jit环境下电路板车间调度研究.pdf

1、上海交通大学硕士学位论文JIT环境下电路板车间调度研究姓名：宇军申请学位级别：硕士专业：工业工程指导教师：吴祖育;嵇砚生20030701I摘 要 青岛朗讯公司的主要业务之一是电路板生产 作为通信设备主要部件 ,青岛朗讯公司印刷电路板 PCB 的生产也随着青岛朗讯公司业务的发展以及地位的提高而逐 年增加 青岛朗讯公司生产采用的是在 ERP MRP-II 环境下的以客户需求拉动订单的生产方式 每台设备配置的电路板各有不同 因此 ,尽管朗讯科技在全球采取了统一计划电路板生产的战略 青岛朗讯公司的电路板生产仍然是属于多品种中小批量生产 由于青岛朗讯公司电路板生产车间生产的电路板品种多 工艺流程相对复杂

2、 属于复杂的 Job-shop 类型 ,而且由于产品的不同 生产产品的工艺线路也不同 根据目前该领域研究的现状 ,很难对整个过程进行模拟和调度 长期以来只能靠模拟软件 Factory Planer 对整个生产过程进行 大致的模拟 ,所得的结论由于精度很低 只能作为车间生产的参考 由此也引发了生产效率低 在制品数量波动大等等诸多问题 为解决电路板车间的生产调度问题 , 本文借助约束理论 (Theory of Constraint),对各道工序进行能力分析 ,通过研究各个瓶颈资源 工序 来找出提高瓶颈资源生产能力的方法 ,对瓶颈资源进行改造 ,由瓶颈资源转为非瓶颈资源 ,再对新出现的瓶颈资源进行分

3、析提高 ,最后使生产瓶颈基本固定于改造成本最大 ,改造难度最大的工序 这样 ,对整个车间的调度问题就转化为对该工序的调度问题问题得到了简化 而后利 用调度工具对该工序进行计划排程 ,并用看板 (KANBAN)作为工具协调整个生产过程 ,保证瓶颈资源能力的最大发挥 经过一段时间的运行证明 这种与 TOC 理论和工艺改造相结和的调度优化方法可以很大程度地简化调度程序 提高生产效率 II关键词 电路板 装配 调度 约束理论 即时生产 上海交通大学工业工程硕士学位论文 英文摘要 IABSTRACT Lucent Qingdao, a Join Venture of Lucent Technologie

4、s, is a large scale of communication products manufacture to mainly provide switching products, its production has increased from not more than 100K terms to 2002s 9,600K terms in past ten years, and it is playing more important roles in the global development strategies of Lucent Technologies. The

5、main operation of Lucent Qingdao is PCB assembly, and the output has increased accompany with the growth of Lucent Qingdao operation. Lucent Qingdao employs the sales order pull manufacture in the ERP (MRPII) envi ronment , since the PCBs are quite different in quantity and type with different produ

6、ct configurations , Lucent Qingdao has to produce PCBs in variable types and small batches although Lucent adopt the global planning strategy of PCB production. Since there are variable types of PCBs and complex process flow and the process flows are different, Lucent Qingdao CPA shop is Job shop ma

7、nufacture. This makes it very difficult to simulate and schedule the whole process. The CPA shop had to make a tough simulation by using Factory Planer software for long time. The simulation result , since the lower precision, only was the reference of manufacture, and caused low efficiency and fluc

8、tuating WIP. To solve the dispatching and scheduling problem and elevate the throughput efficiency, a new method is presented in this paper to concentrate and manage to fix the bottleneck in one process to simplify the dispatching and scheduling from shop level to process level after capacity analys

9、is and to rhythmus the whole shop by using KANBAN. After trial run, it is confirmed that this method can simplify the dispatching and scheduling and highly elevate the efficiency of PCB production. 上海交通大学工业工程硕士学位论文 英文摘要 IIKey words: PCB, dispatching and scheduling, Theory of Constrain Just-in-time 上

10、海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名日期 年 月 日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印

11、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文保密 在 年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密请在以上方 框内打学位论文作者签名 指导教师签名日期 年 月 日 日期 年 月 日上海交通大学工业工程硕士学位论文 第一章 概 述 第一章 概 述 1 - 1 引 言 青岛朗讯公司 ( 原青岛 AT&T) 成立于 1993 年 总投资额为一亿美元 股东分别为朗讯科技 青岛市企业发展投资公司 山东省通信公司 山东省通信公司青岛分公司 中国国际信托投资公司 是朗讯科技旗下的一个以程控交换机为主要产品的大型通讯产品生产企业 成立十年以来 青岛朗讯公司本着 在中国 为中国 与中国 的经营理念 努力发展在中国本地的生产

12、 研发业务 产销量逐年增加 由原来的每年不足 10 万端口增加到 2002 年的 960 万端口 同时 在朗讯总部的大力支持下 青岛朗讯公司及时调整和制定新的综合发展战略 从单一的 5ESS 交换产品转向综合接入通信系统 ( 窄带 和宽带 ) 无线市话 (CWS) 移动通信系统 GSM 和 CDMA 以软交换为主导的语音和数据新一代网络产品 增值业务产品 以研发和技术为主导的网络设计 规划及工程 由原来的以程控交换机业务为主发展到现在的无线移动通信 交换 接入设备和新一代网络通信产品等的多业务并举 , 成为中国市场成长最快的三大通讯设备制造公司之一 2001 年年底朗讯科技向青岛朗讯公司追加投

13、资 2000 万美元 用于扩大研发和生产力量 同年青岛朗讯公司 的销售收入超过 9 亿美元 缴纳各种税收达到 10 亿人民币 青岛朗讯 逐渐成为朗讯在全球发展战略中的重要 角色 青岛朗讯公司的主要业务之一是印刷电路板 PCB 生产 作为通信设备主要部件 , 青岛朗讯公司印刷电路板的生产也随着青岛朗讯公司业务的发展以及地位的提高而逐年增加 对于所有电子产品 尤其是通讯类电子产品来说 印刷电路板是一个不可或缺的重要部件 在电路板的装配生产过程中 能否提高装配工作效率 对任何一家生产厂商来说都显得非常的重要 因为它直接关系到生产成本能否得到有效的控制 青岛朗讯公司生产采用的是 MRP - II 环境

14、下的以客户需求拉动订单的生产方式每台设备的配置各有不同 因此 , 尽管朗讯科技公司在全球采取了 电路板生产统一计划的战略 但对于青岛朗讯公司的电路板生产来说 , 仍然是属于多品种中小批量生上海交通大学工业工程硕士学位论文 第一章 概 述 产 由于青岛朗讯公司生产的电路板的品种多 工艺流程相对复杂 生产产品的工艺线路也不同 属于复杂的 Job - shop 类型 根据目前该领域研究的现状 , 需要同时掌握复杂的调度算法和详细了解车间的所有生产流程 同时运用运算能力强大的计算机来对整个过程进行模拟 这需要耗费大量人力进行建模 编程和调试 但所得结果往往和实际偏差较大 所以对于青岛朗讯的生产调度来讲

15、 长期以来只能靠 i2 的 FP 软件对整个过程进行大致的模拟 , 所得的结果由于 精度低 只能作为车间生产的参考 由此也引发了生产效率低 在制品数量波动大等等诸多问题 通常 具有不同功能的技术 其使用费用也不同 一味追求高技术 在生产经营中是不可取的 因此 技术方案的选择 不论是自行研究还是引进 均应根据产品性能 质量标准以及生产规模等 特别要根据本企业的具体情况来确定 1 为解决印刷电路板车间的生产调度问题 , 本文提出利用约束理论 (Theory of Constraint), 对各道工序进行能力分析 , 通过研究各个瓶颈资源 工序 来找出提高瓶颈资源生产能力的方法 , 对瓶颈资源进行改

16、造和提 高 , 使其由瓶颈资源转为非瓶颈资源 , 再对新出现的瓶颈资源进行分析提高 , 如此反复 最后使生产瓶颈基本固定于改造成本最大 , 改造难度最大的工序 这样 , 对整个车间的调度问题就转化为对该工序的调度问题 问题得到了简化 最后利用调度工具对该工序进行计划排程 , 并用看板 (KANBAN) 作为工具协调整个生产过程 , 并对调度结果进行反馈 既保证作业计划的相对准确 又使瓶颈资源能力得到最大发挥 1 - 2 青岛朗讯公司电路板车间 流程特点 青岛朗讯公司电路板生产车间包括表面贴装生产线 (SMT) 元器件插装生产线和波峰焊 电路板整理及附件 安装 TOUCH UP 功能测试 TES

17、T SET 系统测试 TEST BED 最终检验五道工序 见图 1 - 1 上海交通大学工业工程硕士学位论文 第一章 概 述 图 1 - 1 电路板车间工序分布 1 - 2.1 表面贴装技术 (SMT) 工艺流程 印刷电路板裸板 来料检测 正面丝印锡膏 贴片 正面回流焊接 冷却 检验 翻板 背面点胶 贴片 烘干 回流炉固化 检验 表面贴装生产线采用了日本富士公司生产的贴片设备 包括丝网印刷机 (GSPII), 背面采用点胶机 贴装设备 (CPVI 和 IPIII) 回流焊三部分 主要原理是由丝网印刷机将 锡膏印刷于电路板裸板表面的焊盘上 然后由贴装设备将元器件贴于焊盘上 最后经过回流焊的加热

18、锡膏融化 冷却 焊锡凝固 将元器件焊于电路板上 1 - 2.2 元器件插装 元器件插装生产线是利用人工或机器将直插元器件插于电路板的通孔上 电路板经过波峰焊 当电路板底部经过锡炉里由熔融状态的焊锡形成的波峰时 元器件管脚以及电路板焊盘附着上熔化的焊锡 焊锡冷却凝固后 元器件就被焊接到电路上海交通大学工业工程硕士学位论文 第一章 概 述 板上 1 - 2.3 功能测试 功能测试是利用测试设备对基本成型的电路板上的元器件分别进行测试 从而排除受损的元器件 测试设备一般为通用设备 根据不同电路板生产和不同测试工序更换不同夹具 1 - 2.4 系统测试 系统测试是将通过功能测试的电路板安装到机柜系统中

19、 直接模仿电路板的工作环境而对电路板进行全面的系统测试 所用设备为本厂生产的交换设备 1 - 2.5 最终检验 最终检验是对电路板进行入库 / 出厂前的最后检验 主要包括各种标识检验和外观检验 1 - 3 青岛朗讯公司电路板车间 批量特点 青岛朗讯公司生产管理系统 采用的是 MRP - II 环境下的以客户需求拉动的生产方式 由于是拉动式生产 因此必须保证生产的即时性和流畅性 目前采用由客户订单拉动 由 MRPII 系 统根据产品的 BOM 生成主生产计划 然后根据主生产计划生成车间级生产计划 生产计划由车间分解成车间作业计划 由车间领班投放看板拉动生产的进行 由于产品的配置各不相同 电路板生

20、产的数量和品种都经常存在很大变化 尽管朗讯在全球采取了统一计划电路板生产的战略 对于青岛朗讯公司的电路板生产而言 仍然是属于多品种中小批量生产 要提高生产效率 使拉式生产不中断 必须有相对精确的物料供应计划 设备使用计划和人员安排计划等等的支持 而所用这些必须以相对精确的车间作业计划为基础 对于电路板车间复杂的生产流程 生成精确的车间作 业计划是一个非常复杂而又艰巨的任务 需要耗费大量的人力和资金投入 利用较少的人力和资金投入上海交通大学工业工程硕士学位论文 第一章 概 述 来解决这一问题显得十分迫切 1 - 4 本文研究的目的 由于青岛朗讯的电路板生产时采用 JIT 环境下的拉式生产 因此要

21、求有一种简便的调度方法 使生产资源能迅速到位 本文研究的目的就是要将制定作业计划从建立抽象的 耗时费力的模型中解脱出来 运用约束理论的原理 结合工艺改造和车间管理 使之形成一套简单而又行之有效的调度方法 并利用看板管理方法使车间运行同步化 为提高作业计划的精度和缩短制定作业计划的时间 减少人力资源的浪费提供 一个简捷的途径 上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述 第二章 调度问题 简述 车间生产调度是在生产作业计划的基础上 确定生产任务或工件进行加工的顺序 以及加工过程中各种制造资源的实时动态调度 为实现上述的目标要求 车间生产调度应做好以下几项工作 1 设备负荷分配 2 与

22、相关部门的协调 3 确定任务优先顺序 4 任务进度计划 5 作业调度与控制 2 生产作业计划具有三个方面的显著特点 1 计划 期短 生产计划的计划期常常表现为季 月 而生产作业计划详细规定月 旬 日 小时的工作任务 2 计划内容具体 生产计划是全 厂的计划 而生产作业计划则把生产任务落实到车间 工段 班组 工人 3 计划单位小 生产计划一般只规定完整产品的生产进度 而生产作业计划则详细规定各零部件 甚至工序的进度安排 3 21 世纪企业的先进制造模式 将 综合 JIT 并行工程 精良制造等多种先进制造模式的哲理 其目的是要以最低成本制造出顾客满意的产品 即是完全面向顾客的 在这种 情况 下如何

23、安排生产计划 如何进行调度都是我们面临的问题 其中车间作业调度与控制技术是实现生产高效率 高柔性和高可靠性的关键 有效实用的调度方法和优化技术的研究与应用已成为先 进制造技术实践的基础 调度问题主要集中在车间的计划与调度方面 许多学者作了大量研究 出了不少的研究成果 制造系统的生产调度是针对一项可分解的工作 如产品制造 探讨在尽可能满足约束条件 如交货期 工艺路线 资源情况 的前提下 通过下达生产指令 安排其组成部分 操作 使用哪些资源 其加工时间及加工的先后顺序以获得产品制造时间或成本的最优化 在理论研究中 生产调度问题常被称为排序上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述 问

24、题或资源分配问题 2 - 1 调度问题的分类 生产调度系统的分类方法很多 主要有以下几种 (1) 根据加工系统的复杂度 可 分为单机 多台并行机 flow shop 和 job shop 单机调度问题是所有的操作任务都在单台机器上完成 为此存在任务的优化排队问题 多台并行机的调度问题更复杂 因而优化问题更突出 flow shop 型问题假设所有作业都在同样的设备上加工 并有一致的加工操作和加工顺序 job shop 是最一般的调度类型 并不限制作业的操作的加工设备 并允许一个作业加工具有不同的加工路径 (2) 根据性能指标 分为基于调度费用和调度性能的指标两大类 (3) 根据生产环境的特点 可

25、将调度问题分为确定性调度和随机 性调度问题 (4) 根据作业的加工特点 可将调度问题分为静态调度和动态调度 静态调度是指所有待安排加工的工作均处于待加工状态 因而进行 次调度后各作业的加工被确定 在以后的加工过程中就不再改变 动态调度是指作业依次进入待加工状态 各种作业不断进入系统接受加工 同时完成加工的作业又不断离开还要考虑作业环境中不断出现的动态扰动 如作业的加工超时 设备的损坏等 因此动态调度要根据系统中作业 设备等的状况 不断地进行调度 实际调度的类型往往是 job shop 型 且是动态的 2 - 2 调度问题的研究方法 及现状 般的调度问题都是对于具体生产环境中复杂的 动态的 多目

26、标的调度问题的一种抽象和简化 因而一个调度算法可以通过其如何表述这些复杂性进行分类由于实际中生产环境是千差万别的 那么一个调度算法就应该根据其是否能适合对应的生产环境的重要特征进行评估 在对调度问题进行研究的方法上 最初是集中在整数规划 仿真和简单的规则上 这些方法不是调度结果不理想就是难以解决复杂的问题 随着各种新的相关学科与优化技术的建立与发展 在调度领域也出现了上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述 许多新的优化方法 比如神经网络 模拟退火法 遗传算法 禁忌搜索法等 使得调度 问题的研究方法向多元化方向发展 2 - 2.1 基于规则的方法 对生产加工任务进行调度的最传统

27、的方法是使用调度规则 Dispatching rules 已经有许多调度规则被应用 因其调度规则简单 易于实现 计算复杂度低等原因 能够用于动态实时调度系统中 许多年来一直受到学者们的广泛研究并不断涌现出新的调度规则 许多学者在这方面已进行了探索及大量工作 如研究与制定较优的单元零件加工调度算法 在减少等待时间 提高生产率等诸多约束条件下达到了一种较为科学有效的调度效果 总的说来 启发式规则直观 简单 易 于实现 但是近十年的研究表明并不存在一个全局最优的调度规则 它们的有效性依赖于对特殊性能需求的标准及生产条件 它是局部优化方法 难以得到全局优化结果 并且不能对得到的结果进行次优性的定量评估

28、 顾客需求的个性化及要求企业响应市场的敏捷性 往往在生产加工过程中加入了更多的不确定性及复杂性约束 寻找调度最优算法本身是一个 NP 完全问题 这些使得基于规则的调度思想已不能适合敏捷化制造的要求 2 - 2.2 运筹学方法 运筹学方法是将生产调度问题简化为数学规划模型 采用基于枚举思想的分枝定界法或动态规划算法进行解决调度最 优化或近优化问题 属于精确方法 这类方法虽然从理论上能求得最优解 但由于其计算复杂性的原因 因而不能获得真正的实用 例如 对一个标准的 10 作业 10 设备问题进行求最优解 需要在 Prime 2655计算机上运行 1 小时 并产生 22000 个结点 对于复杂的问题

29、 这种纯数学方法有模型抽取困难 运算量大 算法难以实现的弱点 对于生产环境中的动态调度实现复杂 解决不了动态及快速响应市场的问题 上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述 2 - 2.3 系统仿真的方法 基于仿真的方法不单纯追求系统的数学模型 侧重对系统中运行的逻辑关系的描述 能够对生产调 度方案进行比较评价 分析系统的动态性能 并选择系统的动态结构参数 由于制造系统的复杂性 很难用一个精确的解析模型来进行描述和分析 而通过运行仿真模型来收集数据 则能对实际系统进行性能 状态等方面的分析 从而 能对系统采用合适的控制调度方法 仿真方法最早被用来作为测试调度启发式规则及分派规则的

30、工具 后来 人们发现 通过将简单的优先权规则进行组合 或用一个简单的优先权规则将一些启发式规则进行组合 这样的调度优于单独的优先权规则 于是 仿真方法逐渐发展为一种人机交互的柔性仿真工具 并用来进行车间调度 这样 就能通 过仿真而动态地展现 Job Shop 车间的状态 分析在不同的调度方法下的系统性能 并运用知识和经验去选择合适的调度方法 ( 规则 ) 从而改善调度性能 基于纯仿真法虽然可以包含解析模型无法描述的因素 并且可以提供给使用者一个调度性能测试的机会 但其不可避免地存在以下问题 1 鉴于其实验性 因此很难对生产调度的理论作出贡献 2 应用仿真进行生产调度的费用很高 不仅在于产生调度

31、的计算时间上 而且在于设计 建立 运行仿真模型上的高费用 3 仿真的准确性受编程人员的判断和技巧的限制 甚至很高精度的仿真模型也无法保证 通过实验总能找到最优或次优的调度 2 - 2.4 解析模型方法 由于制造系统是一类典型的离散事件系统 因此 可以用研究离散事件系统的解析模型和方法去探讨车间调度问题 诸如排队论 极大 / 极小代数模型 Petri 网等 调度中的排队论方法是一种随机优化方法 它将每个设备看成一个服务台 将每个作业作为一个客户 作业的各种复杂的可变特性及复杂的路径 可通过将其加工时间及到达时间假设为一个随机分布来进行描述 上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述

32、 2 - 2.5 基于排序的方法 该方法是先有可行性加工顺序 然后才确定每个操作的开工时间 并对这个顺序进行优化 它虽然属于近似算法 但有可能达到最优的调度方案 它主要包括邻近搜索法 它在生产调度领域得到了相当广泛的应用 在探索解空间时 仅对选定的成本函数值的变化做出响应 因而通用性强 这类方法包括局部探索 Local Search 模拟退火法 Simulated Annealing 列表寻优法 Table Search 遗传算法 Genetic Algorithms 邻近搜索虽然可能得到最优的调度方案 但也存在各自的不足 , 很多学者采取混合算法来弥补单一方法的不足 2 - 2.6 基于智能

33、的调度方法 近年来受实际需要的推动 基于知识的智能调度系统和方法的研究取得了很大的进展 人工智能在 60 年代就将计划问题作为其应用领域之一 但直到 80 年代以 CarnegieMellon 大学的 M.Fox 为代表的学者们开展基于约束传播的ISIS(Intelligent Scheduling and Information System) 的研究为标志 人工智能才真正开始应用于调度问题 基于知识的调度方法是用专家系统自动产生调度或辅助人去调度 它是将传统的调度方法与基于知识的调度评价相结合的方法 在八十年代后期 几位学者先后 开展了基于调度系统处于不同的状态 采用不同的调度规则策略的动

34、态调度方法的研究 它们研究的共同特点是 在支持某些活动发生的资源条件具备时 ( 称为决策点 ) 根据系统当时所处的属性状态 决定采取何种规则 ( 策略 ) 确定或选择活动发生的顺序和时间 即状态指导的智能调度方法 2 - 3 生产调度的环境特征 一般的调度问题都是对于具体生产环境中复杂的 动态的 多目标的调度问题的一种抽象和简化 因而 一个调度算法可以通过其如何表述这些复杂性来进行分类 由于实际生产环境是千差万别的 那末 一个调度算法就应该根据其是否能适上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述 合对应 的生产环境的重要特征来进行评估 为了帮助区别不同的生产调度策略 给出了典型生

35、产调度环境的五个特征 这将有助于我们了解各种不同的调度算法的应用环境 边界条件 生产调度常常是一个重调度问题 即修改已有的生产调度去适应新的作业 为提供重调度 调度算法应能处理生产系统中有关的初始状态 类似的生产调度通常是在一个有限的时间区域里进行的 系统的最优解 或次优解 亦是在限定的边界范围内来获取 分批大小和调整费用 为有效地解决实际生产中的调度问题 往往将任务分成多批进行 并考虑改变已有调度结果所付出的代价 调整费用 加工路径 在实际生产中 作业的加工路径可能需要动态改变 工艺顺序可能是半有序的 (semiorder) 随机事件和扰动 比如 出现关键作业 设备损坏 加工操作失败 原料短

36、缺加工时间 / 到达时间 / 交货期的改变等 性能指标和多目标 追求不同的性能指标往往会得到不同的优化解 同时 系统目标也以多目标为主 调度的目的是为车间生成一个详细的作业生产计划 作业计划 Production schedule 指明了计划范围内的每一个定单在所需资源上的加工开始时间和结束时间 也即指出了在给定资源上定单的加工工序 作业计划可以通过直观的甘特图Ganttchart 形式给出 作业计划的计划间隔可以从一天到几周 取决于具体的工业生产部门 合理的计划长度取决于几个因素 一方面 它至少应当涵盖与一个定单在生产单元中最大的流动时间 flowtime 相对应的时间间隔 另一方面 计划间

37、隔受到已知顾客定单或可靠需求预测的可用性限制 很显然 只有当作业计划适度稳定时 在一个资源上进行定单排程才是有用的 也就是说 它们不应受不期望事件经常变化的影响如定单数量改变或中断 对某些生产类型 如 job shop 生产计划 排程需要对 潜在 瓶颈资源上的任务定单进行排序和计划 而对另一些生产类型 如成组技术 生产计划排程要能自动地 按时段检查资源组的能力 看其是否能够在下一个时间段内完成成组加工上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述 的一组定单 然后 可以手工排序这组定单在下一个时间段内的加工次序 生产计划排程受到上层主生产计划的约束 主生产计划设立了在分散的决策单位中

38、执行生产计划排程的框架 从主计划中可获得的相应指导包括 使用超时或加班的数量 在不同时间点上来自供应链上游设施物料项的可用性 涉及来自供应商输入物料的采购协议 此外 由于主生产计划在供应 链上有更宽的视点和更长的计划区间 从中我们还可以得到 计划结束时需要建立的各物料项的库存量 交付给供应链下游设施的定单截止日期 下游设施可以是紧接着的下一级生产单位分销商或最终顾客 2 - 4 调度问题的特点 实际的调度问题有以下特点 (1) 复杂性 由于作业 设备 库场 搬运系统之间相互影响 相互作用 每个作业又要考虑它的到达时间 工作 时间 准备时间 操作顺序 交货期等 因而相当复杂 由于调度问题是在等式

39、或不等式约束下求性能指标的优化 在计算量上往往是 NP 完全问题 即随着问题规模的增大 对于求 解最优化的计算量呈指数增长 使得一些常规的最优化方法往往无能为力 对于这一点 Garey 等给出了明确的证明 即便对单机调度问题 如果考虑 n 个作业而每个作业只考虑加工时间及与序列有关的准备时间时 就等价于 n 个城市的 TSP 问题 (2) 动态随机性 在实际的生产调度系统中存在很多随机的和不确定的因素 比如作业到达时间的不确定性 作业的加工时间也有一定的随机性 而且生产系统中常出现一些实发偶然事件 如设备的损坏 修复 作业交货期的改变等 (3) 多目标 实际的计划调度往往是多目标的 并且这些目

40、标间 可能发生冲突 有人 将调度目标分为基于调度费用和调度性能的指标两大类 也有 人将调度目标分三类 基于上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述 作业交货期的目标 基于作业完成时间的目标 基于生产成本的目标 这种多目标性导致调度的复杂性和计算量急剧增加 2 - 5 调度方法 存在的问题 调度领域中的大部分问题都具有 NP 问题 虽然对它的研究已有几十年的历史但至今尚未形成一套系统的方法和理论 理论研究与实际应用之间还存在着很大差距 尤其随着 JIT Just - In - Time 思想的广泛采用 E/T Earliness/Tardiness调度问题 即使得工件尽量 按交货

41、期完成 变得越来越突出 实际应用中的调度方法能够响应系统的动态变化 但不能保证得到好的调度 一些理论上的最优化方法能提供最优调度 但由于其计算的复杂性 并且忽略了很多实际因素 离实际运用还有较大距离 基于最优化的方法 诸如动态规划算法与分枝定界算法等等 由于其大多数是建立在对可能调度的部分枚举上 因此只能解决小规模的调度问题 距离实用还有较大距离 由于大多调度问题属于一类 NP 困难组合问题 因此寻找具有多项式复杂性的最优算法几乎是不可能的 但因其解的最优性 至今仍激发着学者们进行不断的探索各种近似 启发式方法 诸如基于规则的算法等 由于能在合理的时间内产生比较满意的调度 因此广泛应用于实际调

42、度中 但其往往对所得的调度解的次优性不能进行评估 在这方面有必要探索更好的近似最优调度算法 可以考虑增加合理的计算时间代价 提高解的次优性 各种基于统计优化的方法 诸如模拟退火法 遗传算法等 提供了一种解决调度优化问题的新途径 但同别的优化算法类似 其也存在着一定程度的校举 一般来说收敛到最优解很慢 并且对于判断解的最优性也很困难 在实际车间调度中 车间计划与车间调度往往是分层进行的 但这可能造成计划在实际调度 中的不可行问题 如何将计划与调度结合考虑 以求总体的优化也是需要进一步研究的 另外 还有很多有待进一步研究的问题 比如实际车间调度的多目标性等 调度理论 方法与应用的研究是一项非常艰巨

43、的工作 目前人们还在进行各种各样的探索性研究工作 上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述 2 - 6 目前青岛朗讯调度问题的解决 目前 青岛朗讯的生产管理主要采用模拟的方法来解决电路板车间的调度问题 青岛朗讯生产管理采用的是 MRPII 系统 订单结合 BOM 通过 MRPII 生成主生产计划MPS 以及车间级生产计划 对车间生产进行指导 然后利用 FP 对车间流程以及生产能力进行模拟 并结合管理人员的经验生成作业计划 车间管理人员利用生成的作业计划指导车间看板的投放 通过看板拉动生产的进行 2 - 7 带来的问题 1 电路板生产流程复杂 模拟软件难以进行模拟 图 2 - 1

44、 是青岛朗讯电路板生产车间的工艺路线示意图 由于其复杂性 而 FP 软件的基础是模拟车间的工艺路线 依靠对工艺路线以及 图 2 - 1 电路板车间工艺路线示意图 设备组的加工能力的模仿来生成作业计划 由于电路板车间的工艺线路存在很大变化 而且 工艺部门和计划部门的协调存在时差 这样就造成 FP 软件很难精确模拟出车间生产状态 甚至结 果与实际相距甚远 生成的作业计划很大部分只能上海交通大学工业工程硕士学位论文 第二章 调度问题 简述 作为车间生产的参考 根本不能作为投放看板和人员调度的依据 看板投放和资源调配大部分只能依靠车间领班的经验 有很大的随意性 2 由于模拟的方法需要对车间的方方面面进

45、行充分考虑和研究 取得数据并建立抽象模型 同时由于建立模型所涉及的变量很多 约束也多 所以得出的模型势必十分复杂 时间也证明了对于电路板车间这样一个复杂的 job - shop 型生产车间来说 建立车间的调度模型几乎是不可能的 需要耗费大量的人力物力并且维护的代价也很高 3 另外 车间模型是从局部中抽 象出来的 如何提高其柔性是需要解决的问题 4 由于随时会有故障电路板 甚至报废电路板出现 常常造成生产延误 有时不得不追加生产 这会对生产调度计划造成很大影响 5 由于建模人员往往不负责工艺以及车间管理的改造和优化 不能及时对工艺调整作出反应 造成作业计划中预想的瓶颈与实际生产不符 经常因等待出

46、料而出现生产中断 造成车间操作人员对作业计划的可信度产生怀疑 影响作业计划的执行 6 部分瓶颈具有不稳定性 对计划的执行造成冲击 TOC 理论的引入对改进生产调度提供了方向指导 因此在制定作业计划时引入T OC 理论 并结合 TOC 理论对调度方式和生产流程以及车间管理进行改造和优化十分必要 上海交通大学工业工程硕士学位论文 第三章 结合约束理论简化生产流程 第三章 结合约束理论简化生产流程 3 - 1 TOC 理论 20 世纪 70 年代末 以色列物理学家 EliGoldratt 博士提出最优生产技术(Optimized Production Tech nology 简称 OPT) 80 年

47、代以来他又在此基础上逐步发展成约束理论 (Theory of Constraint 简称 TOC) 简而言之 TOC 是围绕系统中存在的制约因素 约束 进行管理的一套管理思想和管理原则 它可以帮助企业或组织机 构识别出在实现目标的过程中存在着哪些约束 并进一步指出如何实施必要的改进来消除这些约束 从而更有效地实现其目标 TOC 认为 对于任何一个由多阶段构成的系统来讲 如果其中一个阶段的产出取决于前面一个或几个阶段产出的话 那么 是那个产出率最低的环节决定着整个系统的产出水平 换句话说 一个链条的强度是由它最薄弱的环节来决定的 在企业的整个经营业务流程中 任何一个环节只要它阻碍了企业去更大程度

48、的增加有效产出 或减少库存和运行费 那么它就是一个 约束 约束 是一个广义的概念 通常也称作 瓶颈 Bottlene ck TOC 认为 企业的约束是多方面的 有市场 物料 能力 工作流程 资金管理体制 员工行为等 其中 市场 物料和能力是主要的约束 企业生产必然受到其生产过程中存在的最薄弱的环节 约束的制约 因此 若某约束决定了企业实现目标的速率 则必须从克服该约束着手 才能在短时间内以更流畅的生产节奏显著地提高企业的产销率 运用 TOC 哲理分析生产计划与控制的方法是一种称之为鼓 缓冲器 绳 (Drum - Buffer - Rope 简称 DBR) 的系统 在 DBR 系统中 把 MPS 比作 鼓 根据瓶颈资源的 活力 (Ac tivation 即可用能力 ) 确定物流量 以此作为约束全局的 鼓点 来控制在制品库存量 在所有瓶颈装配工