1.4.3　车间控制与ORR决策

车间控制（shop floor control，SFC）属于工厂短期决策范畴，又称车间作业控制或车间活动控制（production activity control，PAC）。车间控制的主要目的是最小化车间在制品数（生产车间负荷），提高车间在制品（物料）的实时流动效率。因此，为了实现该目的，车间控制系统需要具备如下功能：

（1）监测通过车间的在制品数量。

（2）作业指派——按某种优先级对作业任务排程，并按排程计划发布派工单，以此来控制车间中在制品的流动。

（3）对没有按计划执行的生产活动提供及时和准确的反馈。

（4）提供工厂生产效率和机器利用率的统计数据。

这些功能中作业指派效果依赖于指派规则或排程规则。关于作业指派规则的研究是生产调度算法领域经久不衰的主题之一。通常，调度研究中作业指派问题被简化为一批待加工的工件，这批工件通过一台机器用时最少或拖期最短的问题。目前有大量的调度规则被提出来，最经典的调度规则是最短作业时间排序规则（shortest processing time，SPT）和最早交货期排序规则（earliest due date，EDD）。按SPT排序，通常能够降低工件的平均作业时间并提高机器使用率，即使在工件排序中不考虑交货期约束，工件的平均交货期一般也令人满意。不过对于工件队列中存在工件作业时间特别长的情形，SPT在缩短工件平均作业时间的同时，会严重恶化具有最长作业时间的工件的交付满意度。这对于准时交付有严格要求的生产场景有可能会带来很高的延迟交付罚金，从而拉低企业总收益。EDD更适合工件之间工艺路线和规格差异小的场景。

在车间控制系统中对于车间在制品流动控制影响最大的决策活动是ORR决策。ORR决策能够降低在制品数，缩短生产周期。为了描述简便，在没有特别说明的情况下，本书将车间作业任务当作生产订单（order）、工件（job）或在制品（WIP）看待。需要强调的是，此处提到的生产订单概念在生产实践中与市场客户订单是有区别的。ORR决策活动先于其他车间控制活动开展，它决定了哪些订单可以释放到车间，这些订单什么时候被释放，以及释放条件，可见ORR的决策活动会影响车间控制的后续决策活动。ORR的决策主要流程包括：

首先，确保计划释放订单表（也称为order release pool或pre-shop）中的订单具有车间加工人员所需的相关信息。

其次，开展订单审查，确保订单负荷不超过车间能力（如设备、人员）约束。若车间能力满足则下达指令释放该订单；若车间能力不足则对计划释放订单表中的订单负荷排序，确保释放的订单负荷与车间能力相匹配。

最后，通过控制订单的释放时间来平衡车间负荷，从而降低产能不足导致的生产瓶颈问题。生产现场瓶颈问题通常表现为工位上的在制品堆积。

ORR决策流程如图1.5所示。

有效控制车间的关键在于控制订单的释放，而不是控制已进入车间的订单。一个高效的ORR决策机制能够通过限制车间中的在制品数，从而让车间控制系统可以有效地使用相对简单的指派规则。总体来说，ORR决策尝试将时间和成本上最合适的作业投放到车间，它可以看成是一个车间能力管控机制，该机制能够让车间负荷与能力更好地实现平衡。从控制车间负荷角度看，ORR决策机制符合前述Hopp对拉式系统的定义。因此，本书将采用ORR决策机制的车间控制系统界定为一种基于负荷的拉式系统，与ORR决策机制紧密相关的WLC概念也是一种拉式系统概念。需要说明的是，在限制生产系统负荷从而降低在制品数，缩短生产周期和提高产出率方面，WLC与拉式系统概念没有本质区别，不同之处在于WLC更关注生产系统（车间）中负荷的构成和衡量方式，毕竟生产负荷精准衡量的前提是要掌握生产负荷的构成状况。负荷衡量的目的是更好地进行负荷控制，使生产车间达到负荷平衡。生产负荷可以按照生产计划与控制的不同阶段分为订单积压列表中的订单负荷、车间内部的订单负荷，以及处于订单报价阶段的订单负荷。这些负荷都可以根据与订单工艺路线的关联程度进一步“分摊”到车间各工位（机器）上。

在WLC相关研究中，一种负荷衡量方式是将负荷上限划分为直接负荷（direct load）和间接负荷（indirect load）两部分。直接负荷是指机器加工队列上已有的负荷，间接负荷是指在机器上游还没到达该机器的所有负荷。在订单负荷进入车间之前，直接负荷和间接负荷的总量，即负荷上限保持在一个水平标准。另一种负荷衡量方式是将负荷上限划分为直接负荷、间接负荷和已完成负荷。已完成的负荷是指在某机器上已经完成处理但仍未离开车间，有可能正等待其他机器处理的订单负荷。还有一种负荷衡量方式是将负荷限制划分为直接负荷和间接转换负荷（converted indirect load）两部分。间接转换负荷是指在机器上游还没到达该机器的负荷，上游负荷离该机器越远，为该机器贡献的负荷量就应该递减。这与间接负荷中将还没到达该机器的所有上游负荷量直接累计是不同的。