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生产与运作管理11 教案

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  第十一章 制造业作业计划与控制              学时数：2

教学目的：了解和掌握作业计划和排序问题的基本概念，流水作业排序问题、单件作业计划问题、生产作业控制的思想和方法。
教学重点和难点：
流水作业排序问题、单件作业计划问题、生产作业控制的思想和方法。
主要教学内容及要求：
（1）了解和掌握作业计划和排序问题的基本概念；
（2）了解和掌握流水作业排序问题、单件作业计划问题、生产作业控制的思想和方法。
第一节 作业计划和排序问题的基本概念
· 编制作业计划要解决的问题
n 编制作业计划实质上是要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。
n 由于每台机器都可能被分配了多项任务，而这些任务受到加工路线的约束，就带来了零件在机器上加工的顺序问题。
· 有关的名词术语
n 编制作业计划或日程安排(Scheduling)
n 排序(Sequencing)
n 派工(Dispatching)
n 控制(Controlling)
n 赶工(Expediting)
n “调度”是作业计划编制后实施生产控制所采取的一切行动，“编制作业计划”是加工制造发生之前的活动
n “机器”，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。一句话，表示“服务者”
n “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
n “加工路线”是零件加工的工艺过程决定的，它是零件加工在技术上的约束
n “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

第二节 流水作业排序问题
· 流水车间(Flow shop):工件的加工路线都一致，典型的如流水线
1、 最长流程时间的计算

2、 两台机器排序问题的最优算法
· 约翰森法则
n 如果Min(ai, bj) < Min (aj, bi),则工件i应该排在工件j之前。
· 约翰森算法
n （1）从加工时间矩阵中找出最短加工时间；
n （2）若最短加工时间出现在机器M1 上，则对应工件应该尽可能往前排；若最短加工时间出现在机器M2 上，则对应工件应该尽可能往后排。
· 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）。

Johnson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。
3、多台机器排序问题的启发式算法
· 关键工件法
n 1. 计算每个工件的总加工时间，将加工时间最长的工件作为关键工件C；
n 2. 对于余下的工件，若pi1≤pim则按pi1不减的顺序排成一个序列Sa ,若pi1>pim 则按pim不增的顺序排成一个序列Sb;
n 3. 顺序（Sa,C,Sb）即为所求顺序。

4、 相同零件不同移动方 式下加工周期的计算
· 当n个零件相同，则无排序问题。但不同移动方式下的加工周期不同
· 三种典型的移动方式
n 顺序移动方式：一批零件全部加工完成后，整批移动到下道工序加工
n 平行移动方式：单个零件加工完成后，立即移动到下道工序加工
n 平行顺序移动方式：两者混合

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 （分钟/件），i=1.2…n.
则该批零件的加工周期为：

零件平行移动的加工周期

平行顺序移动加工周期计算

第三节 单件作业计划问题
1、 问题的描述

2、 两种作业计划的构成

· 符号说明
n 每安排一道工序称为一“步”
n {St}:t步之前已排序工序构成的部分作业计划；
n {Ot}:t步可排序工序的集合；
n Tk为{Ot}中工序Ok的最早可能开始时间；
n T’k为{Ot}中工序Ok的最早可能完成时间。
· 能动作业计划的构成
n （1）设t=1,{S1}为空集，{O1}为各工件第一道工序的集合。
n （2）求T* = min{T’k},并求出T*所出现的机器M*。如果M*有多台，则任选一台。
n （3）从{Ot}中选出满足以下两个条件的工序Oj：需要M*加工，且Tj< T* 。
n （4）将选定的工序Oj放入{St},从{Ot}中消去Oj,并将Oj的紧后工序放入{Ot} ，使t=t+1.
n （5）若还有未安排的工序，转步骤（2）；否则，停止。
能动作业计划的构成
t
{Ot}
Tk
T`k
T*
M*
Oj
1
1,1,1
2,1,3
0
0
2
3
2
M1
1,1,1
2
1,2,3
2,1,3
2
0
6
3

3

M3

2,1,3
3
1,2,3
2,2,1
3
3
7
7
7
M3
M1
1,2,3
4
1,3,2
2,2,1
7
3
8
7

7

M1

2,2,1
5
1,3,2
2,3,2
7
7
8
12
8
M2
1,3,2
6
2,3,2
8
13
13
M2
2,3,2

· 无延迟作业计划的构成
n （1）设t=1,{S1}为空集，{O1}为各工件第一道工序的集合。
n （2）求T* = min{Tk},并求出T*所出现的机器M*。如果M*有多台，则任选一台。
n （3）从{Ot}中选出满足以下两个条件的工序Oj：需要M*加工，且Tj=T* 。
n （4）将选定的工序Oj放入{St},从{Ot}中消去Oj,并将Oj的紧后工序放入{Ot} ，使t=t+1.
n （5）若还有未安排的工序，转步骤（2）；否则，停止。

3、 求解一般n/m/G/Fmax问题的启发式方法

· （1）优先调度法则
n 构成两种作业计划的第（3）步一般都有多道工序可以满足，按不同的优先调度法则来选择工序，可以得出满足不同目标函数的作业计划
n 计算量小
n 已经提出100多种优先调度法则
· 优先调度法则
n FCFS（first come, first served）选择最早进入可排序集合的工序
n SPT( shortest processing time）选择加工时间最短的工序
n EDD（earliest due date）选择完工期限最紧的工序
n SCR(smallest critical ratio)选择临界比最小的工件
n MWKR(most work remaining)选择余下加工时间最长的工件
n LWKR(least work remaining)选择余下加工时间最短的工件
n MOPNR(most operations remaining)选择余下工序数最多的工件
n RANDOM 随机挑选一个工件
n Rush
· （2）随机抽样法
n 从全部能动计划或无延迟计划中随机抽样，得出多个作业计划，从中取优。
· （3）概率调度法
n 将优先调度法则与随机抽样法结合
n 对不同工件将优先调度法则分配不同的挑选概率，效果较好
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
生产作业控制的程序
· 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：
n 调度单
n 日报、月报
n 例外报告、异常报告
n 输入/输出（Input/output control，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（Funnel Model）。
· 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。

控制规则
· 在一段较长的时间内（如数周）内，若工况稳定，输入输出两条曲线可以近似地用两条直线来表示，其斜率（平均生产率）等于平均在制品库存/平均通过时间
· 实际实践中，可以采用四个规则来调整输入、输出、在制品库存和通过时间：
n 若希望保持在制品库存量，可暂时增加或减少输入。
n 若希望改变在制品库存量，可暂时增加或减少输入。
n 若希望平均通过时间在所控制的范围内，则适当调整平均在制品库存与生产率的比例。
n 要使各个工件的平均通过时间稳定，可以采用FIFO规则来安排各工件的加工顺序。

案例 如何选择上菜顺序

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