第九章 作业计划与控制.ppt

制造业作业计划与控制 第9章 第一节制造业作业计划 生产计划体系回顾MRP 确定了各车间的零部件投入出产计划 将全厂性的生产计划变成了各车间的生产任务 车间 1 安排任务 把生产任务安排到车间的每一工作地并落实到每一个岗位的操作者 2 保证完成任务 通过对作业的实时监督与跟踪 使实际的生产进度按计划要求按质按时按量完成 车间作业管理的主要内容 将任务安排到工作地 牵涉到任务分配和作业排序问题 回顾 一 生产计划的总体框架 生产计划体系的总体框架 回顾 二 生产计划的系统结构 生产计划系统结构 主生产计划 作业排序 sequencing 作业排序是解决各个生产层次中生产任务的加工顺序问题 既包括哪个生产任务先投产 哪个生产任务后投入 还包括在同一设备上不同工件的加工顺序 排序的目标 如何在尽可能满足各种约束条件的情况下 给出一个令人满意的排序方案 一编制作业计划的基本概念 一 编制作业计划只有作业计划才能指导每个工人的生产活动 Scheduling 编制作业计划或安排日程计划 时间表 编制作业计划 Scheduling 将资源分配给不同的任务 按照既定的优化目标 确定各种资源利用的时间问题工厂 对每个工人和工作地安排每天的生产任务 规定开始时间和完成时间医院 安排病人手术 安排手术室 配备手术器械 手术医师和护士学校 安排上课时间表 使学生能按规定的时间到规定的教室听事先安排的教师讲课项目计划管理 作业计划 二 有关的名词术语 一 排序 排序 Sequencing 确定零件在机器上的加工顺序编制作业计划 Scheduling 加工制造发生之前的活动 火车时刻表 包括确定加工顺序 加工任务的分配和加工每个零件的开始和完成时间调度 作业计划编制后实施生产控制所采取的一切行动 火车运行的安排 发生晚点后的处理 派工 Dispatching 在作业计划制定以后 按照作业计划的要求 将具体生产任务通过工票或施工单的形式下达到具体的机床和工人赶工 Expediting 在实际进度已落后于计划进度时采取的行动控制 Controlling 二 有关的名词术语 二 机器 表示 服务者 可以是工厂里的各种机床 也可以是维修工人 可以是轮船要停靠的码头 也可以是电子的计算机中央处理单元 存贮器和输入 输出单元零件 代表 服务对象 可以是单个零件 也可以是一批相同的零件加工路线 零件加工经过不同机器构成的路线 某零件要经过车 铣 占 磨的路线加工 我们可以用M1 M2 M3 M4来表示 加工顺序 表示每台机器加工n个零件的先后顺序 是排序要解决的问题 1 流程时间 任务在车间的停留时间Fi总流程时间 Fi最大流程时间 Fmax max Fi 平均流程时间 Fi n 2 等待时间总等待时间平均等待时间 3 延期量 交货期拖延的时间 D 最大延期量 Dmax max Di 总延期量 Di 4 加工周期 已知条件零件加工工艺过程作业时间ti交货期Ci 三 排序的目标函数 四 排序问题的分类 按机器的种类和数量 单台设备排序问题 多台设备排序问题 单件作业排序问题流水作业排序问题 排序问题分类 五 排序问题的表示方法 排序问题的4参数表示法 n m A Bn 零件数m 机器数A 车间类型 F 流水作业排序问题 P 流水作业排列排序问题 G 一般单件作业排序问题m 1 A为空白B 目标函数 通常是使其最小 如 n 3 p CMAX 例 5个工件经过4台设备加工 目标是使加工周期最短的流水作业排序可以表示为 5 4 F Fmax 二单台设备排序问题 根据优先规则对每一个达到的订单安排作业顺序 1 SPT shortestprocessingtime 规则 优先选择加工时间最短的工序 工件的平均流程时间最短 从而减少在制品 2 FCFS firstcomefirstserved 规则 优先选择最早进人可排工序集合的工件 对工件公平3 EDD earliestduedate 规则 优先选择完工期限紧的工件 工件最大延误时间最小4 MWKR mostworkremaining 规则 优先选择余下加工时间最长的工件 不同工作量的工件完工时间尽量接近 一 优先规则 5 LWKR leastworkremaining 规则 优先选择余下加工时间最短的件 余下加工时间 松动时间 交货期 加工时间 工作量小的工件尽快完成6 MOPNR mostoperrationsremaining 规则 优先选择余下工序最多的工件 与MWKR相同 只不过考虑工件在不同机器上的转运排队时间是主要的7 SCR smallestcriticalratio 规则 优先选择临界比最小的工件 临界比率 交货期 当前日期 作业时间 保证工件延误时间最少的法则 一 优先规则 续 8 RANDOW规则 随机地挑选一个工件9 组合原则 一 优先规则 续 如何评价排序规则的优劣 主要两个方面 1 拖期的工件数或拖期时间 2 工件在车间的停留时间或在制品量 排序法则的应用范例 例 有6个工件需要在某台设备上加工 各工件的加工时间如表1所示 工件编号是工件到达工作地的先后次序 当前日期为0 采用以上六种排序方法进行排序 解 注 总的拖期数是5件 平均拖期时间为 0 3 5 17 17 20 6 10 33 平均流程时间 7 15 25 27 32 38 6 24 注 总的拖期数是3件 平均拖期时间为 0 0 0 6 16 18 6 6 33 平均流程时间 2 7 13 20 28 38 6 18 注 总的拖期数是4件 平均拖期时间为 0 0 3 7 10 18 6 6 33 平均流程时间 2 10 17 22 28 38 6 19 5 注 总的拖期数是4件 平均拖期时间为 0 0 3 3 19 24 6 8 17平均流程时间为 6 11 13 23 31 38 6 20 33 组合原则 有时 需采用排序规则的组合进行排序 例 SPT MWRK RANDOM 含义是首先选用SPT规则选择下一个待加工的任务 若同时有多个任务被选中 则采用MWRK规则再次选择 若仍有多个任务被选中 最后采用RANDOM从中随机选择一个作为下一个待加工的任务 例 SPT EDD 三流水作业的排序问题 n 2 P Fmax问题的最优算法一般n m P Fmax问题的启发式算法相同零件 不同移动方式下加工周期的计算 一 n 2 P Fmax问题的最优算法 n个工件都必须经过机器1和机器2的加工 即工艺路线是一致的 n 2 P Fmax问题的最优算法 一 Johnson算法 其步骤 1 从加工时间矩阵中找出最短的加工时间 2 若最短的加工时间出现在M1上 则对应的工件尽可能往前排 若最短加工时间出现在M2上 则对应工件尽可能往后排 然后 从加工时间矩阵中划去已排序工件的加工时间 若最短加工时间有多个 则任挑一个 3 若所有工件都已排序 停止 否则 转步骤 1 例求下表所示的6 2 P Fmax问题的最优解 结果 J2J5J6J1J4J3Fmax 28J2J5J1J6J4J3J2J5J1J4J6J3 计算最长流程时间 图示法 时间 工序 M1 M2 Fmax 28 计算最长流程时间 表上计算法 1 4 3 11 8 15 13 22 18 26 26 28 Fmax 28 计算最长流程时间 1 4 3 11 9 18 13 22 18 26 26 28 Fmax 28 计算最长流程时间 1 4 3 11 9 18 14 22 18 26 26 28 Fmax 28 综上 三个排序最短的最大流程时间相同 说明 当遇到相同的最小时间值时 可任选其一排序 得到的就是最优排序Johnson规则只是一个充分条件 不是必要条件 请同学们课下计算排序 J2J5J6J4J1J3的最大流程时间 n 2 P Fmax问题的最优算法 二 Johnson的改进算法 其步骤 将所有pi1 pi2的工件按pi1值不减的顺序排成一个序列A 将所有pi1 pi2的工件按pi2值不增的顺序排成一个序列B 将A放到B之前 就构成了最优加工顺序 例求下表所示的6 2 P Fmax问题的最优解 结果 按改进后的算法 序列A为 2 5 6 1 序列B为 4 3 构成最优顺序为 2 5 6 1 4 3 与Johnson算法结果一致 例 设有6个需要在两台设备上加工的流水作业 单件加工时间如下表 试确定最佳加工顺序 课堂练习 排序方案 1 4 3 6 1 2 52 4 3 6 1 5 2 二 一般n m P Fmax问题的启发式算法 1Palmer法2关键工件法3CDS法 1Palmer法 Palmer法 是一种按斜度指标排列零件的启发式算法 零件的斜度指标的计算公式 排序规则 按照各工件不增的顺序排列工件 例 有一个4 3 F FMAX问题 其加工时间如下表 结果 J1J2J3J4或J2J1J3J4Fmax 28 应用步骤 1 计算每个工件总加工时间Pi 找出加工时间最长的工件作为关键工件C2 将剩余的工件按照如下的规则排序 1 如果Pi1 Pim 则按Pi1不减的顺序排列得一序列集SA 2 如果Pi1 Pim 则按Pim不增的顺序排列得一序列集SB 3 按照 SA C SB 的顺序排列即为所求的顺序例 有一个4 3 F FMAX问题 其加工时间如下表 2关键工件法 解 Pi 13111614 结果 J1J2J3J4Fmax 28 已知有5工件要在4台设各上加工的流水车间作业排序问题 加工时间如表所示 关键工件 J42 Pi1 Pi4的工件是 2 3 5 SA 3 5 2 剩下的是1号工件3 排列顺序为 3 5 2 4 1 关键工件法 课堂练习 解 1 总加工时间 FMAX 55 4 计算FMAX 3CDS算法 CDS算法 由Campbll Dudek Smith三人提出 把Johnson的算法用于一般n m P Fmax问题 得到 m 1 个加工顺序 取其优者 例 有一个4 3 F FMAX问题 其加工时间如下表 结果 方案1 J1J2J3J4Fmax 28方案2 J2J3J1J4Fmax 29 课堂练习 已知有5工件要在4台设各上加工的流水车间作业排序问题 加工时间如表所示 三 相同零件 不同移动方式下加工周期的计算 排序问题针对的是不同零件 如果n个零件相同 则没有排序问题 但零件在加工过程中采取的移动方式不同 会导致一批零件的加工周期不同 零件在加工过程中的移动方式 1 顺序移动方式2 平行移动方式3 平行顺序移动方式 1顺序移动方式 顺序加工 整批转移 一批零件的加工周期的计算 优点 设备利用率高 移动次数少 管理工作简单 缺点 加工周期长 在制品占用量多 常用于单件或成批生产过程 工艺原则 2平行移动方式 平行加工 单件转移 一批零件加工周期的计算公式 优点 加工周期短 管理工作复杂 缺点 设备利用率低 移动次数多 常用于装配流水线 大量生产过程 对象原则 3平行顺序移动方式 由两种安排方法 1 当前道工序的加工时间小于或等于后道工序的加工时间时 加工完的每一个零件应及时转人后道工序加工 即按平行移动方式逐件移动 2 当前道工序的加工时间大于后道工序的加工时间时 只有当前道工序上完工的零件数量足以保证后道工序连续加工时 才开始将完工的制件转人后道工序 既考虑生产的平行性 又考虑生产的连续性 优点 分散的间歇时间集中利用 工人和设备负荷较充分缺点 未完全消除零件等待时间在工序单件加工时间不协调的情况下采用 一批零件加工周期的计算公式 课堂练习 例 有一批零件为4件 经过4道工序的加工 各工序的单件加工时间分别为10分钟 5分钟 15分钟和10分钟 求在不同移动方式下的加工周期 已知 n 4件 m 4工序 t1 10分钟 件 t2 5分钟 件 t3 15分钟 件 t4 10分钟 件求得 三单件作业排序与任务分配 一 单件作业排序单件作业 每个工件都有其独特的加工路线 工件没有一定的流向 单件生产作业排序问题是最复杂的一类排序问题 单件车间作业计划与流水车间的作业计划不同 由于工件的加工路线多样化 导致其作业排序的问题比流水作业排序问题复杂得多 用优化方法需要更长计算时间 因此一般也都用启发方法才更有实践应用价值 排序方法 略 单件作业 按加工路线进行的生产流程 二 任务分配问题 适用场合 为每一个人分配一项工作 或者一件工作被分配到一台设备 一对一的关系 目标 成本最低或者时间最少原理 线性规划方法 匈牙利法 任务分配 数据 步骤1 从各行中减去最小的数字 结果 步骤2 从各列中减去最小的数字 得结果 步骤3 画最小数目的直线盖住所有的0 若直线数目等于表的行数或者列数 则完成分配 由于最小直线数目为2 不等于行数或者列数 则到步骤4 步骤4 表中没有被直线盖住的数字减去其中最小的数字 本例为2 并把该数加到直线的相交的数上 回到步骤2 画直线盖住所有的0 三条直线 等于行数或者列数 得到最佳分配 步骤4 将工作分配给为0的那台设备 R 34 C S 66 B T 50 A 最小成本 6 10 9 25 任务分配 课堂练习 例 有5项不同的任务 分别可由5台设备来加工 加工时间矩阵如表所示 用匈牙利算法求最优解 答案 J1 M4 J2 M5 J3 M3 J4 M1 J5 M2 任务分配 课堂练习 例 有4项任务要在4台设备上加工 加工时间矩阵如表所示 确定最优的任务分配方案 答案 J1 M1 J2 M4 J3 M3 J4 M2 第二节生产作业控制 生产计划与控制系统实施生产作业控制的原因和条件生产调度的有关问题生产进度控制在制品管理 一 生产计划与控制系统 二 实施生产作业控制的原因和条件 一 实施生产作业控制的原因1 加工时间估计不准2 随机因素的影响3 加工路线的多样性4 企业环境的动态性 二 实施生产控制的条件1 要有一个标准2 要取得实际生产进度与计划偏离的信息3 要有采取纠正偏差的行动 调度 主要任务 检查计划执行情况 检查生产作业准备情况 合理调配生产资源 组织厂级和车间级的生产调度会议 工作原则 计划性 预见性 关键点 行动性 效率性 三大制度 值班制度 会议制度 报告制度 工作方法 点 线 面相结合 三 生产调度的有关问题 1 检查生产作业计划的执行情况 掌握生产动态 及时采取必要的调整措施 2 检查生产作业的准备情况 督