生产计划是组织内的主要职能之一，因为通过它可以管理劳动力，原材料，机械和设备等因素。
生产计划涉及将年度和季度业务计划转换为全面的中期生产和工作计划。其目的是使在此期间满足需求所需的资源成本最小化。
公司中的计划和调度会转化为数学技术和启发式方法，以将有限的资源分配给必须完成的活动。资源分配必须在某种意义上进行，以使公司优化其目标并实现其目标。资源可以是车间中的机器，机场中的航线，建筑物中的设备或计算环境中的处理器。这些活动可以是车间内的操作，机场的起降，建筑项目的阶段或必须执行的计算机程序。每个活动都应具有优先级，尽早开始和结束日期。 目标可以采用不同的形式，例如，最小化完成所有活动的时间，最小化在已承诺的交付日期之后已经完成的活动的数量等。
本文档说明了各个阶段的生产计划和计划。第一部分显示了用于进行计划的模型的主要特征，其中这些特征是计划模型的计算中涉及的必要变量。变量涉及与工作，机器和设施以及现实世界中存在的限制类型有关的所有内容。
生产计划和计划模型的特征
制造公司的生产计划和调度模型可以通过多种因素来表征。可用资源和机器的数量，它们的特性和配置，系统的自动化程度，物料搬运系统的类型等。
通常，制造模型必须与“机器”相关，而“机器”是指必须完成的任务，而“资源”是指必须完成的任务。在生产过程中，作业可以是单个操作，也可以是不同类型机器上的多个操作。
一般而言，用于生产计划和调度的模型在其计算中包括变量，这些变量主要与他们拥有的资源，机器，工人人数，设施类型，过程类型等有关。反过来，在所有生产过程中都有一系列限制，必须考虑这些限制，才能获得类似于实际情况的任务计划，以实现生产控制。
在以下各章中，将研究可用的主要资源以及生产计划模型中的必要限制。
工程，机器和装置
关于工程，机器和设施，我们具有以下与计划和调度模型有关的参数：
开发模型所需的参数可以分为过程和产品参数以及机器和工厂参数。
首先，我们有一些初始数据，如果它们是随时间保持不变的数据（静态）或在建模过程中改变数据（动态）。
所需的静态数据是：
-处理时间：在机器上执行作业的时间。
-启动日期：作业可以开始该过程的日期。
-失效日期：产品与客户的交付日期。
-重量：这是工作的重中之重。它可以表示在系统中维护作业的成本以及存储成本或分配给该作业的附加值。
动态数据如下所示：
-起点：这是工作在工厂中开始其过程的时刻。
-完成时间：这是在机器上完成作业的时刻。
另一方面，规划和调度模型的重要特征是机器的配置，为此，我们具有：
-一台机器的模型：它们很重要，因为几乎所有系统都可以属于这种类型。当您遇到瓶颈时，导致它的机器将决定整个系统的性能，因此可以将其建模为一台机器。已对这些模型进行了高度分析，因此，存在一系列确定行为的规则，其中一些是：最早的失效日期优先，或最短的处理时间优先。
-并行计算机的模型：这是单个计算机模型的概括。瓶颈是相同机器的组合。
-灵活的流程车间：这是在不同机器上并行执行多个作业时的情况。作业要经过相同的过程，但是每个过程都有多台计算机。
-讲习班（Jobshop）：这些是具有多个操作的讲习班，每个工作都有不同的路线。
-供应链模型：它们是最通用的模型，它是一个通过灵活的流程或Jobshops互连不同设施的网络。规划的重点是每个设施的生产以及已建立网络中产品的运输。
所有这些参数和配置都必须符合确定和配置完整模型的一系列限制。
工艺限制
生产计划模型应尝试模拟公司中生产的实际情况。在“作业，机器和设施”中可以看到配置模型的参数。下面列出了模型中涉及的变量必须满足的限制。
-优先级限制：这与某些作业在其他作业完成之前无法启动有关。
-机器资格限制：在并行机器模型中，作业只能转到某些机器。
-人力的限制：操作机器需要人力，只有很少的人可以操作机器。如果没有可用的劳动力，则工作必须等待。此外，必须考虑到并非所有人都有相同的素质和技能，而是有一群具有特定专业的人。
-路由限制：此限制指定作业必须遵循的路由，即，作业必须访问不同计算机的顺序。
-物料搬运限制：此限制取决于作业的自动化程度，高度自动化的作业需要自动物料搬运系统。当位置为手动时，必须将物料的处理时间调整为处理时间。物料搬运系统迫使在操作的开始时间与其前身的完成时间之间有很大的依赖性。即使您拥有物料处理系统，也总会有一个库存空间，称为在制品。
-与序列有关的设置时间和成本：必须在作业之间重新配置或清理机器。如果变化的幅度取决于已完成的工作和继续进行的工作，则说它们取决于顺序。所有这些时间都转化为成本，因为通常不会接受第一批产品，所以质量很差，以及人工成本，因为这是一个没有产生附加值的时期，因此尤其如此。
-对存储空间和提前期的限制：在几乎所有生产系统中，在制品都有空间限制。因此，它成为一种限制，因为当两台机器之间的库存已满时，前一台机器必须停止生产。
-按库存生产（MTS）和按订单生产（MTO）：当需求稳定且过时的风险很小时，工厂可以选择库存产品。“按库存生产”决策会影响计划流程，因为产品的交货日期不明确。当产品库存根据生产时间达到零或一定水平时，将启动新的生产订单，并以此方式重新建立库存。库存水平取决于处理时间和库存成本。订单生产有特定的交货日期，数量由客户确定。许多工厂将MTS和MTO结合在一起使用。
-优先级：有时，在执行作业期间，会发生一个事件，该事件导致一个工作订单被中断以准备机器并准备好另一个工作订单。当您具有较高的优先级顺序时，会发生这种情况。有了这些优先级，中断的工作可能会在以后继续进行，或者有时中断的工作会丢失。
-运输限制：如果您的设施通过网络相互连接，那么规划和计划供应链就变得很重要。运输是在两个工厂之间转移产品所需的时间。根据要运输的产品数量，从工厂离开的时间受到限制。
这些参数和限制是生产计划模型的特征。
第二部分显示了用于进行生产计划和计划的主要模型，根据公司的需求进行了划分。
生产计划模型
生产计划模型分为以下几类：
第一类模型是项目的计划和调度。它的特征是：它们由一系列作业组成，这些作业根据先前作业的限制开始。在完成某些任务之前，其他任务不会开始。目标是最大程度地减少总完成时间。确定确定“ Makespan”（作业的开始和结束之间的时间）的一系列作业很重要，这些任务确定了项目的完成时间，总之，这些任务是不能延迟的。
项目计划与调度
关键路径法（CPM）
此方法考虑了一些具有优先级限制的作业，这些作业具有一定的处理时间。并行运行的机器数量不限，目标是最大程度地减少“ Makespan”。除了机器（总是有一个可用机器）之外，一项工作不需要任何其他资源。通过以下算法解释此方法：
从零时间开始，在零时间开始处理没有前任的作业。每次作业完成其处理时，它将开始处理所有其前任已完成的作业。在这种类型的序列中，所有没有前任的作业将在可能的最早开始时间开始处理，并在可能的最早完成时间完成。这样做不必最小化“ Makespan”，可以延迟某些作业的开始并且不会影响它。
下一个算法显示了不会影响“ Makespan”的最后可能的开始时间和结束时间，这称为反向过程。在此过程中，您不是从时间零开始，而是在最大结束时间开始，并搜索最后的开始时间和结束时间。
最早的开始时间早于最新的可能开始时间的作业被称为宽松作业。从最后到最早的时间是空闲时间，通常称为浮动时间。最早开始时间等于最后可能开始时间的作业称为关键作业。一组关键作业形成了一条关键路径。可能有几个关键路径，它们可能重叠。
程序评估和审查技术（PERT）
与现有技术相比，在此过程中，每个作业的时间是可变的。每个处理时间都有每个作业已知的平均值和方差。该算法与CPM相同，但是最小化“ makespan”的计算更为复杂。考虑到将获得三种不同的情况。乐观主义者，悲观主义者和理想主义者。
交易：时间/费用
在前面的过程中，我们可以看到，如果增加分配给工作的资源，则可以缩短处理时间，因为我们必须假定我们有预算，可以在某些既定活动中投入更多资源。因此，成本取决于您要在每个作业中节省的时间。据此，可以确定可以达到的最短时间和最大时间，进而取决于在最短或最大时间内交付工作的成本。为了了解项目的成本，有必要确定可以执行每个作业的最合适的时间，并以此方式优化项目以获得更好的交付时间，而又不牺牲项目的预算成本。
安排有人工限制的项目
在现实世界中，有许多与劳工有关的限制。劳动力由一系列小组组成，这些小组具有一定数量的具有特定技能的操作员。每个作业需要从每个组中执行特定数量的操作员。任何时候的目标都是使利润最大化，因此必须以最佳方式将劳动力分配给工作。
安排机器和车间
第二类包括简单机器，并行机器和车间。作业基本上是在计算机上完成的操作。在作业车间中，作业是在配置产品的不同机器上进行的一系列操作，这些操作具有定义的路径。必须组织操作以最小化一个或多个目标，例如Makespan或积压的数量。
本节回顾了涉及研讨会或也称为Jobshops的模型。通常，在车间中，工作访问不同类型的机器，也可以多次通过同一台机器。讲习班通常在每个客户都是唯一的并且有其自己的参数的行业中普遍存在，例如，医院是病人为工作的医院，每个医院都有独特且不同的疾病和程序。
最初，我们将使用单台机器查看研讨会，这是该模型最简单的案例研究。即使是最复杂的车间生产计划案例，也可以分解为网络中一台机器的问题。
如果是一台简单的机器，则要考虑到启动日期为零且到期日期为无限，这意味着，为了最小化制造时间（工作处理时间），它不取决于生产程序，这意味着处理时间没有限制。
但是出于其他目的，有一些规则可以优化生产进度。如果目标是使总加权完成时间最小化，则“加权最短处理时间优先”（WSPT）的规则是最佳的，该规则根据加权处理时间以降序安排作业。 。另一方面，如果目标是最大延迟，并且作业在零启动日期开始，则计划作业的“最早到期日优先”（EDD）的规则以递增的顺序根据处理时间是最佳的。以上是静态优先级规则。
与EDD有关的另一个规则是“最小空闲优先”（Minimum Slack first-MS）规则，该规则在机器可用时选择等待最小空闲的作业。松弛时间是作业必须在规定的时间内开始处理才能完成的时间。这是动态优先级规则，因为此优先级是每个作业时间的函数。
还有其他一些目标，例如总延迟和加权总延迟，优化起来比较复杂，这是通过称为“表观迟到成本优先”（ATC）的启发式过程实现的，该过程是在MS和WSPT之间混合使用。
对于并行机器的情况，制造期取决于生产程序。在必须并行平衡机器负载时，makepan的目标起着重要的作用，它提出了另一个优先规则，即“最长处理时间优先”（LPT）。释放计算机时，将选择等待时间最长的作业以继续。逻辑是，如果将较短的工作留在最后，则平衡机器会更容易。
SPT和WSPT规则以及ATC启发式规则在并行机中也很重要。
总之，根据要提供给客户的服务方面设定的目标，必须采用最适当的优先级规则，并根据该规则执行生产程序。
柔性装配系统中的计划
第三类专注于柔性装配生产系统。运输工具控制着每个作业的移动以及每台机器的处理时间。通常目标是使吞吐量（生产率）最大化。
灵活的装配系统不同于上一节中说明的“作业车间”。在车间中，每个作业都有其自己的身份，并且可以与其他作业不同，相反，在灵活的组装系统中，产品的数量是有限的，并且通常会生产每种类型产品的既定数量。同一产品的两个单位相同。
柔性装配系统中的作业移动通常由物料处理系统控制，这对机器或工作站上的作业启动时间施加了限制。根据作业路径，机器上作业的开始时间是前一机器完成时间的函数。物料处理系统还限制了机器之间等待库存的作业数量。
对于这种类型的生产系统，我们将解释两个模型：
无节奏装配系统编程
它由一条带有一系列机器和工作站的生产线组成。该生产线心律不齐，这意味着一台机器可以在任何工作中使用必要的时间。连续机器之间有一定的库存，这可能会导致延迟和不灵活。以给定的数量生产许多不同类型的产品，目标是使生产量最大化。例如在复印机生产线中可以看到这种类型的生产线。同一生产线上生产不同类型的复印机。不同的模型通常来自同一家族，并具有许多共同的特征。但是，它们在选项方面有所不同。有些具有自动送纸系统，而另一些则没有。有些其他眼镜的镜片比其他眼镜更好。不同的复印机具有不同的选项的原因意味着某些工作站的处理时间可能会有所不同。要进行编程，首先要按一定顺序给出一系列作业，然后将同一序列重复几次，结果就是循环序列。这些重复中的每一个都称为最小零件集（MPS-最小零件集）。为了最大化吞吐量，必须最小化MPS，为此，我们首先选择处理时间最长的作业，然后在选择了一个作业并计算出机器的非生产时间之后，选择并安排了一些丢失的作业。然后选择其他作业，并重复上一步。分析完所有作业后，将选择产生最少非生产时间的作业，并且该作业是遵循顺序的正确作业。
步调装配系统编程
该系统包含一个以恒定速度移动的输送机。要生产的单元以固定的速度从一个工作站移动到另一个工作站。每个工作站都有其容量和限制。同样，必须组装许多不同类型的产品。目标是安排作业，以使任何工作站都不过载，并最大程度地缩短设置时间。该系统在汽车生产线中非常普遍，其中必须在同一条生产线上装配不同的型号。车辆必须具有不同的颜色和不同的设备选项。车辆调度必须考虑平衡准备时间和工作量。
对于该系统，必须考虑一个重要的特性：每单位的循环时间是两个连续产品的生产线退出之间的时间。循环时间是生产率的倒数。
考虑到这些系统涉及的变量，在编程中应寻求4种类型的目标。
-缩短不同类型产品之间的准备时间。
-遵守产品的交货日期。
-优化定义生产线长度的物理空间
-保持良好的材料和零件消耗
为了执行生产计划，有一种称为分组和间隔（Grouping and Spacing-GS）的方法，该方法包括四个阶段：
1.确定要计划的作业数
2.根据设置时间最长的操作将作业分组。
3.考虑派送日期对这些子组进行排序
4.考虑到具有容量限制的操作，将子组的工作间隔开。
有关更多信息，请访问：Production Planning.com
资料来源：HERRMANN，Jeffrey W.，《生产调度手册》。Springer Science-Bussines Media，Inc. 2006。
