9.制造业生产作业计划与控制

9.制造业生产作业计划与控制引例：作业计划问题的基本概念流水车间作业计划问题单件车间作业计划问题生产作业控制补充内容结束【视频】湖南有色重机：信息流、订单流和物资流“三流合一”生产作业计划生产控制战略管理文化管理项目及网络计划产品R&D生产系统选址和布置BPRJIT、LN、OPT等先进生产方式质量管理设备管理库存管理市场分析需求预测订单生产计划MRP3/37作业计划问题的基本概念作业计划相关术语假设条件符号说明排序问题的衡量指标和分类排序问题的4参数表示法任务分配：每个工人、每个工作地的日生产任务生产排序：通过排序方法编制计划，提高生产效率一个零件不能同时在几台机器上加工零件在加工过程中采用平行移动方式不允许中断每道工序只在一台机器上完成零件数、机器数和工时已知每台机器同时只能加工一个零件编制作业计划排序派工控制赶工4/37iiiiiiiiiiiiiiiiijiijiijjiFFPwrCFJFCCCJCJdJJrPPJMJPmjjMniiJmaxFmax,,......3,2,1,......,3,2,1maxmaxmaxmax—最长流程时间，—车间的实际停留时间的流程时间，即零件在———最长完工时间，—的完工时间——的完工期限——开始加工的最早时间从外部进入车间，可以的到达时间，指——的总加工时间为加工时间的上在——，—机器—，—零件—相关符号5/37iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiLLLJLJLJLaFrdwPdwPrdCLLmax000maxmax—最长延迟时间，—按期完工（零延迟），说明当提前完工（负延迟），说明当完工期限的实际完工时间超过了（正延迟），说明当—零件的延迟时间—相关符号6/37成本利润客户满意率排序问题的衡量指标和分类流程时间交货延期量在制品占用量设备调整时间越短越好越少越好越少越好尽量节省【视频】企业资源优化配置案例——海尔内部市场链7/37按机器单台机器排序问题多台机器排序问题单件作业排序问题流水线作业排序问题按零件到达车间的情况静态的排序问题动态的排序问题按目标函数的性质分类按参数确定型排序问题随机型排序问题排序问题的衡量指标和分类8/37最小—目标函数，通使其值—排序问题”，表示一般单件作业如果为“列排序问题”，表示流水线作业排如果为“序问题”，表示流水线作业排如果为“空白—车间类型——机器数——零件数—其中，BGPFmmAmnBAmn:1:1///排序问题的4参数表示法请回答“n/3/P/Cmax”的意义9/37流水车间作业计划问题加工周期2台机器排序问题的最优算法一般n/m/P/Fmax问题的启发式算法max///Fpmn描述：n个不同零件要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计算10/37加工周期计算假设，n个零件的加工顺序为S=(S1,S2……,Sn)Si为排在i位加工的零件代号CkSi表示零件Si在机器Mk上的完工时间PSik表示零件Si在Mk上的加工时间k=1,2,3,……,m，i=1,2,3,……,n机器k-1机器k机器k-1机器k第一种情况第二种情况SiSi-1SiSi-111/37加工周期计算则CkSi可按以下公式计算：nimkPCCCPCCkSSkSkSkSSSiiiiiii,...,2,1;,...,3,2,max111111【算例】一个6/4/p/Fmax问题，加工时间如下表所示，当按照S=（6,1,5,2,4,3）加工时，求Fmax12/372台机器排序问题的最优算法描述：n个零件经过2台机器加工，使加工周期最短的流水作业排序问题Johnson算法假设，ai表示零件Ji在机器M1上的加工时间bi表示零件Ji在机器M2上的加工时间如果，则零件Ji应该排列在Jj之前如果为等号，则排列顺序任意max//2/FFnijjibaba,min,min13/37算法步骤否否最短加工时间1个？从加工时间矩阵中找出最短的加工时间该最短加工时间出现在机器M1？任意挑选一个对应的零件尽可能往前排所有零件都已排序？结束是是是对应的零件尽可能往后排否14/372台机器排序问题的最优算法【算例】利用Johnson算法求下表所示的6/2/F/Fmax问题的最优解15/37一般n/m/P/Fmax问题的启发式算法一般的流水车间排列排序问题如想求得精确解可用分支界定法，但计算量比较大，以至于计算机也无法求解，因此常用一些启发式算法求近似解Palmer法：按零件的斜度指标排列零件的启发式算法上的加工时间。在机器—零件——机器数；—式中，kikmkikiMiPmnkPmk,...,3,2,1211按各零件λi不增的顺序排列零件，可得出较优的排顺结果；如果排列的结果有多个，可以通过计算Fmax，取其中最优Fmax对应的排序作为排序结果。16/37一般n/m/P/Fmax问题的启发式算法【算例】有一个4/3/F/Fmax问题，其加工时间如下表所示，试用Palmer法求解。17/37单件车间作业计划问题描述：n个零件在m台机器上进行作业，加工时间最短的单件作业排序结果内容单件作业排序问题描述一般n/m/G/Fmax问题的启发式算法max///FGmn任务分配问题排序问题18/37任务分配问题目标：使任务和资源得到最佳匹配常用线性规划模型（匈牙利法）求解最优任务和资源分配【算例】如下表，请用匈牙利法求出任务分配19/37从加工时间（费用）矩阵中寻找每一行的最小元素将每一行元素减去该行最小元素从加工时间（费用）矩阵中寻找每一列的最小元素将每一列元素减去该列最小元素划出能覆盖尽可能多的零元素的直线线条数等于矩阵的行数？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是零元素对应的就是最优分配方案矩阵中未被线条穿过的元素中减去这些元素中的最小值，并将这个最小值加到直线交叉的元素上，其余元素不变否匈牙利法里程20/37单件作业排序问题描述一般的单件作业排序问题中单个工件可以描述为：工件i的第j道工序是在机器k上进行。道工序的机器的代号的—完成工件——工序号——工件代号—jikjikji,,232122312231321111，，，，，，，，，，，，D请回答上述加工矩阵所代表的含义。21/37一般n/m/G/Fmax问题的启发式算法假设构成三类启发式算法能动作业计划无延迟作业计划{St}——t道工序之前已排序工序构成的部分作业计划{Ot}——第t道工序可以安排的工序集合Tk——{Ot}中工序Ok最早可能开工时间Tk′——{Ot}中工序Ok最早可能完工时间22/37能动作业计划排序问题描述：任何一台机器的每段空闲时间都不足以加工一道可加工工序的半能动计划（各工序都按最早可能开工时间安排的作业计划）能动作业计划的排序步骤232122312231321111，，，，，，，，，，，，D543142T【算例】有一个2/3/G/Fmax问题，其加工描述矩阵D和加工时间矩阵T，分别为试构成一个能动作业计划23/37任选一台是是设t=1，{S1}为空集，{O1}为各工件第一道工序的集合求T*=min{Tk′}和T*出现的机器M*M*是多台？从{Ot}中挑出满足条件（需要机器M*加工且Tj′=T*）的工序Oj将确定的工序Oj放入{St}从{Ot}中消去Oj并将Oj的紧后工序放入{Ot}是否还有未安排的工序？结束否否t=t+1排序步骤24/37无延迟作业计划排序问题描述：没有任何延迟出现的能动作业计划（任何一台机器的每段空闲时间都不足以加工一道可加工工序的半能动计划（各工序都按最早可能开工时间安排的作业计划））无延迟作业计划排序步骤【算例】有一个2/3/G/Fmax问题，其加工描述矩阵D和加工时间矩阵T，分别为试构成一个无延迟作业计划232122312231321111，，，，，，，，，，，，D543142T25/37设t=1，{S1}为空集，{O1}为各工件第一道工序的集合求T*=min{Tk}和T*出现的机器M*M*是多台？从{Ot}中挑出满足条件（需要机器M*加工且Tj=T*）的工序Oj将确定的工序Oj放入{St}从{Ot}中消去Oj并将Oj的紧后工序放入{Ot}是否还有未安排的工序？结束否否t=t+1排序步骤26/37三类启发式算法优先调度法随机抽样法概率调度法SPT：优先选择加工时间最短的工序FCFS：优先选择最早进入可排工序集合的工件EDD：优先选择完工期限紧的工件MWKR：优先选择余下加工时间最长的工件LWKR：优先选择余下加工时间最短的工件MOPNR：优先选择余下工序数最多的工件RANDOM：随机地挑一个工件SCR：优先选择临界比最小的工件工件允许停留时间与工件余下加工时间之比27/37生产作业控制控制原因控制条件控制方法加工时间估计不准确随机因素的影响加工路线的多样化企业环境动态性控制标准：生产计划和生产作业计划控制信息：实际生产进度和计划的偏离信息控制行动：通过生产调度纠正偏差漏斗模型约束管理（TOC）28/37漏斗模型控制图意义基本公式控制规则保持在制品库存稳定：单位时间内的平均输入等于平均输出改变在制品库存量：增加输入（在制品上升）或减少输入（在制品下降）控制平均通过时间在规定的范围内：适当调整平均在制品库存与单位时间平均产量比例工件的平均通过时间稳定：采用FIFO规则安排各工件的加工顺序以下四个简单的规则主要是调整输入、输出、在制品库存和通过时间算例29/37到达任务在制品固定能力可调节能力能力完成任务到达任务曲线完成任务曲线观察期平均通过时间平均生产率平均在制品库存负荷界产出量时间（日）负荷（小时）0控制图意义30/37基本公式对于单台机器的情况，可以按照泊松输入、负指数分布、单服务台的等待制（M/M/1）系统描述均数）位时间内完成工件的平—平均任务完工率（单—均数）位时间内到达工件的平—平均任务到达率（单—式中，平均等待时间平均通过时间平均队列队长平均队长wgTTLL1231/37基本公式其中：平均等待时间等于工件的平均在制品库存的加工时间量平均队长等于平均在制品库存量在一段时间内，如果工况稳定，输入输出曲线可以近似地由两条平行直线表示，则其斜率这时平均通过时间平均在制品库存量）斜率（单位时间平均产单位时间平均产量平均在制品库存平均通过时间32/37漏斗模型算例【算例】某工作地加工能力8小时/天，现对该工作地做了为期10天的观察（某月20日~29日），在观察期内的输入输出情况如excel表所示。试根据这些数据画出该工作地的输入/输出曲线，并计算有关参数。33/37约束管理（TOC）瓶颈解决方案：鼓—缓冲—绳子使用步骤识别约束（鼓）开发系统约束提高约束产能34/37鼓：瓶颈工序及其缓冲，反映了系统对约束资源的利用。缓冲：分为“时间缓冲”和“库存缓冲”。库存缓冲：保险在制品时间缓冲：将所需物料比计划提前一段时间提交，依据瓶颈工序工时和工段产出计划确定整个工段不因为瓶颈工序而出现断流应考虑加工过程中出现的波动，应针对瓶颈工序制定详细的作业计划瓶颈工序可采用大批量加工，而瓶颈的上游工序和下游维持单件流鼓—缓冲—绳子35/37绳子：将瓶颈与非瓶颈工序串联起来，有效地使物料依照产品出产计划快速地通过非瓶颈作业“鼓”的目标：使产销率最大“绳子”的目标：使工段库存最小瓶颈决定着生产线的产出节奏，“绳子”起传递作用，驱动工段按瓶颈工序节奏进行生产鼓—缓冲—绳子36/37Step1：识别约束（鼓）：采用柱状图Step2：开发系统约束针对瓶颈工序：①设置库存缓冲②设置时间缓冲③针对“鼓”设置“缓冲”和“绳子”缓冲量