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第11章 制造業(yè)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃,華中科技大學(xué)管理學(xué)院 陳榮秋,生產(chǎn)任務(wù)的最終落實(shí),MRP確定各車(chē)間的零部件投入出產(chǎn)計(jì)劃,將全廠性的產(chǎn)品出產(chǎn)計(jì)劃變成了各車(chē)間的生產(chǎn)任務(wù)。 各車(chē)間要將車(chē)間的生產(chǎn)任務(wù)變成各個(gè)班組、各個(gè)工作地和各個(gè)工人的任務(wù),才算落到實(shí)處。 將任務(wù)安排到工作地,牽涉到任務(wù)分配和作業(yè)排序問(wèn)題,編制作業(yè)計(jì)劃要解決的問(wèn)題,工廠里要對(duì)每個(gè)工人和工作地安排每天的生產(chǎn)任務(wù),規(guī)定開(kāi)始時(shí)間和完成時(shí)間; 醫(yī)院要安排病人手術(shù),為此要安排手術(shù)室、配備手術(shù)器械、手術(shù)醫(yī)師和護(hù)士; 學(xué)校要安排上課時(shí)間表,使學(xué)生能按規(guī)定的時(shí)間到規(guī)定的教室聽(tīng)事先安排的教師講課。 項(xiàng)目計(jì)劃管理,也是一個(gè)作業(yè)計(jì)劃問(wèn)題。 英文Scheduling可以譯成編制作業(yè)計(jì)劃或安排日程計(jì)劃(時(shí)間表)。 編制作業(yè)計(jì)劃實(shí)質(zhì)上是要將資源分配給不同的任務(wù),按照既定的優(yōu)化目標(biāo),確定各種資源利用的時(shí)間問(wèn)題。,有關(guān)的名詞術(shù)語(yǔ),排序(Sequencing) 是確定零件在機(jī)器上的加工順序。 編制作業(yè)計(jì)劃(Scheduling)則不僅包括確定加工順序,而且還包括加工任務(wù)的分配和加工每個(gè)零件的開(kāi)始時(shí)間和完成時(shí)間。 “調(diào)度”是作業(yè)計(jì)劃編制后實(shí)施生產(chǎn)控制所采取的一切行動(dòng),“編制作業(yè)計(jì)劃”是加工制造發(fā)生之前的活動(dòng)?;疖?chē)時(shí)刻表是作業(yè)計(jì)劃。火車(chē)時(shí)刻表制定后,對(duì)火車(chē)運(yùn)行的安排,包括發(fā)生晚點(diǎn)后的處理,都屬于調(diào)度。,名詞術(shù)語(yǔ)(續(xù)),“派工” (Dispatching)是在作業(yè)計(jì)劃制定以后,按照作業(yè)計(jì)劃的要求,將具體生產(chǎn)任務(wù)通過(guò)工票或施工單的形式下達(dá)到具體的機(jī)床和工人,屬于通常所說(shuō)的“調(diào)度”范圍。 “趕工” (Expediting)是在實(shí)際進(jìn)度已落后于計(jì)劃進(jìn)度時(shí)采取的行動(dòng),也屬于通常所說(shuō)的“調(diào)度”范圍。 “機(jī)器”,可以是工廠里的各種機(jī)床,也可以是維修工人;可以是輪船要??康拇a頭,也可以是電子的計(jì)算機(jī)中央處理單元、存貯器和輸入、輸出單元。表示“服務(wù)者”;,名詞術(shù)語(yǔ)(續(xù)),“零件”則代表“服務(wù)對(duì)象”。零件可以是單個(gè)零件,也可以是一批相同的零件 “加工路線”是零件加工經(jīng)過(guò)不同機(jī)器構(gòu)成的路線。比如,某零件要經(jīng)過(guò)車(chē)、銑、占、磨的路線加工,我們可以用M1,M2,M3,M4來(lái)表示。 “加工順序”則表示每臺(tái)機(jī)器加工n個(gè)零件的先后順序,是排序要解決的問(wèn)題,4參數(shù)表示法:,n /m /A /B。 其中, n 零件數(shù); m 機(jī)器數(shù); A 作業(yè)類(lèi)型;在A的位置若標(biāo)以“F”,則代表流水作業(yè)排序問(wèn)題。若標(biāo)以“P”,則表示流水作業(yè)排列排序問(wèn)題。若標(biāo)以“G”,則表示一般單件作業(yè)排序問(wèn)題。當(dāng)m1,則A處為空白 B目標(biāo)函數(shù),通常是使其值最小。,流水作業(yè)計(jì)劃問(wèn)題,流水線是流水車(chē)間(Flow shop) 典型的代表,每個(gè)零件的加工路線都一致。 只要加工路線一致:M1, M2, M3,Mm,不要求每個(gè)零件都經(jīng)過(guò)每臺(tái)機(jī)器加工,最長(zhǎng)流程時(shí)間Fmax的計(jì)算,最長(zhǎng)流程時(shí)間又稱(chēng)作加工周期 6/4/p/ Fmax問(wèn)題,當(dāng)按順序S( 6,1,5,2,4,3)加工時(shí),求Fmax.,加工周期為46,n/2/F/Fmax問(wèn)題的最優(yōu)算法,Johnson算法: 從加工時(shí)間矩陣中找出最短的加工時(shí)間。 若最短的加工時(shí)間出現(xiàn)在M1上,則對(duì)應(yīng)的零件盡可能往前排;若最短加工時(shí)間出現(xiàn)在M2上,則對(duì)應(yīng)零件盡可能往后排。然后,從加工時(shí)間矩陣中劃去已排序零件的加工時(shí)間。若最短加工時(shí)間有多個(gè),則任挑一個(gè) 若所有零件都已排序,停止。否則,轉(zhuǎn)步驟。,求最優(yōu)順序,算法步驟的改進(jìn),把Johnson算法作些改變,改變后的算法按以下步驟進(jìn)行: 將所有aibi的零件按ai值不減的順序排成一個(gè)序列A。 將所有aibi的零件按bi值不增的順序排成一個(gè)序列B。 將A放到B之前,就構(gòu)成了最優(yōu)加工順序,序列A為 (2, 5,6,1),序列B為(4,3),構(gòu)成最優(yōu)順序?yàn)?(2,5,6,1, 4,3),與Johnson算法結(jié)果一致。,Johnson法則只是一個(gè)充分條件,不是必要條件。不符合這個(gè)法則的加工順序,也可能是最優(yōu)順序。如對(duì)例11-2順序(2,5,6,4,1,3)不符合Johnson法則,但它也是一個(gè)最優(yōu)順序 對(duì)于3臺(tái)機(jī)器的流水車(chē)間排序問(wèn)題,只有幾種特殊類(lèi)型的問(wèn)題找到了有效算法。 對(duì)于一般的流水車(chē)間排列排序問(wèn)題,可以用分支定界法。,求一般n/m/P/ Fmax問(wèn)題近優(yōu)解 (Near optimal solution)的啟發(fā)式算法,關(guān)鍵零件法 CDS法,關(guān)鍵零件法求近優(yōu)解舉例,CDS法,Campbell-Dudek-Smith 三人提出了一個(gè)啟發(fā)式算法,簡(jiǎn)稱(chēng)CDS法。他們把Johnson算法用于一般的n/m/P/Fmax問(wèn)題,得到(1)個(gè)加工順序,取其中優(yōu)者,當(dāng)1時(shí),按Johnson算法得到加工順序(1,2,3,4); 當(dāng)2時(shí),得到加工順序(2,3,1,4)。對(duì)于順序(2,3,1, 4),相應(yīng)的Fmax29。所以,取順序(1,2,3,4)。我們已經(jīng)知道,這就是最優(yōu)順序。,單件作業(yè)排序問(wèn)題,加工描述矩陣和加工時(shí)間矩陣,無(wú)延遲作業(yè)計(jì)劃(non-delay schedule)的構(gòu)成,我們稱(chēng)每安排一道工序稱(chēng)作一“步”,設(shè) Stt步之前已排序工序構(gòu)成的部分作業(yè)計(jì)劃; Ot 第t步可以排序的工序的集合; Tk Ot 中工序Ok的最早可能開(kāi)工時(shí)間; Tk Ot 中工序Ok的最早可能完工時(shí)間。,無(wú)延遲作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成步驟:, 設(shè)t1,S1為空集,O1為各工件第一道工序的集合。 求T*minTk,并求出T*出現(xiàn)的機(jī)器M*。如果M*有多臺(tái),則任選一臺(tái)。 從Ot中挑出滿足以下兩個(gè)條件的工序Oj:需要機(jī)器M*加工,且TjT*。 將確定的工序Oj放入St,從 Ot 中消去Oj,并將Oj的緊后工序放入 Ot ,使tt1。 若還有未安排的工序,轉(zhuǎn)步驟;否則,停止。,優(yōu)先派工法則,在介紹無(wú)延遲作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成步驟時(shí),其中第步的兩個(gè)條件一般都有多個(gè)工序可以滿足。按什么樣的準(zhǔn)則來(lái)選擇可安排的工序,對(duì)作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)劣有很大影響。為了得到所希望的作業(yè)計(jì)劃,人們提出了很多優(yōu)先調(diào)度法則,按優(yōu)先調(diào)度法則挑選工序比隨意挑選一道工序的方法更能符合計(jì)劃編制者的要求,同時(shí)又不必列出所有可能的作業(yè)計(jì)劃,從而計(jì)算量小。 迄今,人們已提出了100多個(gè)優(yōu)先調(diào)度法則,其中主要的有下8個(gè): SPT(Shortest Processing Time)法則 優(yōu)先選擇加工時(shí)間最短的工序。 FCFS(First Come First Served)法則 優(yōu)先選擇最早進(jìn)入可排工序集合的工件。,優(yōu)先派工法則(續(xù)), EDD(Earliest Due Date)法則 優(yōu)先選擇完工期限緊的工件。 MWKR(Most Work Remaining)法則 優(yōu)先選擇余下加工時(shí)間最長(zhǎng)的工件。 LWKR(Least Work Remaining)法則 優(yōu)先選擇余下加工時(shí)間最短的工件。 MOPNR(Most Operations Remaining)法則 優(yōu)先選擇余下工序數(shù)最多的工件。 SCR(Smallest Critical Ratio)法則 優(yōu)先選擇臨界比最小的工件。臨界比為工件允許停留時(shí)間與工件余下加工時(shí)間之比。 RANDOM法則 隨機(jī)地挑一個(gè)工件,隨機(jī)抽樣法,用窮舉法或分支定界法求一般單件車(chē)間排序問(wèn)題的最優(yōu)解時(shí),實(shí)際上比較了全部能動(dòng)作業(yè)計(jì)劃;采用優(yōu)先調(diào)度法則求近優(yōu)解時(shí),只選擇了一種作業(yè)計(jì)劃。 隨機(jī)抽樣法介于這兩個(gè)極端之間。 它從全部無(wú)延遲作業(yè)計(jì)劃之中抽樣,得出多個(gè)作業(yè)計(jì)劃,從中選優(yōu)。 應(yīng)用隨機(jī)抽樣法時(shí),實(shí)際上是對(duì)同一個(gè)問(wèn)題多次運(yùn)用RANDOM法則來(lái)決定要挑選的工序,從而得到多個(gè)作業(yè)計(jì)劃。,概率調(diào)度法,隨機(jī)抽樣法是從k個(gè)可供選擇的工序以等概率方式挑選,每個(gè)工序被挑選的概率為1k,這種方法沒(méi)有考慮不同工序的特點(diǎn),有一定盲目性。 例如,在構(gòu)在無(wú)延遲作業(yè)計(jì)劃的第步有3道工序
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