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文檔簡介

1、02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度及智能優(yōu)化,24092499(O)/02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度與運籌學(xué),Q:區(qū)別? 聯(lián)系,生產(chǎn)調(diào)度,運籌學(xué),02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,什么是生產(chǎn)調(diào)度,即按時間分配資源完成任務(wù)/作業(yè)的過程或方法。要求:任務(wù)/作業(yè)必須是可分割的,生產(chǎn)調(diào)度問題 Q:現(xiàn)場有哪些,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度與生產(chǎn)計劃,都是對生產(chǎn)過程的規(guī)劃與控制(均考慮優(yōu)化的目的),主要區(qū)別是考慮的時間尺度不同,理論上均稱調(diào)度問題;生產(chǎn)調(diào)度是生產(chǎn)計劃的可行性驗證過程,生產(chǎn)計劃側(cè)重于經(jīng)營計劃和生產(chǎn)能力的平衡,考慮的時間以月或年計的中長期粗,生產(chǎn)調(diào)度則

2、在較短的時間內(nèi)進(jìn)行,最主要的任務(wù)是生產(chǎn)作業(yè)的安排與資源的具體分配,涉及實際生產(chǎn)環(huán)境的各種約束細(xì),02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度與生產(chǎn)計劃,生產(chǎn)計劃的制定以企業(yè)的利潤最大化為目標(biāo),而生產(chǎn)調(diào)度則以生產(chǎn)過程的平穩(wěn)過渡/順暢接續(xù)為目標(biāo),生產(chǎn)計劃的制定,一般是考慮靜態(tài)情況。當(dāng)生產(chǎn)因素比較穩(wěn)定和比較理想時才能達(dá)到優(yōu)化的預(yù)期目標(biāo),生產(chǎn)過程是動態(tài)的,要求生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)有一定的柔性,能適應(yīng)生產(chǎn)過程中內(nèi)、外因素的異動,以便準(zhǔn)確而靈活地完成生產(chǎn)計劃;生產(chǎn)調(diào)度側(cè)重于生產(chǎn)裝置的分配利用和物料平衡,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)計劃優(yōu)化系統(tǒng),優(yōu)化系統(tǒng)可根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)、供、銷狀況,以企業(yè)綜合效益為目標(biāo),建立合適

3、的數(shù)學(xué)模型,依一定方法求解,分別考慮企業(yè)內(nèi)外約束,進(jìn)而獲得最優(yōu)計劃;計劃的實施,必須充分利用現(xiàn)有資源,優(yōu)化資源配置,提高生產(chǎn)決策的科學(xué)性,實現(xiàn)效益的最大化,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的功能,計劃的分解:一般采用時間分配方法,即滾動計劃,動態(tài)監(jiān)控:實時監(jiān)控,包括數(shù)據(jù)的采集、關(guān)鍵參數(shù)的歷史趨勢圖分析、圖表及工藝流程的顯示。平衡協(xié)調(diào),包括外部的生產(chǎn)和經(jīng)營兩大系統(tǒng)產(chǎn)供銷,內(nèi)部生產(chǎn)過程人員工位器具等,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的特點,復(fù)雜性; 隨機(jī)性; 多約束; 多目標(biāo),Q: 維修作業(yè)調(diào)度 系統(tǒng)特點的表達(dá),02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問題的一般描述,語義描

4、述:目標(biāo)-任務(wù)集合-資源集合-約束條件; 數(shù)學(xué)描述調(diào)度問題的數(shù)學(xué)符號表達(dá),生產(chǎn)調(diào)度問題的性能指標(biāo),能力指標(biāo):最大生產(chǎn)率、最短生產(chǎn)周期等; 成本指標(biāo):最大利潤、最小費用等; 客戶滿意度指標(biāo):最短交付期(提前拖期懲罰)等,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問題的分類,依模型變量分類:1)連續(xù)變量問題;2)離散變量問題/組和優(yōu)化問題(combinatorial optimization problem: COP) 依生產(chǎn)過程輸出:1)連續(xù)生產(chǎn)過程(連續(xù)的產(chǎn)品流);2)間隙生產(chǎn)過程(離散批量)/批處理過程批處理調(diào)度問題;3)離散生產(chǎn)過程(離散數(shù)量)車間調(diào)度問題 按調(diào)度目標(biāo):總的作業(yè)時間最短、總的

5、延遲時間最小等 其他:依人物特點:可否終端、加工時限、順序約束等,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度問題的分類,車間調(diào)度問題,車間 調(diào)度,加工設(shè)備的分配,工件的加工時間與加工順序,實質(zhì),生產(chǎn)調(diào)度,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度問題的分類,流水車間調(diào)度問題,分類(基于加工時間或交付期):確定型、隨機(jī)型和模糊型/滿意型,生產(chǎn)調(diào)度,02.01.2021,NP難題 工程近似 可用解,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問題的分類,作業(yè)車間調(diào)度問題,JSP問題可以采用整數(shù)線性規(guī)劃模型描述。前提假設(shè):所有的任務(wù)在零時刻都可用,且無設(shè)備故障,任務(wù)在機(jī)器上執(zhí)行時間事先已知,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問題的分類,間隙生

6、產(chǎn)調(diào)度問題,分類:多產(chǎn)品(multi-product)間隙生產(chǎn)過程所有產(chǎn)品生產(chǎn)順序相同,加工路徑相同,整個生產(chǎn)過程分成若干個生產(chǎn)階段,每個階段包含若干并行設(shè)備。類似Flow-shop和多用途或多目的(multi-purpose)間隙生產(chǎn)過程可以是不同的生產(chǎn)線、不同的路徑、不同的工序,可通過設(shè)備的組織來調(diào)整。類似Job-shop,排序的 問題,中間產(chǎn)品 存儲策略,等待時間 切換時間,上層組織路經(jīng)與時間分配 下層設(shè)備與資源分配決策,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問題的分類,動態(tài)調(diào)度問題,靜態(tài)調(diào)度:調(diào)度環(huán)境和任務(wù)已知的前提下的所謂的事前調(diào)度方法例行維修作業(yè),動態(tài)調(diào)度:也稱再調(diào)度,指在調(diào)度環(huán)

7、境和任務(wù)存在不可預(yù)見的擾動情況下的調(diào)度方案,即依賴于事前調(diào)度環(huán)境和任務(wù)也與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)例行+非例行維修作業(yè),為適應(yīng)生產(chǎn)過程的不確定性和隨機(jī)性,一般采用周期性調(diào)度和再調(diào)度相結(jié)合的策略,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問題的分類,動態(tài)調(diào)度問題(續(xù),動態(tài)調(diào)度形式:滾動調(diào)度(rolling scheduling)和被動調(diào)度(reactive scheduling,被動調(diào)度目標(biāo)是盡可能維持原靜態(tài)調(diào)度水平,既保持原有的性能指標(biāo),滾動調(diào)度:移動時間段內(nèi)的生產(chǎn)調(diào)度; 被動調(diào)度:隨生產(chǎn)過程變化而不可行的調(diào)度的修正,動態(tài)調(diào)度的 實時性要求,Q:變化(加工時間、任務(wù)、設(shè)備故障等)調(diào)機(jī)作業(yè),02.01.202

8、1,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度方法,分類:優(yōu)化調(diào)度方法和啟發(fā)式調(diào)度方法,優(yōu)化調(diào)度:精確求解解析模型而獲得最優(yōu)解、近似求解得次優(yōu)解;基礎(chǔ):數(shù)學(xué)規(guī)劃;適用:小規(guī)模優(yōu)化問題,啟發(fā)式調(diào)度:包括基于規(guī)則的方法、基于人工智能的方法、隨機(jī)搜索方法、基于仿真的方法等,立足當(dāng)前,追求局部最優(yōu)而非全局最優(yōu),方向:二者結(jié)合,啟發(fā)推理,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度方法(續(xù),Model-based and model-free,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法(heuristics algorithm,語義性描述:一個基于直觀或者經(jīng)驗構(gòu)造的算法,在可接受的代價下,給出待解決組合優(yōu)化問題的一個可

9、行解,未定義可行解與最優(yōu)解的距離,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法(heuristics algorithm,Johnson問題:以最大流程時間為目標(biāo)的兩臺機(jī)器流水車間調(diào)度問題依Johnson規(guī)則確定其最優(yōu)調(diào)度,問題描述:n 個工件在機(jī)器1和機(jī)器2上的加工時間分別為ti1和ti2 ,目標(biāo)是給出最短生產(chǎn)周期的產(chǎn)品序列,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法(heuristics algorithm,基于Johnson規(guī)則構(gòu)造最優(yōu)調(diào)度,步驟如下,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法(heuristics algorithm,例,問題的關(guān)鍵是啟

10、發(fā)式規(guī)則的建立,啟發(fā)式算法通常是以犧牲計算時間為代價,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法(heuristics algorithm,常用啟發(fā)式規(guī)則: 用優(yōu)先分配規(guī)則來解決工序中可能的加工沖突(要求算法有識別所有加工沖突的能力) 基于隨機(jī)分配規(guī)則的啟發(fā)式算法:每一工序都對應(yīng)啟發(fā)式規(guī)則集/族中的任意規(guī)則,規(guī)則可重用,全部工序遍歷一遍后即可找到生產(chǎn)活動調(diào)度工序順序集,02.01.2021,遺傳算法,遺傳算法:借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機(jī)制的隨機(jī)算法,原理:始于多個初始解,然后通過一定規(guī)則進(jìn)行逐步迭代產(chǎn)生新的解,合成解集,通過對解集中解的性質(zhì)的判斷,篩出需要的解,02.01.20

11、21,遺傳算法,遺傳算法:借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機(jī)制的隨機(jī)算法,算法設(shè)計的內(nèi)容: 編碼解空間 適應(yīng)度函數(shù)解的質(zhì)量的度量/目標(biāo)函數(shù) 選擇策略大適值解對應(yīng)大存活概率/機(jī)會 控制參數(shù)種群規(guī)模、算法代數(shù)/終止準(zhǔn)則、遺傳操作概率等 遺傳算子選擇/遺傳、交叉、變異,缺點:沒有利用目標(biāo)函數(shù)梯度等信息,造成了解的無方向性,02.01.2021,基于遺傳算法的車間調(diào)度問題,遺傳算法:把調(diào)度問題參數(shù)表達(dá)成按一定結(jié)構(gòu)組成的染色體編碼,部分算法設(shè)計內(nèi)容: 編碼工件加工順序 適應(yīng)度函數(shù)完成加工作業(yè)可能的最大流程時間的倒數(shù)(流程時間越短越好) 選擇策略大適值解對應(yīng)大存活概率/機(jī)會 控制參數(shù)種群規(guī)模、算法代數(shù)/終止準(zhǔn)則、遺傳操作概率等 遺傳算子選擇/遺傳、交叉、變異,02.01.2021,基于遺傳算法的模糊車間調(diào)度方法,主要解決提前/拖期費用調(diào)度問題利用模糊量表示客戶對交貨期的滿意程度,Q:航班延誤問題 A1:可用隨機(jī)規(guī)則調(diào)度法 A2:也可用模糊調(diào)度法,02.01.2021,基于同一時間離散化生產(chǎn)調(diào)度,把調(diào)度范圍分成許許多多等長度的時間段民航維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工時下的派工問題,然后明確約束條件(分配約束、容量約束、物料平衡、公共及人力資源限制),最終可表達(dá)為以利潤最大為目標(biāo)函數(shù)的調(diào)度問題,一個經(jīng)典的調(diào)度問題,02.01.2021,不確定性生產(chǎn)調(diào)度問題,生產(chǎn)

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