制造业车间作业计划与调度研究

制造业车间作业计划与调度研究车间作业计划（Production Activity Control，PAC）是依据主生产计划（MPS）而编制的具体执行工作方案，它把车间的生产任务落实到每个人、每台设备上，是车间组织生产的依据，也是企业管理中最重要的部分。

PAC的实施贯穿于生产系统的各道工序，受很多因素的制约。

随着生产规模的扩大和复杂程度的提高，PAC的实施与调度也出现了一些问题。

本文应用车间作业调度方法，针对当前PAC与调度中存在的问题进行研究，为企业提供优化的生产作业排序和车间作业调度策略，从实践与理论方面提升PAC及其调度水平，以提高制造系统的运行效率，增强企业的市场竞争力。

PAC与车间调度的内涵与特点PAC系统是一个高度复杂的系统，它有效地综合了机械、信息、网络等资源。

制定PAC是为了使生产设备、物料、人员和信息四者匹配，实现车间均衡、协调、持续生产。

在PAC生产执行过程中，决策部门需要根据车间的生产能力及其它资源的使用等反馈情况不断地调整PAC，而调整计划贯穿于企业生产活动的全过程。

因此，要最大限度地发挥生产系统的柔性潜力，满足市场需求。

1.1 PAC与车间调度的界定与内涵PAC的编制包括确定操作顺序、分配资源和制定期量标准等。

PAC与车间调度问题是一个典型的任务集，包括资源集、约束条件集、性能指标集。

其中，资源集包括人员、设备、工具和材料等，而每台设备可以完成一种或多种作业，不同设备能完成的作业集可能相同也可能不同；约束条件集用以规定生产过程中需要的条件，如任务的优先级、每个作业要求完成的时间、资源的能力、生产工艺、质量标准等；性能指标集用以规定生产过程中需要优化的目标，如生产周期、在制品量、订单交货期、资源利用率和生产成本等。

每一个任务都包含一组需要执行的作业序列（工序），而这些作业序列需要占用系统的机器、工具等资源，并且必须按照一定的工艺顺序执行。

调度的目标是为作业合理分配资源，为每一个加工对象合理安排具体的加工顺序、路径、时间、制造设备资源和操作等，使内部和外部约束条件被满足，其中内部约束主要为企业的资源约束、能力约束和生产过程中的技术约束等；外部约束主要为订单规定的时间要求和品质要求等，同时使大部分生产性能指标得到优化。

在有限产能、库存容量及资源的约束下，通过优化配置生产资源来提高PAC的可实施性以及生产过程的可计划性、可控性。

而车间作业调度与控制则是实现生产高效率、高柔性和高可靠性的关键环节。

1.2 编制PAC的特点在编制PAC过程中应考虑其如下特点：（1）实用性。

以在制品加工进度为基础编制工序能力计划，使PAC紧跟生产现场，达到计划编制与生产节拍的和谐统一。

PAC计划期短、计划内容具体、计划单位小等，具有可操作性强。

（2）合理性。

综合上级计划、在制品进展情况、工序周期、工序时差和剩余工作量等因素，通过合理地排程方法，达到满足交付和有效利用资源的目的。

（3）计算机模拟与预见性。

采用“模拟和预测”的方式，帮助计划员提前预测未来计划的执行情况，而且通过模拟可以导出最优工序排序方案、瓶颈和薄弱环节，找准切入点，分析模拟输出结果，从中选择出较满意的PAC方案，该方法可提高管理质量及效率。

（4）平衡性。

以零组件交付需求为依据，不断地平衡和处理任务与生产能力、计划与实际的关系和矛盾，特别是设备负荷的平衡和生产现场问题的有效处理，将进一步强化生产现场组织、协调与控制。

PAC与车间调度存在的问题PAC处理问题的广域性、动态性和多约束性使PAC的编制容易产生各种问题。

加之生产环境具有不可预测性、多变性、随机性、干扰性和经验性等问题的存在，PAC的编制成为企业生产管理中的一个难点，许多问题至今尚未得到很好的解决，例如数据处理、加工排序、库存、批量与加工瓶颈等问题，这些问题都影响到PAC的适应性和效率。

当前PAC与车间调度存在的主要问题如下：（1）生产实际情况与PAC的相冲突。

在客户要求订货批量愈来愈少、品种愈来愈多和交货期愈来愈短的情况下，生产线负荷和能力的调控越来越复杂，不但耗费大量人力，还经常出现生产异常情况，使生产和交货脱节。

另外，由于PAC的制定多考虑按时交货，少考虑生产线能力的限制，经常造成实际生产偏离计划。

实际生产环境中存在着大量的随机事件，一方面由于产品的品种多，工序复杂，产品的工艺过程经常变更；另一方面又常常会面对紧急订单、订单变更及订单取消等异常情况，又很难预测订单在什么时候到来。

虽然产品订单是生产制造部门的任务标的，但由于产品订单签约日期、签约产品类型和数量具有不稳定性，如果将其直接作为生产制造部门的任务来源，则会造成生产制造部门生产的波动，破坏生产过程的均衡，一旦计划与实际的出入过大，将难以保证客户订单按时完成，影响企业的交货信用。

企业要快速响应市场需求必须及时发现PAC同实际的偏离，并不断改进，同时也需要PAC能适应客户需求和客观环境的不断变化。

但如果一味追随变化，朝令夕改，势必造成生产上的混乱。

因此控制计划变动是保证计划可执行程度的重要内容。

显然，期望通过不断地调整企业本身的生产资源去适应和匹配不可预测的、动态变化的订单任务是不现实和不可行的。

事实上，需要进一步分析产生上述生产系统不平衡和频繁更改现象的原因，很多情况可能是没有系统合理考虑加工资源而造成的。

由于企业内外部环境不确定因素的影响，虽然智能型生产系统在一定程度上能缓冲静态作业计划与动态调度间的矛盾，但依然无法从根本上解决计划与调度间的脱节问题。

如果将车间内所有班组进行实时调度，由于在普通机床上零件的加工工序不能确保加工时间以及加工质量，加工执行情况必须依赖人工录入的信息，即使按照工艺规定的辅助工时和加工工时进行预先的安排，但普通机床实际的加工结果必须等待人机交互录入后才能进入计算机以及数据库管理系统，因此势必影响后续工序的安排和调度。

（2）不同生产条件下，PAC编程方式也不同。

PAC的编制者可以选择不同的优化目标，对不同的优化目标，又可以采用不同的排序方法，不同的排序规则编排同一作业计划时也将产生不同的排序结果；不同的目标影响调度的具体模式；在不同的制造资源、约束条件、生产规模、生产形式和管理方法下，车间调度问题的调度策略及其数学模型一般不同；不同企业因生产过程不同，其生产组织和管理也有所差异，计划员对现场掌控不同所得出的结果也将不同；即使同样的生产计划经验，同样的设备和人员，所安排的生产计划也略有差异；企业的生产类型和生产组织形式不同，采用的有关生产期限和生产数量的标准即期量标准也将不同；企业性质不同生产结果和方式也不尽相同；按照约束条件去安排，无论是拉式生产，还是推式或混合式生产，其生产方式不一样，计划的安排方式也不一样，不同的编制方式其结果往往差异很大；生产计划还与所处的环境有关系，如果企业周围有着良好的工业环境，距码头近，那计划的方式和生产方式也存在着差别；客户不同安排的结果又不一样；生熟手不同，产生的效率也不同。

如果作业分配和排序安排不当，将出现人员或设备窝工，生产周期拉长，急件和缺件不断生产等繁复杂的问题，只按经验或随意安排作业，导致生产的全面被动乃至恶性循环。

另外，PAC编制存在两大问题：第一，在当月PAC尚未执行完毕时，过早地编制下一个月的计划，结果造成当月生产实际完成量与计划量的偏差及用户和市场需求情况的变化，造成计划与生产脱节；第二，在当月PAC全部执行完毕时再编制下一个月的PAC，结果造成生产连续性缺乏必要数量的在制品储备和当月投料、当月加工、加月装配被动的局面。

PAC的制订应与企业当前的生产状况相适应，投料过早或过多，各加工中心的在制品数量增加，等待时间延长，导致生产周期增加，系统稳定性变差；投料过少或过晚，系统利用率低，造成产出降低、订单延误。

（3）影响PAC因素的多样性而导致其变动。

影响PAC及其调度有各方面因素，识别这些影响和干扰具有一定的困难。

车间制造环境的复杂性、生产加工任务和调度目标的多样性，系统加工任务的动态性，使得PAC和车间调度存在一定的复杂性和困难。

由于大量不确定因素的存在，传统的PAC与控制模式存在作业计划与现场调度相脱节的问题，目前PAC的研究与制定大部分逐层进行，往往是上层计划的可行性到下层计划编制实现时才能验证。

这样既加大了车间调度的难度，又使作业计划流于形式，生产控制目标难以实现。

在PAC编制工作完成以后，付诸生产实施时，由于作业计划考虑的是静态情况，而实际生产过程是动态的，无论编制PAC时考虑多么周密，安排如何具体，也无法预见实际生产过程中的所有变化。

PAC将随着市场、加工时间、加工路线等生产影响因素和约束条件的变化而变化，在实施过程中也不是一成不变。

在生产中，由于生产能力的变化，前一周期任务的延期完成、废品的产生都可能影响PAC的完成。

另外，停机、停工、准备时间的变化，可用原材料的减少等也都是影响PAC完成的因素。

尽管制定PAC时已经充分考虑了现有的生产能力，但由于其在实施过程中受到各种因素的影响造成事实情况与计划要求不符或偏离，这种差异主要表现为生产进度和生产数量的不一致；多品种产品的总需求量及其比例的预测与实际情况的差异；特定品种的需求预测和实际情况的差异；订货计划和实际需求情况的差异；计划产量(计划时间)和实际产量(实际时间)的差异；库存量的变动和产品中断发生的差异，此外还有因设备故障和出勤情况变化而造成的工作效率变动。

因此，PAC能否得到有效执行，不仅仅取决于该计划是否完善，还取决于对一些不可预见的突发事件的处理，如原材料供应变化、生产任务变化、工件加工质量达不到要求而被迫返工等。

在制定PAC时，有可能面临着原料供应、产品需求量、产品价格等都是不确定的，无法提供计划所需材料（比如由于供方失约、原材料短缺等原因），不得不减少甚至停止生产。

当出现下列情况时，PAC也要进行调整与修改：市场对产品的需求发生变化；经营方针、目标发生变化；企业微观经济效益、宏观经济效益发生变化和其它宏观控制条件变化；季节性变化；人、财、物等资源供应条件发生变化；专业化、协作者关系及其组织形式发生变化。

（4）外部动态性和内部相对静态的矛盾。

在实际车间调度中，不仅需要考虑管理人员、制造人员的技术水平，刀具、央具、量具、检验用具、物料转序等因素，还需考虑产品的投产期、交货期、生产能力、加工顺序、制造设备和原材料的可用性、生产批量、加工工艺路径、成本限制等其他因素，以及生产作业调度和制造资源调度。

尽管影响车间调度问题的因素很多，但有些约束条件必须满足，如交货期，生产能力等，而有些只需控制在一定的范围之内，即可把相互矛盾的目标做到相对平衡，如生产成本，这些约束在进行车间调度时可以作为确定性因素处理。

实际车间调度问题的难度远超过经典车间调度中的排序问题，其中诸多因素影响调度决策，如市场、技术、人员、资金、经营管理、制造资源。