计算机辅助工时定额管理系统的设计与实现

摘 要

　　工时定额是制造企业完成单位合格产品制造所需的时间，其是估算产品生产人力成本的基础，是新品定价、企业内部成本控制的重要依据。工时定额的管理是现代制造企业管理制度的重要组成部分。我国制造企业工时定额管理水平偏低，很多制造企业是采取经验估计法进行工时定额，即定额人员根据以往的生产实践经验直接估算制造产品所需的工时，该方法虽然简单快速，但人为主观因素影响太大，因此一些企业根据自身实际情况制定了产品工时定额标准，通过参数查表等方式确定产品工艺路线中每工步或工序的工时，该方法避免了人员的主观性，但手工查表计算的方式工作量繁重且容易出错，亟需采用信息系统辅助计算和管 理。

　　针对制造企业工时定额管理的问题，本文设计与实现了一个计算机辅助工时定额管理系统，将企业制定的定额标准描述成计算机可处理的形式化表示，定额人员设定标准中的参数值，系统自动查表及运算后得出单工步的工时定额，根据工艺路线累计零组件的工时定额，再根据产品 BOM（Bill of Material,物料清单）累计整个产品的工时定额。

　　本文主要工作如下：

　　1.提出了工时定额标准的计算机形式化描述方法，包括参数声明、表达式赋 值、条件选择等语法，支持参数的四则运算、根据参数查表等，能灵活完整地表达企业制定的工时定额标准。

　　2.基于解释器（Interpreter）模式设计实现了工时定额标准的解析器，解析器的核心是对表达式的解析，表达式词法分析后按照解释器模式构建语法树，绑定参数后计算表达式值。

　　3.采用三层架构模式设计与实现了计算机辅助工时定额管理系统，包括 Web系统和 WinForm 客户端两种用户界面形式，Web 系统实现工时定额标准维护等功能，采用 ASP.NET、AJAX 等技术实现；WinForm 客户端实现需要交互性较强的工艺路线编辑、工步定额等功能，WinForm 客户端和服务器端间使用 WebServices 协议实现数据交互。

　　通过在某制造企业的实际应用，本文系统提高了企业工时定额的科学性及效率，取得了良好的效果，系统具有较强的实用性。

　　关键词：企业信息化；工时定额管理；解释器模式；三层架构；AJAX;Web Services

Abstract

　　The time quota is required time that manufactures the unit product in the manufacturing enterprise. It is the basis for estimating the labor cost of a product, and is also an important basis for the pricing of new products and the internal cost control of the enterprise. The management of the time quota is an important part of the modern manufacturing enterprise management system. The time quota managementlevel of manufacturing enterprises in our contry is low. Many manufacturing enterprises adopt the empirical estimation method to estimate the time quato, that is, the required man-hours are directly estimated by the personnel based on past practice experience. Although this method is simple and fast, the subjective factors are too much influence.Some enterprises have formulated the time quota standards, and the time quato of each step is determined by means of looking up standard table. This method avoids the subjectivity of personnel, but workload is heavy and error-prone.It is urgent to use information system to calculate and manage.

　　Aiming at the problem of manufacturing time quota management, this paper designs and implements a computer-aided time quota management system, which describes the time quota standard of the enterprise as a formable representation that can be processed by the computer. The quota personnel set the parameters in the standard, then the system automatically look up standard table and calculates the single-step time quota. Then the time quato of a part is accumulated according to the process route, the total time quota of whole product is accumulated according to the BOM （Bill of Material）。The main work is as follows:

　　2. The parser of the time quota standard is designed based on the interpreter pattern. The core of the parser is the parsing of the expression. After lexical analysis of expressions, a grammar tree is constructed according to the interpreter design pattern. After the parameters are bound, the value of expression is calculated.

　　3. The three-tier architecture is used to design and implement the computer-aided time quota management system. System includes the two user interface forms: Web system and WinForm client.Web system implement the functions of time quota standard maintenance, etc., using ASP.NET, AJAX and other Web development technology. WinForm client implement the functions that requires a highly interactivesuch as process route editing. The Web Services protocol is used to implement data interaction between WinForm client and the server.

　　Through the actual use of a manufacturing enterprise, the scientific and efficiency of the enterprise's time quota is improved. The system has strong practicability.

　　Key words: Enterprise Informationization;Time Quato Management;Interpreter Pattern;Three-tier Architecture;AJAX;Web Services

目 录

　　第一章 绪论

　　1.1 研究背景

　　工时定额是制造企业的一项基础性工作，其估算生产单位合格产品所需的时间。目前市场竞争日益加剧，客户需求变化更加快速，多品种小批量的订单生产方式已经成为我国中小制造企业的主要生产方式[1],工时定额对于制造企业的作用日益加强：

　　1.工时定额是制造企业报价和成本过程控制的重要依据。在企业接收到客户订单后，如何快速、准确地估算制造工时，计算成本，给客户提供报价成为影响企业竞争力的重要因素。

　　2.工时定额是制造企业科学组织生产的基础，企业有了准确的工时定额才能合理地编制生产计划，配置劳动力，科学地组织生产。

　　3.工时定额是制造企业衡量工人劳动效率的依据，合理的工时定额能尽量接近实际工时，能贯彻按劳分配的制度，调动工人的积极性，提高生产的效率。

　　我国制造企业主要采取以下两种方式进行工时定额：

　　1.经验估计。企业选用在生产一线工作多年，有着经验丰富的工人师傅作为定额员，定额员查看产品图纸并根据以往的生产实践经验直接估算生产工时，该方法工作量最小也最为快捷，但管理上较为粗放，定额的准确性完全依赖于定额人员的经验，定额人员的主观因素影响太大。

　　2.根据定额标准计算。某些制造企业为避免经验估算的随意性，根据行业标准并结合企业自身实际情况，针对工序或工步制定工时定额标准，定额时根据工艺路线中标定的参数的值，通过查表的方法计算工时。该方法若由定额人员手工操作，经过在企业实地了解，熟练的工时定额人员进行每个工步定额的耗时都在3~5 分钟，且容易出错。

　　我省某航空制造企业生产的产品型号繁多，是典型的多品种小批量型制造企业，对科学、准确地进行工时定额的需求迫切，已经组织有经验的人员制定了机械加工、热表处理、铸造、装配等不同工种的工时定额标准，目前亟需使用软件系统提高工时定额效率，系统中选中标准并输入参数，立刻就计算出工步的工时定额，且能自动逐层累计工序、工艺路线、零组件，直至产品的工时定额，解放定额人员繁重的计算工作。本文根据该企业的真实需求，研究计算机辅助工时定额管理系统的设计与实现。

　　1.2 研究目的及现状

　　本文的研究目的是针对企业已经制定的工时定额标准，研发计算辅助管理系统，使用计算机可处理的方式描述工时定额标准，利用系统更方便快捷地按标准进行产品工时定额。

　　针对计算机辅助管理工时定额问题，多年来出现了较多的成果，例如文献[2][3]采用了回归分析法，收集和整理工时的实测数据，通过最小二乘法等方法建立工时与各影响因素间关系的数学模型，该方法中怎样选择数学方程式作为数学模型的基本形式非常重要，一般需要多次试探才能完成，且制造企业中工序和工步繁多，建立数学模型的工作量也很大。文献[4]认为零件或产品的加工特性和所需工时间具有非线性函数关系，因此采用 BP 神经网络，输入层为零件加工特征信息，输出层就是工时，神经网络通过大量实例训练后用于工时定额。文献[5-8]等亦采用神经网络进行工时定额。文献[9][10]将事例推理技术应用于工时定额研究中，提出了基于事例推理技术的工时定额确定方法，基于遗传算法提出了一个事例层次检索模型。文献[11]针对 BP 神经网络易陷入局部最小，不易收敛的问题，将遗传算法和神经网络结合，提出遗传神经网络用于工时定额。总体上看，现有文献主要关注如何建立工时和影响因素间的数学模型，而本文系统是企业的真实需求，该企业已经参考行标（如中航工业《机械加工劳动定额时间标准》等）并根据企业实际经验，建立了参数和工时定额间的对应关系表格，并以文字说明的方式附注了表格查询和计算方法，需解决如何用计算机能处理的方式描述标准的问题，本文旨在对该问题进行有一定实用价值的积极探索。

　　市面上现已出现了一些工时定额的商业软件，其中比较突出的是"敬信工时定额管理系统"[12],但其只关注于机械加工行业，软件中内置了成套的机械行业工时定额标准，企业可以自定义定额标准，支持产品 BOM 的导入及编辑，支持零部件工艺路线的编辑，定额计算工步的工时后能自动累计产品的工时定额，敬信工时定额管理系统功能齐备，还支持定额流程和任务的管理，能自定义定额流程，进行任务分工，例如将产品中的各零部件定额并行分发给定额人员，系统自动监控定额人员的执行情况，汇总定额数据。敬信工时定额管理系统是目前市场上功能最齐全的工时定额软件，但它价格较贵且仅针对于机械加工定额，对热处理、铸造等方面的定额未涉及，且用户自定义工时定额标准时只能使用公式，不 能自定义查表及表达选择逻辑等。

　　1.3 论文的主要工作

　　论文的主要工作体现在以下几个方面：

　　1.提出了工时定额标准的计算机形式化描述方法。实际需求中，某军工企业组织人员参考中航工业《机械加工劳动定额时间标准》等行业标准并根据企业自 身的积累的实践经验数据制定了各类工种的几百个工时定额标准，每个标准定义了参数和工时定额值间对应关系的表格，例如"车床车螺纹"表格中定义了参数（长度、螺纹大径、螺距）和对应的工时定额值，标准表格带有附注（例如规定了各种条件下如何调整工时定额查表值等）。实现计算机辅助工时定额，必须将工时定额标准转换为计算机能处理的形式化描述，本文定义了一种定额标准的描 述方法，包括参数声明、表达式赋值、条件选择等语法，支持参数的四则运算、根据参数查表等，能灵活完整地表达企业制定的工时定额标准。

　　2.设计与实现了工时定额标准的解析器。工时定额标准描述为文本后，进行定额时，需对标准文本进行解析。解析器的核心是对表达式的解析，本文对表达式词法分析后，基于解释器（Interpreter）设计模式构建语法树，绑定参数后计算表达式值。

　　3.采用三层架构模式设计与实现了计算机辅助工时定额管理系统，系统功能齐备，包括工艺路线编辑、BOM 编辑、工步工时定额、自动累计工艺路线及产品工时、生成报表等功能。系统包括 Web 系统和 WinForm 客户端两种用户界面形式，Web 系统实现工时定额标准维护等功能，采用 ASP.NET、AJAX 等技术实现；WinForm 客户端实现需要交互性较强的工艺路线编辑、工步定额等功能，WinForm 客户端和服务器端间使用 Web Services 协议实现数据交互。

　　1.4 论文的组织

　　全文共分六章：

　　第一章 绪论

　　介绍了本文研究的背景、研究的目的及现状、主要工作。

　　第二章 工时定额标准的描述

　　主要阐述了对工时定额标准形式化描述的方法。

　　第三章 系统需求分析

　　阐述了计算机辅助工时定额管理系统的功能性需求及非功能性需求。

　　第四章 系统设计

　　首先介绍了计算机辅助工时定额管理系统的架构设计，然后详细阐述了业务逻辑层（定额标准解析器、Domain 包、Web Services 接口）的设计、数据存取层的设计、系统交互的设计等内容。

　　第五章 系统实现与测试

　　首先分别介绍 Web 系统及 WinForm 客户端的界面及实现技术，然后简要叙述了系统的功能、兼容性和性能测试的情况。

　　第六章 结论与展望总结

　　本文的主要内容，指出了需要进一步开展的工作。

　　第二章 工时定额标准的描述
　　2.1 工时定额相关概念介绍
　　2.2 工时定额标准及其描述
　　2.2.1 工时定额标准示例
　　2.2.2 工时定额标准的描述方法

　　第三章 系统需求分析
　　3.1 系统功能性需求
　　3.1.1 基础数据管理子系统
　　3.1.2 工时定额子系统
　　3.2 系统非功能性需求
　　3.3 本章小结

　　第四章 系统设计
　　4.1 系统架构设计
　　4.2 基于解释器模式的工时定额标准解析器的设计
　　4.2.1 使用解释器模式构建工时定额表达式语法树
　　4.2.2 解析器算法流程
　　4.2.3 解析器中主要类的设计
　　4.3 Domain 包的类设计

　　4.4 Web Services 接口的设计
　　4.5 数据库的设计
　　4.6 数据存取层的设计
　　4.7 系统交互的设计
　　4.8 本章小结

　　第五章 系统实现与测试
　　5.1 系统实现
　　5.1.1 Web 系统的实现
　　5.1.2 WinForm 客户端的实现
　　5.2 系统测试
　　5.3 本章小结

第六章 总结与展望

　　本文针对制造企业工时定额管理的问题，设计与实现了一个计算机辅助工时定额管理系统。理论上，提出了一种工时定额标准的计算机描述方式，该描述方式包括一组参数的声明、赋值语句，能进行表达式计算，支持参数查表等，能完整地表达企业制定的工时定额标准。工时定额标准解析器的核心是对表达式的解析，基于解释器（Interpreter）模式设计了表达式解析引擎的算法，完成了工时定额标准解析器的设计。系统设计上，使用经典的三层架构，阐述了业务逻辑层及数据存取层的类设计、数据库的设计、Web Services 接口的设计、对象交互的设计等系统设计各方面问题，建立了系统设计模型。系统实现上，Web 系统采用ASP.NET 实现，使用了 ASP.NET AJAX Control Toolki 等工具包；需要更好交互性的工时定额等功能采用 WinFom 客户端，使用 Developer Express 的 UI 控件，通过访问 Web Services 接口和服务器端交互。最后对系统的实现进行了展示，并介绍了系统的功能、兼容性、性能测试情况。经过企业的实际使用，本文系统提高了企业工时定额的科学性及效率，取得了较好的效果，体现了良好的实用性。

　　限于时间和工作量等因素，本文系统后续尚有很多待完善的工作，例如：

　　1.零组件定额模版。同类的零组件结构和工艺相似，若都从头开始构建零组件工艺路线，进行工时定额，重复性劳动较多。考虑为同类零组件定义统一的模版，定额时在模版上进行调整即可生成零组件的工时定额，模版的使用能更大幅降低定额人员的工作量。

　　2.工时定额结果数据的分析及预警。同一工时定额标准在不同工艺路线下的定额结果数据可进行对比分析，对明显不合理的工时定额可进行预警。

　　3.进一步完善系统，目前系统还有一些需要完善的地方，例如易用性、数据传输的加密等等。

　　4.工时定额标准的版本问题，对工时定额标准的修订需要进行版本控制，能随时查找到历史版本并进行比较，版本的管理问题也需进行更近一步的研究。

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致谢

　　论文完成之际，回顾这三年的在职工程硕士学习生活，有工作和学习间来回切换的忙碌，更有收获的喜悦，但更多的是对给予我无私帮助的老师和同学的无限感激之情。

　　感谢我的导师张永军副教授。导师的治学态度、为人处事和工作作风都将永远是我学习的楷模，并将深深地影响我今后的学习、工作和生活。衷心感谢导师在各方面给予我悉心的指导和鼓励，我能为有这样一位导师而感到欣慰和骄傲。

　　感谢我的企业导师李兆波高工，多年深厚的软件设计与实现经验给予我极大地帮助，论文选题来源于企业实际需求，在论文系统实现及设计过程中，企业导师给了我很多有价值的指导和建议。

　　感谢计算机学院的全体老师们，他们的言传身教将会使我受用终生。

　　感谢在职工程硕士周末班的同学们，每个周末共同学习的美好时光是最值得怀念的回忆。

　　感谢我的家人，三年来平时上班，周末学习，少了很多与你们团聚的时刻，感谢你们对我无私的爱和有力的支持。

　　最后，再次感谢所有曾经关心帮助过我的师长、亲人和朋友们，谢谢你们

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