飞机机械加工制造标准工时研究

飞机机械加工制造标准工时研究

赵续

航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

〔摘要〕飞机零件主要包括金属零件与碳纤维复合材料零件等，其中金属零件占据绝大多数的比例，金属零件包含钣金导管焊接类零件与机械加工类金属零件，本文通过对飞机金属机械加工零件的研究，探索如何构建飞机金属机械加工类零件标准工时体系，并开展基于标准工时体系管理应用。

关键词： 国有企业 机械加工 标准工时体系 工时管理应用

一、飞机机械加工零件工时定额现状

（1）工时定额制定方法落后，定额准确率普遍偏低

当前多数国有企业使用的机械加工工时定额方法基本上包括经验估计法、统计分析法、标准资料法等，这三种方法对于工时定额指定人员的工程技术水平要求较高，由于定额人员能力和经验的个人差异，导致定额工时的差异较大，准确性不高，现有机械加工工时定额数据缺乏科学性、计算过程复杂、表格线性化工作繁琐、工作效率低下等缺点，对实地测定、工作研究等先进的定额制定方法应用不足。

（2）缺乏行之有效的标准工时定额管理体系

企业管理者对工时定额重视程度不够，多数企业没有对工时定额在企业管理提升中的基础作用充分理解，轻视了工时定额管理发挥的实质作用，对于建立标准工时体系在真正适用于计划排产，在成本控制中发挥的作用，在员工激励中发挥作用认识不够。导致工时定额管理未能形成标准工时体系。

二、工时定额的定义

工时定额管理是企业管理的一个重要组成部分，工时定额的管理水平直接影响企业的产品质量、生产效率和项目经济性等决定企业高质量发展的要素，它的管理水平双重兼顾着管理者的工程技术水平及管理能力水平，当前国内大多数的国有企业均采用工时定额的方式作为薪酬绩效核算分配、计划排产、生产组织、产品定价报价、人力资源管理等企业管理工作的重要依据，

工时定额是指在一定的技术状态和生产组织模式下，按照产品工艺工序加工完成一个合格产品所需要的工作时间、准备时间、休息时间与生理时间的总和。确定工时定额应根据本企业的生产技术条件，使大多数工人经过努力都能达到，部分先进工人可以超出，少数工人经过努力可以达到或接近平均先进水平。

三、飞机机械加工标准工时建立思路

以工艺制造规程CAPP中的标准工序为基础，通对每一个标准工序所涉及的加工内容进行详细分析，确定一套基于工厂实际情况的标准工时计算模型，形成工序级标准工时，进而通过计算出单件标准工时，再根据单机PBOM清单，计算出单机总工时。通过材料去除率测算法、数控程序仿真法、现场加工记时法、类推比较法等方法测算实际加工时间，再通过公式综合测算出符合机加车间的标准工时体系。通过加工设备能力工时、人员能力工时、任务能力工时进行综合等几个方面的验证，确保飞机机械加工标准工时制定的一致性、快速性、准确性、稳定性。

3.1机械加工标准工时计算方法的分析

通过对前期准备、零件加工、加工辅助、材料属性四个方面的影响影响要素进行深入分析，其中对于金属零件机械加工工时定额影响最大的是零件加工时间，对于零件加工时间影响最大的为材料特性、工艺特性、模型特征三个重要因素。

其中材料特性因素包含的材料大小和材料牌号，材料大小包含材料的长度、宽度、厚度或直径要素；材料特性因素包含铝板、铝棒、钢板、钢棒、钛板、钛棒等要素。

其中工艺特性因素包含毛坯大小、毛坯材料类型、模型结构难度、产品所属结构、模型加工难度、模型加工难度。毛坯大小包含长度、宽度/直径、厚度/高度；毛坯材料类型包括铝、钢、钛；模型结构加工难度包括构成面数量、形状；模型加工难度包括壁厚、精度、深度。

其中模型特性包括产品所属结构与模型结构难度，产品所属结构包括液压系统、机身机构、吊发系统、操纵系统；模型结构难度包含形状、构成面数量。

对以上各类影响要素进行分类评估，最终确定机械加工标准工时定额影响要素分为三个维度：材料属性、设计特性、设备因素。细分为十二个主要特性要素：材料材质、材料尺寸、材料去除重量、材料重量、设计精度等级、粗糙度、数模难度系数、所属系统、设备型号、加工参数、仿真时间、工序名称。

3.2标准工时计算公式构成

加工总时间=加工中心加工时间（含辅助时间）+普通设备加工时间（含辅助时间）

其中加工中心加工工序包含小三、小五、大三、大五、镗铣中心。

其中普通设备加工工序包含下料，车工、数控车、线切割、划线、铣工、钻工、，三坐标检测、零件手工检验、组件手工检验、钳工、螺栓装配、温差法装配、试验、标记、称重。

3.2.1加工中心加工时间计算

数控设备加工的产品一般是基于原材状态下进行有序的去除，最后得到匹配图纸和设计图样要求的零件。我们在考虑测算数控设备生产效能时就必须在原材料去除这一环节下功夫，此环节通俗的讲，可以称为“材料去除”。在研究材料去除过程中我们必须详细了解数控产品加工的关键因素及数据。

一般说来数控加工切削形式分为铣削、车削、钻削及镗削等。切削三要素分别为切削速度Vc、进给量f（或进给速度Vf）、背吃刀量ap。这三个参数贯穿着整个数控加工过程，通过这三个参数有机的结合，我们在理论上可以计算出金属切除率Q ，也就是材料去除的效率，这下面简述一下他们之间的基本运算及关系。

①切削速度Vc

Vc——切削速度，m/s或m/min

d——工件待加工表面直径，mm

n——工件转速r/s或r/min

②进给量f

Vf——进给速度，mm/s或mm/min

n——主轴转速r/s或r/min

f——进给量mm/r

fz——每齿进给量mm/r

z——齿数

③背吃刀量αp（也称为切削深度)

dw——工件待加工表面直径mm

dm——工件已加工表面直径mm

④金属去除率（cm3/min）

车削时：Q = Vc×ap×f

铣削时：

钻削时：

计算设备单件加工时长（TS），我们通常需要知道该种产品的主要设备金属去除率（Q）和去除金属的体积（VJ）。即：TS=VJ/Q。

3.2.2数控程序仿真法

采用CATIA和VeriCut等软件，对加工程序带入参数进行仿真获得仿真时间。综合考虑程序仿真时间与实际加工时间存在差异性的影响因素。通过测算获得影响倍率，并在实际工时给定时进行综合测算。

程序模拟仿真加工时间：

Tm = { Max [Tx, Ty, Tz, Ta, Tb, Tc ] }

其中：Tm 为某一条程序模拟时间；

N为程序条数；

Tx, Ty, Tz, Ta, Tb, Tc分别为每条程序中X、Y、Z、A、B、C加工模拟时间。

以Tx为例：

（当W＜时）

Tx\y\z\a\b\c =

（ - ）+ （当W≥时）

其中，W为X轴行进距离、为机床X轴加速度、F为此条程序进给速度。依次类推得到Ty, Tz, Ta, Tb, Tc 。

从而通过计算出每条程序时间T1、T2 ......，最终得到程序模拟时间总和T。

即T = T1 + T2 + ......

最终确定数控加工设备的工序工时计算。

3.2.3普通设备加工时间计算

普通设备加工时间计算涉及的工种繁多，本文仅以车工工序工时间算以及线切割工序工时为计算示例，其他普通设备加工时间计算方式类似，但存在些许不同。

车工工序工时计算公式为：T=To【车削准备】+T1【车削粗加工】+T2【车削精加工】+T3【车削高精加工】

其中车削准备工时主要用于产品在机床上的定位、调整与夹紧等，车削粗/精/高精加工时间由平均切深、平均移动速度、需要加工切深、需要加工长度四项参数计算，最终确定车工工序工时。

线切割工序工时计算公式为：T=To【加工准备】+T1【切削加工】

其中加工准备工时主要用于产品在机床上的定位、调整与夹紧等，线切割工时计算由加工轨迹周长及平均移动速度计算得出。

3.3标准工时工作界面设计

根据机械加工工时定额的一致性、快速性、准确性、稳定性总要求，通过Excel设计符合要求标准工时制定工作界面。

四、存在问题及改进方向

数控程序仿真数据通常为理论极限数据，通过分析CATIA仿真时间，可以发现其对加工时间的仿真是通过单段程序中刀尖移动距离除以理论进给速度来获得单段程序的运行时间，然后将所有单段程序运行时间的累加来确定该程序加工时间，完全忽略了机床在运行过程中的加减速过程、抬刀过程和控制系统特殊指令的影响，造成程序加工时间与现场实际加工时间差异很大。

实施改进措施：针对数控程序完全忽略了机床在运行过程中的加减速过程、抬刀过程和控制系统特殊指令影响的问题，通过调整对数控程序仿真结果的倍率调整进行修正。