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西南科技大学网络教育系列课程. 生产计划与控制. 主讲 朱伏平 E-mail: zhufuping@swust.edu.cn. 第八章 车间作业计划与控制. 车间作业控制基本构架；作业排序与控制的功能；影响排序的因素？信息来源和术语。 车间作业排序的目标？排序问题的分类？ N/1 的排序问题； N/2 的排序问题；指派法排序。 作业调度的分批作业法；分批分割法。 作业控制的基本概念；输入输出控制。. 8.1 车间作业计划与控制的基本概念 8.2 车间作业排序 8.3 作业调度 8.4 车间作业控制. 第八章 车间作业计划与控制. 本章要点
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西南科技大学网络教育系列课程 生产计划与控制 主讲 朱伏平 E-mail: zhufuping@swust.edu.cn
第八章车间作业计划与控制 车间作业控制基本构架；作业排序与控制的功能；影响排序的因素？信息来源和术语。 车间作业排序的目标？排序问题的分类？ N/1的排序问题； N/2的排序问题；指派法排序。 作业调度的分批作业法；分批分割法。 作业控制的基本概念；输入输出控制。 • 8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 8.2 车间作业排序 • 8.3 作业调度 • 8.4车间作业控制
第八章车间作业计划与控制 • 本章要点 • 掌握：信息来源和术语；N/1的排序问题； N/2的排序问题；指派法排序；作业调度的分批作业法；分批分割法；单一工作中心的输入/输出控制。 • 理解：作业排序与控制的功能；影响排序的因素；车间作业排序的目标。 • 了解：车间作业控制基本构架；排序问题的分类； N/M的排序问题。复合工作中心的输入/输出控制；车间控制的基本工具。
生产计划体系 第八章车间作业计划与控制 综合生产计划 （Aggregate） 需求预测 资源计划 长期 主生产计划 （MPS） 物料需求计划 （MRP） 能力需求计划 （CRP） 库存信息 中期 物料清单 BOM 时间能力计划 工艺文件 车间作业计划 （PAC） 物资供应计划 （PM） 短期
8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 8.1.1 作业计划与控制的概念 • 当物料需求计划已执行，经能力需求计划核准后确认生产能力满足负荷的要求时，就应根据物料的属性，生成生产作业计划或采购计划，其中生产作业计划以订单的形式下达到生产车间。 • 在整个生产计划和控制系统中，生产作业控制是将物料需求计划的结果转变成可执行的作业活动，包括订单的核准，订单的排序，订单的调度，等侯线的管理和车间的控制等。在执行订单的过程中，还必须对执行订单中的状态进行跟踪，包括订单的各种例外报告，以保证订单按期按量完成。
8.1 车间作业计划与控制的基本概念 8.1.1.1 车间作业计划与控制的基本架构 物料需求计划 细能力计划 订单排序 等候线的管理 输入/输出控制 派工 生产活动及反馈
8.1.1.2 车间作业控制的内容和意义 8.1 车间作业计划与控制的基本概念 目的： — 控制生产作业在执行中不偏离MPS/MRP计划； — 出现偏离时，采取措施，纠正偏差，若无法纠正，则反馈到计划层； — 报告生产作业执行结果。 内容： — 控制加工设备完好,人员出勤； — 控制加工件在工作中心加工时按排定的工序加工； —保持物流稳定, 控制投入和产出的工作量; — 控制加工成本，结清定单，完成库存事务处理。
8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 8.1.2 生产作业排序和控制的功能 • 生产作业排序和控制的功能包括： • ①决定订单顺序，即建立订单优先级，通常称之为排序； • ②对已排序的作业安排生产，通常称之为调度，调度的结果是将形成的调度单分别下发给各个工作中心； • ③输人／输出(Input／OutPut)的车间作业控制。 • 车间的控制功能主要包括： • ①在作业进行过程中，检查其状态和控制作业的进度； • ②加速迟缓的和关键的作业。
8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 8.1.3 生产作业排序和控制的影响因素 • 生产计划制订后，将生产订单以加工单形式下达到车间，加工单最后发到工作中心。对于物料或零组件来讲，有的经过单个工作中心，有的经过两个甚至三个或三个以上的工作中心，经过的工作中心复杂程度不一，直接决定了作业计划和控制的难易程度的不同。 • 在作业计划和控制过程中．要综合考虑下列因素的影响：①作业到达的方式；②车间内机器的数量；③车间拥有的人力资源；④作业移动方式；⑤作业的工艺路线；⑧作业在各个工作中心上的加工时间和准备时间；⑦作业的交货期；⑧批 • 量的大小；⑨不同的调度准则及评价目标。
8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 8.1.4 生产作业排序和控制的信息源 • 车间作业计划和控制主要来自于车间计划文件和控制文件。 • 计划文件主要包括： • ①项目主文件，用来记录全部有关零件的信息； • ②工艺路线文件，用来记录生产零件的加工顺序； • ③工作中心文件，用来记录工作中心的数据。 • 控制文件主要有： • ①车间任务主文件，为每个生产中的任务提供一条记录； • ②车间任务详细文件——记载完成每个车间任务所需的工序； • ③从工作人员得到的信息。
8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 8.1.4.1 信息源——加工单 • 加工单，也称车间订单。它是一种面向加工作业说明物料需求计划的文件，可以跨车间甚至厂际协作使用。加工单的格式同工艺路线报表相似，加工单要反映出：需要经过哪些加工工序(工艺路线)，需要什么工具、材料，能力和提前期如何。 • 加工单的形成，首先必须确定工具、材料、能力和提前期的可用性，其次要解决工具、材料、能力和提前期可能出现的短缺问题。加工单形成后要下达，同时发放工具、材料和任务的有关文件结车间。
任务下达流程据概要 8.1 车间作业计划与控制的基本概念 已解决？ 确认工具物料和能力需求 确定工具物料能力可用性 进行排序 决定订单下达 否 是 审查订单 订单下达 是 ？ 否 重新排序
8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 8.1.4.2 信息源——派工单 • ①派工单，也称调度单，是一种面向工作中心说明加工优先级的文件。它说明工作中心在一周或一个时期内要完成的生产任务。 • ②说明哪些工作已经完成或正在排队，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。 • ③又要说明哪些作业即将到达，什么时间到，从哪里来。 • ④有了派工单，车间调度员、工作中心操作员可以对目前和即将到达的任务一目了然。
派工单的典型格式 8.1 车间作业计划与控制的基本概念 工作中心：8513 名称：车床 时间 准备 加工 数量 需用完成 计划进度 开始日期 完工日期 数量 需用 完成 加工单号 工序号 上工序 下工序 物料名称 物料号 正加工的工件 75831 D 97087 20 16 20 970504 970504 1.0 1028 8601 88501 C 97098 50 20 970504 970506 0.2 15 1028 8603 已加工的工件 51888 F 97120 40 40 970506 970507 0.2 10 8420 入库 16877 G 97376 20 30 970507 970507 0.1 5.0 8510 8523 将达到的工件 37414 D 97087 25 15 970510 970511 0.1 8.0 7100 8200 88501 C 97098 10 10 970512 970512 0.1 3.0 7200 8532
8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 8.1.4.3 信息源——工作中心的特征和重要性 • 工作中心是生产车间中的一个单元，在这个单元中，组织生产资源来完成工作。工作中心可以是一台机器、一组机器或完成某一类型工作的一个区域，这些工作中心可以按工艺专业化的一般作业车间组织，或者按产品流程、装配线、成组技术单元结构进行组织。 • 在工艺专业化情况下，作业须按规定路线、在按功能组织的各个工作中心之间移动。作业排序涉及如何决定作业加工顺序，以及分配相应的机器来加工这些作业。
8.1.4.4 信息源——有限负荷方法和无限负荷方法 8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 无限负荷方法是将工作分配给一个工作中心时，只考虑它需要多少时间，而不直接考虑这项工作所需的资源能力是否足够，也不考虑在该工作中，每个资源完成这项工作时的实际顺序。常只检查关键资源。 • 有限负荷方法是用每一订单所需的调整时间和运行时间对每一种资源详细地制定计划。
8.1.4.5 信息源——前向排序和后向排序 8.1 车间作业计划与控制的基本概念 • 前向排序是系统接受一个订单后，对订单所需作业按从前向后的顺序进行排序，前向系统排序能力告诉我们订单能完工的最早时间。 • 后向排序是从未来的某个时间开始，按从后向前的顺序对所需的作业进行排序，后向系统排序能力告诉我们，为了按规定日期完成一个作业所必须开工的最晚时间。
8.2.1 作业排序的重要性和目标 8.2 车间作业排序 在排序不恰当的车间，经常会出现作业等待时间占总生产周期的 95%，从而造成一个较长的工作流周期，再加上库存时间和其他时间，就会使现金流周期长。 工作流相当于现金流，而作业排序是整个过程的核心。作业排序是安排作业的活动、资源使用或配置设施的时间表。
8.2 车间作业排序 工作中心作业排序的目标是： 作业排序的目标是使完成所有工作的总时间最少，也可以是每项作业的流程平均延迟时间最少，或平均流程时间最少。除了总时间最少的目标外，还可以用其他的目标来进行排序： ①满足交货期 ②极小化提前期 ③极小化准备时间或成本 ④极小化在制品库存 ⑤极大化设备或劳动力的利用 （注：最后一个目标是有争议的，因为仅仅依靠保持所有设备/或员工处于繁忙的状态可能不是在工序中管理生产的最有效方法）
8.2 车间作业排序 8.2.2 作业计划和排序的关系 1 排序（ Sequencing） 决定不同加工件在 加工中心的加工顺序; 2 作业计划 （Scheduling） 作业计划的主要问题不但要确定来件在各台机器上工件的加工顺序，而且，在通常情况下都规定最早可能开工时间和结束时间。但当工件的加工顺序确定之后，作业计划也就基本确定了。所以，人们常常不加区别地使用“排序”与“作业计划”。
8.2 车间作业排序 8.2.3 排序问题的应用和分类 服务业-----主要是人力的排序 制造业---- 主要是加工件在设备上的排序 制造业: 主要是实行MRP计划的企业，且以工艺专业化安排设备的车间
8.2 车间作业排序 8.2.3 排序问题的应用和分类 作业的排序问题可以有多种分类方法： ①按机器的种类和数量，可以分为单台机器排序问题和多台机器排序问题； ②按加工路线的特征，可以分为单件车间排序问题和流水车间排序问题； ③按作业达到车间情况的不同，可以分为静态排序问题和动态排序问题； ④按目标函数，可以分为平均流程时间最短或误期完工的作业数最少； ⑤按参数性质，可分为确定型排序问题与随机型排序问题； ⑥按实现的目标，可以分为单目标排序和多目标排序。
8.2 车间作业排序 排序问题必须建立合适的模型，conway等人提出了排序问题的通用模型，即任何排序问题都可以用此模型描述: 该模型是：n／m／A／B。其中， n表示作业数量，n必须大于2，否则不存在排序问题。 m表示机器数量，m等于l为单台机器的排序问题，m大于1则为多台机器的排序问题。 A表示车间类型(其中F表示流水车间排序，P表示流水车间排列排序问题，G表示单件车间)。 B为目标函数，目标函数可以是单目标，也可以是多目标。
8.2.4 N个作业单台工作中心的排序 8.2 车间作业排序 8.2.4.1 排序目标： 1、平均流程时间最短 平均流程时间即n个作业经由一台机器的平均流 程时间。若已排定顺序，则任何一个作业，假设排在第K位，其流程时间 其中Pi表示作业i的加工时间;总的流程时间为 ,全部作业的平均流程时间为:
8.2 车间作业排序 排序目标： 2、最大延迟时间、总延迟时间最小 单个工作中心的延期时间为Ti，如果以最大延迟时间为最小，则其目标函数为： 若以总延迟时间为最小，则目标函数为：
8.2.4.2 作业排序的优先规则 8.2 车间作业排序 1、 FCFS（First come first served，先到优先）： 根据按订单到达工作中心的先后顺序来执行加工作业，先来的先进行加工在服务业，通常利用这种规则以满足顾客的要求。 2、 SOT（Shortest operation time，最短作业时间优先）： 所需加工时间最短的作业先进行，然后是加工时间第二最短的，如此等等，即按照作业时间的反向顺序来安排订单。这个规则等同于SPT（最短加工时间）规则。 在所有的作业排序规则中，最短加工时间规则是经常使用的规则，它可以获得最少的在制品，最小的平均工作完成时间以及最短的工作平均延迟时间。
8.2 车间作业排序 3、 STR（Slack time remained，剩余时间最短优先、剩余松弛时间）： 剩余松弛时间是将在交货期前所剩余的时间减去剩余的总加工时间所得的差值，剩余松弛时间值越小，越有可能拖期，故STR最短的任务应最先进行加工。 4、 EDD (Earliest due date ，最早到期日)： 根据订单交期的先后顺序来安排订单，即交货期最早则应最早加工，将交货期最早的作业放在第一个进行。这种方法在作业时间相同时往往效果非常好。
8.2 车间作业排序 5、STR/OP(每个作业的剩余松弛时间) STR是剩余松弛时间，OP表示作业的数量，则STR／OP表示平均每个作业的剩余时间，这种规则不常用，因为该规则计算的每个作业剩余松弛时间只是一个平均的松弛时间，而每个作业的剩余松弛时间应该是不同的。 6、CR（Critical ratio ，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。 CR的值有如下几种情况： (1)CR＝负值，说明已经脱期； (2)CR＝1，说明剩余时间刚好够用； (3)CR＞1，说明剩余时间有富裕； (4)CR＜l，说明剩余时间不够。
8.2 车间作业排序 7、FO（Fewest operations，最少作业数） 根据剩余作业数来优先安排订单，该规则的逻辑是：较少的作业意味着有较少的等待时间，该规则的平均在制品少，制造提前期和平均延迟时间均较少。 8、LCFS（ Last come first served，后到优先） 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。 9、RAN(随机排序) 主管或操作工通常随意选择一件他们喜欢的进行加工。
8.2.4.2 N个作业单台工作中心的排序算例： 8.2 车间作业排序 “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 现有5个订单需要在一台机器上加工，5个订单到达的顺序为A，B，C，D，E，相关的数据如表8.1所列。
方案一：FCFS规则(先到优先) 8.2 车间作业排序 方案一: 利用FCFS规则，其流程时间的结果如下： 总流程时间=l十3.5十8十13十15＝40.5(天); 平均流程时间= 40.5 /5=8.1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和B订单能按时交货。订单C，D和E将会延期交货，表中延迟时间为负的表示不会延迟，3个订单的延期时间分别为2，4和6天。总的延迟时间为2十4十6＝12(天)，每个订单平均延迟时间为12／5＝2.4(天)。
8.2 车间作业排序 方案二 利用SOT（最短作业时间）规则，流程时间为： 总流程时间= 1十3十5.5十10十15＝34.5 （天） 平均流程时间= 34.5／5＝6.9(天) SOT规则的平均流程时间比FCFS规则的平均流程时间小。A和E将准时完成，订单B，C和D将延迟，延迟时间分别是0.5，4和7天。总的延迟时间为0十0十0.5十4十7＝11.5(天)，每个订单平均延迟时间为11.5／5＝2.3(天)。
8.2 车间作业排序 方案三 利用EDD(最早交货期最先加工)规则，排序结果为 总的流程时间为：2.5十7十8十13十15＝45.5(天)， 平均每个订单流程时间为：45.5／5＝9.1(天)。 只有订单B按期完成，订单C，A，D和E将延迟，延迟时间分别为l，1，5和6天。总的延迟时间为0十1十1十5十6＝13(天)，平均延迟时间为13／5＝2.6(天)。
8.2 车间作业排序 方案四 利用STR（剩余松弛时间最短）规则，排序结果为： 总的流程时间为=4.5十7十12十13十15＝51.5(天); 平均每个订单流程时间为=51.5／5＝10.3(天)。 只有订单C按期完成，订单B，D，A和E将延迟，延迟时间分别为2，4，6和6天。总的延迟时间为0十2十4十6十6＝18(天)，平均延迟时间为18／5＝3.6(天)。
8.2 车间作业排序 方案五 利用每个作业的剩余松弛时间规则，排序结果为： 总的流程时间为= 4.5十7十8十13十15＝47.5(天) ; 平均每个订单流程时间为= 47.5／5＝9.5(天)。 只有订单C按期完成，订单B，A，D和E将延迟，延迟时间分别为2，1，5和6天。总延迟时间为0十2十1十5十6＝l 4(天)，平均延迟时间为14／5＝2.8(天)。
8.2 车间作业排序 方案六 利用紧迫系数规则，排序结果为： 总的流程时间= 2十4.5十9十14十15＝44.5(天); 平均每个订单流程时间= 44.5／5＝8.9 (天)。 订单E和B能按期完成，订单C，D和A的延期时间分别为3，6和8天，总的延迟时间为0十0十3十6十8＝17(天)，平均延迟时间为17／5＝3.4(天)。
8.2 车间作业排序 方案七 利用最少作业数规则，排序结果为： 总的流程时间= 2十7十9.5十14十15＝47.5(天); 平均每个订单流程时间= 47.5／5＝9.5(天)。 只有订单E和D能按期完成，订单B，C，A将延迟，延迟时间分别为4.5，8，8天，总的延迟时间为0十0十4.5十8十8＝20.5(天)，平均延迟时间为20.5／5＝4.1(天)。
8.2 车间作业排序 上述七大规则的排序结果总结如表8.9所列: FCLS 采用最短作业时间规则进行排序所获得的结果最好，对于“n/1”排序问题，用其他的评价准则，如等待时间均值和完成时间均值最小，最短作业时间都能获得最佳的方案，所以，该规则被称为“在整个排序学科中最重要的概念”。
8.2 车间作业排序 最终采取什么样的排序方式，将取决于决策部门的目标是什么，通常的目标有：满足顾客或下一道工序作业的交货期；平均延迟的订单数最少；极小化流程时间(作业在工序中所耗费的时间)；极小化在制品库存；延迟时间极小化；极小化设备和工人的闲置时间。这些目标也不是绝对的，因为有的订单可能强调交货期，而有的订单可能对交货期的要求不高，有的则可能强调设备的利用率，等等。完成这些排序的目标，还必须取决于设备及人员的柔性，而获得这种柔性则与作业方法的改善，设施规划，缩短作业交换期，员工的多能工的训练，制造单元技术，群组技术等相关。
8.2.5 N个作业两台工作中心排序 8.2 车间作业排序 设有n个作业，加工过程经过两个工作中心A和B，并且所有作业的加工顺序都是先经过工作中心A，再到工作中心B，这种问题被称为“N／2”排序问题，可以用约翰逊(Johnson)规则或方法来进行排序。“n／2”排序问题模型如图8.3所示。
8.2.5.1 N个作业两台工作中心排序 8.2 车间作业排序 S.M.Johnson于1954年提出了一个排序方法，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。约翰逊规则包含下列几个步骤： • 列出每个作业在两台工作中心上的作业时间表 ； • 找出最短的作业时间； • 如果最短的作业时间来自第一台工作中心，则将它排到前面；如果最短的作业时间来自第二个工作中心，则将该作业排到最后； • 对剩余作业重复进行步骤 A和 B，直到排序完成。
8.2.5.2 n/2排序问题的目标： 8.2 车间作业排序 n个作业在两台机器上排序的目标是使最大完成时间(总加工周期)Fmax最短。 Fmax的含义以甘特图的形式如图8.4所示。多台机器排序的目标一般也是使最大完成时间(总加工周期) Fmax最短。可以将“n／2”排序问题用图8.4所示的甘持图来描述，在下图中，可以看出 Fmax的构成：
8.2.5.2 n/2排序问题的算例： 8.2 车间作业排序 现有5个订单，每个订单在两台工作中心上的作业时间如表:
对于n个作业在两台机器上的排序，须注意下列问题：(1)第1台机器为连续安排作业，无须等待时间，故闲置时间为零；(2)第1台机器的排序和第2台机器的排序结果相同，如果第2台机器排序和第1台机器排序不一样，势必会造成等待时间的增加，从而不能保证总的完成时间最小；(3)第2台机器的闲置时间是造成总时间增加的惟一因素，应尽量缩短这种闲置浪费时间；(4)最小所有作业完成总时间有时不一定是惟一的一种排序结果，如果在排序时出现最小时间值相同的两个作业，则可任意选择其中的一种进行排序，这样就会造成不同的排序结果。对于n个作业在两台机器上的排序，须注意下列问题：(1)第1台机器为连续安排作业，无须等待时间，故闲置时间为零；(2)第1台机器的排序和第2台机器的排序结果相同，如果第2台机器排序和第1台机器排序不一样，势必会造成等待时间的增加，从而不能保证总的完成时间最小；(3)第2台机器的闲置时间是造成总时间增加的惟一因素，应尽量缩短这种闲置浪费时间；(4)最小所有作业完成总时间有时不一定是惟一的一种排序结果，如果在排序时出现最小时间值相同的两个作业，则可任意选择其中的一种进行排序，这样就会造成不同的排序结果。 8.2 车间作业排序
8.2.6 N个作业N台工作中心排序 8.2 车间作业排序 常使用指派法对“n／n”排序问题进行排序，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。 指派法比较适合解决具有如下特征的问题：1、有N个事项分配到N个目的地2、每个事项必须被派给一个唯一的目的地3、只能用一个标准：成本最小、利润最大、最少完成时间等
8.2 车间作业排序 8.2.6.1 指派法用于n/n排序问题的具体步骤： ①将每行中的数减去该行中的最小数（这将会使每行中至少有一个0）。 ② 将每列中的各个数量减去该列中的最小数（这将会使每列中至少有一个0）。 ③ 判断覆盖所有0的最少线条数是否等于n。如果相等，就得到了一个最优方案，因为作业只在0位置上指派给工作中心，如果满足上述要求的线条数少于n个，转至第④步。 ④ 画出尽可能少的线，使这些线穿过所有的0(这些线可能与步骤③中的线一样)。将未被这些线覆盖的数减去其中最小的，并将位于线交点位置上的数加上该最小的数，重复步骤③。
8.2 车间作业排序 8.2.6.2 指派法算例： 现有5个作业要在5台工作中心上完成，完成每个作业的成本如表8.15所列的成本分配矩阵。 9
8.2 车间作业排序 步骤1----行减，即从本行中减去本行最小数 4-3=1 8-3=5 3-3=0 5-3=2 6-3=3 减去4 减去2 减去5 注: 为每行减后本列中的最小数 减去3
8.2 车间作业排序 步骤2------列减，即每一列减去本列中最小的数 在行减的基础上减 2-0=2 2-0=2 5-2 4-2 3-2 3-2 2-2 2-0=2 5-0=5 0-0=0
8.2 车间作业排序 步骤3-----应用线覆盖表8.17中的零元素，因为覆盖全部0的线数是4，如表8.18所列，而要求应为5才能获得最佳解，所以应转至下一步。
