生产计划_生产作业计划概述

第十章生产作业计划 学习要点 生产作业计划的概念和作用 编制生产作业计划的基本要求和步骤 期量标准的概念和作用 不同生产类型下期量标准的内容和确定方法 不同生产类型下生产作业计划的编制方法 作业排序的概念和基本方法 优化生产技术 约束理论 高级计划排程的基本概念和内容 10 1概述 生产作业计划是企业生产计划的延续和具体化 是生产计划的具体执行计划 通过生产作业计划 把生产计划中规定的产品任务 分解为各车间 工段 班组以及工作地或个人的作业任务 以具体指导和安排日常生产活动 保证按品种 质量 数量 期限全面完成生产计划 图10 1生产作业计划的层次 10 1 1生产作业计划的任务1 落实生产计划生产作业2 合理组织生产过程3 实现均衡生产4 进行生产作业控制10 1 2制定生产作业计划的基本要求1 确保交货期2 减少等待时间3 加工对象流程时间最短4 减少在制品数量和停放时间 10 1 3制定生产作业计划的主要步骤1 收集信息资料 需要收集的信息资料主要包括以下几种 1 生产任务方面 年度 季 月 生产计划或主生产计划 产品开发计划 订货合同 厂外协作计划 厂内各车间和部门之间的协作计划等 2 产品设计和工艺方面 产品 零部件的设计图纸 整机装配系统图 自制件及外协件明细表 工艺路线和工艺规程等技术文件 3 生产能力方面 厂房生产面积 设备数量及其完好率 设备停修计划 分工种工人的数量及技术等级 工 台 时定额及压缩系数 4 生产准备方面 原材料 外购件 外协件 工装器具等的供应及库存情况 5 上期计划的执行情况的统计分析资料 品种 规格 数量 质量 配套完成情况 在制品结存情况 设备利用率 工时利用率 工人出勤率等 6 企业的流动资金状况 2 确定计划单位 计划单位是编制生产作业计划时下达生产任务所用的计算单位 它反应了生产作业计划的详细程度及各级分工关系 1 产品为计划单位 2 部件为计划单位 3 零件组为计划单位 4 零件为计划单位 3 制定和修订期量标准 期量标准是生产计划与控制系统很重要的基础数据标准 在制定时应遵循以下原则 1 所取数据应经过必要的计算和深入分析研究 要有充分的依据 2 各种 期 和 量 要互相配合 协调一致 能客观反映合理组织生产的要求 3 要便于管理 易为计划 调度 人员所掌握 4 确定编制方法 生产类型 生产组织方式不同 生产作业计划的编制方法也各不相同 5 做好综合平衡工作 及时编制下达生产作业计划 10 2大量流水生产作业计划 10 2 1大量流水生产的特点1 专业化程度高 2 工艺过程是封闭的 3 工作地按工艺过程的先后顺序排列 生产对象在工作地间单向移动 4 生产过程具有明显的节奏性 5 各工作地之间由传送装置连接 生产作业计划的主要决策问题在流水生产线的设计阶段中就已经做出 包括流水线的生产节拍 各工作地负荷 产品的生产顺序等 10 2 2大量流水生产的期量标准10 2 2 1节拍节拍是流水线上出产两个相邻相同制品的时间间隔 1 单一对象流水线节拍的确定 其计算公式为 式中Fe 计划期内的有效工作时间 N 计划期生产任务的数量 含废品量 流水线上某工序上两个相同制品的时间间隔为该工序的工作节拍 式中ti 工序单件时间 si 该工序的工作地数量 2 多对象流水线节拍的确定 多对象流水生产有两种基本形式 可变流水线 AAAAAAAABBBBBBBBBBBBBBCCCCCCCCCC混合 成组 流水线 2A5B3C2A5B3C2A5B3C2A5B3C2A5B3C2A5B3C2A5B3C2A5B3C 10 2 2 2流水线标准工作指示图表流水线标准工作指示图表又称流水线标准计划 表明流水线内各工作地在正常条件下的具体工作制度和劳动组织方式的一种标准图表 它既是大量流水生产条件下进行日常生产管理的一个期量标准 又是标准的生产作业计划 编制流水工作指示图表的过程 也是流水线工序同期化的过程 所谓工序同期化是指通过技术组织措施调整流水线各工序的时间 使其与节拍相等或与节拍成整数倍关系 由于工序同期化程度不同 流水线连续程度不同 故有连续流水线和间断流水线 1 连续流水线工作指示图表的编制 连续流水线的工序同期化程度高并不是自然形成的 需要经过复杂的流水线平衡设计 装配线平衡问题一般分为三类给定生产节拍 在满足约束条件下使流水线工位数量最少 是给定流水线的工位数量 在满足约束条件下使生产节拍最小 给定工位数量 最小化装配线平衡指数 装配线平衡时 首先应符合各工序之间的先后顺序关系 其次应使每个工作地分配到的装配工步 作业单元 作业时间之和小于和接近节拍 第三 应使工作地数目最少 装配线有较高的负荷系数 根据装配工艺技术划分的装配作业单元 每个作业单元所需时间以及作业单元之间的先后关系 也就是初始的装配工艺网络图 如图10 2所示 当作业单元很多 关系较复杂时 需要用一些专门方法解决装配线的时间平衡问题 如启发式法 位置加权法 分支定界法等 下面仅介绍采用分支界限法 进行流水线平衡的方法和步骤 图10 2工步顺序图 例 设某产品的节拍为10分钟 其装配工作可分为11个工步 各工步的时间定额如表10 2所示 各工步的先后顺序如图10 2 表10 2工步时间 图10 2工步顺序图 第一步 列出所有可作为第一工序的编组方案 有以下两个方案 方案1 1 t11 6 2 1 9方案1 2 t12 6 2 2 10分别计算这两个方案的工序时间和Ski值T 6 2 5 7 1 2 6 3 5 5 4 46因为Sk11 Sk12 5 t11 t12 所以 决定从方案1 2的节点上分支 第二步 在第一工序为 的基础上 组合第二工序工步的编组方案 方案2 1 t21 5 1 6 方案2 2 t22 7 1 8 方案2 3 t23 6 1 7 计算各方案的Sk2值和t2值因为Sk21 Sk22 Sk23 t22 t23 t21 所以 第二工序的分支节点 应在方案2 2的节点进行分支 第三步 第三工序的编组方案方案3 1 t31 5 3 8 方案3 2 t32 6 由于Sk31t42 所以 第四工序的分支节点 应在方案4 1的节点进行分支 第五步 第五工序的编组方案 只有一个方案 即方案5 1 t51 5 5 10 第六步 第六工序的编组方案方案6 1 t61 4 全部工步编组结束 得到流水线必须的工作地数Sb1 Sk6 6 5 所以回朔 第七步 由最后一道工序回溯 在第二道工序找到Sk2l Sk23 5 还没分过支 因为t23 t2l 所以决定由方案2 3节点进行分支 寻求可行解2 计算结果Sb2 5 因不存在Sk小于5的节点 即求得流水线上最少的工作地数为5 表10 3作业分配结果 图10 3分支定界寻优树形图 2 间断流水线作业指示图表 1 确定看管周期R 人为确定一个时间间隔 每道工序在该时间间隔内生产相同数量的制品 这个 时间间隔 就是间断流水线的看管期看管期长度的选择 应根据下列因素决定 1 工人兼职的负荷 2 工人看管设备的间距 3 流水线上各道工序生产率协调程度 4 零件的价值 工作地存放制品的面积 一般取一个班 二分之一个班或四分之一个班的时间为看管周期 2 确定看管周期内各工作地的产量及工作地 设备 负荷 1 根据各道工序的单件加工时间ti和流水线的生产节拍r 确定各工序的设备 工作地 数 若 则Si 1 若ti r 则Si 2 确定各工序设备 工作地 在看管期内的产量 对于多工作地工序 当工序中各工作地的产量Qik相等时 产量为当各工作地的产量Qik不相等时 工作地满负荷的看管期的产量 而工作地负荷不满的看管期产量Qin Q Qim Si 1 3 计算看管期内各工作地工作时间长度 4 计算设备的负荷系数Ki 3 确定工作起 止时间 绘制标准工作指示图表 4 确定和配备工人 规定工作程序 表10 4间断流水线工作指示图表示意图 10 2 2 3在制品占用量定额在制品是指从原材料投入到产品入库为止 处于生产过程中尚未完工的所有零件 组件 部件 产品的总称 1 工艺占用量 工艺在制品定额是指保证流水线全部工作地同时开始工作所必需的在制品数量 2 运输占用量是指流水线内处于运输过程中的在制品数量 3 周转占用量 式中Z1 在制品工艺占有量 件 m 工序数 Si 工序i的设备 工作地 数 qi 工序i的设备 工作地 生产数量 式中 ts 前后工序同时工作的时间 Se Sl 前后两工序的设备 工作地 数 te tl 前后两工序的单件生产时间 式中 m 工序数 n 运输批量 表10 5周转占用量变化情况图 表10 4间断流水线工作指示图表示意图 4 保险占用量 保险占用量即保险在制品定额 是为了保证流水线上个别工作地或工序突然发生故障 出现废品 不至于影响到整个流水线的正常生产而设置的在制品数量 5 库存周转占用量 库存周转占用量 是由于前后车间或流水线之间生产率不同或工作制度 班次或起止时间 不同而形成的在制品占用量 6 车间之间运输占用量 车间之间运输占用量是停留在车间之间的运输工具上和等待运输的在制品占用量 7 库存保险占用量 库存保险占用量是由于供应车间或流水线因意外原因造成交付延迟时 为保证需用车间正常生产而设置的在制品占用量 10 2 3大量流水生产作业计划的编制10 2 3 1零部件 详细物料 生产作业计划的编制1 在制品定额法 计算各车间出产量和投入量的公式如下 表10 6某月份各车间投入与产出计划计算实例 车间只需根据当月产量要求 适当调整流水线的工作班次和工作时间 10 2 3 2车间内部生产作业计划的编制 10 3成批生产作业计划 10 3 1成批生产的特点 1 成批轮番生产较多种类的产品和零部件 每次变换生产对象时 都需要重新调整机器设备成工艺装备 2 各种不同的产品 部件 零件往往要同时在各车间 班组甚至工作地平行交叉地进行生产 3 生产技术准备工作 特别是图纸和工艺装备的准备工作量很大 10 3 2成批生产的期量标准批量与生产间隔期 生产周期 生产提前期 在制品定额等 10 3 2 1批量与生产间隔期批量是指在消耗一次准备结束时间的条件下 连续生产一批相同制品的数量 生产间隔期 又称生产重复期 在稳定的定期轮番成批生产中才有此标准 它是指相邻两批相同制品投入或产出的时间间隔 批量与生产间隔期的相互关系如下 式中 Q 生产批量R 生产间隔期nd 平均日产量 为计划期产量与计划期工作日数的比值 确定批量和生产间隔期的方法主要有两种 1 以量定期法 首先从生产的技术与经济两方面考虑 确定一个初始批量 然后确定生产间隔期 最后 对初始批量进行适当的调整 求得一个与生产间隔期相互配合的最佳数值作为标准批量 1 最小批量法 最小批量法是从充分利用设备和提高劳动生产率两个因素来考虑的 Tad Qt 则式中 设备调整时间损失系数 Tad 设备准备结束时间 Qmin 最小批量 t 单件工序时间 2 经济批量法 式中 B 一次设备调整的费用 C 单位零件成本 I 年库存费用率 N 年产量 图10 5经济批量的确定 2 以期定量法 首先确定生产间隔期 然后确定批量 当生产任务发生变化时 只对批量进行调整 而生产间隔期不变 优点 计算简便 能适应生产任务的变动 当任务变动较大时 只需调整批量即可 由于生产间隔期与每月的工作日数互成倍数或可约数关系 批量又依生产间隔期制定 保持了各种必要的比例关系 易于保证零件生产的成套性 利于组织均衡生产 10 3 2 2生产周期生产周期是指制品从原材料投入到成品出产所经历的整个生产过程的全部日历时间 产品生产周期是各个工艺阶段周期之和 生产周期的确定是根据产品的制造过程结构 从零件所经过的工序和工艺阶段 由下至上计算的 1 工序加工周期计算 零件工序周期是一批零件在某道工序上的制造时间 计算公式为 式中 TOP 工序周期 Q 批量 t 单件工序时间 S 工序的工作地数 Fe 日有效工作时间 Kt 定额完成系数 Tse 准备结束时间 2 工艺阶段生产周期计算 工艺阶段生产周期是指零件在某一工艺阶段的加工周期 在成批生产中 工艺阶段生产周期与零件在工序间的移动方式有关 1 顺序移动方式 2 平行移动方式 即一批零件在某道工序加工时 每加工完一件 随即向后道工序传递一件 零件在工序之间以单件的方式传送 计算公式 tl 最长工序的作业时间 020406080100120140160 M1M2M3M4 T平顺 Top n ti n 1 min tj tj 1 m i 1 m 1 j 1 3 平行顺序移动方式 是将平行移动方式和顺序移动方式结合起来 取优弃劣而形成的一种移动方式 4 三种移动方式的比较 在实际生产中 为了简单起见 在计算顺序移动方式的加工周期时 考虑到工序之间的间断时间 用以下简单公式计算 计算平行移动方式或平行顺序移动方式的加工周期时 用一个平行系数 对To进行修正 Top To 依经验取0 6 0 8 式中 t 零件在工序之间转移的平均间断时间 n 零件的工序数 3 产品生产周期 通常根据各工艺阶段的平行衔接关系 绘制产品生产周期图表 一般只需绘出主要零件即可 图10 7产品生产周期图表 4 生产提前期 生产提前期是指产品在各个工艺阶段投入或出产日期比成品最终产出的日期应提前的时间 注意 这里讲的生产提前期是传统的手工编制作业计划年代的概念 与MRP系统的提前期在概念上有所不同 10 3 2 3在制品占用量定额1 车间内部在制品占用量 表10 11成批生产时在制品占用的各种情况 在制品占用量是一个变化的瞬间值 一般以期末量表示 为了掌握车间生产资金的占用情况 还需要计算各种产品的车间平均在制品占用量 平均在制品占用量可按下式计算 式中 车间内部在制品平均占用量 生产周期 生产间隔期 批量 平均日产量 2 车间之间在制品占用量 包括库存流动在制品占用量和库存保险占用量两种 库存流动在制品占用量是由前后两车间的批量和生产间隔期不同而形成的在制品占用量 图10 10库存流动在制品占用量变化图 库存保险占用量 是由于前车间因意外原因造成交库延误时 为保证后车间正常生产而设置的在制品占用量 式中 Zst2 库存保险占用量 Din 前车间的交库延误天数 亦即恢复间隔期 nd 后车间的平均日需要量 10 3 3成批生产作业计划的编制10 3 3 1零部件生产作业计划 详细物料计划 的编制成批生产条件下 编制零部件生产作业计划的方法主要有MRP法和累计编号法 累计编号法也称为提前期法 是指根据预先制定的提前期标准 规定各车间出产和投入应达到的累计号数的方法 这种方法将预先制定的提前期转化为提前量 某车间出产累计号数 产品出产累计号数 该车间出产提前期定额 成品的平均日产量 产品出产累计号数 出产提前量某车间投入累计号数 产品出产累计号数 该车间投入提前期定额 成品的平均日产量 产品出产累计号数 该车间投入提前量计划期车间出产量 计划期末出产的累计号数 计划期初已生产的累计号数计划期车间投入量 计划期末投入的累计号数 计划期初已投入的累计号数 10 3 3 2成批生产车间内部生产作业计划在成批生产的机械制造企业 车间内部的工作中心一般有两种组织形式 工艺专业化的机群和成组生产单元 如果是成组生产单元形式 车间内部生产作业计划相对简单 如果是工艺专业化的机群形式 则车间内部生产作业计划工作就复杂得多 本节主要介绍工艺专业化形式下的生产作业计划的编制 1 零部件工序进度计划 成批生产零部件工序进度计划是将详细物料计划下达给车间的任务细化为工序任务 分配到有关的班组 工作中心 并编制日程进度 通过一个简单的例子来说明零件工序进度计划的编制过程 图10 11所示的产品结构 MRP系统根据各种物料的提前期 计算并确定了它们的开始时间和完工时间 并下达到了相应的车间 接下来是根据所加工零件的工艺路线资料和工作中心资料 编制零件的工序进度计划 图10 11产品结构及物料提前期 第一步 准备编制计划所需材料 1 零件的工艺路线 表10 12零件工艺路线 2 工作中心资料 表10 13工作中心生产能力 3 外购外协件供应资料 包括外购外协件的供应来源 供应周期 供应来源的生产能力以及备选的供应来源等 第二步 推算零部件的工序进度日程 对于新投产的任务 应从交货日期开始 反工序顺序 由后向前推算 对于已经在车间内加工 由上期结转的尚未完成的在制任务 则从当前工序开始 由前向后推算 第三步 计算生产能力需求量 详见第9章中能力需求计划的编制过程 图10 12零部件的工序进度日程 第四步 工作中心负荷分布情况的反馈与调整 第五步 制定正式的工序进度计划并组织实施 实际生产中会发生很多复杂的情况 如工作中心设备的突然故障 出现不合格品 物料供应的延迟等等 这些情况物料需求计划是不可能及时和完全掌握的 因此 零部件工序进度计划的编制不是一个全自动的过程 需要一定的人机交互 2 班组 工作中心作业排序与任务分派 班组 工作中心在确定了一定时期内 月 周 的工作任务后 根据各种零件的交货日期 单件时间和调整时间 批量等资料 进行作业排序和任务分派 也就是安排各种零件在工作中心内部的加工顺序 并具体分配落实到每台设备 图10 13零件D在工作中心的最早和最迟开工时间 10 4单件小批生产作业计划 10 4 1单件小批生产的特点品种多 产量小 按照订单组织生产 产品的结构与工艺有较大的差异 生产的稳定性和专业化程度很低 通用设备 按照工艺原则组织生产单位 每个工作中心承担多种生产任务的加工 产品的生产过程间断时间 工艺路线和生产周期均很长 但是 单件小批生产方式具有生产灵活 对外部市场环境较好的适应性等优点 10 4 2单件小批生产的期量标准通常是以经验统计方法 对企业过去生产过的所有产品按性能特征 型号规格 复杂程度等进行分类的基础上 按类进行分析整理 找出其中的某些规律 常用的期量标准有 吨工时 产品工时结构 生产周期图表和产品负荷分布模式等 1 吨工时 是指平均每吨产品的加工劳动量 这种期量标准只有同类产品才有可比性 进一步细化 也可以计算某类部件的吨工时 2 产品工时结构 是指产品加工劳动量中各工种工时的构成比例 3 生产周期图表 生产周期的计算方法与成批生产中采用的方法相同 但主要考虑产品零件中的主要件和关键件在工艺上的逻辑衔接关系 确定产品的生产周期 4 产品负荷分布模式 是指按设备大组或设备组汇总的产品加工劳动量在产品周期内的分布规律 图10 14产品在某设备组的负荷分布示意图 表10 14某公司轧钢设备负荷分布模式 注 表中数字是该产品各月生产负荷占各设备大组总负荷的百分数 10 4 3单件小批生产作业计划的编制10 4 3 1零部件生产作业计划 详细物料计划 的编制按照项目管理的思想和模式1 生产周期进度表法 是一种传统的方法 编制生产作业计划一般包括以下三个步骤 首先 根据接受顾客订货的情况 分别安排生产技术准备工作 其次 根据合同规定的交货期 为每一项订货编制生产周期进度表 表10 15产品生产周期进度表 表10 16订货生产说明书 再次 进一步调整平衡后 编制综合日历进度计划 正式确定各车间的生产任务 最后 由各车间针对关键件编制生产周期和设备负荷计划 2 项目管理与MRP相结合方法 这种方法在原理上与生产周期进度表法相似 只是运用了信息系统的辅助 使计划编制的更加细致一些 主要步骤如下 首先 根据项目的工作内容和交货期要求 编制项目计划 其次 编制主生产计划 就是将一定时期内所有的项目计划汇总起来 经过粗略平衡生产能力之后 编制的综合项目进度计划 最后 编制详细物料计划 就是将各大节点的工作进行物料 或工作 展开 计算各种物料的数量和开始结束时间 时间坐标上的产品结构 MRP 简化的网络计划 3 生产进度百分比法 是一种比较粗放的计划控制方法 就是对某项产品规定在各个时间段应完成总任务的百分比的方法 如某产品生产周期为3个月 要求第一个月完成30 第二个月完成35 第三个月完成35 而具体的工作内容由车间自己掌握 此方法适用于生产周期长的大型产品 4 网络计划技术 网络计划技术是指在网络模型的基础上 对工程项目进行规划及有效的控制 使资源发挥最大的功能 节省费用 缩短工期 提高工作效率的一种科学方法 广泛用于项目管理 单件小批量生产计划 10 4 3 2车间内部生产作业计划根据物料的工艺路线和所经过的工作中心资料 分时段汇总一定时期内各种订单项目的物料在各工作中心的能力需求量 并与工作中心的能力进行对比 对于超出工作中心能力的情况 安排加班计划或外协计划 一般只对自制的关键件和主要件编制分工序的进度计划 其它按类下达的物料分解落实后 只能采取临时派工法 由管理者根据生产任务的要求和设备的实际负荷情况 按日编制昼夜轮班或工作班计划 并以任务箱和配工板的形式安排工作地每天的生产任务 10 5作业排序 10 5 1作业排序的基本概念10 5 1 1作业排序问题的分类和表示排序问题有不同的分类方法 最常用的是按机器 零件和目标函数分类 按照机器的种类和数量不同 可以分为单台机器排序问题和多台机器排序问题 按照零件到达车间的情况不同分为静态排序问题和动态排序问题 按照目标函数的性质不同对排序问题进行划分 目标函数有平均流程时间最短 误期完工零件数最少等等 康韦 Conway R W 等人提出了排序问题的通用模型 n m A B 其中n表示作业数量 n必须大于2 否则不存在排序问题 m表示机器数量 m等于l为单台机器的排序问题 m大于1则为多台机器的排序问题 A表示车间类型 其中F表示流水作业排序问题 P表示流水车间排列排序问题 G表示单件作业排序问题 B为目标函数 目标函数可以是单目标 也可以是多目标 例如 n 3 P Cmax 表示n个零件 3台机器的流水作业排序问题 目标函数是使最长完工时间Cmax最小 10 5 1 2影响生产作业排序的因素1 生产任务的到达方式 2 车间中的设备种类和数量 3 车间中的人员数量 对于作人员数量少于设备数量的情况 尤其是服务系统 操作人员成为排序时必须考虑的关键资源 4 生产任务在车间的流动模式 如果所有流动路线相同 则称为流水车间 流动路线均不一样的情形 称为单件车间或随机路线车间 这类排队服务系统在医院中是常见的 5 作业排序的评价标准 1 总流程时间最短 2 平均流程时间最短 3 最大延迟最短 4 平均延迟或平均误期最短 5 平均在制品占用量最小 6 总调整时间最小 还有延期罚款最小 生产费用最小 总利润最大 设备利用率最大等 10 5 2排序问题的调度规则选择最优排序的规则叫调度规则 10个常用的优先调度规则 1 FCFS 先到先服务 按照订单到达的先后顺序进行加工 2 SPT 最短作业时间 首先加工所需时间最短的作业 然后是第二短的 以此类推 此规则也称为SOT Shortestoperatingtime 3 EDD 最早交货期 将交货期最早的作业放在第一个进行 交货期指的是整个作业的交货期 OPNDD指的是下一个作业的交货期 4 ESD 最早开始日期 即交货日期减去作业的正常提前期 将最早开始的作业放在第一个进行 5 STR 剩余松弛时间 剩余松弛时间是交货期前的剩余时间与剩余的加工时间的差值 剩余松弛时间最短的作业优先进行 6 STR OP 每个作业的剩余松弛时间 STR OP最短的作业优先进行 STR OP的计算方法如下 SSTR OP 交货期前的剩余时间一剩余的加工时间 剩余的作业数 7 CR 关键比率 关键比率是用交货日期减去当前日期的差值 再除以剩余的工作日数计算得出 关键比率最小的订单优先执行 8 QR 排队比率 排队比率是用计划中剩余的松弛时间除以计划中剩余的排队时间计算得出 排队比率最小的订单优先执行 9 LCFS 后到先服务 该规则经常作为映省规则使用 因为后到的订单放在先到的上面 操作人员通常是先处理上面的订单 10 随机排序或随意处置 主管或操作人员通常随意选择他们喜欢的作业先执行 10 5 3作业排序方法10 5 3 1n个作业的单机排序问题 n 1 某公司 5个客户提供了他们的订单 详细的作业排序数据如下 表10 18作业加工数据表 表10 25排序结果汇总表 10 5 3 2n个作业的双机排序 n 2 约翰逊 贝尔曼规则是一种使一组待加工作业通过两台机器或两个连续工作中心的操作时间最少的技术 它还能使工作中心内的总空闲时间最小 约贝规则必须满足条件 1 各项作业在各工作中心的作业时间 包含换产与加工 必须己知且固定 2 作业时间必须独立于作业顺序 3 所有作业都必须遵循同样的两步式工作顺序 4 没有工作优先级 5 在作业被移送到第2个工作中心之前 其在第1个工作中心的所有工作内容都必须完全结束 按约贝规则进行排序 其步骤如下 1 列出全部作业及其在各个工作中心的时间 2 选取时间最短的作业 如果最短时间在第1个工作中心 就将该作业排在第一位 如果在第2个工作中心 则将其排在序列的最后一位 3 消除这项作业及其时间 进行下一步的考虑 4 重复第2 3步 直到所有作业都已进入序列 例10 2 某冲模工厂有4件特殊的工作需通过两个工作中心 钻机和车床 的操作 各项工作的操作时间见表10 26 为这组工作进行排序 使总完成时间最短 表10 26各工作操作时间单位 小时 解 排序的时间为 各工作中心的作业时间与空闲时间可通过图10 15表示出来 图10 15各工作中心作业时间与空闲时间分布图 10 5 3 3台机器上n项作业的排序 简称为n 3排序 如果满足下面的两个条件之一或均满足 可以按约贝规则的扩展方法求得最优解 1 机器1上的作业最小操作时间至少等于机器2上作业的最大操作时间 2 机器3上的作业最小操作时间至少等于机器2上作业的最大操作时间 例10 3 表10 27各机器的操作工时单位 小时 表10 28假想机器G H的操作工时单位 小时 解 10 5 4M台机器上N项作业的排序 简称为N M排序 有一种启发式算法 该算法是将N 3的约贝扩展方法进一步扩展到一般的N M问题 以求得一个近似的最优解 第一步 根据第1台与第M台机器的两组操作时间 应用约贝规则排出策1个作业顺序方案 第二步 根据第1台与第2台机器的操作时间合并 以及第 M 1 与第M台机器的操作时间合并 得到两组操作时间 应用约贝规则排出第2个方案 第三步 根据第1 第2 第3台 三台机器的操作时间合并 以及第 M 2 第 M 1 第M台三台机器的操作时间合并 应用约贝规则 排出第3个方案 第四步 重复以上运算 最后将第1 第2 第 M 1 共 M 1 台机器和操作时间合并 以及将第2 第3 第M共 M 1 台机器的操作时间合并 也应用约贝规则 排出第 M 1 个作业顺序方案 第五步 根据以上 M 1 个工作顺序方案 分别作图求出它们的总流动时间 从中最小值所对应的排序方案为最优的或近似最优的方案 10 6约束理论和高级计划排程 10 6 1最优生产技术OPT中的一个很重要的概念是 瓶颈 OPT提出9条原则 1 平衡的对象是物流而非能力2 非瓶颈资源的利用程度是受瓶颈决定的3 资源的 利用 Utilization 和 活化 Activation 是不同的4 瓶颈的损失是整个系统的损失5 非瓶颈资源获得的额外时间是没有意义的6 瓶颈控制着存货和有效产出7 转运批量与加工批量可以不相等 甚至有些时候应该不相等8 加工批量可视具体情况而变动9 制定生产计划时需兼顾所有约束条件 提前期应当是计划的结果 而非完全预定 10 6 2约束理论 图10 16DBR系统图 约束理论在处理问题时的5个步骤 1 找出系统最重要的约束 瓶颈所在 2 千方百计发挥瓶颈的潜在能力 3 让整个系统服从于瓶颈的需要 4 能动的消除瓶颈 5 回到第1步 寻找下一个瓶颈 饺子店的现状 一家特色水饺店 虽然只生产和销售一种水饺 但是销路很好 并且供不应求 但关店后 一些没卖完的半成品 面和馅 就要报废 每天水饺店营业12小时 上午7点到晚上7点 每份水饺 12个 卖6元 其中原料3元 小店的营运费15000元每月 含工资 租金和水电等 每天1班12小时 员工隔天轮休 小店天天营业 除店长 收款台和服务环节外 制作流程每班有5个员工 以手工和常规设备进行生产 不过手工是该店特色所在 一般人难以在短期内学会某些特别的技能 小店每天卖出水饺300份 利润多少 饺子店的利润 利润 有效产出T 营运费OE T 6 3 300份 30天 OE15000 12000元小店制定一个改善的目标 1 不通过大的投资 短期内把利润提高一倍 利润翻番 2 不能扩大店面 也没有容量增加设备人力 3 不能24小时营业 因为晚上7点到第二天7点一般没生意可做 饺子生产流程图 注 黄色圆中的数字表示此工序的产能 发现问题 按照每小时32份的瓶颈 包饺子 产能 一天可以产出384 32 12 384 份 因为做多少就可以卖多少 但现在只销售300份 问题出在哪里 原来如此 通过观察发现 有一个很显然的原因是 包饺子该岗位员工需要有时间进行 1 吃饭 上卫生间 2 短暂休息 3 以及开工准备工作 这些时间是多呢 经测算是1 5小时 如何解决 第一次改善 工人休息是必要的 不过若有人顶班的话 1 5小时就补回来了 谁来顶班 店长可以顶班 因为店长正好有这项技能 而且小店店长也有条件腾出1 5小时的时间做临时替补 这个问题就解决了 问题又来了 理论上销售是可以384份 但事实上这样做也只销售到345份 问题又出现在哪里呢 因为即便瓶颈12小时都不缺人 但是会产生工位缺料问题 原因在于它前面的工位也会出现问题 比如 擀面 也会出现一小会的产出不足 或者备馅 时多时少的 也可能使下道工序出现停工 至此 我们多销售了45份 不管如何 利润已经增加了 45 6 3 30 4050元 第二次改善 迁就瓶颈 要迁就瓶颈 帮助它把潜能挖尽 所以要有措施消除瓶颈缺料的情况 常用的方法就是在瓶颈前安排一个工作堆 通常我们称这个工作堆为 缓冲 Buffer 这样 万一前面工序出现暂时停工 就不会令瓶颈也停工 改善后的情况 当我们在瓶颈工位前设立了缓冲以后 它前面的工序除了要喂饱瓶颈以外 还要为它准备缓冲 所以 前面工序的产能就必须大于瓶颈 否则就无法为缓冲备料 有了缓冲 我们的每天销售就由原来的345份提高到384份 比原来又多出了39份 又可增加利润 39 6 3 30 3510元 第三次改善解决另外的一个问题 损耗 如果瓶颈前的工序在备足了缓冲以后是否还要继续生产 在这家店里 在制品往往因当天无法消化而造成报废 损失达到原料成本的5 左右改善 1 只要缓冲满了 就暂缓投料 2 在缓冲降低到黄区时 就开始投料 3 在降低到红区时 前面需要赶工 4 超过绿区 则停止投料 由此再没有材料报废了 它带来的利润为 3元 原料价 345份 30天 5 1552元 第四次改善 对制约因素松绑 设想 我们能改变工艺 把瓶颈的部分工作交给其他人来做 使瓶颈的每小时产出更多 那会怎样呢 按照这个思路改善后包饺子工序的产能由此提升到36份 小时了 第四次改善前后比较 改善前改善后 第四次改善产生的利润 现在整个系统一天的有效产出增加了 4份 12 小时 48份 其利润为 48 6 3 95 30 4536元一个小小的问题大家来思考一下 第四次改善中每一份的利润为什么是 6 3 95 小问题的答案 在此之前3元的材料成本中包括了5 的报废 现在没有报废了 材料成本就下降了5 即现在的材料成本是原来的95 即 3 95 利润当然就是 6 3 95 了 目标达成 利润翻倍 回顾与总结 第一次 45 6 3 30 4050元9 店长顶岗 第二次 39 6 3 30 3510元 设立缓冲 第三次 3元 345份 30天 5 1552元 控制在制品数量 减少报废 第四次 48 6 3 95 30 4536元 松绑瓶颈 共计 4050 3510 1552 4536 13108元 10 6 3高级计划排程APS系统本身也是一种生产计划方法 APS 高级计划系统 是一种实时的计划工具 是一种与长期主计划相联系的短期计划工具 APS在做出决策时 会充分考虑能力约束 原料约束 需求约束 客户规则以及其它各种各样的实物和非实物约束 它将批量和提前期作为一种动态的 随实际情况变化而变化的数 利用各种基于规则 基于约束等等的计划技术 自动根据工艺路线 订单 能力等复杂情况生成一个详细的 优化的生产计划 并加以检查和评估 可以通过库存约束来保证物料的供应量 可以通过对连续工序中重叠部分的时间处理来提升效率 可以对供应链上的库存 资金 运输等资源进行同步优化 一个APS系统应包括以下内容 1 基于订单任务 Job Based 的订单优先级计划 2 基于事件 Event Based 的资源利用率最大化计划 3 基于资源 Resource Based 的瓶颈约束计划 4 基于物料约束的可行的计划 5 基于历史 现在 未来的需求计划 6 基于供应资源优化的分销配置计划 7 基于运输资源优化的运输计划 8 基因算法计划 假设某企业收到3个订单 分别对应3种产品 各有两道工序 其工艺路线都经过R1和R2两个工作中心 各工序耗时和所使用工作中心如下所示 图10 173种不同产品的工艺路线简示 1 按照默认的先后次序进行排产 图10 18按默认先后顺序进行排产 2 APS中基于订单的排产方法 图10 19加载生产订单MO 1 图10 20加载生产订单MO 2 图10 21加载生产订单MO 3 3 APS中基于事件的排产方法 图10 22加载生产订单MO 1 图10 23加载生产订单MO 2 图10 24加载生产订单MO 3 图10 25加载生产订单MO 1 图10 26加载生产订单MO 2 图10 27加载生产订单MO 3 在实际排产时还会有其它约束 比如客户的优先级和时间约束 在上面的例子中 隐含的假设是3份订单的优先级相同 因此可以随意调整加工顺序 当优先级不同时 若加上以下几条约束 1 MO 2和MO 3优先级高 必须完成 而MO 1优先级低 2 总完工时间要求是11小时 那么就必须先排MO 2和MO 3 然后才排MO 1 而且排产之后MO 1订单会超期 如下图所示 图10 28考虑其他约束时的排程 习题 1 什么是期量标准 它的内容是什么 制定期量标准有什么重要作用 2 怎样确定批量 生产间隔期与生产提前期 并对其进行评价 3 不同生产类型条件下 如何编制车间生产作业计划 4 某厂生产甲产品 经过三个基本生产车间 装配车间生产周期20天 装配车间与机加车间之间的零件库的保险期为3天 机加车间生产周期为25天 机加车间与毛坯车间之间的毛坯库的保险期为3天 毛坯车间生产周期15天 甲产品在装配车间的出产期 即交货期 为1990年5月31日 试计算各车间投入 出产提前期 绘制各车间投入 出产提前期图 确定各车间具体投入 出产日期 并用图示的方法标出 5 某机床厂生产的床头箱在机械加工阶段需经过15道工序 批量为8台 因头道工序工作量小 实际一次投入批量为16台 开一班 采用顺序移动方式 工序间平均间隔时间为60分钟 各工序工时定额如表10 1所示 定额完成率为95 试根据上述条件确定这批零件的生产周期 6 某厂某期计划出产成品10 000件 外销半成品1000件 装配车间 机加工车间在制品期初预计结存量 在制品定额 中间仓库半成品期初须计结存量 库存定额 以及机加工车间补充废品数量如下表 试用在制品定额法计算装配车间和机加工车间的投入 出产计划数量 如表10 2所示 表10 1 表10 2 7 某厂为大量大批生产类型企业 年产机车180台 每台机车安装两个转向架 月平均出产机车15台 具体资料见表10 3和l0 4 试根据以上资料求各车间在制品定额 装配车间每月按30天 机加车间每月按31天计算 和库存半成品定额 各车间的投入量和出产量 根据计算结果编制生产作业计划表 表10 3 表10 4 8 有一台磨床要磨五种零件 零件加工时间和交货期如表10 5所示问 1 平均完成时间最短的零件加工顺序并计算平均完成时间 2 最大延期量最小时 零件加工顺序 表10 5 9 表10 6是在某工作中心等侯加工的6项作业的加工时间 包含换产时间 与预定日期 假设工作到达顺序与表中顺序相符 分别按以下规则 FCFS SPT EDD 求解作业顺序 平均流程时间 平均延期天数 工作中心的平均作业数 10 各作业的加工时间如表10 7所示 使用Johnson算法为通过工作中心A和B的作业求解最优的加工顺序 表10 6 表10 7 TOC五步法 TOCFiveFocusingSteps 1 找出系统的制约因素2 决定如何挖尽制约因素的潜能3 令其他一切迁就以上决定4 把制约因素松梆5 如果步骤4能成功地打破原有的制约因素 那么就要回头到步骤1 千万不要让惰性引发系统的制约因素 P Q练习 A B C D各可以是 一个部门 一台设备 或者一个人 可用之资源A B C D各一每周工作5天 每天8小时 即每周2400分钟营运费用每周 6000 Q的有效产出 50件 100 20 20 3000P的有效产出 100件 90 5 20 20 4500 总有效产出7500营运费用6000 净