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1、生产与运作管理生产与运作管理Operations Management主讲: 周清华工业工程系工业工程系 桂林电子科技大学桂林电子科技大学 商学院商学院第十讲第十讲: :生产作业计划与控制生产作业计划与控制一、引言一、引言二、生产作业计划二、生产作业计划三、生产作业控制三、生产作业控制四、最优生产技术四、最优生产技术五、制造执行系统五、制造执行系统一、引言一、引言1.生产作业计划与控制的意义2.生产作业计划与控制的内容3.体系结构经营目标综合生产计划（生产大纲）主生产计划（MPS）物料需求计划（MRP）自制件投入出产计划外购件需求计划能力需求计划粗能力需求计划战略层管理层操作层预测现有资源车间
2、生产作业计划作业统计与控制采购订单供货单位信息反馈库存状态文件产品结构文件控制层计划层分解战术层生产计划平衡能力与负荷协调资源与任务生产任务静态排序生产任务动态调度资源实时动态分派执行设备系统状态实时数据采集数据分析与计划状态存在偏差PAC决策支持作业计划层生产调度层生产活动控制层存在严重偏差反馈至战术层否是二、生产作业计划二、生产作业计划1.基本概念2.作业排序的方法机器机器：表示表示“提供服务者提供服务者”。如机床、维修工、工作地等。如机床、维修工、工作地等工件工件：表示表示“接受服务者接受服务者”，或，或“服务对象服务对象”。如一个零件、。如一个零件、一批零件、作业一批零件、作业(Job
3、)等等加工路线加工路线/工艺路线工艺路线：工件加工在技术上的约束，由工件加工工件加工在技术上的约束，由工件加工的工艺过程所决定的工艺过程所决定加工顺序加工顺序：每台机器每台机器(共共m台台)加工加工n个工件的先后顺序个工件的先后顺序（正是（正是作业排序所要解决的问题）作业排序所要解决的问题）1.基本概念（1）基本术语作业排序作业排序(Sequencing)：确定工件在机器上的加工顺序。确定工件在机器上的加工顺序。作业计划编制作业计划编制/排产排产(Scheduling)：不仅要确定工件的加工顺不仅要确定工件的加工顺序，而且还包括确定机器加工每个序，而且还包括确定机器加工每个(批批)工件的开始时
4、间和工件的开始时间和完成时间。正向排产完成时间。正向排产(Forward Scheduling)、反向排产反向排产(Backward Scheduling)派工派工(Dispatching)：按作业计划的要求，将具体的生产任务按作业计划的要求，将具体的生产任务安排到具体的机床上加工。安排到具体的机床上加工。调度调度(Scheduling)：执行生产计划控制才采取的具体行动。执行生产计划控制才采取的具体行动。 “派工派工”属于属于“调度调度”的范围，的范围， “调度调度”属于属于“控制控制”的的范围。范围。控制控制(Controlling)：保证生产进程按计划执行，或当实际的保证生产进程按计划执
5、行，或当实际的生产进度偏离生产计划，或出现例外事件时所采取的行动。生产进度偏离生产计划，或出现例外事件时所采取的行动。“调度调度”是实行是实行“控制控制”所采取的行动之一。所采取的行动之一。外延：控制外延：控制 调度调度 派工；排产派工；排产 排序排序（2）作业排序问题分类和表示法v分类分类按领域按领域：生产作业排序：生产作业排序 VS 劳动力作业排序劳动力作业排序按工件到达按工件到达：静态排序：静态排序 VS 动态排序动态排序按参数按参数：确定型排序：确定型排序VS 随机型排序随机型排序按目标函数按目标函数：单目标排序：单目标排序 VS 多目标排序多目标排序按机器数量按机器数量：单台机器排序
6、：单台机器排序 VS 多台机器排序多台机器排序按工艺路线按工艺路线：单件作业排序：单件作业排序(Job-shop) VS 流水作业排序流水作业排序( Flow-shop)v排序问题表示方法：排序问题表示方法：n/m/A/Bn工件数工件数m机器数机器数A车间类型（车间类型（F：流水作业排序问题；流水作业排序问题；P：流水作业排流水作业排列排序问题列排序问题 (Permutation)； G：单件作业排序问题）单件作业排序问题）B目标函数，通常为最小化目标函数，通常为最小化例如：例如： n/3/P/Cmax表示：表示： n个工件在个工件在3台机器上加工的流水作业排列排序问题台机器上加工的流水作业排
7、列排序问题, , 目标函数是使最长完工时间目标函数是使最长完工时间Cmax最短最短。v调度问题的表示法调度问题的表示法 代数形式代数形式图论形式图论形式（3）假设条件和符号说明v一个工件不能同时在几台不同的机器上加工；一个工件不能同时在几台不同的机器上加工；v每台机器同时只能加工一个工件；每台机器同时只能加工一个工件；v工件在加工过程中采用工件在加工过程中采用平行移动方式平行移动方式（即当上道工序完工后（即当上道工序完工后立即送至下道工序加工）；立即送至下道工序加工）；v不允许中断（一个工件一旦开始加工必须一直进行到完工，不允许中断（一个工件一旦开始加工必须一直进行到完工，不得中途插入其它工件
8、）；不得中途插入其它工件）；v每道工序只在一台机器上完成；每道工序只在一台机器上完成；v工件数、机器数和加工时间已知，加工时间与加工顺序无关。工件数、机器数和加工时间已知，加工时间与加工顺序无关。符号说明Ji工件工件ii=1,2, , nMj机器机器jj=1,2, , mpijJi在在Mj上的加工时间上的加工时间Ji的总加工时间的总加工时间Pi= pijwijJi在在Mj上加工之前的上加工之前的等待时间等待时间Ji的总等待时间的总等待时间Wi= wijriJi的到达时间的到达时间Ji从外部进入车间，可以开始加工的最早时间从外部进入车间，可以开始加工的最早时间diJi的完工期限的完工期限CiJi
9、的完工时间的完工时间Ci = ri + (pij + wij ) = ri +Pi + Wi Cmax作业最长完工时间作业最长完工时间Cmax = maxCiFiJi的流程时间的流程时间Fi = Ci ri =Pi + Wi Fmax作业最长流程时间作业最长流程时间Fmax = maxFiaiJi的允许停留时间的允许停留时间ai = di ri LiJi的延迟时间的延迟时间Li = Ci di = ri + Pi + Wi di = Fi ai (+/ /0)Lmax作业最长延迟时间作业最长延迟时间Lmax = maxLi（4）作业排序方案的评价标准v满足顾客交货期或者下游工序的交货期。v最长
10、流程时间最短（全部完工时间最短、加工周期最短）。v延迟最小（顾客等待时间最小）。可以用时间表示，也可以用工件数表示。v在制品库存最小。可以用工件数、货币价值表示。v利用率最大。机器的有效生产时间占总工作时间的百分比。v总成本最小。综合考虑在制品库存、加工成本与加工时间。2.作业排序的方法(1)工艺导向的排序方法v工艺导向的工作环境(又称间歇性或单件车间环境)是产出品种多、数量少，在生产和服务组织中较多采用的系统。v它是一个按订货来制造产品的生产系统。v生产的各产品在使用的物料、操作顺序、操作要求、操作时间及生产准备要求等方面有很大差异，排序会十分复杂。(1)工艺导向的排序方法（续）v对未来订货
11、生产的排序应不违背每个工作中心的生产能力限制。也就是说，应该进行有限负荷(FiniteLoading)排序。v在分配一项订货给一部门前，要检查一下所需工具及物料的供给情况。v确定每件工作的到期时间并检查一下相对所需日期及订货生产时间的工作进度。v当各工作流经车间时检查进展中的工作情况。v提供关于工厂及生产活动的反馈信息。v提供生产效率统计及检查生产时间，为工资及劳动力分配分析提供依据。(2)工作中心导向的排序方法n/1问题排序n/1问题是n项作业的单机排序。可以采用规则调度方法来排序。规则名英文全名含义适用目标SPTShortest Processing Time优先选择加工时间最短的工序WI
12、P最少（平均流程时间最短）FCFSFirst Come First Served优先选择最早进入可排工序集合的工序公平对待工件EDDEarliest Due Date优先选择完工期限最紧的工件保证交货期（工件最大延迟时间最小）MWKRMost Work Remaining优先选择余下加工时间最长的工件工件完工时间尽量接近LWKRLeast Work Remaining优先选择余下加工时间最短的工件工作量小的工件尽快完成MOPNRMost Operations Remaining优先选择余下工序数最多的工件与MWKR类似（主要减少转运排队时间）SCRSmallest Critical Ratio
13、优先选择临界比最小的工件工件允许停留时间/工件余下加工时间RANDOMRandom随机地挑选一个工件(2)工作中心导向的排序方法n/2/F/Fmax问题排序，如Johnson算法n/m/P/Fmax问题排序，如CDS法Johnson算法Johnson法则法则：如果如果min(pi1, pj2) pi2的工件按pi2不增的顺序排成一个序列B。3)将A放到B之前，就构成最优加工顺序。A = 2,5,6,1B = 4,3S = A + B = 2,5,6,1,4,3最长流程时间Fmax的计算n设：设：n个工件的加工顺序为个工件的加工顺序为S = (S1,S2, , Si , Sn)Csimk 表示工
14、件表示工件Si在机器在机器Mk上的完工时间上的完工时间（i=1,2,n)psimk 表示工件表示工件Si在机器在机器Mk上的加工时间上的加工时间（k=1,2,m)n则：Csim1 = Csi-1m1 + psim1Csim2 = maxCsim1 ，Csi-1m2 + psim2Csimk = maxCsimk-1 ，Csi-1mk + psimkCsnmm = maxCsnmm-1 ，Csn-1mm + psnmm递推公式n当ri = 0时（i=1,2,n) ： Fmax = Csnmm (即排在末位加工的工件在车间的停留时间)S = (S1,S2, , Si-1 , Si , Sn)mk-
15、1mkmmm1psimkPsimk-1psim1psimmCsi-1mkCsi-1mk-1Csi-1m1Csi-1mmCsimkCsimk-1Csim1CsimmCsimk = maxCsimk-1 ，Csi-1mk + psimk本工件在上工序机器上的完工时间前工件在本机器上的完工时间算例有一个有一个6/4/P/Fmax问题，加工时间矩阵如下表。当工件的问题，加工时间矩阵如下表。当工件的加工顺序为加工顺序为S=(6,1,5,2,4,3)时，求最长流程时间时，求最长流程时间Fmax 。i123456pi1423142pi2456745pi3587555 pi4424331加工时间矩阵解：i61
16、5243pi12( 2)4( 6)4(10)2(12)1(13)3(16)pi25( 7)4(11)4(15)5(20)7(27)6(33)pi35(12)5(17)5(22)8(30)5(35)7(42) pi41(13)4(21)3(25)2(32)3(38)4(46)顺序S=(6,1,5,2,4,3)时的加工时间矩阵Fmax=max(38,42)+4=46本工件在前机器上的完工时间前工件在本机器上的完工时间CDS法将将Johnson算法用于一般算法用于一般n/m/P/Fmax问题求解。问题求解。具体做法：具体做法：对前述算例用CDS法求解当当l=1时按时按Johnson算法得到加工顺序：算法得到加工顺序：(1，2，3，4) Fmax=28当当l=2时按时按Johnson算法得到加工顺序：算法得到加工顺序：(2，3，1，4) Fmax=29取顺序（取顺序（1，2，3，4）i1234l=1pi11263pi34582l=2pi1 + pi296812pi2 + pi31291011其他启发式算法n随机抽样法随机抽样法n概率调度法概率调度法三、生产作业控制三、生产作业控制1.引言2.甘
