流線型生產排程(Flow shop scheduling)

流線式生產排程之相關研究，過去已廣泛探討。因此針對流線式生產排程之特性，

有許多學者陸續發表了回顧性質的文獻。本研究將引用這些文獻，對流線式生產模式進 行分析，並與本研究之重點─雙流線型工廠排程(Dual Flow Shop)作一比較。

Allahverdi et al. (1999) 對流線型生產排程進行定義。具有 m 部機台之流線型生產排 程問題，工件將於此 m 部機台進行相同製造流程之加工動作。也就是說，各工件都需經 過 m 個加工作業，第 i 道加工作業需於第 i 部機台上進行，即各工件需依序經過 m 部機 台方可完工。此外，各工件在不同機台上之加工時間可能不相同。Allahverdi et al. (2008) 將流線型生產排程問題作更詳細之分類，分為傳統流線型生產(Flow shop)、不允許等候 之流線型生產(No-wait flow shop)、彈性流線型生產(Flexible flow shop)及組裝線式流線 型生產(Assembly flow sho)。下面將逐一進行介紹。

傳統流線型生產排程問題，各站具有一機台，每一個工件都需經過相同的製造流程 順序，依序經過每一站進行加工(如圖 2.1)。詳細之說明已於前面描述過，故不在此重覆 敘述之。

圖2.1 Flow Shop 示意圖

不允許等候之流線型生產排程問題與傳統Flow shop 問題相似，但工件在加工過程 中，不允許發生等候。工件於前站完成加工，到達下一站後需立即進行加工。此問題之 關鍵在於如何控制投料，使之滿足工件於製程中不發生等候的情況，並充分運用產能，

維持機台利用率。典型的例子為鋼鐵產業之熱處理加工。原料鋼錠會於一開始便加熱，

使之易於加工、變形。若整個加工過程中發生等候的情況，鋼錠溫度便會下降，使後續 之加工流程產生問題。

彈性流線型排程問題不同於傳統流線型之問題，傳統流線型排程各站只有一部機台 可進行加工。彈性流線型排程增加問題複雜度，將平行機台概念加入傳統流線型排程。

各站可加工之機台數可能是兩台或更多(如圖 2.2)。此外，未必所有的工件都需要經過每 一個工作站，但仍須依循相同之加工流程。工件如不需經過某站進行加工，可將加工時 間設為零，代表工件不須經過該工作站，簡化問題之求解。

圖2.2 Flexible Flow Shop 示意圖

組裝線式流線型排程問題，將組裝製程概念加進傳統流線型排程問題中。在組裝線 式流線型排程問題中，工件是由多個子工件組合而成。各子工件於一開始之加工站不 同，但在後續工作站進行組裝之動作，使多個子工件形成一個主工件，並繼續後續之加 工(見圖 2.3)。此類生產流程方式類似於液晶顯示器(TFT-LCD)之加工流程。

SA1

SA2 SA3

S_B1

圖2.3 Assembly Flow Shop 示意圖

本研究之雙流線型工廠排程問題(Dual Flow Shop)，與上述流線型排程問題分類中之 彈性流線型排程問題相似。故下面章節將針對彈性流線型生產排程，回顧過去學者進行 之相關研究，並嘗試分析比較出兩者之不同。

2.1.1 彈性流線型排程之相關文獻

Allaoui & Artiba (2004) 針對彈性流線型生產排程問題，考量機台設置時間，工件卸 載與搬運到下一站之時間，並加入機台維修之限制。此限制是為避免機台發生當機而進 行之假設，當機台進行預防當機之定期維修時，工件將無法進入機台進行加工。在這樣 的研究議題下，Allaoui & Artiba (2004) 運用模擬退火法與啟發示演算法進行問題求解，

目標為最小化流程時間(flow time)與滿足交期。

Low (2005) 針對彈性流線型生產排程問題，考量機台設置時間與工件卸載時間，以 模擬退火法為基礎之啟發式演算法進行求解，目標為最小化流程時間。Low (2005) 提出 一 項 重 要 看 法 ， 彈 性 流 線 型 之 生 產 排 程 問 題 ， 主 要 是 由 加 工 途 程 之 選 擇(routing problem)、加工順序之決定(sequencing operations)等兩個子問題所構成，與本研究相似。

Janiak et al. (2007) 考量原物料、在製品、成品等存貨成本，運用禁忌搜尋法與模擬 退火法等為基礎之啟發式演算法，求解彈性流線型之生產排程問題。

Jungwattanakit et al. (2008) 針對彈性流線型生產排程問題，考量機台設置時間，以 整數規劃與啟發示演算法進行求解。目標為總完工時間之最小化與最少工件遲交數。

回顧過去彈性流線型生產排程問題之相關研究，可知彈性流線型排程與本研究提出

之雙流線型工廠排程問題相似。兩類問題皆需考量到加工途程之決策，以及加工順序之 決策。因此，下面將針對彈性流線型生產排程問題與雙流線型工廠排程問題，進行更仔 細的比較，進而分析出本研究之問題獨特性。

2.1.2 彈性流線型生產排程與雙流線型工廠排程之差異分析

本研究之雙流線型工廠排程問題如下圖 2.4 所示。工件於第一站(Stage1)可選擇在 SA1或 SB1進行加工，於第二站(Stage2)可選擇在 SA2或 SB2加工，最後在第三站(Stage3) 亦可選擇在SA3或SB3加工。如此，雙流線型工廠排程問題似乎與彈性流線型生產排程(見 圖2.2)十分相似。

圖2.4 Dual Flow Shop 示意圖

實際上，雙流線型工廠排程與彈性流線型生產排程屬於不同的問題。彈性流線型生 產排程，工件於前站之加工途程不影響下一站之途程選擇。舉例來說，工件於第一站選 擇在 SA1進行加工，之後在第二站無論是選擇 SA2或 SB2進行加工，只有加工時間上的 不同。而雙流線型工廠排程，工件於前一站的加工途程將影響下一站之加工途程選擇。

因為在雙流線型工廠排程問題中，加工途程增加跨廠運輸時間之因素考量。同樣的例子 來說明，工件於第一站選擇在SA1進行加工，之後在第二站選擇在SA2或SB2進行加工，

除了加工時間不同外，若加工途程沒有進行跨廠(SA1Î SA2)，則此加工途程便無跨廠運 輸之時間。但若是進行跨廠加工(SA1Î SB2)，則此加工途程便需要額外之跨廠運輸時間。

如此，各加工途程之跨廠運輸時間將產生不同，使工件於前一站之加工途程影響到下一 站的途程選擇。

整合上述之說法，彈性流線型生產之排程問題，其加工途程只受各站機台產能影 響。而雙流線型工廠排程問題，各站機台產能、跨廠運輸時間都將影響加工途程之決策。

當跨廠運輸時間之限制越小或沒有時，雙流線型工廠排程問題會趨向於變成彈性流線型 生產排程問題。當跨廠運輸時間限制越大，雙流線型工廠排程即可視為兩條獨立之流線 型生產排程。此外，彈性流線型生產排程問題無預期訂單之分配問題，但雙流線型工廠 排程需考量各廠之產能進行預期訂單之分配。有鑑於此，本研究提出之雙流線型工廠排 程問題，與彈性流線型生產排程問題並不相同，且過去流線型生產排程之相關文獻亦無 相似研究，故可確認本研究問題之獨特性。