第八章 车间作业计划 PAC

1. 第八章 车间作业计划PAC Shop Floor Activity Management

2. 本章主要内容： PAC的概念及内容 生产作业计划的期量标准 零件移动方式及加工周期 PAC的编制步骤 车间作业排序 车间作业控制 主要针对制造装配型的生产进行讲述

4. 第1节 PAC的概念及内容 1、车间作业计划的定义： • 车间作业计划：是在MRP所产生的加工制造订单(即自制零部件生产计划)的基础上，按照交货期的前后和生产优先级选择原则以及车间的生产资源情况(如设备、人员、物料的可用性，加工能力的大小等)，将零部件的生产计划以订单的形式下达给适当的车间。在车间内部，根据零部件的工艺路线等信息制定车间生产的日计划，组织日常的生产。同时，在订单的生产过程中。实时地采集车间生产的动态信息，了解生产进度，发现问题并及时解决，尽量使车间的实际生产接近于计划。 • 车间作业计划与控制由车间作业计划员来完成 • 生产作业计划是生产计划的具体执行计划。 • 在空间上把生产任务细分到车间、工段、班组、机台和个人； • 在时间上把年、季较长计划期任务细分到月、旬、周、日、轮班和小时 • 在计划单位上把产品细分到零件和工序

5. 作业计划的特点： ①计划期较短：月、旬、日、轮班、小时。 ②内容更具体：把生产任务分解到各车间/工段/班组/机台/个人。 ③计划单位更小：部件、零件。 重点：编制期量标准 制定作业计划的影响因素： • 工件到达的方式 • 车间内机器的数量 • 车间拥有的人力资源 • 工件移动方式 • 不同的调度准则 作业计划与控制的关系： • 作业计划：给生产活动制定详细时间表. • 生产控制：以生产计划和作业计划为依据，检查、落实计划执行情况，发现偏差即采取纠正措施，保证实现各项各项计划目标。

6. 2、PAC的典型功能： • 车间作业计划（PAC）是计划的执行层次，只是执行计划，不能改动计划。具体说来, PAC的功能主要有： • （1）按MRP计划生成车间任务 • （2）控制加工单的下达 • （3）收集信息，监控在制品生产 • （4）采取调整措施 • （5）生产订单完成

7. 以下职能必须在对作业排序和控制时完成： • 分配订单、设备和人员到各工作中心或其他规定的地方； • 决定订单顺序（即建立订单优先级）； • 对已排序作业开始安排生产，通常称之为调度； • 车间作业控制（或生产作业控制），包括： — 在作业进行过程中，检查其状态和控制作业的速度； — 加快为期已晚的和关键的作业。 计划员的决策取决于以下因素：每个作业的方式和规定的工艺顺序要求，每个工作中心上现有作业的状态，每个工作中心前作业的排队情况，作业优先级，物料的可得性，当天较晚发布的作业订单，工作中心资源的能力。

8. 3、信息源及基本术语： • 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：项目主文件、工艺路线文件、工作中心文件等； • 控制文件：车间任务主文件、车间任务详细文件、工作人员的信息等。 • 术语：要做好车间生产计划，还需要了解相关的术语。 • （1）加工单work order或（车间订单shop order ）： • 是一种面向加工件说明物料需求计划的文件，可以跨车间甚至厂际协作。加工单的格式同工艺路线报表相似。主要反映的内容： • 知道需要经过哪些加工工序(工艺路线) • 知道需要什么工具、材料、能力的提前期 • 确定工具、材料、能力和提前期的可用性 • 解决工具、材料、能力和提前期短缺问题 • 最后将任务下达、尽可能满足计划要求 • 发放工具、材料和任务的有关文件给车间

10. （2）派工单（dispatch list）： • 派工单或称调度单，是一种面向工作中心说明加工优先级的文件，主要说明：（a）说明工作在一周或一个时期内要完成的生产任务。（b）说明哪些工作已经达到，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。（c）说明哪些工件即将达到，什么时间到，从哪里来。 • 根据派工单，车间调度员、工作中心操作员对目前和即将到达的任务一目了然。

11. （3）工作中心： 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工作的一个区域。 工作中心可以按工艺专业化进行车间作业组织，或者按产品流程、装配线、成组技术单元结构进行组织。 工作中心作业排序的目标是： • 满足交货期 • 极小化提前期 • 极小化准备时间或成本 • 极小化在制品库存 • 极大化设备或劳动力的利用

12. (4) 有限负荷方法和无限负荷方法： • 无限负荷方法：将工作分配给一个工作中心时，只考虑它需要多少时间，而不直接考虑完成这项工作所需的资源是否有足够的能力，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。通常仅检查一下关键资源，大体上看其是否超负荷。 • 有限负荷方法：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。理论上讲，当运用有限负荷方法时，所有的计划都是可执行的。 • （5）向前顺序和向后顺序： • 区分作业排序的一个特征是：基于向前顺序和向后顺序。 • 向前排序：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。实际中用的最多，向前排序系统能力告诉我们：订单能完成的最早日期。 • 向后排序：从未来的某个日期（如：一个约定交货日期）开始，按从后向前的顺序对所需作业进行排序。向后排序系统能力告诉我们：为了按规定日期完成一个作业所必须开工的最晚时间。

13. 4、PAC的作用： • 如果车间的日常生产很正常，完全与计划相符,就无需对生产情况进行监控了，但实际的情况并非都是十全十美，总会出现这样或那样的问题，例如生产拖期、加工报废、设备故障等，因此要对车间作业计划(PAC)进行经常性的监视、控制和调整。 • 其中，对PAC的监视是通过收集有关车间的数据来实现的；而对PAC的控制则主要表现在解决车间中出现的问题。 • PAC的作用： • （A）收集车间数据：车间生产数据主要有以下几种： • （1）劳动数据 • （2）设备运行状况 • （3）生产进度数据 • （4）质量控制数据 • （5）物料数据 • （B）实时解决PAC中的各种问题

20. 第3节 零件移动方式及加工周期 • 零件的移动方式有三种：顺序移动方式、平行移动方式、平行顺序移动方式 • 1、顺序移动方式： • 特点：是每批零件在前道工序全部完工后，才整批地转送到后道工序加工。 式中 T顺—顺序移动方式的加工周期 n—零件加工批量 ti —第i道工序的单件工时 m—零件加工的工序数目

21. 2、平行移动方式： • 特点：每个零件在前道工序加工完毕后，立即转移到后道工序继续加工，形成前后工序交叉作业。 tL —最长的单件工序时间

22. 3、平行顺序移动方式： • 特点：既要求每道工序连续进行加工，又要求各道工序尽可能平行地加工。 • 其具体做法： • 当ti＜ti+1时，零件按平行移动方式移动； • 当ti≥ti+1时，以i工序最后一个零件的完工时间为基准，往前推移（n-1）×ti+1作为零件在i+1工序的开始加工时间。

23. 比较项目 平行移动方式 平行顺序移动方式 顺序移动方式 生产周期 运输次数 设备利用 组织管理 短 多 差 中 中 中 好 复杂 长 少 好 简单 零件三种移动方式的比较： 选择零件移动方式需考虑的因素：

24. 第4节 PAC的编制步骤 1 核实MRP的制造定单 2 生成车间任务 3 下达加工单 4 生产调度 5 下达派工单 6 分析报表 7 投入/产出控制

25. MRP文件 生成车间任务 任务分配物料 加工单 下达车间任务 1 核实MRP的制造定单： • （1）确定加工工序； • （2）确定所需物料、能力、提前期、工具； • （3） 确定物料、能力、提前期、工具的可用性； • （4） 解决物料、能力、提前期、工具的短缺问题。 2 生成车间任务： 车间任务下达流程

26. 车间任务 工艺路线 工作中心文件 生成物料的工序作业计划 加工单 3 下达加工单 • 加工单（Work Order），也叫作车间定单（Shop Order），是一种面向加工件说明物料需求计划的文件，包括物料的加工工序、工作中心、工作进度及使用的工装设备等。 • 加工单生成流程

27. 4 生产调度 生产调度的目的： • （1）将作业任务按优先级编排 • （2）按能力（设备、人力）分配任务 • （3）保证任务如期完成 • （4）完成任务的时间最短、成本最低 • 常用调度措施： • （1）平行顺序作业 • （2）加工单分批 • （3）压缩排队、等待和传送时间 • （4）替代工序或改变工艺 • 确定工序优先级： • （1）紧迫系数（Critical Ratio，简称CR） • 优先级（CR）=(交货日期-系统当前时间)/剩余的计划提前期 • （2）最小单个工序平均时差（LSPO） • 优先级（LSPO）=(交货日期-当前日期-剩余工序所需加工时间)/剩余工序数 • （3）最早定单完成日期（Earliest Due Date） • （4）先到先服务法 • 优先级=(定单送到日期-固定日期)/365 • （5）最早开工法 • 优先级=交货期-提前期-当前日期 • （6） 剩余松弛时间法 • 优先级=交货剩余时间（天）-完工剩余时间（天）

28. 7 投入/产出控制 5 下达派工单 • （1）物料和能力可用量报表 • （2）加工单状态报表 • （3）工序状态报表 6 分析报表

29. 第5节 车间作业排序

30. 1、作业排序（sequencing）： • 作业排序是解决各个生产层次中生产任务的加工顺序问题，既包 • 括哪个生产任务先投产，哪个生产任务后投入，还包括在同一设备上 • 不同工件的加工顺序。 • 生产任务的最终落实： • MRP确定各车间的零部件投入出产计划，将全厂性的产品出产计划变成了各车间的生产任务 • 各车间要将车间的生产任务变成各个班组、各个工作地和各个工人的任务，才算落到实处 • 将任务安排到工作地，牵涉到任务分配和作业排序问题 排序的目标：如何在尽可能满足各种约束条件的情况下，给出一个令人满意的排序方案。

31. 排序中的基本概念： • 工件（Job）：服务对象； • 机器（Machine、Processor）：服务者。 • 如：n个零件在机器上加工：则零件是工件，设备是机器； • 工人维修设备：出故障的设备是工件，工人是机器。 • 作业排序也就是要确定工件在机器上的加工顺序，可用一组工件代号的一种排列来表示。 • 实际上就是要解决如何按时间的先后，将有限的人力、物力资源分配给不同工作任务，使预定目标最优化的问题。

32. 作业排序（sequencing） ：确定工件在设备上的加工顺序。 作业计划（scheduling）：不仅包括确定工件的加工顺序，还 包括确定设备加工每个工件的开始时间和结束时间。 2、作业计划和排序的关系： • 编制作业计划（scheduling）与排序（sequencing）不是同义语。 排序只是确定工件在机器上的加工顺序，可以通过一组工件的代号的一种排列来表示该组工件的加工顺序。而编制作业计划，则不仅包括确定工件的加工顺序，而且包括确定机器加工每个工件的开始时间和完成时间。因此，只有作业计划才能指导每个工人的生产活动。 由于编制作业计划的主要问题是确定各台机器上工件的加工顺序，而且，在通常情况下都是按最早可能开（完）工时间来编排作业计划。因此，当工件的加工顺序确定之后，作业计划也就确定了。所以，人们常常不加区别地使用“排序”与“编作业计划”。

33. 单台设备排序问题 多台设备排序问题 • 3、作业排序问题的分类 • A、制造业和服务业中两种基本形式的排序： • （1）劳动力排序：主要是确定人员何时工作； • （2）生产作业排序：主要是将不同的工件安排在不同的设备上，或安排不同的人员做不同的工作。 • B、生产作业排序的分类： • （1）按设备数量分类： 单件车间排序问题（job-shop） 加工路线不同 流水车间排序问题（flow-shop） 所有工件的加工路线相同

34. 静态排序 确定性动态排序 随机性动态排序 动态排序 • （2）按工件到达车间的情况分类 （3）按目标函数的性质分类： 单目标排序 多目标排序 （4）按目标的不同又可划分为不同的排序问题： 如使平均流程时间最短的排序、使总流程时间最短的排序、使平均误期时间最短的排序、使最大平均误期时间最短的排序问题等。 Conway等人提出排序问题的通用模型： n/m/A/B，任何排序问题都可以用这种模型描述。 其中：n—工件数；m—机器数；A—车间类型；B——目标函数

35. （5）作业计划的倒排与顺排方式：

36. （6）无限能力计划与有限能力计划：

37. 4、影响生产作业排序的因素： 作业排序的一般假设： （1）一台设备不得同时加工两个或两个以上的任务； （2）一个任务不能同时在几台设备上加工； （3）每个任务必须按照工艺顺序进行加工。 （1）生产任务的到达方式： 静态到达（成批到达）：生产计划人员将一段时间内的订单汇总，一起安排生产作业计划。 动态到达：在一段时间内按某种统计分布规律到达，生产随到随安排。 （2）车间中的设备种类和数量： （3）车间中的人员数量： 在特定的生产操作人员数量少于设备数量的情况下，尤其是服务系统，生产操作人员成为排序时必须考虑的关键资源。 （4）生产任务在车间的流动模式： 流水车间（定流车间）、单件车间（随机路线车间）、混合式加工车间。 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。

38. 5、作业排序的评价标准： • （1）使完成时间最短——作业平均流动时间 • 作业流动时间：指作业从到达车间、工作区或工作中心开始，到离开时结束的时间长度，包括：实际加工时间；等待加工时间；各操作之间的运送时间；与设备故障、不可用零件、质量等问题有关的等候时间。

39. （2）使用率最大化。 由该工作系统的有效工作时间占总流动时间的百分比来表示。 （3）在制品库存量（Inventory on hand）最小化。 由该系统的平均工作数量（Average number of jobs）来评价。系统中工作数量与在制品库存量高度相关，工作数量越少，在制品存量也越少。 • （4）使顾客等待时间最少 • 这可由作业延期时间（Job lateness）来表示；作业延期时间是指作业的实际完成时间与预定日期之差

40. 6、作业排序的9大优先规则：  FCFS（先到先服务）：按订单送到的先后顺序进行加工。 • SOT（最短作业时间）：所需加工时间最短的作业首先进行，然后是加工时间第二最短的，如此等等。这个规则等同于SPT（最短加工时间）规则。 • EDD(交货期)：最早交货期最早加工。将交货期最早的作业放在第一个进行。 • 开始日期：交货期减去正常的提前期（最早开始的作业第一个进行）。  STR（剩余松弛时间）：STR是交货期前所剩余时间减去剩余的加工时间所得的差值。STR最短的任务最先进行。 • STR/OP（每个作业剩余的松弛）：STR/OP最短的任务最先进行。 STR/OP的计算方法为：

41. CR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。紧迫系数最小的任务先进行。CR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。紧迫系数最小的任务先进行。 CR=负值，说明已经脱期 CR=1，说明剩余时间刚好够用 CR>1，剩余时间有富裕 CR<1，剩余时间不够 CR值小者优先级高。一个工件完成后，其余工件的CR值会有变化，应随时调整 • QO（排队比率）：排队比率是用计划中剩余的松弛时间除以计划中剩余的排队时间，排队比率最小的先进行。 LCFS（后到先服务）：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。

42. 7、n个作业/1台工作中心的排序（n/1排序）： • n个工件全部经由一台机器处理 J1 J2 J3 Jn 离开系统（机器） 机器 到达系统工件的集合 • 为实现任务总等待时间最短的目标，保证尽可能多的对象早日加工出来，加速资金周转，只需根据最短加工时间准则对加工对象排序即可。

43. n/1排序法示例： 例1：n个作业/单台工作中心排序问题。在一周的开始，有5位顾客提交了他们的订单。原始数据为： 方案一,利用FCFS （先到先服务）规则，其流程时间的结果如下： 总流程时间=3+7+9+15+16=50（天） 平均流程时间=50/5=10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订单能按时交货。订单B，C，D和E将会延期交货，延期时间分别为1,2,6,14天。每个订单平均延期（1+1+2+6+14）/5=4.6天。

44. 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+3+6+10+16=36（天） 平均流程时间=36/5=7.5天 SOT规则的平均流程时间比FCFS规则的平均流程时间小。另外，订单E和C将在交货日期前完成，订单A仅延期1天。每个订单的平均延期时间为（0+0+1+4+7）/5=2.4天。

45. 方案三,利用DDate（交货期优先）规则，排序结果为：方案三,利用DDate（交货期优先）规则，排序结果为： 总流程时间=1+4+8+10+16=39（天） 平均流程时间=39/5=7.8天 在这种情况下，订单B，C和D将会延期，平均延期时间为: （0+0+2++7）/5=2.4天。

46. 方案四,利用LCFS （后到先服务）规则，预计流程时间为： 总流程时间=1+7+9+13+16=46（天） 平均流程时间=46/5=9.2天 平均延期=4.0天

47. 方案五,利用RAN（随机规则），排序结果为： 总流程时间=6+8+11+12+16=55（天） 平均流程时间=55/5=11天 平均延期=5.4天

48. 方案六,利用STR （剩余松弛时间）规则，排序结果为： 总流程时间=6+4+8+14+16=43（天） 平均流程时间=43/5=8.6天 平均延期=3.2天

49. 优先调度规则比较: 很明显，此例中SOT比其余的规则都好，但情况总是这样的吗？答案是肯定的。另外，从数学上可以证明，在n/1情况下，用其他的评价准则，如等待时间均值和完成时间均值最小，SOT规则也是最优方案。事实上，这个简单被称为“在整个排序学科中最重要的概念”.

50. 例2：一个车间有一台加工中心，现有5个工件需要该机器加工。相关的加工时间和要求完成时间（交货期）如下表所示。