制造业生产作业计划与控制

1Chapter11制造业生产作业计划与控制§1作业计划的基本概念•一、作业计划•是将主生产计划（MPS）细化为每周、每个工作日、甚至每小时的具体作业的安排。•编制作业计划实质上是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。2二、作业计划与控制的功能•1、确定订单执行的顺序。•2、作业调度或派工•3、生产作业控制：•——监控订单执行过程，保证订单如期完成。•——加快滞后订单或关键订单。•4、不断修订作业计划3三、作业排序的目标•1、满足交货日期。•2、流程时间最短。•3、在制品（WIP）库存最小。•4、机器或人员空闲时间最小。4四、作业排序问题的分类•1、两种基本的作业排序：•劳动力作业排序：人员排班•生产作业排序：将不同工件安排到不同设备上，或安排不同的人做不同的工作。•在制造业中，生产作业排序是主要的•在服务业中，劳动力作业排序是主要的，52、按机器的种类和数量不同，分为单台机器的排序和多台机器的排序。3、按零件到达车间的情况不同，分为静态排序和动态排序。6五、作业排序问题的4参数表示法:n/m/A/B其中,n──零件数；m──机器数；A──作业类型；在A的位置若标以“F”，则代表流水作业排序问题。若标以“P”，则表示流水作业排列排序问题。若标以“G”，则表示一般单件作业排序问题。当m＝1，则A处为空白B──目标函数，通常是使其值最小。7§2流水作业计划问题•流水车间作业计划问题基本上就是流水作业排序问题。而且一旦加工顺序确定，就可以重复进行，形成循环作业计划。•一、加工周期的计算•n个不同零件按相同的加工路线经过m台机器加工，目标是使这批零件的加工周期最短。•加工周期又称作最长流程时间Fmax8例题表11-1加工时间矩阵i123456Pi1423142Pi2456745Pi3587555Pi4424331•6/4/p/Fmax问题，当按顺序S＝(6,1,5,2,4,3)加工时，求Fmax.9•加工周期为46表11－2顺序S下的加工时间矩阵i615243Pi12246410212113316Pi257411415520727633Pi3512517522830535742Pi4113421325232338446因1317，取大的17加410二、n/2/F/Fmax问题的最优算法•Johnson算法：①从加工时间矩阵中找出最短的加工时间。②若最短的加工时间出现在M1上，则对应的零件尽可能往前排；若最短加工时间出现在M2上，则对应零件尽可能往后排。然后，从加工时间矩阵中划去已排序零件的加工时间。若最短加工时间有多个，则任挑一个③若所有零件都已排序，停止。否则，转步骤①。11•求最优顺序表11－3加工时间矩阵i123456ai518534bi722474将零件2排第1位2将零件3排第6位23将零件5排第2位253将零件6排第3位2563将零件4排第5位25643将零件1排第4位256143最优加工顺序为S＝(2，5，6，1，4，3)。最优顺序下的Fmax=28。怎么计算出来的？12利用横道图计算加工周期12302201030时间工序ab7零件2零件5零件6零件1零件4零件3445754282813算法步骤的改进（对象多时更简便）•把Johnson算法作些改变，改变后的算法按以下步骤进行：p292•①将所有ai≤bi的零件按ai值不减的顺序排成一个序列A。•②将所有ai＞bi的零件按bi值不增的顺序排成一个序列B。•③将A放到B之前，就构成了最优加工顺序14•序列A为(2，5，6，1)，序列B为(4，3)，构成最优顺序为(2，5，6，1，4，3)，与Johnson算法结果一致。表11-4改进算法i123456ai518534bi722474i256143ai134558bi27474215习题•现有5个零件，设要先车后铣，其加工工时如下表所示。问如何安排零件加工顺序，使加工周期最短，并计算出加工周期。（答案：39分钟）零件车床工时（分钟）铣床工时（分钟）ABCDE4968737610516三、求一般n/m/P/Fmax问题近优解的启发式算法•1、Palmer法•2、关键零件法•3、CDS法171、Palmer法•按零件的斜度指标排列零件的启发式算法•式中，m为机器数；pik为零件i在机器Mk上的加工时间。•按照各零件λi不增的顺序排列零件。ikmkipmk12/)1(，m，，k2118例题•有一个4/3/F/Fmax问题，其加工时间如表所示，试用Palmer法求解。加工时间矩阵i1234pi1Pi2Pi318424562839219解ikkipk312/)13(321，，k313212/)13(32/)13(22/)13(1iiiiiipppppλ1=-P11+P13=-1+4=3λ2=-P21+P23=-2+5=3λ4=-P41+P43=-3+2=-1λ3=-P31+P33=-6+8=2按λi不增的顺序排列零件，得到加工顺序（1，2，3，4）或（2，1，3，4）最长流程时间Fmax=28202、关键零件法求近优解举例p294表11-5加工时间矩阵i1234Pi11263Pi28429Pi34582表11－6用关键零件法求解i1234Pi11263Pi28429Pi34582pi13111614余下的零件，若Pi1≤Pim，则按Pi1不减的顺序排成一个序列Sa；若Pi1＞Pim，则按Pi1不增的顺序排列成序列Sb，顺序（Sa，C，Sb）为所求顺序找出加工时间最长的零件C本例为3号零件213、CDS法•Campbell-Dudek-Smith三人提出了一个启发式算法,简称CDS法。他们把Johnson算法用于一般的n/m/P/Fmax问题，得到(ｍ－1)个加工顺序，取其中优者•具体做法是，对加工时间•和•用Johnson算法求（m-1）次加工顺序，取其中最好的结果。lkikp1mlmkikp11,,2,1ml22•当ｌ＝1时，按Johnson算法得到加工顺序(1，2，3，4)；当ｌ＝2时，得到加工顺序(2，3，1，4)。对于顺序(2，3，1，4)，相应的Fmax＝29。所以，取顺序(1，2，3，4)。我们已经知道，这就是最优顺序。表11－7用CDS法求解i1234Pi11263l=1Pi34582Pi1+pi296812L=2Pi2+pi3129101123四、相同零件在不同移动方式下加工周期的计算p295•零件在加工过程中有三种移动方式：•顺序移动：集体移p295•平行移动：一个一个移p296不考•平行顺序移动p296241、顺序移动方式miitnT1顺例题已知n=4，t1=10分钟，5分钟，15分钟，10分钟，则T顺=4×（10+5+15+10）=160分钟。T顺t2M2t4M4工序时间t1M1M3t3252、平行移动方式LmiitntT)1(1平t1t2t3t4T平M1M2M3M4工序时间263、平行顺序移动方式•综合了以上两种方式的优点。•平行顺序移动方式要求每道工序连续加工，但又要求各道工序尽可能平行地加工。•具体做法是：•1、当ti＜ti+1时，零件按平行移动方式转移；•2、当ti≥ti+1时，以i工序最后一个零件的完工时间为基准，往前推移（n-1）×ti+1作为零件在（i+1）工序的开始加工时间。27t1t2t3t4T平M1M2M3M4),min()1(1111jjmjmiittntnT平顺工序时间28§3单件车间作业计划问题•一、任务分配问题•n个零件分配给n台机器加工，用匈牙利算法可找到最优分配方案。步骤p297例题M1M2M3M4J1J2J3J497467861131281351171029匈牙利算法的步骤•1、行缩减M1M2M3M4每行最小数J1J2J3J49746786113128135311774106M1M2M3M4J1J2J3J46000412505472434每列最小数0102•2、列缩减303、用最少的直线覆盖全部的0M1M2M3M4J1J2J3J46000301405470212每列最小数0102M1M2M3M4J1J2J3J46000412505472434每列最小数0102如直线数等于矩阵的行数，则已找到最优矩阵；否则转入下一步。314、未覆盖的元素中减去其中的最小数，并将这一最小数加到直线交叉的元素上。其余数字不变M1M2M3M4J1J2J3J46000301405470212M1M2M3M4J1J2J3J47100300305360201325、分配任务M1M2M3M4J1J2J3J47100300305360201J1——M3；J2——M2；J3——M4；J4——M133二、n个作业单机床排序•8个优先调度规则：p301•1、SPT(ShortestProcessingTime)法则优先选择加工时间最短的工序。•例题作业（按到达顺序）加工时间（天）交货日期（从现在起天数）ABCDE342615679234SPT排序作业顺序加工时间交货日期流程时间ECABD12346275690+1=11+2=33+3=66+4=1010+6=16总流程时间=1+3+6+10+16=36（天）平均流程时间=36/5=7.2（天）作业E和C可以满足交货日期，作业A只晚1天交货。平均作业延迟（0+0+1+4+7）/5=2.4天352、FCFS(FirstComeFirstServed)法则作业顺序加工时间交货日期流程时间ABCDE34261567920+3=33+4=77+2=99+6=1515+1=16总流程时间=3+7+9+15+16=50（天）平均流程时间=50/5=10（天）作业A能及时完成。作业B、C、D、E都分别迟1、2、6和14天。。平均作业延迟（0+1+2+6+14）/5=4.6天363、EDD(EarliestDueDate)法则优先选择完工期限紧的工件。作业顺序加工时间交货日期流程时间EABCD13426256790+1=11+3=44+4=88+2=1010+6=16总流程时间=1+4+8+10+16=39（天）平均流程时间=39/5=7.8（天）作业B、C、D、都将延误。平均作业延迟（0+0+2+3+7）/5=2.4天374、MWKR(MostWorkRemaining)法则优先选择余下加工时间最长的工件。•5、LWKR(LeastWorkRemaining)法则优先选择余下加工时间最短的工件。•6、MOPNR(MostOperationsRemaining)法则优先选择余下工序数最多的工件。•7、SCR(SmallestCriticalRatio)法则优先选择临界比最小的工件。临界比为工件允许停留时间与工件余下加工时间之比。•8、RANDOM法则随机地挑一个工件38§4生产作业控制•一、实行生产作业控制的原因和条件•1、原因：•1）加工时间估计不准确•2）随机因素的影响•3）加工路线的多样性•4）企业环境的动态性•2、实施生产控制的三个条件：•1）要有一个标准•2）要取得实际生产进度与计划偏离的信息•3）要能采取纠正偏差的行动。39二、生产作业控制工具•1、廿特图•有两种形式的廿特图：作业进度图和机器图工作4/174/184/194/204/214/224/234/244/254/26ABC作业进度图40机器图机器4/224/234/244/254/264/274/284/29磨床剖光机ABACBC41二、日常调度单•它告诉主管哪些工件要被加工，这些工件的优先级以及加工时间。开始日期工件号描述运行时间201203205205207208151311514315145157121534015312轴铆钉锭子锭子测量杆轴11.420.64.38.66.54.642三、各种状态和异常报告•1、预计延期报告•2、废品报告•3、返工报告•4、作业总结报告部件号计划日期新日期延期原因措施1712513044176534/