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1、第11章 制造业作业计划与控制Scheduling and Controlling for Manufacturing,11.1 作业计划问题的基本概念 11.2 流水作业排序问题 11.3 单件作业的排序问题 11.4 生产作业控制,1,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.1作业计划问题的基本概念,编制作业计划要解决的问题 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。 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。,2,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.1作业计划问题的基本概念（续）,
2、有关的名词术语 编制作业计划或日程安排(Scheduling) 排序(Sequencing) 派工(Dispatching) 控制(Controlling) 赶工(Expediting) “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,3,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.1作业计划问题的基本概念（续）,“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” “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 “加工路线”是零
3、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个零件的先后顺序，是排序和编制作业计划要解决的问题,4,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.2 流水作业排序问题,流水车间(Flow shop):工件的加工路线都一致，典型的如流水线 11.2.1 最长流程时间的计算 11.2.2 两台机器排序问题的最优算法 11.2.3 多台机器排序问题的启发式算法,5,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.2.1 最长流程时间的计算,工件代号i,1 4 6 3 5 2,Pi1 4 5 3 4 8 6 Pi2 3 9 1 3 7 5 Pi3 7 6 8 2 5 9 Pi4 5
4、6 3 9 2 4,4 9 12 16 24 30,7 18 19 22 31 36,14 24 32 34 39 48,19 30 35 44 46 52,6,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.2.2 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。,7,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.2.2 两台机器排序问题的 最优算法（续）
5、,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。 （3）若所有工件都已排序，停止。否则，转步骤（1）。,8,华中科大管理学院陈荣秋马士华,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 =28,I 1 2 3 4 5 6,Ai 5 1 8 5 3 4 Bi 7 2 2 4 7 4,11.2.2 两台机器排序问题的 最优算法（续）,9,华中科大管理学院
6、陈荣秋马士华,11.2.2 两台机器排序问题的 最优算法（续） Johnson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aibi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。,10,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.2.2 两台机器排序问题的 最优算法（续） 举例,工件号 1 2 3 4 5 6,ai 5 1 8 5 3 4,bi 7 2 2 4 7 4,工件最优顺序：2 5 6 1 4 3,1 3 4 5 5 8 2 7 4 7 4 2,4 8 13 18 26,3 11 15 22 26 28,ai,b
7、i,最优顺序下的加工周期为28,11,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.2.3 多台机器排序问题的 启发式算法,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pi1pim则按pi1不减的顺序排成一个序列Sa ,若pi1pim 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。,12,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.2.3 多台机器排序问题的 启发式算法（续） 举例,工件i 1 2 3 4,Pi1 2 1 6 3 Pi2 4 8 2 9 Pi3 5 4 8 2,11 13 16 14,C,Sa (2
8、,1),Sb(4),所求顺序： （2,1,3,4）,13,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.2.4 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,14,华中科大管理学院陈荣秋马士华,顺序移动方式,15,华中科大管理学院陈荣秋马士华,设零件批量为n（件），工序数目为m，一批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 （分
9、钟/件），i=1.2n. 则该批零件的加工周期为：,顺序移动方式（续）,16,华中科大管理学院陈荣秋马士华,平行移动方式,工序,1,2,3,4,时间,加工周期,17,华中科大管理学院陈荣秋马士华,平行移动方式（续）,零件平行移动的加工周期 为：,18,华中科大管理学院陈荣秋马士华,平行顺序移动方式,特点：既保持一批零件顺序加工，有尽可能使相邻工序加工时间平行进行。如图所示：,时间,工序,1,2,3,4,加工 周期,19,华中科大管理学院陈荣秋马士华,平行顺序移动方式（续）,平行顺序移动加工周期计算,20,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.3 单件作业排序问题,11.3.1 问题的描述 11.
10、3.2 两种作业计划的构成 11.3.3 求解一般n/m/G/Fmax问题的启发式方法,21,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.3.1 问题的描述,D=,1,1,1 1,2,3 1,3,2 2,1,3 2,2,1 2,3,2,T=,2 4 1 3 4 5,加工描述矩阵D和加工时间矩阵T对应,22,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.3.2 两种作业计划的构成,符号说明 每安排一道工序称为一“步” St:t步之前已排序工序构成的部分作业计划； Ot:t步可排序工序的集合； Tk为Ot中工序Ok的最早可能开始时间； Tk为Ot中工序Ok的最早可能完成时间。,23,华中科大管理学院陈荣秋马士华,1
11、1.3.2 两种作业计划的构成,能动作业计划的构成 （1）设t=1,S1为空集，O1为各工件第一道工序的集合。 （2）求T* = minTk,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。,24,华中科大管理学院陈荣秋马士华,能动作业计划的构成,25,华中科大管理学院陈荣秋马士华,能动作业计划的甘特图,2,3,2,1,1,1 2,2,1,1,3,2,2,1,3
12、 1,2,3,3 7,7 8 13,2 3 7,0,时间,机器,M1,M2,M3,26,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.3.2 两种作业计划的构成（续）,无延迟作业计划的构成 （1）设t=1,S1为空集，O1为各工件第一道工序的集合。 （2）求T* = minTk,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。,27,华中科大管理学院陈荣秋马士华,无延迟作
13、业计划的构成,28,华中科大管理学院陈荣秋马士华,无延迟作业计划的甘特图,2,3,2,1,1,1 2,2,1,2,1,3 1,2,3,3 7,7 12 13,2 3 7,0,时间,机器,M1,M2,M3,1,3,2,29,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.3.3 三类启发式算法,（1）优先调度法则 构成两种作业计划的第（3）步一般都有多道工序可以满足，按不同的优先调度法则来选择工序，可以得出满足不同目标函数的作业计划 计算量小 已经提出100多种优先调度法则,30,华中科大管理学院陈荣秋马士华,优先调度法则 FCFS（first come, first served）选择最早进入可排序集合的
14、工序 SPT( shortest processing time）选择加工时间最短的工序 EDD（earliest due date）选择完工期限最紧的工序 SCR(smallest critical ratio)选择临界比最小的工件 MWKR(most work remaining)选择余下加工时间最长的工件 LWKR(least work remaining)选择余下加工时间最短的工件 MOPNR(most operations remaining)选择余下工序数最多的工件 RANDOM 随机挑选一个工件 Rush,Top Priority,31,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.3.3
15、 三类启发式算法（续）,（2）随机抽样法 从全部能动计划或无延迟计划中随机抽样，得出多个作业计划，从中取优。 （3）概率调度法 将优先调度法则与随机抽样法结合 对不同工件将优先调度法则分配不同的挑选概率，效果较好,32,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.4 生产作业控制,实行生产作业控制的原因 生产环境的变化 计划的失误 执行的原因：执行过程中，有可能会出现操作人员执行不力、效率不高和工作态度等现象，造成计划完不成 执行因素的影响,33,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.4 生产作业控制（续） 生产作业控制的程序,制定生产作业监控体系 监控实际生产过程 评估偏差情况 采取纠偏措施,34,华中科大管理学院陈荣秋马士华,11.4 生产作业控制（续） 生产作业控制的功能,为每个车间的工单指派优先级 维护车间在制品数量 将车间工单信息传送到相应办公室 提供实际产出数据来为能力控制服务 根据车间工单对机位的要求，为在制品库存管理提供数量信息 测量人员和设备的效率、利用率和产量。,35,华中科大管理学院陈荣秋马士华,36,华中科大管理
