（机械制造及其自动化专业论文）面向jit生产过程的capp系统.pdf

中文摘要 由日本丰阐公司开创的j u s ti nt i m e ( j i t ) 生产方式早在上世纪七十 年代末就被引入我国，由于受到当时计划经济体制的制约而没有大量应用。 随着近几年来我国经济体制改革的深化，国内制造业的快速发展，世界制 造中心逐步向我国转移，在众多成功运用了j i t 的外资厂商的带动下，越 来越多的国内企业已经丌始引入并推行j i t 生产方式。 与传统的自上而下的计划生产方式截然不同的是，j i t 把生产的最终 环节作为出发点来计划并组织生产。于是在j i t 生产方式下，基于推动式 生产方式的计算机集成制造系统( c i m s ) 逐渐难以适应企业的生产要求， 功能发挥的限制同益显现。尤其是c i m s 中的c a p p 系统长期以来只是实 现了利用计算机进行工艺编制、查询和管理的功能，缺乏对生产过程实际 情况的考虑，造成工艺与生产实际的脱节。解决j i t 生产方式下c a p p 为 生产过程服务的问题成为传统c i m s 面向j i t 生产方式进行转变的重要问 题。 本文基于对j i t 生产方式主要特点的分析，从j i t 生产方式的关键一 一时间问题出发，在深入研究标准时间的构成和计算方法的基础上，建立 了服务于j i t 的标准时间计算模型，设计和开发了相应软件。同时在传统 c a p p 的基础上针对j i t 的特点进行了系统的改造和完善，建立了以工时 定额计算为基础的面向j i t 生产过程的c a p p 系统，并介绍了其软件体系 和特色功能：主要包括工时定额编制、多工艺路线编制、工艺匹配、工艺 评价、典型工艺路线支持，详细描述了各个功能的原理及其实现方法。 关键词：j i t ：c i m s ；c a p p ；标准时间 a b s t r a c t j u s ti nt i m e ( j i t ) p r o d u c t i o nf r o mt o y o t a i nj a p a nw a si n t r o d u c e dt o c h i n ai nt h ee n do f19 7 0 s ，b u ti tw a sl i m i t e db yp l a n e c o n o m i cs y s t e mt h e n d u et ot h eo p e n p o l i c y ，r e f o r m a t i o no fe c o n o m i cs y s t e m ，r a p i dd e v e l o p m e n to f m a n u f a c t u r e ，a n dt h ei m m i g r a t i o no ft h ew o r l d m a n u f a c t u r ec e n t e r ，m o r ea n d m o r ec h i n e s e e n t e r p r i s e s h a v e i m p l e m e n t e d j i ts t i m u l a t e d b yf o r e i g n e n t e r p r i s e sf u l l ya d o p t e d j i t d i s t i n g u i s h e df r o mt r a d i t i o n a lp r o d u c t i o ns t y l e ，j i tr e g a r d st h ee n dp o i n t o f p r o d u c t i o na st h es t a r tp o i n to fp r o d u c t i o np l a n n i n ga n do r g a n i z a t i o n s oi n j i t e n v i r o n m e n t ，t r a d i t i o n a lc o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ( c i m s ) i sn ol o n g e rs u i t a b l e f o rt h ep r o d u c t i o n ，a n di t sf u n c t i o ni s g r e a t l y l i m i t e d e s p e c i a ll yc o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) s y s t e mi nci ms i so n l yu s e dt op l a n ，q u e r ya n dm a n a g e p r o c e s s e si nal o n gp e r i o d ，a n dc a n n o t s a t i s f yt h ep r o d u c t i o nd e m a n d s s om a k i n gc a p p s e r v et h ep r o d u c t i o np r o c e s s i nj i te n v i r o n m e n tb e c o m et h ei m p o r t a n tp r o b l e mo fc i m st r a n s f o r m i n gt o j i tp r o d u c t i o n i nt h i sp a p e r ，o u rr e s e a r c hi sb a s e do na n a l y s i so fj i t s c h a r a c t e r s ，a n d b e g i n sf r o mt h ek e yp r o b l e mo fj i t - ，s t a n d a r d t i m e ，w ed e e p l ys t u d yt h e c o m p o n e n t sa n dc a l c u l a t i o nm e t h o d so fs t a n d a r d t i m e ，b u i l dt h es t a n d a r d t i m e c a l c u l a t i o nm o d u l e ，a n dd e s i g nt h ec o r r e s p o n d i n gs o f t w a r e w ea l s oe m e n d a n dp e r f e c tt h ec a p ps y s t e m sa c c o r d i n gt oj i t s r e q u i r e m e n t ，a n db u i l d a c a p p s y s t e m b a s e do ns t a n d a r d t i m ec a l c u l a t i o nm o d u l e t h e s y s t e m c o n s t r u c t i o na n di t sm a i nf e a t u r e i n c l u d i n g s t a n d a r d t i m e c a l c u l a t i o n ， m u l t i 。p r o c e s sp l a n n i n g ，p r o c e s sm a t c h i n ga n dt y p i c a lp r o c e s sp l a n n i n g ，a n d t h ef u n c t i o n sa n dt h er e a l i z a t i o nm e t h o da r es h o w e di nd e t a i 】s k e yw o r d s ：j i t ；c i m s ；c a p p ；s t a n d a r d t i m e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨壅盘堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：i 为奇、赢却签字日期：。v 垆年文月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫壅盘堂有关保留、使用学位论文的 规定。特授权苤壅盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅 和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：法喜、唐却 导师签名： 签字日期：0 c p 年0 月 ，甲e l签字日期： 狲拓 l j p 6 牛年y 月f 7 曰 第一章绪论 第一章绪论 1 1 计算机辅助工艺设计c a p p 在企业的生产中，工艺设计是生产技术准备工作的第步，也是连接 产品设计与制造的桥梁，是整个制造系统中的重要环节。工艺质量的优劣 及设计效率的高低，对生产组织、产品质量、生产率、产品成本、生产周 期等有着较大的影响，是生产中的关键工作。工艺设计过程非常复杂，必 须分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图上的有关结构形状、尺寸公 差、材料及热处理以及批量等方面的信息，了解制造中有关加工方法、加 工设备、生产条件、加工成本及工时定额等。此外工艺设计还要查阅资料 和手册，确定加工方法，安排加工路线，选择设备、工装、切削参数、计 算工序尺寸、绘制工序图、填写工艺卡片和表格文件等。因此长期以来， 依靠工艺人员根掘个人的经验以手工方式进行的工艺设计有很大的缺陷， 其主要表现是： l 、由于每个工艺人员的经验有限，习惯不同，技术水平也不一样，所 以由人工设计工艺规程一致性差，质量不稳定，难以达到优化目标和不便 于工艺规程的标准化。 2 、手工设计工艺效率低下，存在大量重复劳动。 3 、手工设计工艺不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维 护，并将工艺专家的经验知识集中起来加以充分利用。 4 、由于新工艺新技术的飞速发展，社会需求的多样化产品更新周期 大大缩短，多品种小批量企业数量激增，制造系统从i 9 0 性向柔性转变，这 就要求缩短产品从设计到制造的速度。 随着市场需求的多元化和多样性程度r 益加深。传统的i ：艺设计方法 已不能满足企业多品种、小批量生产发展的需求。利用计算机技术，帮助 工艺人员迅速编制出完整、详尽、优化工艺方案和文件的计算机辅助工艺 设计( c a p p ) 系统，可以极大的提高工艺人员的工作效率，缩短工艺准备 第一章绪论 时间，加快新产品的投产。 1 1 1c a p p 的作用、地位和意义 c a p p 利用计算机技术根据产品设计给出的信息进行加工方法和制造 过程的设计。通过向计算机输入工件的信息( 几何信息，如形状、尺寸等： 工艺信息，如材料、热处理、批量等) ，由计算机输出工件的工艺路线和工 序内容等工艺文件。c a p p 的功能一般包括：毛坯设计、加工方法选择、 工序设计、工艺路线制定和工时定额计算等。工序设计又可包含装夹设备 选择或设计、加工余量分配、切削用量选择以及机床、刀具和卡具的选择、 必要的工序图生成等。 c a p p 同时是计算机集成制造系统( c i m s ，c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 的重要组成部分，是连接计算机辅助设计( c a d ) 和计算机辅助制造( c a m ) 的桥梁和纽带f 2 1 。集成化的c a p p 系统能直接 接收c a d 的零件信息，进行工艺规划，生成有关工艺文件( 必要时还可 以向c a d 系统反馈有关工艺评价信息) ，并以工艺设计结果和零件信息为 依据，经过适当的后置处理，生成n c 程序，从而实现c a d c a p p c a m 的集成 3 】。 c a p p 对制造业的技术进步具有重要意义1 4 】： 1 、将工艺设计人员从大量繁琐、重复的手工劳动中解放出来，使他们 能集中精力从事新产品开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等创新的工 作。 2 、大大地缩短工艺设计周期，保证工艺设计的质量，提高产品在市场 上的竞争能力。 3 、有利于发挥有经验的工艺设计人员的经验，提高企业工艺的继承性， 特别是在当前国内外机械制造企业有经验的工艺设计人员f 益短缺的情况 下，它具有特殊意义。 4 、提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作。 5 、适应当前日趋自动化的现代制造业的需要，是实现计算机集成制造 系统的基础，是企业管理信息系统的技术基础数据源。 第一章绪论 应用c a p p 技术，可以使工艺人员从繁琐重复的事务性工作中解脱出 来，迅速编制出完整而详尽的工艺文件；缩短生产准备周期；提高产品制 造质量；进而缩短整个产品的开发周期【5 l 。从发展趋势看，c a p p 可以从 根本上改变工艺过程设计的“个体”劳动与“手工”劳动性质，提高工艺 设计质量，并为制定先进合理的工时定额、改善企业管理提供科学依据； 同时还可以逐步实现工艺过程设计的自动化及工艺过程的规范化、标准化 与优化。 1 1 2c a p p 的发展和现状 c a p p 的研究始于上世纪6 0 年代末，第一个c a p p 系统是挪威在1 9 6 9 年推出的a u t o p r o s 。1 9 7 6 年，美国的国际计算机辅助制造公司c a m i ( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r i n g i n t e r n a t i o n a l ) 推出的c a p p ( c a m i s a u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 系统是最为著名、应用最广泛的c a p p 系统， 在c a p p 发展史上具有里程碑意义。国内最早开发的c a p p 系统是同济大 学的修订式t o j i c a p p 系统和西北工业大学的创成式c a o s 系统，其完成 时间都在8 0 年代初。国内最早开展c a d c a p p c a m 智能集成化研究与原 型系统开发的是清华大学( 用于国家c i m s 实验工程的箱体类零件 1 9 8 7 一1 9 9 3 年) 与西北工业大学( 用于国家c i m s 实验工程的回转体零件， 1 9 8 7 1 9 9 3 年) 。而第一个有重要实用价值，并取得突出社会和经济效益的 智能集成化f a c a d c a p p c a m 系统则是由西北工业大学、航空部6 2 5 所在成都飞机工业公司开发的( 1 9 9 1 1 9 9 4 年) 【6 】。 经过三十多年的发展历程，c a p p 根据工艺设计方式的不同，可以分 为三大类型：派生式( v a r i a n t ) 、创成式( g e n e r a t i v e ) 和混台式。派生式 c a p p 成组技术( g t ，g r o u pt e c h n o l o g y ) 为基础，利用零件的结构相似 性或工艺相似性，将零件进行分类并划分零件族，制定零件族的典型工艺 规程，然后通过检索该族零件的典型工艺规程，并进行相应的修改和编辑， 最终生成该零件的工艺规程【 。创成式c a p p 依靠建立在系统内部的逻辑 和算法，进行工艺决策，自动生成新零件的工艺规程。混合式c a p p 则兼 具了派生式和创成式的特点。 第一章绪论 近年来，c a p p 除了向智能化、集成化发展之外，实用化、工程化也 逐步受到人们的重视。目前，c a p p 的研究与开发以实用化为基础，以企 业全面集成应用为目标，并综合考虑包括工艺决策自动化等问题，呈现出 以f 发展特征”j ： 1 、c a p p 采用面向工程应用的、基于交互式的体系结构 在c a p p 的研究设计中，不再强调“自动化( a u t o m a t i c ) ”，而更重视 “辅助( a i d e d ) ”。c a p p 只是提高工艺人员工作效率的工具，不是替代熟 练技术人员的自动化系统，以目前的技术还难以开发出全自动的多用途 c a p p 系统。1 9 9 0 年代中后期，国内开始交互式c a p p 系统的研究、开发 和应用。实践证明，只有以交互式为基础，才能真正理顺先进性与实用性、 普及与提高等各个方面的关系，满足企业对c a p p 广泛应用的需求。 2 、c a p p 应用从零组件为主体的局部运用走向以整个产品为对象的全 面应用 以零组件为主体对象的c a p p 集成与应用模式，在企业的应用只能是 局部的应用，c a p p 的集成也只能是局部的集成，不可能实现企业产品工 艺设讨与管理的全面信息化，必将造成企业工艺管理上的不一致与不协调， 从而难以真难实现p d m 、e r p 等相关系统对产品工艺信息的全面集成共 享，并将在根本上阻碍c a p p 的应用和发展。 3 、c a p p 的应用开发以平台工具类c a p p 软件为基础 开发专用c a p p 系统工作量大、开发周期长、开发费用高，会造成人 力、财力和时间的浪费，这种情况对于广大工厂企业迫切希望采用c a p p 技术的愿望极不适应。因此，如何把工艺过程设计中一般性的方法内容和 特殊性的要求相结合，建立易于扩充的工艺信息系统结构，发展符合各类 制造企业实际需求并可大力推广的c a p p 应用支撑软件( 平台3 2 具型 c a p p 系统) ，成为c a p p 研究与开发的重要方向。在以交互式为基础的 c a p p 系统体系结构指导下，短短几年，c a p p 的工具化、平台化就得到了 很大的发展。目前，国内外已有相应的商品化软件推出。从总体来看，以 交互式设计和数掘化、模型化、集成化为基础、并综合应用数据库技术、 网络技术等是这些商品化c a p p 软件的共同特点。 第一章绪论 1 2j i t 生产方式 第二次世界大战之后，日本的丰田汽车公司副总裁大野耐在当时的 历史背景下，综合了单件生产和批量生产的优点，首创了一种新的生产方 式即j u s t i n t i m e ( j i t ) 。这一生产方式在推广应用过程中，经过不断发展 完善，为同本汽车工业的腾飞插上了翅膀【9 1 。j i t 不仅极大地影响和促进了 只本汽车工业的发展，对日本众多的其他制造业的发展及其生产经营方式 也起了重要的影响作用。2 0 世纪末的能源危机更使世界意识到这种既高效 又节约的生产方式的优势，欧美发达国家和台湾、韩国等大部分企业也都 全部或部分的导入了j i t 生产方式。j i t 生产方式已经为世界工业界所注 目，被视为当今制造业中最理想且最具生命力的新型生产系统之一。 与传统的大批大量生产方式相比，j i t 生产方式的优势主要表现在： 1 、所需人力资源，无论是在产品开发、生产系统，还是工厂的其他部 门，与大量生产方式下的工厂相比，均能减至1 2 。 2 、新产品开发周期，可减至1 2 或2 3 。 3 、生产过程的在制品库存，可减至大量生产方式下一般水平的1 1 0 。 4 、工j 占用空间，可减至采用大量生产方式工厂的1 2 。 5 、成品库存，可减至大量生产方式工厂平均库存水平的1 4 。 6 、产品质量，可提高3 倍。 j i t 从其诞生到现在，经过几十年的反复试行和不断改进，到今天已 经形成一个较完整的体系。这一体系不仅包括企业的经营观念、管理原则、 生产组织、计划与控制等等，还包括产品开发、零部件供应系统以至流通 销售等一系列企业的基本活动方式。j i t 是一种生产方式，更是一种生产 管理技术。 在j i t 的体系中，包括它的基本目标以及实现这些目标的诸手段和方 法，这些目标与各种手段、方法之间的相互内在联系，共同构成了1 i t 的 构造体系。图l 一1 的这一构造体系表示了j i t 的目标及其方法l 。 第一章绪论 l 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一j 图1 - 1j i t 的构造体系 1 2 1j i t 的目标 j i t 生产方式的最终目标就是企业的经营目的，即获取最大利润。为 了实现这一最终目的，“降低成本”就成为j i t 的基本目标。在福特时代， 降低成本主要是依靠单一品种的规模生产来实现的。但是在多品种中小批 量生产的情况下，这一方法是行不通的。j i t 生产方式力图通过“彻底消 除浪费”来达到这一基本目标。 所渭浪费，在j i t 生产方式的起源地丰田汽车公司，被定义为“只使 成本增加的生产诸因素”，即不会带来任何附加价值的诸因素。其中最主要 的有生产过剩( 即库存) 所引起的浪费、人员利用上的浪费和不良品引起 的浪费。为了排除这些浪费，就相应地产生了适时适量生产、弹性配置作 第一章绪论 业人数以及保证质量这三个基本目标的子目标。 1 2 2j i t 的基本方法 为了达到降低成本这一基本目标，对应于该基本目标的三个子目标， j i t 的基本方法也可以概括为三个方面： 1 、实行适时适量生产 适时适量生产即“j u s ti nt i m e ”一词本来所要表达的含义，“只在需 要的时候，按需要的量，生产所需的产品”。对于企业来说，各种产品的产 量必须能够灵活地适应市场需要量的变比。否则的话，由于生产过剩会引 起人员、设各、库存费用等一系列的浪费。而避免这些浪费的手段。就是 实施适时适量生产，只在市场需要的时候生产市场需要的产品。 为了实现j u s ti nt i m e ，首先需要致力于“生产同步化”，即加工对象 在前一工序的加工结束后，使其立即转到下一工序去。装配线与机加工几 乎平行进行，产品不堆积、不超越、也不停滞地被一件件地生产出来。在 铸造、锻造、冲压等必须成批生产的工序，则通过“缩短作业更换时间” 来尽量缩小生产批量。这实质上是一种尽量使在制品库存向“零”逼近的 生产组织方式。 生产同步化通过“后工序领取”来实现，即“后工序在需要的时候到 前工序领取所需的零部件，前工序只按照被领取走的数量和品种进行生 产”。这样，制造工序的最后一道成为生产的出发点，生产指令只下达给最 后道工序即可。这样的“后工序领取”方式改变了历来的生产过程运行 的推动型驱动方式，是一种全新的“拉动型”驱动方式。 “生产均衡化”是实现j u s ti nt i m e 的前提条件。所谓生产均衡化， 是指尽量均匀地混合生产各种产品，以便能均衡地使用前工序的各种零部 件。为此专门开发了使生产均衡化得以实现的最优投产顺序的数学模型及 其解法。 在实现j u s ti nt i m e 中具有极为重要意义的是作为其管理工具的看板。 看板是对传统的生产作业计划方式的大革新，它是在生产均衡化、生产 同步化、生产批量极小化等前提下运用的，是j i t 中最独特的部分，因此 第一章绪论 也有人把j i t 称为“看板方式”。 2 、弹性配置作业人数 在劳动费用越来越高的今天，降低劳动费用是降低成本的一个重要方 面。在j i t 中，达到这一目的的方法是“少人化”。所谓少人化有两层含义： 一是指根据生产量的变动，弹性地增减各生产线的作业人数：二是指尽量 用较少的人力完成较多的生产。这里的关键在于能否将生产量减少了的生 产线上的作业人员数减下来。这种“少人化”技术一反历来的生产系统中 的“定员制”，是种全新人员配置方法。 实现这种“少人化”的具体方法是实施u 型布置等独特的设备布置， 以便能够将需求减少时各个作业点所减少的非整数工时集中起来，以整顿 削减人员。但这从作业人员的角度来看，意味着标准作业、作业内容、范 围、作业组合以及作业顺序等的一系列变更。为了适应这种变更，作业人 员必须是具有多种技能的“多面手”。 3 、质量保证 历来一般认为，质量与成本之间是一种“负相关”关系，即要提高质 量，就得多花人力、物力来加以保证。但在j i t 中，却一反这一观念，通 过将质量管理贯穿于每一工序之中来实现提高质量与降低成本的一致性， 具体方法是“自动化”。这里所讲的“自动化”不是一般意义上的设备、监 控系统的自动化，而是指融入生产组织中的这样两种机制：第一，使设备 或生产线能够自动检测不良产品，一旦发现异常或不良产品可以自动停止 的设备运行机制，为此在设备上开发、安装了各种自动停止装置和加工状 态检测装置：第二，生产第一线的设备操作人员发现产品或设备的问题时， 有权自行停止生产的管理机制。依靠这样的机制，不良产品一出现马上就 会被发现，防止了不良产品的重复出现或累积出现，从而避免了由此可能 造成的大量浪费。如果一旦发生异常，生产线或设备就立即停止运行，比 较容易找到发生异常的原因，从两能够有针对性地采取措施，防止类似异 常情况的再发生，杜绝类似不良产品的再产生】。 第一章绪论 1 2 3j i t 应用中存在的问题 j i t 生产方式在上世纪七十年代末被引入我国 12 1 , 但是由于受到计划 经济体制的制约没有得到广泛的应用。随着我国改革开放的深化、经济体 制的改革以及国内制造业的快速发展。世界制造中心逐步向我国转移，特 别是日韩和台湾厂商在国内大量建厂，在这些外资企业的带动下| ，j i t 这 一被当今世界制造业普遍采用的生产方式在我国得到了大量应用。 到目前为止，除了第一汽车制造厂等少数企业取得了一定的成果外， 大部分企业应用j i t 生产方式并未取得预期的效果，其原因主要在于i ”j ： l 、许多人认为j i t 就是看板管理，因而只是简单地模仿同本企业的传 递看板。j i t 是一个包括经营理念、生产组织、物流控制、现场管理、质 量管理、成本管理和库存管理等在内的较为完整的生产管理技术和方法体 系。看板管理只是j i t 的必要手段，但是如果只是一味追求j i t 的某个技 能，只简单的模仿看板管理，其结果不但无法实现j i t ，而且会给生产带 来其他的妨碍。 2 、急于求成，没有充分做好实施的基础工作。生产系统可靠性差，设 备难以实现快速转换和调整，设备布置不合理物流不顺畅，工序质量差， 供应、销售系统信息反应缓慢，j i t 难以成功。 3 、职工对j i t 不了解，而且缺乏生产应有的积极性。而j i t 的重要特 征就是全员参与，如果职工不参与生产活动，不发挥自己的自主精神，并 参与到企业的改善活动中，生产中的问题的不到暴露和解决，j i t 就无法 实现。 1 3 本文研究的内容 近几年来，j i t 生产方式在我国得到了大量的应用，特别是在汽车工 业、电子工业口、制造业等实行流水线生产的企业获得了明显效果，例如 第一汽车制造厂、第二汽车制造厂、上海大众汽车有限公司等企业，结合 厂情创造性应用j i t ，取得丰富的经验，创造了良好的经济效益。 同时，我国的制造业信息化工作已经进行多年，“九五”期间， c a d c i m s 工作取得了举世瞩目的成就，不仅帮助1 0 0 0 0 多个企业甩掉了 第一章绪论 图版，建立了6 0 0 多个c a d 应用示范企业和2 0 0 多个c i m s 应用示范企业。 但是，j i t 生产方式和我国企业在长期计划经济体制下采用的生产方 式有很大的区别，j i t 的引入涉及到企业从生产到管理的各个方面的转变， 并对传统的c 1 m s 提出了新的要求。特别是j i t 生产有着自身的工艺特点 和编制方法，因此c a p p 系统如果不为j i t 生产方式做相应的调整和优化， 将严重影响j i t 生产方式的应用效果和c a p p 乃至整个c i m s 功能的发挥。 本文从j i t 生产方式的关键一一时问问题入手，通过对工时定额的构成和 计算方法的研究，建立了适于中小型企业的计算机辅助工时定额计算系统。 并根据j i t 生产的要求，对这个计算系统进行了改造，使之能够用于确定 j i t 生产中的标准时间。同时在原有c a ：p p 系统的基础上进行了功能的扩 充和改造，构建了一个面向j i t 的c a p p 系统功能框架，介绍和分析了相 应的功能模块，并将服务于j i t 的标准时间计算系统集成到c a p p 中去， 使c a p p 系统可以为j i t 生产方式提供工艺技术上的有力支持。 第二章时间问题的研究 一_ 一 第二章时间问题的研究 2 1 时间问题是j i t 的关键 j i t 生产方式的核心是适量( j u s t ) 和时问( t i m e ) ，适量要解决的是 物的占用，时间要解决的是时间的占用。时间问题是j i t 的关键，只有在 对生产时间进行合理安排和规划的基础上，并解决物的适量问题才能实现 j i t 的要求。 在j i t 环境下的c a p p 研究中，以及从j i t 的目标、方法和特点上我 们同样不难看出解决j i t 环境下c a p p 系统问题的关键是工时定额的确定。 因此，要建立面向j i t 的c a p p 系统，一套行之有效的工时定额系统十分 必需和重要。 2 2 工时定额的研究 2 2 1 工时消耗、工时定额与标准时间 工时消耗是劳动者在整个工作班中消耗的时间。工时定额是指在一定 的生产条件f ，规定生产一个产品或完成一道工序所必需消耗的工作时问。 标准时间是西方国家对时间问题的概念，源于泰勒对人机效率的研究，著 在福特制的流水线生产中提出，它是指一个平均操作者在正常的条件下， 以正常速度执行某项作业所需要的时间。从以上三者的定义和图2 一l 中对 时间消耗的分类可以看出，标准时间是工时定额中作业时问的部分，而工 时定额则是工时消耗中定额时间的部分。因此，工时消耗是生产劳动规律 性的综合反映，是研究时间问题的基础。 第二章时阗闯题的研究 2 2 2 时间问题的研究 图2 - 1 工时消耗的分类 目前国内外对时间问题的研究主要集中在时间研究和工时定额的研究 两个方面。 时间研究又称工作测定( w o r k m e a s u r e m e n t ) ，是在泰勒制基础上发展 起来的工业工程的一个重要组成。时间研究简单来说就是衡量完成一种或 一系列操作所需要的时间，并区分其中的有效时间和无效时问，从而可以 高效、合理的利用工作时间。它通过收集和记录工作方法的详细过程，分 第二章时间问题的研究 解作业内容，筛选有效的工作方法和动作，测量作业时问并最终确定标准 时间。时间研究的方法大致可以分为两大类：直接时问测定法和间接时问 测定法，如图2 2 所示。其中前者主要包括：秒表法、摄影分析法、工作 抽样法，后者主要包括：方法时间测定法( m t m ，m e t h o dt i m e m e a s u r e m e n t ) 、时间标准模块组织法( m o d ，m o d u l a ra r r a n g e m e n to f p r e d e t e r m i n e dt i m es t a n d a r d ) 、工作因素法( w f ，w o r kf a c t o r ) 。 图2 - 2 时间研究的常用方法 工时定额的研究主要是对工时消耗的定额时间部分的构成进行分析， 并确定各个组成部分的计算方法和结果，最终得到工时定额的结果【】。这 也是本文中的研究内容之一。 2 2 3 工时定额的作用和意义 一般来说，在企业中工时定额的结果是多个部门使用的重要内容： 1 、财务处对工时定额按照设备( 机械加工部分) 、造型、造芯重量( 铸 造) 、电镀面积( 电镀) 等方式进行分类汇总，以便进行成本的核算。 2 、人事处根据工时定额，按照按劳分配的原则进行工资的计算。 3 、生产处根据工时定额，按产品汇总、工种汇总、设备汇总等进行各 车间生产能力的平衡工作。 4 、计划处根据对工时定额的统计，与生产处共同进行生严能力的调配， 并决策哪些零件自制、哪些外协。 工时定额是企业安排生产计划，衡量生产能力，进行成本核算，工人 第二章时间问题的研究 工时的因素发生变化时，通过对技术熟练程度不同的工人在实际操作时f - 白j 的测定和分析，综合考虑各种因素，确定工时定额，一般以平均工时定额 作为测定结果。其优点是分析比较全面、系统，能够总结先进生产经验和 先进操作方法，发现操作过程中不合理因素和工时浪费。这种方法技术依 据比较充分，是一种比较科学细致的制定定额的方法，最终制定的工时定 额比较合理和接近企业现有水平，反映工厂企业的实际情况。但在零件品 种繁多和生产对象更换频繁的情况下，这种方法的工作量就非常大，凶此 一般用于大批量生产的产品或操作机械化和自动化程度较高的企业i l 。 2 3 工时定额的计算模型 2 3 1 工时定额的构成 长期以来，在我国企业中普遍采用的工时消耗分类方法是沿用前苏联 工、止企业的分类方法。根据g b t1 4 1 6 3 1 9 9 3 工时消耗分类、代号和标 准时f b j 构成的规定，将工时定额按照生产过程时序分为：( 1 ) 基本时f 刨： ( 2 ) 辅助时间；( 3 ) 布置工作地时间；( 4 ) 休息和生理需要时间：( 5 ) 准 备与终结时间| i 7 1 。 西方国家的“标准时间”则是“基本时间”和宽放时问之和l l ”。其中 “基本时间”就相当于我国g b t1 4 1 6 3 1 9 9 3 中的基本时间和辅助时间之 和，宽放时间就相当于休息和生理需要时间。 表2 i 我国g b t1 4 1 6 3 1 9 9 3 与西方的划分方法的比较 g b t1 4 1 6 3 1 9 9 3 分类方法西方的划分方法 基本时间 “基本时间” 分 辅助时间 休息和生理需要时间各种宽放时问 类 布置工作地时间 准备与终结时间 第二章时间问题的研究 2 3 2 时间定额计算模型 以车加工外圆工步为例来说明时间定额的计算模型。 l 、加工及相关时间t m 加工及相关时间是在工步加工中与加工有关的工时消耗，出基本时间 ( t 。) 和与加工紧密相关的辅助时间( t 。) 组成： t m = h + to ( 2 一1 ) ( 1 ) 基本时间r 。 基本时删是直接改变工件尺寸、形状、表面状态等的工艺所消耗的工 时消耗，一般可以看作是刀具从趋迸、切入、切削到切出的时间。基本时 间与加工的方式、方法、材料特性、加工要求等有着密切的联系，因此可 以采用解析计算法求解，但是由于涉及因素较多，应该先简化模型再求解。 在车外圆工步中，考虑到与车外圆其相关的因素有：工件材料、加工直径、 加工长度、加工精度、公差配合、切削深度、主轴转速、进给速度等，而 且在这些因素中有许多因素相互关联，如加工精度与切削深度和选定主轴 转速有关。因此滤除相关因素，简化模型之后可以将车外圆看作单纯由车 刀沿外圆轴向的直线运动，这样可以得到车外圆工步的基本时阳j 计算公式 为： 三+ 三 “2 n s ( 2 2 ) 其中l ( 单位：m m ) 为需要加工的长度，l ( 单位：m m ) 为切入、 切出及试切长度，n ( 单位：转分) 为主轴的转速，( 单位：m m 转) 为进给速度。其他机床如铣床、磨床、钻床、镗床等的许多种加工方式也 都可以被简化为直线运动的模型，再进行计算求解。 ( 2 ) 与加工紧密相关的辅助时自j ， - q 加工紧密相关的辅助时间是伴随着改变工件尺j j + 、形状、表面状态 第二章时问问题的研究 等的加工而产生的，但又不属于这些加工的辅助动作所消耗的时间。这些 辅助动作几乎不与加工情况相关，难以解析求解，一般多用统计分析法或 技术测定法在实际生产中获得，因此只需要考虑加工方法所涉及的辅助动 作的项目及各项的时间。在车外圆加工中涉及的辅助动作项目有：车床启 动、停止、变转速、变进刀量、试切、清屑、测量、进刀、退刀、移动拖 板、移动尾座1 0 项，根据统计分析法取得1 0 个项目的平均时间如表2 2 所示，因此得出与车外圆工步紧密相关的辅助时间为1 0 个项目的平均值之 和，取为，= 1 4 ( 分钟) 。 表2 2 车外圆的辅助动作项目及平均时间 项目平均时间( 分钟) 车床启动0 0 3 车床停止 o 1 7 变转速 o 1 5 变进刀量o 0 5 试切0 1 0 清屑0 1 0 测量o | 3 5 进、退刀o ，0 5 移动拖板0 3 0 移动尾座 o 1 0 合计1 4 0 另外，在计算加工及其相关时间m 时，我们将布置工作地时问、休息 和生理需要时间放在其中考虑，作为加工及相关时问的一个比例，由7 锄乘 以一个宽放系数k 得到，根据经验一般定i = 0 2 ，企业也可以根据实际情 况进行调整。 则实际的加工及相关时间砌的计算公式为： 第二章时问问题的研究 乃”：o l + f 2 ) ( 1 + 女) ：( 型+ r 2 ) ( 1 + i ) ( 2 3 ) 片j 2 、装卡时间7 7 r 装卡时间是安装和加工完毕卸除工件的工时消耗。其相关因素有主要 有机床类型、装卡方式、工件重量等，这也是难以用数学模型来求解的， 因此装卡时间和与加工紧密相关的辅助时间一样多采用统计分析法和技术 测定法来获得，同时还要考虑到机床类型、装卡方式、工件重量三个因素。 对于使用专用卡具进行装卡的情况，通常要比使用通用卡具节约更多的时 间。例如在车床加工中，通用的装卡方法有：两顶尖装卡、卡盘顶尖装卡、 三爪卡盘装卡、四爪卡盘、主轴芯轴、两顶尖间芯轴装卡、花盘弯板装卡、 花盘压板装卡八种，再根据工件重量的大小，确定用天车或手工装卡，得 到装卡时问。在车外圆工步中，通用的装卡方式是卡盘顶尖装卡，根据工 件的重量，装卡时间一般在0 5 3 0 分钟之问。 3 、工序级辅助时间殛 工序级辅助时间是每道工序中所涉及到的工时消耗，这部分工时消耗 不包括在工步的工时消耗中，因此只在每道工序中计算一次。而且这部分 工时消耗是批量时间，即在每一批次的加工中只计算一次。因此批量越大， 平均到每件上的这部分工时消耗就越少，相反批量越小特别是单件生产， 工时消耗就会很大。根据统计显示在小批生产中这部分时间通常要占到全 部工时定额的一半以上。工序级辅助时间中包括设备调整时间( ，。) 和准 备一终结时间( r 。) ，即： t a = 0 + f 。 ( 2 4 ) ( 1 ) 设备调整时问0 设备调整时问是在每道工序加工之前对机床做调整为加l 做准备的丁 时消耗。例如在车加工工序中，加工前对车床的调整动作有：上落卡盘及 顶尖、换卡盘及顶尖、上落卡具、更换冷却液等。这些动作不定全部都 会涉及，因此需要根据情况选择其中的某些动作。这部分时间消耗也多用 第二章时阃问题的研究 统计分析法和技术测定法获得。 ( 2 ) 准备终结时间t 准备一终结时间是加工者熟悉图纸及加工方法和加工完成收拾工作场 地的【时消耗。其最主要的影响因素是工件被加工的复杂程度，但是这种 复杂程度又千差万别，难以用一个方法进行分析区别，因此我们采用简化 的区分方法。这部分工时消耗的情况更加复杂，常通过经验估计法和类推 比较法获得。例如在车加工中是将工件被加工的复杂程度分成简单件、中 等件、复杂件三种来计算的。 以上三者构成了加工中一道工序的工时定额r ( f 为工序号) ，所以对 于单个零件其工序工时定额的计算公式为： z ：芝b ，+ 玩) + t a n = ! ( 2 5 ) 其中m 是工步数，是工步号，n 为批量。而整个零件的工时定额总 和玎就是各个工序的工时定额之和，即 玎= 7 j ( 月为工序数) 扫l 2 3 3 计算流程 ( 2 6 ) 工时定额的计算以工步为基本单位，计算的是工序的工时定额，一个 零件的总工时就是各个工序的工时定额之和。它不但可以计算一个零件的 工时，也可以计算一批零件的工时。计算从工序的第一个工步开始到最后 一个工步结束，图2 - 2 所示的就是其计算流程图。 第二章时间问题的研究 图2 2 工序工时定额的计算流程图 首先提取零件的信息，如：零件名称、零件图纸代号、材料、尺寸、 重量、批量、工艺信息等，并纪录下图纸代号、重量、材料、批量等与工 时计算相关的信息。再确定要计算的工序，并提取其信息，如：工序号、 工序名、工序图、加工设备及型号、下属工步信息等。 计算过程从该工序的第一个工步开始，首先进行基本时间的计算：根 据第一个工步的内容，确定采用哪种计算方法，通过输入相应的计算参数， 算出基本时间；然后进行与工步相关的辅助动作的选择，根据所选的动作 计算总和，得到与工步紧密相关的辅助时间；再判断工步加工是否需要装 卡，如果需要再进行装卡时间的计算。之后转向下一个工步，重复进行加 工及其相关时间、装卡时间的计算，直至将最后一个工步计算完成。最后 按照零件的被加工难易程度取得准备终结时间，完成对整个工序的计算 。 得到的各个计算结果按照公式( 2 - 5 ) 将各个时间相加得到工序的工时 定额，再按公式( 2 - 6 ) 将计算出的所有工序的工时定额相加就得到了整个 零件的工时定额总和。 意吾 第二章时问问题的研究 2 4 面向j i t 的工时定额系统 2 4 1j i t 生产中工时定额的构成 j i t 生产是一种流水线生产方式，属于批量生产。它与中小企业的非 流水线生产( 或是试制生产) 的情况不同，主要在于：( 1 ) j i t 生产采用 大量专用卡具，装卡时间明显缩短；( 2 ) 受到流水线速度的约束，自然需 要时间被有效控制；( 3 ) 各个加工单元的工序被简化或者具有很大的相似 性，因此设备调整时间被大大压缩，准备终结时间基本被消除。 对比j i t 的批量生产和非流水线的生产，两者工时定额的主要差别在 于除去基本时间之外工时消耗上，尤其是工序级辅助时间，这部分时间随 着生产批量的减小而增加，也就是说批量越小，平均到每件中的工序缴辅 助时间就越大。特别是在单件生产中，这部分时间普遍占到工序工时定额 的大半以上。相反，加工及其相关时问与人为因素的关联性很小，是