b的計算公式為：

根據(jù)定制工序的特性參數(shù)數(shù)值Xm，由公式（4）計算該作業(yè)對象的作業(yè)時間。

計算過程中，根據(jù)式子（2）、（3）進(jìn)行相似性計算和選擇，確定相似性作業(yè)案例。再依據(jù)公式（4）進(jìn)行直線擬合方程的求解，得到估算工時。

以Tooling Change Over崗位為例，確定該作業(yè)對象特性參數(shù)和權(quán)重參數(shù)。根據(jù)作業(yè)過程，對作業(yè)單元的工時進(jìn)行分析，結(jié)合工時制定專家的意見，確定顯著影響該工位作業(yè)的主要工時特性參數(shù)為A area installation & uninstallation和C area installation & uninstallation；根據(jù)式子（2）、（3）進(jìn)行相似性計算和選擇，確定相似性作業(yè)案例；再根據(jù)公式（4）~（6）進(jìn)行直線擬合方程的求解，得到估算工時。將估算工時與通過寬放率為5%的MTM方法計算得到的工時進(jìn)行對比，獲得基于CBR技術(shù)工時估算的相對誤差，如表3所示。

表3 基于CBR技術(shù)工時估算的相對誤差 單位：s

由表3可以看出基于CBR技術(shù)得到的各工作單元工時與基于MTM法所得標(biāo)準(zhǔn)工時相比，誤差基本控制在10%以內(nèi)，總標(biāo)準(zhǔn)工時誤差控制在1.29%。這也證明基于CBR技術(shù)制定作業(yè)時間是可行的。雖然工時制定是可行的，但是在使用基于CBR技術(shù)的作業(yè)時間時，還存在一定的局限性：首先，需要工時定額專家根據(jù)長期以來的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和知識，確定目標(biāo)作業(yè)事物特性的權(quán)重；其次，需要具備相當(dāng)數(shù)量的典型案例作業(yè)，這需要企業(yè)經(jīng)過長時間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累。

3 結(jié)論

結(jié)合汽車沖壓生產(chǎn)線的特點，提出了一種基于CBR技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn)工時的方法。該方法可在制定類似工藝的標(biāo)準(zhǔn)工時提供一定參考，為企業(yè)節(jié)約時間和制定成本。基于CBR技術(shù)計算標(biāo)準(zhǔn)工時，能有效減輕企業(yè)對于制定標(biāo)準(zhǔn)工時方面的壓力，也能減少因行業(yè)、地區(qū)的不同而不同的制定方法帶來的諸多不便，但需要有豐富的生產(chǎn)實踐和長期積累的數(shù)據(jù)。