制造作業(yè)計劃與控制

1、生產(chǎn)作業(yè)計劃的含義與內容生產(chǎn)作業(yè)計劃的含義與內容作業(yè)排序的概念作業(yè)排序的概念 單臺機器的排序問題單臺機器的排序問題 多臺機器的流水型排序問題多臺機器的流水型排序問題生產(chǎn)作業(yè)控制生產(chǎn)作業(yè)控制第第8 8章章 制造作業(yè)計劃與控制制造作業(yè)計劃與控制一、生產(chǎn)作業(yè)計劃一、生產(chǎn)作業(yè)計劃1.1.生產(chǎn)作業(yè)計劃生產(chǎn)作業(yè)計劃 是企業(yè)將主生產(chǎn)計劃或是企業(yè)將主生產(chǎn)計劃或MRPMRP中的零部件投入主生產(chǎn)計中的零部件投入主生產(chǎn)計劃的細化，是劃的細化，是MRPMRP的具體執(zhí)行計劃。它詳細地規(guī)定了各的具體執(zhí)行計劃。它詳細地規(guī)定了各車間、工段、班組以及每個工作地在較短的時間內（月、車間、工段、班組以及每個工作地在較短的時間內（月

2、、旬、周、日、輪班、小時）的生產(chǎn)運作任務。旬、周、日、輪班、小時）的生產(chǎn)運作任務。 它站在每個生產(chǎn)單位或工作地的角度回答了生產(chǎn)什它站在每個生產(chǎn)單位或工作地的角度回答了生產(chǎn)什么、生產(chǎn)多少，何時完成的問題。么、生產(chǎn)多少，何時完成的問題。 8-1 8-1 生產(chǎn)作業(yè)計劃生產(chǎn)作業(yè)計劃 滿足交貨期要求滿足交貨期要求 Meet Due DatesMeet Due Dates 使在制品庫存最小使在制品庫存最小 Minimize work-in-process inventoryMinimize work-in-process inventory 使平均流程時間最小使平均流程時間最小 Minimize the

3、average flow time Minimize the average flow time through the systemthrough the system 提供準確的工件狀態(tài)信息提供準確的工件狀態(tài)信息 Provide for accurate job Provide for accurate job status informationstatus information 提高機器提高機器/ /工人的時間利用率工人的時間利用率 Provide for high Provide for high machine/worker time machine/worker time ut

4、ilization(Minimize worker idle time) utilization(Minimize worker idle time) 減少調整準備時間減少調整準備時間 Reduce setup timesReduce setup times 使生產(chǎn)和人工成本最低使生產(chǎn)和人工成本最低 Minimize production and Minimize production and worker costs worker costs 通過制定作業(yè)計劃，可以使企業(yè)：通過制定作業(yè)計劃，可以使企業(yè)：2.2.作業(yè)計劃的種類作業(yè)計劃的種類 大量生產(chǎn)類型的作業(yè)計劃大量生產(chǎn)類型的作業(yè)計劃(Sch

5、eduling in High-Volume (Scheduling in High-Volume Systems) Systems) 成批生產(chǎn)類型的作業(yè)計劃成批生產(chǎn)類型的作業(yè)計劃(Scheduling in (Scheduling in Intermediate-Volume Systems)Intermediate-Volume Systems) 單件小批生產(chǎn)類型作業(yè)計劃單件小批生產(chǎn)類型作業(yè)計劃(Scheduling in Low-Volume (Scheduling in Low-Volume Systems)Systems) 3.3.生產(chǎn)作業(yè)計劃的內容生產(chǎn)作業(yè)計劃的內容1 1）制定期量

6、標準）制定期量標準 2 2）編制生產(chǎn)作業(yè)計劃）編制生產(chǎn)作業(yè)計劃3 3）進行設備和生產(chǎn)面積的負荷核算與平衡）進行設備和生產(chǎn)面積的負荷核算與平衡4 4）作業(yè)排序）作業(yè)排序5 5）生產(chǎn)作業(yè)控制）生產(chǎn)作業(yè)控制 概念：為制造對象（產(chǎn)品、部件、零件）在生產(chǎn)概念：為制造對象（產(chǎn)品、部件、零件）在生產(chǎn)過程中的運動所規(guī)定的生產(chǎn)期限（時間）和生產(chǎn)數(shù)過程中的運動所規(guī)定的生產(chǎn)期限（時間）和生產(chǎn)數(shù)量的標準。量的標準。不同生產(chǎn)類型的期量標準不同生產(chǎn)類型的期量標準二、期量標準二、期量標準一、排序的基本概念一、排序的基本概念1 1 作業(yè)排序與作業(yè)計劃的區(qū)別作業(yè)排序與作業(yè)計劃的區(qū)別 作業(yè)排序作業(yè)排序是指在資源有限的條件下是指在

7、資源有限的條件下, ,確定不同工件確定不同工件在機器上加工順序的問題。在機器上加工順序的問題。實質上實質上是要解決如何按時是要解決如何按時間的先后，將有限的資源分配給不同的工作任務，間的先后，將有限的資源分配給不同的工作任務，使預定的目標最優(yōu)化的問題。使預定的目標最優(yōu)化的問題。作業(yè)計劃作業(yè)計劃作業(yè)計劃不同于作業(yè)排序，作業(yè)計劃不作業(yè)計劃不同于作業(yè)排序，作業(yè)計劃不僅確定工件的加工順序，而且還包括確定每個工件的僅確定工件的加工順序，而且還包括確定每個工件的開始時間和完成時間。開始時間和完成時間。8-2 8-2 作業(yè)排序作業(yè)排序2. 2. 工件等待工件等待工件在某道工序完成后，下道工序的機工件在某道工

8、序完成后，下道工序的機器還在加工其它工件，這時工件要等待一段時間才能開始器還在加工其它工件，這時工件要等待一段時間才能開始加工，這種情況稱為工件等待。加工，這種情況稱為工件等待。3.3.機器空閑機器空閑機器已完成對某一工件的加工，但隨后要機器已完成對某一工件的加工，但隨后要加工的工件還末到達的情況。加工的工件還末到達的情況。4.4.派工派工按作業(yè)計劃的要求，將具體的生產(chǎn)任務安排到按作業(yè)計劃的要求，將具體的生產(chǎn)任務安排到具體的機器上并交給相應的操作者負責。具體的機器上并交給相應的操作者負責。5.5.調度調度在加工過程中，發(fā)現(xiàn)實際進度已偏離計劃而采在加工過程中，發(fā)現(xiàn)實際進度已偏離計劃而采取的調配資

9、源的行動，屬于控制的范疇。取的調配資源的行動，屬于控制的范疇。6.6.控制控制是監(jiān)控實際生產(chǎn)過程，并使其和計劃保持一致是監(jiān)控實際生產(chǎn)過程，并使其和計劃保持一致的過程。的過程。7. 7. 趕工趕工實際進度已經(jīng)落后于計劃進度時采取的實際進度已經(jīng)落后于計劃進度時采取的追趕進度的行動。屬于調度的范圍。追趕進度的行動。屬于調度的范圍。8. 8. “工件、作業(yè)、顧客工件、作業(yè)、顧客”都是抽象的表示都是抽象的表示“接接受服務者受服務者”。9. 9. “機器、工作地、人員機器、工作地、人員”都是抽象的表示都是抽象的表示“提供服務者提供服務者”。 二、作業(yè)排序問題的分類二、作業(yè)排序問題的分類根據(jù)排序對象不同根據(jù)

10、排序對象不同 勞動力作業(yè)排序勞動力作業(yè)排序 生產(chǎn)作業(yè)排序生產(chǎn)作業(yè)排序根據(jù)機器數(shù)的多少根據(jù)機器數(shù)的多少 單臺機器的排序問題單臺機器的排序問題 多臺機器的排序問題多臺機器的排序問題根據(jù)工件到達系統(tǒng)的情況根據(jù)工件到達系統(tǒng)的情況 靜態(tài)排序靜態(tài)排序 動態(tài)排序動態(tài)排序根據(jù)要實現(xiàn)的目標根據(jù)要實現(xiàn)的目標 單目標排序單目標排序 多目標排序多目標排序 三、作業(yè)排序問題的表示方法三、作業(yè)排序問題的表示方法 排序問題常用四個符號來描述排序問題常用四個符號來描述: n/m/A/B 其中其中, n-工件數(shù)；工件數(shù)； m-機器數(shù)；機器數(shù)； A-車間類型車間類型, F=流水型排序流水型排序 G=一般類型一般類型,即單件型排序

11、即單件型排序 B-目標函數(shù)目標函數(shù)1. 1. 排序常用的符號排序常用的符號 Ji-工件工件i，i=1,2,.n di-工件工件i的交貨期的交貨期 pij-工件工件i在機器在機器j上的加工時間上的加工時間,j=1,m Pi-工件工件i的加工時間的加工時間, mjijipP1mjijiwW1 w wijij-工件工件i i在機器在機器j j前的等待時間前的等待時間, , j=1,j=1,m,m W Wi i-工件工件i i在系統(tǒng)內的等待時間在系統(tǒng)內的等待時間, , F Fi i-工件工件i i的流程時間的流程時間，在工件都已到達的情況下在工件都已到達的情況下, F, Fi i= P= Pi i+

12、W+ Wi i L Li i-工件工件i i的延誤時間的延誤時間, L, Li i= F= Fi i- d- di , i , L Li i0 0 按期或提前完成按期或提前完成； L Li i0 0 延誤延誤E Ei i-工件工件i i提前完成的時間提前完成的時間四、作業(yè)排序的優(yōu)先調度法則四、作業(yè)排序的優(yōu)先調度法則（1 1）先到先服務準則先到先服務準則（first come, first served first come, first served ，F(xiàn)CFSFCFS）（2 2）最短的加工時間優(yōu)先）最短的加工時間優(yōu)先( shortest processing time ( shortest

13、processing time ，SPT SPT ）（3 3）交貨期最早優(yōu)化（）交貨期最早優(yōu)化（earliest due date earliest due date ，EDD EDD ）（4 4）選擇完工期限最緊的工序）選擇完工期限最緊的工序（shortest slack time, shortest slack time, SSTSST）臨界比最小準則臨界比最小準則(smallest critical Ratio, SCR)所需加工時間所需加工時間完成工件完成工件生產(chǎn)日歷當前日期生產(chǎn)日歷當前日期的交貨期的交貨期工件工件臨界比臨界比ii（CRi） 五、幾種排序準則的比較五、幾種排序準則的比較

14、例：現(xiàn)有例：現(xiàn)有5 5項任務，有關數(shù)據(jù)如下，試用總流程時項任務，有關數(shù)據(jù)如下，試用總流程時間最短和總延誤時間最小兩個目標來比較到先服務間最短和總延誤時間最小兩個目標來比較到先服務，最短加工時間、交貨期最早、剩余緩沖時間最小，最短加工時間、交貨期最早、剩余緩沖時間最小四個準則。四個準則。任務（按任務任務（按任務到達順序）到達順序）加工時間加工時間（天）（天）交貨期交貨期（天）（天）剩余緩沖剩余緩沖時間（天）時間（天）A A3 35 52 2B B4 48 84 4C C2 27 75 5D D5 56 61 1E E1 14 43 3排序準則排序準則 任務排序任務排序加工時間加工時間交貨期交貨期

15、 流程時間流程時間延誤時間延誤時間先到先先到先服務服務A A3 35 50+3=30+3=30 0B B4 48 83+4=73+4=70 0C C2 27 77+2=97+2=99-7=29-7=2D D5 56 69+5=149+5=1414-6=814-6=8E E1 14 414+1=1514+1=1515-4=1115-4=11合合 計計48482121排序準則排序準則 任務排序任務排序加工時間加工時間交貨期交貨期 流程時間流程時間延誤時間延誤時間最短加工最短加工時間時間E E1 14 40+0+1=11=10 0C C2 27 71+2=31+2=30 0A A3 35 53+3=

16、63+3=66-5=16-5=1B B4 48 86+4=106+4=101 10-8=20-8=2D D5 56 61 10+5=150+5=1515-15-6=96=9合合 計計35351212排序準則排序準則 任務排序任務排序加工時加工時間間交貨期交貨期 流程時間流程時間延誤時間延誤時間交貨期交貨期最早最早E E1 14 40+0+1=11=10 0A A3 35 51+3=41+3=40 0D D5 56 64+5=94+5=99-6=39-6=3C C2 27 79+2=119+2=111 11-7=41-7=4B B4 48 81 11+4=151+4=1515-15-8=78=7

17、合合 計計40401414排序準則排序準則 任務排序任務排序加工時間加工時間交貨期交貨期 流程時間流程時間延誤時間延誤時間剩余緩沖剩余緩沖時間最少時間最少D D5 56 60+0+5=55=50 0A A3 35 55+3=85+3=88-5=38-5=3E E1 14 48+1=98+1=99-4=59-4=5B B4 48 89+4=139+4=131 13-8=53-8=5C C2 27 71 13+2=153+2=1515-15-7=87=8合合 計計505021211 單臺機器的排序問題單臺機器的排序問題 n個工件全部經(jīng)由一臺機器處理個工件全部經(jīng)由一臺機器處理 J1J2J3Jn機器機

18、器到達系統(tǒng)工到達系統(tǒng)工件的集合件的集合離開系統(tǒng)離開系統(tǒng)（機器）（機器）六、常見的幾種排序問題六、常見的幾種排序問題 1 1 常見單臺機器排序問題的目標函數(shù)常見單臺機器排序問題的目標函數(shù)niiFFT1為為n個零件經(jīng)由一臺機器的總流程時間。個零件經(jīng)由一臺機器的總流程時間。 定義定義: 目標函數(shù)目標函數(shù) min: u最大延期量最小最大延期量最小 TTimaxmax定義定義: Ti為最大延期量。為最大延期量。 目標函數(shù)目標函數(shù) minmax TniiFFT1u總流程時間最短總流程時間最短 工件工件加工時間加工時間minminminmin例：現(xiàn)有四個工件、需要在同一臺設例：現(xiàn)有四個工件、需要在同一臺設備

19、上加工，試確定這些工件的加工次序，使其總流備上加工，試確定這些工件的加工次序，使其總流程時間最短，并計算出總流程時間最短排序條件下程時間最短，并計算出總流程時間最短排序條件下的總流程時間。的總流程時間。解：解：評價標準是使總流程時間最短，評價標準是使總流程時間最短，最優(yōu)排序準則應選擇最短加工時間排序準則最優(yōu)排序準則應選擇最短加工時間排序準則按最短加工時間排序，得到合理加工次序為：按最短加工時間排序，得到合理加工次序為：(min)60)818()711()65()50(41iiFFT1） n個工件在個工件在 兩臺機器上的加工流水型排序兩臺機器上的加工流水型排序 n個工件都必須經(jīng)過機器個工件都必須

20、經(jīng)過機器1和機器和機器2的加工，即工藝路線的加工，即工藝路線是一致的。是一致的。 機器機器1到達系統(tǒng)工到達系統(tǒng)工件的集合件的集合離開系統(tǒng)（離開系統(tǒng)（機器）機器）J1J2J3Jn機器機器22 N2 N項任務在多臺機器的排序問題項任務在多臺機器的排序問題排序的目標是總流程時間排序的目標是總流程時間 Fmax最短。最短。流水型排序流水型排序單件作業(yè)排序單件作業(yè)排序 兩臺機器排序問題的算法兩臺機器排序問題的算法 實現(xiàn)兩臺機器排序的總流程時間實現(xiàn)兩臺機器排序的總流程時間F Fmaxmax最短的目標，一種最短的目標，一種優(yōu)化算法是著名的約翰遜法優(yōu)化算法是著名的約翰遜法(Johnsons Law)(John

21、sons Law)。其具體求。其具體求解過程如下例所示。解過程如下例所示。 約翰遜法解決這種問題分為約翰遜法解決這種問題分為4 4個步驟：個步驟： (1)(1)列出所有工件在兩臺設備上的作業(yè)時間。列出所有工件在兩臺設備上的作業(yè)時間。 (2)(2)找出作業(yè)時間最小者。找出作業(yè)時間最小者。 (3)(3)如果該最小值是在設備如果該最小值是在設備1 1上，將對應的工件排在前面，上，將對應的工件排在前面， 如果該最小值是在設備如果該最小值是在設備2 2上，則將對應的工件排在后面。上，則將對應的工件排在后面。(4)(4)排除已安排好的工件，在剩余的工件中重復步驟排除已安排好的工件，在剩余的工件中重復步驟(

22、2)(2)和和(3)(3)，直到所有工件都安排完畢。，直到所有工件都安排完畢。 例：某一班組有例：某一班組有A、B兩臺機床，要完成個工件的兩臺機床，要完成個工件的加工任務。每個工件在兩臺機床上的加工時間如下加工任務。每個工件在兩臺機床上的加工時間如下表表所示。求總加工周期最短的作業(yè)順序。所示。求總加工周期最短的作業(yè)順序。 工件在兩臺機床上的加工時間工件在兩臺機床上的加工時間工件工件機床機床 A B C D 機床機床 3 6 5 7機床機床 2 8 6 4 解：）用約翰遜法求解最優(yōu)排序解：）用約翰遜法求解最優(yōu)排序最短加工時間出現(xiàn)在安排在最短加工時間出現(xiàn)在安排在 () 機床機床 最后（第）最后（第

23、）() 機床機床 最后（第）最后（第） 5 () 機床機床 最前（第）最前（第） 6 (B) 機床機床 最前（第最前（第2）最優(yōu)排序為：最優(yōu)排序為：2) 2) 計算全組零件的最短加工時間計算全組零件的最短加工時間方法一：用甘特圖法方法一：用甘特圖法機床1機床25111821511192523C(5)A(3)C(6)B(8)D(4)A(2)最優(yōu)排序下最優(yōu)排序下, ,最短加工時間為最短加工時間為25min25min。B(6)D(7)方法二方法二 表上作業(yè)法表上作業(yè)法工件工件排序排序機床機床1 1機床機床2 2工時工時定額定額開始開始時間時間結束時間結束時間工時工時定額定額開始開始時間時間結束時間結

24、束時間C C5 5minmin0 00+5=50+5=56 65 5Max(5,0)Max(5,0)5+6=115+6=11B B6 65 55+6=115+6=118 81111Max(11,11)Max(11,11)8+11=198+11=19DD7 711117+11=187+11=184 41919Max(18,19)Max(18,19)4+19=234+19=23A A3 318183+18=213+18=212 22323Max(21,23)Max(21,23)2+23=252+23=25練習題：練習題：任務ABCDE工序13.0(min) 2.0(min) 1.0(min) 3.

25、0(min) 3.5(min)工序21.2(min) 2.5(min) 1.6(min) 3.0(min) 1.5(min)試用試用JohnsonJohnson算法安排這算法安排這5 5項任務的工作順序；項任務的工作順序；用甘特圖表示任務的完成情況，并計算出最優(yōu)排用甘特圖表示任務的完成情況，并計算出最優(yōu)排序下的最短加工時間。序下的最短加工時間。用表上作業(yè)法計算上述排序情況下的加工時間用表上作業(yè)法計算上述排序情況下的加工時間1. 已知有5項任務都需要在兩道工序上加工（先工序1后工序2），這5項任務在兩道工序上的加工時間如下表所列。一般情況下，當機器數(shù)為一般情況下，當機器數(shù)為3臺以上時，就很難找到

26、最優(yōu)解了。臺以上時，就很難找到最優(yōu)解了。 但是，對于但是，對于n個工件由三臺機器流水作業(yè)時，在滿足某些條個工件由三臺機器流水作業(yè)時，在滿足某些條件后可以采用擴展的件后可以采用擴展的Johnson法法求解。求解。 設：設：A、B、C為三臺機器，如果工件在三臺機器上的加工時為三臺機器，如果工件在三臺機器上的加工時間滿足以下條件，則可以轉化為兩臺機器的排序問題：間滿足以下條件，則可以轉化為兩臺機器的排序問題： min Ai=max Bior min Ci = max Bi 定義：定義：Ai = Ai+ Bi , Bi = Bi +Ci例例: 考慮以下問題考慮以下問題. 5個工件由個工件由3臺機器加工

27、臺機器加工, 作業(yè)時間見下表作業(yè)時間見下表. 求求: 總加工周期最短的作業(yè)順序總加工周期最短的作業(yè)順序. 3.N3.N個工件在臺設備上加工的流水型排序個工件在臺設備上加工的流水型排序 1 2 3 4 5機器機器A 44 913 821 627 532機器機器B 59 619 223 330 436機器機器C 817 1029 635 742 1153 解解: 檢查上表檢查上表, 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn): min Ai = 4 max Bi = 6 min Ci = 6因此因此,滿足以上條件滿足以上條件, 建立兩臺機器的作業(yè)時間表建立兩臺機器的作業(yè)時間表: 應用Johnson法則，得出：總加工周期為： 1 2

28、 3 4 5機器機器A 9 15 10 9 9機器機器B 13 16 8 10 15 1 4 5 2 3機器機器A 44 610 515 924 832機器機器B 59 313 419 630 234機器機器C 817 724 1135 1045 651一般采用啟發(fā)式算法一般采用啟發(fā)式算法(Heuristics)解決這類問題。解決這類問題。關鍵工件法關鍵工件法步驟步驟1 計算計算 ,找出其中最大者，定義為關鍵工件找出其中最大者，定義為關鍵工件JC。mjijp1步驟步驟2 除除JC外，將滿足外，將滿足pi1pim的工件，按的工件，按tim值的大小，從值的大小，從大到小排在大到小排在JC的后面。的

29、后面。步驟步驟4 除除JC外，將滿足外，將滿足pi1=pim的工件，排在的工件，排在JC的前面或者后面。的前面或者后面。步驟步驟5 如有多個方案，可再加比較，從中選優(yōu)。如有多個方案，可再加比較，從中選優(yōu)。4 4 個工件在多臺設備上加工的流水型排序個工件在多臺設備上加工的流水型排序關鍵工件法舉例關鍵工件法舉例找出關鍵工件：工作負荷最大的找出關鍵工件：工作負荷最大的40，對應的是工件，對應的是工件6，所以，所以JC=J6確定排在關鍵工件前面的工件：滿足步驟確定排在關鍵工件前面的工件：滿足步驟2條件的有條件的有J4, J5, 所以有所以有J4 J5 J6 確定排在關鍵工件后面的工件：滿足步驟確定排在

30、關鍵工件后面的工件：滿足步驟3條件的有條件的有J2, J3, 所以有所以有 J6 J2 J3滿足步驟滿足步驟4條件的有條件的有J1, 所以有所以有 J6 J1， 或者或者J1 J6最后有：最后有：J4 J5 J6 J1 J2 J3 ， 或者或者 J4 J5 J1 J6 J2 J3一、生產(chǎn)作業(yè)控制概述一、生產(chǎn)作業(yè)控制概述1 1 生產(chǎn)作業(yè)控制的原因生產(chǎn)作業(yè)控制的原因（1 1）生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生了變化）生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生了變化采用了新工藝技術、買進了新設備、更換了供應商等。采用了新工藝技術、買進了新設備、更換了供應商等。（2 2）計劃的失誤）計劃的失誤在計劃制定過程中疏忽一些因素，造成計劃不符合現(xiàn)在的情況。在計劃制定過程中疏忽一些因素，造成計劃不符合現(xiàn)在的情況。（3 3）執(zhí)行的原因）執(zhí)行的原因執(zhí)行過程中，有可能會出現(xiàn)操作人員執(zhí)行不力、效率不高和工作態(tài)度等執(zhí)行過程中，有可能會出現(xiàn)操作人員執(zhí)行不力、效率不高和工作態(tài)度等現(xiàn)象，造成計劃完不成?，F(xiàn)象，造成計劃完不成。（4 4）擾動因素的影響）擾動因素的影響顧客修改訂單，原材料不能按時到達，突然停電等。顧客修改訂單，原材料不能按時到達，突然停電等。8-3 8-3 生產(chǎn)作業(yè)控制生產(chǎn)作業(yè)控制2 2 生產(chǎn)作業(yè)控制的程序生產(chǎn)作業(yè)控制的程序制定生產(chǎn)作業(yè)監(jiān)控體系監(jiān)控實際生產(chǎn)過程 評估偏差情況 采取糾偏措施39生產(chǎn)作業(yè)控制的功能生產(chǎn)作業(yè)控制的功能為每個車間的工單指派優(yōu)先級