作业计划的编制往往面对的是几项不同的任务,如几种不同的工件,要在一台或一组设备上加工,每种工件都有各自的加工时间和要求完成的时间即交货期。由于设备是有限的,所以必须对每个工件的加工进行排序,安排在不同的时间进行生产,管理人员首先要解决的一个问题就是如何安排这些工件的加工顺序,使整个作业计划能最大限度地满足上述四条基本原则的要求。作业排序就是这种在生产作业过程中安排加工顺序,决定哪个作业首先开始工作的活动。作业排序是制定作业计划的一个中心环节,但它不等于作业计划,它是作业计划的一部分。排序只能确定各个工件在设备上加工的先后顺序,在此基础上再给定每一个工件加工的日程和进度,这些共同构成了一个完整的作业计划。
作业排序的规则。作业排序根据的基本原则是优先调度规则,根据一些数据信息确定工件生产的顺序,优先调度的结果需要满足:
满足顾客或下一道工序作业的交货日期;
使流程时间,即作业在工序过程中耗费的时间最短;
使在制品库存最小化;
使设备和工人的闲置时间最短。
其实,这四条标准和我们前面提到的四条准则是一致的。
根据这样的标准,我们最常用的优先调度规则主要有下面10种:
先到先服务FirstCome,FirstServed,简称FCFS准则,按工件到达车间的先后顺序或者订单的先后顺序安排加工。
最短作业时间优先Shortest Operating Time,简称SOT准则。所需加工时间最短的作业优先安排,然后是加工时间第二短的,如此等等,依此排列,一直到加工时间最长的那个工件。这个准则有时又被称为SPT Shortest Processing Time。
交货期最早优先Earliest DueDate,简称EDD准则。要求交货期早的工件优先安排,而交货期要求晚一些的工件则到后面加工。
开始日期先后准则,交货期减去正常的提前期,即最早进入工序的作业最早完成。
剩余松弛时间最少SlackTimeRemaining,简称STR准则。剩余松弛时间等于从当前时间起距交货期的剩余时间减去工件剩余的加工时间。按剩余松弛时间的长短,从短到长安排作业顺序。
后到先服务Last Come,First Served,简称LCFS准则。即后运到车间的工件往往最先加工,所以称之为后到先服务。这个规则常常作为作业排序的缺省规则应用。
随机安排准则。管理人员或操作者随机地选择一个工件。
每个工件的剩余松弛时间?熏计算方法是:每个工件剩余松弛时间=交货期前剩余的时间-剩余加工的时间/剩余的作业。
关键比率,是用交货期减去当前日期的差除以剩余的工作日数。
排队比率,即计划中剩余的松弛时间/计划中剩余的排队时间,排队比率最小的作业最先执行。
这几个准则各有不同特点。FCFS准则对工件比较公平,SOT准则可使工件平均流程时间最短,从而减少在制品量,EDD准则可使工件最大延误时间最小,SCR也是保证工件延误最少的准则,等等。管理人员应该根据不同的目标选择恰当的排序准则。
接下来介绍n个作业任务一台机床的作业排序。下面对四个工件在同一台机床上加工的情况进行分析,同时对不同的调度规则进行比较。
所有的订单需要在同一台机床上进行加工。
方案1:运用FCFS准则。
流程时间的结果如表9-11所示。
我们发现,只有加工订单1的流程时间比交货日期少,而其他订单都无法在交货日期之前交货。总的流程时间是48天,平均流程时间是9?郾6天。
方案2:SOT准则。
总的流程时间为35天,而平均流程时间为35/5=7天,第3个和第5个订单可以在交货日期之前完成,而其他订单会延迟交货。
方案3:LCFS准则。
总的流程时间为42天,流程平均时间为8?郾4天,订单2、3、4会延期交货。
方案4:EDD准则。
总的流程时间为38天,流程平均时间为7?郾6天,订单2、3、4会延期。
经过比较发现,各种准则中,SOT准则是最优方案,无论总的流程时间还是平均流程时间都是最短的,而且,经过数学证明发现,在n个作业1台机器的情况下SOT都是最优的。
n个工件在两台设备加工的作业排序。有n个工件,都要经过两台设备的加工,且它们流经这两台设备的工艺顺序是一致的,即都是先在第一台设备上加工,再转到第二台设备继续加工。从第一个工件在第一台设备上开始加工算起,直到最后一个工件在第二台设备上加工结束为止的这段时间,称为n个工件的总加工周期。作业排序的目标就是使这个总加工周期最短,以缩短生产周期,减少在制品的停放时间。
对于这个问题,往往采用约翰逊Johnson规则来解决,约翰逊法解决这种问题分为4个步骤。
1列出每个作业在两台设备上的作业时间。
2选择最短的作业时间。
3如果最短的作业时间来自第1台机床,则首先进行这个作业;如果最短的作业时间来自第2台机器,则这个作业最后进行。
4对其他的作业任务重复进行第2和3步骤进行,直到最后排序完成。
例:1车间有A、B两台设备,本周要完成4个工件的加工任务。每个工件在设备上的加工时间可以用表9-16来表示,求总加工周期最短的作业顺序。
解:根据约翰逊Johnson规则,最少的加工时间是1个时间单位,它又是出现在设备A上,根据约翰逊法的规则,应将对应的加工任务1排在第一位。
在剩余的加工任务中再找最小值,不难看出,最小值是2个时间单位,它是出现在设备B上的,所以应将对应的加工任务4放在最后一位。
重复这样的排序得到的结果是:加工任务1—3—2—4.
如果按照1—2—3—4的方式进行排序,得到的总加工周期是19,用约翰逊法排出的作业顺序总加工周期是17,显然后者的结果优于前者。
扩展后,还可以运用于n个作业任务3台机床的情况,然而,实际工作中遇到更多的还是多个工件在多台设备上加工的排序问题。随着设备数的增加,排序问题的复杂程度也随之增加,约翰逊Johnson规则无法作出最优的方案。排序问题已经成为动态的,在下游的机床中会形成一系列的排队。
n个作业任务m台机床的排序。实际中更常见的是n个作业m台机床的排序问题,如果这样的作业在机床上进行,那么有n?选m种方案可以选择,只有通过计算机的模拟才可以进行计算,但是总的原则还是我们前面所提供的。当然,在10种排序方法中,经过对车间作业任务的模拟发现,选取优先规则的原则是:
优先规则是动态的,在作业的过程中要经过不断的和经常的计算,对不断变化的现场情况进行及时的反映;
优先规则应该考虑到松弛时间,要注意交货期的一些常见特征。
经过不断的发展,目前最新的排序方法是在计算机上将模拟和人工结合进行排序。
从企业拿到订单到向客户提供产品,不仅仅是一个部门的工作,它需要企业内各个部门配合行动,企业产品生产过程,实际上也就是各个部门协调活动的过程。计划的功能在于预先安排各项活动的内容,而生产控制的功能则在于实施生产中调度各项与生产相关联的作业活动。生产控制根据各种生产过程反馈回来的信息,通过对生产系统状态的评价,决定调整各项活动的内容,确保计划目标的实现。
生产控制的功能
生产控制往往通过车间生产控制系统来实现,前面介绍的作业优先的排序仅仅是车间的生产作业控制的前提,整个车间控制系统是应用来自车间的数据以及数据处理文件,来维护和传递有关车间工作任务和工作中心状态显示的系统。车间生产控制的主要功能可以由下面表示:
为每个车间的工作任务进行有限的排序;
维护在制品的数量信息;
将车间的工作任务状态的信息传递到控制中心;
为能力控制提供实际的数据;
根据工作任务和工序点的要求,为在制品的库存提供数量依据;
提供效率、利用率、人员工作效率等方面的数据信息。