基于TOGAF方法的汽車制造工時管理業(yè)務(wù)架構(gòu)及系統(tǒng)研究

［摘 要］本文以某大型國有汽車制造企業(yè)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(yōu)化、人機工程分析等關(guān)鍵工作內(nèi)容的業(yè)務(wù)架構(gòu)及輔助信息系統(tǒng)進(jìn)行研究。針對性解決現(xiàn)有汽車生產(chǎn)制造過程工時管理相關(guān)業(yè)務(wù)分析及信息系統(tǒng)研究偏宏觀、可操作性不強的問題，運用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龇椒?，?gòu)建一套可落地的汽車制造工時管理業(yè)務(wù)架構(gòu)和輔助信息系統(tǒng)。

［關(guān)鍵詞］汽車制造；工時管理；業(yè)務(wù)架構(gòu)；TOGAF方法

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2025.05.040

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

0" " "引 言

數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化正快速應(yīng)用在汽車制造領(lǐng)域，推動著汽車制造各個過程產(chǎn)生深刻變革。工時管理是汽車制造過程效率高低的關(guān)鍵影響因素之一，工時管理的數(shù)智化變革是各家汽車制造企業(yè)共同的關(guān)注點。某大型國有汽車制造企業(yè)正在圍繞這一問題開展系統(tǒng)的研究和實踐工作，以TOGAF方法作為基礎(chǔ)理論指導(dǎo)，針對工藝排布驗證、工時測量評價與優(yōu)化、人機工程分析等關(guān)鍵工作內(nèi)容開展詳細(xì)分析設(shè)計，以全面提升工時管理績效指標(biāo)水平為目標(biāo)，開展業(yè)務(wù)的優(yōu)化和信息系統(tǒng)的分析設(shè)計，本文具體介紹這一過程中的關(guān)鍵內(nèi)容。

1" " "基礎(chǔ)方法與概念定義

1.1" "TOGAF方法

TOGAF方法是數(shù)字化整體規(guī)劃過程中涉及的一種分析方法，具體工作內(nèi)容涵蓋了業(yè)務(wù)架構(gòu)、信息架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)以及技術(shù)架構(gòu)的分析設(shè)計，上述架構(gòu)總稱為企業(yè)架構(gòu)，又被通俗地稱為4A（Architecture）架構(gòu)。其中，業(yè)務(wù)架構(gòu)描述關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程內(nèi)容及其相互間的關(guān)系；信息架構(gòu)表示業(yè)務(wù)過程中涉及的關(guān)鍵數(shù)據(jù)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系；應(yīng)用架構(gòu)是應(yīng)用程序及其交互關(guān)系；技術(shù)架構(gòu)是實現(xiàn)應(yīng)用程序正常安全運行所需的各類硬件、基礎(chǔ)軟件及中間件和它們之間的集成關(guān)系。企業(yè)架構(gòu)間的邏輯關(guān)系（如圖1所示）以需求管理為核心，提供了多個架構(gòu)開發(fā)階段的定義。

1.2" "工時管理

本文所述的工時管理業(yè)務(wù)包含工藝排布驗證、工時測量評價與優(yōu)化等關(guān)鍵工作內(nèi)容。工時管理業(yè)務(wù)需要對生產(chǎn)線的工藝流程進(jìn)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(zhǔn)確的工時數(shù)據(jù)，進(jìn)而實現(xiàn)工時優(yōu)化；分析產(chǎn)生工時浪費的原因，調(diào)整工藝流程、員工分工和生產(chǎn)節(jié)拍，以實現(xiàn)更高的效率和生產(chǎn)能力；對工時管理業(yè)務(wù)進(jìn)行架構(gòu)分析并開發(fā)輔助信息系統(tǒng)，能夠有效解決工藝驗證、工時數(shù)據(jù)測量等業(yè)務(wù)執(zhí)行不規(guī)范的問題，提升工時管理業(yè)務(wù)的績效評價。

1.3" "人機工程評價

良好的人機工程環(huán)境有利于產(chǎn)線工人降低作業(yè)負(fù)擔(dān)，保持長時間注意力，繼而有效降低安全事故發(fā)生率，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益[1]。因此，許多學(xué)者關(guān)注通過人機工程評價的方法對人體關(guān)鍵骨骼關(guān)節(jié)的負(fù)荷進(jìn)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(tǒng)（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(yīng)用，其中，OWAS和REBA會將全身的關(guān)節(jié)運動分為幾個組來進(jìn)行綜合評價[2]，而RULA技術(shù)則是一種姿勢分析系統(tǒng)，對各種任務(wù)中的肌肉骨骼風(fēng)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(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)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(yè)架構(gòu)分析

2.1" "業(yè)務(wù)架構(gòu)

業(yè)務(wù)架構(gòu)的構(gòu)建首先需要明確業(yè)務(wù)的目標(biāo)客戶以及能為目標(biāo)客戶提供的價值。對于汽車制造過程工時管理系統(tǒng)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(zhǔn)確驗證新車型工藝的可實現(xiàn)性和工藝排布的可行性；工廠的價值主張在于準(zhǔn)確測量新車型的各類工時，為工廠進(jìn)行人員配備和編制標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)提供支撐；工時管理部門的價值主張則在于發(fā)揮工業(yè)工程的專業(yè)能力，縮短新車型的工時定額，提升新車型投產(chǎn)后的整體制造效率，充分驗證并優(yōu)化工藝排布，支撐新車型快速投產(chǎn)。這些客戶與價值主張共同組成了該系統(tǒng)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(biāo)規(guī)劃和工藝驗證與優(yōu)化。工時目標(biāo)規(guī)劃的價值在于確認(rèn)工時及優(yōu)化目標(biāo)，工藝驗證與優(yōu)化的價值則在于提供優(yōu)化后崗位工時、作業(yè)內(nèi)容及人機工程評價結(jié)果（如表1所示）。

業(yè)務(wù)架構(gòu)構(gòu)建的第三步是識別出相應(yīng)的業(yè)務(wù)場景，即該業(yè)務(wù)活動可能面臨的所有情況，對于工時目標(biāo)規(guī)劃來說，主要分為無對標(biāo)車型、有良好對標(biāo)車型、有一般對標(biāo)車型以及有較差對標(biāo)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(yè)務(wù)能力整合成相應(yīng)的價值組件。汽車制造過程工時管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)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(yīng)的業(yè)務(wù)能力。

最后，基于上述的業(yè)務(wù)能力與業(yè)務(wù)場景，能夠總結(jié)梳理出19項業(yè)務(wù)組件，這些業(yè)務(wù)組件共同構(gòu)成了汽車制造過程工時管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)活動現(xiàn)狀流程（如圖2所示）。

通過對汽車制造過程工時管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)的現(xiàn)有業(yè)務(wù)架構(gòu)的分析可以看出如下問題：第一，現(xiàn)有的各項流程均由工業(yè)工程師獨自完成，缺少對信息系統(tǒng)的應(yīng)用，實施效率較低；第二，不同流程之間的流程關(guān)聯(lián)度、規(guī)則關(guān)聯(lián)度都比較低，無法形成綜合應(yīng)用。

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

2.2" "應(yīng)用架構(gòu)

應(yīng)用架構(gòu)是整個平臺功能的外在表現(xiàn)，在4A架構(gòu)中發(fā)揮核心的作用。通過對業(yè)務(wù)架構(gòu)的映射，可以分析總結(jié)出如表4所示汽車制造過程工時管理系統(tǒng)功能模塊，各個管理模塊相互聯(lián)結(jié)協(xié)作，圍繞提升管理水平和業(yè)務(wù)開展效率的戰(zhàn)略目標(biāo)，整合流程管理各環(huán)節(jié)，共同組建成完整的汽車制造過程工時管理系統(tǒng)。

2.3" "數(shù)據(jù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)是信息系統(tǒng)建設(shè)的核心，對于汽車制造過程工時管理系統(tǒng)來說，沒有統(tǒng)一規(guī)劃的數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理體系，汽車制造過程工時管理系統(tǒng)將成為新的信息孤島?；谄囍圃爝^程工時管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)現(xiàn)有的各項數(shù)據(jù)，繪制出實體屬性（如表5所示）。

2.4" "技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)的主要作用，是描述信息化系統(tǒng)建設(shè)的條件和環(huán)境，以及在技術(shù)上實現(xiàn)的路徑。汽車制造過程工時管理系統(tǒng)建設(shè)框架將采用基于云計算、面向服務(wù)的體系架構(gòu)設(shè)計，系統(tǒng)內(nèi)部各功能模塊采用松耦合設(shè)計，總體上橫向可以劃分為六個建設(shè)層面，即用戶層、展示層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)邏輯層、數(shù)據(jù)實體層以及支撐層。用戶層即系統(tǒng)的所有用戶，展示層即展示的系統(tǒng)頁面，其余各層的具體實現(xiàn)內(nèi)容及實現(xiàn)方法如表6所示。

3" " "工時管理信息系統(tǒng)分析設(shè)計

3.1" "總體架構(gòu)

基于前文TOGAF架構(gòu)分析的結(jié)果，總結(jié)梳理汽車制造過程工時管理信息系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖4所示，共包含四個子系統(tǒng)：利用PN3智能穿戴設(shè)備采集動作數(shù)據(jù)，構(gòu)建動作捕捉系統(tǒng)；基于標(biāo)準(zhǔn)化工時優(yōu)化流程，構(gòu)建ECRS工時優(yōu)化系統(tǒng)；通過構(gòu)建人機工程評價分析系統(tǒng)，定制化開發(fā)人機工程評價模型；構(gòu)建生準(zhǔn)車型工時分析與項目管理系統(tǒng)，增強生準(zhǔn)階段工時驗證優(yōu)化計劃性。

3.2" "功能設(shè)計

該系統(tǒng)的功能模塊主要包括生準(zhǔn)車型項目庫、工時模擬優(yōu)化、車型文檔管理、對標(biāo)車型庫以及系統(tǒng)配置。其中，生準(zhǔn)車型項目庫與工時模擬優(yōu)化是最為重要的兩個功能模塊。

在生準(zhǔn)車型項目庫模塊中，當(dāng)其他部門設(shè)計出一款新車型后，工業(yè)工程師可以新建項目，填寫該車型的相關(guān)信息，并進(jìn)入工時目標(biāo)規(guī)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(biāo)、確定車型工時和工時目標(biāo)規(guī)劃。車型項目基本信息中列有該車型的相關(guān)信息，工時前提信息模塊要求用戶判斷車型現(xiàn)有信息對工時的影響，系統(tǒng)將自動生成影響工時和最終工時，用戶根據(jù)此填寫修正工時后，即可得出最終工時。確定工時后系統(tǒng)自動計算該車型與車型項目庫中舊車型相關(guān)數(shù)據(jù)的匹配度，滿足用戶通過與舊車型數(shù)據(jù)進(jìn)行對比來確定最終工時的目標(biāo)規(guī)劃要求。

工時模擬優(yōu)化是該系統(tǒng)的核心，包括車間級、產(chǎn)線級以及工位級三個級別的模擬優(yōu)化（本文研究主要針對工位級）。如果進(jìn)行了多輪次的模擬優(yōu)化，系統(tǒng)則將對各個輪次的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行展示。工位級中存在作業(yè)原單位分析模塊，動作捕捉子系統(tǒng)的功能主要就應(yīng)用在該模塊中。在此模塊中，用戶需要導(dǎo)入在可穿戴的動作捕捉設(shè)備PNS中捕獲到的工人作業(yè)時的動作變化數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法模型，實現(xiàn)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(yè)原單位。用戶將實際操作原單位用時的長短與現(xiàn)有的原單位標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行對比，即可對各個崗位工人的工時進(jìn)行分析優(yōu)化。

工位級的模擬優(yōu)化中包含人機工程評價系統(tǒng)，用戶導(dǎo)入捕獲到的動捕數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)基于REBA方法計算出相應(yīng)的負(fù)荷強度等級，并據(jù)此對動作進(jìn)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(biāo)車型庫以及系統(tǒng)配置是該系統(tǒng)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(dǎo)入的所有文檔；對標(biāo)車型庫供用戶查看哪些車型可以用于與新車型進(jìn)行對比，新車型項目完成后將自動添加到對標(biāo)車型庫當(dāng)中；系統(tǒng)配置供用戶對模擬優(yōu)化的車間級、產(chǎn)線級、工位級各級別進(jìn)行修改、新增與刪除。

汽車制造過程工時管理系統(tǒng)的應(yīng)用為用戶提供了完整準(zhǔn)確的新車型生產(chǎn)工時與人機過程評價結(jié)果，不僅使工時分析活動實現(xiàn)了業(yè)務(wù)線上化與自動化，大大提高了生產(chǎn)效率，還顯著降低了整車制造的生產(chǎn)成本與風(fēng)險，為更好地應(yīng)對時代挑戰(zhàn)提供有力支撐，得到了整個公司的高度認(rèn)可。

4" " "結(jié)論與展望

汽車制造工時管理系統(tǒng)從業(yè)務(wù)架構(gòu)分析出發(fā)，將信息技術(shù)深度融入具體業(yè)務(wù)過程中，幫助企業(yè)提升工時管理工作的整體績效水平。盡管國內(nèi)外在TOGAF實踐方面已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但缺乏在汽車制造工時管理業(yè)務(wù)的應(yīng)用。本文基于TOGAF方法，利用數(shù)智化手段與實際生產(chǎn)過程深度融合，對某大型國有汽車制造企業(yè)工時管理業(yè)務(wù)開展系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)分析、建設(shè)內(nèi)容分析、系統(tǒng)功能設(shè)計，有針對性地解決現(xiàn)有汽車生產(chǎn)制造過程工時管理相關(guān)業(yè)務(wù)分析及信息系統(tǒng)研究偏宏觀、可操作性不強的問題，運用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龇椒ǎ瑯?gòu)建一套可落地的汽車制造工時管理業(yè)務(wù)架構(gòu)和輔助信息系統(tǒng)。下一步，針對關(guān)鍵業(yè)務(wù)節(jié)點的模型可以展開更加深入的研究，例如，以產(chǎn)線崗位作業(yè)平衡率提升為目標(biāo)的崗位作業(yè)內(nèi)容智能化排布等。

主要參考文獻(xiàn)

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