生产计划管理与控制

第十一章生产作业计划与控制重点掌握本章内容排序规则和评价标准不同移动方式下的生产周期计算生产作业排序（约翰逊算法）项目作业计划•第一节生产作业计划概述•第二节排序问题概述•第三节作业排序的规则•第四节制造业中的排序问题•第五节生产作业控制•第六节项目作业计划第一节生产作业计划概述一、什么是生产作业计划？•作业计划就是安排零部件（作业、活动）的加工顺序、出产数量、设备及人工使用、投入时间及出产时间的计划。•在空间上把生产任务细分到车间、工段、班组、机台和个人；•在时间上把年、季较长计划期的任务细分到月、旬、周、日、轮班和小时•在计划单位上把产品细分到零件和工序二、编制作业计划与排序•由于编制作业计划的主要问题是确定各台机器上工件的加工顺序，因此“排序”很多时候等同于“编制作业计划”•作业计划常涉及到另外几个概念：–派工–赶工–调度–控制–排程–工艺路线•“排序”，确定工件在机器上的加工顺序•“编制作业计划”，确定每个工件在机器上的加工顺序，同时确定机器加工每个工件的开始时间和完工时间。•“派工”，是按作业计划的要求，将具体生产任务安排到具体的机床上加工。•“赶工”，是实际进度已落后于计划进度时采取的行动。•“加工路线”是工件加工的工艺过程决定的，是工件加工在技术上的约束。比如，工件要经过车、铣、刨、磨、钻的路线加工，我们可以用M1、M2、M3、M4、M5来表示。加工顺序则表示每台机器加工n个工件的先后顺序，是排序、编制作业计划、派工等要解决的问题。第二节排序问题概述一、为什么会出现排队现象？二、一个排序的例子三、排序的目标四、排序问题的分类和表示等待是日常生活的一部分什么时候需要排队？一、为什么会出现排队现象？•假定每小时平均有4个工件到达，机器加工每个工件的平均时间为15分钟。如果工件到达的间隔时间正好是15分钟，而机器加工每个工件的时间也正好是15分钟，那么，就只需要一台机器，工件也根本用不着等待。•在以下情况将出现排队现象：–平均到达率（工件/小时）高于平均服务率（工件/小时)–工件到达的间隔时间不一样–机器加工时间不一样工件到达机器设备工件排队工件离开二、一个排序的例子四种型号的电视机的装配工时定额型号部装定额工时（小时）总装定额工时（小时）ABCD15861241057cba/部装B（8）C(6)D（12）总装A(4)B（10）C(5)D(7)（a）装配顺序为A→B→C→D，总装配时间为48小时部装C（6）B（8）总装C(5)B（10）D（7）（b）装配顺序为C→B→D→A，总装配时间为45小时部装C（6）B（8）总装D（7）C(5)B(10)（c）装配顺序为D→C→A→B，总装配时间为51小时A（15）A（15）A（15）A(4)A(4)D（12）D(12)三、排序的目标排序的目标满足交货期缩短生产周期降低准备成本降低在制品库存充分利用资源cba/作业排序四、排序问题的分类和表示（一）分类排序问题的分类服务业的排序问题流水作业排序问题制造业的排序问题服务者排序问题服务对象排序问题多服务者排序问题单服务者排序问题非流水作业排序问题静态作业排序问题动态作业排序问题排序对象行业服务者数量加工路线服务对象到达（二）排序问题的表示•n/m/A/Bn——工件数m——机器数A——车间类型（m=1为空白）：A=F代表流水作业排序A=P代表流水作业排列排序A=G代表单件作业排序B——目标函数•研究排序问题，一般要做以下假设–1、一个工件不能同时在几台不同的机器上加工–2、工件在加工过程中采取平行移动方式，即当上道工序完工后，立即送下道工序加工–3、不允许中断。当一个工件一旦开始加工，必须一直进行到完工，不得中途停止加入其它工件。–4、每道工序只在一台机器上完成–5、工件数、机器数和加工时间已知，加工时间与加工顺序无关。–6、每台机器同时只能加工一个工件。第三节作业排序的规则一、作业排序的评价标准二、作业排序的优先规则一、作业排序的评价标准cba/作业排序评价标准使用率最大化使完成时间最短在制品库存量最小化使顾客等待时间最少作业流动时间•实际加工时间；•等待加工时间；•各操作之间的运送时间•与设备故障、不可用零件、质量等问题有关的等候时间。作业数作业总流动时间间＝一组作业的平均流动时作业系统工件到达工件离开1、使完成时间最短——作业平均流动时间•作业流动时间是指作业从到达车间、工作区或工作中心开始，到离开时结束的时间长度。2、使用率最大化。•由该工作系统的有效工作时间占总流动时间的百分比来表示。作业流动时间作业系统工件到达工件离开等待时间加工时间3、在制品库存量（Inventoryonhand）最小化。•由该系统的平均工作数量（Averagenumberofjobs）来评价。•系统中工作数量与在制品库存量高度相关，工作数量越少，在制品存量也越少。的倒数）（它正好是设备使用率有效工作时间总流动时间平均工作数＝4、使顾客等待时间最少•这可由作业延期时间（Joblateness）来表示•作业延期时间是指作业的实际完成时间与预定日期之差二、作业排序的优先规则（PriorityRules）FCFS-First-Come-First-Served先到先服务根据任务到达的先后次序安排加工顺序，先到先加工SPT-ShortestProcessingTime最短作业时间优先按加工时间大小的次序，加工时间最小者最先加工.EDD-EarliestDueDate交货期最早按照交货期从早到晚排序，优先安排交货期最早的任务.SST–shortestSlackTime最短松弛时间在保证按期交货的前提下，当前时点距离任务开始加工时点的时间紧急优先优先安排紧急任务的加工随机安排（Randon）你觉得应以怎样的准则排队？•超市收银•订单交货期不同时•病人看病•………•例：一个车间有一台加工中心，现有5个工件需要该机器加工。相关的加工时间和要求完成时间（交货期）如下表所示。任务(到达次序)加工时间交货期（从现在算起）松弛时间A352B484C275D561E143•SPT准则一般是作业通过时间最少和工作中心作业平均数最少及利用率最大的最好方法。其主要缺点是让耗时长的作业等待，特别当新的时间短的作业不断添加到系统中时，等待的时间可能会相当长。•FCFS主要局限在于加工时间过长，常会使其它作业延期。•SST考虑到了各任务在完成过程中的松紧缓急•EDD会造成有的作业等待加工的时间很长，使在加工存货与车间的拥挤程度增加。第四节制造业中的排序问题一、n种工件在单台设备上加工的排序二、n个工件在两台机器的排序问题三、相同零件、不同移动方式下加工周期的计算一、n种工件在单台设备上加工的排序J1J2J3Jn机器到达系统工件的集合离开系统（机器）为实现任务总等待时间最短的目标，保证尽可能多的对象早日加工出来，加速资金周转，只需根据最短加工时间准则对加工对象排序即可。二、n个工件在两台机器的排序问题n个工件都必须经过机器1和机器2的加工，即工艺路线是一致的。机器1到达系统工件的集合离开系统（机器）J1J2J3Jn机器21两台机器排序问题的目标•两台机器排序的目标是使最大完成时间（总加工周期）Fmax最短。Fmax的含义见如下的甘特图(GanttChart)。•多台机器排序的目标一般也是使最大完成时间（总加工周期）Fmax最短。Fmax时间机器AB在机器A上的作业时间总加工周期2两台机器排序问题的算法•实现两台机器排序的最大完成时间Fmax最短的目标——优化算法就是著名的约翰逊法(Johnson’sLaw)。•约翰逊法解决这种问题分为4个步骤：①列出所有工件在两台设备上的作业时间。②找出作业时间最小者。③如果该最小值是在设备1上，将对应的工件排在前面，如果该最小值是在设备2上，则将对应的工件排在后面。④排除已安排好的工件，在剩余的工件中重复步骤(2)和(3)，直到所有工件都安排完毕。例：某一班组有A、B两台设备，要完成5个工件的加工任务。每个工件在设备上的加工时间如下表所示。求总加工周期最短的作业顺序。工件在两台设备上的加工时间工件编号J1J2J3J4J5设备A36715设备B28643解：由约翰逊法可知，表中最小加工时间值是1个时间单位，它又是出现在设备A上，根据约翰逊法的规则，应将对应的工件4排在第一位，即得：J4-*-*-*-*去掉J4，在剩余的工件中再找最小值，不难看出，最小值是2个时间单位，它是出现在设备B上的，所以应将对应的工件J1排在最后一位，即：J4-*-*-*-J1再去掉J1，在剩余的J2、J3、J5中重复上述步骤，求解过程为：J4-*-*-J5-J1J4-J2-*-J5-J1J4-J2-J3-J5-J1当同时出现多个最小值时，可从中任选一个。最后得J4-J2-J3-J5-J130AB0316922175323302717J1-J2-J3-J4-J5A36715B2864326ABJ4-J2-J3-J5-J1A16753B486321175141922157212426(a)J1-J2-J3-J4-J526AB(b)J4-J2-J3-J5-J1可以看出，初始作业顺序的总加工周期是30，用约翰逊法排出的作业顺序总加工周期是26，显然后者的结果优于前者。30AB0习题•假设有A，B，C，D，E五种零件，每种零件均需先在甲设备上加工，再在乙设备上加工。甲、乙设备各一台，零件加工时间如下表所示。问如何加工使总加工时间最短？最短时间是多少？整个加工过程中甲乙两台设备的空闲时间是多少？ABCDE甲681237乙119534加工一批相同工件时时，制品在生产过程中的移动方式对生产周期有直接的影响。制品在生产过程中的移动方式有三种：–顺序移动方式–平行移动方式–平行顺序移动方式三、相同零件、不同移动方式下加工周期的计算1、顺序移动一批零件在上道工序全部加工完毕后才整批转移到下道工序继续加工。t1t4t2t3时间工序第1道工序第2道工序第3道工序第4道工序•优点：组织管理容易，设备集中使用，设备没有间断性停歇现象，可以减少设备调整•缺点：加工对象等待时间长，延长生产周期，减缓资金周转•适用对象：批量不大，工序时间较短和加工体积小的情况t1t4t2t3时间工序按顺序移动方式加工完这一批零件需要多长时间？一批零件的加工周期为：工序的单件加工时间第零件加工的工序数零件加工批量＝顺imnnttTimii1t1t4t2t3例：已知n=4，t1=10分，t2＝5分钟，t3＝15分钟，t4＝10分钟，求T顺:解：T顺＝4×(10+5+15+10)=160（分钟）时间工序40601201602、平行移动方式每个零件在前道工序加工完毕后，立即转移到下道工序继续加工，形成前后交叉作业。t1t3时间工序t4t2•优点：加工对象没有等待，生产周期短•缺点：运输工作量大而频繁，且在工序时间不均衡时造成许多工作地人机负荷不足，设备会出现间断性停歇•适用对象：工序单件加工时间比较协调（如接近或成整数倍），加工对象体积较大t1t3时间工序t4t2按平行移动方式，加工完这一批零件需要多长时间？一批零件的加工周期为：最长的单件工序时间平tttTLLmiin)1(1t1t3时间工序t4t2T平＝（10＋5＋15＋10）＋（4-1)×15=85(分钟）307585例：已知n=4，t1=10分，t2＝5分钟，t3＝15分钟，t4＝10分钟，求T平:3、平顺移动方式•当ti≤ti+1时，零件按平行移动方式转移；•当ti＞ti+1时，只有当前道工序上完工的零件数量足以保证后道工序连续加工时，才开始将完工的零件转入后道工序。这样既可以避免后道工序发生工作时断时续的现象，又可以集中利用时间。t1t4t3工序时间t2•兼顾了前两种的优点，加工周期介于二者之间，消除了设备在加工过程中的间断性停歇，能使工作地充分负荷，有效利用工时。但是生产组织工作比较复杂，不容易掌握在制品的移动。•一批零件的加工周期为：工序单件时间每相邻两工序中较短的＝平顺sjmjsjmii