基于TOGAF方法的汽車制造工時管理業務架構及系統研究

［摘 要］本文以某大型國有汽車制造企業的制造工時管理過程為研究對象，基于TOGAF方法對工藝排布驗證、工時測量評價與優化、人機工程分析等關鍵工作內容的業務架構及輔助信息系統進行研究。針對性解決現有汽車生產制造過程工時管理相關業務分析及信息系統研究偏宏觀、可操作性不強的問題，運用科學嚴謹的分析方法，構建一套可落地的汽車制造工時管理業務架構和輔助信息系統。

［關鍵詞］汽車制造；工時管理；業務架構；TOGAF方法

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2025.05.040

［中圖分類號］F273 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673-0194（2025）05-0126-07

0" " "引 言

數字化、信息化、網絡化、智能化正快速應用在汽車制造領域，推動著汽車制造各個過程產生深刻變革。工時管理是汽車制造過程效率高低的關鍵影響因素之一，工時管理的數智化變革是各家汽車制造企業共同的關注點。某大型國有汽車制造企業正在圍繞這一問題開展系統的研究和實踐工作，以TOGAF方法作為基礎理論指導，針對工藝排布驗證、工時測量評價與優化、人機工程分析等關鍵工作內容開展詳細分析設計，以全面提升工時管理績效指標水平為目標，開展業務的優化和信息系統的分析設計，本文具體介紹這一過程中的關鍵內容。

1" " "基礎方法與概念定義

1.1" "TOGAF方法

TOGAF方法是數字化整體規劃過程中涉及的一種分析方法，具體工作內容涵蓋了業務架構、信息架構、應用架構以及技術架構的分析設計，上述架構總稱為企業架構，又被通俗地稱為4A（Architecture）架構。其中，業務架構描述關鍵業務流程內容及其相互間的關系；信息架構表示業務過程中涉及的關鍵數據及其關聯關系；應用架構是應用程序及其交互關系；技術架構是實現應用程序正常安全運行所需的各類硬件、基礎軟件及中間件和它們之間的集成關系。企業架構間的邏輯關系（如圖1所示）以需求管理為核心，提供了多個架構開發階段的定義。

1.2" "工時管理

本文所述的工時管理業務包含工藝排布驗證、工時測量評價與優化等關鍵工作內容。工時管理業務需要對生產線的工藝流程進行分析和驗證，以確保各工序的布局合理、流暢，能夠最大化地利用資源。例如，在驗證過程中獲得準確的工時數據，進而實現工時優化；分析產生工時浪費的原因，調整工藝流程、員工分工和生產節拍，以實現更高的效率和生產能力；對工時管理業務進行架構分析并開發輔助信息系統，能夠有效解決工藝驗證、工時數據測量等業務執行不規范的問題，提升工時管理業務的績效評價。

1.3" "人機工程評價

良好的人機工程環境有利于產線工人降低作業負擔，保持長時間注意力，繼而有效降低安全事故發生率，提高工作效率和經濟效益[1]。因此，許多學者關注通過人機工程評價的方法對人體關鍵骨骼關節的負荷進行識別與評估，在這方面，常見的評估方式有三種：Ovak工作姿勢分析系統（OWAS）、快速上肢評估（RULA）和快速全身評估（REBA）[2]。這三種方法都得到了廣泛的應用，其中，OWAS和REBA會將全身的關節運動分為幾個組來進行綜合評價[2]，而RULA技術則是一種姿勢分析系統，對各種任務中的肌肉骨骼風險較為敏感，更適用于評估人員工作姿勢的變化[3]。某國有大型汽車制造企業現有的生產活動中對人機工程評價主要是針對全身動作，且被試人員的工作姿勢變換較為頻繁，因此本文的人機工程評價方法選用REBA。

2" " "基于TOGAF的企業架構分析

2.1" "業務架構

業務架構的構建首先需要明確業務的目標客戶以及能為目標客戶提供的價值。對于汽車制造過程工時管理系統來說，客戶主要包括三類，即工藝部門、工廠及工時管理部門。工藝部門的價值主張在于快速準確驗證新車型工藝的可實現性和工藝排布的可行性；工廠的價值主張在于準確測量新車型的各類工時，為工廠進行人員配備和編制標準作業提供支撐；工時管理部門的價值主張則在于發揮工業工程的專業能力，縮短新車型的工時定額，提升新車型投產后的整體制造效率，充分驗證并優化工藝排布，支撐新車型快速投產。這些客戶與價值主張共同組成了該系統的主要價值流。

隨后，需要將價值流劃分為價值流階段，即工時目標規劃和工藝驗證與優化。工時目標規劃的價值在于確認工時及優化目標，工藝驗證與優化的價值則在于提供優化后崗位工時、作業內容及人機工程評價結果（如表1所示）。

業務架構構建的第三步是識別出相應的業務場景，即該業務活動可能面臨的所有情況，對于工時目標規劃來說，主要分為無對標車型、有良好對標車型、有一般對標車型以及有較差對標車型四種場景（如表2所示）。

識別出場景之后，就需要將價值流場景與業務能力整合成相應的價值組件。汽車制造過程工時管理系統的業務能力如表3所示，其中的能力組對齊價值流階段，各個組別下還有著相對應的業務能力。

最后，基于上述的業務能力與業務場景，能夠總結梳理出19項業務組件，這些業務組件共同構成了汽車制造過程工時管理系統業務活動現狀流程（如圖2所示）。

通過對汽車制造過程工時管理系統業務的現有業務架構的分析可以看出如下問題：第一，現有的各項流程均由工業工程師獨自完成，缺少對信息系統的應用，實施效率較低；第二，不同流程之間的流程關聯度、規則關聯度都比較低，無法形成綜合應用。

通過進一步梳理汽車制造過程工時管理系統末端流程節點信息，對業務活動進行了改善，形成了藍圖流程（如圖3所示）。藍圖流程通過業務線上化與自動化，為該工時管理部門在處理相關業務活動時提供“外力支撐”，有針對性地解決不同業務之間的協同問題，基本上解決了原有流程中存在的弊端。

2.2" "應用架構

應用架構是整個平臺功能的外在表現，在4A架構中發揮核心的作用。通過對業務架構的映射，可以分析總結出如表4所示汽車制造過程工時管理系統功能模塊，各個管理模塊相互聯結協作，圍繞提升管理水平和業務開展效率的戰略目標，整合流程管理各環節，共同組建成完整的汽車制造過程工時管理系統。

2.3" "數據架構

數據是信息系統建設的核心，對于汽車制造過程工時管理系統來說，沒有統一規劃的數據資產管理體系，汽車制造過程工時管理系統將成為新的信息孤島。基于汽車制造過程工時管理系統業務現有的各項數據，繪制出實體屬性（如表5所示）。

2.4" "技術架構

技術架構的主要作用，是描述信息化系統建設的條件和環境，以及在技術上實現的路徑。汽車制造過程工時管理系統建設框架將采用基于云計算、面向服務的體系架構設計，系統內部各功能模塊采用松耦合設計，總體上橫向可以劃分為六個建設層面，即用戶層、展示層、業務應用層、數據邏輯層、數據實體層以及支撐層。用戶層即系統的所有用戶，展示層即展示的系統頁面，其余各層的具體實現內容及實現方法如表6所示。

3" " "工時管理信息系統分析設計

3.1" "總體架構

基于前文TOGAF架構分析的結果，總結梳理汽車制造過程工時管理信息系統整體架構如圖4所示，共包含四個子系統：利用PN3智能穿戴設備采集動作數據，構建動作捕捉系統；基于標準化工時優化流程，構建ECRS工時優化系統；通過構建人機工程評價分析系統，定制化開發人機工程評價模型；構建生準車型工時分析與項目管理系統，增強生準階段工時驗證優化計劃性。

3.2" "功能設計

該系統的功能模塊主要包括生準車型項目庫、工時模擬優化、車型文檔管理、對標車型庫以及系統配置。其中，生準車型項目庫與工時模擬優化是最為重要的兩個功能模塊。

在生準車型項目庫模塊中，當其他部門設計出一款新車型后，工業工程師可以新建項目，填寫該車型的相關信息，并進入工時目標規劃階段，這一階段包含五個功能模塊，即車型項目基本信息、工時前提信息、車型對標、確定車型工時和工時目標規劃。車型項目基本信息中列有該車型的相關信息，工時前提信息模塊要求用戶判斷車型現有信息對工時的影響，系統將自動生成影響工時和最終工時，用戶根據此填寫修正工時后，即可得出最終工時。確定工時后系統自動計算該車型與車型項目庫中舊車型相關數據的匹配度，滿足用戶通過與舊車型數據進行對比來確定最終工時的目標規劃要求。

工時模擬優化是該系統的核心，包括車間級、產線級以及工位級三個級別的模擬優化（本文研究主要針對工位級）。如果進行了多輪次的模擬優化，系統則將對各個輪次的優化結果進行展示。工位級中存在作業原單位分析模塊，動作捕捉子系統的功能主要就應用在該模塊中。在此模塊中，用戶需要導入在可穿戴的動作捕捉設備PNS中捕獲到的工人作業時的動作變化數據，系統在此基礎上，構建基于神經網絡的算法模型，實現智能化動作分割與識別，將工人的動作拆解為一個個的作業原單位。用戶將實際操作原單位用時的長短與現有的原單位標準時間進行對比，即可對各個崗位工人的工時進行分析優化。

工位級的模擬優化中包含人機工程評價系統，用戶導入捕獲到的動捕數據后，系統基于REBA方法計算出相應的負荷強度等級，并據此對動作進行實時打分，輸出為單一崗位的人機工程評價報告。

車型文檔管理、對標車型庫以及系統配置是該系統的次要功能模塊。其中，車型文檔管理用于存放各個車型項目中用戶導入的所有文檔；對標車型庫供用戶查看哪些車型可以用于與新車型進行對比，新車型項目完成后將自動添加到對標車型庫當中；系統配置供用戶對模擬優化的車間級、產線級、工位級各級別進行修改、新增與刪除。

汽車制造過程工時管理系統的應用為用戶提供了完整準確的新車型生產工時與人機過程評價結果，不僅使工時分析活動實現了業務線上化與自動化，大大提高了生產效率，還顯著降低了整車制造的生產成本與風險，為更好地應對時代挑戰提供有力支撐，得到了整個公司的高度認可。

4" " "結論與展望

汽車制造工時管理系統從業務架構分析出發，將信息技術深度融入具體業務過程中，幫助企業提升工時管理工作的整體績效水平。盡管國內外在TOGAF實踐方面已經取得一定進展，但缺乏在汽車制造工時管理業務的應用。本文基于TOGAF方法，利用數智化手段與實際生產過程深度融合，對某大型國有汽車制造企業工時管理業務開展系統建設架構分析、建設內容分析、系統功能設計，有針對性地解決現有汽車生產制造過程工時管理相關業務分析及信息系統研究偏宏觀、可操作性不強的問題，運用科學嚴謹的分析方法，構建一套可落地的汽車制造工時管理業務架構和輔助信息系統。下一步，針對關鍵業務節點的模型可以展開更加深入的研究，例如，以產線崗位作業平衡率提升為目標的崗位作業內容智能化排布等。

主要參考文獻

［1］丁傳鋒. 基于多屬性群決策駕駛室人機工程評價分析［J］. 機械設計與制造，2020（5）：189-192，197.

［2］KEE D. Systematic comparison of OWAS，RULA，and REBA based on a literature review［J］. International Journal of Environmental Research and Public Health，2022，19（1）.

［3］HIGNETT S，MCATAMNEY L. Rapid entire body assessment （REBA）［J］. Applied Ergonomics，2000，31（2）：201-205.