生产过程组织、作业排序

欢迎大家第二章生产过程组织与作业排序

2.1生产过程2.2生产过程的空间组织2.3生产过程的时间组织2.4作业排序2一、产品生产过程：广义：指从产品设计、选择并准备生产(生产技术准备)开始到生产出成品为止的全过程。狭义：从原材料投入生产，至生产出成品为止的过程。产品生产过程的基本内容:1.劳动过程:劳动者、劳动对象和劳动手段结合的过程.2.自然过程：借助自然力产生某种变化的过程。铸件的自然时效、油漆的自然干燥等。

2.1生产过程

3二、工厂生产过程1、

生产技术准备过程2、

基本生产过程3、

辅助生产过程4、

生产服务过程5、

附属生产过程.4三、组织生产过程的基本要求1、

生产过程的连续性；2、

生产过程的平行性；3、

生产过程的比例性；4、

生产过程的均衡性；5、

生产过程的准时性。5

1.连续性。产品和它的零部件在生产过程各环节上的运动始终处于连续的状态，不出现或少出现不必要的中断、停顿或等待的现象。（时间、空间）（1）优点：缩短生产周期，减少在制品数量，加速资金周转；充分利用设备、物资，减少等待损失，改善产品质量。（2）措施：符合工艺路线的总体布置；作业安排紧密衔接；提高机械化、自动化水平；采用先进组织形式；提前做好生产准备。2.平行性。生产过程的各项活动各工序在时间上实行平行交叉作业。6

3.比例性或协调性。生产过程各阶段、各工序之间在生产能力上要保持一定的比例性。具体体现在工人人数、设备数量、生产速率、开工班次上。措施：注意产品生产规模和生产能力之间的平衡问题；加强计划管理。4.均衡性又称节奏性。在生产过程的各个阶段都要保持按计划有节奏、均衡的进行。要求在相等的时间间隔内生产相等或递增数量的产品。投入、生产和出产。5.准时性。企业生产过程的各阶段、各工序都按后续阶段和工序的需要生产。72.2生产过程的空间组织生产过程的空间组织（也称生产结构）1、目标：从空间组织中获得最大的效益。2、要求：（1）满足要求；（2）便于操作；（3）便于运输；（4）确保安全；（5）充分利用；（6）扩建余地。82.2生产过程的空间组织生产与运作组织原则1）工艺专业化原则(ProcessFocused)这种组织方式是以工艺（作业、业务、职能）为中心组织设备设施、人员等生产运作资源,为每一工序（作业、业务、职能）提供一个工作场地。（是指按照不同的工艺性质分别建立工艺专业化的生产单位）9工艺专业化原则特点

三“同”一“不同”，如：铸造车间、机加工车间、装配车间。同类设备、同工种的工人、相同的工艺方法，只是加工对象不同。锻工车间电镀车间热处理磨工车间钻镗车间铣工车间车工车间装配车间10零件A：车----铣----钻----热处理----切齿零件B：铣----钻----热处理----磨按工艺专业化原则布置：铣床钻床磨床车床热处理切齿装配BA铣床铣床铣床钻床钻床钻床车床车床车床热处理磨床磨床磨床切齿切齿11按工艺专业化原则布置14器械室13治疗室4外科2分号台3内科9血液室

11手术室8B超室6心电室7X光室10病理室15会计室17院办5中医科1挂号16药房

18急诊室

12观察室12钻削加工工段13车削加工工段14工艺专业化的特点：

1、优点：适应力强；设备利用率高；生产系统的可靠性较高；便于技术管理和技术交流。2、缺点：运输路线长、运输工作量大、运输费用高；生产周期长，资金占用大；生产率低；管理工作复杂。15举例车工段铣工段检验组钻工段原材料磨工段磨工段半成品库ABBA16２）对象专业化原则(ProductFocused)

把加工对象的全部或大部分工艺过程集中在一个生产单位中，组成以产品或零件、部件、零件组为对象的专业化生产单位。特点：三“不同”一“全”。齿轮车间、标准件车间、发动机车间。

17对象专业化的特点：

1、优点：缩短运输路线；提高连续性，缩短周期，减少在制品；专业化水平高；有利于按期、按量、按质、成套的完成生产；便于生产管理。2、缺点：设备利用率低；适应性差（对品种变换适应性差）；工艺设备管理复杂。18零件A：车----铣----钻----热处理----切齿零件B：铣----钻----热处理----磨按对象专业化原则布置：车床钻床磨床车床热处理切齿装配AABB铣床热处理钻床19举例

车钻铣磨检验铣钻车磨检验A原材料BA半成品库BA生产车间B生产车间20汽车后桥加工生产线21汽车装配生产线22汽车焊接生产线233）混合原则又称综合原则，是综合运用工艺专业化原则与对象专业化原则，来建立生产单位的原则。按混合原则建立的生产单位兼有前两种专业化的优点，是一种较为灵活的专业化形式。它主要有两种形式：1）在对象专业化基础上，采用工艺专业化原则建立生产单位。如齿轮车间又分车工工段、磨工工段等。2）在工艺专业化基础上，采用对象专业化原则建立生产单位。如装配车间又分变速箱工段和总装工段等。24

由水平布置改为垂直布置ABCABCABCABCABCAAAAABBCCC水平布置（离岛式、鸟笼式“粗流而慢”）垂直布置（“细流而快”，满足多样少量）25判断下列生产运作流程的形式：流水线学生毕业时，办理离校的流程U型生产线……26U型生产线1413121110712348569材料成品

（1）以U型，依逆时针方向按工艺流程排列生产。（2）入口和出口由同一作业者负责，能够以节拍按标准数量进行生产及管理，也便于补充生产。（3）便于作业者相互协作，异常时能停线，及时暴露问题并改善之。（4）步行最短，可单件流动，人员可增可减。27(4)确定对象专业化设置生产单位的基本条件:1.企业的专业方向已经确定；2.产品的结构、产量、品种较稳定；3.工种和设备比较齐全和配套；4.生产类型是大量大批或成批生产工艺专业化设置生产单位的基本条件:1.企业的专业方向尚未确定；2.生产的产品不稳定；3.专业化程度较低；4.生产类型是单件小批生产。282.3生产过程的时间组织

生产过程的时间组织的基本目标就是节约产品加工时间，缩短产品生产周期。其主要内容是确定各劳动对象在各生产单位、各工序之间的移动方式和投产顺序。而劳动对象在各工序之间的移动方式是生产过程时间组织的基础。它主要受产品数量、工序加工单件时间、工艺路线等的影响，产品或零件加工的移动方式一般有以下三种：顺序移动；平行移动；平行顺序移动。29（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（整批移动），这就是顺序移动方式。采用顺序移动方式，一批零件的加工周期T顺为：TS=n式中，n——零件加工批量；ti——第i工序的单件工序时间；m——零件加工的工序数。30举例如下图所示，已知n=4,t1=10分钟,t2=5分钟,t3=20分钟，t4＝10分钟，求T顺。解：Ts=4×（10＋5十20＋10）＝180（分钟）31020406080100140160180M1M2M3M4T顺

t1

t2

t3

t432

顺次移动方式示意图工序号

时间（每格表示10分钟）11025320410加工周期长度

102030405060708090100110120130140150160170180190200nt2

nt1nt3nt4180分工序时间(分)33（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。这就是平行移动方式(单件移动）。采用平行移动方式一批零件的加工周期Tp为：Tp=＋（n一1）tL

式中，tL为最长的单件工序时间，其余符号同前。34

如下图所示，将上例中单件工序时间代入，可求得Tp。Tp＝（10＋5＋20＋10）＋（4一1）×20＝105分钟35平行移动方式示意图工序号时间11025320

410加工周期长度

t4105分工序时间(分)102030405060708090100110120

t1+t2+t3(n-1)t3

36（三）平行顺序移动方式

顺序移动方式零件运输次数少，设备利用充分，管理简单，但加工周期长；平行移动方式加工周期短，但运输频繁，设备空闲时间多而零碎，不便利用。为了综合两者的优点，可采用平行顺序移动方式。（两者结合,扬长避短）。平行顺序移动方式要求每道工序连续进行加工，但又要求各道工序尽可能平行地加工。具体做法是：（1）当ti＜ti+1时，零件按平行移动方式转移；（2）当ti≥ti+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一1）×ti+1作为零件在（i＋1）工序的开始加工时间，见下图37

平行顺序移动方式示意图工序号

时间11025320410加工周期长度

120分102030405060708090100110120130140工序时间(分)38平行顺序移动方式下的加工周期Tps=n－（n－1）以下图为例，将上例数值代入，得Tps＝4×（10＋5＋20＋10）一（4一1）×（5＋5＋10）＝120分钟39三种移动方式的比较三种移动方式的适用条件移动方式顺序移动平行移动平行顺序移动优缺点（1）管理简单，设备不停歇，可充分负荷。（2）有等待现象，加工周期长。（1）周期最短，（2）零件等待少，设备有停歇。（3）运输频繁，管理复杂。

两者结合,扬长避短适用条件小而轻；单件小批；加工时间短，工艺专业化。大且重；大量大批；加工时间长，对象专业化。小而轻；大量大批；加工时间长，对象专业化。40练习11、设某种零件批量为5件，加工工序数为4，每道工序单件加工时间为t1=6小时，t2=10小时，t3=8小时t4=16小时，试求三种移动方式下该批零件的加工周期？41答案

Ts=5*(6+10+8+16)=5*40=200小时Tp=(5-1)*16+40=4*16+40=64+40=104小时Tps=5*40-(5-1)*(6+8+8)=200-4*22=200-88=112小时42练习2

某厂生产铰刀的加工批量为100件，单件工时定额见下表，试计算出三种移动方式下的加工周期？注：热处理每次100件43工序号工序内容工时定额/min工序号工序内容工时定额/min1下料66磨前棱

302车削707磨齿端

83铣齿258磨刃

204铣柄49精磨205热处理36010打印244作业

某零件批量为6件,共5道工序,各工序的单件工时分别为:t1=5分,t2=2分,t3=5分,t4=3分,t5=4分,试计算该批零件不同移动方式的生产周期(工序间其他时间不计).45不同零件在多种工序上加工的周期的计算J1J2J3J4J5J6Pi1Pi2Pi3pi442314245674558755542433146J1J2J3J4J5J6Pi1Pi2Pi3pi442314245674558

7555424331周期（Fmax)的计算4813176910141613192630352128333843233236414447J6J1J5J2J4J3Pi1Pi2Pi3pi424421354457655

5857143234周期（Fmax)的计算27121361012131611152027331722303542212532384648

2.4作业的排序问题

一、排序问题的基本概念

排序是确定工件（零部件）在一台或一组设备上加工的先后顺序。

在一定约束条件下，寻找总加工时间最短的安排产品加工顺序的方法，就是生产作业排序。49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。当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它工件。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。50排序常用的符号

Ji----工件i，i=1,2,..n。Mj----

机器j，j＝1，2，…，m.di----工件Ji的完工期限。

pij----工件Ji在机器Mj上的加工时间,j=1,…,m

Pi----工件Ji的加工时间,wij----工件Ji在机器Mj前的等待时间,j=1,…,m

Wi----工件Ji在加工过程中总的等待时间,Ci----工件Ji的完成时间,

Fi----工件Ji的流程时间，即工件在车间的实际停留时间，在工件都已到达的情况下,Fi=Pi+WiLi----工件Ji的延误时间,Li=Ci-di,Li<=0按期或完成提前；Li>0延误

Fmax----最长流程时间，Fmax＝max{Fi}51二、排序问题的分类和表示法1、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根据加工路线的特征单件作业排序(JobShop)

流水作业排序(FlowShop)根据工件到达系统的情况静态排序动态排序52根据参数的性质确定型排序随机型排序根据要实现的目标单目标排序多目标排序532、排序问题的表示法排序问题常用四个符号来描述:

n/m/A/B其中,n-----工件数；

m-----机器数；

A----车间类型；F=流水型排序，P=排列排序

G=一般类型,即单件型排序

B-----目标函数54P:排列排序J1J2J3J4J5J6机器1pi1835424机器2pi2282156机器3pi35212810机器4pi4554171055F:流水型排序J1J2J3J4J5J6机器1pi1----35----24机器2pi22----2156机器3pi352----2810机器4pi455417-----56三、流水作业排序问题1.两台机器排序问题2.m(m≥

3)台机器排序问题571.两台机器排序问题两台机器排序的目标是使最大完成时间（总加工周期）Fmax最短。实现两台机器排序的最大完成时间Fmax最短的目标，一优化算法就是著名的约翰逊法(Johnson’sLaw)。其具体求解过程如下例所示。58约翰逊－贝尔曼法则约翰逊法解决这种问题分为4个步骤：(1)列出所有工件在两台设备上的作业时间。(2)找出作业时间最小者。(3)如果该最小值是在设备1上，将对应的工件排在前面，如果该最小值是在设备2上，则将对应的工件排在后面。(4)排除已安排好的工件，在剩余的工件中重复步骤(2)和(3)，直到所有工件都安排完毕。

59举例AB两台设备完成5个零件的加工任务，每个工件在设备上的加工时间如下表所示。求总加工周期最短的作业顺序。

60设备\工件编号J1J2J3J4J5设备A36715设备B2864361设备\工件编号J1J2J3J4J5设备A36715设备B2864362求解过程由约翰逊法可知，表5-8中最小加工时间值是1个时间单位，它又是出现在设备1上，根据约翰逊法的规则，应将对应的工件4排在第一位，即得：

J4-*-*-*-*

去掉J4，在剩余的工件中再找最小值，不难看出，最小值是2个时间单位，它是出现在设备2上的，所以应将对应的工件J1排在最后一位，即：

J4-*-*-*-J1

再去掉J1，在剩余的J2、J3、J5中重复上述步骤，求解过程为：

J4-*-*-J5-J1J4-J2-*-J5-J1J4-J2-J3-J5-J1

当同时出现多个最小值时，可从中任选一个。最后得J4-J2-J3-J5-J163设备\工件编号J1J2J3J4J5设备A36715设备B286433916172251723273064

(a)J1-J2-J3-J4-J5

30AB65设备\工件编号J4J2J3J5J1设备A16753设备B486321714192251521242666(b)J4-J2-J3-J5-J126AB67比较可以看出，初始作业顺序的总加工周期是30，用约翰逊法排出的作业顺序总加工周期是26，显然后者的结果优于前者。

68将工件2排在第1位

2将工件3排在第6位

2

3将工件5排在第2位

2

5

3将工件6排在第3位

2

5

6

3将工件4排在第5位

2

5

6

4

3将工件1排在第4位

2

5

6

1

4

3最优加工顺序为S=(2,5,6,1,4,3),Fmax=28I123456Ai518534Bi722474两台机器排序问题的算法（续）69Johnson算法的改进1.将所有ai≤

bi的工件按ai值不减的顺序排成一个序列A；2.将ai＞bi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。70改进算法举例工件号123456

ai518534

bi722474最优顺序：256143

134558274742

ai

bi最优顺序下的加工周期为2814813182631115222628712.m(m≥

3)台机器排序问题的算法一般采用启发式算法解决这类问题。72工件排序问题产品1产品2产品3a11机床1a13机床3a14机床4a21机床1a22机床2a24机床4a32机床2a33机床31同一件产品在不同机床上的加工顺序同一件产品在下一台机床上加工的开始时间不得早于在上一台机床上加工的结束时间xij表示第i种产品在第j台机床上加工的开始时间。产品1：x11+a11x13

及x13+a13x14产品2：x21+a21x22

及x22+a22x24产品3：x32+a32x33用4台机床加工3件产品。各产品的机床加工顺序，以及产品i在机床j上的加工工时aij见下表，且要求产品2的总工时不超过d。732每台机床对不同产品的加工顺序约束一台机床在工作中，若已开始的加工还未结束，则不能开始加工另一产品。注意到每台机床可以加工两种产品。因此可以用0-1变量yi表示第i台机床加工产品的顺序。具体表示y1y2y3y40先加工产品11先加工产品20先加工产品21先加工产品30先加工产品11先加工产品30先加工产品11先加工产品2机床1x11+a11x21+My1及x21+a21x11+M(1-y1)机床2x22+a22x32+My2及x32+a32x22+M(1-y2)机床3x13+a13x33+My3及x33+a33x13+M(1-y3)机床4x14+a14x24+My4及x24+a24x14+M(1-y4)743产品2的加工总时间约束产品2加工开始的时间是x21，结束加工的时间是x24+a24，于是x24+a24–x21d4目标函数的建立设全部产品加工结束时间为W。由于三件产品的加工结束时间分别为x14+a14,x24+a24,x33+a33故W=max(x14+a14,x24+a24,x33+a33)根据问题的要求，目标函数为minz=W满足W

x14+a14W

x24+a24W

x33+a33从而最后得到的混合整数线性规划模型75762.m(m≥

3)台机器排序问题的算法一般采用启发式算法解决这类问题。关键工件法斜度指标法CDS法77

（1）关键工件法

1、计算

Pi=,找出其中最大者，定义为关键工件Jc。2、除Jc外，将满足Pi1<Pim的工件，按Pi1值的大小，从小到大排在Jc的前面。3、除Jc外，将满足pi1>pim的工件，按Pim值的大小，从大到小排在Jc的后面。4、除Jc外，将满足Pi1=Pim的工件，排在Jc的前面或者后面步骤5如有多个方案，可再加比较，从中选优。78举例J1J2J3J4J5J6机器1pi15541210机器2pi25553610机器3pi3833474机器4pi4282156机器5pi55212810总和25231511284079具体过程找出关键工件：工作负荷最大的40，对应的是工件6，所以Jc=J6

确定排在关键工件前面的工件：满足步骤2条件的有J4,J5,所以有J4–J5–J6

确定排在关键工件后面的工件：满足步骤3条件的有J2,J3,所以有–J6–J2–J3满足步骤4条件的有J1,所以有–J6–J1，或者–J1–J6最后有：J4–J5–J6–J1–J2–J3，或J4–J5–J1–J6–J2–J380关键工件法（续）工件i1234Pi12163Pi24829Pi3548211131614JCSa(2,1)Sb(4)所求顺序：（2,1,3,4）81练习J1J2J3J4J5J6机器1pi1835424机器2pi2282156机器3pi35212810机器4pi45541710总和2018128223082练习J5J2J6J1J3J4机器1pi1234854机器2pi2586221机器3pi38210512机器4pi475105412591722267152215212325271731363739274146505183练习J1J2J3J4J5J6机器1pi1835424机器2pi2282156机器3pi35212810机器4pi4554171081116202226101520192122273