第三篇生產(chǎn)系統(tǒng)的運行-(第九章)

1第三篇生產(chǎn)系統(tǒng)的運行第九章

制造業(yè)作業(yè)計劃§9.1生產(chǎn)作業(yè)計劃概述§9.2排序問題的基本概念§9.3流水作業(yè)排序問題§9.4單件作業(yè)排序問題§9.5生產(chǎn)作業(yè)控制2§9.1生產(chǎn)作業(yè)計劃概述1、生產(chǎn)作業(yè)計劃的內(nèi)容生產(chǎn)作業(yè)計劃工作由作業(yè)計劃編制與作業(yè)計劃控制兩部分組成。主要任務(wù)是將主生產(chǎn)計劃或MRP中的零部件投入出產(chǎn)計劃細(xì)化，詳細(xì)規(guī)定了各車間、工段、班組以至每個工作地在較短時間內(nèi)（月、旬、周、日、輪班、小時）的生產(chǎn)運作任務(wù)。作業(yè)計劃編制：包括制定期量標(biāo)準(zhǔn)、開展生產(chǎn)運作能力核算與平衡、編制各種形式的生產(chǎn)作業(yè)計劃等。32、生產(chǎn)作業(yè)計劃的期量標(biāo)準(zhǔn)期量標(biāo)準(zhǔn)，是對勞動對象在生產(chǎn)運作過程中的運動所規(guī)定的時間和數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)，是生產(chǎn)作業(yè)計劃工作的重要依據(jù)。期量標(biāo)準(zhǔn)按每種產(chǎn)品分別制定。如成批生產(chǎn)運作的主要期量標(biāo)準(zhǔn)包括：批量、生產(chǎn)運作間隔期、生產(chǎn)運作周期、生產(chǎn)運作提前期。4(1)批量和生產(chǎn)間隔期按批量組織生產(chǎn)是成批生產(chǎn)企業(yè)的重要特征。批量大，生產(chǎn)組織的輪番次數(shù)就越少，生產(chǎn)過程相對穩(wěn)定，產(chǎn)品品種更換次數(shù)相應(yīng)減少。然而批量大，每批產(chǎn)品的生產(chǎn)周期比較長，生產(chǎn)中占用的生產(chǎn)面積、倉庫面積增加等。因此，必須用科學(xué)的方法來確定生產(chǎn)批量。生產(chǎn)間隔期又稱生產(chǎn)運作重復(fù)期，是指相鄰兩批相同制品投入或出產(chǎn)的時間間隔。(2)生產(chǎn)提前期生產(chǎn)提前期是指產(chǎn)品（毛坯、零件）在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)出產(chǎn)（或投入）的時間，比成品出產(chǎn)時間所要提前的時間量。生產(chǎn)提前期的制定分為：①前后車間生產(chǎn)批量相等情況下提前期的制定；②前后工序車間生產(chǎn)批量不等時生產(chǎn)提前期的制定。5(3)生產(chǎn)運作周期毛坯加工周期裝配投入提前期保險期機械加工周期保險期裝配周期毛坯加工投入提前期毛坯加工出產(chǎn)提前期機械加工投入提前期產(chǎn)品生命周期圖：生產(chǎn)周期與生產(chǎn)提前期的關(guān)系6§9.2 排序問題的基本概念1、編制作業(yè)計劃要解決的問題編制作業(yè)計劃的實質(zhì)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間問題。各車間要將車間的生產(chǎn)任務(wù)變成各個班組、各個工作地和各個工人的任務(wù)，才算落到實處。將任務(wù)安排到工作地，由于每臺機器都可能被分配多項任務(wù)，受到加工路線的約束，就帶來了零件在機器上加工的順序問題。7作業(yè)排序（sequencing）的目標(biāo)作業(yè)排序解決各個生產(chǎn)層次中生產(chǎn)任務(wù)的加工順序問題，既包括生產(chǎn)任務(wù)投入的先后順序，還包括在同一設(shè)備上不同工件的加工順序。滿足交貨日期的需要降低在制品庫存，加快資金流動縮短提前期降低機器設(shè)備的準(zhǔn)備時間和準(zhǔn)備成本82、有關(guān)的名詞術(shù)語排序(Sequencing)：確定零件在機器上的加工順序。就是將不同的工作任務(wù)安排一個執(zhí)行的順序，使預(yù)定的目標(biāo)最優(yōu)化。編制作業(yè)計劃或日程安排(Scheduling)：加工制造發(fā)生之前的活動（火車時刻表）。包括確定加工順序、加工任務(wù)的分配和加工每個零件的開始和完成時間。9“調(diào)度”是作業(yè)計劃編制后實施生產(chǎn)控制所采取的一切行動，“編制作業(yè)計劃”是加工制造發(fā)生之前的活動。派工(Dispatching)：在作業(yè)計劃制定以后，按照作業(yè)計劃的要求，將具體生產(chǎn)任務(wù)通過工票或施工單的形式下達到具體的機床和工人。趕工(Expediting)：在實際進度已落后于計劃進度時采取的行動?？刂疲–ontrolling）10“機器”，表示“服務(wù)者”?？梢允枪S里的各種機床，或是維修工人；可以是輪船要?？康拇a頭，或是電子的計算機中央處理單元、存貯器和輸入、輸出單元?！傲慵贝怼胺?wù)對象”?？梢允菃蝹€零件，也可以是一批相同的零件。“加工路線”是零件加工的工藝過程決定的，它是零件加工在技術(shù)上的約束?！凹庸ろ樞颉眲t表示每臺機器加工n個零件的先后11排序中的約束條件，主要指的是工件的性質(zhì)以及它們在加工過程中的要求和限制。加工時間：一個工件的加工時間表示為：

n個工件的加工時間則用矩陣來表示：其中，pij是工件Jj在機i上所需要的加工時間。12到達時間(Arrivaltime)或就緒時間(Readytime):工件已經(jīng)準(zhǔn)備好馬上被加工的時間。工件工期(Duedate)或截止期限(Deadline)：是對工件限定的完工時間，如果不能按時完工，則會受到一定的懲罰。絕不許延誤的完工時間為截止期限。工件權(quán)重（weight），工件的重要程度。流程時間，是指工件從到達系統(tǒng)開始一直到加工完為止的時間，包括在系統(tǒng)中的等待時間和加工時間。133、假設(shè)條件與符號說明假設(shè)條件一個工件不能同時在幾臺不同的機器上面加工工件在加工過程中采取平行移動的方式不允許中斷每道工序只在一臺機器上面完成工件數(shù),機器數(shù)和加工時間已知,加工時間與加工順序無關(guān)每臺機器同時只能加工一個工件符號說明（P316）144、排序問題的分類（1）制造業(yè)和服務(wù)業(yè)中兩種基本形式的排序勞動力排序：主要是確定人員何時工作；生產(chǎn)作業(yè)排序：將不同的工件安排在不同的設(shè)備上。（2）生產(chǎn)作業(yè)排序的分類按設(shè)備數(shù)量分類單件車間排序問題(job-shop):加工路線不同流水車間排序問題(flow-shop):所有工件的加工路線相同。單臺設(shè)備排序問題多臺設(shè)備排序問題15按工件到達車間的情況分類按目標(biāo)函數(shù)的性質(zhì)分類按目標(biāo)不同可劃分為不同的排序問題：如使平均流程時間最短的排序、使總流程時間最短的排序、使平均誤期時間最短的排序、使最大平均誤期時間最短的排序等。靜態(tài)排序動態(tài)排序確定性動態(tài)排序隨機性動態(tài)排序單目標(biāo)排序多目標(biāo)排序16（3）影響生產(chǎn)作業(yè)排序的因素生產(chǎn)任務(wù)的到達方式車間中的設(shè)備種類和數(shù)量車間中的人員數(shù)量：當(dāng)特定的生產(chǎn)操作人員數(shù)量少于設(shè)備數(shù)量時，尤其是服務(wù)系統(tǒng)，生產(chǎn)操作人員成為排序時必須考慮的關(guān)鍵資源。生產(chǎn)任務(wù)在車間的流動模式：分流水車間（定流車間）、單件車間（隨機路線車間）、混合式加工車間。靜態(tài)到達（成批到達）：生產(chǎn)計劃人員將一段時間內(nèi)的訂單匯總，一起安排生產(chǎn)作業(yè)計劃。動態(tài)到達：在一段時間內(nèi)按某種統(tǒng)計分布規(guī)律到達，即生產(chǎn)隨到隨安排。175、排序問題的表示法參數(shù)表示法n/m/A/Bn工件數(shù)，m機器數(shù)，A車間類型；F——流水作業(yè)排序，所有工件的工藝過程均相同P——流水作業(yè)排列（同序列）排序，指所有工件的工藝過程均相同，且在每臺設(shè)備上所有工件的投產(chǎn)順序也必須相同;G——一般單件作業(yè)排序時間，非流水型排序；當(dāng)m＝1，則A處為空白，因為對于單臺機器的排序問題來說，無所謂加工路線問題。B為目標(biāo)函數(shù);186、作業(yè)計劃的評價標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)完成的程度設(shè)備利用的程度達到企業(yè)整體目標(biāo)的程度由于可操作性，評價作業(yè)計劃的常用指標(biāo)有：總流程時間Fmin最短平均流程時間（指一批工件實際生產(chǎn)周期或加工周期的平均值）最短平均延遲最逗最大延遲Lmax或最大誤期Tmax

最短平均在制品占用量最小總調(diào)整時間最小除了上述標(biāo)準(zhǔn)之外，還有延期罰款最小、生產(chǎn)費用最小、總利潤最大、設(shè)備利用率最大等。19§9.3流水作業(yè)排序問題流水線是流水車間(Flowshop)典型的代表，每個零件的加工路線都一致。只要加工路線一致(工件流向一致)：M1,M2,

M3,……,Mm,不要求每個零件都經(jīng)過每臺機器加工。通常，在路線一致的情況下，工件在不同機器上的加工順序不完全相同。在這里，我們討論流水作業(yè)排序的一個特例——排列排序問題，即所有工件在各臺機器上的加工順序一致。20流水作業(yè)排序問題——工件加工路線相同6個零件以相同的順序經(jīng)過4臺機床每個零件在每臺機床上面的加工時間可以不一樣1234211、最長流程時間Fmax的計算n/m/p/Fmax問題，目標(biāo)函數(shù)Fmax最短；從第一個工件在第一臺機器開始加工時算起，到最后一個工件在最后一臺機器上完成時為止所經(jīng)過的時間假設(shè)：所有工件的到達時間都為零22序號為1的工件在序號為1的機器上面的加工時間為423工件代號i615243Pi1

Pi2

Pi3

Pi4

按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣24工件代號i615243Pi12Pi25Pi35Pi41按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣25工件代號i615243Pi124Pi254Pi355Pi414按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣26工件代號i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣27工件代號i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi41432342按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣28工件代號i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi41432342610121316按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣29工件代號i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣30工件代號i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣31工件代號i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213117+4=11按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣32工件代號i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213111712+5=17按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣33工件代號i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213111721152225203032273538334246按順序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工時間矩陣34已知加工時間矩陣，求Fmax

。順序S=(1,4,6,3,5,2)課堂練習(xí)35工件代號i146352Pi1453486Pi2391375Pi3768259Pi4563924491216243071819223136142432343948193035444652362、兩臺機器排序問題的最優(yōu)算法約翰森法則如果Min(ai,bj)<Min(aj,bi),則工件i應(yīng)該排在工件j之前。約翰森算法(1)從加工時間矩陣中找出最短加工時間；(2)若最短加工時間出現(xiàn)在機器M1上，則對應(yīng)工件應(yīng)該盡可能往前排；若最短加工時間出現(xiàn)在機器M2上，則對應(yīng)工件應(yīng)該盡可能往后排。(3)然后從加工時間矩陣中劃去已排序工件的加工時間。若最短加工時間有多個，則任挑一個。(4)若所有工件都已排序，則停止。否則，轉(zhuǎn)步驟(1)。37舉例工件號123456ai518534bi722474將工件2排在第1位

2將工件3排在第6位

2

3將工件5排在第2位

2

5

3將工件6排在第3位

2

5

6

3將工件4排在第5位

2

5

6

4

3將工件1排在第4位

2

5

6

1

4

3最優(yōu)加工順序為S=(2,5,6,1,4,3),Fmax=2838工件最優(yōu)順序：256143

1345582747424

8

13

18

2631115222628aibi

最優(yōu)順序下的加工周期為2839Johnson算法的改進(1)將所有ai≤

bi的工件按ai值不減的順序排成一個序列A；(2)將ai＞bi的工件按bi值不增的順序排成一個序列B；(3)將A放到B之前，就構(gòu)成了一個最優(yōu)加工順序。40舉例工件號123456ai518534bi722474A={2561}B={43}S={256143}序列A為(2,5,6,1),序列B為(4,3),構(gòu)成最優(yōu)順序為(2,5,6,1,4,3)，與Johnson算法結(jié)果一致。41課后習(xí)題1i12345678ai971082154bi6231587442課后習(xí)題1i12345678ai971082154bi62315874S=64523871S=6452387143

最優(yōu)順序：65871324

124591078854763213

7

12

21

313846914182531344047aibi

最優(yōu)順序下的加工周期為47S=6452387144

125941078857643213

8

17

21

313846914212731344047aibiS=64523871

最優(yōu)順序：65718324

最優(yōu)順序下的加工周期為47453、多臺機器排序問題的啟發(fā)式算法Palmer算法該算法先定義工件的斜度指標(biāo)，然后將各工件按其斜度指標(biāo)不增進行排序。46舉例工件i1234Pi12163Pi24829Pi3548211131614所求順序：（2,1,3,4）或（1,2,3,4）47關(guān)鍵工件法(1)計算每個工件的總加工時間，將加工時間最長的工件作為關(guān)鍵工件C；(2)對于余下的工件，若pi1≤pim則按pi1不減的順序排成一個序列Sa

,若pi1>pim

則按pim不增的順序排成一個序列Sb;(3)順序（Sa,C,Sb）即為所求順序。48舉例工件i1234Pi12163Pi24829Pi3548211131614CSa(2,1)Sb(4)所求順序：（2,1,3,4）49CDS算法把Johnson算法用于一般的n/m/P/Fmax問題，得到(ｍ－1)個加工順序，取其中優(yōu)者。504、相同零件不同移動方式下加工周期的計算當(dāng)n個零件相同，則無排序問題。但不同移動方式下的加工周期不同三種典型的移動方式順序移動方式：一批零件全部加工完成后，整批移動到下道工序加工平行移動方式：單個零件加工完成后，立即移動到下道工序加工平行順序移動方式：兩者混合51（1）順序移動方式順序移動方式是指把一批零件在前一道工序全部加工完畢后，再整批地轉(zhuǎn)到下一道工序進行加工；在這種方式下，整批零件的加工周期為：式中：n－該批零件數(shù)量；m－工序數(shù)；ti－第i道工序的單件加工時間。52

加工周期時間工序1234順序移動方式優(yōu)點：運輸次數(shù)少、設(shè)備利用充分、管理簡單缺點：加工周期長53適用條件：批量不大，單件加工時間較短、生產(chǎn)單位按工藝專業(yè)化組成。例如已知某零件加工需經(jīng)4道工序，單件加工時間分別為10分、5分、15分和5分，批量為4件，求整批零件的加工周期。T順＝4×（10＋5＋15＋10）=16010515工序4工序3工序2工序1204060801001201401601054（2）平行移動方式平行移動是指一批零件中的每個零件在上道工序加工完畢后，立即轉(zhuǎn)到下一道工序進行加工。T010203040平行移動方式工序55優(yōu)點：一批零件同時在不同工序上平行進行加工，加工周期短，在制品占用量少；缺點是運輸次數(shù)多，當(dāng)前后工序時間不相等時，存在設(shè)中斷和制品等待的情況。平行移動方式下，整批零件的加工周期為式中，t長－各加工工序中最長的單件工序時間。例如：T平=（10＋5＋15＋10）＋（4－1）×15

＝40＋45＝8556（3）平行順序移動方式平行順序移動是把平行移動方式和順序移動方式結(jié)合起來運用，吸收其長處，避開其短處，但組織和計劃工作比較復(fù)雜。T010203040工序57特點：當(dāng)一批零件在前道工序尚未全部加工完畢時，就將其中部分已經(jīng)完成的零件轉(zhuǎn)到下道工序進行加工。往下道工序轉(zhuǎn)移的提前時間，以能維持下道工序?qū)υ撆慵倪B續(xù)加工為準(zhǔn)。其生產(chǎn)周期在以上兩種方式之間，計算公式為：其中，——相鄰兩工序中工時較短的工序單件工時例如：T平順=160－（4－1）×（5＋5＋10）＝100min58為了達到這一要求，要按以下規(guī)則運送零件：①當(dāng)前道工序的加工時間小于或等于后道工序的加工時間時（t前≤t后），加工完畢的每一個零件應(yīng)及時轉(zhuǎn)入后道工序加工，即按平行移動方式。②當(dāng)前道工序的加工時間大于后道工序的加工時間時（t前＞t后），只有在前道工序完工的零件數(shù)量足以保證后道工序連續(xù)加工時，才將前道工序完工的零件轉(zhuǎn)入后道工序，即后道工序的結(jié)束時間比前道工序的結(jié)束時間差一個單位的工序時間。59課后習(xí)題3（P322）已知：n=4m=5t1=10t2=4t3=8t4=12t5=6求：T順、T平、T平順60[解]T順==4*(10+4+8+12+6)=160T平=T平順==(10+4+8+12+6)+3*12=76=160-3*(4+4+8+6)=9461§9.4單件作業(yè)排序問題1、問題的描述每個工件都有獨特的加工路線描述單件作業(yè)中的一道工序，需要：i－－工件號j－－工序號k－－完成工件i的第j道工序的機器代號用（i，j，k）表示工件i的第j道工序在機器k上被加工；62D=1,1,11,2,31,3,22,1,32,2,12,3,2T=241345工件的加工采用加工描述矩陣D和加工時間矩陣T描述632、一般n/m/G/Fmax問題的啟發(fā)式算法(1)幾種作業(yè)計劃半能動作業(yè)計劃：各工序都按最早可能開/完工時間安排的作業(yè)計劃。能動作業(yè)計劃：任何一臺機器的每段空閑時間都不足以加工一道可加工工序的半能動作業(yè)計劃。無延遲作業(yè)計劃：沒有任何延遲出現(xiàn)的能動作業(yè)計劃。(2)一些符號說明每安排一道工序稱為一“步”{St}--t步之前的已排序工序構(gòu)成的部分作業(yè)計劃；{Ot}--第t步可排序的工序集合；Tk為{Ot}中工序Ok的最早可能開工時間；T’k為{Ot}中工序Ok的最早可能完工時間。64(3)能動作業(yè)計劃的構(gòu)成步驟①設(shè)t=1,{S1}為空集,{O1}為各工件第一道工序的集合.②求T*=min{T’k},并求出T*所出現(xiàn)的機器M*.如果M*有多臺，則任選一臺。③從{Ot}中選出滿足以下兩個條件的工序Oj;需要M*加工,且Tj<T*.④將選定的工序Oj放入{St},從{Ot}中消去Oj,并將Oj的緊后工序放入{Ot},使t=t+1.⑤若還有未安排的工序,轉(zhuǎn)步驟(2),否則停止.65能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,32345666能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,30023456最早可能的開工時間67能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,3002323456最早可能的完工時間68能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,3002322345669能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M12345670能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,12345671能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,3345672能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,3345673能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,13345674能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,15675能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,173877M12,2,15676能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,173877M12,2,151,3,22,3,2677能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,173877M12,2,151,3,22,3,2778128M21,3,2678能動作業(yè)計劃的構(gòu)成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M1