(一)车间作业排序的概念
车间作业排序又称生产作业排序,也称优先调度排序,是在某工作中心(或某设备)确定各项作业的加工顺序的过程。车间作业排序不仅需要确定加工顺序,还需要确定每项作业的开始时间和完成时间。
编制车间作业计划主要任务之一就是确定最佳的作业顺序。排序的主要目的是在满足需求的基础上使完成所有工作的总时间最少。车间作业计划问题从某种程度上说就是车间作业排序问题。
尽管车间作业计划不同于车间作排序,车间作业计划需要确定最早开工时间和结束时间,但是,当车间作业排序后,车间作业计划也就基本确定了。所以,车间作业计划的编制问题,或者说车间作业计划的排程问题,很大程度上就是车间作业排序的问题。车间作业排序需要解决的是这么多作业谁先做谁后做、为什么谁先做与为什么谁后做的问题。
如何做好车间作业计划,如何解决这些车间作业排序问题,需要明确(回答)三个问题:
采用哪一种车间作业排序?
车间作业排序的目标是什么?
以及车间作业排序采用什么规则?
作业顺序(加工顺序)与加工路线不同,加工路线由加工工艺决定,是某个或某几个工件需要经过几个机器加工的路线。而加工顺序是排序问题,由车间作业排序决定,是每台机器加工多个工件的先后顺序。
(二)车间作业排序的分类
车间作业排序的分类非常多,比较常见有以下三种。
1、按涉及的工作中心的数量不同,将车间作业排序分为单工作中心排序和多工作中心排序。
单工作中心排序和多工作中心排序是以某项作业需要经过几个工作中心进行的排序。如果该项作业只需要经过一个工作中心,就是单工作中心排序;如果需要经过两个或两个以上的工作中心,就是多工作中心。
2、按物料到达车间的方式不同,将车间作业排序分为静态排序和动态排序。
静态排序是指进行作业排序时,所有物料都已到达作业现场,物料是确定的,可以一次性对它们进行全部排序。
动态排序是指物料陆续或分批到达现场,存在不确定性,可能需要随时调整它们的加工顺序。
3、按作业排序的出发方向不同,将车间作业排序分为前向排序与后向排序(或正排与倒排/顺排与倒排)。
前向排序,又称正排或顺排,是指对订单(物料需求)所需的作业按工艺路线展开,依工艺顺序从前向后进行的排序。前向排序从一个已知的开始日期开始计算,从前往后计算订单的结束日期,通常从第一项操作到达最后一项操作。
后向排序,又称倒排,是指对订单(物料需求)所需的作业按工艺路线展开,依工艺顺序从后向前进行顺序。后向排序从订单交货期开始计算,从后向前计算各项作业必须的开始日期或每项作业的结束日期。后向排序可以计算和确定订单(物料需求)的最晚开始时间,即最迟需要什么时候开始生产,否则将会延误,不能满足需求。
(三)车间作业排序分类的选择
车间作业排序的分类有很多种,比如按涉及的工作中心的数量不同分为单工作中心排序和多工作中心排序,按物料到达车间的方式不同分为静态排序和动态排序,按作业排序的出发方向不同分为前向排序与后向排序,按零件加工路线特征不同分为单件作业排序与流水作业排序,按排序目标的性质不同分为单目标排序和多目标排序。这些分类并不排斥,可以相互组合,比如多工作中心动态后向排序。
不同类别的车间作业排序,其排序的方法也各不相同,并且有些还有较大的差异。所以我们首先要确定采用哪一种作业排序。 在实际工作中,这些车间作业排序有些可以共存,但具体确定采用哪一种作业排序没有固定的标准,需要根据企业生产的实际情况而定。如果没有实际困难,建议尽可能考虑动态排序和后向排序。
(四)车间作业排序的目标
车间作业排序的目标说起来很多,比如使在制品库存最小,提供准确的作业状态信息、提高机器或人工的效率、使生产和人工成本最低等。这些目标当然都很重要,但是太多,不符合重点管理的要求。
车间作业排序的主要目的是在满足需求的基础上使完成所有工作的总时间最少。我们按照目的确定目标是实现目标最有效的底层方法,根据这个目的,建议了车间作业排序的三个目标。
1、满足需求。
满足需求是生产计划最基础的目标,是最先要达到的目标,也是一个前提条件。车间作业计划是生产计划的重要组成部分和最后一道防线,满足需求自然也是车间作业计划的第一个目标。
生产计划的需求包括客户的实际订单需求,也包括我们需求计划人员预测的需求。不管是实际的需求,还是预测的需求,在生产过程中都将生成下一工序的需求,这些需求都是车间作业计划需要满足的客户需求,应该同等对待。
2、平均流程时间最短。
流程时间(生产作业总流程时间)不同于加工周期,是指作业在工作中心的停留时间总和,是指第一个工件到达工作中心直至最后一个工件离开工作中心为止的全部时间,包括实际作业时间和排队等待时间。
单件工件的流程时间为工件在工作中心的停留时间(包括等待时间和加工时间),平均流程时间是指全部N个作业经过一个工作中心的流程时间的平均数。平均流程时间最短,就代表总流程时间最少。
3、平均延迟时间最小。
延迟时间是指生产完工时间超出交货期的时间。单件工件延迟时间等于流程时间减去交货期,结果为0,说明按期完工(没有延迟);结果为正数,说明实际完成时间超过交货期限(已延迟);结果也可以是负数(代表提前交付)。 平均延迟时间越小,代表满足需求的程度越高。
做好车间作业计划,解决车间作业问题,需要明确(回答)三个问题:
采用哪一种车间作业排序
车间作业排序的目标是什么
以及车间作业排序采用什么规则
前面介绍了车间作业排序分类的选择和车间作业排序的目标,此处谈谈车间作业排序的规则。
(一)车间作业排序的规则
车间作业排序的规则,或称派工规则(dispatching rules)。这些规则在理论和应用中都有很多,比如剩余松弛时间排序(剩余松弛时间越小的越优先安排)、最小剩余加工时间排序(剩余加工时间越短的越优先安排),还有单作业松弛时间、最大剩余加工时间、最多作业数、最少作业数、约翰逊规则、指派法等。这些规则有的是为了减少在制品库存;有的则是为了最小化延误订单数;或者最大化工作中心产出。没有一个是完美的规则,也没有一个会实现所有目标。此处介绍在实战中较常见的几种规则:
先到先服务(First Come FirstServed,FCFS)
最早到期日(Earliest DueDate,EDD)
关键比率(critical ratio,CR)
最早作业交货期(Earliest Operation DueDate,ODD)
最短加工时间(ShortestProcessing Time,SPT)
1、先到先服务(FCFS)
先到先服务是优先选择最早进入可排序的作业或产品。通俗点说,先到先服务就是做事讲究先来后到,这是一种最传统的规则,也是我们日常生活中各种排队的基础逻辑。先到先服务是最传统和最基础的排序方法。这个规则忽略了交货期和加工期。
与先到先服务相类似的是后到先服务,后到先服务一般在特殊情况下使用,这里就不做介绍。
先到先服务之所以用了“服务”这个词,因为这种规则主要应用于服务行业(可能服务行业排队较多)。但是,服务行业也不仅仅是“先到先服务”这一种规则,比如VIP客户不同的服务等。我们的排序也一样,远不止先到先服务一种方法。
2、最早到期日(EDD)
最早到期日是指优先选择完工期限紧的作业或产品进行排序。用大白话来说,最早到期日就是根据订单交期的先后顺序来安排订单,交货期最早的最先生产(谁先交货谁先生产),没有考虑加工期。
最早到期日这种方法被认为是最朴素的方法。客户要求最早发货的,我就最早给他生产。这种方法比较适合在需要排序的这个工作中心上所耗费的时间差别不大的作业或产品。
3、关键比率(CR)
与最早到期日规则相类似的是关键比率规则,也称为临界比率规则。所谓临界比率规则,是指优先选择临界比率小的作业或产品进行排序与生产。此处的临界比率=(需求日期-当前日期)/剩余的生产提前期。临界比率越小,代表优先级别越高。临界比率等于1.0,说明工作与计划同步;临界比率小于1.0,说明工作落后于计划,剩余时间不够;临界比率大于1.0,说明工作超前于计划,剩余时间充裕。
4、最早作业交货期(ODD)
根据工件作业交货期进行加工,同时考虑交货期和加工时间。
5、最短加工时间(SPT)
最短加工时间也称最短作业时间(SOT),指优先选择加工时间最短的作业或产品,按照作业时间的反向顺序来安排生产。即首先加工所需时间最短的作业,然后是第二短的,以此类推,所需时间最长的作业排在最后。
最短加工时间SPT简单易行,通俗易懂,并且能够快速的清单,能够快速的满足更多需求,也可以减少在制品,可以使平均流程时间最短。这个规则忽略了交货期,它将要加工的工件数最大化,较长加工期的订单一般要延迟。
与最短加工时间相类似的是最少作业数。最少作业数是根据剩余作业数来优先安排生产,即谁的作业数量少就先安排谁生产。最少作业数的逻辑是,较少的作业代表着较少的等待时间,从而使在制品减少,使平均流程时间减少,平均延迟时间减少。
以上车间作业排序常见的几个规则中,在满足需求的前提下,使用较多的是最短加工时间排序的方法。但如果总产能紧张,存在可能无法满足需求的情况,一般使用最早到期日规则。