工业工程课件-车间作业计划

1ShopFloorActivityManagement潘尔顺博士机械工程学院工业工程系车间作业管理主要内容主要内容车间作业管理的基本概念车间作业排序车间作业控制典型的作业排序和控制功能以下职能必须在对作业排序和控制时完成：‰分配订单、设备和人员到各工作中心或其他规定的地方‰决定订单顺序（即建立订单优先级）‰对已排序作业开始安排生产，通常称之为调度‰车间作业控制（或生产作业控制），包括：—在作业进行过程中，检查其状态和控制作业的速度—加快为期已晚的和关键的作业计划员的决策取决于以下因素：每个作业的方式和规定的工艺顺序要求，每个工作中心上现有作业的状态，每个工作中心前作业的排队情况，作业优先级，物料的可得性，当天较晚发布的作业订单，工作中心资源的能力加工单™知道需要经过哪些加工工序(工艺路线)™知道需要什么工具、材料、能力的提前期™确定工具、材料、能力和提前期的可用性™解决工具、材料、能力和提前期短缺问题™最后将任务下达、尽可能满足计划要求™发放工具、材料和任务的有关文件给车间加工单（workorder）或车间定单（shoporder）是一种面向加工件说明物料需求计划的文件，可以跨车间甚至厂际协作。加工单的格式同工艺路线报表相似。计划进度开始日期完工日期工作中心标准时间(小时)编号名称准备加工机器加工单的典型格式定单号：970215需用数量：100件计划日期：970630物料名称：C物料号：111000需用日期：970901102030405060下料车削热处理磨削电镀检验010010203006010020529000108015锯床车床电炉磨床(外协)质检0.51.01.21.0…...0.251.25…2.00…0.10……5.00…......25.5126.06.2201.0(240)10.0970710970715970725970729970815970829970712970724970726970814970828970830M432工序工序名称本工序总时间派工单派工单（dispatchlist）或称调度单，是一种面向工作中心说明加工优先级的文件，说明工作在一周或一个时期内要完成的生产任务。说明哪些工作已经达到，正在排队，应当什么时间开始加工，什么时间完成，加工单的需用日期是哪天，计划加工时数是多少，完成后又应传给哪道工序。说明哪些工件即将达到，什么时间到，从哪里来。根据派工单，车间调度员、工作中心操作员对目前和即将到达的任务一目了然。2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正加工的工件已加工的工件将达到的工件75831D970872016209705049705041.01028860188501C9709850209705049705060.2151028860351888F9712040409705069705070.2108420入库16877G9737620309705079705070.15.08510852337414D9708725159705109705110.18.07100820088501C9709810109705129705120.13.072008532车间作业排序的目标工作中心作业排序的目标是：‰满足交货期‰极小化提前期‰极小化准备时间或成本‰极小化在制品库存‰极大化设备或劳动力的利用车间作业排序和计划的关系作业计划和排序的关系‰编作业计划（scheduling）与排序（sequencing）不是同义语。排序只是确定工件在机器上的加工顺序。可以通过一组工件的代号的一种排列来表示该组工件的加工顺序。而编制作业计划，则不仅包括确定工件的加工顺序，而且包括确定机器加工每个工件的开始时间和完成时间。因此，只有作业计划才能指导每个工人的生产活动。‰由于编制作业计划的主要问题是确定各台机器上工件的加工顺序，而且，在通常情况下都是按最早可能开（完）工时间来编排作业计划。因此，当工件的加工顺序确定之后，作业计划也就确定了。所以，人们常常不加区别地使用“排序”与“编作业计划”。排序问题的分类与表示法按机器的种类和数量分：单台机器排序问题和多台机器排序问题按加工路线的特征分：单件车间排序问题和流水车间排序问题按工件达到车间的情况不同分：静态排序问题和动态排序问题按目标函数分：平均流程时间最短或误期完工的工件数最少按参数的性质分：确定型排序问题与随机型排序问题Conway等人提出的排序法：n/m/A/B其中：n——工件数m——机器数A——车间类型（F表示流水车间排序，P流水车间排列排序问题，G表示单件车间）B——目标函数N个作业单台工作中心的排序这类问题被称作“n个作业——单台工作中心的问题”或“n/1”，理论上，排序问题的难度随着工作中心数量的增加而增大，而不是随着作业数量的增加而增大，对n的约束是其必须是确定的有限的数例：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（以到达的顺序）加工时间/天交货期/天ABCDE3426156792作业排序的十大优先规则XFCFS（先到先服务）：按订单送到的先后顺序进行加工。YSOT（最短作业时间）：所需加工时间最短的作业首先进行，然后是加工时间第二最短的，如此等等。这个规则等同于SPT（最短加工时间）规则。Z交货期：最早交货期最早加工。将交货期最早的作业放在第一个进行。DDate_——当指的是全部作业交货期时，用Ddate表示；OPNDD——当指的是下一个作业交货期时，用OPNDD表示。[开始日期：交货期减去正常的提前期（最早开始的作业第一个进行）。3作业排序的十大优先规则\STR（剩余松弛时间）：STR是交货期前所剩余时间减去剩余的加工时间所得的差值。STR最短的任务最先进行。]STR/OP（每个作业剩余的松弛）：STR/OP最短的任务最先进行。STR/OP的计算方法为：^CR紧迫系数：紧迫系数是用交货期减去当前日期的差值除以剩余的工作日数。紧迫系数最小的任务先进行。STR/OP=交货提前期所剩的时间-剩余的加工时间剩余的作业数紧迫系数（CR）=需用日期-今日日期剩余的计划提前期作业排序的十大优先规则CR=负值说明已经脱期CR=1说明剩余时间刚好够用CR1剩余时间有富裕CR1剩余时间不够CR值小者优先级高。一个工件完成后，其余工件的CR值会有变化，应随时调整_QO（排队比率）：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，排队比率最小的先进行。`LCFS（后到先服务）：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。方案一：FCFS规则方案一利用FCFS规则，其流程时间的结果如下：加工顺序加工时间交货日期流程时间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天将每个订单的交货日期与其流程时间相比较，发现只有A订单能按时交货。订单B，C，D和E将会延期交货，延期时间分别为1,2,6,14天。每个订单平均延期（1+1+2+6+14）/5=4.6天。方案二：SOT规则方案二利用SOT规则，流程时间为：加工顺序加工时间交货日期流程时间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=7.5天SOT规则的平均流程时间比FCFS规则的平均流程时间小。另外，订单E和C将在交货日期前完成，订单A仅延期1天。每个订单的平均延期时间为（0+0+1+4+7）/5=2.4天。方案三：Ddate规则加工顺序加工时间交货日期流程时间EABCD13426256790+1=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天在这种情况下，订单B，C和D将会延期，平均延期时间为（0+0+2++7）/5=2.4天。方案三利用DDate规则，排序结果为：方案四：LCFS规则加工顺序加工时间交货日期流程时间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=4.0天方案四利用LCFS规则，预计流程时间为：4方案五：随机加工顺序加工时间交货日期流程时间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=5.4天方案五利用随机规则，排序结果为：方案六：STR规则加工顺序加工时间交货日期流程时间EABDC13462256970+6=61+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=3.2天方案六利用STR规则，排序结果为：优先调度规则比较规则总的完成时间平均完成时间平均延期FCFSSOTDDateLCFS随机STR503639465343107.27.89.210.68.64.62.42.44.05.43.2很明显，此例中SOT比其余的规则都好，但情况总是这样的吗？答案是肯定的。另外，从数学上可以证明，在n/1情况下，用其他的评价准则，如等待时间均值和完成时间均值最小，SOT规则也是最优方案。事实上，这个简单被称为“在整个排序学科中最重要的概念”N个作业两台工作中心排序稍微复杂的n/2排序情况，被称为约翰逊（Hohnson）规则或方法，这是S.M.Johnson于1954年提出的，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，以ai表示Ji在M1上加工时间，以bi表示Ji在M2上的加工时间。每个工件都按M1→M2的路线加工。Johnson的算法法则是：如果Min(ai,bj)min(aj,bi)则Ji应该排在Jj之前。约翰逊规则包含下列几个步骤：A.列出每个作业在两台工作中心上的作业施加B.选择最短的作业时间C.如果最短的作业时间来自第一台工作中心，则首先进行这个作业；如果最短的作业时间来自第二个工作中心，则该作业最后排序D.对剩余作业重复进行步骤2和3，直到排序完成。N个作业两台工作中心排序iaibi157212382454537644解：应用Johnson算法，从加工时间矩阵中找出最短加工时间为1个时间单位，它出现在M1上，所以，相应的工件（工件2）应尽可能往前排。即将工件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）应尽可能往后排，于是排到最后一位。划去工件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25___3将工件4排第5位25__43将工件6排第3位256_43将工件1排第4位256143答案：最优加工顺序为S=(2,5,6,1,4,3)例求表所示，6/2问题的最优解指派法（N/n）有些车间有足够数量的合适工作中心，使得所有的作业都可以在同一时间开始进行。在这里问题不是哪个作业先进行，而是将哪个作业指派给哪个工作中心，以使排序最佳。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。其目的是极小化或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：A.有n个“事项”要分配到n个“目的地”B.每个事项必须被派给一个而且是唯一的目的地C.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）5指派法（N/n）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。计划员想设计一个最小成本分配方案（有5！=120个可能的