基于神经网络的工时定额技术研究
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摘要
随着CIMS、CE、AM、PDM、BPR等先进制造系统及技术的发展和应用，使信息技术在制造业中的应用得到更高层次的推动，制造信息化、集成化、智能化的要求越来越重要。
工时定额管理的信息化是制造信息化的重要组成部分，它是企业实现设计(CAD／CAPP)、制造(CAM)和管理信息(MIS／ERP)信息集成的重要环节之一，也是企业进行生产组织、计划、核算和成本控制的重要依据。
本文结合计算机辅助模、夹具工时定额系统(Computer-aided Mould and JigMan-hour Quota System，CFMH)的研制与开发，研究了基于人工神经网络模型的工时定额计算方法；并开发了相应的神经网络模型定额计算子系统模块。为工时定额制定的信息化、集成化，促进企业信息化打下了良好的基础。论文主要包括下述内容：
1．研究了工时定额的制定原理及计算方法，介绍了计算机辅助模、夹具工时定额系统的工作流程和系统结构，论述了神经网络模型定额计算子系统的结构和功能。
2．研究了基于人工神经网络的工时定额计算模型。在分析标准定额表结构的基础上，提出了用综合法构建计算工时定额人工神经网络模型的思路。以标准定额表的综合结构参数为网络输入、以表数据为训练集，采用Matlab脚本语言构建了定额计算网络，同时对网络采用了后置数据处理最终确定了比较准确的工时定额数据，为工时定额制定的信息化、计算机化探索出一条新路。
3．研究了与子系统相关的零部件标题栏信息提取和入库方法；开发了相应的子系统模块。论文详细研究了标题栏的结构特征和文字信息提取方法，介绍了标题栏信息存储的方法。论文采用特征识别方法和模板技术解决了由于标题栏格式不同给文字信息提取带来的困难，实现了图纸文字信息的计算机识别，满足了异构CAD系统之间零件信息的数据共享。
4．论文研究了神经网络模型定额计算子系统的实现方法及功能界面。在Visual C++6.0集成开发环境下，采用Matlab和OpenDWG Toolkit开发工具实现了子系统的开发。论文还介绍了应用实例。
With the development of advanced manufacture technologies and systems, such as CIMS, CE, AM, PDM, BPR, the application of information technology in manufacturing enterprises is greatly promoted and the informatization, integration and intelligentization is becoming a tendence.
Informatization of man-hour management is an important issue of informatization in manufacturing enterprises. It is not only a necessary part for integration system of design (CAD/CAPP), manufacture (CAM) and information management (MIS/ERP), but also as an important basis for production planning, accounting and cost control in enterprises.
Based on the design and development of Computer-aided Mould and Fixure Man-hour Quota System (CFMH), a method of calculating man-hour quota based on artificial neural networks (ANN) is proposed in this thesis and a sub-system of calculating man-hour quota based on ANN is also implemented. The main contributions of this thesis are as follows:
1. By analyzing the principle and calculation methods of man-hour quota, the work flow and system framework of CFMH are considered and designed. Especially, the sub-system framework and funtion of calculating man-hour quota based on ANN is studed.
2. A model for calculation of man-hour quota based on ANN is established. On the basis of analyzing the structure of standard quota table, an approach for constructing a man-hour quota ANN model using synthetical methods is proposed. By using Matlab script language, the man-hour quota calculation model is described accurately. The input parameters of the model are selected from the parameters of the standard quota table and the train set is getten from the data of the table. Meanwhile, the calculated results are post-corrected according to the applied part. Dealing with calculation of man-hour quota, a new way of inormalization is explored.
3. An approach to extract text information from heading block of the CAD files for use of the sub-system and import them into database is
proposed. Feature extracting method for text information is one of the
emphasis of this thesis. The problem of identifying text from different format of title block is solved by using template and feature identifying technologies. So the text information in CAD files can be recognized and shared with different CAD systems.
4. The development platform and the interface of this sub-system are detailed. Under a Visual C++ integrated environment, it is realized by using a development tool OpenDWG Toolkit and Matlab. Finally, some experiment and application results for the proposed approach and system are also presented.
工时定额管理的信息化是制造信息化的重要组成部分，它是企业实现设计(CAD／CAPP)、制造(CAM)和管理信息(MIS／ERP)信息集成的重要环节之一，也是企业进行生产组织、计划、核算和成本控制的重要依据。
本文结合计算机辅助模、夹具工时定额系统(Computer-aided Mould and JigMan-hour Quota System，CFMH)的研制与开发，研究了基于人工神经网络模型的工时定额计算方法；并开发了相应的神经网络模型定额计算子系统模块。为工时定额制定的信息化、集成化，促进企业信息化打下了良好的基础。论文主要包括下述内容：
1．研究了工时定额的制定原理及计算方法，介绍了计算机辅助模、夹具工时定额系统的工作流程和系统结构，论述了神经网络模型定额计算子系统的结构和功能。
2．研究了基于人工神经网络的工时定额计算模型。在分析标准定额表结构的基础上，提出了用综合法构建计算工时定额人工神经网络模型的思路。以标准定额表的综合结构参数为网络输入、以表数据为训练集，采用Matlab脚本语言构建了定额计算网络，同时对网络采用了后置数据处理最终确定了比较准确的工时定额数据，为工时定额制定的信息化、计算机化探索出一条新路。
3．研究了与子系统相关的零部件标题栏信息提取和入库方法；开发了相应的子系统模块。论文详细研究了标题栏的结构特征和文字信息提取方法，介绍了标题栏信息存储的方法。论文采用特征识别方法和模板技术解决了由于标题栏格式不同给文字信息提取带来的困难，实现了图纸文字信息的计算机识别，满足了异构CAD系统之间零件信息的数据共享。
4．论文研究了神经网络模型定额计算子系统的实现方法及功能界面。在Visual C++6.0集成开发环境下，采用Matlab和OpenDWG Toolkit开发工具实现了子系统的开发。论文还介绍了应用实例。
With the development of advanced manufacture technologies and systems, such as CIMS, CE, AM, PDM, BPR, the application of information technology in manufacturing enterprises is greatly promoted and the informatization, integration and intelligentization is becoming a tendence.
Informatization of man-hour management is an important issue of informatization in manufacturing enterprises. It is not only a necessary part for integration system of design (CAD/CAPP), manufacture (CAM) and information management (MIS/ERP), but also as an important basis for production planning, accounting and cost control in enterprises.
Based on the design and development of Computer-aided Mould and Fixure Man-hour Quota System (CFMH), a method of calculating man-hour quota based on artificial neural networks (ANN) is proposed in this thesis and a sub-system of calculating man-hour quota based on ANN is also implemented. The main contributions of this thesis are as follows:
1. By analyzing the principle and calculation methods of man-hour quota, the work flow and system framework of CFMH are considered and designed. Especially, the sub-system framework and funtion of calculating man-hour quota based on ANN is studed.
2. A model for calculation of man-hour quota based on ANN is established. On the basis of analyzing the structure of standard quota table, an approach for constructing a man-hour quota ANN model using synthetical methods is proposed. By using Matlab script language, the man-hour quota calculation model is described accurately. The input parameters of the model are selected from the parameters of the standard quota table and the train set is getten from the data of the table. Meanwhile, the calculated results are post-corrected according to the applied part. Dealing with calculation of man-hour quota, a new way of inormalization is explored.
3. An approach to extract text information from heading block of the CAD files for use of the sub-system and import them into database is
proposed. Feature extracting method for text information is one of the
emphasis of this thesis. The problem of identifying text from different format of title block is solved by using template and feature identifying technologies. So the text information in CAD files can be recognized and shared with different CAD systems.
4. The development platform and the interface of this sub-system are detailed. Under a Visual C++ integrated environment, it is realized by using a development tool OpenDWG Toolkit and Matlab. Finally, some experiment and application results for the proposed approach and system are also presented.
引文
[1] 石晶玉等，汽车铸件生产工时数理统计计算方法，吉林工业大学学报，1998．03
[2] 洪湖鹏，通用化计算机辅助工时系统的研究和开发，管理技术，2001．03
[3] 冯国胜，产品定额数据库管理系统的开发与应用，北京汽车，1995．02
[4] 顾元杰，引进工业工程劳动定额管理，中国劳动定员定额，1995．02
[5] 刘崇等，工艺路线与工时定额的计算机联管系统，建筑机械，1999．09
[6] 黄正焕 工时定额制定软件的通用化研究 人类工效学 1998．03
[7] Askarany, D., Smith, M. A critical evaluation of the diffusion of cost and management accounting innovations. Management of Innovation and Technology, 2000.ICMIT 2000, vol. 1:59-64
[8] 何杏清等，劳动定额学，中国劳动出版社，1991
[9] 李淑娟等，基于神经网络的加工时间定额确定方法，机械科学与技术，2000．02
[10] 麦中凡，C++程序设计语言教程(语言基础)，北京航空航天大学出版社，1995．02
[11] 黄培，常超，企业信息化系列技术，现代制造工程，2001．09
[12] 冯辛安，CAD／CAM技术概论，机械工业出版社，1995
[13] 郎波，互联网上产品数据的交换和共享，航空制造工程，No．11 1996
[14] 施寅，周葆芳，虚拟现实造型语言及其应用，计算机辅助设计与图形学报，Vol．10 No．5 1998
[15] 魏学祯等，合理制定工时定额促进生产率的提高，机械研究与应用，Vol．14 No．3 2001
[16] Lemann，CAPP技术(下)，http://www.cims.edu.cn
[17] 刘长安，基于客户／服务器体系结构的集成工艺计划系统，机械工艺师，2001．06
[18] 姜锡光，计算机辅助编制产品工时定额汇总系统，锅炉制造，2001．05
[19] 李淑娟等，集成环境下基于多Agent的时间定额确定方法，机械设计与制造工程，Vol．30 No．2 2001
[20] 陈岭川等，统计算法——工时定额测定方法之浅谈，山东农机，2001．03
[21] 付斌等，张金，基于知识库的定额测算原理及应用，组合机床与自动化加工技术，2000．04
[22] 裴永魁等，企业劳动定员定额管理模式研究，工业工程，Vol．4 No．1 2001
[23] GB／T 140002-92，劳动定额术语
[24] 石素美等，机械切削加工劳动定额制定系统算法的研究与分析，汽车科技，1998．01
[25] 潘绍来，向效率管理要效率，华东经济管理，Vol．15 No．3 2001
[26] 刘刚，刘强，工程图纸矢量化与识别技术在工时定额制定中的应用，工业
工程与管理，2001．03
[27] 黄镇焕，翟存荣，工时定额制订软件的通用化研究，人类工效学，Vol．4 No．4 2001
[28] 祁国宁，吴澄，顾建新，企业重组与CIMS，http://www.ordnance.cetin.net.cn/
[29] 张曙，林德生，可持续发展的生产模式——分散网络化生产系统，中国机械工程，Vol．9 No．1 1998．2
[30] 胡庆夕，秦鹏飞，基于线性加权—分配法的工艺方案综合评价，计算机集成制造系统，Vol．6 No．1 2000
[31] Yuh-Min Chen and Yun-Tau Hsiao, A collaborative data management framework for concurrent product and process development, Intemationai Journal of Computer Integrated Manufacturing, 1997. 10(6), 446-469.
[32] 赵泉，卢章平，神经网络技术在多元图表插值中的应用，机械与电子，2002．05
[33] 陈小平，石玉，于盛林，神经网络中克服局部最小的BP／EP混合算法，小型微型计算机系统，Vol．22 No．12 2001
[34] 王志亮，王伟、曹国金，改进的BP网络对桩抗压强度的预测与分析，水电自动化与大坝监测，2000．02
[35] 刘桂杰，巩亚东等，基于VB环境的砂轮智能选择系统开发，东北大学学报(自然科学版)，Vol．23 No．12 2002
[36] 赵泉，卢章平，神经网络技术在多元图表插值中的应用，机械与电子，2002．05
[37] 邢进生，万百五，基于矩形函数系的模糊神经网络及其应用，西安交通大学学报，Vol．34 No．6 2000
[38] 刘利霞，贺贵明，基于BP神经网络的模糊综合评判模型及应用，计算机应用，Vol．21 No．8 2001
[39] 金文华等，工程CAD材料统计表自动生成系统中的层次模板技术，计算机辅助设计与图形学学报，Vol．13 No．2 2001
[40] 李孝安，张晓贵，神经网络与神经计算机导论，西北工业大学出版社，1995．05，西安
[41] Object Management Group, White Paper to the OMG in Response to OMG Manufacturing Domain Task Force, OMG TC Document 97-09-1, ftp://ftp.omg.org/pub/docs/mfg/97-09-01 .pdf
[42] Martin T. Hagan, Howard B. Demuth 著，戴葵等译，神经网络设计，机械工业出版社，2002
[43] E. Barnard, "Optimization for training neural nets", IEEE Transactions on Neural Networks, vol. 3, no. 2, pp., 232-240, 1992
[44] R. Battiti, "First and second order methods for learning: Between steepest descent Newton's method", Neural Computation, vol. 4, no. 2, pp. 141-166, 1992
[45] 胡守仁，神经网络应用技术，国防大学科技出版社，1995
[46] 杨建华，武子昉，基于AutoCAD平台的明细表自动生成，机械设计与制造，2000．03
[47] 王西进等，模型空间与图纸空间中的绘图处理，机械设计与制造，2000．10
[48] 顾嘉胤，谭建荣，基于ObjectARX的回转体图形自动生成算法，计算机工
程与应用，2000．06
[49] 杨永喜，虞培清，基于AutoCAD系统的ARX集成开发，机电工程，Vol．13 No．5 2001
[50] 何清刚等，工程图样管理系统及其关键技术，机械科学与技术，Vol．19 No．3 2001
[51] 李善平等，产品数据标准与PDM，清华出版社，2002．04
[52] 宛延闿，定海，面向对象分析和设计，清华出版社，2001．02
[53] 旌阳等，MATLAB语言工具箱——TOOLBOX使用指南，西北工业大学，1995
[54] 何强，MATLAB扩展编程，清华大学出版社，2002．06
[55] 楼顺天，MATLAB程序设计语言，西安电子科技大学出版社，1997
[56] 飞思科技产品研发中心，MATLAB6.5辅助神经网络分析与设计，电子工业出版社，2002
[57] Erich Gamma,Richarard Helm，设计模式，机械工业出版社，2000
[58] 邵维忠，杨芙清，面向对象的系统分析，清华大学出版社，1998
[59] 蔡希尧，陈平，面向对象技术，西安电子科技大学出版社，1993
[60] 蔡子兴，徐光佑，人工智能及其应用，清华大学出版社，2000
[61] 许建新，并行工程中CAPP知识处理技术研究，博士论文，1997
[62] 黄进，并行环境下耦合神经网络的CAPP实例推理工具的研究，博士论文，1996
[2] 洪湖鹏，通用化计算机辅助工时系统的研究和开发，管理技术，2001．03
[3] 冯国胜，产品定额数据库管理系统的开发与应用，北京汽车，1995．02
[4] 顾元杰，引进工业工程劳动定额管理，中国劳动定员定额，1995．02
[5] 刘崇等，工艺路线与工时定额的计算机联管系统，建筑机械，1999．09
[6] 黄正焕 工时定额制定软件的通用化研究 人类工效学 1998．03
[7] Askarany, D., Smith, M. A critical evaluation of the diffusion of cost and management accounting innovations. Management of Innovation and Technology, 2000.ICMIT 2000, vol. 1:59-64
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[11] 黄培，常超，企业信息化系列技术，现代制造工程，2001．09
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[13] 郎波，互联网上产品数据的交换和共享，航空制造工程，No．11 1996
[14] 施寅，周葆芳，虚拟现实造型语言及其应用，计算机辅助设计与图形学报，Vol．10 No．5 1998
[15] 魏学祯等，合理制定工时定额促进生产率的提高，机械研究与应用，Vol．14 No．3 2001
[16] Lemann，CAPP技术(下)，http://www.cims.edu.cn
[17] 刘长安，基于客户／服务器体系结构的集成工艺计划系统，机械工艺师，2001．06
[18] 姜锡光，计算机辅助编制产品工时定额汇总系统，锅炉制造，2001．05
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[20] 陈岭川等，统计算法——工时定额测定方法之浅谈，山东农机，2001．03
[21] 付斌等，张金，基于知识库的定额测算原理及应用，组合机床与自动化加工技术，2000．04
[22] 裴永魁等，企业劳动定员定额管理模式研究，工业工程，Vol．4 No．1 2001
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[24] 石素美等，机械切削加工劳动定额制定系统算法的研究与分析，汽车科技，1998．01
[25] 潘绍来，向效率管理要效率，华东经济管理，Vol．15 No．3 2001
[26] 刘刚，刘强，工程图纸矢量化与识别技术在工时定额制定中的应用，工业
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[27] 黄镇焕，翟存荣，工时定额制订软件的通用化研究，人类工效学，Vol．4 No．4 2001
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[30] 胡庆夕，秦鹏飞，基于线性加权—分配法的工艺方案综合评价，计算机集成制造系统，Vol．6 No．1 2000
[31] Yuh-Min Chen and Yun-Tau Hsiao, A collaborative data management framework for concurrent product and process development, Intemationai Journal of Computer Integrated Manufacturing, 1997. 10(6), 446-469.
[32] 赵泉，卢章平，神经网络技术在多元图表插值中的应用，机械与电子，2002．05
[33] 陈小平，石玉，于盛林，神经网络中克服局部最小的BP／EP混合算法，小型微型计算机系统，Vol．22 No．12 2001
[34] 王志亮，王伟、曹国金，改进的BP网络对桩抗压强度的预测与分析，水电自动化与大坝监测，2000．02
[35] 刘桂杰，巩亚东等，基于VB环境的砂轮智能选择系统开发，东北大学学报(自然科学版)，Vol．23 No．12 2002
[36] 赵泉，卢章平，神经网络技术在多元图表插值中的应用，机械与电子，2002．05
[37] 邢进生，万百五，基于矩形函数系的模糊神经网络及其应用，西安交通大学学报，Vol．34 No．6 2000
[38] 刘利霞，贺贵明，基于BP神经网络的模糊综合评判模型及应用，计算机应用，Vol．21 No．8 2001
[39] 金文华等，工程CAD材料统计表自动生成系统中的层次模板技术，计算机辅助设计与图形学学报，Vol．13 No．2 2001
[40] 李孝安，张晓贵，神经网络与神经计算机导论，西北工业大学出版社，1995．05，西安
[41] Object Management Group, White Paper to the OMG in Response to OMG Manufacturing Domain Task Force, OMG TC Document 97-09-1, ftp://ftp.omg.org/pub/docs/mfg/97-09-01 .pdf
[42] Martin T. Hagan, Howard B. Demuth 著，戴葵等译，神经网络设计，机械工业出版社，2002
[43] E. Barnard, "Optimization for training neural nets", IEEE Transactions on Neural Networks, vol. 3, no. 2, pp., 232-240, 1992
[44] R. Battiti, "First and second order methods for learning: Between steepest descent Newton's method", Neural Computation, vol. 4, no. 2, pp. 141-166, 1992
[45] 胡守仁，神经网络应用技术，国防大学科技出版社，1995
[46] 杨建华，武子昉，基于AutoCAD平台的明细表自动生成，机械设计与制造，2000．03
[47] 王西进等，模型空间与图纸空间中的绘图处理，机械设计与制造，2000．10
[48] 顾嘉胤，谭建荣，基于ObjectARX的回转体图形自动生成算法，计算机工
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[49] 杨永喜，虞培清，基于AutoCAD系统的ARX集成开发，机电工程，Vol．13 No．5 2001
[50] 何清刚等，工程图样管理系统及其关键技术，机械科学与技术，Vol．19 No．3 2001
[51] 李善平等，产品数据标准与PDM，清华出版社，2002．04
[52] 宛延闿，定海，面向对象分析和设计，清华出版社，2001．02
[53] 旌阳等，MATLAB语言工具箱——TOOLBOX使用指南，西北工业大学，1995
[54] 何强，MATLAB扩展编程，清华大学出版社，2002．06
[55] 楼顺天，MATLAB程序设计语言，西安电子科技大学出版社，1997
[56] 飞思科技产品研发中心，MATLAB6.5辅助神经网络分析与设计，电子工业出版社，2002
[57] Erich Gamma,Richarard Helm，设计模式，机械工业出版社，2000
[58] 邵维忠，杨芙清，面向对象的系统分析，清华大学出版社，1998
[59] 蔡希尧，陈平，面向对象技术，西安电子科技大学出版社，1993
[60] 蔡子兴，徐光佑，人工智能及其应用，清华大学出版社，2000
[61] 许建新，并行工程中CAPP知识处理技术研究，博士论文，1997
[62] 黄进，并行环境下耦合神经网络的CAPP实例推理工具的研究，博士论文，1996