生產(chǎn)與運(yùn)作管理-制造業(yè)作業(yè)計(jì)劃概述

1、華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華1第11章 制造業(yè)作業(yè)計(jì)劃與控制Scheduling and Controlling for Manufacturing11.1 作業(yè)計(jì)劃問(wèn)題的基本概念11.2 流水作業(yè)排序問(wèn)題11.3 單件作業(yè)的排序問(wèn)題11.4 生產(chǎn)作業(yè)控制 華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華211.1作業(yè)計(jì)劃問(wèn)題的基本概念編制作業(yè)計(jì)劃要解決的問(wèn)題n編制作業(yè)計(jì)劃實(shí)質(zhì)上是要將資源分配給不同的任務(wù)，按照既定的優(yōu)化目標(biāo)，確定各種資源利用的時(shí)間問(wèn)題。n由于每臺(tái)機(jī)器都可能被分配了多項(xiàng)任務(wù)，而這些任務(wù)受到加工路線的約束，就帶來(lái)了零件在機(jī)器上加工的順序問(wèn)題。華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華3 11.1作業(yè)計(jì)劃問(wèn)題的基本

2、概念（續(xù)）有關(guān)的名詞術(shù)語(yǔ)n編制作業(yè)計(jì)劃或日程安排(Scheduling)n排序(Sequencing)n派工(Dispatching)n控制(Controlling)n趕工(Expediting) n“調(diào)度”是作業(yè)計(jì)劃編制后實(shí)施生產(chǎn)控制所采取的一切行動(dòng)，“編制作業(yè)計(jì)劃”是加工制造發(fā)生之前的活動(dòng)華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華411.1作業(yè)計(jì)劃問(wèn)題的基本概念（續(xù)）n“機(jī)器”，可以是工廠里的各種機(jī)床，也可以是維修工人；可以是輪船要停靠的碼頭，也可以是電子的計(jì)算機(jī)中央處理單元、存貯器和輸入、輸出單元。一句話，表示“服務(wù)者”n“零件”代表“服務(wù)對(duì)象”。零件可以是單個(gè)零件，也可以是一批相同的零件n“加工路線

3、”是零件加工的工藝過(guò)程決定的，它是零件加工在技術(shù)上的約束 n“加工順序”則表示每臺(tái)機(jī)器加工n個(gè)零件的先后順序，是排序和編制作業(yè)計(jì)劃要解決的問(wèn)題華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華511.2 流水作業(yè)排序問(wèn)題流水車(chē)間(Flow shop):工件的加工路線都一致，典型的如流水線11.2.1 最長(zhǎng)流程時(shí)間的計(jì)算 11.2.2 兩臺(tái)機(jī)器排序問(wèn)題的最優(yōu)算法 11.2.3 多臺(tái)機(jī)器排序問(wèn)題的啟發(fā)式算法Work Center #1Work Center #2Output華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華611.2.1 最長(zhǎng)流程時(shí)間的計(jì)算工件代號(hào)i 1 4 6 3 5 2Pi1 4 5 3 4 8 6Pi2 3 9 1 3

4、 7 5Pi3 7 6 8 2 5 9Pi4 5 6 3 9 2 44 9 12 16 24 307 18 19 22 31 3614 24 32 34 39 4819 30 35 44 46 52華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華711.2.2 兩臺(tái)機(jī)器排序問(wèn)題的 最優(yōu)算法約翰森法則n如果Min(ai, bj) pim 則按pim不增的順序排成一個(gè)序列Sb;n3. 順序（Sa,C,Sb）即為所求順序。華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華1311.2.3 多臺(tái)機(jī)器排序問(wèn)題的 啟發(fā)式算法（續(xù)） 舉例工件i 1 2 3 4Pi1 2 1 6 3Pi2 4 8 2 9Pi3 5 4 8 211 13 16 14C

5、Sa (2,1)Sb(4)所求順序：（2,1,3,4）華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華1411.2.4 相同零件不同移動(dòng)方 式下加工周期的計(jì)算當(dāng)n個(gè)零件相同，則無(wú)排序問(wèn)題。但不同移動(dòng)方式下的加工周期不同三種典型的移動(dòng)方式n順序移動(dòng)方式：一批零件全部加工完成后，整批移動(dòng)到下道工序加工n平行移動(dòng)方式：?jiǎn)蝹€(gè)零件加工完成后，立即移動(dòng)到下道工序加工n平行順序移動(dòng)方式：兩者混合華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華15順序移動(dòng)方式 加工周期時(shí)間工序 1 2 3 4順序移動(dòng)方式順序移動(dòng)方式華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華16 設(shè)零件批量為n（件），工序數(shù)目為m，一批零件不計(jì)算工序間運(yùn)輸時(shí)間，只考慮加工時(shí)間，設(shè)其加工的周期為T(mén)

6、（分鐘），零件在i道工序的單件工時(shí)為 （分鐘/件），i=1.2n. 則該批零件的加工周期為： it121.mimiTntntntnt順序移動(dòng)方式（續(xù)）華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華17平行移動(dòng)方式工序 1 2 34時(shí)間 加工周期華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華18平行移動(dòng)方式（續(xù)）零件平行移動(dòng)的加工周期 為： T平12111.(1)mmiiTttntnttnt平華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華19平行順序移動(dòng)方式 特點(diǎn)：既保持一批零件順序加工，有盡可能使相鄰工序加工時(shí)間平行進(jìn)行。如圖所示： 時(shí)間工序1234 加工 周期華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華20平行順序移動(dòng)方式（續(xù)）平行順序移動(dòng)加工周期計(jì)算 111

7、(1)mmiiiiTtnt平 順=n華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華2111.3 單件作業(yè)排序問(wèn)題11.3.1 問(wèn)題的描述11.3.2 兩種作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成11.3.3 求解一般n/m/G/Fmax問(wèn)題的啟發(fā)式方法華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華2211.3.1 問(wèn)題的描述D=1,1,1 1,2,3 1,3,22,1,3 2,2,1 2,3,2T=2 4 13 4 5加工描述矩陣D和加工時(shí)間矩陣T對(duì)應(yīng)華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華2311.3.2 兩種作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成符號(hào)說(shuō)明n每安排一道工序稱(chēng)為一“步”nSt:t步之前已排序工序構(gòu)成的部分作業(yè)計(jì)劃；nOt:t步可排序工序的集合；nTk為Ot中工序Ok的最早可

8、能開(kāi)始時(shí)間；nTk為Ot中工序Ok的最早可能完成時(shí)間。華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華2411.3.2 兩種作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成能動(dòng)作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成n（1）設(shè)t=1,S1為空集，O1為各工件第一道工序的集合。n（2）求T* = minTk,并求出T*所出現(xiàn)的機(jī)器M*。如果M*有多臺(tái)，則任選一臺(tái)。n（3）從Ot中選出滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件的工序Oj：需要M*加工，且Tj T* 。n（4）將選定的工序Oj放入St,從Ot中消去Oj,并將Oj的緊后工序放入Ot ，使t=t+1.n（5）若還有未安排的工序，轉(zhuǎn)步驟（2）；否則，停止。華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華25能動(dòng)作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成tOtTkTkT*M*Oj11,1,1

9、2,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,173877M12,2,151,3,22,3,2778128M21,3,262,3,281313M22,3,2華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華26能動(dòng)作業(yè)計(jì)劃的甘特圖2,3,21,1,1 2,2,11,3,22,1,3 1,2,3 3 7 7 8 13 2 3 70時(shí)間時(shí)間機(jī)器 M1M2M3華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華2711.3.2 兩種作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成（續(xù)）無(wú)延遲作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成n（1）設(shè)t=1,S1為空集，O1為各工件第一道工序的集合。n（2）求T

10、* = minTk,并求出T*所出現(xiàn)的機(jī)器M*。如果M*有多臺(tái)，則任選一臺(tái)。n（3）從Ot中選出滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件的工序Oj：需要M*加工，且Tj=T* 。n（4）將選定的工序Oj放入St,從Ot中消去Oj,并將Oj的緊后工序放入Ot ，使t=t+1.n（5）若還有未安排的工序，轉(zhuǎn)步驟（2）；否則，停止。華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華28無(wú)延遲作業(yè)計(jì)劃的構(gòu)成tOtTkTkT*M*Oj11,1,12,1,3002300M1M31,1,121,2,32,1,320630M32,1,331,2,32,2,1337733M3M11,2,341,3,22,2,173873M12,2,151,3,22,3,2

11、7781277M2M22,3,261,3,2121312M21,3,2華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華29無(wú)延遲作業(yè)計(jì)劃的甘特圖2,3,21,1,1 2,2,12,1,3 1,2,3 3 7 7 12 13 2 3 70時(shí)間時(shí)間機(jī)器 M1M2M31,3,2華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華3011.3.3 三類(lèi)啟發(fā)式算法（1）優(yōu)先調(diào)度法則n構(gòu)成兩種作業(yè)計(jì)劃的第（3）步一般都有多道工序可以滿(mǎn)足，按不同的優(yōu)先調(diào)度法則來(lái)選擇工序，可以得出滿(mǎn)足不同目標(biāo)函數(shù)的作業(yè)計(jì)劃n計(jì)算量小n已經(jīng)提出100多種優(yōu)先調(diào)度法則華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華31優(yōu)先調(diào)度法則nFCFS（first come, first served）

12、選擇最早進(jìn)入可排序集合的工序nSPT( shortest processing time）選擇加工時(shí)間最短的工序nEDD（earliest due date）選擇完工期限最緊的工序nSCR(smallest critical ratio)選擇臨界比最小的工件nMWKR(most work remaining)選擇余下加工時(shí)間最長(zhǎng)的工件nLWKR(least work remaining)選擇余下加工時(shí)間最短的工件nMOPNR(most operations remaining)選擇余下工序數(shù)最多的工件nRANDOM 隨機(jī)挑選一個(gè)工件nRushTop Priority華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華

13、3211.3.3 三類(lèi)啟發(fā)式算法（續(xù)）（2）隨機(jī)抽樣法n從全部能動(dòng)計(jì)劃或無(wú)延遲計(jì)劃中隨機(jī)抽樣，得出多個(gè)作業(yè)計(jì)劃，從中取優(yōu)。（3）概率調(diào)度法n將優(yōu)先調(diào)度法則與隨機(jī)抽樣法結(jié)合n對(duì)不同工件將優(yōu)先調(diào)度法則分配不同的挑選概率，效果較好華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華3311.4 生產(chǎn)作業(yè)控制實(shí)行生產(chǎn)作業(yè)控制的原因生產(chǎn)環(huán)境的變化計(jì)劃的失誤執(zhí)行的原因：執(zhí)行過(guò)程中，有可能會(huì)出現(xiàn)操作人員執(zhí)行不力、效率不高和工作態(tài)度等現(xiàn)象，造成計(jì)劃完不成執(zhí)行因素的影響華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華3411.4 生產(chǎn)作業(yè)控制（續(xù)） 生產(chǎn)作業(yè)控制的程序制定生產(chǎn)作業(yè)監(jiān)控體系監(jiān)控實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程 評(píng)估偏差情況 采取糾偏措施華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬

14、士華3511.4 生產(chǎn)作業(yè)控制（續(xù)） 生產(chǎn)作業(yè)控制的功能為每個(gè)車(chē)間的工單指派優(yōu)先級(jí)維護(hù)車(chē)間在制品數(shù)量將車(chē)間工單信息傳送到相應(yīng)辦公室提供實(shí)際產(chǎn)出數(shù)據(jù)來(lái)為能力控制服務(wù)根據(jù)車(chē)間工單對(duì)機(jī)位的要求，為在制品庫(kù)存管理提供數(shù)量信息測(cè)量人員和設(shè)備的效率、利用率和產(chǎn)量。華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華36華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華3711.4 生產(chǎn)作業(yè)控制（續(xù)） 生產(chǎn)作業(yè)控制的主要工具實(shí)際生產(chǎn)中，有不少工具可以用來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)控制，這些工具容易通過(guò)運(yùn)用適當(dāng)?shù)能浖?lái)生成，主要包括：n調(diào)度單n日?qǐng)?bào)、月報(bào)n例外報(bào)告、異常報(bào)告n輸入/輸出（Input/output control，I/O）報(bào)告華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華

15、3811.4 生產(chǎn)作業(yè)控制（續(xù)） 漏斗模型模型介紹德國(guó)漢諾威大學(xué)的Bechte和Wiendall等人于20世紀(jì)80年代初在實(shí)施輸入/輸出控制時(shí)提出了漏斗模型（Funnel Model）。漏斗模型的基本原則：工作中心的輸入永遠(yuǎn)不能超過(guò)工作中心的輸出。當(dāng)工作中心的輸入超過(guò)輸出，就會(huì)拖欠訂單，結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)作業(yè)推遲、客戶(hù)不滿(mǎn)、下游作業(yè)或相關(guān)作業(yè)的延期。華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華39注：曲線圖的垂直段表示某天到達(dá)或完成的一個(gè)或多個(gè)工件之間所包含的工作量；水平段表示相鄰兩個(gè)到達(dá)或完成的任務(wù)之間的時(shí)間間隔。如果運(yùn)輸時(shí)間不變，輸入曲線與上道工序的輸出曲線相對(duì)應(yīng)。華中科大管理學(xué)院陳榮秋馬士華4011.4 生產(chǎn)作業(yè)控制（