制造业作业计划 ppt课件

第11章制造业作业计划与控制SchedulingandControllingforManufacturing11.1作业计划问题的基本概念11.2流水车间作业计划问题11.3单件车间作业计划问题11.4生产作业控制111.1作业计划问题的基本概念11.1.1编制作业计划要解决的问题11.1.2有关的名词术语11.1.3假设条件与符号说明11.1.4排序问题的分类和表示法211.1.1编制作业计划要解决的问题scheduling----编制作业计划，排程，安排日程计划编制作业计划实质上是要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。由于每台机器都可能被分配了多项任务，而这些任务受到加工路线的约束，就带来了零件在机器上加工的顺序问题。311.1.2有关的名词术语编制作业计划或日程安排(scheduling)排序(sequencing)派工(dispatching)控制(controlling)赶工(expediting)“调度”是作业计划编制后实施生产控制所采取的一切行动，“编制作业计划”是加工制造发生之前的活动411.1.2有关的名词术语（续）“机器”，表示“服务者”.可以是工厂里的各种机床，也可以是维修工人；可以是轮船要停靠的码头，也可以是电子的计算机中央处理单元、存贮器和输入、输出单元。“零件”代表“服务对象”。零件可以是单个零件，也可以是一批相同的零件“加工路线”是零件加工的工艺过程决定的，它是零件加工在技术上的约束“加工顺序”则表示每台机器加工n个零件的先后顺序，是排序和编制作业计划要解决的问题511.1.3假设条件与符号说明假设条件①一个零件不能同时在几台不同的机器上加工。②零件在加工过程中采取平行移动方式，即当上一道工序完工后，立即送下道工序加工。③不允许中断。当一个零件一旦开始加工，必须一直进行到完工，不得中途停止插入其它零件。④每道工序只在一台机器上完成。⑤零件数、机器数和加工时间已知。⑥每台机器同时只能加工一个零件。611.1.3假设条件与符号说明（续）Ji一零件i，i＝1,2,…,n。Mj─机器j，j＝1,2,…,m。pij一Ji在Mj上的加工时间，Ji的总加工时间为Pi＝∑pijri一Ji的到达时间，指Ji从外部进入车间，可以开始加工的最早时间。di一Ji的完工期限。Ci一Ji的完工时间,Ci＝ri＋∑(wij+pij)=ri+Wi+Pi.Cmax─最长完工时间,Cmax＝max{Ci}.7Fi一Ji的流程时间，即零件在车间的实际停留时间,Fi＝Ci-ri＝Wi+Pi.Fmax─最长流程时间，Fmax＝max{Fi}.Li─零件的延迟时间当Li＞0(正延迟)，说明Ji的实际完工时间超过了完工期限；当Li＜0(负延迟)，说明Ji提前完工；当Li＝0(零延迟)，Ji按期完工。Lmax─最长延迟时间，Lmax＝max{Li}.811.1.4排序问题的分类和表示法按机器单机和多机多机：单件作业车间与流水作业车间排序专用机与平行机按工件到达情况静态和动态按目标函数n/m/A/B,n为工件数，m机器数，A作业车间类型，B为目标函数911.2流水作业排序问题流水车间(flowshop):工件的加工路线都一致，典型的如流水线11.2.1加工周期的计算11.2.2两台机器排序问题的最优算法11.2.3一般n/m/p/Fmax排序问题的启发式算法11.2.4相同零件、不同移动方式下加工周期WorkCenter#1WorkCenter#2Output1011.2.1加工周期的计算工件代号i146352Pi1453486Pi2391375Pi3768259Pi45639244912162430718192231361424323439481930354446521111.2.2两台机器排序问题的最优算法约翰森法则如果Min(ai,bj)Min(aj,bi),则工件i应该排在工件j之前。约翰森算法（1）从加工时间矩阵中找出最短加工时间；（2）若最短加工时间出现在机器M1上，则对应工件应该尽可能往前排；若最短加工时间出现在机器M2上，则对应工件应该尽可能往后排。1211.2.2两台机器排序问题的最优算法（续）然后从加工时间矩阵中划去已排序工件的加工时间。若最短加工时间有多个，则任挑一个。（3）若所有工件都已排序，停止。否则，转步骤（1）。13将工件2排在第1位2将工件3排在第6位23将工件5排在第2位253将工件6排在第3位2563将工件4排在第5位25643将工件1排在第4位256143最优加工顺序为S=(2,5,6,1,4,3),Fmax=28I123456Ai518534Bi72247411.2.2两台机器排序问题的最优算法（续）1411.2.2两台机器排序问题的最优算法（续）Johnson算法的改进1.将所有ai≤bi的工件按ai值不减的顺序排成一个序列A；2.将ai＞bi的工件按bi值不增的顺序排成一个序列B；3.将A放到B之前，就构成了一个最优加工顺序。1511.2.2两台机器排序问题的最优算法（续）举例工件号123456ai518534bi722474工件最优顺序：25614313455827474214813182631115222628aibi最优顺序下的加工周期为281611.2.3多台机器排序问题的启发式算法关键工件法1.计算每个工件的总加工时间，将加工时间最长的工件作为关键工件C；2.对于余下的工件，若pi1≤pim则按pi1不减的顺序排成一个序列Sa,若pi1pim则按pim不增的顺序排成一个序列Sb;3.顺序（Sa,C,Sb）即为所求顺序。1711.2.3多台机器排序问题的启发式算法（续）举例工件i1234Pi12163Pi24829Pi3548211131614CSa(2,1)Sb(4)所求顺序：（2,1,3,4）1811.2.4相同零件不同移动方式下加工周期的计算当n个零件相同，则无排序问题。但不同移动方式下的加工周期不同三种典型的移动方式顺序移动方式：一批零件全部加工完成后，整批移动到下道工序加工平行移动方式：单个零件加工完成后，立即移动到下道工序加工平行顺序移动方式：两者混合19顺序移动方式加工周期时间工序1234顺序移动方式20设零件批量为n（件），工序数目为m，一批零件不计算工序间运输时间，只考虑加工时间，设其加工的周期为T（分钟），零件在i道工序的单件工时为（分钟/件），i=1.2…n.则该批零件的加工周期为：it121...mimiTntntntnt顺序移动方式（续）21平行移动方式工序1234时间加工周期22平行移动方式（续）零件平行移动的加工周期为：T平12111...(1)mmiiTttntnttnt平23平行顺序移动方式特点：既保持一批零件顺序加工，有尽可能使相邻工序加工时间平行进行。如图所示：时间工序1234加工周期24平行顺序移动方式（续）平行顺序移动加工周期计算111(1)mmiiiiTtnt平顺=n2511.3单件作业排序问题11.3.1任务分配问题问题的描述11.3.2两种作业计划的构成11.3.3求解一般n/m/G/Fmax问题的启发式方法2611.3.1任务分配问题把n项任务分给n台机器加工，有n!方案匈牙利算法(1)从加工时间(费用)矩阵每一行所有元素减去该行最小的元素，使每行至少出现一个零元素。(2)从实施第(1)步得到的矩阵中的每一列所有元素减去该列最小的元素，使每列至少出现一个零元素。(3)从实施第(2)步得到的矩阵中，划出能覆盖尽可能多的零元素的直线，如果线条数等于矩阵的行数，则已找到最优矩阵，转第(6)步；否则，转第(4)步。(4)从矩阵中未被线条穿过的元素中减去这些元素中的最小数，并将这个最小数加到直线交叉的元素上，其余元素不变。(5)重复步骤(3)和步骤(4)，直到获得最优矩阵。（6）从仅有一个零的行或列开始，找出零元素对应的分配方案，每行和每列仅能确定一个元素，最后使每行和每列都有一个零元素。零元素对应的就是最优分配方案。2711.3.2单件作业排序问题的描述D=1,1,11,2,31,3,22,1,32,2,12,3,2T=241345加工描述矩阵D和加工时间矩阵T对应2811.3.3两种作业计划的构成符号说明每安排一道工序称为一“步”{St}:t步之前已排序工序构成的部分作业计划；{Ot}:t步可排序工序的集合；Tk为{Ot}中工序Ok的最早可能开始时间；T’k为{Ot}中工序Ok的最早可能完成时间。2911.3.3两种作业计划的构成（续）能动作业计划的构成（1）设t=1,{S1}为空集，{O1}为各工件第一道工序的集合。（2）求T*=min{T’k},并求出T*所出现的机器M*。如果M*有多台，则任选一台。（3）从{Ot}中选出满足以下两个条件的工序Oj：需要M*加工，且TjT*。（4）将选定的工序Oj放入{St},从{Ot}中消去Oj,并将Oj的紧后工序放入{Ot}，使t=t+1.（5）若还有未安排的工序，转步骤（2）；否则，停止。30能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,173877M12,2,151,3,22,3,2778128M21,3,262,3,281313M22,3,231能动作业计划的甘特图2,3,21,1,12,2,11,3,22,1,31,2,33778132370时间机器M1M2M33211.3.3两种作业计划的构成（续）无延迟作业计划的构成（1）设t=1,{S1}为空集，{O1}为各工件第一道工序的集合。（2）求T*=min{Tk},并求出T*所出现的机器M*。如果M*有多台，则任选一台。（3）从{Ot}中选出满足以下两个条件的工序Oj：需要M*加工，且Tj=T*。（4）将选定的工序Oj放入{St},从{Ot}中消去Oj,并将Oj的紧后工序放入{Ot}，使t=t+1.（5）若还有未安排的工序，转步骤（2）；否则，停止。33无延迟作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,3002300M1M31,1,121,2,32,1,320630M32,1,331,2,32,2,1337733M3M11,2,341,3,22,2,173873M12,2,151,3,22,3,27781277M2M22,3,261,3,2121312M21,3,234无延迟作业计划的甘特图2,3,21,1,12,2,12,1,31,2,337712132370时间机器M1M2M31,3,23511.3.4三类启发式算法（1）优先调度法则构成两种作业计划的第（3）步一般都有多道工序可以满足，按不同的优先调度法则来选择工序，可以得出满足不同目标函数的作业计划计算量小已经提出100多种优先调度法则36优先调度法则FCFS（firstcome,firstserved）选择最早进入可排序集合的工序SPT(shortestprocessingtime）选择加工时间最短的工序EDD（earliestduedate）选择完工期限最紧的工序SCR(smallestcriticalratio)选择临界比最小的工件MWKR(mostworkremaining)选择余下加工时间最长的工件LWKR(leastworkremaining)选择余下加工时间最短的工件MOPNR(mostoperationsremaining)选择余下工序数最多的工件RANDOM随机挑选一个工件RushTopPriority3711.3.3三类启发式算法（续）（2）随机抽样法从全部能动计划或无延迟计划中随机抽样，得出多个作业计划，从中取优。（3）概率调度法将优先调度法则与随机抽样法结