第2章智能生產(chǎn)計(jì)劃2.1生產(chǎn)計(jì)劃概述2.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型2.3單設(shè)備有限產(chǎn)能批量問(wèn)題模型2.4流水線條件下的有限產(chǎn)能批量問(wèn)題模型2.5智能生產(chǎn)計(jì)劃的發(fā)展趨勢(shì)2.1.1生產(chǎn)發(fā)展的基本概念與發(fā)展2.1生產(chǎn)計(jì)劃概述基本概念：生產(chǎn)計(jì)劃是在有限資源條件下，通過(guò)長(zhǎng)期、中期和短期不同層次的計(jì)劃安排，以高效滿足外部需求的關(guān)鍵管理手段。經(jīng)濟(jì)訂貨量問(wèn)題EOQ經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題EMQ經(jīng)濟(jì)批量調(diào)度問(wèn)題ELSP靜態(tài)需求有限產(chǎn)能多產(chǎn)品動(dòng)態(tài)需求無(wú)限產(chǎn)能批量問(wèn)題ULSP有限產(chǎn)能批量問(wèn)題CLSP多階段能力約束問(wèn)題MLCLSP有限產(chǎn)能多階段12.1.2生產(chǎn)計(jì)劃模型分類分類基準(zhǔn)生產(chǎn)批量計(jì)劃問(wèn)題的類型產(chǎn)品種類單產(chǎn)品，多產(chǎn)品層級(jí)數(shù)量單層級(jí)，多層級(jí)計(jì)劃周期長(zhǎng)度有限周期，無(wú)限周期能力約束有限產(chǎn)能，無(wú)限產(chǎn)能需求的確定性程度需求的變動(dòng)性確定性，隨機(jī)性靜態(tài)需求，動(dòng)態(tài)需求生產(chǎn)批量計(jì)劃問(wèn)題分類22.1生產(chǎn)計(jì)劃概述2.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型2.2.1經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量(EMQ)問(wèn)題模型應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)械包裝、金屬件沖壓、塑化成形、食品生產(chǎn)和化工行業(yè)等

EMQ批量模型以企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)運(yùn)作為決策背景，涉及現(xiàn)實(shí)中廣泛存在的設(shè)備故障與維護(hù)問(wèn)題，因此批量決策時(shí)需考慮設(shè)備故障/維護(hù)對(duì)生產(chǎn)的影響，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體運(yùn)營(yíng)成本的最小化。終端產(chǎn)品底層零部件ABCDE產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工廠C工廠D工廠B總裝廠A工廠E工廠(制造系統(tǒng))生產(chǎn)類型系統(tǒng)配置1.單件生產(chǎn)2.批量生產(chǎn)3.大量生產(chǎn)1.單設(shè)備2.流水線3.其他設(shè)備的維護(hù)需求32.2.2基礎(chǔ)EMQ回顧EMQ問(wèn)題的平均成本構(gòu)成圖經(jīng)典模型假設(shè)：需求率d與生產(chǎn)率p（p>d）每次準(zhǔn)備成本S，庫(kù)存持有成本h平均成本函數(shù)：其中Q是批量大小最優(yōu)批量：

42.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型2.2.3遇故障“不可恢復(fù)”NR模型——靜態(tài)解法

NR模型52.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型2.2.4NR模型——?jiǎng)討B(tài)邊際成本解法平均成本與邊際成本關(guān)系邊際成本：平均成本：最優(yōu)批量：

62.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型AR策略描述故障點(diǎn)<Q?→恢復(fù)剩余量故障點(diǎn)≥Q?→放棄，零庫(kù)存重啟AR-E平均成本：

2.2.5遇故障“可恢復(fù)”AR策略AR模型72.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型關(guān)鍵洞察：無(wú)論故障點(diǎn)在哪，一律從零庫(kù)存恢復(fù)生產(chǎn)避免持有在制品，降低準(zhǔn)備+庫(kù)存成本動(dòng)態(tài)模型：每次故障/重啟后重新計(jì)算最優(yōu)批量累計(jì)成本、時(shí)間更新公式最優(yōu)批量：2.2.6新策略ZIR：零庫(kù)存恢復(fù)

82.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型2.2.7抽樣均值比較平均成本偏差最優(yōu)批量偏差NR-E模型中兩種方法績(jī)效一致92.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型平均成本偏差ZIR可有效降低成本最大降幅超過(guò)10%102.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型2.2.7抽樣均值比較2.2.8動(dòng)態(tài)方法的收斂性成本與批量曲線1.平均成本與最優(yōu)批量收斂于最優(yōu)值2.平均成本與最優(yōu)批量同向波動(dòng)112.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型2.2.9小結(jié)&后續(xù)研究三種策略NR：故障后把沒(méi)做完的全部報(bào)廢，從零重新開(kāi)始——適合恢復(fù)代價(jià)極高。AR：故障時(shí)看已做數(shù)量，小就繼續(xù)做完，大就報(bào)廢——適合中等恢復(fù)成本。ZIR：每次故障后都從零庫(kù)存重新開(kāi)做——在恢復(fù)成本低于啟動(dòng)成本時(shí)最省錢。兩種方法靜態(tài)法：提前算一個(gè)固定批量，一直照做；簡(jiǎn)單穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)法：每做完一批或每出一次故障就重新算下一批該做多少；更靈活，最終成本和靜態(tài)幾乎一樣，但故障越頻繁、維修越貴時(shí)波動(dòng)越大、收斂越慢。后續(xù)：多產(chǎn)品、多階段流水線、非指數(shù)故障分布等122.2經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題模型2.3單設(shè)備CLSP與設(shè)備維護(hù)集成2.3.1有限產(chǎn)能批量問(wèn)題模型生產(chǎn)周期、預(yù)防性維護(hù)周期和計(jì)劃周期的關(guān)系目標(biāo)函數(shù)物料平衡產(chǎn)能約束132.3.2兩種建模策略兩種集成建模策略影響決策的機(jī)制基于設(shè)備運(yùn)行策略按“實(shí)際開(kāi)機(jī)時(shí)間”累計(jì)役齡，因此能剔除閑置期、準(zhǔn)確反映真實(shí)劣化，負(fù)荷變化時(shí)維護(hù)節(jié)點(diǎn)隨之柔性調(diào)整；而基于時(shí)間間隔策略按“日歷時(shí)間”累計(jì)役齡，把閑置也算進(jìn)役齡，結(jié)果低估了可靠性，導(dǎo)致維護(hù)計(jì)劃偏頻、成本偏高，兩條路徑最終在可靠性評(píng)估、故障預(yù)期和總成本決策上出現(xiàn)顯著差異。142.3單設(shè)備CLSP與設(shè)備維護(hù)集成2.3.3可靠性約束模型兩種建模策略下設(shè)備的可靠性曲線兩種建模策略下運(yùn)行時(shí)間與維護(hù)間隔設(shè)備的可靠性約束：威布爾分布預(yù)防維護(hù)：設(shè)備的產(chǎn)能約束：

要求計(jì)劃期內(nèi)設(shè)備可靠性大于設(shè)定閾值，忽略故障因素考慮預(yù)防性維護(hù)對(duì)產(chǎn)能和綜合成本的影響152.3單設(shè)備CLSP與設(shè)備維護(hù)集成2.3.4

不同負(fù)荷條件下的成本比較生產(chǎn)成本總成本兩種建模策略對(duì)生產(chǎn)決策影響較小基于設(shè)備運(yùn)行策略在總成本方面占優(yōu)下降10%162.3單設(shè)備CLSP與設(shè)備維護(hù)集成2.3.5故障因素模型

兩種建模策略下運(yùn)行時(shí)間與維護(hù)間隔172.3單設(shè)備CLSP與設(shè)備維護(hù)集成2.3.6不同負(fù)荷下的兩種建模策略比較生產(chǎn)成本維護(hù)成本平均維護(hù)成本兩種建模策略對(duì)生產(chǎn)決策影響較小基于設(shè)備運(yùn)行策略有效降低維護(hù)成本基于設(shè)備運(yùn)行策略平均維護(hù)成本接近最優(yōu)值182.3單設(shè)備CLSP與設(shè)備維護(hù)集成2.3.7魯棒性CLSP考慮魯棒性約束的生產(chǎn)計(jì)劃建?；诠收掀谕纳a(chǎn)計(jì)劃模型替代192.3單設(shè)備CLSP與設(shè)備維護(hù)集成2.3.8小結(jié)可靠性約束模型——用閾值θ觸發(fā)預(yù)防維護(hù)，確保高可靠、低故障風(fēng)險(xiǎn)，適合關(guān)鍵設(shè)備；故障因素模型——把威布爾故障期望及事后小修成本直接寫(xiě)進(jìn)產(chǎn)能約束和目標(biāo)函數(shù)，讓計(jì)劃直面故障停機(jī)；魯棒性CLSP——通過(guò)機(jī)會(huì)約束保證各周期滿足產(chǎn)能的概率≥β*。后續(xù)：將單設(shè)備模型擴(kuò)展到多設(shè)備，流水線場(chǎng)景202.3單設(shè)備CLSP與設(shè)備維護(hù)集成2.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.4.1流水線條件下CLSP問(wèn)題模型研究對(duì)象：不可靠的流水線系統(tǒng)研究目標(biāo)：建立非馬爾科夫流水線的能力評(píng)估方法建模與求解流水線下CLSP與設(shè)備維護(hù)聯(lián)合模型CLSP企業(yè)/工廠能力評(píng)估212.4.2流水線系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制流水線單設(shè)備批量完成時(shí)間無(wú)法直接計(jì)算222.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.4.3在制品流通的遞推關(guān)系在制品開(kāi)始加工時(shí)間：在制品釋放時(shí)間：實(shí)時(shí)緩存水平：系統(tǒng)產(chǎn)出率：設(shè)備可用度：區(qū)別流水線效率與單設(shè)備效率232.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.4.4抽樣過(guò)程1.生產(chǎn)期間是否發(fā)生故障3.生產(chǎn)后是否發(fā)生阻塞2.生產(chǎn)前是否發(fā)生饑餓242.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.4.5故障抽樣的結(jié)果1.變異系數(shù)

：3~6%CV=STD/TH抽樣過(guò)程較為穩(wěn)定2.DevA：3~41%DevA=(TH-A)/A瓶頸部位效率無(wú)法替代系統(tǒng)效率252.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.4.6產(chǎn)出率的分布與收斂性1.抽樣結(jié)果符合正態(tài)分布2.抽樣精度水平：0.1-0.2%產(chǎn)出率分布直方圖產(chǎn)出率均值收斂過(guò)程262.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.4.7系統(tǒng)產(chǎn)出率與邊際產(chǎn)出率不同初始狀態(tài)不同系統(tǒng)配置不同緩存空間不同設(shè)備數(shù)量272.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.4.8CLSP與設(shè)備維護(hù)的聯(lián)合建模宏觀決策微觀實(shí)現(xiàn)282.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.4.9故障條件下考慮魯棒性的流水線系統(tǒng)建模

目標(biāo)函數(shù)約束條件292.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.4.10算例分析模型求解步驟：將這一隨機(jī)規(guī)劃模型轉(zhuǎn)換成確定性模型采用優(yōu)化軟件Lingo進(jìn)行求解結(jié)論：模型的求解結(jié)果符合預(yù)期，當(dāng)生產(chǎn)批量滿足魯棒性約束時(shí)，生產(chǎn)計(jì)劃滿足產(chǎn)能約束的概率達(dá)到了設(shè)定的魯棒性水平。通過(guò)不同設(shè)備數(shù)量條件下魯棒性的敏感度分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)備數(shù)量越多，生產(chǎn)成本越高，當(dāng)魯棒性水平松弛到較低水平（40%）時(shí)，生產(chǎn)成本達(dá)到CLSP對(duì)應(yīng)的下限。不同β*條件下的生產(chǎn)成本變化趨勢(shì)模型各周期滿足產(chǎn)能約束的概率302.4流水線下CLSP與維護(hù)的聯(lián)合建模優(yōu)化2.5.智能生產(chǎn)計(jì)劃的發(fā)展趨勢(shì)2.5.1未來(lái)