第八章 车间作业计划及控制

1、南京农业大学工学院管理工程系南京农业大学工学院管理工程系第八章第八章 车间作业计划车间作业计划与控制与控制作业计划与控制作业计划与控制l 车间作业计划与控制解决什么问题？车间作业计划与控制解决什么问题？（1）订单排序）订单排序（2）作业调度）作业调度（2）车间控制）车间控制本章主要内容本章主要内容8.1 8.1 基本概念基本概念8.2 8.2 车间作业排序车间作业排序8.3 8.3 作业调度作业调度8.4 8.4 车间作业控制车间作业控制 本章主要内容本章主要内容8.1 8.1 基本概念基本概念8.2 8.2 车间作业排序车间作业排序8.3 8.3 作业调度作业调度8.4 8.4 车间作业控制

2、车间作业控制 车间作业计划与控制车间作业计划与控制l车间作业计划车间作业计划 是在MRP所产生的加工制造订单（即自制零部件生产计划）的基础上，按照交货期前后和生产优先级选择原则以及车间的生产资源情况（如设备、人员、物料的可用性、加工能力的大小等），将零部件的生产计划以订单形式下达给适当车间。l生产控制生产控制 是以生产计划和作业计划为依据，检查、落实计划执行情况，发现偏差即采用纠正措施，保证实现各项计划目标。 作业计划与控制的架构作业计划与控制的架构 图图8.1 8.1 车间作业计划与控制的架构车间作业计划与控制的架构车间作业计划与控制的目标车间作业计划与控制的目标u满足交货期要求u在制品库存

3、量最小u使平均流程时间最短u提供准确的作业状态信息u提高机器/人工的利用率u减少调整准备时间u使生产和人工成本最低基本术语基本术语l加工单加工单面向加工作业加工作业说明物料需求计划的文件，包括工艺路线、需要什么工具、材料、能力和提前期。l派工单派工单是一种面向工作中心工作中心说明加工优先级的文件，说明工作中心在某时段所要完成的生产任务。说明哪些工作已经完成、哪些在排队、应该何时加工？何时完成？加工单的需用日期？计划加工时数？下道工序？数量需用 完成派工单的典型格式计划进度开始日期 完工日期物料号物料名称工作中心：8513名称：车床加工单号工序号数量需用 完成时间 准备 加工上工序下工序已加工的

4、工件正加工的工件将达到的工件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 入库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基本术语基本术语l无限负荷方法无限负荷方法工作分配时，只考虑需要多少时间，不考虑完成某项工作所需的资源是否有足够的能力；也不考虑完成工作的时间顺序。l有限负荷方法有限负荷方法 考虑时间和资源能力。本章主要内容本章主要内容8.1 8.1 基本概念基本概念8.2 8.2 车间作业排序车间作业排序8.3 8.3 作业调度作业调度8.4 8.4 车间作业控制车间作业控制 作业排序作业排序1 1、排序、排序(Sequencing)(Sequencing) 决定不同作业/加工件在加工中心的加工顺序;2 2、加工路线与加工顺序的区别、加工路线与加工顺序的区别加工路线：加工路

6、线：假定n个工件要经过m台机器加工，某个工件经过车、铣 、钻、磨的路线加工，由加工工艺决定。加工顺序：加工顺序：每台机器加工n个工件的先后顺序，是排序问题。排序的重要性排序的重要性在排序不恰当的车间，经常会出现作业等待时间占总生产周期的95%95%，从而造成一个较长的工作流周期，再加上库存时间和其他时间，就会使现金流周期长。作业计划和排序的关系作业计划和排序的关系1 1、排序、排序(Sequencing)(Sequencing) 决定不同加工件在加工中心的加工顺序;2 2、作业计划、作业计划 作业计划的主要问题不但要确定在各台机器上工件的加工顺序，而且，在通常情况下都规定最早可能开工时间和结束

7、时间.但当工件的加工顺序确定之后，作业计划也就基本确定了。排序的评价尺度排序的评价尺度l加工顺序安排合理与否的评价尺度加工顺序安排合理与否的评价尺度u最大流程时间最大流程时间F Fmaxmax一批工件经过n台设备，从第一个工件在第一台机器开始加工时算起，到最后一个工件在最后一台机器上完成加工时为止所经过的时间。u平均流程时间平均流程时间各等待加工零件流程时间的平均值。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过交货期的最大值。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。单件工件流程时间：工件在设备的停单件工件流程时间：工件在设备的停留时间，包括等待时间和加工时间。

8、留时间，包括等待时间和加工时间。单件工件延迟时间单件工件延迟时间= =流程时间流程时间- -交货期。交货期。排序的评价尺度排序的评价尺度平均流程时间平均流程时间 流程时间流程时间 任务数任务数利用率利用率 处理时间处理时间 流程时间流程时间=流程时间流程时间 交货期交货期=延迟时间延迟时间= 延迟时间延迟时间任务数任务数任务平均延迟时间任务平均延迟时间影响作业排序的因素影响作业排序的因素（1）生产任务的到达方式（2）车间中的设备种类和数量（3）车间中的人员数量（4）生产任务在车间中的流动方式（5）作业计划的评价标准排序问题排序问题引例：引例：n个作业单台工作中心排序问题。在一周的开始，有5位顾

9、客提交了他们的订单。原始数据为：订单（以到达的顺序） 加工时间（天） 交货期（天）ABCDE3426156792如何排序？作业排序的优先规则作业排序的优先规则1、FCFS（先到优先）：按订单送到的先后顺序进行加工；2、SOT（最短作业时间优先）：优先选择最短加工时间的任务；3、EDD(交货期优先)：最早交货期最早加工。4、STR（剩余时间最短优先）或LS（最短松弛时间）：剩余时间（松弛时间）是指距交货期前所剩余时间减去加工时间所得的差值。优先权给剩余时间最短的任务。作业排序的优先规则作业排序的优先规则5、RAN（随机规则） 主管或操作工通常随意选择一件他们喜欢的进行加工；6、LCFS（后到优先

10、）：该规则经常作为缺省规则使用。因为后来的工单放在先来的上面，操作人员通常是先加工上面的工单。7、CR（临界比、紧迫系数） 计算出距离到期日所剩的时间与还需的工作时间的比率， 按照比率递增的次序安排工作进度。排序问题的模型排序问题的模型排序问题模型排序问题模型 n/m/A/Bn/m/A/B其中，其中，n n为作业数（为作业数（n=2n=2）；）； m m是机器数量；是机器数量； A A表示车表示车间类型；间类型； B B为目标函数。为目标函数。N个作业单台工作中心的排序个作业单台工作中心的排序例：n个作业单台工作中心排序问题。在一周的开始，有5位顾客提交了他们的订单。原始数据为：订单（以到达的

11、顺序） 加工时间（天） 交货期（天）ABCDE3426156792方案一：方案一：FCFS规则规则方案一方案一利用利用FCFSFCFS规则规则 加工顺序 加工时间 交货日期 流程时间 延期时间ABCDE3426156792方案一：方案一：FCFS规则规则方案一方案一利用利用FCFSFCFS规则规则 加工顺序 加工时间 交货日期 流程时间 延期时间ABCDE34261567920+3=33+4=77+2=99+6=1515+1=16总流程时间=3+7+9+15+16=50（天）平均流程时间=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规则规

12、则方案二方案二利用利用SOTSOT（最短作业时间）规则（最短作业时间）规则 加工顺序 加工时间 交货日期 流程时间 延期时间ECABD1234627569方案二：方案二：SOT规则规则方案二方案二利用利用SOTSOT（最短作业时间）规则（最短作业时间）规则 加工顺序 加工时间 交货日期 流程时间 延期时间ECABD12346275690+1=11+2=33+3=66+4=1010+6=16总流程时间=1+3+6+10+16=36（天）平均流程时间=36/5=7.2天平均延期时间=（0+0+1+4+7）/5=2.4天。00147方案三：方案三： EDD规则规则 加工顺序 加工时间 交货日期 流程

13、时间 延期时间EABCD1342625679方案三方案三 利用利用EDD(EDD(最早交货期最先加工最早交货期最先加工) )规则规则方案三：方案三： EDD规则规则 加工顺序 加工时间 交货日期 流程时间 延期时间EABC1=11+3=44+4=88+2=1010+6=16总流程时间=1+4+8+10+16=39（天）平均流程时间=39/5=7.8天平均延期时间为=（0+0+2+3+7）/5=2.4天。方案三方案三 利用利用EDD(EDD(最早交货期最先加工最早交货期最先加工) )规则规则00237方案四：方案四：LCFS规则规则 加工顺序 加工时间 交货日期 流程时

14、间 延期时间EDCBA1624329765方案四方案四利用利用LCFSLCFS（后到先服务）规则（后到先服务）规则方案四：方案四：LCFS规则规则 加工顺序 加工时间 交货日期 流程时间 延期时间EDCBA16243297650+1=11+6=77+2=99+4=1313+3=16总流程时间=1+7+9+13+16=46（天）平均流程时间=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（后到先服务）规则（后到先服务）规则002711方案五：随机方案五：随机 加工顺序 加工时间 交货日期 流程时间 延期时间 DCAEB6231497526方案五方案

15、五利用随机规则利用随机规则方案五：随机方案五：随机 加工顺序 加工时间 交货日期 流程时间 延期时间 DCAEB62314975260+6=66+2=88+3=1111+1=1212+4=16总流程时间=6+8+11+12+16=55（天）平均流程时间=55/5=11天平均延期=(1+6+10+10)/5=5.4天方案五方案五利用随机规则利用随机规则0161010方案六：方案六：STR规则规则加工顺序 加工时间 交货日期 松弛时间 流程时间 延期时间 EABDC1346225697方案六方案六 利用剩余松弛时间最短利用剩余松弛时间最短(STR )(STR )规则规则12235剩余松弛时间：将在

16、交货期前所剩余松弛时间：将在交货期前所剩余的时间减去剩余的总加工时剩余的时间减去剩余的总加工时间所得的差值。间所得的差值。方案六：方案六：STR规则规则加工顺序 加工时间 交货日期 松弛时间 流程时间 延期时间 EABD1=11+3=44+4=88+6=1414+2=16总流程时间=6+4+8+14+16=43（天）平均流程时间=43/5=8.6天平均延期=(2+5+9)/5=3.2天方案六方案六 利用剩余松弛时间最短利用剩余松弛时间最短(STR )(STR )规则规则0025912235优先调度规则比较优先调度规则比较 规则 总的流程时间 平均流程时间 平均延期FC

17、FSSOTEDDLCFS随机STR503639465343107.27.89.210.68.64.62.42.44.05.43.2此例中此例中SOTSOT比其余的规则都好，但情况总是这样的吗？比其余的规则都好，但情况总是这样的吗？作业排序的目标作业排序的目标（1）所有工作时间最短；（2）极小化流程时间；（3）满足顾客或下一道作业的交货期；（4）极小化准备时间或成本（5）极小化在制品库存；（6）极大化设备或劳动力的利用N个作业两台工作中心排序个作业两台工作中心排序n/2排序问题模型图8.3 n个作业两台机器的排序模型N个作业两台工作中心排序个作业两台工作中心排序订单iaibi1572123824

18、54537644引例引例 6 6个订单在两台工作中心上的作业时间如下表所示（个订单在两台工作中心上的作业时间如下表所示（依次经过依次经过a,ba,b。如何排序？如何排序？N个作业两台工作中心排序个作业两台工作中心排序S.M.Johnson于1954年提出了一个排序方法，其目的是极小化从第一个作业开始到最后一个作业为止的全部流程时间。约翰逊规则包含下列几个步骤（n/2)：列出每个作业在两台工作中心上的作业时间表；找出最短的作业时间；如果最短的作业时间来自第一台工作中心，则将它排到前面；如果最短的作业时间来自第二个工作中心，则将该作业排到最后；对剩余作业重复进行步骤 A和 B，直到排序完成。出现最

19、小值相同的情况，则任意排序！出现最小值相同的情况，则任意排序！N个作业两台工作中心排序个作业两台工作中心排序iaibi157212382454537644例例 6 6个订单在两台工作中心上的作业时间如下表所示（依个订单在两台工作中心上的作业时间如下表所示（依次经过次经过a,ba,b），如何排序。），如何排序。N个作业两台工作中心排序个作业两台工作中心排序iaibi157212382454537644从矩阵中找出最短加工时间，它出现在M1上，所以，相应的工件（工件2），将工件2排在第1位。划去工件2的加工时间。余下加工时间中最小者为2，它出现在M2上，相应的工件（工件3）应将它排到最后一位。划去

20、工件3的加工时间。继续按Johnson算法安排余下工件的加工顺序。将工件2排第1位2 _ _ _ _ _将工件3排第6位2 _ _ _ _ 3将工件5排第2位2 5 _ _ _ 3将工件4排第5位2 5 _ _ 4 3将工件6排第3位2 5 6 _ 4 3将工件1排第4位2 5 6 1 4 3最优加工顺序为：S=(2,5,6,1,4,3)例例 6 6个订单在两台工作中心上的作业时间个订单在两台工作中心上的作业时间如下表所示，如何排序。如下表所示，如何排序。N个作业两台工作中心排序个作业两台工作中心排序iaibi157212382454537644最优加工顺序为：最优加工顺序为：S=(2,5,6

21、,1,4,3)S=(2,5,6,1,4,3)例例 6 6个订单在两台工作中心上的作业时间如下表所示，求个订单在两台工作中心上的作业时间如下表所示，求最优解。最优解。问题问题：如何计算排序的总流程时间？：如何计算排序的总流程时间？甘特图甘特图N个作业两台工作中心排序个作业两台工作中心排序图图8.4 8.4 甘特图甘特图N个作业三台工作中心排序个作业三台工作中心排序如何排序？如何排序？JohnsonJohnson规则？规则？N个作业三台工作中心排序个作业三台工作中心排序JohnsonJohnson扩展规则扩展规则设有三台机器A,B,C依次完成三个工序加工，如果机器B上的最长加工时间比机器A或机器C

22、上的最小加工时间还要小，或者二者相等，即mintiA=maxtiB或者mintic=maxtiB则可以定义ti1=tiA+tiB;ti2=tiB+tiC把ti1,ti2看作两台机器上第i个作业的加工时间，然后用johnson规则排序N个作业三台工作中心排序个作业三台工作中心排序iaibici1458296103826464758411例：对如下作业进行排序例：对如下作业进行排序N个作业三台工作中心排序个作业三台工作中心排序iaibici1458296103826464758411例：对如下作业进行排序例：对如下作业进行排序iai*ci *19132151631084101151215合并合并最

23、优加工顺序为 S=(1,4,5,2,3)N个作业个作业n个工作中心排序个工作中心排序在多个工件分派到多个工作地的最简单的问题是“ N到n”分派。对这个问题， 可以使用指派法。指派法是线性规划中运输方法的一个特例。其目的是极小化极大化某些效率指标。指派方法很适合解决具有如下特征的问题：有N个“事项”要分配到n个“目的地”;每个事项必须被派给一个而且是唯一的目的地;A. 只能用一个标准（例如，最小成本，最大利润或最少完成时间等）.N个作业个作业n个工作中心排序个工作中心排序例 指派方法 假定一个调度员有5项作业要完成。每项作业可在5台工作中心的任一台上完成（n=5）。完成每项作业的成本见下表。计划

24、员想设计一个最小成本分配方案（有5！=120个可能的分配方案）。表明每项作业的工作中心加工成本分配矩阵作业A56473B64926E35435D88555C49244N个作业个作业n个工作中心排序个工作中心排序这个问题可以用指派法来解决，步骤如下：将每行中的数减去该行中的最小数（这将会使每行中至少有一个0）然后,将每列中的各个数量减去该列中的最小数（这将会使每列中至少有一个0）判断覆盖所有0的最少线条数是否等于n。如果相等，就得到了一个最优方案，因为作业只在0位置上指派给工作中心，如果满足上述要求的线条数少于n个，转至第4步画尽可能少的线，使这些线穿过所有的0（这些线可能与步骤3中的线一样）。

25、将未被这些线覆盖的数减去其中最小的，并将位于线交点位置上的数加上该最小的数，重复步骤3。N个作业个作业n个工作中心排序个工作中心排序分配矩阵的求解过程步骤1：行减从本行中减去本行最小数工作中心作业A22250B30103C15021D54332E01212步骤2：列减从每一列中减去本列中最小数工作中心作业A22250B30103C15021D32110E01212N个作业个作业n个工作中心排序个工作中心排序分配矩阵的求解过程步骤3：应用线检验覆盖全部0的线数是4，因为要求的是5，所以转至第4步工作中心作业A22250B30102C15021D32110E01212步骤4：将未被覆盖的数减去其中

26、的最小数，并将该最小数加到直线的交点上。用步骤3中画的线，未被覆盖的数是1工作中心作业A11240B30203C04011D21100E01313N个作业个作业n个工作中心排序个工作中心排序分配矩阵的求解过程最优方案用“线检验”工作中心作业A11240/3B30/4204C0/440/211D2110/50E0/31313最优分配几及其成本作业分配给E $ 3作业分配给B $ 4作业分配给C $ 2作业分配给D $ 5作业分配给A $ 3总成本 $17本章主要内容本章主要内容8.1 8.1 基本概念基本概念8.2 8.2 车间作业排序车间作业排序8.3 8.3 作业调度作业调度8.4 8.4

27、车间作业控制车间作业控制 作业调度作业调度l 作业调度作业调度 若干个作业到达某个工作中心时处于等待状态，为了避免这种情况，对来工作中心之前的若干作业进行管理，其目的是控制提前提前期和在制品数量期和在制品数量，同时能使瓶颈工作中心充分被利用。l 缩短提前期的方法缩短提前期的方法 分批作业分批作业和作业分割作业分割。 分批作业分批作业l 分批作业分批作业 把原来一张加工单加工的数量分成几批，由几张加工单来完成，以缩短加工周期。l 前提条件前提条件 采用加工单分批或分割分批或分割只有在用几组工作中心能完成同样的工作时才有可能。 分批作业分批作业分批前分批前分批后分批后ABBABATQPQPSSLBABAAPQTQPSL2BBBBBBBBBABAAABBABAPQSPQPQQSPQQPSPQTQPSTQPQPSSLLL122122)()()(缩短的提前期缩短的提前期分批作业分批作业分批步骤分批步骤（1）一批作业分成两个批次；（2）在第一个工作中心完成第一批次时，直接将它转移到第二个工作中心B;（3）第一个工作中心A将执行第二批次时，第二个工作中心也将执行第一批次作业；（4）第一