（机械制造及其自动化专业论文）计算机辅助工作研究系统（caws）分析与设计.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 人类社会已经进入二十一世纪，随着计算机与网络技术的普及和发展， 国内制造业的信息化程度迅速提高，信息化已经成为制造业提高竞争力的 有效手段，计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助工艺设计( c a p p ) 、企业资 源规戈i j ( e r p ) 等企业信息化软件系统近年来在国内得到了很大的发展。但是 与这些信息化软件的快速发展不相适应的是企业基础数据的准确性相对较 差，采集手段落后，严重制约了企业信息化的进一步发展，这也是许多企 业花费了大量人力物力上了e r p 等系统，却没有得到预期效果的重要原因。 基于上述状况，本文提出了计算机辅助：亡作研究系统( c o m p u t e ra i d e d w o r ks t u d ys y s t e m ，简称c a w s ) ，旨在探索一个为企业制定科学的作业方 法和可靠的：i ：时定额提供计算机辅助的技术平台，使企业作业方法的制定 科学化、标准化，工时定额等基础数据的采集自动化，大大提高企业基础 数据的准确性和及时性，特别是本系统与c a d c a m c a p p p d m 等系统的有效 集成，将会有助于促进我国企业信息化进程。 论文共分为五部分： 第一部分提出了课题的研究意义，介绍了： 作研究的主要内容及其在 围内外的应用状况，阐述了与课题相关的某些理论技术，比如计算机辅助 技术、成组技术等。并对国内应用：| 二作研究中存在的问题进行了分析。 第二部分研究分析了国外：亡作研究软件的总体情况及特点，指 b 了存 在的问题，在此基础上进行了本系统的总体设计，描述了系统的总体功能 及子系统功能。探讨了c a w s 系统与其他系统的集成模型。 第三部分首先介绍了面向对象的标准建模语言一一u m l 技术，在对 c a w s 系统总体功能进行深入分析的基础上，选取了c a w s 系统方法研究 中的“人机操作分析”模块作为详细设计的对象。将u m l 技术应用于c a w s 系统的分析与设计中，是本课题的一大创新点。以迭代的、逐步求精的方 式识别和细化模块的参与者、用例和类，建立了模块的用例图、类图、交 互图和状态图等。 山东大学硕士学位论文 第四部分是c a w s 系统数据库的设计，定义了系统和模块的实体及其 关系，并建立e r 图：进一步将e r 模型转化为系统关系数据库表。 第五部分以人机操作分析模块为例介绍了系统运行情况，借此验证了 系统设计的正确性和可行性。 关键词：计算机辅助：i 二作研究( c a w s )方法研究作业测定 人机操作分析 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a st h eh u m a n ss t e pi n t o21 ”c e n t u r y ，a c c o m p a n y i n gw i t ht h ed e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r sa n d i n t e r n e t t e c h n i q u e ，t h e i n f o r m a t i o nl e v e lo fd o m e s t i c m a n u f a c t u r i n gq u i c k l yi n c r e a s e d ，i th a sb e e nt h ee f f e c t i v ew a yt om a k et h e m a n u f a c t u r i n gc o m p e t e d ，t h e r ei sa l s oap r o d i g i o u sd e v e l o p m e n ti ne n t e r p r i s e i n f o r m a t i o ns o f t w a r es y s t e mt h e s e y e a r s ，s u c ha sc a d ，c a p pa n de r p ； h o w e v e r ，t h ew e a ka c c u r a c yo fe n t e r p r i s eb a s i cd a t ai sn o tc o m f o r t a b l ew i t h t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h e s ei n f o r m a t i o ns o f t w a r e ，i th a sg r e a t l yr e s t r i c t e d f u r t h e rd e v e l o p m e n to f e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m t h e r e f o r e ，a l t h o u g h m a n yc o r p o r a t i o n ss p e n dal o to ni n t r o d u c i n gt h ee r p ，i th a sn o tg o tt h e e x p e c t a b l er e s u l t b a s e do nt h es i t u a t i o na b o v e ，t h i sp a s s a g ei n d i c a t e st h ec o m p u t e ra i d e d w o r ks t u d ys y s t e m ( c a w s ) ，i ta i m st oe x p l o r eac o m p u t e r a s s i s t a n tt e c h n i q u e b a s ef o r e n t e r p r i s e i n s e t t i n g d o w nt h es c i e n t i f i c b u s y w o r km e t h o da n d c r e d i b l em a n - h o u rr a t i o n ，w h i c hm a k e st h e e n t e r p r i s eb u s y w o r km e t h o d e s t a b l is h i n gi ns c i e n t i f i c a t i o na n ds t a n d a r d i z a t i o n ，t h eb a s i cd a t al i k em a n h o u r r a t i o ni sg o ti na u t o m a t i z a t i o n i tg r e a t l yi n c r e a s e dt h ea c c u r a c ya n dt i m i n go f e n t e r p r i s e b a s i c d a t a ， e s p e c i a l l y t h ee f f e c t i v e i n t e g r a t i o n w i t h c a d c a m c a p p p d m ，w h i c hw i l lb e n e f i tt oa c c e l e r a t et h ep r o c e s so f e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ni no u rc o u n t r y t h e r ea r ef i v ep a r t so ft h ep a p e r ： t h ef i r s tp a r ts t a t e st h ei n v e s t i g a t i o nm e a n i n go ft h et o p i c ，i n t r o d u c e st h e m a i nc o n t e n to ft a s ka n di t sa p p l i c a t i o ns t a t u sh o m ea n da b r o a d ，i n d i c a t e s s o m et h e o r yt e c h n i q u ec o r r e l a t i v ew i t ht h et o p i c ，s u c ha sc o m p u t e r a s s i s t a n t t e c h n i q u ea n dg r o u pt e c h n i q u e i ta l s oe x p l a i n st h ep r o b l e me x i s t e di nt a s k t h es e c o n d p a r ti n v e s t i g a t e s t h e g e n e r a l s i t u a t i o na n dc h a r a c t e ro f s o f t w a r et a s ka b r o a da n di n d i c a t e sp r o b l e ma c c r u e d ，t h ed e s i g no ft h i ss y s t e m i sb a s e do nt h a ta n dt h ec o l l e c t i v i t yf u n c t i o no fs y s t e ma n ds u b s y s t e mf u n c t i o n a r ed e s c r i b e d t h ei n t e g r a t i o nm o d e lo fc a w ss y s t e ma n do t h e rs y s t e ma r e d i s c u s s e dh e r e t h et h i r dp a r ti n t r o d u c e so b j e c to r i e n t e db a s i cm o d e l i n gl a n g u a g e 。_ _ 山东大学硕士学位论文 u m lt e c h n i q u ef i r s t l y ，b a s e do nt h ed e e p a n a l y s i s i o no f t h ec o l l e c t i v i t y f u n c t i o no fc a w ss y s t e m ，t h e “h u m a nm a c h i n eo p e r a t i o na n a l y s i s i o n ”p a r to f c a w ss y s t e mi sc h o s e na sd e t a i l e dd e s i g no b j e c t u s i n gt h eu m lt e c h n i q u ei n t h ea n a l y s i s i o na n dd e s i g no fc a w ss y s t e m ，w h i c hi so n eo fi n n o v a t i o np o i n t o ft h i st o p i c t h ef o u r t hp a r ti st h ed e s i g no fs y s t e md a t ab a s e ，i td e f i n e st h ee n t i t ya n d r e l a t i o n s h i po fs y s t e ma n dm o d u l e ，b u i l d s t h ee rd i a g r a m ；f u r t h e r m o r e ，t h e e rm o d u l ei se x c h a n g e dt os y s t e mr e l a t i o n s h i pd a t ab a s et a b l e t h ef i f t hp a r ti n t r o d u c e ss y s t e mo p e r a t i o ns t a t u su s i n gh u m a nm a c h i n e o p e r a t i o na n a l y s i s i o nm o d u l e ，t h ev a l i d i t ya n df e a s i b i l i t yo ft h es y s t e md e s i g n i sa 】s ov a l i d a t e dh e r e k e yw o r d s ： c o m p u t e ra i d e dw o r ks t u d y ( c a w s ) ； m e t h o ds t u d y ；t i m e s t u d y ； m a n m a c h i n ep r o c e s sa n a l y s i s 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：型垄日期：妒g ，s f 占 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 i ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：型垄导师签名： 牲日期：么必 山东大学硕：l 学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的研究意义 随着信息技术与网络技术的高速发展，信息化已经成为现代社会发展的强大 动力，信息化及信息技术的应用成为推动制造业发展的重要手段。在”以信息化带 动工业化，以：i ：业化促进信息化”的宏观战略指导下，制造业信息化建没正在如火 如荼地进行。 近年来我国制造业的信息化程度逐渐提高，信息化已经成为制造业提高竞争 力的最有效的手段。在我国制造业信息化过程一：p ，c a d 和财务软件最先得到广泛 应用，一方面是因为这两个单元软件标准化程度高，另一方面，也是由于国家大 力开展了“甩图板”和财务电算化的推广工作。通过应用c a d 和财务软件，不仅帮 助企业提高了设计： 作效率，强化了财务核算，也使许多企业增强了对信息化的 认识，同时也为其他信息化软件在制造业的应用奠定了基础。2 0 世纪8 0 年代中后 期，随着c a d 、c a m 的日趋成熟，c a d c a m 的集成化成为亟待解决的问题， c a p p 作为衔接两者的桥梁，成为制造业錾础信息化建设的重要组成部分，c a p p 的应用也急剧增加。 自从1 9 8 1 年沈阳第一机床厂从德国工程师协会引进了第一套m r pi i 以来， 经过启蒙期和导入期，国内e r p 系统在9 0 年代中后期有了快速的发展，国内市场 上逐渐出现了：i ：，国自己的e r p 品牌，随着e r p 系统在国内的不但发展，其影响范 围也不断扩大，不仅服务于制造业，而且延伸至金融、邮电与通信、能源等行业。 e r p 系统作为一个： 具，帮助企业有效的整合与管理企业的人、财、物和信息资 源，通过数据反映企业各种资源的现状，为企业的采购、生产、销售等决策提供 依据。因此企业必须要保证各种数据能够准确地输入到e r p 系统中，否则e r p 软 件就失去了意义。 目前就国内使用的e r p 系统而言，大量的基础数据由人： 凭经验输入，因此 这些数据构成的企业信息化数据库，在缺乏数据准确性的同时也缺乏数据优化的 手段。p d m 虽然可以有效的组织和管理企业的数据，但是仍然不能解决数据的准 确性、及时性和数据优化问题。如果这些不准确或者缺乏优化的数据被企业其他 山东大学顾士学位论文 信息系统所使用，会造成更大面积的数据污染，不但降低了正在运行的系统的准 确性，同时也使企业的数据积累和分析成为徒劳。 因此如何利用计算机技术、信息技术及现代管理技术，实现方法研究和作业 测定的计算机化，为企业采用科学的作业方法和制定可靠的时间标准提供辅助决 策的技术平台，已经成为一个迫在眉睫的课题，对于提高我国企业的管理基础工 作水平具有重要的意义。 制造业信息化对基础数据的准确度要求很高。像工时定额，如果没有经过动 作分析和作业测定很难保证其准确性，许多实施e r p 的企业都是采用经验估工法， 进而影响到生产周期、产品成本、生产计划的准确性。所以，业内人：i 二普遍认为， 搞企业信息化建设是“三分技术，七分管理，十二分数据”。 ： 作研究作为：i ：业： 程的经典内容，十九世纪末起源于美国，并在欧洲、日 本等西方国家迅速应用乖1 发展。它对各： 业化国家的高速发展做出了重大贡献， 公认它是建立企业基础标准、提高生产力的重要手段，在：c 业发展中起着举足轻 重的作用。 目前我国大部分企业基础数据的制定，基本上还处于手：i 二的和凭经验估计的 状态，由人工进行测绘、记录、分析、评价和改进。这样形成的基础数据，其准 确性、及时性、规范性和可靠性一般都比较差，起不到为各种管理决策提供可靠 支持的作用。随着现代企业的发展壮大，企业的规模口益扩大，其基础数据也越 来越庞大，而且基础数据更新速度明显加快，传统手：i 二的工作研究已经不能满足 现代企业的需要。企业对基础数据准确性、及时性和标准化的要求与基础数据传 统经验获取手段之间的矛盾已经日益突出。 随着现代信息技术的高速发展与广泛应用，：【业工程研究对象和应用范围也 逐步扩大，信息技术的介入使得企业的管理发展到以计算机技术和管理信息系统 为支撑条件。于是，传统的工作研究方法与现代计算机技术相结合，为解决以上 矛盾以及提高企业基础管理水5 1 z 开辟了新的途径。 本课题研究的计算机辅助：l ：作研究系统( c o m p u t e ra i d e dw o r ks t u d ys y s t e m ， 简称c a w s 系统) 正是这样一个为企业采取科学的作业方法和制定可靠的工时定 额提供计算机辅助的技术平台。它致力于实现计算机辅助方法与时问研究，以及 与其他各类系统如c a p p 、p d m 、e r p 等的高度集成与数据共享，从而为企业进 d i 东大学硕士学位论文 行方法研究3 1 1 _ - e 时制定提供可靠的技术支持，提高企业基础数据的准确性及其采 集和管理的标准化、规范化，并将工作研究人员从繁琐的重复劳动中解放出来， 提高：l ：作研究的效率和质量。 1 2 工作研究的起源及其主要内容 工作研究于十九世纪末起源于美国。当时制造业生产方式和今天大不相同， 很少有生产计划和组织，生产一线的管理人员对工人作业只是口头上的指导，： 人主要凭个人经验进行作业，工作方法缺乏科学性平| ；】系统性。作业方法的改进一 般都来源于工人自己为找到更容易和更简便的方法完成所承担的任务而自发的努 力，完全是一种分散的个人行为，很少有人注意： 厂： 艺过程的改进和总体上的 协调。以泰勒( f w t a y l o r ) 为代表的一批科学管理先驱者为了改变这种状况，提高 ：i ：作效率、降低生产成本进行了卓有成效的工作，创立了方法研究、时间研究、 工作标准化、计件工资制等科学管理理论，开创了科学管理新纪元，为工业工程 的产生奠定了基础。同时代的吉尔布雷斯( f r a n k b g m b r e t h ) 又发展了动作研究 ( m o t i o ns t u d y ) ，在此基础上进一步发展成为工业工程中的一个重要分支工作 研究( w o r ks t u d y ) 。 ：【作研究是以工作系统为研究对象的：l = 程活动，在活动实施中，运用方法研 究和时间研究( 作业测定) 两利，技术。通过方法研究，分析现行工作流程、操作方 法中存在的问题和不足，进而提出改进方案，消除流程中多余的环节和操作中多 余的动作( 如i 寻找、选择及逗留) ，制定科学、合理的标准工作法：进而运用作业 测定技术来确定标准工作方法的标准时问。工作研究的范畴如图1 1 所示。 图1 1 所表示的t _ f i - 研究的范畴可概括为以下几点： 1 ) 寻求最有效和最经济的： 作方法。从影响工作的方法、材料、：i ：具和设备 等客观因素入手，寻求最佳工作方法。 2 ) 工作标准化。对材料、： 具、歧备及作业方法加以标准化，使生产系统有 章可循。此外，各项行政管理、辅助性及服务性：1 二作也应该实施标准化。 3 ) 作业时间标准化。即根据标准：i ：作方法制定作业标准时间。 4 ) 进行培训工作。培训工人或工作人员掌握新的或改进的工作方法。 目前，工作研究涉及的工作范围正在扩大，随着工作研究的思想方法被普遍 东大学硕士学位论文 认识，：亡作研究的技术也取得了进展，其应用领域扩大到制造业以外的其它领域， 如建筑业、农场管理、交通运输、仓库、商店、超市、银行、医院、学校、公共 服务机构等。应用对象远比过去复杂和庞大，： 作研究不仅局限于某项作业方法 或生产线的改进，而且更适用于整个系统的优化。工作研究具体包括方法研究和 作业测定两部分内容。 图l l 工作研究的范畴 1 2 1 方法研究 方法研究是对现有的或拟议的工作( 加：i ：、制造、装配、操作) 方法进 山东大学硕士学位论文 行系统的记录和严格的考查，作为开发和应用更容易、更有效的工作方法， 以及降低成本的一种手段。其主要目的是： 1 ) 改进工艺和程序； 2 ) 改进： 厂、车间和工作场所的平面布置； 3 ) 经济地使用人力，减少不必要的疲劳； 4 ) 改进物料、机器和人力的利用，提高生产率： 5 ) 改善实际工作环境，实现文明生产： 6 ) 降低劳动强度。 在近百年的时间内，从最初的现场记录发展到现在的可以借助摄影和电 子数据记录辅助设备，方法研究技术已有几十项之多，大体上可分为三大类： 1 程序分析技术 程序分析主要以整个生产过程为对象，研究分析一个完整的： 艺程序， 它以整个生产流程为对象，从第一个工作地到最后一个： 作地全面研究、分 析有无多余或重复的作业，程序是否合理，等待是否太长等。从宏观上优化 系统的结构，歧计科学合理的工作程序或生产流程。程序分析主要的技术有 ：i ：艺程序分析、流程程序分析、线路图分析、线图分析等。 工艺程序分析含有工艺程序的全面概况及各：i ：序之间的相互关系，并根 据工艺顺序编制，表明所需要时间：工艺程序图清晰地表叫各种材料及零件 的投入，还包含各生产过程的机器设备、工作范刚、所需时间及顺序；在绘 制工艺程序图之前，必须先掌握充分的资料，如产品的工艺过程( 加工工艺、 装配工艺) 、原材料( 或零件) 的锗种、规格、型号及每一： 序的时间等。 流程程序分析是对生产现场的整个制造程序详细的记录，以便于对整个 制造程序中“操作”、“检验”、“搬运”、“贮存”、“暂存”作详细的研究与分 析，特别是用于分析其搬运距离，暂存、贮存等“隐藏成本”的浪费。流程 程序图常用于对每一个主要零件( 产品) 单独作图，均可对其搬运、贮存、 检验、暂存、操作进行独立研究。按研究的对象，流程程序图分为两种： 1 ) 物料型流程程序图：说明生产或搬运中材料或零件被处理的步骤。 2 ) 人型流程程序图：记载操作人员在生产过程中一连串的活动。 线路图分析是以作业现场为对象，对现场布置、物料和作业实际流通路 山东大学硕士学位论文 线进行分析，常与流程程序图配合使用，以达到改进现场布置和移动路线， 缩短搬运距离的目的。主要用于“搬运”或“移动”路线的分析。 2 操作分析技术 操作分析是指研究分析以人为主体的工序，使操作者( 人) 、操作对象 ( 物) ，操作工具( 机) 三者科学地组织、合理的布局与安排，以减轻： 人 的劳动强度，减少作业时问的消耗，保证：亡作质量。它以作业者所承担的作 业为分析对象，研究、改进影响该作业效率和质量的各种因素，设计一个标 准的作业条件和作业环境。操作分析的主要分析技术包括人机操作分析、联 合操作分析、双手操作分析等。 1 ) 人机操作分析：在机器的工作过程中，调查、了解在操作周期( 加 ：i ：完一个零件的烂个过程称为一个操作周期) 内机器操作与工人操作的相互 关系，以充分利用机器与：i 二人的能量及平衡操作时间，则要利用人机操作分 析。人机操作分析可利用人机操作图将生产过程中工人操作的手动时间和机 器的机动时间清楚的表现“j 来，从而为分析人员进行闲余能量分析提供便 利。 2 ) 联合操作分析：在生产过程i = | _ i ，有两个或两个以上操作人员同时对 一台机器( 一项工作) 进行操作，这种联合操作作业的分析称为联合操作分 析。联合操作分析的目的是发掘空闲和等待时问，合理指派人员与机器，以 获得最大的机器利用率。 3 ) 双手操作分析：适用于生产现场的： 作主要靠工人双手来完成的情 况。双手操作分析主要是研究操作着双手的动作及平衡，发掘“独臂”式的 操作和： 具、物料、设备等不合适的放置位置，使动作规范化。 3 动作分析技术 动作分析是在作业程序决定后，研究人体各种动作的浪费，以寻求省力、 省时、安全雨i 最经济的动作。动作分析的实质是研究分析人在进行各种操作 的细微动作，删除无效动作，使操作简便有效，以提高工作效率。通过动作 分析，发现操作人员的无效动作或浪费现象，简化操作方法，减轻工作疲劳， 降低劳动强度，在此基础上制定出标准的操作方法，为制定动作时间标准做 技术准备。按精确程度不同，动作分析有目视动作分析、动素分析和影片分 山东大学硕士学位论文 析三种。 1 ) 目视动作分析：即以目视观测的方法寻求改进作业者的动作。例如 详细观测各个操作单元，以双手程序分析的方法及动作经济原则为分析工 具。 2 ) 动素分析：是将操作者的动作细分为“动作要素”( 简称“动素”) ， 细致的观察作业的构成，分析每一个动素的有用度，对作业者的动作系列进 行评价- j t ：获得嫂计最佳动作系列的资料的一种分析技术。通常以目视观测记 录的方式，以动素为单位，将连续的动作详细划分成各个动素，记录为动素 图，然后运用“5 w i h ”及“动作经济原则”进行分析和改进。 3 ) 影片分析：即用摄影、摄像技术将工人的各个操作动作拍摄成影片 或录像而加以分析。目前国内多采用摄像机，将生产线上各个动作拍摄下来 弭进行分析。一般精确度较高，但成本也相对较高。 运用这三个层次的分析技术，既可以对：l ：作现场进行记录分析和改进， 又可用于研究和确定：l ：作标准中的作业程序、作业内容、作业方法、作业的 环境条件以及关键性作业的动作序列，从而实现作业方法的标准化。 1 2 2 作业测定 作业测定是在方法研究的基础上，对生产时间、辅助时间等加以分析研 究，以求减少或避免制造中的无效时间并制定标准时间而进行的时间测定工 作。作业测定通过直接或间接观测工作者的操作，记录工时，并加上评比和 宽放，或利用事先分析好的时间标准力以合成，而得到标准时间。 作业测定的目的主要包括以下j l 点： 第一，制定作业系统的标准时间。制定实施某项作业所需的标准时间， 作为工作的计划、指导、管理及评价的标准。 第二，改善作业系统。观察某项作业的全过程，以及测定各单元的所需 时间，其数据作为改进工作的依据。 第三，制定最佳的作业系统。实施某项作业有两种以上的方法时，以每 种作业方法所测定的时间作为比较依据，好中选优，以制定最佳方案。 作业测定的主要方法有直接时间研究法、： 作抽样法、预定时问标准法 山东大学硕士学位论文 和标准资料法。 1 ) 直接时间研究：又叫秒表时间研究，利用秒表或电子计时器，在一 段时间内对作业的执行情况作直接连续观测，把工作时间及对执行情况的估 计等数据一起记录下来与标准概念( 正常速度) 相比较，给予评比值，- _ = i l ：j j l l 上企业制定的政策允许的非工作时间作为宽放值，确定出该项作业的时间标 准。 2 ) ： 作抽样：又叫粗放抽样，是在一个很长时间内，以随机的方式、 分散的观测操作者，并按预定的目的整理、分析所调查的资料，得出需要的 结果。利用分散抽样来研究：亡时利用效率，具有省时、可靠、经济等优点， 因此成为调查： 作效率、合理制定工时定额的通用技术。 3 ) 预定时间标准p t s ：是一种利用预先为各种动作制定的时间标准来 确定进行各利，操作所需要的时问，而不需要通过观测瓣1 测定的作业测定方 法。自1 9 2 4 年提f j 动作时间分析( m t a ) 以来，世界上已有4 0 多利r 预定时 间标准，其中最具有代表性的有m t m 法、w f 法和m o d 法。 方法时问衡量( m t m 法) ：自1 9 4 8 年公开以来，已经发展派生址； m t m i ，m t m i i ，m t m i i i 。方法一时问测定系统m t m i 、m t m i i 建 立在两个原理基础之上，一是所有的手动作业都能够用有限数目的各种 组合方式的基本动作来完成；另一是能为这些动作确定时间标准。它把 手动操作的基本动作及附加因素划分为3 7 种，并针对每种动作的性质 和实际动作条件为每个动作确定预定的时间标准。 工作因素法( w f 法) ：是研究动作时间与移动距离及身体部位关系的 方法，w f 简易法是对w f 法进行了改进和简化，把影响动作的因素按 所使用身体部位、移动距离、人力控制以及重量和阻力进行详细的划分， 并对每种情况给出动作时间表。 模特法( m o d 法) ：将人体动作归纳为2 1 种，并用不同的符号表示。 其依据的原理是不同的人在相同条件下做同一动作所需的时间值基本 相等，使用身体不同部位做动作时，其动作所用的时间值互成比例，这 样就把动作符号与时间值融为一体，大大简化和缩短了制定标准时间的 过程，且易懂、易学、易记。 d l 东大学硕士学位论文 4 ) 标准资料法：是将直接由秒表时间研究、工作抽样、预定时间标准 法所得的预定值，根据不同的作业内容，分析整理为某作业的时间标准，以 便将该数据应用于同类：i ：作的作业条件上，使其获得标准时间的方法。 1 3 国外工作研究概述 工作研究是： 业工程的经典内容，自创立以来已有上百年历史。在这漫长的 岁月里，工作研究在西方： 业化国家有着快速的发展和广泛的应用。 1 9 7 6 年美国工业工程杂志与博通公司联合对1 5 0 0 家企业： 业工程应用情况的 调查表明，8 9 的企业应用工作研究：英国应用工作研究的情况大体与美国相似， 据1 9 7 9 年哈里斯对英国4 0 1 家企业的调查，其中有8 4 的企业应用：i ：作研究，占 应用：l ：业工程各项技术的首位：1 9 8 1 年，路特( r e u t e r ) 对企业工业工程应用情况的 调查表明，美国9 0 以上的企业应用工作研究，其c n9 4 1 的企业应用方法研究， 9 6 3 的企业应用作业测定，企业的生产率提高5 l ；日本、前联邦德国、法国、 澳大利皿等发达国家以及我国的台湾和香港地区也将：i ：作研究作为工业：【程首选 技术，其为企业提高生产率达5 0 以上2 1 。 6 0 年代以后，西方发达国家开始将计算机技术应用到：l 二作研究领域，出现了 一些进行流程分析、动作研究和时间标准制定与管理的计算机软件系统。6 0 年代 中期，加利福尼亚大学的汤恩和沃法克公司合作开发了一个称为沃科姆的系统。 这个系统只需少量的输入数据，就能够帮助有经验的定额人员完成预定动作时问 ( p t s ) 要素的分析任务。沃科姆的演绎逻辑功能能够综合任意操作的伸手、握住、 移动等动作，计算操作时间，- jr ：可以查询任意指定动作的时间。 软件技术、网络技术和多媒体技术的进一步发展，使得：i 二作研究技术己从最 初的现场手： 记录工作过程发展到可以借助数码相机或摄像机等没备辅助纪录， 一些研究机构还利用3 d 人体模型或机器人来进行动作轨迹的研究。工作研究软件 更是层出不穷，而且功能越来越强大，操作界面也日益人性化。大多数现代工作 研究软件都支持w i n d o w s 平台，系统界面友好，操作简单，研究人员无需额外的 培训，这是新一代工作1 f i ：j f 究软件的特点：网络化和分布式工作研究系统也成为了 重要趋势；有的系统还配有便携手持终端采样系统，为亲临现场的研究人员提供 了很大的方便，同时也提高了采样数据的准确性和高效性。 山东大学硕士学位论文 绍。 有关国外具有代表性的工作研究软件的较详细情况，将在第二章中介 1 4国内工作研究现状 工作研究的在我国应用可以追溯到八十年代中期。从1 9 8 5 年开始，机电行业 部分企业推行了：i ：作研究。根据l o 个企业，1 2 条生产线试点统计，企业一次投入 7 6 万元，每年净增收入2 8 1 5 万元，劳动生产率提高1 6 - 1 8 ，投入效益比为l ： 3 3 。例如，北京机床电器公司运用： 作研究，改造三条生产线，产量翻番，年新 增产值1 1 6 5 万元，新增利税3 4 9 万元；成都红光电子管厂推行m o d 法，改进2 0 个：i ：序，仅投入9 9 3 0 元就使年增产值8 4 0 万元，净增利税和节约材料费达3 6 3 5 6 万元，投入效益比为l ：3 6 6 ；大连无线电十三厂应用：i ：作研究，改进收录机装配 线，效率从4 2 7 提高到8 3 7 8 ，日产量翻一罨，由1 0 2 台提高到2 0 4 台；上海 金陵无线电厂应用工作研究，改造生产线，投入o 3 6 万元，获经济效益8 l 万元： 广东科龙电器股份有限公司，推行：i ：作研究，一台容声电冰箱的生产节拍从4 8 秒 减少到3 6 秒，全员劳动生产率达到4 3 万元。 冶金行业推行工作研究，也取得了类似效果。如鞍山钢铁公司在炼钢厂、机 械厂、选矿厂等2 0 个单位进行试点，通过推行方法研究，改进生产：i ：艺，已取得 5 3 9 2 1 万元的经济效益。 目前，工作研究在机械、电子、冶金、航空航天、轻工、化工、建筑等部门 的应用已经起步，有的正在深入与普及。 然而，工作研究在我国的应用尚不能和西方工业化国家同目而语。在我国， 完善的工业：【程体系还没有建立起米，多数中小企业只是局部应用i e ，即在企业 某个职能部门应用单项i e 技术；而整体应用m ，拥有i e 部门的仓业少之又少。 这种应用的盲目状态下，： 作研究的应用范阳就更小，也极不规范，其存在的 问题主要表现在以下几个方面： 1 ) 标准化意识薄弱，工作研究不成体系 我国一直沿用前苏联的工业体系，人们对效率、标准化的意识比较薄弱。棚 当数量的企业作业方法缺乏科学性、系统性、标准化，主要凭经验和个人意愿行 事；作业方法的改进一般来源于工人自发进行的个人行为；仍然采用粗略的经验 山东大学硕士学位论文 估算方法制定时间定额，时间定额标准很不统一等。这些状况导致企业基础数据 的实用性和准确性差，无法起到为企业上层提供可靠的决策支持作用。 2 ) 工作研究技术处于手工状态，限制了工作研究的普及应用 随着科学技术的进步，生产的不断发展和计算机技术在工业：1 二程领域内的应 用，必然要求提高方法研究和定额工作的效率和质量，但由于_ - e f i ；研究技术长期 以来依赖于人的技能程度，作业方法设计一直r b _ - e 作研究人员凭借其工作研究知 识和生产实践经验，设计各种作业流程并计算其相应_ - 1 1 i t , j 定额。：】二作研究人员在 设计作业方法和制定工时定额过程中，需要进行大量的信息处理、思维决策、数 据计算和繁杂重复的文字处理2 i 2 4 , 1 ；。随着时代的发展，这种枯燥繁琐的重复性：亡 作方式逐渐暴露出很多缺点：设计周期长，：i ：作效率低；作业标准的一致性差； 作业文件缺少定量分析，不能有效的指导生产过程。 3 ) 国内缺乏实用的相关软件系统 目前，国内外众多软件商在中国投入的软件系统大多集中在c a d 、c a p p 、 c a m 、p d m 、e r p 等热门软件上，而_ - e f i ：研究软件的投入与开发却寥寥无儿。究 其原因，固然有软件商对这一领域的忽视，但其主要原因却暴露了国内企业对基 础数据的漠视态度，对：i 二作研究软件缺乏系统的认识。工作研究的计算机化跟不 上，导致了企业基础数据发展的滞后，而高层生产系统，如m r p 、e r p 等不能够 得到准确及时的基础数据支持，致使整个生产系统效率低下。 2 0 世纪9 0 年代以来，国内有一些企业借助e x c e l 或自行开发的系统来实施劳 动定额的制定与管理，如i 郑州纺织机械厂研发的计算机辅助工时定额计算系统一 一z t m p c a m t c s 1 7 1 等。这些系统为企业劳动定额的制定带来了定的方便，但 都不成熟，大多处于实验阶段，往往只能适应个别企业，无法进行推广普及。并 且，这些小系统往往忽视对作业进行方法研究，没有将作业测定与方法研究相结 合，成为一个高效完整的计算机辅助系统。另外，这些工时定额系统缺乏与现代 先进制造系统、现代管理信息系统的信息集成。随着现代科学技术的发展，特别 是计算机技术的应用，企业必然向信息的全面集成方向发展，这就要求企业的工 作研究与i ：t 一算机技术全面结合，实现：l ：作研究与企业管理信息系统、先进制造系 统的信息集成。但是目前绝大多数企业还未能开展这项工作，- e t - - 研究数据缺乏 科学统一的管理，它需要的制造信息数据无法从相关信息系统中直接获取，产生 l l j 东大学硕士学位论文 的基础数据也无法直接为生产系统所用。 从以上的问题来看，真正运用计算机技术对整个方法研究和时间研究进行系 统的辅助设计、优化和制定在国内尚无先例。 综上所述，研制雨i 开发一套适用于制造业的：i i 作研究系统，真正运用计算机 技术对整个方法研究和时间研究进行系统的辅助设计、优化和制定，已经成为一 个迫在眉睫的课题。 1 5 课题相关理论技术综述 1 5 1 计算机辅助技术 自1 9 4 6 年计算机诞生之后，从最初用于科学计算，到现在的事务处理和人工 智能，计算机已经成为人类工作生活中不可或缺的工具。计算机的普及应用，极 大地提高了我们的：i ：作效率，减轻了- _ l - f l ：- 强度，使人类的脑力得到了强化和延伸。 c a x 技术主要是指包括c a d 、c a m 、c a p p 在内的一系列计算机辅助技术。c a d ( 计算机辅助设计) 技术是指工程技术人员以计算机为：( 具，用各自专业知识， 对产品进行总体设讣、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称；广义的c a m ( 计算机辅助制造) 一股指利用计算机从毛坯到产品制造过程中的直接雨1 间接的 活动，狭义的c a m 通常仅指数控程序的编制。c a d c a m 技术自2 0 世纪5 0 年代 末开始分别独立发展，到7 0 年代末国际上已经出现许多性能优良、商品化的c a d 或c a m 系统。这些独立的系统，5 ； - 3 t l 在产品设计自动化和数控编程自动化方面起 到了重要的作用，但采用这些各自独立的系统，不能实现系统之间信息的自动传 递和交换，需经人二【：转换，不但影响j _ - e 程设计效率的进一步提高，而且在转换过 程中，难免发生错误，这就给生产带来极大的危害。如何实现c a d c a m 的信息 集成成为一个急需解决的问题。 工艺设计是生产准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造之间的桥 梁。如何实现工艺设计的计算机化，同时集成c a d c a m 的设计信息和制造信息 成为工艺设计的重点内容。计算机辅助工艺过程规划c a p p 技术，自2 0 世纪6 0 年代末开始发展，至今已从单纯的检索式发展到具有不同程度的修改、编辑和自 动筛选功能的派生式，又发展到融合了人： 智能、专家系统等技术的创成式c a p p 系统。 t h 东大学硕士学位论文 检索式c a p p 是针对标准工艺的，将设计好的零件标准：c 艺进行编号，存储 在计算机中，当制定零件的工艺过程时，可根据输入的零件信息进行搜索，查找 合适的标准：l ：艺。检索式c a p p 符合人们设计的一般思路，但是其： 作必须建立 在对所有零件建立标准：【艺的基础上，这大大限制了它的发展。 派生式c a p p 利用零件的相似性原理。相似的零件有相似的工艺过程，一个 新的：i ：艺规程就是通过检索系统中已有的相似零件的：i ：艺规程并加以自动筛选或 编辑而成的。派生式c a p p 根据零件相似性进行分类，并编制每一组的典型工艺 规程，比检索式c a p p 有所进步，但其建立在已有零件及其工艺规程之上，使用 范围仍然很窄。 创成式c a p p 系统使用程序中所反映的决策逻辑和制造：i 二程数据信息自动生 成工艺规程。这些信息主要是有关各种加：i ：方法的d n ；r i j 力平| 1 对象、各利r 、最备及 刀具的适用范围等一系列基本知识。而工艺决策中的各利，决策逻辑或者植入程序 代码，或者以规则的形式存入相对独立的：| 二艺知识库，供主控程序调用。向创成 式系统输入待7 j | i _ 1 2 零件的信息后，系统能自动生成各种：i ：艺规程文件，用户不需 或略加修改即可。派生式c a p p 的缺点可以说正是创成式系统的优点。创成式c a p p 在理论上虽然是一个完整的系统，但系统需要作大量的准备：l 二作，广泛收集生产 实际中的工艺知识，建立庞大的：i ：艺数据库与知识库。而且产品品种多样化，各 种零件的描述方法 i t t j i n 5 2 过程有很大不同，每个生产环境有其特殊的生产条件， ：i 二艺决策逻辑也不一样。所以现在的创成式c a p p 都是针对某一产品或