印刷油墨制造的生产排程

本指南面向印刷油墨制造商的生产排程员和排程经理，指导如何配置 Schantt 以适用于典型的中型工厂——为定向色相变更换线、并行研磨机（包含专用设备和灵活设备）、质检放行延迟以及跨混合 batch（批次）+ flow（连续流）管道的部分转移建模。

本指南采用基于行业研究的虚构综合性公司示例；所有名称、参数和数字均为说明性用途。

行业背景

印刷油墨制造是一种批次加连续流的混合工艺，将颜料、树脂、溶剂和助剂通过五个连续工序转化为成品油墨。预混工序使用高速分散机将颜料粉末与树脂和溶剂混合成湿态研磨基料。分散与研磨工序将预混料研磨至目标细度（通常为 Hegman 6–8），在卧式研磨机中进行，消耗了批次周期时间的大部分。稀释与调色工序用额外的树脂和溶剂稀释研磨基料，然后通过反复配色调整色相，直到与标准匹配。过滤工序通过袋式过滤器或滤芯过滤器去除过大颗粒和杂质。灌装与包装工序在半自动灌装机上将成品油墨灌入桶或提桶中，附带在线贴标和码垛。

典型的中型油墨厂年产量约 4,500–5,000 吨，分为三大产品族（Product Class）：高产量 CMYK 四色基墨（约占总量的 55%）、定制专色（约占 30%）以及预分散基料——即高颜料浓缩物，销售给较小的油墨厂（约占 15%）。换线时间因颜色转换而有显著差异：清理研磨机或稀释罐从深色到浅色需要 45–120 分钟，而从浅色到深色的反向转换只需 15–30 分钟。例如，从黑色到黄色的换线约需 90 分钟。每个批次在稀释与过滤之间还需要等待质检放行，这是一种 1–4 小时的被动等待，会带来正向延迟但不需要设备作业。

Pinnacle Printing Inks 在 4,200 平方米的厂房中拥有约 85 名员工，生产三个产品族，横跨五个生产工序，由三人排程团队负责排程。

工艺概览

flowchart LR
    PM["预混 <br/>(BATCH)"]
    DM["分散与研磨 <br/>(BATCH)"]
    LD["稀释与调色 <br/>(BATCH)"]
    FL["过滤 <br/>(FLOW)"]
    FG["灌装与包装 <br/>(FLOW)"]

    PM --> DM
    DM --> LD
    LD --> FL
    FL --> FG

Pinnacle Printing Inks 的五个生产工序工艺流程，从原材料预混到成品。

预分散基料跳过预混和分散工序，直接从稀释工序进入。

排程挑战及 Schantt 的应对方式

Schantt 假设生产由固定的需求排程驱动——即在计划周期内需生产的产品及其数量清单。如果您的工厂以按单释放或看板拉动方式运作，相同的配置同样适用；您只需在任务释放时输入任务。优化器在所有任务中最小化总生产时间（总完工时间，Makespan），并从选定的开始日期向前排程。在本场景中，一周的排程周期约 15–20 个任务为典型情况。Schantt 提供两种优化模式：Auto 模式，算法从头决定任务顺序和设备分配；以及 Semi-Auto 模式，排程员设定任务顺序，算法在该固定顺序内优化设备分配。

Schantt 擅长处理的内容

• 定向换线矩阵（Directional changeover matrix） ——每台设备、每对产品族之间的换线时间，深色到浅色与浅色到深色的时长不同，使算法倾向于将相似颜色分组排序。
• 带专用设备和能力限制设备的多设备工序 ——并行研磨机、稀释罐和灌装机，每台设备对产品族的适用性通过其具备的速率条目体现；浅色专用研磨机只需不为深色产品族设置速率条目即可。
• 带工序跳过的按产品族工艺路线（Per-class routing） ——每个产品族遵循自己的工序路径；预分散基料完全跳过分散工序，从稀释工序进入，跨越跳过段有桥接转移时间。
• 混合批次+连续流管道（Mixed batch-and-flow pipelines） ——批次工序（预混、分散、稀释）和连续流工序（过滤、灌装）在同一个工艺路线中，每种工序类型正确标注，使算法对每步应用正确的时长物理模型。
• 工序间部分转移（Partial transfers） ——当下游工序的首个可用部分完成后即可开始，而上游工序仍在运行，按产品族在每个交接点配置。
• 支持多工作日历的班次感知可用性 ——设备级工作日历覆盖使研磨机可在夜班无人值守运行，而灌装机遵循标准日班；工作日历例外和设备停机时间调整工作时间窗口。

Schantt 如何应对每个挑战

1. 定向色相变更换线（Directional colour-change changeovers）。
- 在三台研磨机上，典型的一周 20 个任务中，换线时间消耗 12–15 小时——约占可用研磨机产能的 15–20%。深色到浅色的清理时间是浅色到深色转换的两到四倍，因此任务顺序直接决定了研磨时间中有多少损失在清理上。
- Schantt 将每次换线建模为定向的、按设备的条目：在每台研磨机和稀释罐上输入从每个产品族到其他产品族的实测清理时间。算法将这些时长纳入其最小化的总生产时间中，因此自然地按颜色相似性对任务排序——将浅黄色批次放在另一个浅色之后而不是在黑色之后——因为该顺序带来的换线惩罚更短。在甘特图上，换线以带标签的片段形式显示在每个加工条之前，使时间影响一目了然。

2. 跨色系家族的并行研磨机分配。
- 研磨机消耗批次周期总时间的 60–70%，然而当前基于白板的排程仅能达到 70–75% 的研磨机利用率，每周有 8–12 小时的研磨机空闲时间，原因是任务被分配到了颜色不兼容的研磨机。如果深色专用研磨机被迫运行浅色任务，就会触发原本在灵活研磨机上可以避免的长换线。
- 每台研磨机的能力通过其所带的速率条目来表达。研磨机 1（浅色专用）仅有 CMYK 和浅色专色的速率条目；研磨机 2（深色专用）仅有深色专色的速率条目；研磨机 3（灵活型）则三个产品族都有速率条目。在 Auto 模式下，算法将每个任务匹配到符合条件的研磨机，并对任务排序以同时最小化三台研磨机的换线惩罚。在 Semi-Auto 模式下，它保留排程员的任务顺序，但仍为每个任务选择最佳研磨机，无需排程员每周手动重新分配设备即可恢复利用率。

3. 质检放行正向延迟。
- 每个批次在稀释与过滤之间闲置 1–4 小时，等待质检部门确认色相和粘度。在典型的每周 15 个批次中，这产生了 15–30 小时的被动正向延迟——上游工序看不到此延迟，下游工序必须等待其结束。该等待是一个计划性间隙，不是设备在做工，并且会推移整个下游排程。
- Schantt 将质检等待建模为转移时间——稀释与过滤工序之间的固定正向延迟，本场景中设为 90 分钟。该延迟应用于经过该交接点的每个任务，在甘特图上显示为两个工序条之间的间隙，没有分配设备。上游工序在完全知晓该延迟的情况下排程，下游工序仅在等待结束后才开始。该值是按产品族由排程员设定的基线；如果工厂数据显示存在系统性差异——例如专色需要更长的等待——您可以在工序详情页面上调整时长。

4. 灌装机换线多样性。
- 两台灌装机——一台专用提桶（1–20 L），一台专用桶和吨桶（200 L 和 1,000 kg）——面临三种换线：仅换容器规格（例如 1 L 到 5 L 提桶，15–45 分钟）、同规格下更换油墨类型（15–30 分钟），以及容器规格加油墨类型的双重切换（30–90 分钟）。这些转换每周导致 2–4 次灌装机空闲事件，合计 2–5 小时的产能损失——在简单的换线平均值中是看不到的。
- 每台灌装机都带有一个定向换线矩阵，包含每对产品族之间的条目，因此无论切换是两次 CMYK 任务之间（最小清理量）还是从深色专色到浅色预分散基料（更长），算法都使用正确的时长。提桶灌装机在 CMYK 到专色（22 分钟）、基料到专色（22 分钟）等转换上的换线时间均作为不同的值输入。由于算法知道实际时长，它可以对灌装任务排序以最小化转换时间——例如，按类型对提桶运行分组，避免在班次中间进行容器规格加油墨类型的双重切换。

5. 稀释到灌装的流量不匹配。
- CMYK 批次在稀释工序结束时为 1,000 kg，但灌装机的处理速率（提桶为 340 kg/hr）意味着一个完整的批次如果在当天较晚完成，就无法在一个班次内灌装完毕。目前，每个 CMYK 批次会导致约 90–120 分钟的可避免灌装机空闲时间——灌装机等待下一个批次从稀释工序到达，每周合计 6–10 小时。灌装机在饥饿状态，而稀释罐中却持有已完工但未放行的产品。
- 对于 CMYK，工艺路线在稀释到过滤的交接处启用了部分转移：500 kg 从稀释罐转移到过滤工序，一旦该部分准备好即可进行，同时剩余的 500 kg 继续处理。这使得下游工序（过滤和灌装）可以在第一批部分到达时即开始工作，而第二半仍在处理中。部分转移量按产品族设定（CMYK 为 500 kg；专色和预分散基料使用整批转移），算法自动调度重叠部分，恢复了否则会闲置等待完整批次的灌装产能。

在 Schantt 中建模的内容

下表列出了您在 Schantt 中作为顶级对象创建的每个一级实体，数量取自本场景。

分步设置

1. 按顺序创建工序。 创建五个工序，前三道（预混、分散与研磨、稀释与调色）的生产类型设为 BATCH，后两道（过滤、灌装与包装）设为 FLOW。将工序位置设为 1 到 5。然后，在每个工序详情页面上，添加工序之间的转移时间：

• 预混 → 分散：10 分钟
• 分散 → 稀释：20 分钟
• 稀释 → 过滤：90 分钟（质检等待）
• 过滤 → 灌装：10 分钟
• 预混 → 稀释：45 分钟（针对跳过分散工序的预分散基料的桥接转移）

2. 为每个工序添加设备。 将十三台设备分配到各自的工序：

预混工序： 预混分散机 1、预混分散机 2
分散工序： 研磨机 1（浅色专用）、研磨机 2（深色专用）、研磨机 3（灵活型）
稀释工序： 稀释罐 1（浅色专用）、稀释罐 2–4（通用型）
过滤工序： 袋式过滤器 1、滤芯过滤器 1
灌装工序： 提桶灌装机 1、桶灌装机 1

3. 定义产品族及其工艺路线。 创建三个产品族。为每个产品族设置工艺路线——即其经过的有序工序列表：

• CMYK： 全部五个工序，在稀释→过滤交接处启用部分转移（500 kg）。
• 专色： 全部五个工序，仅整批转移。
• 预分散基料： 稀释→过滤→灌装。预混和分散不在工艺路线中；桥接转移时间（预混到稀释 45 分钟）已涵盖跳过段。

4. 每个产品族添加一个代表产品。 创建 Process Cyan（CMYK）、Pantone 185 Red（专色）和 Carbon Black Base（预分散基料）。为每个产品分配显示颜色以便在甘特图中查看。

5. 设置设备产能参数和换线时间。 在每台设备的详情页面上，输入速率条目和换线时间。

批次工序速率条目（批量和周期时间）：

• 预混分散机 1 和 2：750 kg，38 分钟（CMYK）；350 kg，26 分钟（专色）
• 研磨机 1（浅色专用）：750 kg，175 分钟（CMYK）；仅浅色专色的条目
• 研磨机 2（深色专用）：750 kg，165 分钟（CMYK）；350 kg，175 分钟（仅深色专色）
• 研磨机 3（灵活型）：750 kg，185 分钟（CMYK）；350 kg，235 分钟（专色）
• 稀释罐 1–4：其工艺路线涉及的所有产品族的条目——1,000 kg，55 分钟（CMYK）；500 kg，95–100 分钟（专色）；800 kg，65 分钟（预分散基料）

连续流工序吞吐量条目（kg/hr）：

• 袋式过滤器 1：680（CMYK）、460（专色）、520（基料）
• 滤芯过滤器 1：570（CMYK）、390（专色）、440（基料）
• 提桶灌装机 1：340（CMYK）、285（专色）、4（基料）
• 桶灌装机 1：8（CMYK）、16（专色）、12（基料）

换线条目： 在每台处理多个产品族的设备上添加定向换线时间。关键条目在研磨机上（深色到浅色与浅色到深色的非对称值，不同研磨机上为 35 到 68 分钟）和稀释罐上（25–52 分钟）。预混分散机使用对称的 10 分钟换线时间用于批次间产品族转换。过滤装置使用对称的 15 分钟换线时间。两台灌装机都带有完整的产品族对矩阵，时长从 22 到 45 分钟。

6. 配置工作日历、例外和停机时间。 创建两个工作日历：

• 标准日历（默认，所有设备）： 周一至周五 07:00–16:00，周六 07:00–12:00。非工作日无条目。
• 夜班研磨机覆盖日历（仅研磨机）： 周一至周四 22:00–06:00。将此日历分配给研磨机 1、研磨机 2 和研磨机 3，使它们可在夜班无人值守运行，而工厂其他部分遵循标准日班。

添加三个日历例外作为非工作日：元旦（1 月 1 日）、国际劳动节（5 月 1 日）和年末停工（12 月 24 日至 1 月 2 日，以 12 月 24 日一个例外条目输入）。

添加三个设备停机时间：研磨机 1 的月度磨珠检查（四小时）、影响全部三台研磨机的季度所有研磨机维护窗口（八小时），以及提桶灌装机 1 的每周灌装管线清洗（两小时）。这些窗口在排程前从工作产能中扣除，使算法自动将工作绕开它们安排。

关于如何在 Schantt 中配置上述每一项的具体操作说明，请参见 Schantt 文档。

常见错误

1. 在研磨机上输入对称的换线时长。 对所有颜色转换使用单一的清理时间平均值，会丢失算法所需的定向信息。算法将无法正确惩罚深色到浅色的顺序，因此优化器可能会产生一个在纸面上看起来不错、但本可以通过另行分组避免两个任务之间 90 分钟清理时间的顺序。解决方法： 在每台研磨机和稀释罐上，为每个方向——深色到浅色与浅色到深色分开——输入实测清理时间作为不同的换线条目。

2. 为所有色系家族使用一个产品族。 定义一个单一的"油墨"产品族会强制每个产品使用相同的工艺路线并应用统一的换线值，从而失去预分散基料的工序跳过行为，且不兼容色系家族之间的换线时间被平均化。解决方法： 按工艺路线和色系家族行为拆分产品族——CMYK、专色和预分散基料各为一个独立的产品族——使每个产品族继承正确的工序路径和换线矩阵。

3. 专用设备上缺少按产品族的速率条目。 研磨机 1（浅色专用）应仅包含 CMYK 和浅色专色的速率条目。如果您错误地也添加了深色专色的速率条目，算法可能会将深色任务分配给浅色专用研磨机，触发长换线，从而削弱专用策略的效果。解决方法： 检查每台设备的速率条目，确保其反映实际车间能力。如果某台设备无法处理某个产品族，将该速率条目留空——算法将不会向其分配任务。

4. 将质检等待建模为工序而非转移时间。 如果您创建一个具有长周期时间的质检工序，算法会为其分配设备，从而造成人为的资源瓶颈和虚耗不存在的产能。等待是被动的，不是设备步骤。解决方法： 在工序详情页面上，在稀释和过滤之间使用 90 分钟的转移时间。不消耗任何设备，等待在甘特图上显示为计划性间隙。

5. 为所有设备使用单一笼统的日历。 为每台设备分配相同的周一至周五日班日历，会损失研磨机的夜班运行产能。一台研磨机夜班运行每周增加约 32 小时的可用产能。解决方法： 创建一个单独的夜班日历（周一至周四 22:00–06:00）并通过每台研磨机详情页面的设备级日历覆盖，将其分配给三台研磨机。

良好排程的模样

滚动浏览在 Auto 模式下构建的典型 20 任务周的甘特图。排程显示出连贯的生产流——颜色分组排序和设备分配协同工作，而非互相冲突。

改进前（基线白板排程）：
- 研磨机利用率维持在 70–75%，每周有 8–12 小时因色系不匹配而导致可避免的研磨机空闲时间——深色专色停留在灵活研磨机上，而浅色专用研磨机正在完成 CMYK 任务，然后灵活研磨机需要长时间换线才能处理下一个浅色运行。
- 换线时间每周在研磨机上就消耗 12–15 小时。
- 灌装机每周空闲 6–10 小时，等待上游稀释批次完成和质检等待到期，没有任何机制可以分批放行产品。
- 每周 15–30 小时的正向质检等待延迟不可见——在白板上仅表现为稀释结束时间与过滤开始时间之间无法解释的间隙。

改进后（Schantt Auto 模式）：
- 研磨机的色系排序将利用率提升至 80% 以上：浅色产品路由至研磨机 1，深色产品路由至研磨机 2，灵活研磨机处理溢出和跨产品族的任务，换线时长被纳入优化算法，自动将相似颜色分组。
- 三台研磨机上的换线时间显著下降——优化器尽可能避免长深色到浅色转换，通过在浅色专用研磨机上连续安排浅色任务。
- 灌装机在每个周期中更早开始工作，因为在稀释到过滤交接处的 500 kg 部分转移将产品分两半释放：第一半 500 kg 向下游流动，而第二半仍在处理中，恢复了每周 6–10 小时的可避免灌装机等待时间。
- 质检等待在甘特图每个任务的显示行上显示为计划性间隙，排程员可以确切知道每个批次何时到达过滤工序，并将放行时间告知质检实验室。

在 Schantt 中尝试

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