浅谈制造业作业排序问题

　　 【摘 要】调查研究表明，企业在生产过程中，真正用于产生利润的生产时间只占生产运作周期的5%，而其余95%的时间主要取决于作业排序的等待时间。因此，降低准备工作时间，进行有效作业排序就成为提高企业生产效率的重要手段之一。本文第一部分介绍了作业排序的基本理论，第二部分介绍了制造业中的作业排序问题和分类，并将其与服务业的作业排序进行了比较，最后部分进行了总结。
　　【关键词】作业排序 制造业
　　
　　1 作业排序基本理论
　　1.1作业排序问题的基本概念
　　作业排序是指合理安排生产运作的各项活动作业、生产运作资源使用、生产运作设施配置的时间表等。在生产车间就是具体地确定每台设备、每个人员每天的工作任务和工件在每台设备上的加工顺序。作业排序要解决先加工哪个工件后加工哪个工件的加工顺序问题，还要解决同一设备上不同工件的加工顺序问题。在生产运作中，作业排序的周期由作业时间、作业等待时间、设备调整时间、运输时间、检验测试时间、库存时间等构成，而只有作业时间才是真正形成企业利润的时间，调查研究表明，作业时间往往只占生产运作周期的5%左右，而生产运作周期的95%却被准备工作时间所占用，尤其是作业等待时间、设备调整时间、库存时间等，因此企业的效率主要取决于企业的作业排序的合理性。
　　1.2作业排序的分类
　　随着近些年经济的发展，科学技术在各行业的不断渗透和应用，尤其是信息技术的应用，更给所面临的环境和经营生产方式带来了空前的变化，人们的思维也在逐渐跳出原有的框架，对作业排序的研究已突破了原来只有在传统制造业上才有的思路，并不断拓宽应用到了非制造行业上来，也就形成了制造业领域和服务业领域的两大作业排序分类方法。对应这两种领域又形成两种基本作业排序：劳动力作业排序和生产作业排序。劳动力作业排序主要是确定人员何时工作，而生产作业排序则将不同工件安排到不同设备上，或安排不同的人做不同的工作。这两种作业排序在实际工作中并非毫无关联，而往往是相互融合渗透，在同一工作中有时两种作业排序问题都存在，它们共同起作用，即在生产中既有产品排序同时又伴有人员排序问题。
　　2 制造业的作业排序
　　在生产运作的过程中，人们最早关注生产作业排序主要是从制造业上来考虑。在人类社会长期发展过程中，制造业的发展对社会的影响非常大，而据此总结出来的一些理论也就更多的是对制造业的总结和归纳。随着社会的发展，这部分理论也就更加拓宽到了其他各行各业，在各行业的具体生产作业排序中都在发挥着巨大作用。下面我们主要对按机器的种类和数量不同而确定的排序问题进行研究，本文将用Conway等人提出的方法来表示，该方法用四个参数来表示：n/m/A/B，其中，n为工件数，m为机器数，A为车间类型(如在此位置标为F、P、G则分别代表流水作业排序、流水作业排列排序和一般单件作业排序)，B为目标函数，其中几种理论和模型论述如下。
　　2.1单台机器的排序问题
　　它是这样一种情况：有n个工件要在同一台设备上进行加工；所有工件都必须经过这台设备的加工；每个工件都要经过两个时间阶段——等待时间和加工时间；排序的目标是使工件加工的平均流程时间AFT最短。
　　这种情况的排序规则是根据加工时间的长短决定工件的优先次序，加工时间短的工件优先加工，其平均流程时间为：AFT =∑Ci/n。（式中：AFT--表示平均流程时间；Ci--表示第i个产品完成加工的时间；n--表示加工的工件数）
2.2多台机器的排序问题
　　多台机器的排序问题又分为流水作业排序方法和单件作业排序方法，分别论述如下：
　　2.2.1流水作业排序的理论和模型
　　（1）n个工件、2台设备的排序问题
　　n个工件、2台设备的排序问题描述如下：n个工件必须在这2台设备上进行加工；所有工件都必须先经过设备M1的加工，再经过设备M2的加工；排序的目标是使总的完成时间最短。这种排序问题可以用约翰逊(Johnson)算法来求解。
　　（2） n个工件、3台设备的排序问题
　　n个工件、3台设备的排序问题描述和n个工件、2台设备的类似。对于这种排序问题，可以用分支定界法来求解。实践证明，用约翰逊(Johnson)算法来求解n个工件、3台设备的排序问题，其结果往往也比较满意，其中部分情况还可以求得最优解。
　　（3） 2个工件、m台设备的排序问题
　　2个工件、m台设备的排序问题的描述如下：有2个工件A、B，在m台设备上进行加工；每个工件在m台设备上具有不同的加工次序；排序的目标是使总的完成时间最短。对于这样的排序问题，可以用图解法来求解。
　　（4）n个工件、m台设备的排序问题
　　n个工件、m台设备的排序是一个复杂的排序问题。如果n个工件在m台设备上进行加工，且每个工件都要经过所有的设备，这样即使是一个小规模的生产车间，其备选的排序方案也会多得惊人，达到(n!)*m个。用分支定界法可以保证得到一般这种问题的最优解。由于分支定界法是一种列举法，对于实际生产中规模较大的问题求解，计算量非常大，采用计算机模拟是一种合理的选择，也是唯一的选择。当然在考虑生产排序的过程中，还需要考虑其经济性。
　　2.2.2单件作业排序方法
　　对于一般单件作业排序，每个工件都有其独特的加工路线，工件没有一定的流向。对于流水作业的排序，第k道工序永远在M(k)上加工，没有必要将工序号与机器号分开；而对于一般单件作业排序，要描述一道工序，要用3个参数(I，j，k)表示，i表示工件代号，j表示工序号，k表示工件i的第j道工序的机器代码。所以单件作业排序更加复杂。
　　2.3与服务业作业排序问题的区别
　　所谓服务业的作业排序是指对顾客、劳动力与设备等进行时间进度安排，使顾客流与服务能力相吻合和适应。由于服务业与制造业的差异，也使得服务业作业排序与制造业作业排序有很大的不同。制造业作业排序的侧重点是物料，并且产品可以存储，服务业作业排序的侧重点是人员配备；其次，服务系统没有服务存储；最后，服务劳动含量高，劳动力需求波动大。
　　3 总结
　　本文通过对制造业排序问题的研究，明确了这样一个思路：通过作业排序的设计来解决先做什么，后做什么的顺序问题，同时还要解决同一设备上不同工件的加工顺序等问题，以实现合理的作业排序，使生产过程更加经济、合理，效率得到进一步的提高，这样才能把企业内在的潜力进一步发掘出来，从而增强企业的竞争力和发展后劲。
　　
　　参考文献：
　　[1]陈荣秋，马士华.生产运作管理[M].机械工业出版社，2006.
　　[2]潘尔顺.生产计划与控制[M].上海交通大学出版社，2003.
　　[3]吕文阁，姜莉莉等.动态复合规则的作业排序方法[J].机床与液压，2001，(5).
　　[4]陈荣秋，周水银.生产运作管理的理论与实践[M].中国人民大学出版社，2002.