基于數(shù)學(xué)模型的航天零件產(chǎn)品工時(shí)定額管理研究與應(yīng)用

王海濤、朱小佳、張遵生、張子炫、王興友 /天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司

工時(shí)定額作為勞動(dòng)定額的重要組成部分，在企業(yè)管理中起基礎(chǔ)支撐作用，工時(shí)信息也是一種寶貴的經(jīng)營(yíng)管理資源，一方面是企業(yè)內(nèi)部支撐部門及員工考核激勵(lì)、財(cái)務(wù)成本核算、生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的有效工具，另一方面也是企業(yè)對(duì)外支撐產(chǎn)品價(jià)格、體現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值、衡量競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)等的重要依據(jù)。隨著航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)全面開啟新征程，航天工業(yè)發(fā)展進(jìn)入戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)規(guī)?？焖贁U(kuò)大，航天企業(yè)承擔(dān)的生產(chǎn)任務(wù)異常繁重，生產(chǎn)流程非常復(fù)雜，并且質(zhì)量要求也特別嚴(yán)格，零件產(chǎn)品具有種類多、批量小的特點(diǎn)，尤其是在產(chǎn)品研制階段，產(chǎn)品的尺寸結(jié)構(gòu)、工藝流程以及生產(chǎn)組織模式不斷變化，采用傳統(tǒng)的時(shí)間測(cè)定法、統(tǒng)計(jì)分析法、經(jīng)驗(yàn)估工法等參與工時(shí)定額管理不僅管理效率低下，而且產(chǎn)品間的平衡性不高，主觀隨意性大，普遍存在較大的偶然性誤差，難以切實(shí)滿足應(yīng)用需求，所以采用更加先進(jìn)、科學(xué)的工時(shí)管理模式參與工時(shí)定額管理勢(shì)在必行。

基于此，結(jié)合航天零件產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，探索建立基于數(shù)學(xué)模型的工時(shí)定額管理方法，以產(chǎn)品特征、工藝技術(shù)等工時(shí)影響因素為輸入，通過(guò)各影響因素與工時(shí)之間的內(nèi)在數(shù)學(xué)規(guī)律建立函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，最終以工時(shí)數(shù)據(jù)作為輸出。由于其考慮的工時(shí)影響因素較為全面，對(duì)不同類別零件產(chǎn)品都具有很強(qiáng)的適用性，便于形成標(biāo)準(zhǔn)化管理，有利于提高工時(shí)水平的均衡性，并且操作簡(jiǎn)單靈活，能夠使工時(shí)定額管理更加高效合理。

一、工時(shí)定額管理現(xiàn)狀與需求分析

工時(shí)定額是企業(yè)管理的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)性工作，科學(xué)合理的工時(shí)定額管理能夠讓企業(yè)在時(shí)間和空間上把各種經(jīng)濟(jì)要素有機(jī)組織起來(lái)，推動(dòng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有序發(fā)展。在傳統(tǒng)航天企業(yè)中，工時(shí)定額管理普遍采用公司、車間二級(jí)管理的模式。公司級(jí)一般設(shè)在人力部門（也有部分企業(yè)設(shè)在經(jīng)營(yíng)部門或財(cái)務(wù)部門），是工時(shí)定額一級(jí)管理歸口責(zé)任部門，各科研生產(chǎn)單位是工時(shí)定額管理的二級(jí)責(zé)任單位。近年來(lái)部分企業(yè)為提高管理效率，開始采用一級(jí)管理模式，由職能處室對(duì)企業(yè)的工時(shí)定額業(yè)務(wù)統(tǒng)一進(jìn)行管理。

雖然航天企業(yè)對(duì)工時(shí)管理的模式各有不同，但工時(shí)定額主要采用工時(shí)測(cè)定法、類推比較法、經(jīng)驗(yàn)估工法、統(tǒng)計(jì)分析法和定額標(biāo)準(zhǔn)資料法等，各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。

表1 工時(shí)定額方法

由于航天企業(yè)的生產(chǎn)具有高度的復(fù)雜性和多樣性，因此在不同條件和范圍內(nèi)選擇上述一種或幾種方法參與工時(shí)定額管理。一般來(lái)說(shuō)，企業(yè)選擇何種工時(shí)定額方法，主要依據(jù)是能否滿足生產(chǎn)和管理方面的應(yīng)用需要。當(dāng)前，航天企業(yè)對(duì)工時(shí)定額管理的應(yīng)用主要有3 個(gè)方面：一是為經(jīng)濟(jì)責(zé)任制的執(zhí)行、效益工資的分配奠定基礎(chǔ)，二是為成本核算和產(chǎn)品報(bào)價(jià)提供依據(jù)，三是為人員規(guī)劃、配備提供依據(jù)。因此，對(duì)工時(shí)定額的管理應(yīng)具備：工時(shí)定額水平的均衡性、工時(shí)定額結(jié)構(gòu)的合理性、工時(shí)定額數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及工時(shí)定額管理的高效性。

在新形勢(shì)下，鑒于航天零件產(chǎn)品生產(chǎn)種類繁多、工藝變化頻繁、生產(chǎn)批量有限的特點(diǎn)，工時(shí)定額管理越來(lái)越難以滿足需求，主要表現(xiàn)在工時(shí)水平的均衡性有待加強(qiáng)、工時(shí)數(shù)據(jù)維護(hù)的及時(shí)性有待提高、新產(chǎn)品工時(shí)定額難以控制等幾個(gè)方面。為此，需要建立一套與航天零件產(chǎn)品特點(diǎn)相適應(yīng)的工時(shí)定額管理方法，為實(shí)現(xiàn)工時(shí)定額管理的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、系統(tǒng)化奠定基礎(chǔ)。

二、基于數(shù)學(xué)模型的工時(shí)定額管理模式

基于數(shù)學(xué)模型的工時(shí)定額管理模式主要是建立產(chǎn)品工時(shí)影響因素與工時(shí)定額之間的函數(shù)關(guān)系，形成與該類產(chǎn)品生產(chǎn)組織條件相適應(yīng)的基本數(shù)學(xué)模型，以此為核心，梳理工時(shí)定額管理過(guò)程中的信息輸入與輸出、工作流程與分工、職責(zé)權(quán)限與要求等一系列管理要素，進(jìn)而形成一整套工時(shí)定額管理模式。

1.建立清晰的產(chǎn)品分類方式，選取典型產(chǎn)品作為研究對(duì)象

將產(chǎn)品根據(jù)加工過(guò)程的不同，按型號(hào)、專業(yè)、種類等進(jìn)行逐層劃分。航天產(chǎn)品的研制大體上可分為零件成形、部段裝配和總裝測(cè)試3 個(gè)過(guò)程。其中，零件產(chǎn)品的數(shù)量和種類在整發(fā)型號(hào)產(chǎn)品中的占比最高，因此首先將其作為工時(shí)定額研究的重點(diǎn)，后續(xù)結(jié)合實(shí)際情況和管理需要，逐漸向部段裝配和總裝測(cè)試推進(jìn)。對(duì)零件產(chǎn)品可進(jìn)一步按型號(hào)、專業(yè)和種類進(jìn)行劃分，從而建立產(chǎn)品層級(jí)關(guān)系，如表2 所示。

表2 型號(hào)產(chǎn)品分類示例

在各類產(chǎn)品中選取典型產(chǎn)品作為研究對(duì)象。典型產(chǎn)品的選取基于以下原則：工藝流程相對(duì)完整，產(chǎn)品尺寸相對(duì)豐富，生產(chǎn)模式相對(duì)多樣。典型產(chǎn)品不僅需要在同類產(chǎn)品中具有代表性，其技術(shù)要求、工藝技術(shù)及生產(chǎn)模式等還需要包絡(luò)同類其他產(chǎn)品，因此也可在同類產(chǎn)品中選取幾件有代表性的產(chǎn)品，組合成典型產(chǎn)品作為研究對(duì)象。

2.對(duì)典型產(chǎn)品加工過(guò)程進(jìn)行分解，梳理形成工時(shí)影響因素

產(chǎn)品工時(shí)等于各工序工時(shí)之和，因此需要對(duì)各類典型產(chǎn)品的加工過(guò)程按工序、工步進(jìn)行逐層分解，研究影響各級(jí)工時(shí)的底層事件，這些底層事件既包括一系列產(chǎn)品尺寸特征，也包括一些人員組織模式、設(shè)備操作方式、原材料特性、工藝方法選擇、質(zhì)量特殊要求等信息，并且這些底層事件在不同工序、工步中重復(fù)存在，因此需要對(duì)這些分散的底層事件進(jìn)行梳理，一方面將這些底層事件按一定的分類方式在不同層級(jí)進(jìn)行統(tǒng)一，形成較為規(guī)范的工時(shí)影響因素清單，另一方面建立工時(shí)影響因素與加工過(guò)程的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為后續(xù)影響權(quán)重的測(cè)算和賦值奠定基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)上，工時(shí)定額一般是指一線基本生產(chǎn)工人完成生產(chǎn)任務(wù)的純勞動(dòng)時(shí)間的消耗，其衡量對(duì)象為客觀時(shí)間，進(jìn)而體現(xiàn)勞動(dòng)價(jià)值，但隨著工時(shí)定額應(yīng)用的不斷拓展，工時(shí)定額也會(huì)用來(lái)支撐產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性、質(zhì)量可靠性等經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，根據(jù)應(yīng)用的不同，可對(duì)工時(shí)影響因素適當(dāng)進(jìn)行拓展，如將技術(shù)先進(jìn)性、產(chǎn)品特性、勞動(dòng)強(qiáng)度等納入其中，而技術(shù)先進(jìn)性和質(zhì)量可靠性是體現(xiàn)航天產(chǎn)品價(jià)值最重要的特征。

3.建立工時(shí)函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，制定工時(shí)數(shù)學(xué)模型

制定工時(shí)數(shù)學(xué)模型的本質(zhì)是以工時(shí)影響因素為輸入，通過(guò)分析加工內(nèi)容和耗用時(shí)間之間的內(nèi)在數(shù)學(xué)規(guī)律，建立工時(shí)函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)各影響因素的時(shí)間權(quán)重進(jìn)行時(shí)間賦值和數(shù)學(xué)運(yùn)算，最終以工時(shí)數(shù)據(jù)作為輸出的過(guò)程。其中，建立各影響因素的數(shù)學(xué)關(guān)系，并對(duì)影響因素進(jìn)行時(shí)間賦值和修正是最重要的環(huán)節(jié)，需要反復(fù)迭代和驗(yàn)證。

由于航天零件產(chǎn)品的加工過(guò)程比較復(fù)雜，涉及到的工時(shí)影響因素眾多，各變量之間也存在不同程度的相互影響，最終的工時(shí)數(shù)據(jù)往往是各影響因素的綜合作用結(jié)果，難以厘清某一具體因素對(duì)最終工時(shí)結(jié)果的影響程度，通過(guò)分析比較，最優(yōu)的解決方法是首先對(duì)產(chǎn)品加工工序重新進(jìn)行梳理，建立一系列工時(shí)影響因素相對(duì)獨(dú)立的工時(shí)單元，然后逐一對(duì)各單元中的影響因素進(jìn)行時(shí)間賦值、迭代計(jì)算和修改驗(yàn)證，最后再進(jìn)行整體的迭代計(jì)算和驗(yàn)證，通過(guò)小循環(huán)和大循環(huán)2 個(gè)階段對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完善。

三、實(shí)踐應(yīng)用

以新一代運(yùn)載火箭中板材框類產(chǎn)品為例，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，成形過(guò)程中可變因素較多，并且工藝流程和加工周期較長(zhǎng)，不同板材框的工時(shí)參照點(diǎn)過(guò)多，并且彼此之間影響權(quán)重各不相同，難以進(jìn)行精確比較，不利于采用跟產(chǎn)實(shí)測(cè)、類推比較等傳統(tǒng)工時(shí)定額方法制定工時(shí)，而通過(guò)建立工時(shí)數(shù)學(xué)模型，能夠快速、準(zhǔn)確地計(jì)算各工時(shí)影響因素對(duì)產(chǎn)品工時(shí)的影響程度，大幅提高此類產(chǎn)品工時(shí)定額的質(zhì)量和效率。

板材框產(chǎn)品的工時(shí)影響因素包括產(chǎn)品直徑、彎曲角度、截面形狀、腹板高度、下陷和缺口的種類和數(shù)量、熱處理要求、成形方式等，對(duì)這些影響因素進(jìn)行梳理和細(xì)化，形成具有一定層級(jí)關(guān)系的工時(shí)影響因素清單，如表3 所示。

表3 板材框類產(chǎn)品工時(shí)影響清單

將板材框類產(chǎn)品的加工過(guò)程劃分為相對(duì)獨(dú)立的工時(shí)單元，通過(guò)賦值、迭代及修正，建立各單元內(nèi)部工時(shí)影響因素與工時(shí)權(quán)重的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，形成以板材框類產(chǎn)品各工時(shí)影響因素為輸入、以最終工時(shí)數(shù)據(jù)為輸出的工時(shí)數(shù)學(xué)模型，如圖1 所示。

圖1 板材框類產(chǎn)品工時(shí)制定過(guò)程

經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，以工時(shí)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，開展板材框類各項(xiàng)產(chǎn)品的工時(shí)制定工作，能夠大幅提高工時(shí)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，有效提升工時(shí)管理效率。針對(duì)航天零件產(chǎn)品種類多、批量小、尺寸結(jié)構(gòu)和工藝流程不斷變化的特點(diǎn)，通過(guò)比較傳統(tǒng)工時(shí)定額制定方法的優(yōu)缺點(diǎn)，研究建立一套基于數(shù)學(xué)模型的工時(shí)定額管理方法，并在工時(shí)定額工作中進(jìn)行應(yīng)用，大幅提高了工時(shí)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和工時(shí)管理效率，為航天企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理奠定了重要基礎(chǔ)。