生產計劃排程算法和策略的研究與運用

齊高將

摘 要 生產排程問題是工業生產和實際生活中最為常見的問題，如何設計算法能夠在確保生產效率的同時減輕人工勞力和經濟支出是工業生產最為關注的問題，因此生產排程算法一定程度保證了生產效率。基于此，文章闡述各類工業生產計劃排程的模型，借助數字化管理平臺建造模型并利用相應的排程算法解決工業生產的排程問題，為工業生產排程提供理論依據。

關鍵詞 生產計劃排程;算法和策略;研究與運用

引言

生產排程通俗來講即排序或調度問題，類似于計算機核心處理器對指令的處理方式，是通過時間片輪詢、優先級或者先到先處理的方式處理。生產排程也是如此，生產過程可能由若干分支系統共同協作完成，如電子產品生產、導彈總裝生產等。同時，生產過程包括一定約束性，如交付時間、所有工期、整體資源分配、制造工藝等，因此，生產計劃算法需要將子工程依照一定的工程約束對生產過程進行合理的分配和調度，從而保證工業生產在約束范圍內以高效性完成產品的加工和生產的過程。

1生產計劃排程發展及現狀

工業生產過程極為復雜，其中包含各細小組件的加工生產，各產品之間的耦合性強，但所需工藝制造又千差萬別，這就使得生產排序過程極為復雜。工業生產發展之初，業內人士并未過多關注生產排程，對各零部件的生產加工主要依靠串行的生產方式，如上游產品加工結束后著手下游產品加工，這就導致工業生產效率極為低下，同時也十分消耗人力物力。改革開放以來，我國工業生產步入全新的時期，工業生產方式有一定的提升，當時主要依靠工段月生產和專項生產結合的方式，月生產計劃也是串行生產的一種，主要區別是將各部門職責細分，由各部門分發MPR計劃，即主線計劃;專項生產則意指工業生產的重要產品生產過程，對這類需要嚴格把控的產品生產過程可以通過形成專項產品計劃從而確保的如期完成。近年來，隨著計算機技術的進步與發展，使得各行業領域都紛紛計算機技術改變行業現狀，工行生產也不例外，其借助于計算機技術并結合工業生產自身的特點開發設計出多種生產排程算法。當然，數據表明任何排程算法均無法滿足所有子零件的加工調度，且算法的復雜度與工業生產結果也并不成為正比關系[1]。

2生產計劃排程算法概述

隨著計算機技術的發展，其對工業生產排程產生了巨大的沖擊，借助計算機算法處理技術，工業生產排程能夠協調各類復雜問題，根據算法復雜性的不同，目前應用最為廣泛的幾種算法主要有以下幾種。

（1）最短工期法。最短工期法是使用較為廣泛，且最為簡單的基礎算。但其只適用于工序較為簡單的工業生產排程，其首先將作業按照需求劃分為若干項，進而統計出各作業所完成所需時長和交貨期，然后將其按照工期天數排序，以此為生產順序進而完成產品生產。這需要經驗豐富的員工對各項作業進行合理的預判和把控，防止各別作業超出逾期時間和交貨日期，導致后續產品加工時期延遲。最短工期法是以計算機操作系統中核心處理器的最短時間算法優先處理為理論依據，其本質單線程串行處理方式。最短工期法的復雜度最低，但其非常適合于零部件較少、工期較短且工序簡單的工業生產過程。

（2）按照交貨期排程算法。最短工期法雖然較為簡單，但其并未考慮工業生產的約束條件，如生產交貨期條件，為了彌補最短工期法的不足與缺陷，結合計算機技術相關人員提出，按照交貨期進行排程的算法，其需要將各項零部件加工或生產，按照其所需天數、完成天數、交貨期等進行統計和分類，交貨期最近的作業會優先處理，一次按照交貨日期完成工業加工的整體過程，按照交貨期進行工業排程的算法較復雜于最短工期法，但其能夠最大程度確保工業產品加工如期交貨，按照交貨期排程算法，被廣泛應用于各類中小型工業生產加工中。

（3）按照交貨期和工期之間的距離排程。此種排程算法結合了最短工期和交貨期兩種方式，其使用交貨日期和最短工期的時間差進行排序，差別最小的為最先開始的加工，兩者結合的方式能夠避免最短工期和交貨期排成的缺點，將兩者的優勢結合雖然提升了算法復雜度，同時提高了工業生產的效率，其是目前應用最為廣泛的排程算法[2]。

（4）按照CR值排程算法。CR值即生產比重，其計算過程為交貨日期減去目前日期之后再除以產品加工所需工期，從而得出該比值，此數值越小，表示加工的緊急程度越高，因而有較高的排程優先級。此方法來源于計算機操作系統中核心處理器對指令依照優先級處理的算法思想，優比重計算方式也類似于計算機指令的優先級計算，其過程雖然較為復雜，但指向性最高也同比于其他幾種算法最為合理。除以上幾種常用算法外為有通過計算機人工智能技術移植的幾種算法，如神經網絡算法、模擬退火算法、禁忌搜索法以及遺傳算法等。

3生產計劃排程算法應用

實際生產中的排程算法遠比算法理論本身復雜得多，其在實際應用中更為復雜多變，對算法的要求和使用更為嚴格。文章以車間生產為例，建立生產模型，按照生產規格統計出相應的生產任務和工期等信息，根據以上四種算法分別進行排序，排程算法在實際應用中可分為倒序和正序排序，正序是指各項判斷指標逐漸上升的排序方式，倒序則是優先日期靠后的任務進行。實際應用中發現，正排的排序方式能夠最大化的使生產人員和設備得到充分的平衡和利用，同時也可能存在庫存過量的情況，正排能夠合理安排人員分配和設備使用，依據約束條件適當投入設備使用率和人員安排比例，但人員和設備的集中使用可能導致交貨日期之前的產品庫存過量等問題。倒序的優缺點與正序正好相反，倒序會優先進行最后期限需要完成的任務，這就導致生產前期人員和設備可能存在空閑期，但優先最后期限進行任務則不會存在交付日期之前庫存過量的問題。

4結束語

生產計劃排程的算法理論遠不僅限于文章中提到的幾點算法，還有更為復雜且有效的計算機算法，但算法的復雜性與實際應用的高效性并不成正比關系，因此實際應用中應結合工業生產實際情況選擇合適的排程算法。

參考文獻

[1] 吳永明，張晗，徐艷霞，等.基于GA-IPSO算法的柔性生產線高級計劃排程方法研究[J].組合機床與自動化加工技術，2019（4）：10-13，19.

[2] 于寧.動態分布制造生產計劃與調度協同優化研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2019.