基于數學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等諸多因素，現在工時定額的制定，通常由企業的工時定額員或工藝設計人員來進行計算。其特點是計算人員在具備齊全的定額標準與有關資料的同時，還需要豐富的工藝經驗，人員素質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常變換的產品，最終導致工人相互攀比，產生不滿情緒，影響生產任務的布置及完成。

本文提出了一種基于數學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，能夠實現非專業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、技術要求、零部件數量等約束要素量通過乘以基數值并進行系數修正。其原則是歸納統計分析多項產品原工時平均狀態，在保證基本工時狀態不變的情況下，平衡工時差異，建立基于數學模型的機加工工時定額的估算方法。

1 工時定額構成的要素

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：經驗估計法、統計分析法、類推比較法、技術測定法。企業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驗數據的基礎上，對人員素質要求較高。

1.2 工時構成的要素

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是：

a) 產品圖樣和工藝規程；

b) 生產類型；

c) 企業的生產技術水平。

從零部件實際加工時間的主要依據中我們可以提取以下信息：

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

b）工藝與零部件的加工工時有著重要的關聯，但工藝人員及設備的相對固定其通常的零部件加工工藝狀態也相對固定。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）投放生產的批次數量多與少，其實際加工工時的發生額也會有所不同；

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。在總結多年工時估算經驗的基礎上，綜合考慮工時組成結構，歸納工時構成的要素如下：

a）約束量數；

b）加工數量；

c）零件材質；

d）精度要求；

e）零件形狀。

2 機加工工時估算數學模型

2.1 機加工工時估算數學模型為：

工時數（min）＝基數值×約束量數×數量系數×材質系數×綜合系數＋精度系數其中：a）基數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整，視情況取值，如想提高總的工時水準，可選用高值基數；

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

c）數量系數、材質系數、綜合系數分別根據零部件加工量、零件使用材料的加工難易程度、零部件的結構類型進行選取。各系數取值見表1。

d）精度系數的選擇：精度系數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 數學模型估算分析

任選取一組機加工零件，根據 2.1中的數學估算模型，進行估算分析（見表2），結果如下：

a） 選取基數值4 min，模型計算的工時定額結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品，共計467張圖紙的計算統計分析，選用基數值4 min較為合理。

3 數學模型的計算機輔助計算

選用Visual Basic 6.0編程，實現對機加工工時的數學模型估算和對機加工估算工時數據庫的管理。

3.1 機加工工時估算數據庫

3.1.1 數據庫類型的確定

數據庫（database，簡稱DB）是存儲在計算機內、有組織的、可共享的相關數據的集合。關系型數據庫是發展得較為成熟的一種，關系型數據庫是用二維表數據結構來表示和實現實體間的聯系，關系型數據庫可以存放兩類信息：一是實體本身的信息，一是實體間的聯系。因此機加工工時估算數據庫采用關系型數據庫。

3.1.2 數據庫的建立

建立關系數據庫可采用 Microsoft Access軟件，機加工工時估算數據庫流程如下：

a） 利用Microsoft Access 建立數據庫“工時估算數據庫.mdb”；

b） 在數據庫“工時估算數據庫.mdb”中創建數據表（即數據記錄）“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

3.2.1 程序的功能分析

基于數學模型對機加工工時進行計算機輔助估算，主要是實現兩個方面需求：基于數學模型對機加工工時進行計算和將計算結果儲存到數據庫中。程序按以下幾個功能模塊進行設計：

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

b） 計算模塊。主要實現對四種計算基數的機加工工時估算，并可視化顯示計算結果；

c） 數據的顯示模塊。主要對工時估算數據庫中的數據進行顯示；

d） 信息管理模塊。主要實現對工時數據庫數據的管理：如搜索、添加、修改和刪除等。

e） 參數選擇查詢模塊。實現對參數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

按照需求分析與功能模塊的設計要求，運用Visual Basic 6.0編程，實現了基于數學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）在參數選擇窗中選擇數量系數A、綜合系數 B、材質系數 C、精度處數 n、約束量數 D、和零部件數 N。點擊“確定”按鈕，計算窗口中相關顯示窗將顯示所選擇的參數；

c）點擊計算窗口中的“計算”按鈕，結果顯示窗將顯示計算結果。其計算結果同時在信息輸入窗的相關窗口中顯示，作為信息輸入窗中的參數數據的輸入。

d）點擊信息輸入窗口中的“保存”按鈕，結果將保存到工時估算數據庫中。

e）點擊“報表”按鈕，報表顯示窗中將顯示工時估算數據庫中最新數據信息。

3.3 工時估算數據的輸出

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

4 結束語

基于數學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，實現計算機輔助計算后，更凸現出效率高、無需專業人員參與和計算數據結果自動保存的優點，其推廣應用前景良好。企業在采用本文估算方法時，可根據企業的實際工時水平，選擇基數值。

由于估算數學模型對工時估算的準確與否決定于參數選定的正確與否，因此還需在大量的實踐中摸索，并根據產品結構修改、工藝方法改進、生產條件改變和生產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]國家機械工業局發布.JB/T 9169.6－1998 工藝管理導則 工藝定額編制. 北京: 機械科學研究院出版，1998.

[2]李春葆, 張植民編. Visual Basic 數據庫系統設計與開發. 北京: 清華大學出版社, 2003.