【硕士论文】基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 随着现在造船技术的发展 传统以人的经验为主的管理制造模式受到越来越大的挑 战 这种造船模式也跟不上现代船舶发展的需要 特别是在设计上实行 虚拟设计 三维设计 以及 并行工程 之后 以人的加工经验指导生产实际的弊端也就越来越 明显 船舶的制造与设计 管理等诸多因素不能同步 因此对 数字化造船 虚拟造 船 的需求也就越来越强烈 本文是在 数字化造船 背景下 针对目前船舶分段装配已经存在的诸多工艺路线 从中选择出一种最佳的方案来 从而实现工艺路线的优化 这是因为大部分船舶分段的 组装往往有多于一种装配工艺路线 对船舶分段的装配 按照装配程序分有分离装配法 混合装配法和放射装配法 按照装配基准面分有正装法 倒装法和侧装法 所以 对一 个分段的装配 最多能够形成e X G l 种装配工艺路线 那么基于分段的制造工期最短 或者分段制造所需工时最少 或者分段制造的施工难度最低 在所有可能的装配工艺路 线中必定能够选择出最优的一种方案来 具体的做法是 首先 针对某一分段制定所有可能的分段装配标准工艺路线 对制 定好的标准工艺路线根据每一步工序实施数据采集及工况条件记录 其次 对采集的数 据进行同种次因素及同种工况条件下的数据提取 对提取出来的数据进行单一自变量与 因变量的回归 建立回归模型 根据建立的回归模型计算出分段在所有可能的标准装配 工艺路线下的工期 工时 再次 计算出分段装配所有可能的工艺路线下的每条工艺路 线的施工难度 最后 对在所有可能的工艺路线下计算出来的工期 工时和加工难度用 模糊层次分析法 A H P 进行模糊评判 选出最优的装配工艺路线 本文以某船的双层底分段为例进行实例计算 对双层底分段组装可能应用到的六种 方法进行选优验证本方法的可行性 论文在 数字化造船 背景下 船舶分段制造最优 装配方法研究中具有一定的实用价值 并在理论 学术方面也具有一定的意义 关键词 标准工艺路线 工期 工时 工艺优化 网络计划法 双层底分段 大连理工大学硕士学位论文 1绪论 1 1 论文研究背景及意义 企业在市场全球化的今天面临的竞争对手不断增多 企业面临着日益加重的竞争压 力 在市场化的浪潮中 随着产品更新换代速度的加快 交货时间和产品质量较之成本 成为企业参与市场竞争更为重要的手段 制造企业为了在激烈的竞争中获得优势 就必 须不断采用各种新技术和新工艺 这在使制造系统日趋复杂的同时 也使制造过程的复 杂性不断提高 虚拟制造 虚拟装配 数字化制造 等新的理念和技术就是在这种 背景下产生的 数字化制造 是虚拟制造的核心技术之一 所谓的数字化制造 从广义上讲 指将 信息技术用于产品设计 制造以及管理等产品全生命周期中 以达到提高制造效率和质 量 降低制造成本 实现敏捷响应市场的目的所涉及的一系列活动的总称 从狭义上讲 是指将数字化技术用于产品的制造过程 通过信息建模和信息处理来改进制造过程 提 高制造效率和产品质量 降低制造成本所涉及的一系列活动的总称 数字化制造使产品 设计制造由部分定量 部分经验 定性化逐步转向全面数字定量化 形成了系列的基础 理论和关键技术问题 例如 产品信息的数字化表示 制造过程的建模与仿真 数字样 机技术 智能数控技术等 数字化制造技术是庞大的研究领域 数字化制造的内容可由 宏观数字化制造和微观数字化制造的两个方面来描述 宏观数字化制造是指宏观决策 资源优化 市场运作 资金运营等对制造过程具有重大影响的活动 微观数字化制造是 指产品由设计 工艺装配 过程控制到最终产品的全过程 总之 制造正在由部分量化 和部分经验化 定性化逐步转化为由宏观到微观的全面数字定量化 数字化制造不仅要 处理大量的常规工程数据 图形信息和制造过程的物料流 加工流 信息流 以及与制 造相关的其他大量的数据和信息 而且还需收集处理涉及经营 决策 市场 资金 制 造知识 管理维护等大量的全局性 全球性的制造数据和信息 数字化制造是新技术革命驱动的新经济革命的核心 也是将来制造科学与工程的核 心 随着制造业信息化的进程的加快 制造业的智力投入和服务的意识日益增强 面临 激烈的市场竞争 除了千方百计降低成本 提高效率和质量外 提高企业的资源使用效 率和对市场的快速响应能力也是制造业追求的重要目标 但是 就目前产品设计开发的现状来看 大多数企业设计部门只意识到产品的功能 没有意识到产品的装配方法的选优问题 有关产品装配结构及其装配工艺的设计和设计 水平仍然十分落后 装配结构和装配工艺的设计任务主要还是依靠经验丰富的设计师 工艺师来完成 设计周期长 受设计者的知识局限性和主观意识性影响较大 尤其对于 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 复杂船舶产品的装配工艺路线 设计者往往无法将各方面 各层次的问题都考虑进来 通常只能凭借经验来寻求较为合理的装配工艺路线 而这样得到的不一定是装配设计的 最优工艺路线 而且 就耳前主流C A D I 具软件如u G P r o E S o l i dW o r k s 等系统来看 只做到对装配体几何结构设计和简单几何特征之间的干涉关系检验等功能的支持 在 C A P P 系统中 目前也多是针对单个零件制造工艺的设计 对包括产品装配序列规划在内 产品装配工艺设计和分析几乎没有 装配问题导致的费用在大多数制造企业占有很大的 比重 因此 如果合理的分析装配设计问题 研究产品虚拟装配序列规划对企业装配工 艺进行指导 降低产品设计 开发费用具有重要的意义 所以 本文就是基于这个意义 建立 数字化造船 条件下的基于量化分析的船舶分 段制造方法的选优工作 针对目前船舶分段装配已经存在的诸多工艺路线 从中选择出 一种最佳的方案来 这是因为大部分船舶分段的组装往往有多于一种装配工艺路线 对 船舶分段的装配 按照装配程序分有分离装配法 混合装配法和放射装配法 按照装配 基准面分有正装法 倒装法和侧装法 所以 对一个分段的装配最多能够形成C 1 C 1 种 装配工艺路线 基于分段的制造丁期最短 或者分段赘4 造所需工时最少 或者分段制造 的施工难度最低 在所有可能的装配工艺路线中选择出最优的一种方案来 1 2 优化方法的核心技术及其国内外发展的状况 对于分段制造的优化 上海交通大学的陶继东对双层底平直分段肋板开口的七种不 同方式的建造方案进行选优 南京航空航天大学经济与管理学院的张佳春进行了基于 中间产品的造船成本核算与控制研究 文章只是从成本控制角度定性地阐述了船舶建 造工时 物量与作业成本之间的关系 但是对工期因素并没有进行相应的研究 除此之 外 国内外很少有类似方面的论文的出现 所以 本文是第一次以书面形式提出了船舶 分段装配工艺路线选优 在本论文中 笔者是对某一分段建造 从分离装配法 混合装 配法 放射装配法和正装法 倒装法 侧装法可能实现的c 1 G 种装配工艺路线中选 择出最优的一种装配方法组合 本文的具体做法是首先制定某一个分段所有可能的标准 工艺路线 根据制定的标准工艺路线进行工期 工时和主次要影响因素的采集及工况条 件的记录 然后计算出这个分段在所有可能的工艺路线下的施工难度 应用模糊层次分 析法进行分析选优 所以 数据的采集及处理是本文的核心内容 现介绍数据采集与处 理的国内外发展状况 1 2 1 数据采集与处理的国内发展状况 大连理工大学硕士学位论文 研究工序加工的内在数学规律 通过计算制定工时 是制定工时定额的理想方法 针对数学模型法 建立数学模型的方法常用的有选点法 平均待定系数法 复合函数法 和回归分析法等 其中回归分析法建立数学模型的准确度最高 所以在这方面的研究也 比较多 刘刚等人 1 9 9 5 通过对工时定额样本数据利用最小二乘法进行线性逼近研究 提出了线形回归方程 陈国钧 1 9 9 5 提出一种工时定额的稳健估计方法 该方法采用概 率统计方法对实际工时进行统计学分析 比传统方法更能抗异常值的干扰 得出的工时 定额更科学更合理 1 南京航空航天大学的庄长远根据机械加工的特点 提出了相应的 数学模型 从而实现机加工序工时的自动计算 1 傅晓锦 2 0 0 0 通过对切削实验的回 归分析 获得了刀具的耐用度 工件的加工时间和加工表面粗糙度等因素以及相关计算 公式旧 华中理工大学的付斌 2 0 0 0 采用基于知识库的工时定额测算及其置信度分析方 法 进行工时定额的测算 1 西北工业大学的朱历新利用神经网络自学习技术 结合加 工的工艺特性 提出基于神经网络的工时定额技术 1 高俊杰等人 2 0 0 2 利用基于范 例的推理 c G R 和基于知识的推理 K B R 混合推理方法 对工装工时定额进行研究 1 2 2 数据采集与处理的国外发展状况 为了估算中间产品的工时国内外很多学者作了研究日本学者最初提出一元线性回 归模型即产品质量与工时之间建立线性回归模型 由于船舶装配产品工时与多因素产 品质量装配长度产品投影面积相关 1 f l 后来又有学者提出并建立多元线性回归模型 2 1 相比一元线性回归模型多元线性回归在估测精度和适用范围两个方面都有不同程度的 提高 发展到现在 日本一些船厂又建立焊接长度和工时之间的一元线性回归模型 1 3 本文的研究内容 根据对 数字化造船 的关于造船周期的方面的理解 结合船舶某双层底分段建造这 一研究对象 本文的主要研究内容有以下几个方面 1 对船舶分段建造不同方式下工期 工时数据的统计研究 根据本人的研究 任何一种工时统计办法只是在相应的范围内有效 到目前为止 没有一个工时预报的万能方法 本文根据船舶分段建造的特点 提出基于数据库的工期 工时分析预报办法 2 对船舶建造周期确定的研究 以往的研究 往往是简化工艺路线 使得工艺路线仅仅为串行 那么整个建造周期 就是各个工序的用时之和 但在实际的加工过程中 毕竟还有并行 交叉等工序的出现 因此 就要寻找一个行之有效的方法来正确的计算整条工艺路线的周期 3 对船舶分段建造加工难度研究 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 分段的建造 由于建造方法的不同而导致的加工难度往往是不一样的 一个简单的 工艺路线需要低一级的技术工人 而难度大的工艺路线则必须要求高级技术工人来完 成 因此 对加工路线的难度评定也是本文进行研究的主要内容 1 4 本文的章节安排 围绕主要的研究内容 本文章节安排如下 第一章主要对一些基本的概念进行阐述 对论文的提出背景及意义进行描述 除此 之外还对发展的状况进行说明 第二章主要针对论文研究方法的核心内容 分析工期 工时定额的意义及方法 同 时对异常数据的剔除方法进行说明 第三章主要对不同的建造方法及其特点进行说明 提出工期 工时数据采集的办法 数据的分析方法和存储方法 以及加工难度的定义和计算方法 第四章以双层底平直分段的建造为例 分析说明了物量的计算方法和数据分析方 法 以及应用网络计划法对工期的计算 第五章对模糊层次分析法进行了简单说明 第六章对程序的编制进行了说明 同时以双层底平直分段的加工为例进行了计算选 优 本文的结构如图1 1 所示 分段制造方案选优 分段建造工期 工时统计办法 分段建 造工期 确定 分段建 造工时 确定 A H P 法进行分析选优 分段加 工难度 确定 软件的制作 示例演示 图1 1 论文结构 F i g 1 1F r a m eo f m ep a p e r 大连理工大学硕士学位论文 2 工时定额的制定及数据处理方式 在本文的研究中 工时定额是实现工艺优化的基础 它用以计算分段的建造周期 计算分段建造过程中工时消耗 本章着重对工时定额进行研究 2 1 工时定额的意义 2 1 f 工对定额的定义 工时定额 T i m eQ u o t a 是在一定的生产技术和组织条件下制定出来的充分利用 生产设备和工具 合理的组织生产和有效地运用先进经验 完成单件产品生产或单项工 序作业的必要时间消耗 1 5 1 工时定额以时间为度量尺度并且通常以工序为计算单位而制 定工序工时 工时定额 一方面是以时间为单位的劳动定额的基本形式之一 另一方面它又属于 企业管理范畴 是一种以工业生产的作业系统为对象的工业工程学应用技术 主要研究 作业时间的利用与消耗的规律 工时定额研究要涉及心理学 生理学 工效学 行为科 学 经济学 管理学 统计学 系统工程和工程技术等知识和技术 工时定额的研究对 象包括 工艺 流程 自然过程 劳动过程 工序 生产工人 操作和动作 等 工时定 额管理的基本研究内容有以下两点 1 研究在各种不同生产组织和技术条件下工时消耗变化的规律 有科学依据地制 定生产对象的时间定额 2 与方法研究紧密联系 不断地分析由于各种原因引起的工时损失 努力消除无 效工时 或者将无效工时变为有效工时 2 1 2 工时定额的作用 工时定额是企业管理的一项基础性工作 是企业进行科学化 标准化管理的必要手 段 是现代企业管理制度的重要组成部分 其作用主要表现在以下四个方面 1 工时定额是编制企业计划 合理组织生产的基础 企业内的各项计划 如长远计划 产品年度计划 生产作业计划 生产准备计划 工具制造计划 设备维修计划 成本计划等 均以工时定额作为一项重要依据 制定各 项计划都要求先作系统的调查研究 再经过科学地分析和计算 工时定额规定了生产单 位产品或完成某项作业任务的时间消耗量 它是组织各种相互关联的工作在时间上配合 和衔接的依据 只有依据正确的工时定额 企业才能合理的分配设备与劳动力 才能保 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 证企业生产连续地 协调地进行 例如 在准时生产 J u s tI nT i m e J I r 中 要实 现 生产同步化 和 生产平衡化 就必须依据准确 合理的工时定额 此外 评估生产能力 计算生产周期 分析产品的成套性 流水线生产的节奏性和 自动生产线的可能性 进行网络图的设计和时差计算时 也都需要根据工时定额进行具 体计算 2 工时定额是改进生产技术 挖掘劳动潜力 提高生产效率的重要手段 从本质讲 工时定额管理也是效率管理 其主要作用是通过分析影响劳动效率的各 种因素 研究提高劳动效率的途径和措施 制定节约劳动消耗的政策 办法和标准 为 企业编制计划 组织生产 进行成本核算 搞活劳动分配提供科学依据 最终达到提高 经济效益的目的 此外 工时定额管理是组织劳动竞赛充分发挥职工的生产积极性和主 动性不断进行技术革新 节约劳动消耗 不断提高生产效率的重要途径 3 工时定额是企业内部进行成本核算 评价经济效益的重要依据 工时定额是成本控制中劳动消耗的标准最 是生产成本的重要尺度 是成本控制的 重要手段之一 同时还是制定产品价格的客观标准 没有科学合理的工时定额 就无法 组织核算 成本的盈亏也无法衡量 企业的经济效益也就无法度量 4 工时定额是衡量职丁贡献大小 正确贯彻按劳分配原则的必要尺度 工时定额是衡量生产工人劳动效益的客观标准 通过定额统计分析 可以直接反映 出一定时期内 生产工人的劳动消耗量和劳动成果的大小 同时能反映出生产工人的劳 动技能和劳动状况 因此 依据工时定额完成情况支付工资奖金 是贯彻按劳分配原则 的最佳尺度 2 2 工时消耗的分类 工时消耗是指工人在一个工作班内从事生产及各项活动的时间消耗 7 o 工时消耗 分类就是对劳动者在整个工作班内所消耗的时间 根据其性质 范围 作用及当时的情 况明确地进行划分 以便作为迸一步分析研究的根据 从而制定工时定额或改进组织等 对工时消耗分类研究 是为了了解工人在工作班内工时消耗的实际情况 掌握工时消耗 的构成 发现工时浪费的现象 找出工时损失的原因 以便采取措施减少不必要的工时 消耗 而且还可以发现和总结先进工作者在工时利用方面的先进经验 从而为制定先进 合理的定额提供充分的科学依据 工时消耗的分类 首先应该符合制定工时定额的目的 所以分类应提供完全符合时间定额组成部分的各类工时的结构 其次 应按照工时消耗 的一定特点来明确规定工时的种类 使整个工作及其各类工时消耗 都能根据这种特点 一6 大连理工大学硕士学位论文 进行划分 并归入适当的类别之中 再次 工时消耗的分类应该有助于对各种工时消耗 的必要性与恰当性作正确的判断 最后 工时消耗分类必须能够显示出整个工作日中各 类工作结构之间的相互关系及其比重 以便结算与分析各类工时 我国工业企业中现行的工时消耗分类方法 是借鉴了5 0 年代苏联企业中工时消耗的 分类方法 虽然从应用实践来看 这种工时消耗分类的原则与方法基本上符合于我国工 业企业实际 已经为企业劳动定额人员和工人所熟悉 并且已在企业管理中加以应用 但是 现行工时消耗分类方还是存在不合理之处的l l 参考现在国际上比较流行的方法 我们把工时的分类按照图2 1 进行 工时定额 宽放时问 生产宽放时间 偶发宽放时问 l 操作宽放时阃 l 机器干扰时间 准备与结束时间 图2 1 I 时消耗分类方法 F i g 2 1C a t e g o r yo f m a n h o u ra s s e m b l y 1 作业时间 作业时间 是指与完成作业任务直接相关的工作时间 是完成工作任务的正常工时 消耗 分为基本作业时间和辅助作业时间 2 宽放时间 宽放时间 是操作者在作业中 因个人私事需要暂停工作 因疲劳需要休息 或组 织管理不善而造成的迟延与等待时何等的总称 它与生产过程间接相关 是维持正常生 产所必不可少的 宽放时问 主要受到工艺条件 工作条件 管理情况 以及工作繁重 问问 闻问 时时 问时时动业问时要限并作时叉需宽手动叉交人劳机手交非个疲 r r L 问 问 问 时 时 时 业 业 放 作 作 宽 本 助 人 基 辅 个 问时 业 阼 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 程度和劳动危险性等非量化因索的影响 不同企业或者不同作业的宽放时间是有很大差 异的 宽放时间 一般是以对比于作业时何的百分比系数的形式进行规定的 确定标准 宽放系数的主要方法是工作日写实和工作抽样法 即通过对整个工作日工时利用的观测 和分析 以得到合理的工时宽放系数1 1 9 1 一般情况下 设备情况越好 工艺条件越先进 管理水平越高 宽放时间的比例越低 否则越高 在实际运用中还可以根据操作者的姿 势 工作环境等给予不同的宽放时阃 宽放还可以根据实际情况来选用 并非所有的都 要计算 个人宽放时间 个人宽放时间只是因为工人的原因而给予放宽工时 它又可以细分为 生理宽放时 间 和 疲劳宽放时间 a 生理宽放时间 生理宽放时间并不是影响正常作业时间的因素 而是保证工人工作舒适所必需的时 间 换句话说 生理宽放时间并不影响作业本身 而是对操作者有直接影响 影响生理 宽放时间的最大决定因素为工作条件和工作等级 b 疲劳宽放时间 疲劳宽放时间与个人需要宽放时间有密切关系 这是宽放时问中最复杂 最重要 也是最有争议的问题 因为疲劳宽放时间主要应用于体力工作中 它的确定几乎完全依 靠经验 生产放宽时间 生产宽放时间是指依据生产组织情况而给予的宽放时间 它大致可以分为三类 操 作宽放时间 偶发宽放时间及机器干扰宽放时间 所谓操作宽放时间 是指在整个操作过程中 不是由于操作者的过失 而是因为他 所从事的工作特性或操作程序 而发生的不可避免的停顿 例如 工人搬运原材料 零 件 修磨刀具 堆放零件 由仓库领取零件及物料 更换工具 设备 清除切屑 挑剔 次品 将工件由一工作地移至另一工作地 工具 设备的检查和调整等 偶发宽放时问 是指在工人工作中 随机发生的 维持正常生产所必需的宽放时间 偶发宽放时间可分为两类 一种是现场偶发宽放时间 如工作前的清扫 机器的清 洁 工具的润滑等 另一种是管理宽放时问 例如领工作单 填写工作报告 阅读操作 要领说明等 确定偶发宽放时间 特别需要采用工作抽样法 以决定它的适当比率 大连理工大学硕士学位论文 机器干扰宽放时间是指机器由于设备故障而导致的时间消耗 它与工厂的加工设备 有关 3 准备与结束时间 准备与结束与作业工作量无关 而与产品品种和零件类型有关 通常 需要把准备 结束时问平摊到单件工时定额中 但是它却于宽放时间无关 也就是说 宽放时间系数 仅仅是作业时间的百分比 4 工时定额的构成 先由估算法 查表法 数学模型法等方法计算出基本的作业时间 然后再依据宽放 系数和作业时间计算出各种宽放时间 最后 作业时间加上各种必需的宽放时间和平均 准备与结束时间 就等于标准时间 即工时定额 单件工时定额的计算公式 2 1 下下 r 2 靠业 敷 连产2 业 1 K 宣被 违产 2 J 其中 r 为工时定额值 珞业为作业工时 髓为总的宽放工时 磊结为准备与结 束时间 Q 为生产批量 K 宽放宽放时问所对应的总的宽放百分比系数 一般而言 当生产类型为大量生产或瑶结比较小时 结 Q 通常忽略 不计入单 件工时定额 2 3 工时定额的制定方法 工时定额的制定方法大体上有五种 经验估计法 统计分析法 类推比较法 技术定 额法和工作研究法 1 经验估计法 经验估计法是由定额人员 技术人员和老工人相结合 根据生产实践经验 依照产 品实物和有关的技术资料 考虑到所使用的设备 工艺装备 原材料及其他生产技术组 织条件 对产品的劳动消耗量直接进行估算的一种方法 2 统计分析法 统计分析法是根据过去生产的同类型产品 或零件 工序的实耗工时的原始记录和 统计资料 在整理和分析研究的基础上 结合现实 并考虑到今后企业生产技术组织条 件的变化 制定定额的一种方法 对于生产条件比较正常 产品比较稳定 产品结构比 较简单 原始记录和统计资料比较健全的企业 均可采用这种方法制定或修订定额 3 类推比较法 类推比较法 又称为典型定额法 是根据同类型产品的典型零件 典型工序的定额 或定额标准 进行分析比较后 制定和修订定额的方法 采用这种方法时 首先要把产 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 品的结构和工艺上相同或相似的零件或工序进行归类分组 然后从各组中 分别选择具 有代表性的零件或工序作为典型 运用经验估法 统计分析 技术测定等方法 确定出 典型零件或工序的定额或定额标准 并以此为依据 推算出另一种产品的工时定额 4 技术定额法 技术定额法 也称为技术分析法 是工作研究内容的一部分 通过调查现场 分析 作业的结构 影响因素 设计出合理的作业结构 拟订组织技术措施 最后确定先进合 理的定额 5 工作研究法 工作研究法制定工时定额 来源于美国的 工作研究 该方法一直为许多国家的企 业界所重视 在国外企业得到了广泛应用 并取得了较好的技术效果和经济效益 但是 目前在国内却很少应用 工作研究法 则是以普通 平均 工人为标准 选择适当的方法 研究和时间研究技术 对生产过程 生产作业及劳动动作进行科学研究与分析 以便制 定最优的生产程序和工作方法 并确定标准时间的方法 工作研究 W o r kS t u d y 又名动作与时间研究 M o t i o na n dT i m eS t u d y 在国内 也称作 现代劳动定额学 它是以作业系统为对象的工业工程学 包括方法研究 M o t i o n S t u d y 与时间研究 T i m eS t u d y 方法研究要研究如何减少作业的 T 作量 而时间研 究则要研究如何减少无效时间 并且以方法研究所确定的工作量为基础 进一步制定该 项作业的标准时间 S t a n d a r dT i m e 也即工时定额 T i m eQ u o t a 方法研究和时间研究都是由多种技术所组成的 方法研究包括程序分析 P r o g r a m A n a l y z i n g 作业分析 T a s kA n a l y z i n g 和动作分析 M o t i o nA n a l y z i n g 等三种技术 而时问研究 则包括秒表时间研究 S t o p w a t c hS t u d y 工作日写实 w o r kr e c o r d 预定时间标准法 P r e d e t e r m i n e d T i m e S t a n d a r d 简称F T S 法 标准数据法 S h a r d D a t a 和工作抽查法 W o r kS a m p l i n g 等六种技术 其中 工作日写实法也可以称作生产研 究 方法研究虽然一般应在时间研究之前 但为了确定在什么地方要发生无效时间及其 程度如何 以便在方法研究之前就采取措施 予以消除 因此 经常需要先采用时间研 究某种技术 如工作抽查法或工作日写实等 目前 工时定额的主要研究技术如表2 1 所示 大连理工大学硕士学位论文 表2 1 工时定额的主要研究技术 T a b 2 1M e t h o d so f m a n h o u ra s s e m b l yr e s e a r c h 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 2 4 标准数据概述 2 4 1 标准数据的基本概念 所谓标准数据 就是根据一定生产技术组织条件 用加工工艺的各种作业要素等规定 的工时消耗标准 来制定零件或工序时间定额的依据 在工作研究之后 一般都要将研究成果转化为工时定额标准资料而积累起来 而基 于标准数据法的定额测算 是较为准确 实用的预先制定工时定额的测算方式 2 4 2 标准数据的主要分类 1 以代表性产品 或零件 为对象的标准 在同类产品中选择代表性产品并结合典型生产技术组织条件制定的标准数据 反映 为产品或者零件 部件的时间定额 这类标准适用于量大面广 组成零件少 加工工序 比较简单的产品 如电子产品 中小型电机 自行车 缝纫机等 2 以典型劳动对象为对象的标准 按编制标准数据的时象进行分类 加工制造q k 的生产作业基本单位是 T 序 工序下面又分为工步 操作 动作等 因 此 这类标准可按典型工序 工步 操作等分别编制 a 工序标准一以工序为对象而制定的时间标准 标准中规定了完成生产作业的 伞部工时消耗 包括作业时间及其他宽限时间 同时应标明编制标准数据的牛产技术组 织条件 这类标准运用于工序作业内容不复杂或者比较稳定的场合 例如机械加工中部 分热加工工种 齿轮加工 磨床加工 拉床加工等 b 工步标准一以工步为对象而制定的时间标准 这类标准数据综合了加工工步 有关的全部工时消耗 包括基本时间与工步辅助时间 以及必要的宽限时间 它是用于 工序内容比较复杂多变的工种 因此 用在机械加工一些加工内容比较复杂的工作上 如车 铣 刨等工序中用的比较普遍 C 操作标准一以操作为对象制定的时问标准 例如 装夹工件 测量工件 操 纵机器设备的各种操作活动等 这类标准数据反映各种操作在不同情况下的工时消耗 直接使用操作标准制定工序定额是比较省事的 按标准的形式进行分类 乱定额标准线图 大连理工大学硕士学位论文 定额标准线图 就是反映影响因素和工时消耗变化规律的二维线图 通常以坐标的 纵轴表示工时消耗 横轴表示响应时间消耗的因素 定额标准线图是根据时间研究的原 始数据绘制的 图中的曲线 或直线 表示影响因素和工时消耗之间的函数关系 b 定额标准公式 定额标准公式 是依据生产经验 加工原理 或者历史数据分析结果所建立的 用 于表示工时消耗与主要影响因素之间数量依存关系的数学函数 c 定额标准表格 所谓定额标准表格 就是用来反映生产作业或制造产品工时消耗数据的表格 在实 际应用中 这是最为普遍的形式 前面所述两种定额标准形式 经常是在编制定额标准 表格时对原始数据进行整理分析的工具 或者作为定额标准表格的补充或过渡形式 2 5 典型分段加工工时定额标准制定技术 现在工时定额的方法有很多 但是到目前为止还没有找到一个对所有的工时定额都 有效的方法 虽然也有有关船舶分段建造的工时消耗标准 但是不同的生产条件其差异 比较大 所以从某种意义上来说 工时消耗标准只能起到一定的参考作用 本文的研究 就是对某一分段的不同的建造方法按照建造方法和工序建立相应的数据库 直接调用相 应的建造方式之下的数据 这样 就可以得到其建造方式之下的准确数据 通过研究发现 工种不同 影响工序工时定额的因素也不同 其计算方法也不同 通常主要有以下几类 1 对于以焊接为代表的一类工序 在工厂生产能力一定的情况下 加工部位的 尺寸信息是影响工序工时定额的主要因素 钢板的厚度 焊脚大小和焊缝的长度决定着 焊接的工时消耗 为了达到最好的预报效果 我们以不同尺寸的加工厚度分别建立相应 的回归方程 通过回归得到的方程作为该类工序的预报依据 2 对于定位一类的工序 一般而言定位长度和定位件的高度等信息决定了工时 消耗 3 对于起重等 类的工序 不同的工序其影响因素也不同 对于拼板等工序 其影响因素为板的投影面积 而对于分段的翻身 往往取决于重量 所以 也要根据工 序建立相应的数据采集方法 2 6 异常数据的剔除咖 2 6 1工时定额异常数据处理 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 在数据采集的过程中 测量数据包含随机误差和系统误差是正常的 只要误差值不 超出允许范围 所得结果就应接受 而粗大误差超出了正常的误差分布范围 对测量结 果造成歪曲 因此包含有租大误差的数据是不正常的 应剔除不用 2 6 2 异常数据的形成 任意一个测量数据都含有测量误差 并服从某一分布 它使一组测量结果有一定 的分散性 异常数据的产生 也是有多方面的原因 1 主观因素 测量者缺乏经验操作不当 工作责任感不强 工作过于疲劳 测 量时不小心 不仔细等 从而造成了错误的读数或错误的一记录等 这是产生异常数据 的主要原因 2 客观因素 如测量条件意外地改变 如设备的更新 工艺的改进 技术的发展 等 引起工序的实际加工时间的明显变化 2 6 3 异常数据判定准则 由于实际工时定额在一定条彳牛下有一定极限范围 若反馈的实际加 T 时问的个别值 明显偏离 则很可能是异常数据 我们总可以从一定的概率意义去判断它是否己存在测 量值之中 常用的准则有 莱以特准则 格罗布斯准则 罗曼诺夫斯基准则和狄克松准 则 其摹本方法是做出相应于某一数据的统计量 当该统计量超出一定范围 则认为相 应的测量数据不服从正常分布而属异常数据 显然 为做出统计判断 应给出系列的测量结果 所作的判断自然是具有一定概率 的结果 而并非 绝对 可靠 1 莱以特 P a f i m a 准则 对某量进行n 次等精度的重复测量 得而 而 矗 若某一数据 相应的残差咋满 足下式条件 则认为以含粗大误差 属异常数据 应剔除 I 唯I l 气一x I 3 s 2 2 其中 为西 屯 的算术平均值 妫测量标准差的估计量 这就是莱以特准则 亦称为3 口准则 这一准则在测量数据较少时可靠性差 特别 是 当采用贝塞尔公式计算测量标准差翊寸 若疗 l O 则对任意数据x j 恒有 I l I 而一x l s 3 s i l 2 n 2 3 此时该准则无效 大连理工大学硕士学位论文 另外 当测量次数厕 同时 v I 超出 3 盯的概率是不同的 而该准则没有考虑这一 差别 也没有区别对可靠性的不同要求 因而是比较粗糙的 2 格罗布斯 G r u b b s 准则 对某量进行欲重复测量 得而 而 毛 设测量误差服从正常分布 若某数据以满 足下式 则认为吒含有粗大误差 应剔除 鼬 掣 照 由 2 4 其中 g l 为数据 的统计量 即 l 唯l s k l 2 栉 飘 为统计量孙 的临界值 它依测量次数圾显著度口而定 其值查阅相关的文献 口为显著度 为判断出现错误 的概率 口值依具体问题选择 即当以满足式上式 但不含粗大误差的概率为 f 单 1 仁s L 4 j 这就是格罗布斯准则 该准则克服了莱以特准则的缺陷 在概率意义上给出较为严 谨的结果 被认为是较好的判断准则 3 罗曼诺夫斯基准则 当测量次数较少时 按t 分布的实际误差分布范围来判别粗大误差较为合理 罗曼 诺夫斯基准则又称t 检验准则 其特点是首先剔除一个可疑的测得值 然后按t 分布检验 被剔除的测量值是否含有粗大误差 4 狄克逊 D i x o n 准则 对某量进行献重复测量 得而 屯 毛 设测量误差服从正态分布 按数值大小 进行排列为1 气 气 1 为检验孙 作统计量 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 勘2 竽 押 7 簟川一酋日 笋 8 娜l o 蕾删一气q 笋 1 1 娜1 3 气 哪一1 日 导要 I 蒯4 鼍删一 2 6 选定显著度口查得该统计量的临界值h 若满足1 则认为 含有粗大 误差 应舍弃 同样 为检验1 帕 作统计量 s 力 8 s l 砷 1 l 刀 l 习 t 一 均 2 7 若满足 僦 则认为 含有粗大误差 应剔除 应注意 当剔除一个数据后 应按所余顺序量计算统计量 再检验另一可疑数据 狄克松准则也具有较好的使用效果 因无须计算标准差 计算简便 大连理工大学硕士学位论文 3 工艺标准化及数据分析模式 3 1分段装配方法简介 船舶分段装配 在不同的工厂因为自己的加工设备因素 现场工程师的经验因素等 往往在不同区域有着不同的装配习惯 对于装配方法 按照装配程序分有分离装配法 混合装配法和放射装配法 按照装配基准面分有正装法 倒装法和侧装法 2 2 1 下面是对 各种方法的介绍 3 1 1 按照装配程序分类 表3 1 按照装配程序分的分段建造方法 T a b 3 1A s s e m b l es e q u e n c eo f h u l lb l o c kb a s e do na s s e m b l i n gs e q u e n c e 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 3 1 2 按照装配基准面分类 表3 2 按照装配基准面分的分段建造方法 T a b 3 2A s s e m b l es e q u e n c eo f h u l b l o c kb a s e do l lb o u n d a r yf a c eo f m a t i n gf e a t u r e 3 2 工艺设计标准化内容 3 2 I 引言 船舶建造的分段比较多 往往有上百个 我们无法对这么多的分段逐个建立建造工 艺路线和工时统计模型 那么这就需要一种方法 以最少的模型建造数建立最多数量的 分段工艺和工时信息 这就需要建立工艺标准化的模型 工艺设计标准化应统一相同 相似零部件的工艺设计 并进行简化和优化 其目标 是为了提高产品质量的保证度 提高机械加工的效率 提高工艺设计的工作效率 缩短 大连理工大学硕士学位论文 工艺准备周期 为成组及单元加工 组织F I c 刚s 提供工艺信息 为C A P P 提供理论基 础和实践方法 为组织生产包括实施E R P 提供优化规范的工艺信息 工艺设计标准化的范围包括工艺路线设计的标准化 工艺规程的标准化 材料定额 的标准化 工时定额计算的标准化 工装设计的标准化等 工艺路线的标准规范包括钢料的选择和制造 零件的热处理规范 零件加工分类条 件 外协作技术条件等 是在零件的性质与工艺路线变化进行归纳 整理的基础上实现 的 工艺规程的标准化包括加工路线标准 工序标准 加工方法标准 设备类型 装夹 方法及工艺装备的选择标准 加工方法与加工精度的选择标准 加工余量的选择标准 焊料的选择标准 焊脚的选择标准以及工艺规程中使用代码的标准等 3 2 2 工艺设计标准化原则 制定工艺标准化方案的基本原则恻 1 运用成组技术与标准化技术的主要原理相似性 2 运用成组技术的分类分组方法 3 运用标准化技术的优化 简化 统一 协调的原则 4 从要素标准化开始 逐级向上发展 5 采用模块化技术和积木化技术 3 2 3 工艺规程内容标准化 工艺规程是企业组织生产的重要技术条件 是将产品设计信息转化成制造信息 组 织生产的依据 是产品设计与生产制造的桥梁 是指导工人生产操作和企业组织生产的 依据 内容包括毛坯方法的选择 工艺基准的选择 加工方法的选择 加工路线的选择 设备类型和规格的选择 工艺装备的选择 加工余量的选择 加工精度的选择 切削余 量的选择 劳动定额的选择等 工艺规程内容的标准化包括加工路线标准 工序标准 加工方法标准 机床类型和规格的选择标准 装夹方法与工艺装备的选择标准 加工方 法和加工精度的选择标准 加工余量的选择标准 焊料的选择标准 焊脚选择标准以及 工艺规程中使用代码的标准等洲 3 2 4 典型工序制定技术 工序的标准化是基于工艺标准化的工时定额制定技术的立足点 工序的标准化是在 典型工艺 成组工艺的基础上 考虑工序组的典型性 形成典型工序 典型工序中要求 每一工序具有典型性 而且典型工序具有最优的工艺路线 这对制定典型工序的工时定 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 额标准具有重要意义 典型工序形成方法技术评定法 成组技术形成法等 其中技术评 定法由技术人员手工完成 对人的技术要求比较高 随着计算机辅助技术与成组技术的 发展 成组技术形成法成为形成典型工序的主要方法 I 典型工艺的形成 零件的工艺规程是由零件的形状 结构尺寸 精度等决定 要掌握成千上万变化零 件 必须依靠以相似性为原理的成组技术 通过相似性分析将零件分类成组 对零件及 其工艺的规律进行分析和归纳 从而找出变化规律 典型工艺是根据苏联学者A I I 索 科洛夫斯基提出的工艺典型化原理 以结构功能相同的同类零件为对象的 使结构形状 尺寸 精度等分类标志相同的零件构成零件型 使同一零件型的工艺过程典型化 便得 到具有相同工序顺序和工序内容的典型工艺 典型工艺着眼点使零件的整个工艺过程的 标准化 但因能符合同类型零件要求的具体零件数量并不多 所以造成零件类型较多 只适应于产品品种和零件结构形状比较稳定 批量较大的场合 2 成组工艺的形成 为了克服典型工艺的缺点 提出了成组工艺 成组工艺着眼于缩小工艺标准化的范 围 从构成零件工艺过程的一道道工序出发 使工序实现标准化 复合零件法是利用一种拥有同组零件全部待加工的表面要素的复合零件来设 计成组工艺的方法 按复合零件法设计的成组工艺 包含了加丁零件组内所有零件 只 需从成组工艺中删除某一零件没有用到的工序或工步 便形成该零件的加工工艺 复合路线法是在零件分类成组的基础上 形成包括零件组中所有零件加工路线 的成组工艺 克服了复合零件法的缺点 3 典型工序的形成 由于船舶行业的特有的工艺特性 对于某一个分段的组装 其工艺保持长久的不变 性 并且 不同类型的船舶的同一部位分段的建造 其工艺路线也保持相似或相同性 也就为实施制定典型工艺创造了条件 工序相似性分析 典型工艺 成组工艺等传统的标准化技术 是遵循客观存在的零件相似性的标准化 原理 这是合理的 没有客观上的相似性 要研究入围因素众多的工艺规程 操作方法 的标准化是很困难的 由于典型工艺规程编制依赖操作人员的经验 缺乏严格的科学方 法 所以不便于操作 只适用于相似性较高的情况 早期的成组工艺比典型工艺有了较 大的改进 研究了一系列比较科学的方法 但由于没有对工艺规程的内容 组成 结构 大连理工大学硕士学位论文 进行详细的分析 把工艺的相似性的利用局限于零件组的范围内 组与组之问的相似性 没有充分利用 所以没有解决工艺规程 操作方法的统一 也达不到全面的标准化 在传统的典型工艺 成组工艺的基础上 深入研究典型工艺间的工序相似性 形成 典型工序 一个零件总是由主体形状和各种局部形状组合而成 其工艺也是由加工主体 形状的主体加工工序和加工局部结构的要素加工工序所组成 按成组技术的工艺相似性分析 一个分组的分段的结构要素都是一样的 比如此船 的甲板分段和彼船的甲板分段并不会有太大的差异 由于分段的划分受制于工厂内的生 产条件 所以对于分段的几何形状 尺寸 精度 及技术要求由于是相似的 根据复合 零件法或复合路线法可以构成一个复合工艺 组中每一个分段的具体工艺都包括在复合 工艺内 按成组技术相似性的分析 分段在分类分组后 相似性得到了控制 在同一类 一组的工序内容上 由于分段的相似性 其工序也具有相似性 标准工艺路线的制定 标准工艺路线 P O S P r o c e s so f S t a n d a r d 是利用成组技术对工序的分类成组方法 和利用工作研究方法优化典型工艺路线中的每 T 序而形成的工艺路线 现在船厂采用 的工艺技术 大都是几十年的生产工艺的沉淀 对单种装配方法而言 业已达到了最优 那么我们就以这些单种装配方法为基础 制定单种装配方法的标准工艺路线 对于某一 个分段的装配 对其在不同的装配方法之下 都要制定相应的标准工艺路线 如图3 1 所示 一旦一条工艺路线被选择进行生产指导 就必须严格按照选定的工艺路线执行 图3 1 船体分段不同装配条件下的典型工艺制定 F 皓3 1T y p i c a la s s e m b l ep r o c e s so f h u nb l o c k 我们的任务就是在这众多的装配方法中找出最适合本厂的装配方式 典型工艺举例 基于量化分析的船体分段制造工艺优化研究 以下是双层底分段正装法的装配工艺路线 在程序的编写中 将其存放于数据库 为 本文以后的按照工艺进行时间统计进行技术支持 双层底平直分段正装顺序装配法的工艺路线如下所示 外板拼板 梳状马固定 拼板焊接 构架划线 纵骨安装 定位 纵骨焊接 纵桁安装 定位 纵桁焊接下肋板安装 定位T 装内底板 部分角焊缝 L 呻焊接 一 划出分段定位 检查线 初步测量 离胎 翻身 封底焊 翻身运出 L 啼割胎 J 3 3 数据分析 合理的生产计划是提高船舶制造生产率的前提 产品工时数据是合理地制定生产计划 的基础 装配产品工时估算模型的建立是为了提供对装配工时规律的认识 一个好的模型 不仅戍该能够反映出实际的装配工时的影响因素并对其相互关系做出正确精密的表达 更 重要的是它对庞大数据处理能力的可行性 我们建立的数学模型 不仅要成功的预报将要消耗掉的工时 更重要的是要使得这种 预报变为可行 到目前为止 大多数日本船厂采用焊接参数长度作为估计工作量的参数 进行一元线性回归 这样做的意义在于数据的采集简单 采用一元线性回归作为工时预 报的建模基础世界上大多数先进船厂采用这种管理量 目前我国很多船厂业已引进 T R I B O N 软件 在装配计划模块该软件定义了各制造级的阶段类型的工艺属性 能提供零 件形状特性和装配特性通 对参数的处理可得到装配长度或焊接长度 由于本文的模型的建立是基于工艺标准化的数学模型 也就是说 对于工艺路线的每 一个工序都要建立其相应的数学模型 这也就使得对工时的消耗有一定的可预报性 对 于焊接部分的工艺 比如肋骨的定位 装配和焊接部分 建立焊接长度和工时之间的线 性回归 而对于非焊接部分 比如拼板 翻身等 就根据实际情况建立重量或者投影面 积之间的一元回归 3 3 1 线性回归模型的可行性分析 根据本文以上的分析 装配工时定额的确定是应用回归方法建立产品参量与装配工 时之间的数学回归模型 表3 3 所列的数据为在船厂中随机提取的拼板焊接时产品的特 征数据及产品的作业用时数据 盔垄坚查塑主兰垡堡奎 表3 3 样本原始特征工时数据 T a b 3 3C h a r a c t e r m a n h o u rd a t eo f s a m p l e s 对于数据的分析 本文根据工时的发生机理 参考以往的模型分析方法 选择1 i n e a r 直线型 l o g a r i t h m i c