第11章-制造业生产作业计划与控制

第十一章制造业作业计划与控制,11.1作业计划问题的基本概念11.2流水作业排序问题11.3单件作业的排序问题11.4生产作业控制,11收入、费用和利润,要求掌握：最长流程时间的计算2.约翰逊算法3.一般流水作业排序问题的3种启发式算法4.相同零件的3种移动方式下机器加工周期的计算方法5.能动作业计划和无延迟作业计划的构成方法,学习目的与要求,重点最长流程时间的计算约翰逊算法相同零件的3种移动方式下机器加工周期的计算方法难点一般流水作业排序问题的启发式算法能动作业计划与无延迟作业计划的构成方法,教学重点与难点,生产任务的最终落实,MRP确定各车间的零部件投入出产计划，将全厂性的产品出产计划变成了各车间的生产任务。各车间要将车间的生产任务变成各个班组、各个工作地和各个工人的任务。将任务安排到工作地，牵涉到作业计划。,编制作业计划要解决的问题,由于每台机器都可能被分配了多项任务，就带来了零件在机器上加工的顺序问题。编制作业计划要解决先加工哪个工件、后加工哪个工件的加工顺序问题确定机器加工每个工件的开始时间和完成时间,第一节排序问题的基本概念,一、名词术语排序：确定工件在机器上的加工顺序。作业计划：不仅要确定工件的加工顺序，而且还要确定机器加工每个工件的开始时间和完成时间。通常情况下都是按最早可能开（完）工时间来编制作业计划。派工：按作业计划的要求，将具体生产任务安排到具体的机床上加工。赶工：实际进度已落后于计划进度时采取的行动。,“机器”，可以是工厂里的各种机床，也可以是维修工人，表示“服务者”“零件”代表“服务对象”。零件可以是单个零件，也可以是一批相同的零件“加工顺序”则表示每台机器加工n个零件的先后顺序，是排序和编制作业计划要解决的问题,二、假设条件和符号说明,假设条件：1.一个工件不能同时在几台不同的机器上加工。2.工件在加工过程中采取平行移动方式，即当上一道工序完工后，立即送下道工序加工。3.不允许中断。一个工件一旦开始加工，必须一直进行到完工，不得中途停止插入其他工件。4.每道工序只在一台机器上完成。5.工件数、机器数和加工时间已知，加工时间与加工顺序无关。6.每台机器同时只能加工一个工件,有关符号,Ji：工件i，i=1，2，nMj：机器j，j=1，2，npij为Ji在Mj上的加工时间ri为Ji的到达时间，指Ji从外部进入车间，可以加工的最早时间di为Ji的完工期限Ci为Ji的完工时间Cmax为最长完工时间Fi为Ji的流程时间，即工件在车间的实际停留时间Fmax为最长流程时间Li为工件的延迟时间Lmax为最长延迟时间,三、排序问题的分类,根据机器数的多少单台机器的排序问题多台机器的排序问题对于多台机器排序问题，根据加工路线的特征，分成单件作业排序(Job-Shop)问题流水作业排序(Flow-Shop)问题工件的加工路线不同，是单件作业排序问题的基本特征；所有工件的加工路线完全相同，是流水作业排序问题的基本特征。也就是说，每个零件都顺序地经过线上不同机器加工，它们的加工路线一致。,参数法,n/m/A/B其中，n为工件数m为机器数A车间类型。在A的位置若标以“F”，则代表流水作业排序问题；若标以“P”，则表示流水作业排列排序问题；若标以“G”，则表示一般单件作业排序问题。当m=1，则A处为空白。B为目标函数，通常是使其值最小,四、甘特图,作业排序中最常用的一种工具，最早由亨利.甘特于1917年提出。两种基本形式的甘特图：作业进度图和机器图。作业进度图表示一项工作的计划开始日期、计划完成日期以及现在的进度。,例如，假设一个汽车零件制造公司有三项工作在进行中，它们分别是加工三种汽车零件A、B、C。这些工作的预定计划和现在的完成情况如图所示：,如果这三项工作都在等待进行磨削加工，之后他们要进行抛光才能最后交货，则下图表示了三种工作在两种不同设备上的所需时间、时间安排和现在的进度。这种形式的甘特图就称为机器图，它描述不同工作在每一台机器上的工作次序，也可被用来管理生产进度。,五、作业排序方案的评价标准,1.工作流程时间从工件可以开始加工至完工的时间，包括在各个机器之间的移动时间、等待时间、加工时间以及由于机器故障、部件无法得到等问题引起的延误时间等。2.加工周期完成一组工作所需的全部时间。它是从第一个工件在第一台机器上开始加工时算起，到最后一个工件在最后一台机器上完工时为止所经过的时间。,3.在制品库存（WIP）在制品是对介于原材料和成品之间的生产过程中的产品的称谓。一个工件正从一个工作地移向另一个，由于一些原因被拖延加工，正在被加工或放置于零件库中，都可以看作在制品库存。4.利用率用一台机器或一个工人的有效生产时间占总工作时间的百分比来表示。,六、优先调度规则,调度方法：所谓调度方法，就是运用若干预先规定的优先顺序规则，顺次决定下一个应被加工的工件的排序方法。一个工作地可选择的下一个工件会有很多种，因此，按什么样的准则来选择，对排序方案的优劣有很大影响。,常用的优先顺序规则：,FCFS规则优先选择最早进入可排序集合的工件。EDD规则优先选择完工期限最紧的工作。SPT规则优先选择加工时间最短的工件。SCR规则优先选择临界比最小的工件。临界比为工作允许停留时间和工件余下加工时间之比。MWKR规则优先选择余下加工时间最长的工件。LWKR规则优先选择余下加工时间最短的工件。MOPNR规则优先选择余下工序数最多的工件。RANDOM规则随机地挑选下一个工件。,例一个加工车间负责加工发动机机壳，现在共有5个机壳等待加工。只有一名技工在岗，做此项工作。现在已经估算出各个机壳的标准加工时间，顾客也已经明确提出了他们所希望的完工时间。下表显示了周一上午的情况，顾客的取货时间用从周一上午开始，还有多少工作小时来计算。,SPT规则排序结果,顾客实际取货时间基于以下假设：顾客不会在预定取货时间之前来取货；如果有拖延发生，他们将在加工结束时马上取走。,流程时间=等待时间+加工时间平均在制品库存=各工件流程时间之和加工周期平均总库存=各工件实际取货时间之和加工周期,EDD规则排序结果,顾客实际取货时间基于以下假设：顾客不会在预定取货时间之前来取货；如果有拖延发生，他们将在加工结束时马上取走。,比较SPT规则和EDD规则的排序结果，用SPT规则排序，其平均流程时间更短，在制品库存更少。用EDD规则，可以给顾客提供更好的服务（平均延迟时间较少），它也提供了更低的总库存水平。,优先调度法则,按SPT法则可使工件的平均流程时间最短，从而减少在制品量。FCFS法则来自排队论，它对工件较公平。EDD法则可使工件延误时间最小。,第二节流水作业排序问题,流水作业排序问题的基本特征是每个工件的加工路线都一致。加工路线一致，是指工件的流向一致，并不要求每个工件必须经过加工路线上每台机器加工。对于流水作业排序问题，工件在不同机器上的加工顺序不尽一致。排列排序问题：所有工件在各台机器上的加工顺序都相同的情况。,一、最长流程时间Fmax的计算,n/m/P/Fmax问题，n个零件要按相同的加工路线经过m台机器加工，目标是使这批零件的最长流程时间最短。最长流程时间又称加工周期，它是从第一个零件在第一台机器开始加工时算起，到最后一个零件在最后一台机器上完成加工时为止所经过的时间。,例有一个6/4/P/Fmax问题，其加工时间如下表所示。当按顺序S=（6，1，5，2，4，3）加工时，求Fmax。,i,pi1,pi2,pi3,pi4,6,1,5,2,4,3,2,5,5,1,4,4,5,4,4,4,5,3,2,5,8,2,1,7,5,3,3,6,7,4,2,6,10,12,13,16,7,11,15,20,27,33,12,17,22,30,35,42,13,21,25,32,38,46,二、两台机器排序问题,两个或更多的作业必须在两台机器上以相同的工序进行加工，要使加工周期最短，约翰逊于1954年提出了一个有效算法，那就是著名的Johnson算法。约翰逊算法包括以下几个步骤：（1）列出每个作业在两台机器上的加工时间。（2）选择最短的加工时间，如果有两个相同的值，则任选一个。（3）如果最短的加工时间来自第一台机器，那么先完成这个作业；如果来自第二台机器，那么这个作业就放在最后完成。然后从加工时间矩阵中划去已排序工件的加工时间。（4）对于剩余的作业重复第二步和第三步，直到整个排序完成。,【例】求如表所示的6/2/F/Fmax问题的最优解。,将零件2排第1位2将零件3排第6位23将零件5排第2位253将零件6排第3位2563将零件4排第5位25643将零件1排第4位256143,【例题】,有5件任务都需要两步操作（先1后2）来完成，下表给出了相应的时间：（1）根据Johnson算法安排工作顺序；（2）计算加工周期。,1.将所有aibi的工件按ai值不减的顺序排成一个序列A；2.将aibi的工件按bi值不增的顺序排成一个序列B；3.将A放到B之前，就构成了一个最优加工顺序。,改进算法,练习,某公司要生产4种产品，需要两台机器1和2。其中，有3种产品需要先在机器1上加工。下表给出了两台机器上加工各产品所需的时间。（1）安排生产顺序，使得在最短时间内完成生产。（2）机器1共需工作多长时间？（3）机器2应该在机器1开始工作后多长时间开始运转？,9.5,三、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。三种典型的移动方式顺序移动方式平行移动方式平行顺序移动方式,（一）顺序移动方式,一批零件在上道工序全部加工完毕后才整批地转移到下道工序继续加工。,设零件批量为n（件），工序数目为m，一批零件不计算工序间运输时间，只考虑加工时间，设其加工的周期为T（分钟），零件在i道工序的单件工时为ti（分钟/件），i=1.2n。则该批零件的加工周期为：,已知n=4，t1=10分钟，t2=5分钟，t3=15分钟，t4=10分钟，则T顺=4（10+5+15+10）=160分钟,（二）平行移动方式,每个零件在前道工序加工完毕后，立即转移到后道工序去继续加工，形成前后工序交叉作业。,烘烤,零件平行移动的加工周期为：,已知n=4，t1=10分钟，t2=5分钟，t3=15分钟，t4=10分钟，则T平=（10+5+15+10）+（4-1）15=85分钟,（三）平行顺序移动方式,既要求每道工序连续进行加工，又要求各道工序尽可能平行地加工。,（1）当titi+1时，零件按平行移动方式转移；（2）当titi+1时，以i工序最后一个零件的完工时间为基准，往前推移（n-1）ti+1作为零件在（i+1）工序的开始时间。,具体做法,（1）当titi+1时，零件按平行移动方式转移；（2）当titi+1时，以i工序最后一个零件的完工时间为基准，往前推移（n-1）ti+1作为零件在（i+1）工序的开始时间。,平行顺序移动加工周期计算,已知n=4，t1=10分钟，t2=5分钟，t3=15分钟，t4=10分钟，则T平顺=4（10+5+15+10）-（4-1）（5+5+10）=100分钟,例已知n=4，t1=10分钟，t2=5分钟，t3=15分钟，t4=10分钟。求三种移动方式下的加工周期。解：T顺=4（10+5+15+10）=160分钟T平=（10+5+15+10）+（4-1）15=85分钟T平顺=4（10+5+15+10）-（4-1）（5+5+10）=100分钟,零件三种移动方式的比较,第四节生产作业控制,实行生产作业控制的原因生产环境的变化计划的失误执行的原因：执行过程中，有可能会出现操作人员执行不力、效率不高和工作态度等现象，造成计划完不成。执行因素的影响,11.4生产作业控制,制定生产作业监控体系监控实际生产过程评估偏差情况采取纠偏措施,生产作业控制的功能,为每个车间的工单指派优先级维护车间在制品数量将车间工单信息传送到相应办公室提供实际产出数据来为能力控制服务根据车间工单对机位的要求，为在制品库存管理提供数量信息测量人员和设备的效率、利用率和产量。,生产作业控制的主要工具,实际生产中，有不少工具可以用来进行生产作业控制，这些工具容易通过运用适当的软件来生成，主要包括：调度单日报、月报例外报告、异常报告输入/输出（Input/outputcontrol，I/O）报告,漏斗模型,模型介绍德国汉诺威大学的Bechte和Wiendall等人于20世纪80年代初在实施输入/输出控制时提出了漏斗模型（FunnelModel）。漏斗模型的基本原则：工作中心的输入永远不能超过工作中心的输出。当工作中心的输入超过输出，就会拖欠订单，结果将会出现作业推迟、客户不满、下游作业或相关作业的延期。,注：曲线图的垂直段表示某天到达或完成的一个或多个工件之间所包含的工作量；水平段表示相邻两个到达或完成的