基于供應(yīng)鏈的協(xié)同生產(chǎn)調(diào)度研究

1、基于供應(yīng)鏈的協(xié)同生產(chǎn)調(diào)度研究         08-07-06 16:36:00     作者：未知    編輯：Studa_hasgo122          一、引言    知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的日趨激化，使企業(yè)受到了前所未有的挑戰(zhàn)。企業(yè)間合作的重 要性日益凸顯，其組織邊界逐漸延伸到有業(yè)務(wù)關(guān)系的合作伙伴和客戶，形成

2、了整個(gè)價(jià)值 鏈上企業(yè)內(nèi)及企業(yè)間網(wǎng)絡(luò)的集成?，F(xiàn)在不斷出現(xiàn)的虛擬企業(yè)、敏捷制造、動(dòng)態(tài)聯(lián)盟等概 念都是強(qiáng)調(diào)了企業(yè)間的合作和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以提高制造系統(tǒng)的敏捷性。其實(shí)質(zhì)都是供應(yīng)鏈 環(huán)境下的企業(yè)集成。    對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，面對(duì)日益激化的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，單個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度問題的 解決已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)在供應(yīng)鏈環(huán)境中企業(yè)協(xié)作生產(chǎn)的需要。多代理系統(tǒng)(Multi-Agent System，簡(jiǎn)稱MAS)在供應(yīng)鏈和生產(chǎn)調(diào)度方面的研究已經(jīng)成為當(dāng)前的熱點(diǎn)之 一。但是大部分的研究局限在企業(yè)內(nèi)部，考慮供應(yīng)鏈環(huán)境下企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的論文相對(duì)較 少。而在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中，企業(yè)已經(jīng)不單單是一個(gè)孤立的個(gè)體

3、，而是供應(yīng)鏈中的一個(gè)部 分，這是一個(gè)更加廣闊的企業(yè)級(jí)結(jié)構(gòu)模式。    運(yùn)用基于MAS對(duì)于充分發(fā)揮車間制造系統(tǒng)的功能、調(diào)度過程中完善調(diào)度策略、供應(yīng)鏈環(huán) 境下多企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)以及生產(chǎn)過程的高效、穩(wěn)定運(yùn)行都是有很大幫助的。因此，為滿足 企業(yè)在國(guó)際化生產(chǎn)的前提下進(jìn)行合理的生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)調(diào)度，本文提出了基于供應(yīng)鏈環(huán) 境下的兩層MAS體系結(jié)構(gòu)，建構(gòu)了解決企業(yè)在供應(yīng)鏈環(huán)境下的動(dòng)態(tài)調(diào)度以及調(diào)度優(yōu)化問 題的模型。            二、供應(yīng)鏈下的協(xié)同生產(chǎn)調(diào)度 &

4、#160;  生產(chǎn)調(diào)度問題可以描述為：在一定的時(shí)間范圍內(nèi)為完成特定的生產(chǎn)任務(wù)而分配共享資 源，并使得預(yù)定的某些生產(chǎn)指標(biāo)最優(yōu)1。傳統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度問題基本屬于一個(gè)企業(yè)內(nèi)部 的生產(chǎn)調(diào)度。車間調(diào)度問題有以下特點(diǎn)：(1)復(fù)雜性。由于車間調(diào)度問題是在等式或不 等式約束下求性能指標(biāo)的優(yōu)化，在計(jì)算量上往往是NP完全問題，因而使得一些常規(guī)的最 優(yōu)化方法往往無(wú)能為力。(2)動(dòng)態(tài)隨機(jī)性。(3)多目標(biāo)。實(shí)際的車間調(diào)度往往是多目標(biāo)的 ，并且這些目標(biāo)間可能發(fā)生沖突。調(diào)度目標(biāo)一般分為基于作業(yè)交貨期的目標(biāo)、基于作業(yè) 完成時(shí)間的目標(biāo)、基于生產(chǎn)成本的目標(biāo)三大類。    生產(chǎn)制造車間的計(jì)劃與調(diào)

5、度是一個(gè)非常復(fù)雜的、需要多方面知識(shí)與信息的決策過程， 近年來(lái)，人工智能技術(shù)、Agent技術(shù)在車間計(jì)劃與調(diào)度中得到廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用的類型 很多。Riyaz sikora等2介紹了在敏捷企業(yè)中，車間的生產(chǎn)組織方式發(fā)生變化，不再 是傳統(tǒng)的固定式階梯型方式，以及如何利用MAS來(lái)根據(jù)任務(wù)的變化對(duì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整 。Kap Hwan Kim等3介紹了一個(gè)用于制造系統(tǒng)調(diào)度與車間控制的框架結(jié)構(gòu)?？蚣苤幸?入了資源代理、零件代理、工程控制代理和事件管理代理。各類代理間均存在錯(cuò)綜復(fù)雜 的通信關(guān)系。Saad A等4分析研究了柔性制造系統(tǒng)中的分布式調(diào)度，建立了分布式調(diào) 度模型，在制造系統(tǒng)中建立了機(jī)床和工件智能代理，采

6、用基于合同網(wǎng)協(xié)議的機(jī)制，將以 零件為中心的談判機(jī)制和以機(jī)床為中心的談判機(jī)制相結(jié)合。郭文勝等5提出了基于Multi-Agent的虛擬車間調(diào)度作業(yè)原理與算法，利用動(dòng)態(tài)形成Agent對(duì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整 。楊根科等6提出了在動(dòng)態(tài)聯(lián)盟下，從銷售代理的角度，研究供應(yīng)鏈的最小成本制造 規(guī)劃的問題。傅小華等7研究了現(xiàn)代生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度的特殊要求，既要滿足系統(tǒng)整體目 標(biāo)，也要注意各子系統(tǒng)的具體特征及局部目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，以及MAS的運(yùn)用。    而供應(yīng)鏈下的協(xié)同生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化過程是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)、多目標(biāo)、動(dòng)態(tài)調(diào)度問題 ，不同于單個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度。供應(yīng)鏈環(huán)境中，車間的生產(chǎn)組織方式發(fā)生了變化。

7、隨著 市場(chǎng)需求向小批量、多品種和短交貨期的發(fā)展及企業(yè)生產(chǎn)的橫向聯(lián)合，現(xiàn)代制造系統(tǒng)往 往具有異地分布和異構(gòu)化的特征。供應(yīng)鏈環(huán)境下進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度，要同時(shí)兼顧企業(yè)內(nèi)部生 產(chǎn)調(diào)度的合理性以及供應(yīng)鏈中各企業(yè)之間的生產(chǎn)銜接、利益分配等。    SCOR(Supply-Chain Operations Reference-model)是第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)鏈流程參考模 型，是供應(yīng)鏈的診斷工具，涵蓋所有行業(yè)。SCOR模型的第一層描述了五個(gè)基本流程：計(jì) 劃(Plan)，采購(gòu)(Source)，生產(chǎn)(Make)，交貨(Deliver)和退貨(Return)，如圖1所示。 它定義了供應(yīng)鏈運(yùn)作參

8、考模型的范圍和內(nèi)容，并確定了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)性能目標(biāo)的基礎(chǔ)。我們 可以看到，供應(yīng)鏈上游企業(yè)交貨直接影響到下游企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度，而現(xiàn)在的很多 企業(yè)供應(yīng)鏈的設(shè)計(jì)，都是面向訂單進(jìn)行生產(chǎn)的。          三、基于Multi-Agent的體系結(jié)構(gòu)    MAS是一個(gè)高度交叉的研究領(lǐng)域，對(duì)于Agent，現(xiàn)在還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，一般認(rèn)為 ，Agent是由具有知識(shí)、信念、意向、期望等因素組成的一個(gè)實(shí)體8。但是Agent的核 心概念自治性已經(jīng)被普遍接受。Michael Wooldridge

9、9認(rèn)為Agent是具有智能性、 自治性、理解力、學(xué)習(xí)能力、可以代替用戶完成特定功能的軟硬件系統(tǒng)。目前的Agent 研究主要在計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域展開，Agent是一個(gè)具有自治性的計(jì)算實(shí)體，能根據(jù)動(dòng)態(tài)變 化的環(huán)境信息做出決策。MAS利用Agent來(lái)表示制造中的各種資源，通過網(wǎng)絡(luò)及Agent通 訊協(xié)議將它們連接成一個(gè)MAS，然后采用MAS的理論和方法對(duì)Agent進(jìn)行研究。而在大規(guī) 模定制生產(chǎn)方式下的供應(yīng)鏈計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化過程是典型的隨機(jī)、動(dòng)態(tài)、多目標(biāo)優(yōu)化過程1 0，進(jìn)一步根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度就更加復(fù)雜。根據(jù)Agent的特點(diǎn)，我們可以將Multi-Agent技術(shù)運(yùn)用在供應(yīng)鏈環(huán)境下的生產(chǎn)調(diào)度中。 &#

10、160;  現(xiàn)在，MAS被認(rèn)為是模擬和支持這些分布式的復(fù)雜系統(tǒng)和環(huán)境的一個(gè)比較好的方法。MAS是一個(gè)包括若干個(gè)代理的、并以特定方式相互作用的復(fù)雜處理系統(tǒng)。MAS中的組織結(jié) 構(gòu)主要有以下幾種：黑板結(jié)構(gòu)、團(tuán)體結(jié)構(gòu)、合作規(guī)劃結(jié)構(gòu)、基于合同網(wǎng)協(xié)議的組織結(jié)構(gòu) 等。而基于合同網(wǎng)協(xié)議的結(jié)構(gòu)在MAS被廣泛采用，它模擬了合同行為中的招標(biāo)、投標(biāo)、 中標(biāo)者。合同網(wǎng)中的代理具有多個(gè)層次，可以既是下層代理的管理者，同時(shí)又是上層代 理的承包者。    因此，對(duì)于供應(yīng)鏈下的各企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)調(diào)度，我們可以利用Agent來(lái)表示生產(chǎn)中的各類 資源，通過網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議組成一個(gè)MAS系統(tǒng)，并利用MAS的方法通過協(xié)議、合作來(lái)完成各個(gè) 企業(yè)的協(xié)同生產(chǎn)。基于MAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)見圖2所示。    由于供應(yīng)鏈下的企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度關(guān)系到多企業(yè)、多車間調(diào)度策略的確定，因此，我們可 以把模型劃分成企業(yè)級(jí)和車間級(jí)進(jìn)行區(qū)分。企業(yè)級(jí)代表了整個(gè)企業(yè)進(jìn)入供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)， 與其他企業(yè)的Agent進(jìn)行協(xié)商、合作和調(diào)度。企業(yè)內(nèi)部車間級(jí)別的Agent主要是在企業(yè)內(nèi) 部發(fā)揮作用，保證了企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)