朱小敏，王炬成，周 紅

(1.江蘇現(xiàn)代造船技術有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇科技大學，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

0 引言

工時數(shù)據是船舶建造過程中計劃編制與負荷計算的重要依據，也是船舶建造成本預算和控制的基礎。然而,目前造船企業(yè)對于船舶建造工時的挖掘往往僅憑借建造重量來進行粗略估算，這種估算方法的誤差大；沒有細分到船舶建造各個作業(yè)環(huán)節(jié)的作業(yè)工時，這樣的工時估算方法不合理、不具體，導致了工期不定、成本難以控制等問題。

為了解決傳統(tǒng)工時數(shù)據挖掘方法粗放、人為因素影響大等問題，有效減少工時數(shù)據挖掘的誤差，本文開展基于工程分解(Work Breakdown Structure，WBS)的船舶建造標準工時的數(shù)據挖掘方法研究。首先，基于WBS分解原理，對分段建造過程進行任務分解；其次，利用數(shù)理統(tǒng)計的回歸分析法，以任務包為單位，回歸出工時與物量的定額曲線，為船舶建造工時匯總提供依據。

1 WBS原理及其在船舶建造中的應用研究

1.1 WBS原理

WBS是一種效率較高的管理方法，通過對大型工程項目的分解細化，可以將復雜的問題分解成若干個簡單問題，進而降低項目管理難度，提高項目管理效率。

工程分解是將工程項目分層劃分的過程，即將一個大型工程項目，按照分解依據，逐層分解為多個子項目、多個基本單元，其原理見圖1。工程分解的依據需要根據實際情況具體分析。

圖1 WBS分解原理

1.2 船舶建造工程分解結構研究

基于上述WBS原理，將船舶建造工程項目，按照時間上有序、空間上分道的原則，進行分解。船舶建造工程分解結構見圖2，涵蓋橫向和縱向分解結構。

橫向上，按時間分為先行作業(yè)階段、搭載作業(yè)階段和后行作業(yè)階段。先行作業(yè)階段包括從鋼板切割到總組階段的全部作業(yè)。搭載作業(yè)階段指在船塢(或船臺)上進行分總段合龍的作業(yè)階段，與先行、后行作業(yè)有時間重疊。后行作業(yè)階段則包括以系統(tǒng)和區(qū)域完整性為導向的舾裝、涂裝作業(yè)，設備安裝、調試作業(yè)等。

縱向上分解為WBS元素、活動(Activity)、任務包(Wop)、任務(Task)。WBS元素來源于產品分解結構，不同作業(yè)階段的WBS元素組成方式不同。Activity是生產管理部門對生產部門進行任務管理的基本單位。Wop是生產部門對施工班組進行任務管理的基本單位。Task則是施工班組派發(fā)給個人的任務。

船舶建造過程受影響因素很多，因此，船舶建造過程中的Activity、Wop、Task需要根據實際建造情況進行調整，以適應現(xiàn)場生產的要求。

圖2 船舶建造工程分解結構

1.3 船舶分段建造任務包分解研究

船舶建造工程的WBS元素來源于產品分解結構，以先行作業(yè)階段為例，該階段的WBS元素即為各個分段。本文研究的船舶建造標準工時挖掘方法是針對任務包的，因此，在進行標準工時挖掘前，首先要做的是進行任務分解。此處，以分段為例進行分段建造的任務包分解。根據上述船舶建造工程分解結構可知：分段建造任務包分解的第一步是進行Activity分解，第二步則是進行Wop分解。下面以A分段為例，進行分段建造任務包分解示例。

(1)A分段的Activity分解

A分段的Activity分解，可先按專業(yè)分為船體、舾裝、涂裝和支持，然后每個專業(yè)又可根據作業(yè)內容進行細分。如圖3所示，A分段的Activity分解為：A分段備料、A分段預處理、A分段切割、A分段零件加工、A分段小組等。

圖3 A分段的Activity分解

(2)A分段的Wop分解

在船舶建造工程分解結構中，Wop是Activity的下一個層級，Wop分解的過程即是將各個Activity進行劃分，獲得各個Activity分別所對應的各個Wop。以A分段切割Activity為例，其Wop劃分為A分段鋼板切割和A分段型材切割；再如A分段電裝件托盤制作Activity，其Wop劃分為A分段電裝件托盤備料、A分段電裝件托盤切割、A分段電裝件托盤加工和A分段電裝件托盤表面處理。WOP中需要配置相關制造資源信息，如人力、場地、設備、工時物量定額等信息。

2 船舶建造標準工時的數(shù)據挖掘方法

基于WBS的船舶建造標準工時制定，分別針對各個任務包，分析獲得任務包所對應的各個物量影響因素，進而獲得各個任務包所對應的各個物量影響因素。根據歷史船舶建造數(shù)據，繪制出任務包-物量關系圖，建立任務包工時計算公式，并進行修正。最后根據修正后的任務包工時計算公式計算各個任務包的標準工時，自下向上匯總得到某個分段建造的標準工時。具體步驟如下：

(1)分段建造任務包分解

針對目標分段，進行分段建造任務包分解。

(2)單個任務包的物量影響因素分析

任務包的物量影響因素分析會直接影響任務包總工時的建立結果。以A分段鋼板切割任務包、A分段型材切割任務包為例，分析單個任務包的物量影響因素，見表1。

表1 分段鋼材切割任務包的物量影響因素

(3)建立任務包工時對應物量影響因素的函數(shù)關系式

根據歷史船舶建造數(shù)據，針對各個任務包，構建任務包工時對應其各個物量影響因素的散點圖，進而獲得各個任務包工時對應其各個物量影響因素的函數(shù)關系示意圖，包括常數(shù)函數(shù)、分段常數(shù)函數(shù)、一次函數(shù)、分段一次函數(shù)等。

一般而言，造船企業(yè)在初期制定工時物量定額時，根據歷史經驗，可以首先采用常數(shù)函數(shù)、一次函數(shù)進行表達，并且根據實際生產的需要，可以對函數(shù)分階段進行處理，即使用分段常數(shù)函數(shù)、分段一次函數(shù)進行表達。下面舉例闡述。

船舶建造過程中，在進行鋼材備料時，假設不論備料多少鋼材，每噸鋼材需要的工時都為0.5 h，通過散點圖繪制，得出工時物量關系函數(shù)示意圖，見圖4，用式(1)所示的常數(shù)函數(shù)進行表達。

圖4 工時物量定額—常數(shù)函數(shù)

()=0.5

(1)

鋼材備料時備料的物量若超過一定范圍，考慮到備料人員備料熟練程度增加，單位物量需要的備料時間會相應減少，則可以考慮用式(2)的分段常數(shù)函數(shù)來進行工時與物量的關系表達。假設200 t為分界點，不足200 t和超過200 t的工時定額不同，具體值根據現(xiàn)場實際情況而定，此處僅為舉例。

(2)

例如對于鋼板切割工作，隨著鋼板重量的增加，人員熟練程度增加，單位物量所消耗的工時會適當減少，結合現(xiàn)場采集的數(shù)據，通過散點圖繪制，得出工時物量關系函數(shù)示意圖，見圖5，即可以采用式(3)的一次函數(shù)進行表達，該式中的一次項系數(shù)和常數(shù)項都是根據現(xiàn)場采集的數(shù)據計算取得。另外，對于物量在不同范圍的工時定額有所區(qū)別的情況，可以采用分段一次函數(shù)進行表達。

圖5 工時物量定額—一次函數(shù)

()=-0005+4

(3)

不論是常數(shù)函數(shù)，還是一次函數(shù)、二次函數(shù)的表達方式，都是三次樣條函數(shù)的特例。對于常數(shù)函數(shù)而言，三次項、二次項和一次項的系數(shù)為0；對于一次函數(shù)而言，三次項和二次項的系數(shù)為0；對于二次函數(shù)而言，三次項的系數(shù)為0。因此，本文采用三次樣條函數(shù)，可以涵蓋所有函數(shù)類型，能夠較好地對現(xiàn)場反饋數(shù)據進行統(tǒng)計回歸分析。根據現(xiàn)場數(shù)據采集繪制的函數(shù)示意圖見圖6。

圖6 工時物量定額—三次樣條函數(shù)

針對各個任務包，建立各個任務包對應物量影響因素的三次樣條函數(shù)關系式，見式(4)：

(4)

式中：={1、…、}，表示任務包所對應物量影響因素的個數(shù)；()表示任務包所對應第個物量影響因素工時；,0、,1、,2、…分別表示任務包所對應第個物量影響因素的各個范圍值；,1表示任務包第個物量影響因素對應,0≤<,1范圍、()的系數(shù)；,1表示任務包第個物量影響因素對應,0≤<,1階段、()的系數(shù)；,1表示任務包第個物量影響因素對應,0≤<,1階段、的系數(shù)；,1表示任務包第個物量影響因素對應,0≤<,1階段的常數(shù)。

(4)任務包總工時建立

分別針對各個任務包，計算任務包總工時，計算方法見式(5)：

=()+…+()+…()+

(5)

式中：為任務包所對應的總工時；為()所對應的權重系數(shù)；為截距。

根據歷史船舶建造數(shù)據，分別針對各個任務包，確定任務包所對應式(5)中的各個系數(shù)和截距，進而分別確定各個任務包的總工時計算公式。

(5)分段建造工時匯總

由上述步驟(1)-(4)可知，首先采集目標船舶建造過程中各個任務包分別所對應各個物量影響因素的大小，然后針對目標船舶建造過程中各個任務包，采用式(4)獲得任務包分別對應其物量影響因素的工時，并進一步采用式(5)，獲得任務包所對應的工時，進而分別獲得目標船舶建造過程中各個任務包的工時。

最后，根據船舶建造順序，針對目標船舶建造過程中各個任務包的工時進行匯總，即可獲得目標船舶的建造工時。

3 結論

(1)基于WBS原理，開展了船舶建造工程分解結構研究，并以分段為對象，闡述了分段建造的任務包分解。

(2)針對單個任務包，分析其物量影響因素，構建了任務包工時與對應物量影響因素的函數(shù)關系式，建立了任務包總工時的計算公式。