生产运营管理 CHap11制造业生产作业计划与控制

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Chapter11 制造业生产作业计划与控制§1 作业计划的基本概念 一、作业计划 是将主生产计划(MPS)细化为每周、每个 是将主生产计划(MPS)细化为每周、 工作日、甚至每小时的具体作业的安排。 工作日、甚至每小时的具体作业的安排。 编制作业计划实质上是将资源分配给不同的 任务，按照既定的优化目标， 任务，按照既定的优化目标，确定各种资源 利用的时间问题。 利用的时间问题。

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二、作业计划与控制的功能 1、确定订单执行的顺序。 确定订单执行的顺序。 2、作业调度或派工 生产作业控制： 3、生产作业控制： ——监控订单执行过程 监控订单执行过程， ——监控订单执行过程，保证订单如期完 成。 ——加快滞后订单或关键订单。 ——加快滞后订单或关键订单 加快滞后订单或关键订单。 4、不断修订作业计划

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三、作业排序的目标 1、满足交货日期。 满足交货日期。 流程时间最短。 2、流程时间最短。 在制品(WIP)库存最小。 3、在制品(WIP)库存最小。 机器或人员空闲时间最小。 4、机器或人员空闲时间最小。

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四、作业排序问题的分类 1、两种基本的作业排序： 两种基本的作业排序： 劳动力作业排序：人员排班 劳动力作业排序： 生产作业排序：将不同工件安排到不同设 生产作业排序： 备上，或安排不同的人做不同的工作。 备上，或安排不同的人做不同的工作。 在制造业中，生产作业排序是主要的 在制造业中， 在服务业中，劳动力作业排序是主要的， 在服务业中，劳动力作业排序是主要的，

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2、按机器的种类和数量不同，分为单台 按机器的种类和数量不同， 机器的排序和多台机器的排序。 机器的排序和多台机器的排序。3、按零件到达车间的情况不同，分为静态排 按零件到达车间的情况不同， 序和动态排序。 序和动态排序。

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五、作业排序问题的4参数表示法: 作业排序问题的4参数表示法:n /m /A /B 其中, ──零件数 零件数； 其中, n ──零件数； m ──机器数； ──机器数； 机器数 ──作业类型 作业类型； A ──作业类型； 的位置若标以“F”,则代表流水作业排序问题。 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“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。 若标以“G”,则表示一般单件作业排序问题。 当m=1,则A处为空白 B──目标函数 通常是使其值最小。 目标函数， B──目标函数，通常是使其值最小。6

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§2

流水作业计划问

题

流水车间作业计划问题基本上就是流水作 业排序问题。而且一旦加工顺序确定， 业排序问题。而且一旦加工顺序确定，就 可以重复进行，形成循环作业计划。 可以重复进行，形成循环作业计划。 一、加工周期的计算

n个不同零件按相同的加工路线经过m台机 个不同零件按相同的加工路线经过m 器加工， 器加工，目标是使这批零件的加工周期最 短。 加工周期又称作最长流程时间Fmax 加工周期又称作最长流程时间F7

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例题 6/4/p/ Fmax问题，当按顺序S= Fmax问题 当按顺序S 问题， 6,1,5,2,4,3)加工时 加工时， ( 6,1,5,2,4,3)加工时，求Fmax.表 11-1 加工时间矩阵 i Pi1 Pi2 Pi3 Pi4 1 4 4 5 4 2 2 5 8 2 3 3 6 7 4 4 1 7 5 3 5 4 4 5 3 6 2 5 5 18

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表 11-2 i Pi1 Pi2 Pi3 Pi4 6 2 5 5 12 7 12 13

顺序 S 下的加工时间矩阵 1 4 4 5 46 11

5 4 4 5 310

2 2 5 8 212

4 1 7 5 313

3 3 6 7 416 33

15

20

27

因13<17, 13<17, 取大的17 17加 取大的17加4

17 21

22 25

30 32

35 38

42 46

加工周期为46 加工周期为469

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二、n/2/F/Fmax问题的最优算法

Johnson算法： Johnson算法： 算法 ① 从加工时间矩阵中找出最短的加 工时间。 工时间。 若最短的加工时间出现在M ② 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； 对应的零件尽可能往前排；若最短加工时 间出现在M 则对应零件尽可能往后排。 间出现在M2上，则对应零件尽可能往后排。 然后， 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， 的加工时间。若最短加工时间有多个，则 任挑一个 若所有零件都已排序，停止。 ③ 若所有零件都已排序，停止。否 转步骤① 则，转步骤①。10

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求最优顺序表 11-3 加工时间矩阵 iai

1 5 7

2 1 2

3 8 2

4 5 4

5 3 7

6 4 4

bi

将零件 2 排第 1 位 2 将零件 3 排第 6 位 2 3 将零件 5 排第 2 位 2 5 3 将零件 6 排第 3 位 2 5 6 3 将零件 4 排第 5 位 2 5 6 4 3 将零件 1 排第 4 位 2 5 6 1 4 3 最优加工顺序为 S=(2,5,6,1,4,3)。最优顺序下的 Fmax=28。

怎么计 算出来 的？11

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利用横道图计算加工周期零件2 零件5 零件6 零件1 零件4 零件3 零件2 零件5 零件6 零件1 零件4 零件3 1 3 4 5 5 8

工序

a b

2

7

4

7

4

2

0

2

10

20

28 30 时间12

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算法步骤的改进(对象多时更简便) 算法步骤的改进( 把Johnson 算法作些改变，改变后的算法按 Johnson算法作些改变 算法作些改变， 以下步骤进行： 以下步骤进行：p292 将所有a 的零件按a ① 将所有ai≤bi的零件按ai值不减的 顺序排成一个序列A 顺序排成一个序列A。 ② 将所有ai>bi的零件按bi值不增的 将所有a 的零件按b 顺序排成一个序列B 顺序排成一个序列B。

放到B之前， ③ 将A放到B之前，就构成了最优加 工顺序13

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表 11-4 改进算法 i ai bi 1 5 7 2 1 2 3 8 2 4 5 4 5 3 7 6 4 4

i ai bi

2 1 2

5 3 7

6 4 4

1 5 7

4 5 4

3 8 2

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 14 果一致。

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习题 现有5个零件，设要先车后铣，其加工工时如下表 现有5个零件，设要先车后铣， 所示。问如何安排零件加工顺序， 所示。问如何安排零件加工顺序，使加工周期最 并计算出加工周期。(答案：39分钟 。(答案 分钟) 短，并计算出加工周期。(答案：39分钟) 零件 A B C D E 车床工时(分钟) 铣床工时(分钟) 车床工时(分钟) 铣床工时(分钟) 4 9 6 8 7 3 7 6 10 515

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三、求一般n/m/P/ Fmax问题近优解的启 求一般n/m/P/ 发式算法 1、Palmer法 Palmer法 2、关键零件法 3、CDS法 CDS法

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1、Palmer法 Palmer法 按零件的斜度指标排列零件的启发式算法λi =

∑ [k ( m + 1) / 2 ]pk =1

m

ik

k = 1,2 ,L ,m

式中，m为机器数；pik为零件i在机器Mk上的 式中， 为机器数； 为零件i在机器M 加工时间。 加工时间。 按照各零件λi不增的顺序排列零件。 按照各零件λ 不增的顺序排列零件。

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例题 有一个4/3/F/Fmax问题，其加工时间如表所 有一个4/3/F/F 问题， 试用Palmer法求解。 Palmer法求解 示，试用Palmer法求解。 加工时间矩阵i pi1 Pi2 Pi3 1 1 8 4 2 2 4 5 3 6 2 8 4 3 9 2

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解

λi = ∑ [k (3 + 1) / 2]pikk =1

3

k

=

1 , 2 ,3

λi = [1 (3 + 1) / 2] pi1 + [2 (3 + 1) / 2] pi 2 + [3 (3 + 1) / 2] pi 3= pi1 + pi 3λ1=-P11+P13=-1+4=3 λ3=-P31+P33=-6+8=2 λ2=-P21+P23=-2+5=3 λ4=-P41+P43=-3+2=-1 3+2=-

按λi不增的顺序排列零件，得到加工顺序(1, 不增的顺序排列零件，得到加工顺序( 2 , 3 , 4 ) 或 ( 2, 1, 3, 4) 最长流程时间F 最长流程时间Fmax=2819

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