生产计划与生产管理作業排程.ppt

1、第七章作業排程,前言 作業排程的基本概念 作業排程的特徵與限制 單機排程問題 平行機台排程問題 流線型生產之排程問題 零工型生產之排程問題 前推與後推排程問題 人員排程問題 結語,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-3,前言,半導體製造工廠,汽車組裝生產線,汽車租賃保留(reservation)系統,醫院中的護士排班問題,系統安裝設置(installation)專案,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-4,作業排程的基本概念,排程是一種資源分配的決策活動。作業排程(Operations Scheduling)為廣義排程中的一種，若在製造業中特別是指製造現場機台與工件

2、間的安排，以下簡稱排程。 在一般工廠內常見的排程問題中，處理步驟主要可分為兩部份。,決定各工作站的工作負荷(work loading),決定工作之處理順序(sequencing),生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-5,作業排程的基本概念 1/2,將各項工作分配至各工作站，它決定各工作站該負責之工作，讓管理者將製令單安排至各工作站，同時兼顧各工作站間目前的產能負荷情況以及生產線平衡問題，但並未排定各工作站內的工作次序。,又稱派工(Dispatching)，透過派工法則來決定線上執行順序。排程可定義成一種短期計畫，此計畫關係著製造現場的製令單或擬作業之工作的作業順序和時間配置，此定

3、義說明排程是一序列的排序步驟。,負荷安排,工作的處理優先順序,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-6,作業排程的基本概念 2/2,因此，所有工作的作業先後順序、先天的技術限制、各個作業的估計時間和各個作業所需之資源產能等，都是構建細部排程時需要考慮的因素。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-7,作業排程的特徵與限制,製造現場生產結構(Shop Structure),評估準則(Performance Criteria),產品結構(Product Structure),工作中心之產能(Work Center Capacities),生產計畫與管理 Chapter 7

4、作業排程,7-8,單機(single machine)排程問題,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-9,排程之基本評估指標 1/2,作業流程時間(Flowtime)：工作在系統中停留之時間。,延誤時間(Lateness)：工作i完工時間與交期之差異。,總完工時間(Makespan)：所有工作處理完成之完工時間。,延遲時間(Tardiness)：工作i完工時間超出交期的時間。,延遲作業數目(Number of tardy jobs)：,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-10,排程之基本評估指標 2/2,平均流程時間(Average flowtime)：,平均延誤時間

5、(Average lateness)：,平均延遲時間(Average tardiness)：,最大延誤時間(Maximum lateness)：,最大延遲時間(Maximum tardiness)：,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-11,單機(single machine)排程問題,n 件獨立工作以何順序分派至一部機台上作業，以使某一績效評估指標最佳。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-12,當n個作業要排至單一機台上時，利用SPT (Shortest Process Time) 法則排序可使得平均流程時間最小化，也就是。,最短作業時間(SPT)法則最小化平均

6、流程時間(),生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-13,範例 7.1 1/3,給予一組工作集如表 7.6，目標為最小化平均流程時間。,表 7.6 工作作業時間表,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-14,範例 7.1 2/3,依SPT派工法則排序，順序為4-1-8-7-3-2-5-6。其流程時間計算和表7.7所示。,表 7.7 流程時間計算表,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-15,範例 7.1 3/3,所以平均流程時間 由上例及圖7.3觀察，工作流程時間的計算方式為 除了最小化平均流程時間以外，在單機排程問題中SPT法則亦可以最小化平均延誤時間、最

7、小化平均等候時間。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-16,加權最短作業時間法則 (WSPT)最小化加權平均流程時間,當工作附有重要性之屬性時，排程人員可給予個別之權重，權重值愈大表示重要性愈大。 WSPT法則即是將作業時間除以權重，所得之值愈小者表示為愈重要之工作，而將它排至順序的第一位，依此類推。加權平均流程時間的計算方式為,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-17,最短作業時間 (SPT) 法則最小化平均延誤時間 (),單機排程問題之目標若為最小化平均延誤時間，SPT法則排序可得最佳解，即,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-18,最早交期法則

8、 (EDD Rule)最小化最大延誤時間 (Lmax),1955年Jackson提出EDD (Early Due Date) 派工法則，其應用在最小化最大延誤時間和最大延遲時間，但是會有增加延遲工作數目和增加平均延遲時間的傾向。 EDD法則排序為交期愈早者排至愈前面，即,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-19,Hodgson法則：求NT最小，即最小化延遲工件數目,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-20,平行機台(parallel machine)排程問題 1/2,傳統平行機台排程問題就是將n個工作如何安排至m部平行機台的問題。,生產計畫與管理 Chapter 7

9、 作業排程,7-21,平行機台(parallel machine)排程問題 2/2,一般平行機台主要可分為二種：,Unrelated parallel machine (無關聯平行機台)： 各機台的加工速度皆不同，且以同一機台來說， 不同的工件也會有不同的加工速度。,Identical parallel machine (等效平行機台)： 所有的機台對於某一個工件的加工速度均相同。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-22,最小化平均流程時間,範例 7.6 Step1:SPT法則 : 6,10,3,7,9,1,8,2,5,4 Step2:依序將工作指派至最早閒置之機台,生產計畫與

10、管理 Chapter 7 作業排程,7-23,降低總完工時間,範例 7.7 Step1:LPT法則 : 4,5,2,1,8,9,3,7,6,10 Step2:依序將工作指派至最早閒置之機台 Step3:依SPT法則排序機台上工作,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-24,降低最大延遲時間,Step1:EDD法則 : 6,10,1,7,2,8,5,4,3,9 Step2:依序將工作指派至最早閒置之機台,作業時間,交期,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-25,降低延遲工件數目,在探討單機排程時，我們發現Hodgson方法可使延遲件數最小，現在依此方法應用到平行機台排程

11、上。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-26,流線型生產之排程問題 1/3,如何決定n件工作進入系統的處理順序： m部序列機台(m-1機台排在m機台前)，每件工作都必須依序通過此m部機台，當某工作在一機台之作業完成後，便依序到下一機台等待處理。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-27,流線型生產之排程問題 2/3,強生法則(Johnsons rule)兩部序列機台最小化總完工時間。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-28,流線型生產之排程問題 3/3,兩部序列機台最小化總完工時間：Johnsons rule 結果 : , , , , ,1,4,2

12、,5,3,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-29,流線型生產之排程問題範例7.10 1/3,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-30,流線型生產之排程問題範例7.10 2/3,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-31,流線型生產之排程問題範例7.10 1/3,最後之順序為3-1-6-9-5-4-7-10-8-2,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-32,零工型生產之排程問題,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-33,零工型生產排程問題,零工型生產系統的派工法則 : 隨機法則, FCFS, EDD, SPT, LSF, LW

13、R,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-34,零工型生產排程問題,一般而言，有限產能排程問題主要可分成下列幾種：,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-35,派工法則 1/2,幾種常用的派工法則：,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-36,派工法則 2/2,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-37,範例 7-11以製令為主的排程方法 1/3,以EDD法則來決定製令的加工優先順序,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-38,範例 7-11以製令為主的排程方法 2/3,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-39,範例 7

14、-11以製令為主的排程方法 3/3,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-40,範例 7.12 (EDD)以工作中心為主的排程方法 1/8,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-41,範例 7.12 (EDD)以工作中心為主的排程方法 2/8,若以T來表示時間軸。當T=0時，此時機台A，B，C均空閒。當開始著手於A機台的排程時，我們所面對的抉擇是製令1或製令2，何者排在最前？假設依據EDD派工法則來進行模擬過程，如表分別針對機台A，B，C選定該上機之製令。,註：Di 表示製令i 的交期，其中 i=1,2,6.,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-42,範例

15、 7.12 派工法則：EDD 3/8,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-43,範例 7.12 派工法則：SPT 4/8,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-44,範例 7.12 派工法則：FCFS 5/8,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-45,範例 7.12 派工法則：LSF 6/8,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-46,範例 7.12 派工法則：LWR 7/8,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-47,範例 7.12 不同派工法則的績效表現 8/8,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-48,前推(F

16、orward)與後推(Backward)排程,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-49,結論,排程問題存在於各行各業及日常生活中。 製造系統種類極多，且在新的製造技術和製造管理觀念持續發展下，隨時產生新的排程問題 。 真實製造系統的排程問題其複雜度和困難度均相當高。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-50,Q & A,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-52,第八章限制理論,最佳化生產技術的哲學 限制理論 限制驅導式排程方法 限制驅導式排程範例 緩衝區管理,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-53,前言 1/2,1980年代，Eliya

17、hu Goldratt博士發展出另一套系統-最佳化生產技術(Optimized Production Technology, OPT)，在學術上常將此技術以限制理論(Theory of Constraint, TOC)稱之。 該系統主要是透過生產加工過程，並考慮所有的限制因素來規劃排程。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-54,前言 2/2,和JIT不同的是，TOC強調適用於複雜的零工式生產的工廠，其主要是藉由產能的分析，找出整個製程的瓶頸，而瓶頸的產能決定了整個生產流程的產能。 TOC的基本原理就是藉由對瓶頸的控制與管理，來達成增加產出、降低庫存及作業費用的目標。,生產計畫與

18、管理 Chapter 7 作業排程,7-55,最佳化生產技術的哲學 1/3,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-56,最佳化生產技術的哲學 2/3,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-57,最佳化生產技術的哲學 3/3,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-58,OPT基本原則 1/2,生產要平衡的焦點不是負荷(Load)，也不是產能(Capacity)，而是平衡流量(Flow)。 瓶頸資源一小時的損失就是整個系統一小時的損失。 非瓶頸資源一小時的節省只是一種假象。 非瓶頸資源的利用程度不是由自己決定，而是由系統之瓶頸資源決定。 瓶頸資源決定整個系統的產

19、出和存貨。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-59,OPT基本原則 2/2,移轉批量不必或不應該等於生產批量。 資源的使用率或稼動率(Utilization)和活化性(Activation)是不同的。活化性強調的是有需求時的可動率。 排程必須同時考慮優序與產能之限制，兩者無先後順序之分。 生產批量是可變動的而非固定的。 局部最佳的總和並不等於整體之最佳。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-60,限制理論 1/2,限制理論(TOC)為E. M. Goldratt博士在1986年所創立。 TOC是一種用來管理組織的直覺架構(Intuitive Framework)

20、所謂限制即是阻礙系統或組織達成最高績效(與目標有關)的事物；任一組織或系統都至少存在著一個或一個以上的限制 。 主要限制有：市場需求限制、物料限制、產能限制、後勤限制、管理限制與行為限制六類。管理組織首重“限制”的管理。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-61,限制理論 2/2,Goldratt對產出、存貨/資產以及作業費用之定義：,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-62,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-63,限制理論(TOC),限制理論的管理重心即放在組織最弱的環(Weakest link)上，這是由於最弱的環決定了整條鍊的強度(績效)，而整

21、條鍊(組織)中最弱環的數目是有限的，在現實系統中之績效往往受限於這些最弱的環(限制)中。 解決實體限制(Physical Constraints)問題 解決政策限制(Policy Constraints)問題,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-64,解決實體限制問題 1/2,確認系統或組織之限制所在 (Identify the systems constraints) 決定如何善用限制(Decide how to Exploit the systems constraints) 盡全力配合步驟2所做的決定(Subordinate everything else to the a

22、bove decision) 提昇限制(Elevate the systems constraints) 假如限制在步驟4被提昇，回到步驟1，不要讓惰性(Inertia)變成你的限制,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-65,解決政策限制問題 2/2,什麼需要改變(What to change)？透過確認組織限制之所在來定義真正核心問題或關鍵之所在 要改變成什麼(What to change to)？透過強化/改善組織之限制來尋找組織未來成長之空間及方向 如何產生變動(How to create change)？透過克服組織從現況轉移至未來的阻力而達成變動管理之效果,生產計畫與管

23、理 Chapter 7 作業排程,7-66,限制驅導式(DBR)排程方法 1/2,DBR為根據TOC理論所發展出來的一種排程技術，主要應用確認(identify)，善用(exploit)與配合(subordinate)等三個步驟，來解決內部資源限制的問題。 DBR的精神主要強調：針對系統限制資源設定一細部排程，稱之為Drum,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-67,限制驅導式(DBR)排程方法 2/2,為確保Drum排程之可行性，也就是不因上游加工作業供料不及的影響而無法遵守Drum的生產排程，便須在Drum前設定一資源暫存區(Buffer)，並根據為匯集此資源暫存區之預定加工

24、量所需的時間長度，推得原物料必須投料的排程時間(Rope)。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-68,DBR基本概念,原物料,成品,Rope,Drum,出 貨 排 程,資源緩衝區 (Resource Buffer),出貨緩衝區 (Shipping Buffer),生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-69,限制驅導式排程方法執行步驟,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-70,確認系統限制或瓶頸所在(identify),接者考慮資源的生產負荷與最大可用產能，若有任何資源的總生產負荷大於其最大的可用產能，則此資源即為“瓶頸”(Bottleneck)，其中產

25、能缺乏最多的資源即為產能限制資源(CCR)。,先決定生產排程幅度(一般由管理者決定)及排程幅度內的訂單,依所有訂單交期日落於排程幅度，加一出貨緩衝區之時間長度內之訂單，與相關的生產資料(包括物料清單、庫存、在製品等)來計算每個資源的總負荷。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-71,設計瓶頸的生產節奏(Drum) 1/6,根據各訂單需求量，透過產品結構、製造途程、在製品數量等資料，得出各訂單在限制資源上的淨需求量與所需的加工時間區塊。,依訂單交期日的要求，在不考慮產能限制的情況下，安排限制資源的理想排程，命名為廢墟(Ruins)，如圖8.4。,找出理想排程,根據指定的交期，將訂單

26、交期日減去出貨緩衝區的時間長度，得出在限制資源作業上的預定完工時間。再依此做後推排程，排入的方法為由下往上排入時間軸中，當下層有空間時，盡量往下排放，否則往上找到可放置的空間後放入。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-72,設計瓶頸的生產節奏(Drum) 2/6,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-73,設計瓶頸的生產節奏(Drum) 3/6,必須藉由剷平廢墟(Level the Ruins)來解決這個問題。作法為根據廢墟中，上層超過限制資源數之加工作業，依預定完工時間最晚者依次往下層排放。,因廢墟並未考慮資源產能限制，所以可能出現某一時間點，安排的加工作業數超過

27、限制資源數的不合理現象。,將理想排程合理化(Drum的產生),在往下層排放的過程中，需保持各加工區塊在排完後之完工時間，不可比在廢墟中之預定完工時間晚，否則可能造成交期延誤的情形。而排放的位置選擇離其預定完工時間最近且機器閒置的位置。如下圖之例。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-74,設計瓶頸的生產節奏(Drum) 4/6,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-75,設計瓶頸的生產節奏(Drum) 5/6,Drum排程中，安排之加工作業時間區塊落在排程幅度起點前：解決方法是將這些加工作業時間區塊再推往右邊且其後的所有加工區塊也需順延，使所有加工作業時間在排程幅度起

28、始點之後，如下圖所示。,依前述方法所得之Drum，雖能符合限制資源產能限制，但仍有不合理之處，需再針對下述可能情況作妥善處理。,Drum之合理化(CCR的最佳利用排程),Drum排程中訂單延誤的解決，其方法有重排(Reschedule)、減少整備(Setup Time)的時間、加班(Overtime)、分散負荷(Off-Load)與延期等等方法。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-76,設計瓶頸的生產節奏(Drum) 6/6,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-77,決定投料節奏(subordinate),依照上述CCR的最佳利用排程來規劃投料節奏，即將在CCR上

29、的預計開始時間減去資源緩衝區的時間長度即可得，絕不可因工作站沒工作而投料，如下圖所示。注意資源緩衝區的時間長度仍為一項經驗假設。,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-78,範例 8.3情境描述,某工廠生產甲、乙、丙三種產品，其一週後市場需求(或訂單量)分別為40，50，40個，售價分別為$180，$240，$180。工廠現有機器如下：,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-79,產品加工途程 1/2,生產計畫與管理 Chapter 7 作業排程,7-80,產品加工途程 2/2,工廠每週工作五天，每天有八個小時(共2400分鐘)。其他相關條件： 機器的故障率為零。 三種產品的交期均為一週後，即第40個小時後。 移轉批量為1件。 不考慮機器的整備及搬運成本。 每週固定成本為11,000元。 限制資源的產出可視為系統的產出。 無不良率的情形發生。 若給您一週的時間，您將如何生產以賺最多錢(假設目前擁有10,000元現金)？,生產計畫