第三篇生产系统的运行-(第九章)

1第三篇生产系统的运行第九章

制造业作业计划§9.1生产作业计划概述§9.2排序问题的基本概念§9.3流水作业排序问题§9.4单件作业排序问题§9.5生产作业控制2§9.1生产作业计划概述1、生产作业计划的内容生产作业计划工作由作业计划编制与作业计划控制两部分组成。主要任务是将主生产计划或MRP中的零部件投入出产计划细化，详细规定了各车间、工段、班组以至每个工作地在较短时间内（月、旬、周、日、轮班、小时）的生产运作任务。作业计划编制：包括制定期量标准、开展生产运作能力核算与平衡、编制各种形式的生产作业计划等。32、生产作业计划的期量标准期量标准，是对劳动对象在生产运作过程中的运动所规定的时间和数量的标准，是生产作业计划工作的重要依据。期量标准按每种产品分别制定。如成批生产运作的主要期量标准包括：批量、生产运作间隔期、生产运作周期、生产运作提前期。4(1)批量和生产间隔期按批量组织生产是成批生产企业的重要特征。批量大，生产组织的轮番次数就越少，生产过程相对稳定，产品品种更换次数相应减少。然而批量大，每批产品的生产周期比较长，生产中占用的生产面积、仓库面积增加等。因此，必须用科学的方法来确定生产批量。生产间隔期又称生产运作重复期，是指相邻两批相同制品投入或出产的时间间隔。(2)生产提前期生产提前期是指产品（毛坯、零件）在各生产环节出产（或投入）的时间，比成品出产时间所要提前的时间量。生产提前期的制定分为：①前后车间生产批量相等情况下提前期的制定；②前后工序车间生产批量不等时生产提前期的制定。5(3)生产运作周期毛坯加工周期装配投入提前期保险期机械加工周期保险期装配周期毛坯加工投入提前期毛坯加工出产提前期机械加工投入提前期产品生命周期图：生产周期与生产提前期的关系6§9.2 排序问题的基本概念1、编制作业计划要解决的问题编制作业计划的实质是要将资源分配给不同的任务，按照既定的优化目标，确定各种资源利用的时间问题。各车间要将车间的生产任务变成各个班组、各个工作地和各个工人的任务，才算落到实处。将任务安排到工作地，由于每台机器都可能被分配多项任务，受到加工路线的约束，就带来了零件在机器上加工的顺序问题。7作业排序（sequencing）的目标作业排序解决各个生产层次中生产任务的加工顺序问题，既包括生产任务投入的先后顺序，还包括在同一设备上不同工件的加工顺序。满足交货日期的需要降低在制品库存，加快资金流动缩短提前期降低机器设备的准备时间和准备成本82、有关的名词术语排序(Sequencing)：确定零件在机器上的加工顺序。就是将不同的工作任务安排一个执行的顺序，使预定的目标最优化。编制作业计划或日程安排(Scheduling)：加工制造发生之前的活动（火车时刻表）。包括确定加工顺序、加工任务的分配和加工每个零件的开始和完成时间。9“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”是加工制造发生之前的活动。派工(Dispatching)：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。赶工(Expediting)：在实际进度已落后于计划进度时采取的行动。控制（Controlling）10“机器”，表示“服务者”。可以是工厂里的各种机床，或是维修工人；可以是轮船要停靠的码头，或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”。可以是单个零件，也可以是一批相同的零件。“加工路线”是零件加工的工艺过程决定的，它是零件加工在技术上的约束。“加工顺序”则表示每台机器加工n个零件的先后11排序中的约束条件，主要指的是工件的性质以及它们在加工过程中的要求和限制。加工时间：一个工件的加工时间表示为：

n个工件的加工时间则用矩阵来表示：其中，pij是工件Jj在机i上所需要的加工时间。12到达时间(Arrivaltime)或就绪时间(Readytime):工件已经准备好马上被加工的时间。工件工期(Duedate)或截止期限(Deadline)：是对工件限定的完工时间，如果不能按时完工，则会受到一定的惩罚。绝不许延误的完工时间为截止期限。工件权重（weight），工件的重要程度。流程时间，是指工件从到达系统开始一直到加工完为止的时间，包括在系统中的等待时间和加工时间。133、假设条件与符号说明假设条件一个工件不能同时在几台不同的机器上面加工工件在加工过程中采取平行移动的方式不允许中断每道工序只在一台机器上面完成工件数,机器数和加工时间已知,加工时间与加工顺序无关每台机器同时只能加工一个工件符号说明（P316）144、排序问题的分类（1）制造业和服务业中两种基本形式的排序劳动力排序：主要是确定人员何时工作；生产作业排序：将不同的工件安排在不同的设备上。（2）生产作业排序的分类按设备数量分类单件车间排序问题(job-shop):加工路线不同流水车间排序问题(flow-shop):所有工件的加工路线相同。单台设备排序问题多台设备排序问题15按工件到达车间的情况分类按目标函数的性质分类按目标不同可划分为不同的排序问题：如使平均流程时间最短的排序、使总流程时间最短的排序、使平均误期时间最短的排序、使最大平均误期时间最短的排序等。静态排序动态排序确定性动态排序随机性动态排序单目标排序多目标排序16（3）影响生产作业排序的因素生产任务的到达方式车间中的设备种类和数量车间中的人员数量：当特定的生产操作人员数量少于设备数量时，尤其是服务系统，生产操作人员成为排序时必须考虑的关键资源。生产任务在车间的流动模式：分流水车间（定流车间）、单件车间（随机路线车间）、混合式加工车间。静态到达（成批到达）：生产计划人员将一段时间内的订单汇总，一起安排生产作业计划。动态到达：在一段时间内按某种统计分布规律到达，即生产随到随安排。175、排序问题的表示法参数表示法n/m/A/Bn工件数，m机器数，A车间类型；F——流水作业排序，所有工件的工艺过程均相同P——流水作业排列（同序列）排序，指所有工件的工艺过程均相同，且在每台设备上所有工件的投产顺序也必须相同;G——一般单件作业排序时间，非流水型排序；当m＝1，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。B为目标函数;186、作业计划的评价标准任务完成的程度设备利用的程度达到企业整体目标的程度由于可操作性，评价作业计划的常用指标有：总流程时间Fmin最短平均流程时间（指一批工件实际生产周期或加工周期的平均值）最短平均延迟最逗最大延迟Lmax或最大误期Tmax

最短平均在制品占用量最小总调整时间最小除了上述标准之外，还有延期罚款最小、生产费用最小、总利润最大、设备利用率最大等。19§9.3流水作业排序问题流水线是流水车间(Flowshop)典型的代表，每个零件的加工路线都一致。只要加工路线一致(工件流向一致)：M1,M2,

M3,……,Mm,不要求每个零件都经过每台机器加工。通常，在路线一致的情况下，工件在不同机器上的加工顺序不完全相同。在这里，我们讨论流水作业排序的一个特例——排列排序问题，即所有工件在各台机器上的加工顺序一致。20流水作业排序问题——工件加工路线相同6个零件以相同的顺序经过4台机床每个零件在每台机床上面的加工时间可以不一样1234211、最长流程时间Fmax的计算n/m/p/Fmax问题，目标函数Fmax最短；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时为止所经过的时间假设：所有工件的到达时间都为零22序号为1的工件在序号为1的机器上面的加工时间为423工件代号i615243Pi1

Pi2

Pi3

Pi4

按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵24工件代号i615243Pi12Pi25Pi35Pi41按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵25工件代号i615243Pi124Pi254Pi355Pi414按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵26工件代号i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵27工件代号i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi41432342按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵28工件代号i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi41432342610121316按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵29工件代号i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵30工件代号i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵31工件代号i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213117+4=11按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵32工件代号i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213111712+5=17按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵33工件代号i615243Pi1244213Pi2544576Pi3555857Pi4143234261012131671213111721152225203032273538334246按顺序S=(6,1,5,2,4,3)列出加工时间矩阵34已知加工时间矩阵，求Fmax

。顺序S=(1,4,6,3,5,2)课堂练习35工件代号i146352Pi1453486Pi2391375Pi3768259Pi4563924491216243071819223136142432343948193035444652362、两台机器排序问题的最优算法约翰森法则如果Min(ai,bj)<Min(aj,bi),则工件i应该排在工件j之前。约翰森算法(1)从加工时间矩阵中找出最短加工时间；(2)若最短加工时间出现在机器M1上，则对应工件应该尽可能往前排；若最短加工时间出现在机器M2上，则对应工件应该尽可能往后排。(3)然后从加工时间矩阵中划去已排序工件的加工时间。若最短加工时间有多个，则任挑一个。(4)若所有工件都已排序，则停止。否则，转步骤(1)。37举例工件号123456ai518534bi722474将工件2排在第1位

2将工件3排在第6位

2

3将工件5排在第2位

2

5

3将工件6排在第3位

2

5

6

3将工件4排在第5位

2

5

6

4

3将工件1排在第4位

2

5

6

1

4

3最优加工顺序为S=(2,5,6,1,4,3),Fmax=2838工件最优顺序：256143

1345582747424

8

13

18

2631115222628aibi

最优顺序下的加工周期为2839Johnson算法的改进(1)将所有ai≤

bi的工件按ai值不减的顺序排成一个序列A；(2)将ai＞bi的工件按bi值不增的顺序排成一个序列B；(3)将A放到B之前，就构成了一个最优加工顺序。40举例工件号123456ai518534bi722474A={2561}B={43}S={256143}序列A为(2,5,6,1),序列B为(4,3),构成最优顺序为(2,5,6,1,4,3)，与Johnson算法结果一致。41课后习题1i12345678ai971082154bi6231587442课后习题1i12345678ai971082154bi62315874S=64523871S=6452387143

最优顺序：65871324

124591078854763213

7

12

21

313846914182531344047aibi

最优顺序下的加工周期为47S=6452387144

125941078857643213

8

17

21

313846914212731344047aibiS=64523871

最优顺序：65718324

最优顺序下的加工周期为47453、多台机器排序问题的启发式算法Palmer算法该算法先定义工件的斜度指标，然后将各工件按其斜度指标不增进行排序。46举例工件i1234Pi12163Pi24829Pi3548211131614所求顺序：（2,1,3,4）或（1,2,3,4）47关键工件法(1)计算每个工件的总加工时间，将加工时间最长的工件作为关键工件C；(2)对于余下的工件，若pi1≤pim则按pi1不减的顺序排成一个序列Sa

,若pi1>pim

则按pim不增的顺序排成一个序列Sb;(3)顺序（Sa,C,Sb）即为所求顺序。48举例工件i1234Pi12163Pi24829Pi3548211131614CSa(2,1)Sb(4)所求顺序：（2,1,3,4）49CDS算法把Johnson算法用于一般的n/m/P/Fmax问题，得到(ｍ－1)个加工顺序，取其中优者。504、相同零件不同移动方式下加工周期的计算当n个零件相同，则无排序问题。但不同移动方式下的加工周期不同三种典型的移动方式顺序移动方式：一批零件全部加工完成后，整批移动到下道工序加工平行移动方式：单个零件加工完成后，立即移动到下道工序加工平行顺序移动方式：两者混合51（1）顺序移动方式顺序移动方式是指把一批零件在前一道工序全部加工完毕后，再整批地转到下一道工序进行加工；在这种方式下，整批零件的加工周期为：式中：n－该批零件数量；m－工序数；ti－第i道工序的单件加工时间。52

加工周期时间工序1234顺序移动方式优点：运输次数少、设备利用充分、管理简单缺点：加工周期长53适用条件：批量不大，单件加工时间较短、生产单位按工艺专业化组成。例如已知某零件加工需经4道工序，单件加工时间分别为10分、5分、15分和5分，批量为4件，求整批零件的加工周期。T顺＝4×（10＋5＋15＋10）=16010515工序4工序3工序2工序1204060801001201401601054（2）平行移动方式平行移动是指一批零件中的每个零件在上道工序加工完毕后，立即转到下一道工序进行加工。T010203040平行移动方式工序55优点：一批零件同时在不同工序上平行进行加工，加工周期短，在制品占用量少；缺点是运输次数多，当前后工序时间不相等时，存在设中断和制品等待的情况。平行移动方式下，整批零件的加工周期为式中，t长－各加工工序中最长的单件工序时间。例如：T平=（10＋5＋15＋10）＋（4－1）×15

＝40＋45＝8556（3）平行顺序移动方式平行顺序移动是把平行移动方式和顺序移动方式结合起来运用，吸收其长处，避开其短处，但组织和计划工作比较复杂。T010203040工序57特点：当一批零件在前道工序尚未全部加工完毕时，就将其中部分已经完成的零件转到下道工序进行加工。往下道工序转移的提前时间，以能维持下道工序对该批零件的连续加工为准。其生产周期在以上两种方式之间，计算公式为：其中，——相邻两工序中工时较短的工序单件工时例如：T平顺=160－（4－1）×（5＋5＋10）＝100min58为了达到这一要求，要按以下规则运送零件：①当前道工序的加工时间小于或等于后道工序的加工时间时（t前≤t后），加工完毕的每一个零件应及时转入后道工序加工，即按平行移动方式。②当前道工序的加工时间大于后道工序的加工时间时（t前＞t后），只有在前道工序完工的零件数量足以保证后道工序连续加工时，才将前道工序完工的零件转入后道工序，即后道工序的结束时间比前道工序的结束时间差一个单位的工序时间。59课后习题3（P322）已知：n=4m=5t1=10t2=4t3=8t4=12t5=6求：T顺、T平、T平顺60[解]T顺==4*(10+4+8+12+6)=160T平=T平顺==(10+4+8+12+6)+3*12=76=160-3*(4+4+8+6)=9461§9.4单件作业排序问题1、问题的描述每个工件都有独特的加工路线描述单件作业中的一道工序，需要：i－－工件号j－－工序号k－－完成工件i的第j道工序的机器代号用（i，j，k）表示工件i的第j道工序在机器k上被加工；62D=1,1,11,2,31,3,22,1,32,2,12,3,2T=241345工件的加工采用加工描述矩阵D和加工时间矩阵T描述632、一般n/m/G/Fmax问题的启发式算法(1)几种作业计划半能动作业计划：各工序都按最早可能开/完工时间安排的作业计划。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作业计划。无延迟作业计划：没有任何延迟出现的能动作业计划。(2)一些符号说明每安排一道工序称为一“步”{St}--t步之前的已排序工序构成的部分作业计划；{Ot}--第t步可排序的工序集合；Tk为{Ot}中工序Ok的最早可能开工时间；T’k为{Ot}中工序Ok的最早可能完工时间。64(3)能动作业计划的构成步骤①设t=1,{S1}为空集,{O1}为各工件第一道工序的集合.②求T*=min{T’k},并求出T*所出现的机器M*.如果M*有多台，则任选一台。③从{Ot}中选出满足以下两个条件的工序Oj;需要M*加工,且Tj<T*.④将选定的工序Oj放入{St},从{Ot}中消去Oj,并将Oj的紧后工序放入{Ot},使t=t+1.⑤若还有未安排的工序,转步骤(2),否则停止.65能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,32345666能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,30023456最早可能的开工时间67能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,3002323456最早可能的完工时间68能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,3002322345669能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M12345670能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,12345671能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,3345672能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,3345673能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,13345674能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,15675能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,173877M12,2,15676能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,173877M12,2,151,3,22,3,2677能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M11,2,341,3,22,2,173877M12,2,151,3,22,3,2778128M21,3,2678能动作业计划的构成t{Ot}TkT`kT*M*Oj11,1,12,1,300232M11,1,121,2,32,1,320633M32,1,331,2,32,2,133777M3M1