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1、第十讲 制造业生产作业计划ECJTUNIVERSITY2工业工程教研室制造企业车间作业计划的必要性n MRP确定各车间的零部件投入出产计划，将全厂性的产品出产计划变成了各车间的生产任务;n 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;n 将任务安排到工作地，牵涉到任务分配和作业排序问题.3工业工程教研室MRP/ERP的”硬伤”n MRP 算法假定提前期是已知的固定值；n 系统要求固定的工艺路线；n 仅仅根据交付周期或日期来安排生产的优先次序；n 所有工作都是在假定无限能力的前提下进行；n 重复计划过程花费相当多的时间，而相关计划的更改十分困难。这些问题直接导
2、致计划的困难性，因为现实中很多情况下提前期不能固定，工艺路线在离散制造中也不能固定，往往工作中心不是无限能力的，所以MRP 在解决这方面问题时脆弱无比，4工业工程教研室编制作业计划要解决的问题n 编制作业计划实质上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。n 由于每台机器都可能被分配了多项任务，而这些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。5工业工程教研室6工业工程教研室有关名次术语n“机器”，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。一句话，表示“服务者”n
3、“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n“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 n“加工顺序”则表示每台机器加工n个零件的先后顺序，是排序和编制作业计划要解决的问题7工业工程教研室排序问题的分类 对于多台及其的排序问题，按照工件加工路线的特征，可以分为单件作业排序和流水作业排序问题：n 单件作业排序：工件的加工路线不同；n 流水作业排序：所有工件的加工路线完全相同；8工业工程教研室排序问题的表示方法 n/m/A/B 其中,n 零件数；m 机器数；A 作业类型；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
4、列排序问题（所有工件在各台机器上的加工顺序相同）。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 B目标函数，通常是使其值最小。9工业工程教研室10工业工程教研室最长流程时间Fmax的计算n 最长流程时间又称作加工周期6/4/p/Fmax问题，当按顺序S(6,1,5,2,4,3)加工时，求Fmax.11工业工程教研室n/2/F/Fmax问题的最优算法Johnson算法：从加工时间矩阵中找出最短的加工时间。若最短的加工时间出现在M1上，则对应的零件尽可能往前排；若最短加工时间出现在M2上，则对应零件尽可能往后排。然后，从加工时间矩阵中划去已排序零件的加工时间。若最短加工时间有多个
5、，则任挑一个；若所有零件都已排序，停止。否则，转步骤。12工业工程教研室13工业工程教研室求一般n/m/P/Fmax问题近优解(Near optimal solution)的启发式算法 n Palmer法n CDS法14工业工程教研室15工业工程教研室相同零件不同移动方式下加工周期的计算n 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n 三种典型的移动方式n 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n 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n 平行顺序移动方式：两者混合16工业工程教研室顺序移动方式 设零件批量为n（件），工序数目为m，一批
6、零件不计算工序间运输时间，只考虑加工时间，设其加工的周期为T（分钟），零件在i道工序的单件工时为ti（分钟/件），i=1.2n.则该批零件的加工周期为：17工业工程教研室18工业工程教研室平行顺序移动方式1.当ti=ti+1,以i 工序的最后一个零件完工的时间为基准，往前推移(n-1)*ti+1作为零件在i+1 工序开始加工的时间。19工业工程教研室零件的三种移动方式比较比较项目 平行移动 平行顺序移动 顺序移动生产周期 短 中 长运输次数 多 中 少设备利用 差 好 好组织管理 中 复杂 简单20工业工程教研室21工业工程教研室22工业工程教研室单件作业排序问题 单件作业排序问题的特点 n
7、每一个工件都有各自的加工路线，工件没有一定的流向。n 区别：流水作业中工件的加工路线一致，工件的第K道工序永远在MK上加工，工序编号和机器编号不一致23工业工程教研室24工业工程教研室更为复杂的加工矩阵和加工时间矩阵m1m2m3m4m5m1m3m5m4m2m3m4m2m5m1m4m3m1m5m2m2m4m3m5m105:22 08:22 05:00 11:22 2:2101:20 02:21 08:22 05:12 05:4203:00 09:30 09:00 07:10 08:4205:12 08:23 05:10 03:10 09:3007:20 09:20 05:22 08:50 09:
8、4025工业工程教研室m1m2m3m4m5m1m3m5m4m2m3m4m2m5m1m4m3m1m5m2m2m4m3m5m105:22 08:22 05:00 11:22 2:2101:20 02:21 08:22 05:12 05:4203:00 09:30 09:00 07:10 08:4205:12 08:23 05:10 03:10 09:3007:20 09:20 05:22 08:50 09:40JM=TT=26工业工程教研室一般n/m/G/Fmax问题的算法n 半能动作业计划：各工序按照最早可能开（完）工时间安排的作业计划n 能动作业计划：任何一台机器的每段空余时间都不足于加工一道
9、 可加工工序的半能动作业计划。n 无延迟作业计划：没有出现任何延迟（有工件等待加工时，机器出现空闲）的能动作业计划27工业工程教研室28工业工程教研室能力作业计划的构成步骤 设t1，S1为空集，O1为各工件第一道工序的集合。求T*minTk，并求出T*出现的机器M*。如果M*有多台，则任选一台（能够最早完工的机器先完成加工任务）。从Ot中挑出满足以下两个条件的工序Oj：需要机器M*加工，且TjT*。将确定的工序Oj放入St，从 Ot 中消去Oj，并将Oj的紧后工序放入 Ot，使tt1。若还有未安排的工序，转步骤；否则，停止。29工业工程教研室机 器 M1 1，1，1 2，2，1 2 3 7 M
10、2 1.3.2 2.3.2 M3 2.1.3 1.2.3 3 7 0 时间 能力作业计划 t O t T k T k T*M*O j 1 1.1.1 2.1.3 0 0 2 3 2 M 1 1.1.1 2 1.2.3 2.1.3 2 0 6 3 3 M 3 2.1.3 3 1.2.3 2.2.1 3 3 7 7 7 M 3 M 1 1.2.3 4 1.3.2 2.2.1 7 3 8 7 7 M 1 2.2.1 5 1.3.2 2.3.2 7 7 8 12 8 M 2 1.3.2 6 2.3.2 8 13 13 M 2 2.3.2 8 30工业工程教研室31工业工程教研室无延迟作业计划的构成 t
11、 O t T k T k T*M*O j 1 1.1.1 2.1.3 0 0 2 3 0 0 M 1 M 3 1.1.1 2 1.2.3 2.1.3 2 0 6 3 0 M 3 2.1.3 3 1.2.3 2.2.1 3 3 7 7 3 3 M 3 M 1 1.2.3 4 1.3.2 2.2.1 7 3 8 7 3 M 1 2.2.1 5 1.3.2 2.3.2 7 7 8 12 7 7 M 2 M 2 2.3.2 6 1.3.2 12 13 12 M 2 1.3.2 机 器 M1 1，1，1 2，2，1 2 3 7 M2 2.3.2 1.3.27 12 13 M3 2.1.3 1.2.3 3
12、 7 0 时间 图112 无延迟作业计划 32工业工程教研室优先派工法则 在介绍无延迟作业计划的构成步骤时，其中第步的两个条件一般都有多个工序可以满足。按什么样的准则来选择可安排的工序，对作业计划的优劣有很大影响。为了得到所希望的作业计划，人们提出了很多优先调度法则，按优先调度法则挑选工序比随意挑选一道工序的方法更能符合计划编制者的要求，同时又不必列出所有可能的作业计划，从而计算量小。33工业工程教研室8种常见的优先派工法则 SPT(Shortest Processing Time)法则优先选择加工时间最短的工序。FCFS(First Come First Served)法则优先选择最早进入可
13、排工序集合的工件。EDD(Earliest Due Date)法则优先选择完工期限紧的工件。MWKR(Most Work Remaining)法则优先选择余下加工时间最长的工件。LWKR(Least Work Remaining)法则优先选择余下加工时间最短的工件。MOPNR(Most Operations Remaining)法则优先选择余下工序数最多的工件。SCR(Smallest Critical Ratio)法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。RANDOM法则随机地挑一个工件 34工业工程教研室优先派工调度 优先加工时间最短的工序（SPT）调度
14、：工序 2，1，3优先选择余下工序最多的工件（MOPNR）调度：工序2，1，3优先选择余下加工时间最长的工件（MWKR）调度：工序2，1，3优先选择余下加工时间最短的工件（LWKR）调度：工序 1，2，335工业工程教研室概率调度法n 随机抽样法是从k个可供选择的工序以等概率方式挑选，每个工序被挑选的概率为1k，这种方法没有考虑不同工序的特点，有一定盲目性。n 例如，在构在无延迟作业计划的第步有3道工序，A、B和C可挑选，这3道工序所需的时间分别为3，4和7。如果按RANDOM法则，每道工序挑选上的概率都是13；如果按SPT法则，则只能挑选工序A。现按目标函数的要求，选择了SPT法则。按概率调度法，将这3道工序按加工时间从小到大排列，然后给每道工序从大到小分配一个被挑选的概率，比如A、B和C的挑选概率分别为614、514和314。