产能工时法在单件小批订货型企业的应用研究 123丁钟霞，陈晓慧，段鹰 重庆大学机械工程学院，重庆 (400030) 摘 要：单件小批订货型生产具有批量小、品种多、订单随机性强的特点，确定其生产能力相对困难，本文通过引入产能工时的概念，提出了单件小批生产型企业划分作业单元的方法以及计算作业单元产能工时的方法，同时提出了运用神经网络算法计算产品标准工时；文章最后还进行了产能工时法运用的实例分析。 关键词：单件小批；生产能力；产能工时 1. 引言 企业的生产能力是指企业的固定资产在一定时期一定的技术组织条件下经过综合平衡后所能生产一定种类产品的最大数量，核定企业生产能力是企业科学编制生产计划和生产作业计划的基础。当今各类书业书籍、高校教材、教学参考书中的论述主要有三种，即:标准[2]产品法、代表产品法和假定产品法。这三种核定方法的原理基本相同，即首先选定一种产品(标准产品、代表产品及假定产品)并以单一品种生产能力的核定方法求出该产品的生产能[1]力，最后再根据各具体产品跟该产品一定的换算关系换算成各具体产品的生产能力。其中，标准产品法适用于大规模生产方式，代表产品法适用于大规模和多品少量的生产方式，假定产品法适用于多品少量生产方式(见图1)。 生产类型 可采用的产能方法 标准产品法 大规模生产 代表产品法 多品少量生产代表产品法 假定产品法 单件小批订货生产 目前无权威性方法 图1 各生产类型产能计算方法 对于单件小批订货型生产企业来说，产品类型多、生产批量小，在生产过程中体现出订[4][5]单的随机性、产品的专用性、生产的一次性的特征。因此在分析和计算单件小批订货型生产企业生产能力时，无法确定出标准产品、代表产品或假定产品，到现在也没有人提出一套完整的适用于单件小批订货生产的产能计算方法。下面我们将提出一种通过标准工时和产能工时来计算单件小批订货型企业生产能力的方法，我们称之为产能工时法，该方法在企业进行过实际运用，收到良好效果。 2. 产能工时法概述 对于单件小批订货企业来说，分析和计算企业现有的生产能力的目的主要有三方面因素： （1） 通过了解企业产能以及生产现状制定出合理订单交货期； （2） 通过了解企业产能制定合理的生产计划； （3） 为企业进行生产过程外包提供基本依据等； -1-
基于以上企业对产能的需求，我们将企业产品的标准工时以及企业各个作业单元的产能工时进行结合，提出一套新的分析和计算企业产能的法，其基本操作步骤见图2： 划分基本的作业单元 计算出每个作业单元的产能工时 计算每批次产品在各个作业单元的标准工时通过各作业单元产能工时以及标准工时的比较制定出生产计划以及生产周期 图2 产能工时法基本计算流程 3. 产能工时法的具体运算过程 作业单元的划分 作业单元的划分是核定产品标准工时以及确定企业产能的基本前提，对于大规模或者多品少量企业，其各个作业单元的加工内容变化较小、人员和设备相对固定，因此划分其作业单元较为简单。而对于单件小批订货型企业，由于各个设备或人员加工内容变化大，工艺流程变化较大，传统的作业单元划分方式不再适合，需要根据其特点提出一套新的划分方法。 根据单件小批订货型企业生产环节较多、作业单元加工内容变化大、作业单元所涉及的设备人员较多等特点，我们在作业单元的划分中因采取粗放原则，将人和某台设备的联合体作为划分作业单元的基本依据，即以生产类型的不同来进行作业单元的划分，同时在划分过程中应对各个作业单元所包含的所有加工类型进行详细描述。在划分过程中应遵循以下原则： （1）作业单元应有明确的起止点； （2）不宜时间太短； （3）区分手工作业与机器作业； （4）区分机器内作业与机器外作业。 以下是某单件小批订货型机修企业金加工工段的作业单元划分以及各个作业单元所能够完成的加工类型： 表1 某机修企业金加工作业单元划分表 作业单元名称 所拥有设备 加工类型 车床组 C66100 6台 车外圆、内孔、端面、螺纹、蜗 CW61100 6台 杆 C534J 2台 铣床组 X2010A 2台 铣平面、六方、齿轮、 槽、花 T6916/L80 2台 键轴 -2-
X2010A 2台 刨床组 X2010A 2台 刨平面、刨槽 T6916/L80 2台 插床组 B50125A 2台 插键槽、方孔 镗床组 T6916/L80 1台 镗孔 T6113A 5台 磨床组 M1380 10台 磨平面、外圆、内孔、加工斜齿圆柱轮齿 钻床组 Z3040 10台 钻孔、扩孔、铰孔 各个作业单元产能工时的计算 在该方法中，我们将产能工时定义为企业各个作业单元综合设备情况和人员情况后所能够提供的每月总工时，即该作业单元所能够提供的最大工时数。下面以某单件小批订货型机械制造企业金加工工段车床为例，计算其产能工时。 该作业单元产能工时计算公式如下： T车产能＝N×L×M×K 单位：小时 其中： T车产能――每月车床作业单元的产能工时 K――车床组作业率 N――车床组每班次有效工作时间 L――车床组每日工作班次 M――车床组每月有效工作日 通过统计车床组作业单元的各项基本数据（见表2），我们可以计算出该作业单元的产能工时： T车产能＝8×2×28×60％＝小时 表2 某机修企业金加工段基本情况表 作业单元名称：车床组 每班次有 每日工 每月有效工作日作业率 效工作时间 作班次 8小时/每班次2班次/每日28日 60％ 单件小批订货生产的产品标准工时计算 目前用计算机制定时间定额的方法一般有两种，即查表法和数学模型法。查表法的特点是这需要存储的数据非常庞大，数据的录入和维护工作量也很大。由于单件小批订货生产具有生产的一次性的特点，工艺和工时的变化也非常大，因此大量相关数据的收集相当困难；而在实际运用中，由于其工艺内容繁多，需要进行查表确定标准工时的工序也较多，因此运用查表法进行工时定额的确定几乎不可能。 （1）运用神经网络算法计算标准工时 对于多品少量的标准工时计算，我们引进神经网络算法。神经网络是由大量高度互联的-3-
神经元所组成的计算系统。它所描述的知识以神经元之间相互联接方式表示，每个输入对神经元的重要性以权值存储，信息处理是通过它的动态变化状态对外部输入作出响应；网络的[3]学习和识别取决于各个神经元联接权系的动态演化过程。 我们针对主要因素建立如下的神经网络模型。目标函数如下式所示： T（T1,T2）=f（M,L1,L2,IT,R,I,S,Q,T,W,N） amm其中：T――网络输出（包括基本时间T1和服务时间T2） M――加工方法 L1/L2――特征尺寸 IT――尺寸公差 R――粗糙度 aI――走刀次数 S――零件最大轮廓尺寸 Q――零件重量 T――刀具材料 mW――工件材料N――批量 m前六项是主要影响因素，而其它是次要影响因素，以此为依据建立三层神经网络。其计算过程主要分为两个步骤： 第一步：训练。收集工厂实际生产中一些有代表性零件特征表面及其典型加工方法。用实测及统计的方法确定其加工时间和单件时间，构成样本集合，对样本进行训练，获得各单元之间的联接权值。为实用方便，样本集并不需要输入所有条件。 第二步：实际应用。根据训练好的网络权值在实际生产过程当中根据被加工件的特征及加工方法，计算特征的时间定额。 （2）神经网络算法的实际验证 对某厂50个轴类零件的单件时间定额值及零件特征的机动时间的实测结果作为网络学习的样本进行训练，为了实用，实验中仅以加工方法、特征表面尺寸、尺寸精度、表面粗糙βα度、走刀次数六个因素为输入，计算加工时间和的单件时间。取学习率＝，惯性因子＝，最大学习误差为，训练结果的网络联结权值WK1、WK2以数据文件的形式存储。表3是训练的部分结果；表4是根据训练结果获得的实际计算结果。 表3 神经网络模型时间定额训练结果（时间单位：min） 表4 时间定额的实际计算结果（时间单位：min） -4-
产能工时法的运用 通过已知的各个作业单元的产能工时T，以及各个产品在各个作业单元的标准工时t，我们可以计算出产品的开工时间和生产周期： 每道作业单元的产能工时剩余： ’T＝T－T 剩余产能∑标该产品的开工时间： ’T＝T 开工∑标该产品的生产周期： T＝T＋（T＋T） 周期空闲∑开工标其中：T――每道作业单元的产能工时 产能' T――优先于该产品的所有产品在本作业单元的标准工时之和 标T――该产品整个生产过程的停滞时间 空闲当某道作业单元的产能工时剩余T小于零时，表示产品在该作业单元在本月内已无剩余空闲时间，当产品生产周期T大于客户需求工期时，表示该产品需要进行工序外协或全周期部外包。 4. 实例运用与分析 将该方法运用于某单件小批订货生产的机修企业金加工段（为方便表述，我们这里仅引用部分数据见表）,其产能工时数据见表5。当企业接收到某项订单时（见表6），其销售人员可运用产能工时法进行计算和判断。 表5 某机修企业一月内部分作业单元产能工时统计表 （单位：小时） 作业单元名称 车床组 铣床组 镗床组 钻床组 磨床组 总产能工时 2688 2688 已用产能工时 2207 1601 1422 1623 2163 剩余产能工时 1065 525 表6 某机修企业某项订单标准工时表 （单位：小时） 作业单元名称 车外圆 铣键槽 镗孔 扩孔 磨外圆 10255×44×420 单位产品工时 10 10 10 10 10 产品件数 100 250 200 160 200 总工时 该产品交货期为订单签订后30天交货，生产过程没有并行工序，产品总的生产周期计算为： 100＋250＋200＋160＋200＝910小时＝57天 -5-
因此该订单的部分批次需要进行外协，实际操作中，营销部销售员将5件该零件进行外协生产，实际工期为455小时，约为28天，符合客户的交货期要求。 5. 结束语 单件小批订货企业生产能力的计算是一大难点，目前还没有人提出过比较系统的解决方法。本文通过提出产能工时法的概念，基本解决了单件小批生产中交货期确定难、企业实际生产能力不清楚、产品开工和完工日期无法确定等问题，是一种较为符合单件小批订货生产的产能计算方法。 参考文献 [1] Kotz S, Johnson N L Process Capability Indices[M]. London Chapman & Hall,1993 [2] 钱祖煜, 李轶敏. 企业多品种生产能力核定的方法探新. 湖南工程学院学报, 2001, (2): 51-53 [3] 李淑娟等. 基于神经网络的加工时间定额确定方法。机械科学与技术，(2):266-268 [4] 宋肇群,王喜刚.浅谈单件小批量产品计划管理.一重技术,2002(1) [5] 王伟玲.单件小批作业系统的优化[J].控制工程,2005,12(5):468-470. The Research of a New Method Which Used to Account The Throughput of Single Small Serial Enterprise Ding Zhongxia ,Chen Xiaohui, Duan Ying School of Mechanical Engineering ,Chongqing University, China (400030 ) Abstract The single small serial enterprise has the characteristic of few batch, variety, uncertainty. It is hard to account the throughput of it. The thesis brings forward the concept of the throughput man-hour. It also brings forward the method of partition the production cell and account the throughput man-hour of production cell. And the thesis brings forward that it should use the artificial neural network to account the man-hour ratio. At last, the thesis put this method into action. Keywords: single small serial, throughput, throughput man-hour -6-
