第八章制造业作业计划与控制

1、1,Chapter 8 Production Scheduling and Controlling,8.1 Production Scheduling 8.2 Sequencing 8.3 Production Controlling,2,将MRP转化为各个车间、班组、工作地的任务,综合生产计划,主生产计划,物料需求计划,生产作业计划,8.1 Production Scheduling,生产计划,3,8.1 Production Scheduling,一、生产作业计划的概念 The idea of Job Shop Scheduling 生产作业计划（车间作业计划）是根据企业生产计划，安排零部

2、件（作业/活动）的出产数量、设备及人工使用、投入时间及出产时间等的具体执行计划。 生产作业计划是将生产计划从空间上、时间上以及制定的单位上进行细化，规定车间、设备或工人在什么时间、什么地点完成什么任务，使生产计划更加具体化并具有一定的可操作性和可执行性。 从综合生产计划到主生产计划，再从主生产计划到物料需求计划，最后到生产作业计划才真正把订单任务落到实处。,4,二、生产作业计划的工作内容 The content of Job Shop Scheduling 1、制定合理的期量标准 期量标准，又称作业计划标准，是指为加工对象在生产期限和生产数量方面所规定的标准数据，它是编制生产作业计划的重要依据

3、。 期：时期，如投入期、出产期、生产周期、生产间隔期等。 量：数量，如投入量、出产量、在制品数量、生产批量等。 2、编制生产作业计划,8.1 Production Scheduling,5,三、生产作业计划的分类 The Classification of Job Shop Scheduling 1、大量流水生产的生产作业计划 Scheduling in High-Volume Systems 2、成批生产的生产作业计划 Scheduling in Intermediate-Volume Systems 3、单件小批生产的生产作业计划 Scheduling in Low-Volume Syst

4、ems,8.1 Production Scheduling,6,8.1 Production Scheduling,（一）大量流水生产的生产作业计划 1、期量标准 （1）节拍 节拍是流水线上连续出产相邻的两件相同制品的时间间隔，节拍的大小取决于计划期生产任务的数量和完成该任务的时间。单一对象流水线节拍的确定： 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）。,7,8.1 Production Scheduling,（2）流水线标准工作指示图表 标准工作指示图表是表明流水线上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。包括工作地需要量、工作地负荷、人员配

5、备、工人工作负荷等。,8,8.1 Production Scheduling,（3）在制品定额 在制品定额是指在必要的时间、地点和一定的生产技术组织条件下，保证均衡生产所必需的最低限度的在制品数量。,9,8.1 Production Scheduling,2、生产作业计划的编制在制品定额法 大量生产的企业，各车间的联系表现为前车间提供在制品，以保证后车间的加工，从而使生产协调、均衡地进行。因此，在大量生产条件下，生产作业计划的核心是解决各车间在生产数量上的衔接平衡。 在制品定额法就是根据大量生产的特点，用在制品定额作为规定生产任务数量的标准，按照工艺过程反顺序的连续计算方法，依次确定车间的投入

6、和出产任务。 在制品定额法就是以增减在制品数量的方式来调整由于不合格品、工人缺勤、设备故障等因素所导致的生产量波动。,10,8.1 Production Scheduling,（1） 具体方法 按反工艺顺序，从产品最后一个车间开始，逐级向前推算。第一步：计算各车间投入量和出产量（表1） 某车间的出产量 = 后一车间投入量 + 本车间外销量+（期末库存半成品定额期初库存半成品结存量） 某车间的投入量 = 本车间出产量 +本车间预计废品量 +（期末在制品定额期初在制品预计结存量）,11,表1 各车间某月份投入量与出产量计算,零件,产品,12,8.1 Production Scheduling,第二

7、步：编制各车间月度计划（表2） 第三步：把月计划按日分配，得到车间日历进度计划（表3）,13,注：（1）按全月25个工作日安排。 （2）本例按日平均投入和出产。,表3：某月份加工车间日历进度计划,14,8.1 Production Scheduling,（2） 注意事项 反工艺顺序 最后车间出产量就是成品出产量，它与车间的半成品外销量都是根据生产计划任务确定的。 车间预计废品量是按计划规定的废品率计算的。,15,8.1 Production Scheduling,（二）成批生产的生产作业计划 1、期量标准 （1）批量与生产间隔期 批量：一次投入（或出产）生产相同产品或零件的数量。 生产间隔期：

8、相邻两批相同产品/零件投入或出产的时间间隔。 二者关系：批量生产间隔期平均日产量 计算方法： 以期定量法 以量定期法,16,8.1 Production Scheduling,以量定期法 （1）从生产的技术与经济两方面考虑，确定一个初始批量Q； （2）根据 “批量Q= 生产间隔期R 平均每日产量nd 确定生产间隔期； （3）对初始批量进行调整，求得一个与R相符的最佳值作为标准批量； （4）当生产任务变化时，只对生产间隔期R进行调整，而批量Q保持不变。 常用的确定初始批量Q的方法：最小批量法、经济批量法。,17,8.1 Production Scheduling,以期定量法 （1）首先确定生产间

9、隔期； （2）根据批量Q = 生产间隔期R 平均每日产量nd确定批量； （3）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。,18,8.1 Production Scheduling,（2）生产周期 从原材料投入开始到成品出产为止的全部日历时间(或工作日数),19,8.1 Production Scheduling,（3）生产提前期 定义： 生产提前期指产品（零件）在各生产环节（工艺阶段）出产或投入的时间与成品出产时间相比所要提前的时间。产品在每一个生产环节上都有投入和出产之分，因而生产提前期分为投入提前期和出产提前期两种。,20,8.1 Production Scheduling

10、,制定方法 提前期的计算是按工艺过程相反的顺序进行的。以机械企业为例，由于装配车间出产的时间也就是成品出产的时间，所以： （1）装配车间的出产提前期为零； （2）依据装配车间的生产周期计算装配车间的投入提前期； （3）根据装配车间的投入提前期加入一定的保险期计算加工车间的出产提前期； （4）依次反工艺类推，一直算到毛坯车间的投入提前期。,21,8.1 Production Scheduling,图1 提前期与生产周期、保险期的关系,22,8.1 Production Scheduling,前后车间批量不相等的情况 a.某车间的出产提前期=后车间的投入提前期 +本车间的保险期 +(本车间生产间隔

11、期-后车间的生产间隔期)； b.某车间的投入提前期 =本车间的出产提前期 +本车间的生产周期,前后车间生产批量相等的情况 a.某车间的出产提前期 = 后车间的投入提前期 +本车间的保险期 b.某车间的投入提前期 = 本车间的出产提前期 +本车间的生产周期,23,8.1 Production Scheduling,（4）在制品定额 同大量生产一样，成批生产的在制品定额分为车间之间的在制品和车间内部的在制品。与大量生产不同的是，成批生产的车间内部在制品经常处于波动中。,24,8.1 Production Scheduling,2、生产作业计划的编制累计编号法 多品种成批生产条件下，产品轮番投入和产

12、出，不可能有稳定的在制品数量，在制品变动不易掌握。前后车间之间的联系主要表现在生产提前期上，因此，可以从产品完工期推算出各工艺阶段需要投入和出产的日期，然后通过以期定量法，从期的衔接达到量的衔接。 累计编号法是一种基于提前期的方法，首先通过产品的交货日期可以逆序计算出各工艺阶段的提前期，再通过提前期与量之间的关系，将提前期转化为投入量与产出量。,25,8.1 Production Scheduling,（1）相关概念 累计编号：指从年初或从开始生产这种产品起，以成品出产的先后顺序，为每一件产品编上一个累计号码。 提前量：在同一时间上，产品在某一生产环节上的累计编号，同成品的出产累计编号的差称为

13、提前量。提前量的大小与提前期成正比，即： 提前量 = 提前期平均日产量 提前期法：根据预先制定的提前期，通过平均日产量转化为提前量，从而得出同一时期产品在各生产环节上的提前量，来保证各车间之间数量上的衔接的计划制定方法。,26,8.1 Production Scheduling,（2）计算步骤 确定各生产工艺环节的提前期及批量定额； 计算产品在各车间计划期末应达到的累计出产和投入的号数； 某车间出产累计号数 = 最后车间出产累计号数 + 本车间出产提前期定额 最后车间平均日产量 某车间投入累计号数 = 最后车间出产累计号数 + 本车间投入提前期定额 最后车间平均日产量,27,8.1 Produ

14、ction Scheduling,计算各车间在计划期内应完成的出产量和投入量； 某车间计划期出产量= 该车间计划期末出产累计号数 该车间计划期初已出产累计号数 某车间计划期投入量= 该车间计划期末投入累计号数 该车间计划期初已投入累计号数 按照零件批量进行修正，使其和批量相等或成整数倍数。,28,例 某产品为成批生产，月工作日数25天，平均日产10台。已知期量标准的数据如下表所示，保险期均为0。若该产品三月初开始投产，试确定三月末各车间出产（投入）累计号数。,8.1 Production Scheduling,29,0,0+5=5,5+0+105=10,10+5=15,15+2010=25,2

15、5+10=35,0+250250,250+510300,250+1010=350,250+1510=400,250+2510=500,250+3510=600,解：,8.1 Production Scheduling,30,8.1 Production Scheduling,采用提前期法安排车间生产任务有以下特点： 1、它可以同时计算各车间任务，而不必按工艺顺序方向依次计算，因此加快了计划编制速度。 2、由于同一台产品所有零件都属于同一个累计编号，所以，只要每个生产环节都能出产到计划规定的累计号数，就能有效地保证零件的成套性。,31,8.1 Production Scheduling,（三）单

16、件小批生产的生产作业计划 单件小批生产的产品品种、数量和交货时间都不稳定，产量少，重复性生产少，属于一次性生产，既不能采用在制品定额法，也不能采用累计编号法。 单件小批生产的生产作业计划编制的特点：各种产品的数量和任务完全取决于订货的数量，无需再进行计算。,32,8.1 Production Scheduling,（三）单件小批生产的生产作业计划 1、期量标准 （1）生产周期 （2）总日历进度计划 2、生产作业计划编制的方法 （1）生产周期进度表法 （2）生产进度百分比法 （3）网络计划技术,33,8.2 Sequencing,在编制生产（车间）作业计划的过程中，由于生产多种产品，对生产设备的

17、需求会发生冲突。因此，需要解决各个生产层次中生产任务的加工顺序问题。 排序：确定工件在设备上的加工顺序。 作业计划：不仅包括确定工件的加工顺序，还包括确定设备加工每个工件的开始时间与结束时间。 编制作业计划的主要工作之一就是要确定出最佳的作业顺序。,34,一、排序问题的分类和表示方法 （一）分类 1、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 2、根据工件到达车间的情况 静态排序、动态排序 3、根据要实现的目标 单目标排序、多目标排序 4、根据参数的性质 确定型排序、随机型排序,8.2 Sequencing,35,（二）表示方法 n / m / A / B 其中，n - 工件数；

18、 m - 机器数； A - 车间类型 ( F=流水型排序；G=一般单件型排序) B - 目标函数（评价标准） 如：6/2/F/Fmin 六个工件在两台机器上的流水作业排序的问题，目标是总流程时间最短。,8.2 Sequencing,36,单件作业排序问题n/m/G/Fmax中工序的描述加工描述矩阵D,8.2 Sequencing,（i，j，k）：工件i的第j道工序是在机器k上进行的。,37,8.2 Sequencing,二、排序问题的评价标准 总流程时间Fmin最短 平均流程时间Fa最短 最大延迟Lmax或最大误期Tmax最短 平均在制品数量最少 总调整时间最小,38,8.2 Sequenci

19、ng,三、排序问题的优先调度规则 FCFS（first come, first served）：优先选择排队等待的工序中最早进入的工序。 SPT( shortest processing time）：优先选择加工时间最短的工序。 EDD（earliest due date）：优先选择完工期限最早的工序。MWKR(most work remaining)：优先选择余下加工时间最长的工件。 LWKR(least work remaining)：优先选择余下加工时间最短的工件。 MOPNR(most Production remaining)：优先选择余下工序数最多的工件。 RANDOM ：随机挑选

20、一个工件。,39,8.2 Sequencing,四、排序问题的基本假设 一个工件不能同时在不同的设备上加工。 每道工序只在一台设备上完成，每台设备只完成一道工序。 每台设备同时只能加工一个工件。 工件在加工过程中采取平行移动方式，即上一道工序完成后立即送至下一道工序加工。 工件数n，设备数m，与加工时间均已知时，允许工件在工序之间等待，允许设备在工件未到达时闲置。 不允许中断：某工件一旦开始加工，必须一直进行到完工，不允许中途停止而插入其他工件。,40,五、 排序问题常用的符号 Ji-工件i，i=1,2,.n di-工件i的交货期 Pi-工件i的加工时间, , pij-工件i在机器j上的加工时

21、间,j=1,m,Wi-工件i在系统内的等待时间, , wij-工件i在机器j前的等待时间, j=1,m,Ci-工件i的完成时间, 在工件都已到达的情况下, Ci= Pi+ Wi Fi-工件i的流程时间，在工件都已到达的情况下, Fi= Pi+ Wi Li-工件i的延误时间, Li= Ci- di , Li0 延误 Ti-工件i的延期量, Ti=max0, Li Ei-工件i提前完成的时间,8.2 Sequencing,41,8.2 Sequencing,六、排序问题的分析 （一）单台设备的排序问题 （二）多台设备的排序问题,42,8.2 Sequencing,（一）单台设备的排序问题,例：在一

22、台设备上安排6项加工任务，其作业时间和交货期已知,设： i为任务编号，i=1,2,3,4.n, P(i) 为第i项任务的作业时间; W(i)为第i项任务的等待时间 F(i)为第i项任务的完成时间; D(i)为第i项任务的交货期 L(i) 为第 i项任务的拖期时间； K(i) 为实际排序序号,43,8.2 Sequencing,解法一：依据“先到先安排(FCFS)”原则进行排序,当 F(i) D(i)0, 则为拖期；当 F(i) D(i)0, 则为按期,44,8.2 Sequencing,解法二：依据“SPT原则”进行排序,定理1 ：对于单台设备排序问题， SPT规则使平均流程时间最短。（即从加

23、工时间最短的工件开始顺序排序）,45,8.2 Sequencing,解法三：依据“EDD原则”进行排序,定理2: 对于单台设备排序问题， EDD规则使最大延迟Lmax或最大误期Tmax最小。（即从交货期最短的工件开始顺序排序）,46,8.2 Sequencing,解法四：按期完成作业项目最多的原则排序（又称摩尔More法则）,这种方法使拖期项目达到最少，如期完成作业项目最多。它是在EDD原则的基础上排序，依次计算每项作业是否拖期。如果拖期，则将该作业移到最后加工，然后再检查任务是否拖期，直到第一次向后移的任务仍然拖期为止。 实际上是在采用EDD原则的基础上，再采用SPT规则，即采用组合规则。,

24、47,8.2 Sequencing,按期完成作业项目最多的原则排序（又称摩尔More法则）,48,四种优先原则的排序比较表,（1）按SPT法，可使零件的等待时间，总加工时间最短 （2）按 EDD法，可使任务拖期时间减少 （3）More法则可使拖期的作业项目数达到最少,8.2 Sequencing,49,8.2 Sequencing,n/2/F/Fmax 排序问题 n/3/F/Fmax 排序问题 n/m/F/Fmax 排序问题,（二）多台设备的排序问题,50,8.2 Sequencing,1、 n/2/F/Fmax排序问题 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项任务在

25、两台机床上加工的排序目标是使最大完成时间（总加工周期）Fmax最短，即n/2/F/ Fmax问题。 该问题使用约翰逊-贝尔曼规则，可求出最优解（总工时最小的排序）。,51,8.2 Sequencing,约翰逊法的计算步骤： （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，将对应的工件尽可能往前排，如果该最小值是在设备2上，则将对应的工件尽可能往后排。 （4）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； （5）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。,52,8.2 S

26、equencing,例：A，B两台机床，加工6种零件，单件工时如下，求最优排序。,工件,机床,单件工时（min）,53,8.2 Sequencing,排 序,54,2、 n/3/F/Fmax 流水型排序问题,n项任务依次在1，2，3三台机床上加工，设 ti1, ti2 ,ti3为第 i 种任务（零件）在机床1，1，3上的单件工时。排序方法有两种： （1） 将三台机床的排序转化为两台机床排序问题仿约翰孙算法。 （2） 按n/m/F/Fmax问题求解。,8.2 Sequencing,55,（1） 当符合下列两个条件之一时，可将三台机床的排序转化为两台机床排序问题，使用仿约翰孙算法求解。,设有机床G

27、与H，设 tiG, tiH分别为G与H的单件加工时间，则 tiG = ti1 + ti2 tiH = ti2 + ti3 上述问题变换为G，H两台机床的排序问题。,8.2 Sequencing,（2）若不符合上述条件下，按n/m/F/Fmax问题求解。,56,例：A，B，C三台机床，加工6种零件，单件工时如下，求最优排序。,J4,J6,J5,J2,J3,J1,8.2 Sequencing,57,按上列排序顺序，安排三台机床加工零件的顺序：,8.2 Sequencing,58,3、 n/m/F/Fmax流水型排序问题,n/m/F/Fmax流水型排序问题常用关键零件法，步骤如下： （1）在n种零件中，求出总工时最大的零件，作为关键零件Jc。 （2）除去关键零件Jc，将满足ti1tim的零件，按tim值的大小，从大到小排列在Jc之后。 （4）若ti1=tim，则相应零件可排在Jc之紧前，也可排在Jc之紧后。,8.2 Sequencing,59,例：有7种零件在5台机床上加工，工艺顺序均相同，工时如下，求较优工序。,8.2 Sequencing,J3,J4,J2,J6,J5,J7,J1,60,8.3 Produ