第八章 車間作業(yè)計劃及控制

1、南京農業(yè)大學工學院管理工程系南京農業(yè)大學工學院管理工程系第八章第八章 車間作業(yè)計劃車間作業(yè)計劃與控制與控制作業(yè)計劃與控制作業(yè)計劃與控制l 車間作業(yè)計劃與控制解決什么問題？車間作業(yè)計劃與控制解決什么問題？（1）訂單排序）訂單排序（2）作業(yè)調度）作業(yè)調度（2）車間控制）車間控制本章主要內容本章主要內容8.1 8.1 基本概念基本概念8.2 8.2 車間作業(yè)排序車間作業(yè)排序8.3 8.3 作業(yè)調度作業(yè)調度8.4 8.4 車間作業(yè)控制車間作業(yè)控制 本章主要內容本章主要內容8.1 8.1 基本概念基本概念8.2 8.2 車間作業(yè)排序車間作業(yè)排序8.3 8.3 作業(yè)調度作業(yè)調度8.4 8.4 車間作業(yè)控制

2、車間作業(yè)控制 車間作業(yè)計劃與控制車間作業(yè)計劃與控制l車間作業(yè)計劃車間作業(yè)計劃 是在MRP所產生的加工制造訂單（即自制零部件生產計劃）的基礎上，按照交貨期前后和生產優(yōu)先級選擇原則以及車間的生產資源情況（如設備、人員、物料的可用性、加工能力的大小等），將零部件的生產計劃以訂單形式下達給適當車間。l生產控制生產控制 是以生產計劃和作業(yè)計劃為依據(jù)，檢查、落實計劃執(zhí)行情況，發(fā)現(xiàn)偏差即采用糾正措施，保證實現(xiàn)各項計劃目標。 作業(yè)計劃與控制的架構作業(yè)計劃與控制的架構 圖圖8.1 8.1 車間作業(yè)計劃與控制的架構車間作業(yè)計劃與控制的架構車間作業(yè)計劃與控制的目標車間作業(yè)計劃與控制的目標u滿足交貨期要求u在制品庫存

3、量最小u使平均流程時間最短u提供準確的作業(yè)狀態(tài)信息u提高機器/人工的利用率u減少調整準備時間u使生產和人工成本最低基本術語基本術語l加工單加工單面向加工作業(yè)加工作業(yè)說明物料需求計劃的文件，包括工藝路線、需要什么工具、材料、能力和提前期。l派工單派工單是一種面向工作中心工作中心說明加工優(yōu)先級的文件，說明工作中心在某時段所要完成的生產任務。說明哪些工作已經完成、哪些在排隊、應該何時加工？何時完成？加工單的需用日期？計劃加工時數(shù)？下道工序？數(shù)量需用 完成派工單的典型格式計劃進度開始日期 完工日期物料號物料名稱工作中心：8513名稱：車床加工單號工序號數(shù)量需用 完成時間 準備 加工上工序下工序已加工的

4、工件正加工的工件將達到的工件75831 D 97087 20 16 20 970504 970504 1.0 1028 860188501 C 97098 50 20 970504 970506 0.2 15 1028 8603 51888 F 97120 40 40 970506 970507 0.2 10 8420 入庫16877 G 97376 20 30 970507 970507 0.1 5.0 8510 852337414 D 97087 25 15 970510 970511 0.1 8.0 7100 8200 88501 C 97098 10 10 970512 970512

5、0.1 3.0 7200 8532基本術語基本術語l無限負荷方法無限負荷方法工作分配時，只考慮需要多少時間，不考慮完成某項工作所需的資源是否有足夠的能力；也不考慮完成工作的時間順序。l有限負荷方法有限負荷方法 考慮時間和資源能力。本章主要內容本章主要內容8.1 8.1 基本概念基本概念8.2 8.2 車間作業(yè)排序車間作業(yè)排序8.3 8.3 作業(yè)調度作業(yè)調度8.4 8.4 車間作業(yè)控制車間作業(yè)控制 作業(yè)排序作業(yè)排序1 1、排序、排序(Sequencing)(Sequencing) 決定不同作業(yè)/加工件在加工中心的加工順序;2 2、加工路線與加工順序的區(qū)別、加工路線與加工順序的區(qū)別加工路線：加工路

6、線：假定n個工件要經過m臺機器加工，某個工件經過車、銑 、鉆、磨的路線加工，由加工工藝決定。加工順序：加工順序：每臺機器加工n個工件的先后順序，是排序問題。排序的重要性排序的重要性在排序不恰當?shù)能囬g，經常會出現(xiàn)作業(yè)等待時間占總生產周期的95%95%，從而造成一個較長的工作流周期，再加上庫存時間和其他時間，就會使現(xiàn)金流周期長。作業(yè)計劃和排序的關系作業(yè)計劃和排序的關系1 1、排序、排序(Sequencing)(Sequencing) 決定不同加工件在加工中心的加工順序;2 2、作業(yè)計劃、作業(yè)計劃 作業(yè)計劃的主要問題不但要確定在各臺機器上工件的加工順序，而且，在通常情況下都規(guī)定最早可能開工時間和結束

7、時間.但當工件的加工順序確定之后，作業(yè)計劃也就基本確定了。排序的評價尺度排序的評價尺度l加工順序安排合理與否的評價尺度加工順序安排合理與否的評價尺度u最大流程時間最大流程時間F Fmaxmax一批工件經過n臺設備，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加工時為止所經過的時間。u平均流程時間平均流程時間各等待加工零件流程時間的平均值。u最大延期量最大延期量D Dmaxmax等待加工零件中完工日期超過交貨期的最大值。u平均延期量平均延期量各等待加工零件延期量的平均值。單件工件流程時間：工件在設備的停單件工件流程時間：工件在設備的停留時間，包括等待時間和加工時間。

8、留時間，包括等待時間和加工時間。單件工件延遲時間單件工件延遲時間= =流程時間流程時間- -交貨期。交貨期。排序的評價尺度排序的評價尺度平均流程時間平均流程時間 流程時間流程時間 任務數(shù)任務數(shù)利用率利用率 處理時間處理時間 流程時間流程時間=流程時間流程時間 交貨期交貨期=延遲時間延遲時間= 延遲時間延遲時間任務數(shù)任務數(shù)任務平均延遲時間任務平均延遲時間影響作業(yè)排序的因素影響作業(yè)排序的因素（1）生產任務的到達方式（2）車間中的設備種類和數(shù)量（3）車間中的人員數(shù)量（4）生產任務在車間中的流動方式（5）作業(yè)計劃的評價標準排序問題排序問題引例：引例：n個作業(yè)單臺工作中心排序問題。在一周的開始，有5位顧

9、客提交了他們的訂單。原始數(shù)據(jù)為：訂單（以到達的順序） 加工時間（天） 交貨期（天）ABCDE3426156792如何排序？作業(yè)排序的優(yōu)先規(guī)則作業(yè)排序的優(yōu)先規(guī)則1、FCFS（先到優(yōu)先）：按訂單送到的先后順序進行加工；2、SOT（最短作業(yè)時間優(yōu)先）：優(yōu)先選擇最短加工時間的任務；3、EDD(交貨期優(yōu)先)：最早交貨期最早加工。4、STR（剩余時間最短優(yōu)先）或LS（最短松弛時間）：剩余時間（松弛時間）是指距交貨期前所剩余時間減去加工時間所得的差值。優(yōu)先權給剩余時間最短的任務。作業(yè)排序的優(yōu)先規(guī)則作業(yè)排序的優(yōu)先規(guī)則5、RAN（隨機規(guī)則） 主管或操作工通常隨意選擇一件他們喜歡的進行加工；6、LCFS（后到優(yōu)先

10、）：該規(guī)則經常作為缺省規(guī)則使用。因為后來的工單放在先來的上面，操作人員通常是先加工上面的工單。7、CR（臨界比、緊迫系數(shù)） 計算出距離到期日所剩的時間與還需的工作時間的比率， 按照比率遞增的次序安排工作進度。排序問題的模型排序問題的模型排序問題模型排序問題模型 n/m/A/Bn/m/A/B其中，其中，n n為作業(yè)數(shù)（為作業(yè)數(shù)（n=2n=2）；）； m m是機器數(shù)量；是機器數(shù)量； A A表示車表示車間類型；間類型； B B為目標函數(shù)。為目標函數(shù)。N個作業(yè)單臺工作中心的排序個作業(yè)單臺工作中心的排序例：n個作業(yè)單臺工作中心排序問題。在一周的開始，有5位顧客提交了他們的訂單。原始數(shù)據(jù)為：訂單（以到達的

11、順序） 加工時間（天） 交貨期（天）ABCDE3426156792方案一：方案一：FCFS規(guī)則規(guī)則方案一方案一利用利用FCFSFCFS規(guī)則規(guī)則 加工順序 加工時間 交貨日期 流程時間 延期時間ABCDE3426156792方案一：方案一：FCFS規(guī)則規(guī)則方案一方案一利用利用FCFSFCFS規(guī)則規(guī)則 加工順序 加工時間 交貨日期 流程時間 延期時間ABCDE34261567920+3=33+4=77+2=99+6=1515+1=16總流程時間=3+7+9+15+16=50（天）平均流程時間=50/5=10天平均延期=（0+1+2+6+14）/5=4.6天。012614方案二：方案二：SOT規(guī)則規(guī)

12、則方案二方案二利用利用SOTSOT（最短作業(yè)時間）規(guī)則（最短作業(yè)時間）規(guī)則 加工順序 加工時間 交貨日期 流程時間 延期時間ECABD1234627569方案二：方案二：SOT規(guī)則規(guī)則方案二方案二利用利用SOTSOT（最短作業(yè)時間）規(guī)則（最短作業(yè)時間）規(guī)則 加工順序 加工時間 交貨日期 流程時間 延期時間ECABD12346275690+1=11+2=33+3=66+4=1010+6=16總流程時間=1+3+6+10+16=36（天）平均流程時間=36/5=7.2天平均延期時間=（0+0+1+4+7）/5=2.4天。00147方案三：方案三： EDD規(guī)則規(guī)則 加工順序 加工時間 交貨日期 流程

13、時間 延期時間EABCD1342625679方案三方案三 利用利用EDD(EDD(最早交貨期最先加工最早交貨期最先加工) )規(guī)則規(guī)則方案三：方案三： EDD規(guī)則規(guī)則 加工順序 加工時間 交貨日期 流程時間 延期時間EABC1=11+3=44+4=88+2=1010+6=16總流程時間=1+4+8+10+16=39（天）平均流程時間=39/5=7.8天平均延期時間為=（0+0+2+3+7）/5=2.4天。方案三方案三 利用利用EDD(EDD(最早交貨期最先加工最早交貨期最先加工) )規(guī)則規(guī)則00237方案四：方案四：LCFS規(guī)則規(guī)則 加工順序 加工時間 交貨日期 流程時

14、間 延期時間EDCBA1624329765方案四方案四利用利用LCFSLCFS（后到先服務）規(guī)則（后到先服務）規(guī)則方案四：方案四：LCFS規(guī)則規(guī)則 加工順序 加工時間 交貨日期 流程時間 延期時間EDCBA16243297650+1=11+6=77+2=99+4=1313+3=16總流程時間=1+7+9+13+16=46（天）平均流程時間=46/5=9.2天平均延期=（2+7+11）/5=4.0天方案四方案四利用利用LCFSLCFS（后到先服務）規(guī)則（后到先服務）規(guī)則002711方案五：隨機方案五：隨機 加工順序 加工時間 交貨日期 流程時間 延期時間 DCAEB6231497526方案五方案

15、五利用隨機規(guī)則利用隨機規(guī)則方案五：隨機方案五：隨機 加工順序 加工時間 交貨日期 流程時間 延期時間 DCAEB62314975260+6=66+2=88+3=1111+1=1212+4=16總流程時間=6+8+11+12+16=55（天）平均流程時間=55/5=11天平均延期=(1+6+10+10)/5=5.4天方案五方案五利用隨機規(guī)則利用隨機規(guī)則0161010方案六：方案六：STR規(guī)則規(guī)則加工順序 加工時間 交貨日期 松弛時間 流程時間 延期時間 EABDC1346225697方案六方案六 利用剩余松弛時間最短利用剩余松弛時間最短(STR )(STR )規(guī)則規(guī)則12235剩余松弛時間：將在

16、交貨期前所剩余松弛時間：將在交貨期前所剩余的時間減去剩余的總加工時剩余的時間減去剩余的總加工時間所得的差值。間所得的差值。方案六：方案六：STR規(guī)則規(guī)則加工順序 加工時間 交貨日期 松弛時間 流程時間 延期時間 EABD1=11+3=44+4=88+6=1414+2=16總流程時間=6+4+8+14+16=43（天）平均流程時間=43/5=8.6天平均延期=(2+5+9)/5=3.2天方案六方案六 利用剩余松弛時間最短利用剩余松弛時間最短(STR )(STR )規(guī)則規(guī)則0025912235優(yōu)先調度規(guī)則比較優(yōu)先調度規(guī)則比較 規(guī)則 總的流程時間 平均流程時間 平均延期FC

17、FSSOTEDDLCFS隨機STR503639465343107.27.89.210.68.64.62.42.44.05.43.2此例中此例中SOTSOT比其余的規(guī)則都好，但情況總是這樣的嗎？比其余的規(guī)則都好，但情況總是這樣的嗎？作業(yè)排序的目標作業(yè)排序的目標（1）所有工作時間最短；（2）極小化流程時間；（3）滿足顧客或下一道作業(yè)的交貨期；（4）極小化準備時間或成本（5）極小化在制品庫存；（6）極大化設備或勞動力的利用N個作業(yè)兩臺工作中心排序個作業(yè)兩臺工作中心排序n/2排序問題模型圖8.3 n個作業(yè)兩臺機器的排序模型N個作業(yè)兩臺工作中心排序個作業(yè)兩臺工作中心排序訂單iaibi1572123824

18、54537644引例引例 6 6個訂單在兩臺工作中心上的作業(yè)時間如下表所示（個訂單在兩臺工作中心上的作業(yè)時間如下表所示（依次經過依次經過a,ba,b。如何排序？如何排序？N個作業(yè)兩臺工作中心排序個作業(yè)兩臺工作中心排序S.M.Johnson于1954年提出了一個排序方法，其目的是極小化從第一個作業(yè)開始到最后一個作業(yè)為止的全部流程時間。約翰遜規(guī)則包含下列幾個步驟（n/2)：列出每個作業(yè)在兩臺工作中心上的作業(yè)時間表；找出最短的作業(yè)時間；如果最短的作業(yè)時間來自第一臺工作中心，則將它排到前面；如果最短的作業(yè)時間來自第二個工作中心，則將該作業(yè)排到最后；對剩余作業(yè)重復進行步驟 A和 B，直到排序完成。出現(xiàn)最

19、小值相同的情況，則任意排序！出現(xiàn)最小值相同的情況，則任意排序！N個作業(yè)兩臺工作中心排序個作業(yè)兩臺工作中心排序iaibi157212382454537644例例 6 6個訂單在兩臺工作中心上的作業(yè)時間如下表所示（依個訂單在兩臺工作中心上的作業(yè)時間如下表所示（依次經過次經過a,ba,b），如何排序。），如何排序。N個作業(yè)兩臺工作中心排序個作業(yè)兩臺工作中心排序iaibi157212382454537644從矩陣中找出最短加工時間，它出現(xiàn)在M1上，所以，相應的工件（工件2），將工件2排在第1位。劃去工件2的加工時間。余下加工時間中最小者為2，它出現(xiàn)在M2上，相應的工件（工件3）應將它排到最后一位。劃去

20、工件3的加工時間。繼續(xù)按Johnson算法安排余下工件的加工順序。將工件2排第1位2 _ _ _ _ _將工件3排第6位2 _ _ _ _ 3將工件5排第2位2 5 _ _ _ 3將工件4排第5位2 5 _ _ 4 3將工件6排第3位2 5 6 _ 4 3將工件1排第4位2 5 6 1 4 3最優(yōu)加工順序為：S=(2,5,6,1,4,3)例例 6 6個訂單在兩臺工作中心上的作業(yè)時間個訂單在兩臺工作中心上的作業(yè)時間如下表所示，如何排序。如下表所示，如何排序。N個作業(yè)兩臺工作中心排序個作業(yè)兩臺工作中心排序iaibi157212382454537644最優(yōu)加工順序為：最優(yōu)加工順序為：S=(2,5,6

21、,1,4,3)S=(2,5,6,1,4,3)例例 6 6個訂單在兩臺工作中心上的作業(yè)時間如下表所示，求個訂單在兩臺工作中心上的作業(yè)時間如下表所示，求最優(yōu)解。最優(yōu)解。問題問題：如何計算排序的總流程時間？：如何計算排序的總流程時間？甘特圖甘特圖N個作業(yè)兩臺工作中心排序個作業(yè)兩臺工作中心排序圖圖8.4 8.4 甘特圖甘特圖N個作業(yè)三臺工作中心排序個作業(yè)三臺工作中心排序如何排序？如何排序？JohnsonJohnson規(guī)則？規(guī)則？N個作業(yè)三臺工作中心排序個作業(yè)三臺工作中心排序JohnsonJohnson擴展規(guī)則擴展規(guī)則設有三臺機器A,B,C依次完成三個工序加工，如果機器B上的最長加工時間比機器A或機器C

22、上的最小加工時間還要小，或者二者相等，即mintiA=maxtiB或者mintic=maxtiB則可以定義ti1=tiA+tiB;ti2=tiB+tiC把ti1,ti2看作兩臺機器上第i個作業(yè)的加工時間，然后用johnson規(guī)則排序N個作業(yè)三臺工作中心排序個作業(yè)三臺工作中心排序iaibici1458296103826464758411例：對如下作業(yè)進行排序例：對如下作業(yè)進行排序N個作業(yè)三臺工作中心排序個作業(yè)三臺工作中心排序iaibici1458296103826464758411例：對如下作業(yè)進行排序例：對如下作業(yè)進行排序iai*ci *19132151631084101151215合并合并最

23、優(yōu)加工順序為 S=(1,4,5,2,3)N個作業(yè)個作業(yè)n個工作中心排序個工作中心排序在多個工件分派到多個工作地的最簡單的問題是“ N到n”分派。對這個問題， 可以使用指派法。指派法是線性規(guī)劃中運輸方法的一個特例。其目的是極小化極大化某些效率指標。指派方法很適合解決具有如下特征的問題：有N個“事項”要分配到n個“目的地”;每個事項必須被派給一個而且是唯一的目的地;A. 只能用一個標準（例如，最小成本，最大利潤或最少完成時間等）.N個作業(yè)個作業(yè)n個工作中心排序個工作中心排序例 指派方法 假定一個調度員有5項作業(yè)要完成。每項作業(yè)可在5臺工作中心的任一臺上完成（n=5）。完成每項作業(yè)的成本見下表。計劃

24、員想設計一個最小成本分配方案（有5！=120個可能的分配方案）。表明每項作業(yè)的工作中心加工成本分配矩陣作業(yè)A56473B64926E35435D88555C49244N個作業(yè)個作業(yè)n個工作中心排序個工作中心排序這個問題可以用指派法來解決，步驟如下：將每行中的數(shù)減去該行中的最小數(shù)（這將會使每行中至少有一個0）然后,將每列中的各個數(shù)量減去該列中的最小數(shù)（這將會使每列中至少有一個0）判斷覆蓋所有0的最少線條數(shù)是否等于n。如果相等，就得到了一個最優(yōu)方案，因為作業(yè)只在0位置上指派給工作中心，如果滿足上述要求的線條數(shù)少于n個，轉至第4步畫盡可能少的線，使這些線穿過所有的0（這些線可能與步驟3中的線一樣）。

25、將未被這些線覆蓋的數(shù)減去其中最小的，并將位于線交點位置上的數(shù)加上該最小的數(shù)，重復步驟3。N個作業(yè)個作業(yè)n個工作中心排序個工作中心排序分配矩陣的求解過程步驟1：行減從本行中減去本行最小數(shù)工作中心作業(yè)A22250B30103C15021D54332E01212步驟2：列減從每一列中減去本列中最小數(shù)工作中心作業(yè)A22250B30103C15021D32110E01212N個作業(yè)個作業(yè)n個工作中心排序個工作中心排序分配矩陣的求解過程步驟3：應用線檢驗覆蓋全部0的線數(shù)是4，因為要求的是5，所以轉至第4步工作中心作業(yè)A22250B30102C15021D32110E01212步驟4：將未被覆蓋的數(shù)減去其中

26、的最小數(shù)，并將該最小數(shù)加到直線的交點上。用步驟3中畫的線，未被覆蓋的數(shù)是1工作中心作業(yè)A11240B30203C04011D21100E01313N個作業(yè)個作業(yè)n個工作中心排序個工作中心排序分配矩陣的求解過程最優(yōu)方案用“線檢驗”工作中心作業(yè)A11240/3B30/4204C0/440/211D2110/50E0/31313最優(yōu)分配幾及其成本作業(yè)分配給E $ 3作業(yè)分配給B $ 4作業(yè)分配給C $ 2作業(yè)分配給D $ 5作業(yè)分配給A $ 3總成本 $17本章主要內容本章主要內容8.1 8.1 基本概念基本概念8.2 8.2 車間作業(yè)排序車間作業(yè)排序8.3 8.3 作業(yè)調度作業(yè)調度8.4 8.4

27、車間作業(yè)控制車間作業(yè)控制 作業(yè)調度作業(yè)調度l 作業(yè)調度作業(yè)調度 若干個作業(yè)到達某個工作中心時處于等待狀態(tài)，為了避免這種情況，對來工作中心之前的若干作業(yè)進行管理，其目的是控制提前提前期和在制品數(shù)量期和在制品數(shù)量，同時能使瓶頸工作中心充分被利用。l 縮短提前期的方法縮短提前期的方法 分批作業(yè)分批作業(yè)和作業(yè)分割作業(yè)分割。 分批作業(yè)分批作業(yè)l 分批作業(yè)分批作業(yè) 把原來一張加工單加工的數(shù)量分成幾批，由幾張加工單來完成，以縮短加工周期。l 前提條件前提條件 采用加工單分批或分割分批或分割只有在用幾組工作中心能完成同樣的工作時才有可能。 分批作業(yè)分批作業(yè)分批前分批前分批后分批后ABBABATQPQPSSLBABAAPQTQPSL2BBBBBBBBBABAAABBABAPQSPQPQQSPQQPSPQTQPSTQPQPSSLLL122122)()()(縮短的提前期縮短的提前期分批作業(yè)分批作業(yè)分批步驟分批步驟（1）一批作業(yè)分成兩個批次；（2）在第一個工作中心完成第一批次時，直接將它轉移到第二個工作中心B;（3）第一個工作中心A將執(zhí)行第二批次時，第二個工作中心也將執(zhí)行第一批次作業(yè)；（4）第