第十章 制造业企业生产作业计划

1、第十章 制造业企业生产作业计划第一节第一节 基本概念基本概念第二节第二节 作业排序的表示方法和优先原则作业排序的表示方法和优先原则第三节第三节 制造业中生产作业排序的方法制造业中生产作业排序的方法第四节第四节 生产作业控制生产作业控制 第一节第一节 基本概念基本概念一、概念解释一、概念解释排序（Sequencing）是确定零件在机器上的加工顺序或服务人员的工作顺序。编制作业计划（Scheduling）不仅包括确定工件的加工顺序或服务人员的工作顺序，而且还包括加工任务的分配、确定机器加工每个零件或人员服务的的开始时间和完成时间。“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

2、加工制造发生之前的活动。“派工”（Dispatching）是在作业计划制定以后，按照作业计划的要求，将具体生产任务通过工票或施工单的形式下达到具体的机床和工人，属于通常所说的“调度”范围。“赶工”（Expediting）是在实际进度已落后于计划进度时采取的行动，也属于通常所说的“调度”范围。“机器”代表“服务者”，它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”是零件加工经过不同机器构成的路线。“加工顺序”表示每台机器加工n个零件的先后

3、顺序，是排序要解决的问题。二、作业排序的分类二、作业排序的分类制造业的生产作业排序可以按机器、工件和目标函数的特征分类等进行分类。（1）按照机器的种类和数量不同，可以分为单台机器的排序问题和多台机器的排序问题。对于多台机器的排序问题，按工件加工的路线特征，可以分成单件车间（job-shop）排序问题和流水车间（flow-shop）排序问题。工件的加工路线不同，是单件车间排序问题的基本特征；而所有工件的加工路线完全相同，则是流水车间排序问题的基本特征。（2）按参数的性质不同，可以划分为确定型排序和随机型排序。随机型排序问题指加工时间和有关参数为随机变量，而确定型排序问题指加工时间和有关参数为已知

4、确定的量。这两种排序问题的解法存在着本质的区别。（3）按工件到达车间的情况不同，可以分成静态排序问题和动态排序问题。当进行排序时，所有工件都已到达，可以依次对他们进行排序，这是静态排序问题；若工件是陆续到达，要随时安排它们的加工顺序，这是动态排序问题。（4）按目标函数的性质不同，也可划分不同的排序问题。例如，同是单台设备的排序，目标是使平均流程时间最短和使误期完工的工件数最少，实质上是两种不同的排序问题。按目标函数的情况，还可以划分为单目标排序问题和多目标排序问题。由此可见，由机器、工件和目标函数的不同特征以及其它因素上的差别，构成了多种多样的排序问题及相应的排序方法。三、作业排序的目标和任务

5、三、作业排序的目标和任务一个企业应该有一个行之有效的作业排序系统，这样才能保证生产计划的顺利执行。因此，作业排序系统的设计必须满足各种不同功能的要求，反映企业以及运用该系统的工作过程的需要。具体而言，有效的作业排序系统应该能够做到：（1）对将要做的工作进行优先权设定，以使工作任务按最有效顺序排列。（2）针对具体设备分配任务及人力，通常以可利用和所需的能力为基础。（3）以实施为目标分配工作，以使工作任务如期完成。（4）不断监督以确保任务的完成，周期性检查是保证已分配的工作能够如期完成的最常用方法。（5）对实施过程中出现的问题或异常情况进行辨识，这些问题或异常情况有可能改变已排序工作的状况，需要探

6、索、运用其它解决问题的方法。（6）基于现存状况或订单变化情况对目前的作业排序进行检查和修改。作业排序的主要目标是：（1）满足交货日期；（2）极小化提前期；（3）极小化准备时间或成本；（4）极小化在制品库存；（5）极大化设备或劳动力的利用。总之，作业系统的设计应当能够处理计划的偏离、纠正操作中的问题，并尽快返回原计划状态，以便维护计划和作业排序系统的有效性。四、影响作业排序的因素四、影响作业排序的因素（1）生产任务的到达方式。实际生产过程中，生产任务订单的到达方式主要有两种：一种是成批到达，另一种是在一个时间段中按照统计分布规律到达。到达方式不同，作业排序就不同。（2）设备种类和数量。设备数量的

7、多少对作业排序有明显的影响。如果只有一台机器，作业排序并不难。倘若设备数量增多，各种生产任务就要在多台设备上加工，则排序问题就会复杂很多，有时候甚至找不到最佳的排序方法。（3）工作人员数量。生产任务不仅需要机器设备参与完成，还需要人员操作。因此，工作人员的数量也是影响排序的因素。（4）生产工艺流程方式。在单件小批量生产条件下，生产任务在车间内的流动路线是多种多样的。如果所有工件的流动路线相同，则称为流水线车间。如果所有工件的流动路线不完全相同，则称为非流水线车间。对于非流水线车间的排序问题，关键是按照概率分布从一台设备流向满足加工需要的另一台设备，将其转化为流水线车间或随机路线车间，这类排队问

8、题在医院中是常见的。第二节第二节 作业排序的表示方法和优先原则作业排序的表示方法和优先原则一、排序问题的假设和表示方法一、排序问题的假设和表示方法为了便于分析研究，建立排序问题数学模型，有必要提出一些假设条件。（1）一个工件不能同时在几台不同的机器上加工。（2）每台机器同时只能加工一个工件。（3）不允许中断。当一个工件一旦开始加工，必须一直进行到完工，不得中途停止插入其它工件。（4）每道工序只在一台机器上完成。（5）工件数、机器数和加工时间已知，加工时间与加工顺序无关。（6）工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。在下面的讨论中，如不作特别说明，都是遵循以上

9、假设条件的。我们将用Conway等人提出的方法来表示排序问题。这个方法只用四个参数就可以表示大多数不同的排序问题。四参数表示方法为:工件数n /机器数m /车间类型A /目标函数B。其中，若在A 的位置若标以“F”，则代表流水作业排序问题。若标以“P”，则表示流水作业排列排序问题。若标以“G”，则表示一般单件作业排序问题。当m1，则A 处为空白。因为对于单台机器的排序问题来说，无所谓加工路线问题，当然也就谈不上是流水作业还是单件作业的问题了。B为目标函数，通常是使其值最小。有了这四个符号，就可以简明地表示不同的排序问题。例如，n/3/p/Cmax 表示n个工件经3台机器加工的流水作业排列排序问

10、题，目标函数是使最长完工时间Cmax 最短。二、作业排序的优先规则二、作业排序的优先规则在进行作业排序时，需用到优先调度规则。这些规则可能很简单，仅需根据一种数据信息对作业进行排序。这些数据可以是加工时间、交货日期或到达的顺序等。其它的规则，尽管也同样简单但可能需要更多的信息，通常是需要一个指标，比如最小松弛时间规则和关键比率规则。还有另外的规则，比如约翰逊规则，在一个机器序列上应用作业排序，并需要一个计算程序来规定作业的顺序。下面列出了几个常用的优先调度规则：（1）FCFS（First Come First Served先到先服务）规则：按订单送到的先后顺序进行加工。（2）SPT（Short

11、est Processing Time最短加工时间）规则：优先选择加工时间最短的工件。（3）EDD（Earliest Due Date）规则：优先选择完工期限最紧（即交货期最短）的工件。（4）SCR（Smallest Critical Ratio最小临界比率）规则：优先选择临界比最小的工件。临界比为工件允许停留时间与工件余下加工时间之比。（5）LWKR（Most Work Remaining余下加工时间最短）规则：优先选择余下加工时间最短的工件。（6）MWKR（Least Most Work Remaining余下加工时间最长）规则：优先选择余下加工时间最长的工件。（7）MOPNR（Most

12、Operations Remaining余下工序数最多）规则：优先选择余下工序数最多的工件。（8）STR（剩余松弛时间）规则：剩余松弛时间短的作业优先加工。其中，STR=交货期前所剩余时间剩余的加工时间（9）CR（关键比率）规则：关键比率最小的任务先执行。其中，关键比率是用交货日期减去当前日期的差值除以剩余的工作日数。（10）QR（排队比率）规则：排队比率最小的任务先执行。排队比率是用计划中剩余的松弛时间除以计划中剩余的排队时间， （11）LCFS（后到先服务）规则：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，操作员通常是先加工上面的工单。第三节第三节 制造业中生产作业排序的方法

13、制造业中生产作业排序的方法（一）单台设备的排序问题（一）单台设备的排序问题单台设备排序是指由一台设备（一个工作地或一个加工单位）完成n项加工任务，它实际上是n项任务的一个全排列问题，是最简单的排序问题。在单台设备上不论做何种安排，n项任务中最大流程时间总是一个定值。所以，作业计划的目标优化，通常使平均流程时间趋向于最小，或是最大延期量为零或最小。 （四）一般（四）一般nmPF max 问题的启发式算法问题的启发式算法第四节第四节 生产作业控制生产作业控制 一、生产作业控制概述一、生产作业控制概述生产作业控制，是指在执行生产计划和生产进度计划过程中，对生产运作全过程进行监督、检查、分析和调整等一

14、系列工作，以确保计划目标的实现。它是生产与运作管理的重要职能之一，是实现生产计划和生产作业计划的重要保证。生产作业控制既要保证生产过程协调地进行，又要保证以最少的人力和物力完成生产任务，所以它又是一种协调性和促进性的管理活动，是生产质量管理系统的一个重要组成部分。生产作业控制的目的是提高生产与运作管理的有效性，即通过生产作业控制，使企业的生产活动既可在严格的计划指导下进行，实现品种、质量、数量和时间进度的要求，又可按各种标准来消耗活劳动和物化劳动，以及减少资金占用。加速物资和资金的周转，实现成本目标，从而取得良好的经济效益。二、实行生产作业控制的原因和条件二、实行生产作业控制的原因和条件生产计

15、划和生产作业计划都是在生产活动发生之前制订的，尽管制订计划时充分考虑了现有的生产能力，但生产作业计划在实施过程中，由于种种原因，仍然会造成实施情况与计划要求偏离的情况。 （1）加工时间估计不准确。对于单件小批量生产类型，很多任务都是第一次碰到，很难将每道工序的加工时间估计得很精确。而加工时间是编制作业计划的依据，加工时间不准确，计划也就不准确，实施中就会出现偏离计划的情况。 （2）加工路线的多样性。调度人员在决定按哪种加工路线加工时，往往有多种加工路线可供选择，不同的加工路线会造成完工时间的偏离。（3）随机因素的影响。即使加工时间的估计是精确的，但很多随机因素的影响也会引起偏离计划的情况。如员

16、工的劳动态度和劳动技能的差别、人员缺勤、设备故障和原材料的差异等。这些都会造成实际进度与计划要求不一致。（4）企业环境的动态性。企业尽管制订了一个准确的计划，但第二天又来一个更有吸引力的新任务，或者关键岗位的员工跳槽，或者物资不能按时到达，或者停电停水等，这些都使得实际生产难以按计划进行。实施作业控制有三个条件：一是要有一个标准。标准就是生产计划和生产作业计划，没有标准就无法衡量实际情况是否发生偏离。二是要取得实际生产进度与计划偏离的信息。控制离不开信息，只有取得实际生产进度偏离计划的信息，才知道两者发生了不一致。计算机辅助生产管理信息系统能有效的提供实际生产与计划偏离的信息，通过生产作业统计

17、模块，每天都可以取得各个零部件的实际加工进度和每台机床负荷情况的信息。三是要能采取纠正偏差的行动。纠正偏差是通过生产调度来实行的。1单件小批生产单件小批生产单件小批生产是为顾客生产特定产品或提供特定服务的形式，因此，产品品种千差万别，零件种类繁多。每一种零件都有其特定的加工路线，整个物流没有什么主流。各种零件都在不同的机器前面排队等待加工，工件的生产提前期各不相同。各个工作地之间的联系不是固定的，有时为了加工某个特定的零件，两个工作地才发生联系，一旦该零件加工完成之后，也许再也不会发生什么联系了。这种复杂的情况使得没有任何一个人能够把握如此众多的零件机器加工情况。为此，需要设置专门的生产控制部

18、门来进行控制。工件的生产提前期可以分成以下5个部分：（1）移动时间。移动时间为上道工序加工完成后转送到本工序途中所需时间。这个时间取决于运输工具和运输距离，是相对稳定的。 （2）排队时间。由于本工序有很多工件等待加工，新到的工件都需排队等待一段时间才能加工。排队时间的变化最大，单个工件的排队时间是优先权的函数，所有工件的平均排队时间与计划调度的水平有关。 （3）调整准备时间。为加工本工件的调整准备所花的时间，它与技术和现场组织管理水平有关。（4）加工时间。加工时间是按设计和工艺加工要求，改变物料形态所花的时间。加工时间取决于所采用的加工技术和工人的熟练程度，它与计划调度方法无关。（5）等待运输

19、时间。加工完毕，等待转到下一道工序所花的时间，它与计划调度工作有关。对于单件小批生产，排队时间是主要的，它大约占工件加工提前期的80到95。排队时间越长，在制品库存就越多。如果能够控制排队时间，也就控制了工件在车间的停留时间。要控制排队时间，实际是控制排队长度的问题。因此，如何控制排队长度，是作业控制要解决的主要问题。2大批大量生产大批大量生产大批大量生产的产品是标准化的，通常采用流水线或自动线的组织方式生产。在流水线或自动线上，每个工件的加工顺序都是确定的，工件在加工过程中没有排队，没有派工问题，也没有优先权问题。因此，控制问题比较简单。主要通过改变工作班次，调整工作时间和工人数来控制产量。

20、但是，在组织混流生产时，由于产品型号、规格和花色的变化，也要加强计划性，使生产能够均衡的进行。四、生产作业控制的方法四、生产作业控制的方法随着MRP系统的出现，投入-产出控制方法和优先控制方法逐渐应用在企业的生产作业控制中。此外，作业控制的方法不断推陈出新，出现了漏斗模型控制和约束理论的控制方法。1投入投入-产出控制方法产出控制方法如果待加工的工件数量过多，就有可能在后面的生产中产生积压，造成生产的停滞；如果工件产出太多，对于下一道工序就要有相当长的等待时间，意味着生产周期的延长和生产资源的浪费，投入-产出控制方法的作用就在于控制在车间里排队等待加工件的数量，并由此控制工序生产周期。投入-产出

21、方法的实施可以保证整个生产过程的平稳进行，没有过多的积压和等待加工时间。投入-产出的着眼点在于生产工序的两头，对工序中投入量和产出量进行控制，主要内容包括：一方面，将实际投入的数量和计划应当投入的数量进行比较，控制投入某一工序的零部件数量；另一方面，比较实际产出与生产作业计划规定产出的数量，控制从某一工序流出的零件数量。采用这些措施的目的是及时修正由于延期或停顿产生的偏差，使新投入某一工序加工的零件数量不要过多地超过从该工序加工结束后待运出零件的数量。当然，对于不同的工序而言，投入的含义是不同的。投入产出可以控制第一个工序的投入，但是以后每个工序的“投入”其实就是上一道工序的产出，所以，投入实

22、际就是控制上一道工序输出量的大小。2优先控制方法优先控制方法MRP系统的主要功能是设置和更新各种零件在车间生产过程中订货期（完工要求），生产管理人员根据MRP提出的计划，安排零件在生产中的次序。当有若干种零部件需要同时经某一台机床进行加工时，就必须根据交货期信息确定有关零件的优先权，但是至今仍然没有适用于一般情况来确定优先权的算法，最常用的是临界比率法。临界比率法是零部件与计划交货期之间的间隔与零部件到完工时的间隔之比，根据临界比率可以确定哪些零件滞后于计划，哪些零件超前于计划，临界比率大于1，说明零件超前于计划要求的交货期；临界比率等于1，说明零件正好符合计划要求的交货期；临界比率小于l，说明零件滞后于计划要求。因此，临界比率越小，该批零件加工越紧迫，应该将生产资源优先安排在这批零件上。3“漏斗漏斗”模型模型“漏斗模型”（Funnel model）是德国汉诺威大学的贝特（Bechte）和温那多（Wiendall）等人提出的。所谓“漏斗”，是为了方便地研究生产系统而做出的一种形象化描述。一台机床、一个班组、一个车间乃至一个工厂，都可以看作是一个“漏斗”。作为“漏斗”的输入，可以是上道工序转来的加工任务，也可以是来自用户的订货；作为“漏斗”的输出，可以是某工序完成的加工任务，也可以是企业制成的产品。而“漏斗”中的液体，则表示累积的任务或在制品。液体的量则表示在制品量，如