利用變形棧及VBA快速進(jìn)行大型電子設(shè)備成本分析

關(guān)堂新

摘要：文章討論了了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹及VBA在產(chǎn)品數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用。文章基于結(jié)構(gòu)樹的層次結(jié)構(gòu)，提出了變形棧算法。首先，對(duì)結(jié)構(gòu)樹報(bào)表進(jìn)行層次標(biāo)識(shí)；其次，在標(biāo)識(shí)的基礎(chǔ)上構(gòu)造出一個(gè)變形棧，用于保留歷史層級(jí)的數(shù)據(jù)，在計(jì)算時(shí)僅回溯棧，大大簡化了計(jì)算。文中利用某大型雷達(dá)的結(jié)構(gòu)對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證。最后，給出了該算法的應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)樹；VBA；變形棧統(tǒng)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）27-0207-02

大型電子設(shè)備的研制生產(chǎn)是一個(gè)大型團(tuán)隊(duì)的協(xié)同過程。大型電子設(shè)備是按系統(tǒng)[1]與分系統(tǒng)組織的，每個(gè)分系統(tǒng)由一個(gè)分團(tuán)隊(duì)完成，每個(gè)分系統(tǒng)中又由部件組成，每個(gè)部件又由元器件組成。由于項(xiàng)目設(shè)計(jì)的繼承性要求，每個(gè)部件又有可能包含若干子部件甚至是分系統(tǒng)。這種嵌套性往往很深。

大型電子設(shè)備的物理形態(tài)是結(jié)構(gòu)樹。結(jié)構(gòu)樹在產(chǎn)品生產(chǎn)的物料準(zhǔn)備、工藝準(zhǔn)備、人員分配中起著基礎(chǔ)的作用。

1 大型電子設(shè)備結(jié)構(gòu)樹特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)樹，又稱產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹（Product Structure Tree， PST）[2]，是描述某一產(chǎn)品的物料組成及各部分文件組成的層次結(jié)構(gòu)樹狀圖，是PDM（Product Data Management）、BOM（Bill of Material）及ERP（Enterprise Resource Plan）的基礎(chǔ)[3]。大型電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)樹相當(dāng)復(fù)雜。

首先，大型電子設(shè)備的元器件往往多達(dá)幾萬個(gè)甚至是十幾萬個(gè)。另外，大型電子設(shè)備的元器件種類也很多。

其次，大型電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)樹層次多樣。結(jié)構(gòu)樹是一種樹狀的層次結(jié)構(gòu)。

最后，結(jié)構(gòu)樹與電子設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)是緊密聯(lián)系的。結(jié)構(gòu)樹上的各個(gè)樹葉、節(jié)點(diǎn)是的順序關(guān)系、包含關(guān)系、數(shù)量、具體功能等均不可改變。

2 PDM系統(tǒng)中特殊性需求分析

大型的企業(yè)級(jí)的產(chǎn)品管理一般是PDM，CAPP及ERP等相互協(xié)調(diào)共同配合完成的。主要功能是由專用程序?qū)崿F(xiàn)的。實(shí)際上，客戶對(duì)PDM及結(jié)構(gòu)樹的使用需求是多種多樣的，很難用一個(gè)固定的軟件全部實(shí)現(xiàn)。

產(chǎn)品的管理需求是多種多樣的，時(shí)時(shí)變化的；有些需求是極為特殊的。因此，電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者、維護(hù)者應(yīng)基于PDM、ERP基礎(chǔ)，特別是結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行二次開發(fā)，解決產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售過程中的各種個(gè)案問題。

3 利用VBA和結(jié)構(gòu)樹實(shí)現(xiàn)特殊需求

在現(xiàn)有PDM系統(tǒng)中均支持統(tǒng)計(jì)報(bào)表的輸出。因此，二次開發(fā)者可以基于統(tǒng)計(jì)報(bào)表進(jìn)行分析。如現(xiàn)有的PDM都支持Excel報(bào)表輸出的方式。這就為我們提供了一個(gè)可以進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)特定功能的接口。

VBA（Visual Basic for Applications）是微軟開發(fā)出來的在其桌面應(yīng)用程序中執(zhí)行通用的自動(dòng)化（OLE）編程語言。VBA主要作用是擴(kuò)展Windows應(yīng)用程序的功能，可以快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯，大大提升了Excel等的數(shù)據(jù)處理能力，滿足工作中的特殊要求。

VBA是VB的子集，是面向?qū)ο蟮木幊谭椒ㄔ贠ffice上的實(shí)現(xiàn)。Office中所有的組件都進(jìn)行了面向?qū)ο蟮姆庋b。其中所有的組件及其功能都可以用VBA對(duì)象實(shí)現(xiàn)。

大型電子設(shè)備的每個(gè)子設(shè)備處于結(jié)構(gòu)樹的節(jié)點(diǎn)或葉子上。在組織生產(chǎn)上，需要做的工作是審核每個(gè)子設(shè)備的物料是否齊備，需要統(tǒng)計(jì)出各個(gè)設(shè)備的加工時(shí)間及整機(jī)的齊套時(shí)間；在成本分析上，需要統(tǒng)計(jì)出每個(gè)子設(shè)備的成本，需要統(tǒng)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)的成本；在對(duì)外報(bào)價(jià)上需要給出每個(gè)器件的價(jià)格組成、利潤率等。因而，根據(jù)需要，對(duì)結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行相應(yīng)的分析是極為重要的。

我們可以將特定產(chǎn)品或設(shè)備的結(jié)構(gòu)樹生成報(bào)表，并可下載到本地。利用VBA處理報(bào)表，可對(duì)結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行針對(duì)性、輕型化的、及時(shí)分析。

4 利用VBA和結(jié)構(gòu)樹統(tǒng)計(jì)某型雷達(dá)元器件數(shù)量及費(fèi)用

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的分析基礎(chǔ)性工作是各組成器件的數(shù)量統(tǒng)計(jì)。圖1為某型雷達(dá)的結(jié)構(gòu)樹報(bào)表（局部）。報(bào)表的第一列為器材的標(biāo)識(shí)，第二列為器材的技術(shù)狀態(tài)，第三列為型號(hào)或規(guī)格（外購件），第四列則為該型器材的數(shù)量。

在組織生產(chǎn)時(shí)，如果要制造一套散熱器模塊，需要備料的數(shù)量是[1×25×4×5=500]只，散熱模塊器的僅有4層嵌套。

結(jié)構(gòu)樹為樹型邏輯，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中對(duì)樹的遍歷算法。在此，還需要對(duì)其進(jìn)行改造方可以使用，改造的原則是模擬人工統(tǒng)計(jì)的流程。

基于人工的統(tǒng)計(jì)算法如下：

1） 順序訪問第一條記錄，記下裝入的數(shù)量；

2） 分析出該條記錄所處的層級(jí)；

3） 向上回溯，直到需要統(tǒng)計(jì)的層級(jí)（如當(dāng)前為四級(jí)，則需要向上向三、二、一級(jí)回溯），記下各層級(jí)的裝入數(shù)量；

4） 將回溯的裝入數(shù)量與本級(jí)別數(shù)量的依次乘起來，作為本級(jí)元器件的備料數(shù)；

5） 移向下一條記錄，重復(fù)1）～4）步，直到全部結(jié)束。

有的產(chǎn)品有多達(dá)十幾層嵌套。本產(chǎn)品中有30000多個(gè)器件（記錄），按每個(gè)記錄平均4層嵌套計(jì)算，則整機(jī)統(tǒng)計(jì)要做120000次乘法。不僅是乘法，統(tǒng)計(jì)過程還須進(jìn)行遞歸處理，這將是一個(gè)極大的工作負(fù)擔(dān)。因此，需要進(jìn)行自動(dòng)化處理。

為了方便報(bào)表的VBA自動(dòng)化處理，可先對(duì)報(bào)表做適當(dāng)改動(dòng)。如圖-1中的報(bào)表沒有標(biāo)明層次，如在處理中每次都計(jì)算層級(jí)，會(huì)增加計(jì)算負(fù)荷。因此，需要對(duì)表單初始化，利用標(biāo)識(shí)列中的空格數(shù)量可判定某條記錄的層級(jí)，如圖2所示。

自動(dòng)化處理的另一個(gè)工作是變形棧的設(shè)計(jì)。棧是一種后進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用棧可以保存2）、3）兩步的記錄數(shù)量。顯然，這個(gè)棧也不是標(biāo)準(zhǔn)的棧。棧頂和棧底不是固定不變的，如統(tǒng)計(jì)整機(jī)的裝入數(shù)量，則棧底保存的數(shù)一定是1；否則棧底是需要統(tǒng)計(jì)的部件的層級(jí)，其數(shù)量應(yīng)設(shè)為1。這是一個(gè)“變形?！保嗽L問順序是后進(jìn)先出外，其他的均是不定的。這種做的好處是，在整個(gè)處理過程中只需要一個(gè)棧，大大節(jié)省處理資源，提高計(jì)算速度。

考慮到數(shù)組對(duì)隨機(jī)訪問的支持，“變形棧”載體采用數(shù)組，棧頂及棧底訪問均采用索引方式，如圖-3所示。采用數(shù)組訪問的一個(gè)缺點(diǎn)是數(shù)組的大小固定，數(shù)組的大小可以利用層級(jí)來確定，如層級(jí)為7，則數(shù)組的大小只要大于7即可，數(shù)組應(yīng)初始化為全1。

如果投產(chǎn)1臺(tái)發(fā)射機(jī)，統(tǒng)計(jì)其下的塊的數(shù)量，則將棧頂設(shè)為5即可，需要的數(shù)量為3?1?5?4=60。在統(tǒng)計(jì)到某個(gè)元器件時(shí)，將該元器件的數(shù)量填入到其層級(jí)對(duì)應(yīng)的數(shù)組中去替換原有值即可，此后該值在棧中保持不變直到遇到下一個(gè)層級(jí)為1的元器件。這樣，在計(jì)算元器件數(shù)量時(shí)，僅回溯棧即可。

結(jié)合上述，自動(dòng)化處理流程綜合如下：

1） 初始化。給結(jié)構(gòu)樹報(bào)表增加一列，該列保存對(duì)應(yīng)元器件的層級(jí)；

2） 根據(jù)初始化結(jié)果，取最大層級(jí)號(hào)，并以此號(hào)定義數(shù)組容量，其中元素初始化為1；

3） 將擬統(tǒng)計(jì)的元器件號(hào)的層級(jí)號(hào)作為棧底標(biāo)識(shí)，并以此為起點(diǎn)向下遍歷；

4） 將當(dāng)前處理的元器件層級(jí)號(hào)作棧頂，將元器件的數(shù)量寫入棧頂替代原來數(shù)值；

5） 自當(dāng)前棧頂向當(dāng)前棧底回溯，并將所有元素相乘，得到的結(jié)果為當(dāng)前元器件的數(shù)量；

6） 重復(fù)3）～5）步，直到遇到層級(jí)號(hào)大于等于棧底層級(jí)號(hào)的元器件。

說明，如果作整機(jī)統(tǒng)計(jì)，則棧底的層級(jí)是永遠(yuǎn)0；棧頂將根據(jù)元器件的層級(jí)隨機(jī)改變，循環(huán)到整個(gè)結(jié)構(gòu)樹結(jié)束。

圖4為對(duì)某雷達(dá)進(jìn)行的外購器件數(shù)量及費(fèi)用統(tǒng)計(jì)（節(jié)選）結(jié)果。該雷達(dá)總層級(jí)為，元器件設(shè)計(jì)記錄30000余行，整個(gè)計(jì)算過程小于5分鐘。

5 結(jié)束語

本文算法已在某產(chǎn)品上得到驗(yàn)證，可以統(tǒng)計(jì)出外購件、外協(xié)件、標(biāo)準(zhǔn)件的數(shù)量及費(fèi)用。該方法對(duì)于大型電子設(shè)備的生產(chǎn)、銷售及定價(jià)辦法起著直接的指導(dǎo)作用。本文針對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的需求的多樣性，在利用VBA和結(jié)構(gòu)樹報(bào)表解決工作過程中的特殊需求方面做了初步探索。

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