汽车公司冲压线标准工时制定方法的优化研究

王亚双，单麟婷，何权峰，郝鸿恺，吴金颖，佟 年，李治震

（沈阳大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110044）

随着我国汽车工业的飞速发展，汽车制造业在我国国民经济生产总值中所占比重日益增大。但受国际、国内形势及汽车企业内部环境的影响，国内汽车企业整体竞争力较弱。整车厂提高其生产能力是目前经济形势下赢得更多客户、保证企业在市场中地位的必经途径。在国内汽车行业竞争日趋激烈的今天，生产率越来越受到人们的高度重视，因此标准工时的制定，对于汽车企业来说无疑是改革创新中的一个重要方向。本文将针对汽车公司冲压线上标准工时的制定进行研究，建立标准工时辅助算法，并对其准确性进行检验。

1 资料收集

1.1 建立Sop文件

在测量时间之前，必须对调查对象有透彻的了解，否则会导致时间测量内容错误地写入最终标准工时。以冲压线的Tooling change over岗位进行研究，给出该工位Sop文件以进行特定的操作。根据作业现场实地分析，选取该工位上熟练程度较好的工人，且其水平一般人通过努力可以达到，对所选操作员的操作进行详细调查，确保在不影响工人工作的情况下完成现场观察，选择合适的观察角度，完整记录整个工作过程，并通过录像设备进行录像，将所观察操作过程的分解为具有各种动作属性的工作单元，并把每个工作单元作为分析对象进行详细地动作分析。同时，需要记录异常状况，以便后续的工作可以充分考虑意外状况对标准工作时间的影响。通过上述观测过程所得到的动作数据，结合ECRS原则、动作经济原则、5W1H提问技术等工业工程方法，对工人的肢体动作、工具的摆放以及作业配置进行分析和改善，删除多余动作，以保证基于此得到的标准动作最大程度地满足动作经济原则，进而完善该工位Sop文件。

1.2 建立工时数据库

工时数据库就是对生产各工位进行每一步生产工序时所需人员、设备和工时的汇总。由于需要处理所得数据、计算测量次数，还需要对速度和努力程度进行评价，所以对测量人员的要求很高。因此文章改进测量方法，采用秒表法结合MTM方法。将工人的操作步骤设为最小作业单元，然后给予每个作业单元或者基本动作宽放率，计算每个最小作业单元的时间，再将这些与Sop文件中作业单元根据代码得出来的时间相加，即可得出完成一项工作的工时，并以此作为建立标准时间的依据。

基于统计原理确定观测数量和观测次数，并采用误差界限法对所得数据进行处理。对多次观测后得到的观测数据进行分析，使用三倍标准差方法来识别和剔除异常值。根据数学统计中的正态分布原理，其99.7%的数据应在管制上限UCL和管制下限LCL之间：X±3σ之内，不在控制界限内，把该数据忽略。其中σ利用公式（1）进行求解。观测次数n越多，观察到意外事件的可能性就越高，时间测量结果就越科学。以A area installation & uninstallation为例，观测14次，具体过程如表1所示。

对冲压线Tooling Change over作业单元时间分别进行异常值检验，7个作业单元没有异常值，都在管制上限下限以内，见表1。

表1 异常值检验

经过上面的测量及数据处理，得到一系列用于制定标准工时的数据，如表2所示。此时即可进行标准工时的制定。

表2 异常值检验表

2 基于CBR技术计算标准工时

所谓CBR技术（Case-Based Reasoning），是指利用已经解决的相似类型的解决方案来解决新的问题，解决新问题的知识包括在已有问题中。CBR技术作为一种重要的知识手段，是一个可以进行案例表示、案例修改、案例检索、案例存储等关键环节的技术，适用于解决问题需要丰富的历史经验、难以进行定量的数学描述的求解环境中。

基于CBR技术，对制定标准工时的计算机辅助算法进行制定，要确定查找的相似系数。根据事物特性表及特征矩阵列表，新作业对象与案例作业之间既具有特性相似性，又具有距离相似性。因此在设置相似案例检索规则时需要设置特性相似和距离相似两项系数指标。相似性系数采用相关系数法即夹角余弦算法，计算样本特性相关程度作业对象与案例的距离相似性采用绝对值指数法计算。只有与新的作业特性相似系数和距离相近系数达到设置水平的样本案例才能作为参考案例。两种方法的计算工时如下共根据事物特性表及特征矩阵列表，新作业对象与案例作业之间既具有特性相似性，又具有距离相似性。因此在设置相似案例检索规则时需要设置特性相似和距离相似两项系数指标：

反映特性的相关系数算法：

反映距离相似的绝对指数算法：

公式说明：

i—相似样本案例序号，i-l，2，…，n，n-l为作业相似样本案例数量；

m—作业事物特性表中事物特性的数量，即用来进行样本比较的指标数量；

k—两件事物特性序号，k=l，2，…，m；

Wk—第k个特性的权重系数，根据不同的作业特点，由工艺设计专家经验确定；

Xik—样本作业的事物特性数值；

Xnk—定制作业的事物特性数值；

Xi—案例作业的事物特性变量值；

Xn—定制作业特性变量值；

由这两个特性设置出系数指标，通过作业特性变量和已有的案例作业工时，可以拟合新作业对象和案例作业对象符合的曲线关系。将新作业对象的作业特性变量值代入该关系即可获得作业对象工时。

获得符合条件的相似样本作业容量为l，用于估算零件工时的样本零件Pj，j=1，2，……，l。假设拟合直线方程为：

则根据（2）（3）计算出拟合直线参数a、b的值，a、b的计算公式为：

根据定制工序的特性参数数值Xm，由公式（4）计算该作业对象的作业时间。

计算过程中，根据式子（2）、（3）进行相似性计算和选择，确定相似性作业案例。再依据公式（4）进行直线拟合方程的求解，得到估算工时。

以Tooling Change Over岗位为例，确定该作业对象特性参数和权重参数。根据作业过程，对作业单元的工时进行分析，结合工时制定专家的意见，确定显著影响该工位作业的主要工时特性参数为A area installation & uninstallation和C area installation & uninstallation；根据式子（2）、（3）进行相似性计算和选择，确定相似性作业案例；再根据公式（4）~（6）进行直线拟合方程的求解，得到估算工时。将估算工时与通过宽放率为5%的MTM方法计算得到的工时进行对比，获得基于CBR技术工时估算的相对误差，如表3所示。

表3 基于CBR技术工时估算的相对误差 单位：s

由表3可以看出基于CBR技术得到的各工作单元工时与基于MTM法所得标准工时相比，误差基本控制在10%以内，总标准工时误差控制在1.29%。这也证明基于CBR技术制定作业时间是可行的。虽然工时制定是可行的，但是在使用基于CBR技术的作业时间时，还存在一定的局限性：首先，需要工时定额专家根据长期以来的生产实践经验和知识，确定目标作业事物特性的权重；其次，需要具备相当数量的典型案例作业，这需要企业经过长时间的基础数据积累。

3 结论

结合汽车冲压生产线的特点，提出了一种基于CBR技术制定标准工时的方法。该方法可在制定类似工艺的标准工时提供一定参考，为企业节约时间和制定成本。基于CBR技术计算标准工时，能有效减轻企业对于制定标准工时方面的压力，也能减少因行业、地区的不同而不同的制定方法带来的诸多不便，但需要有丰富的生产实践和长期积累的数据。