Planlægning (produktionsprocesser) - Scheduling (production processes)

Planlægning er processen med at arrangere, kontrollere og optimere arbejde og arbejdsbelastninger i en produktionsproces eller fremstillingsproces. Planlægning bruges til at fordele anlægs- og maskinressourcer, planlægge menneskelige ressourcer, planlægge produktionsprocesser og indkøbe materialer.

Det er et vigtigt værktøj til fremstilling og teknik , hvor det kan have stor indflydelse på produktiviteten af ​​en proces. I fremstillingen er formålet med planlægningen at minimere produktionstiden og -omkostningerne ved at fortælle et produktionsanlæg, hvornår man skal fremstille, med hvilket personale og på hvilket udstyr. Produktionsplanlægning har til formål at maksimere effektiviteten af ​​operationen og reducere omkostningerne.

I nogle situationer kan planlægning involvere tilfældige attributter, såsom tilfældige behandlingstider, tilfældige forfaldsdatoer, tilfældige vægte og stokastiske maskinopdelinger. I dette tilfælde betegnes planlægningsproblemerne som " stokastisk planlægning ."

Oversigt

Planlægning er processen med at arrangere, kontrollere og optimere arbejde og arbejdsbelastninger i en produktionsproces. Virksomheder bruger planlægning bagud og fremad for at tildele anlægs- og maskinressourcer, planlægge menneskelige ressourcer, planlægge produktionsprocesser og købe materialer.

• Fremplanlægning planlægger opgaverne fra den dato, ressourcer bliver tilgængelige for at bestemme leveringsdato eller forfaldsdato.
• Bagudplanlægning planlægger opgaverne fra forfaldsdatoen eller påkrævet dato for at bestemme startdatoen og / eller eventuelle ændringer i kapacitet, der kræves.

Fordelene ved produktionsplanlægning inkluderer:

• Reduktion af procesomskiftning
• Beholdningsreduktion, nivellering
• Reduceret planlægningsindsats
• Øget produktionseffektivitet
• Arbejdsbelastning
• Nøjagtige tilbud på leveringsdato
• Information i realtid

Produktionsplanlægningsværktøjer overgår i høj grad ældre manuelle planlægningsmetoder. Disse giver produktionsplanlæggeren kraftige grafiske grænseflader, som kan bruges til visuelt at optimere realtidsbelastninger i forskellige produktionsfaser, og mønstergenkendelse tillader, at softwaren automatisk opretter planlægningsmuligheder, som muligvis ikke er synlige uden denne visning i dataene. For eksempel vil et flyselskab muligvis ønske at minimere antallet af lufthavnsporte, der kræves til dets fly, for at reducere omkostningerne, og planlægningssoftware kan give planlæggere mulighed for at se, hvordan dette kan gøres, ved at analysere rutetabeller, flyforbrug eller strøm af passagerer.

Nøglebegreber i planlægning

En nøglekarakter ved planlægning er produktiviteten, forholdet mellem mængden af ​​input og mængden af ​​output. Nøglebegreber her er:

• Indgange: Indgange er anlæg, arbejdskraft, materialer, værktøj, energi og et rent miljø.
• Outputs: Outputs er de produkter, der produceres i fabrikker enten til andre fabrikker eller til slutkøberen. I hvilket omfang et produkt produceres inden for en enkelt fabrik styres af transaktionsomkostninger .
• Output inden for fabrikken: Outputtet fra et hvilket som helst arbejdsområde inden for fabrikken er et input til det næste arbejdsområde på den pågældende fabrik i henhold til fremstillingsprocessen. For eksempel er output af skæring et input til bøjningsrummet.
• Output til den næste fabrik: Som eksempel er output fra en papirfabrik en input til en trykfabrik. Produktionen fra et petrokemisk anlæg er et input til et asfaltanlæg, en kosmetikfabrik og en plastfabrik.
• Output for slutkøberen: Fabriksproduktionen går til forbrugeren via en servicevirksomhed som en detailhandler eller et asfaltbelægningsfirma.
• Ressourceallokering: Ressourcetildeling tildeler input for at producere output. Målet er at maksimere output med givne input eller minimere mængden af ​​input for at producere krævet output.

Planlægningsalgoritmer

Produktionsplanlægning kan tage en betydelig mængde computerkraft, hvis der er et stort antal opgaver. Derfor bruges en række genvejsalgoritmer ( heuristikker ) (aka afsendelsesregler ):

• Stokastiske algoritmer: Økonomisk lotplanlægningsproblem og økonomisk produktionsmængde
• Heuristiske algoritmer: Ændret forfaldsdato planlægning heuristisk og Skiftende flaskehals heuristisk

Planlægning af batchproduktion

Baggrund

Batchproduktionsplanlægning er praksis med planlægning og planlægning af batchfremstillingsprocesser. Se batchproduktion . Selvom planlægning kan gælde traditionelt kontinuerlige processer såsom raffinering, er det især vigtigt for batchprocesser, såsom dem for farmaceutiske aktive ingredienser, bioteknologiske processer og mange kemiske specialkemiske processer. Batchproduktionsplanlægning deler nogle koncepter og teknikker med tidsbegrænset kapacitetsplanlægning, som er blevet anvendt på mange fremstillingsproblemer. De specifikke spørgsmål ved planlægning af batchfremstillingsprocesser har skabt betydelig industriel og akademisk interesse.

Planlægning i batchbehandlingsmiljøet

En batchproces kan beskrives i form af en opskrift, der indeholder en stykliste og driftsinstruktioner, der beskriver, hvordan man fremstiller produktet. ISA S88 batch proces kontrol standarden indeholder en ramme til at beskrive en batch-proces opskrift. Standarden giver et proceduremæssigt hierarki for en opskrift. En opskrift kan organiseres i en række enhedsprocedurer eller større trin. Enhedsprocedurer er organiseret i operationer, og operationer kan organiseres yderligere i faser.

Følgende opskrift på lærebogen illustrerer organisationen.

• Oplad og bland materialer A og B i en opvarmet reaktor, opvarm til 80 ° C og reager 4 timer til dannelse af C.
• Overfør til blandetank, tilsæt opløsningsmiddel D, bland 1 time. Fast C udfældes.
• Centrifugeres i 2 timer for at adskille C.
• Tør i en bakketørrer i 1 time.

En forenklet proceduremæssig organisering af opskriften i S88-stil kan se ud som følger:

Bemærk, at organisationen her er beregnet til at fange hele processen til planlægning. En opskrift til proceskontrolformål kan have et snævrere omfang.

De fleste af de begrænsninger og begrænsninger, der er beskrevet af Pinedo, gælder i batchbehandling. De forskellige operationer i en opskrift er underlagt tidsbegrænsninger eller forrangsbegrænsninger, der beskriver, hvornår de starter og eller slutter med hensyn til hinanden. Endvidere, fordi materialer kan være letfordærvelige eller ustabile, kan ventetid mellem på hinanden følgende operationer være begrænset eller umulig. Driftstiden kan være fast, eller de kan afhænge af varigheden af ​​andre operationer.

Ud over procesudstyr kan batchprocesaktiviteter muligvis kræve arbejdskraft, materialer, hjælpeprogrammer og ekstra udstyr.

Cyklustidsanalyse

I nogle enkle tilfælde kan en analyse af opskriften afsløre den maksimale produktionshastighed og den hastighedsbegrænsende enhed. I ovenstående proceseksempel, hvis der skal produceres et antal batches eller partier af produkt C, er det nyttigt at beregne minimumstiden mellem på hinanden følgende batchstart (cyklustid). Hvis en batch får lov til at starte inden slutningen af ​​den forrige batch, gives den minimale cyklustid ved følgende forhold:

Hvor CT _min er den kortest mulige cyklustid for en proces med M-enhedsprocedurer, og τ _j er den samlede varighed for den jth enhedsprocedure. Enhedsproceduren med den maksimale varighed kaldes undertiden flaskehalsen. Dette forhold gælder, når hver enhedsprocedure har en enkelt dedikeret udstyrsenhed.

Hvis redundante udstyrsenheder er tilgængelige i mindst en enhedsprocedure, bliver den minimale cyklustid:

Hvor N _j er antallet af overflødigt udstyr til enhedsprocedure j.

Hvis udstyr genbruges inden for en proces, bliver den minimale cyklustid mere afhængig af bestemte procesdetaljer. For eksempel, hvis tørringsproceduren i det aktuelle eksempel erstattes med en anden reaktion i reaktoren, afhænger den minimale cyklustid af driftspolitikken og af de relative varigheder af andre procedurer. I nedenstående tilfælde kan en forøgelse af holdetiden i toten reducere den gennemsnitlige minimale cyklustid.

Visualisering

Forskellige diagrammer bruges til at hjælpe planlæggere med visuel styring af tidsplaner og begrænsninger. Gantt-diagrammet er et display, der viser aktiviteter på en vandret søjlediagram, hvor søjlerne repræsenterer tidspunktet for aktiviteten. Nedenfor er et eksempel på et Gantt-diagram for processen i eksemplet beskrevet ovenfor. Et andet tidskort, der også undertiden kaldes et Gantt-kort, viser den tid, hvor nøgleressourcer, f.eks. Udstyr, er besat. De tidligere tal viser dette belægningsstil Gantt-diagram.

Ressourcer, der forbruges på hastighedsbasis, f.eks. Elektrisk strøm, damp eller arbejdskraft, vises generelt som forbrugsrate versus tidsplaner.

Algoritmiske metoder

Når planlægningssituationer bliver mere komplicerede, for eksempel når to eller flere processer deler ressourcer, kan det være svært at finde den bedste tidsplan. Et antal almindelige planlægningsproblemer, herunder variationer i eksemplet beskrevet ovenfor, falder ind i en klasse af problemer, der bliver meget vanskelige at løse, da deres størrelse (antal procedurer og operationer) vokser.

En lang række algoritmer og tilgange er blevet anvendt til planlægning af batchprocesser. Tidlige metoder, som blev implementeret i nogle MRP-systemer, antog uendelig kapacitet og var kun afhængige af batchtiden. Sådanne metoder tog ikke højde for nogen ressourcer og ville producere umulige tidsplaner.

Matematiske programmeringsmetoder involverer formulering af planlægningsproblemet som et optimeringsproblem, hvor noget objektivt, fx total varighed, skal minimeres (eller maksimeres) underlagt en række begrænsninger, der generelt angives som et sæt uligheder og ligheder. Målet og begrænsningerne kan involvere nul-eller-én (heltal) variabler såvel som ikke-lineære relationer. En passende opløsningsmiddel anvendes til det resulterende MILP / MINLP-problem (lineært eller ikke-lineært programmering med blandet heltal). Metoden er teoretisk garanteret at finde en optimal løsning, hvis en findes. Ulempen er, at løsningsalgoritmen kan tage urimelig lang tid. Praktiserende kan bruge problemspecifikke forenklinger i formuleringen for at få hurtigere løsninger uden at eliminere kritiske komponenter i planlægningsmodellen.

Begrænsningsprogrammering er en lignende tilgang, bortset fra at problemet kun formuleres som et sæt begrænsninger, og målet er hurtigt at nå frem til en mulig løsning. Flere løsninger er mulige med denne metode.

Agentbaseret modellering beskriver batchprocessen og konstruerer en gennemførlig tidsplan under forskellige begrænsninger. Ved at kombinere med blandet heltalsprogrammering eller simuleringsbaserede optimeringsmetoder kunne denne tilgang opnå en god balance mellem løsningens effektivitet og tidsplanens ydeevne.

Se også

• Avanceret planlægning og planlægning
• Gantt kort
• Kanban
• Ledelse af fremstillingsprocesser
• Resource-Task Network
• Planlægning af enkelt maskine
• Tidsplan (projektledelse)
• Planlægning (computing)
• Stokastisk planlægning

Referencer

Yderligere læsning

• Blazewicz, J., Ecker, KH, Pesch, E., Schmidt, G. und J. Weglarz, Scheduling Computer and Manufacturing Processes, Berlin (Springer) 2001, ISBN   3-540-41931-4
• Herrmann, Jeffrey W., redaktør, 2006, Handbook of Production Scheduling, Springer, New York.
• McKay, KN og Wiers, VCS, 2004, Praktisk produktionskontrol: en overlevelsesvejledning til planlæggere og planlæggere, J. Ross Publishing, Boca Raton, Florida. Samudgivet med APICS.
• Pinedo, Michael L. 2005. Planlægning og planlægning inden for produktion og service, Springer, New York.
• Conway, Richard W., Maxwell, William L., Miller, Louis W., Theory of Scheduling , Dover Publications juni 2003, ISBN   978-0486428178