生產(chǎn)型企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度解決方案及工業(yè)應(yīng)用實(shí)例

1、Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University2s 生產(chǎn)型企業(yè)概述生產(chǎn)型企業(yè)概述s 生產(chǎn)型企業(yè)信息化過(guò)程生產(chǎn)型企業(yè)信息化過(guò)程s 生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度系統(tǒng)功能生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度系統(tǒng)功能s 生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度解決方案生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度解決方案s 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例 煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度解決方案煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度解決方案 熱軋生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)熱軋生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)s 研究領(lǐng)域和項(xiàng)目實(shí)施方向研究領(lǐng)域和項(xiàng)目實(shí)施方向Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University3s 生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)物質(zhì)資源人 力原材料輔助材料零配件等

2、信息生產(chǎn)計(jì)劃技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程效益指標(biāo)生產(chǎn)過(guò)程加工制造按預(yù)定技術(shù)要求改變對(duì)象的形狀、尺寸物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的過(guò)程物質(zhì)資源產(chǎn)品服務(wù)廢品 信息成本質(zhì)量進(jìn)度系統(tǒng)狀況反 饋輸出輸入s生產(chǎn)過(guò)程既是物料消生產(chǎn)過(guò)程既是物料消耗過(guò)程，同時(shí)也是生耗過(guò)程，同時(shí)也是生產(chǎn)對(duì)象的價(jià)值增值過(guò)產(chǎn)對(duì)象的價(jià)值增值過(guò)程。程。s隨著原材料和各種輔隨著原材料和各種輔助材料的消耗，逐步助材料的消耗，逐步改變生產(chǎn)對(duì)象的物理改變生產(chǎn)對(duì)象的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，最性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，最終變?yōu)楫a(chǎn)成品（副產(chǎn)終變?yōu)楫a(chǎn)成品（副產(chǎn)品、環(huán)保要求）。品、環(huán)保要求）。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University

3、4按生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性質(zhì)分按生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性質(zhì)分:s連續(xù)式生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)（流程式） 連續(xù)式生產(chǎn)是指物料按一定的工藝順序、連續(xù)地通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程各環(huán)節(jié)，在運(yùn)動(dòng)中不斷地改變其形態(tài)和性能，最后轉(zhuǎn)化成產(chǎn)成品的生產(chǎn)方式(化工、石油、冶金、食品、造紙等)。s離散式生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)(加工裝配式） 物料分別在不同時(shí)間和地點(diǎn)生產(chǎn)出零部件，再按一定的要求集合裝配成產(chǎn)成品的生產(chǎn)運(yùn)作方式(如電子、輕工、機(jī)械等產(chǎn)品）。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University5按與市場(chǎng)需求的關(guān)系分按與市場(chǎng)需求的關(guān)系分:s生產(chǎn)-庫(kù)存式生產(chǎn)系統(tǒng)(Make-To-Inventory)預(yù)測(cè)需求確定計(jì)

4、劃組織生產(chǎn)成品入庫(kù)銷售庫(kù)存式生產(chǎn)運(yùn)作模式可以較好地滿足隨機(jī)小批量需求；同時(shí)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)運(yùn)行均衡，質(zhì)量穩(wěn)定、人力、設(shè)備等自然可以得到較充分的運(yùn)用。但運(yùn)作過(guò)程的產(chǎn)成品占用的流動(dòng)資金大，具有一定的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)需求變化的適應(yīng)性較差。一般用于通用產(chǎn)品生產(chǎn)。s訂單-生產(chǎn)式生產(chǎn)系統(tǒng)(Make-To-Order)客戶訂貨確定計(jì)劃組織生產(chǎn)交貨訂單式生產(chǎn)可以大幅度地減少產(chǎn)成品庫(kù)存量，降低流動(dòng)資金占用額，避免市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。但這種方式對(duì)生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)的管理水平要求高，需求隨機(jī)波動(dòng)對(duì)運(yùn)作過(guò)程影響大，生產(chǎn)計(jì)劃、人力資源、設(shè)備利用、質(zhì)量保證等工作難度大，要求生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性。s生產(chǎn)-儲(chǔ)存-裝配式(Assemble

5、-To-Order)總量需求預(yù)測(cè)零部件生產(chǎn)計(jì)劃零部件庫(kù)存客戶訂貨裝配計(jì)劃產(chǎn)品組裝產(chǎn)品交貨按ATS方式運(yùn)作的前提條件是產(chǎn)品個(gè)性化，零部件通用化，儲(chǔ)存一定數(shù)量的通用零部件，滿足不同客戶的訂貨要求。這種運(yùn)作模式具有前面兩種模式的優(yōu)點(diǎn)。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University6s生產(chǎn)科技高速發(fā)展加速產(chǎn)品更新?lián)Q代速度如醫(yī)藥產(chǎn)品50%是近5年研制出來(lái)的，每?jī)赡暧?jì)算機(jī)就有一次重要的技術(shù)突破。技術(shù)環(huán)境的變化使生產(chǎn)系統(tǒng)的適應(yīng)性、創(chuàng)新性，快速反應(yīng)能力，成了企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。s用戶需求趨向個(gè)性化、多樣化客戶開(kāi)始采取多品種、小批量、多批次的訂貨方式。s市場(chǎng)

6、競(jìng)爭(zhēng)日益激烈客戶隨著世界市場(chǎng)一體化進(jìn)程的加快，國(guó)內(nèi)企業(yè)、特別是中小型企業(yè)面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力日益加大。為了生存和發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)必須滿足高質(zhì)量、高效率、低成本、高柔性、短且準(zhǔn)時(shí)的交貨期要求。s全球化供應(yīng)鏈運(yùn)作模式快速發(fā)展全球供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)理念和模式，使企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)變?yōu)楣?yīng)鏈之間的競(jìng)爭(zhēng)，強(qiáng)調(diào)企業(yè)間的核心競(jìng)爭(zhēng)力和供應(yīng)鏈的整體競(jìng)爭(zhēng)力。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University7六、七十年代六、七十年代八、九十年代八、九十年代大批量生產(chǎn)模式大批量生產(chǎn)模式定制式生產(chǎn)模式定制式生產(chǎn)模式Dept. of Automation, Shanghai Jiaot

7、ong University850 -60 年代：生產(chǎn)規(guī)模70 年代：生產(chǎn)成本80 年代：產(chǎn)品質(zhì)量90 年代：市場(chǎng)響應(yīng)速度生產(chǎn)型企業(yè)制造戰(zhàn)略的變化過(guò)程生產(chǎn)型企業(yè)制造戰(zhàn)略的變化過(guò)程Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University9如何適應(yīng)新的生產(chǎn)企業(yè)生存環(huán)境，實(shí)施生產(chǎn)型企業(yè)的制如何適應(yīng)新的生產(chǎn)企業(yè)生存環(huán)境，實(shí)施生產(chǎn)型企業(yè)的制造戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的信息化和綜合自動(dòng)化是提升企業(yè)核造戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的信息化和綜合自動(dòng)化是提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段？心競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段？Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong Un

8、iversity10階段階段企業(yè)經(jīng)營(yíng)方面企業(yè)經(jīng)營(yíng)方面問(wèn)題提出問(wèn)題提出管理軟件發(fā)展階段管理軟件發(fā)展階段理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)（I）60年代年代追求降低成本追求降低成本手工訂貨發(fā)貨手工訂貨發(fā)貨生產(chǎn)缺貨頻繁生產(chǎn)缺貨頻繁如何確定訂貨如何確定訂貨時(shí)間和訂貨數(shù)時(shí)間和訂貨數(shù)量量時(shí)段式時(shí)段式MRP系統(tǒng)系統(tǒng)庫(kù)存管理理論、庫(kù)存管理理論、主生產(chǎn)計(jì)劃、主生產(chǎn)計(jì)劃、 BOM與物料需求與物料需求計(jì)劃、期量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃、期量標(biāo)準(zhǔn)（II）70年代年代計(jì)劃偏離實(shí)際計(jì)劃偏離實(shí)際人工完成車間人工完成車間作業(yè)計(jì)劃作業(yè)計(jì)劃如何保證計(jì)劃如何保證計(jì)劃得到有效實(shí)施得到有效實(shí)施和及時(shí)調(diào)整和及時(shí)調(diào)整閉環(huán)式閉環(huán)式MRP系統(tǒng)系統(tǒng)能力需求計(jì)劃能力需求計(jì)劃車間作

9、業(yè)管理車間作業(yè)管理 計(jì)劃、實(shí)施、反計(jì)劃、實(shí)施、反饋與控制的循環(huán)饋與控制的循環(huán)（III）80年代年代追求競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)追求競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)各子系統(tǒng)缺乏聯(lián)各子系統(tǒng)缺乏聯(lián)系，矛盾重重系，矛盾重重如何實(shí)現(xiàn)企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理系統(tǒng)的一管理系統(tǒng)的一體化體化MRPII系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)集成技術(shù)物流管理物流管理決策與仿真決策與仿真（IV）90年代年代追求創(chuàng)新追求創(chuàng)新要求適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)要求適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境的迅速變化境的迅速變化如何在社會(huì)范如何在社會(huì)范圍內(nèi)利用一切圍內(nèi)利用一切可利用的資源可利用的資源ERP系統(tǒng)系統(tǒng)供應(yīng)鏈管理供應(yīng)鏈管理混合型生產(chǎn)管理混合型生產(chǎn)管理預(yù)測(cè)控制預(yù)測(cè)控制ERP發(fā)展歷程發(fā)展歷程Dept. of Automat

10、ion, Shanghai Jiaotong University11s MRP階段階段(Material Require Planning)企業(yè)的信息管理系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品構(gòu)成進(jìn)行管理，借助計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力及系統(tǒng)對(duì)客戶訂單，在庫(kù)物料，產(chǎn)品構(gòu)成的管理能力，實(shí)現(xiàn)依據(jù)客戶訂單，按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)清單展開(kāi)并計(jì)算物料需求計(jì)劃.s MRP階段階段(Manufacture Resource Planning)在MRP管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)增加了對(duì)企業(yè)生產(chǎn)中心、加工工時(shí)、生產(chǎn)能力等方面的管理，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)排程的功能，同時(shí)也將財(cái)務(wù)的功能囊括進(jìn)來(lái)，在企業(yè)中形成以計(jì)算機(jī)為核心的閉環(huán)管理系統(tǒng)，這種管理系統(tǒng)已能動(dòng)態(tài)監(jiān)察到產(chǎn)

11、、供、銷的全部生產(chǎn)過(guò)程。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University12s ERPEnterprise Resource Planning 企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供生產(chǎn)管理和決策的管理平臺(tái)。ERP系統(tǒng)系統(tǒng)增加了包括財(cái)務(wù)預(yù)測(cè)、生產(chǎn)能力、調(diào)整資源調(diào)度等方面的功能。配合企業(yè)實(shí)現(xiàn)JIT管理全面、質(zhì)量管理和生產(chǎn)資源調(diào)度管理及輔助決策的功能。 由美國(guó)著名的計(jì)算機(jī)技術(shù)咨詢和評(píng)估集團(tuán)Garter Group Inc.提出的一整套企業(yè)管理系統(tǒng)體系標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)質(zhì)是在MRP II（Manufa

12、cturing Resources Planning,“制造資源計(jì)劃”） 基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而成的面向供應(yīng)鏈（Supply Chain）的管理思想；綜合應(yīng)用了客戶機(jī)/服務(wù)器體系、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、圖形用戶界面、第四代語(yǔ)言（4GL）、網(wǎng)絡(luò)通訊等信息產(chǎn)業(yè)成果，以ERP管理思想為靈魂的軟件產(chǎn)品；是整合了企業(yè)管理理念、業(yè)務(wù)流程、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、人力物力、計(jì)算機(jī)硬件和軟件于一體的企業(yè)資源管理系統(tǒng)。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University1370年80年90年2000年代年代客戶客戶 本企業(yè)本企業(yè)供應(yīng)商供應(yīng)商MRP主機(jī)MRPII3gl小型計(jì)算機(jī)

13、ERP4gl客戶服務(wù)器SCMo/o網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University14Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University15ERP(Enterprise Resource Planning)PCS(Process Control System)MES (Manufacturing Execution System)economic decisionenterprise managementproduction schedulingprocess optimizationp

14、rocess control 過(guò)程控制、過(guò)程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、過(guò)程控制、過(guò)程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理和經(jīng)濟(jì)決策企業(yè)管理和經(jīng)濟(jì)決策五層結(jié)構(gòu)的綜合五層結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng) (Theodore J. Williams,1989) 企業(yè)資源計(jì)劃（企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）/制造執(zhí)行制造執(zhí)行系統(tǒng)（系統(tǒng)（MES）/過(guò)程控制系統(tǒng)（過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）三層結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化系統(tǒng) (柴天佑柴天佑, 2003)Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University16s 國(guó)際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)（國(guó)際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)（Manufacturing Exec

15、ution System Association，MESA）對(duì)對(duì)MES的定義是的定義是“MES提供為優(yōu)化從提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動(dòng)所需的信息。訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動(dòng)所需的信息。MES運(yùn)用及時(shí)、運(yùn)用及時(shí)、準(zhǔn)確的信息，指導(dǎo)、啟動(dòng)、響應(yīng)并記錄工廠活動(dòng)，從而能夠準(zhǔn)確的信息，指導(dǎo)、啟動(dòng)、響應(yīng)并記錄工廠活動(dòng)，從而能夠?qū)l件的變化做出迅速的響應(yīng)、減少非增值活動(dòng)、提高工廠對(duì)條件的變化做出迅速的響應(yīng)、減少非增值活動(dòng)、提高工廠運(yùn)作過(guò)程的效率。運(yùn)作過(guò)程的效率。MES不但可以改善設(shè)備投資回報(bào)率，而且不但可以改善設(shè)備投資回報(bào)率，而且有助于及時(shí)交貨、加快庫(kù)存周轉(zhuǎn)、提高收益和現(xiàn)金流的績(jī)效。有助于及時(shí)交

16、貨、加快庫(kù)存周轉(zhuǎn)、提高收益和現(xiàn)金流的績(jī)效。MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間，以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動(dòng)的在企業(yè)和供應(yīng)鏈間，以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)信息?；A(chǔ)信息?！眘 美國(guó)的權(quán)威機(jī)構(gòu)美國(guó)的權(quán)威機(jī)構(gòu)先進(jìn)制造研究中心先進(jìn)制造研究中心AMR（Advanced Manufacturing Research）提出的：提出的： MES是位于上層的計(jì)劃是位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。管理系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。它為操作人員它為操作人員/管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行和跟蹤以及所有資源管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行和跟蹤以及所有資源（人員、設(shè)備、物料、客戶需求

17、等）的當(dāng)前狀況。（人員、設(shè)備、物料、客戶需求等）的當(dāng)前狀況。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University17如何提高生產(chǎn)型企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力？如何提高生產(chǎn)型企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力？s 提升生產(chǎn)型企業(yè)的信息化水平提升生產(chǎn)型企業(yè)的信息化水平 采用先進(jìn)的信息化技術(shù)，開(kāi)發(fā)如采用先進(jìn)的信息化技術(shù)，開(kāi)發(fā)如ERP、MES 、APS 、等從管理到生產(chǎn)的軟件系統(tǒng)、等從管理到生產(chǎn)的軟件系統(tǒng)s 實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)ERP管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的有效銜接的有效銜接 開(kāi)發(fā)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度輔助決策系統(tǒng)，以根據(jù)工廠開(kāi)發(fā)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度輔助決策系統(tǒng)，以根據(jù)工廠和

18、車間的實(shí)時(shí)工況信息，制定出科學(xué)合理的生產(chǎn)和車間的實(shí)時(shí)工況信息，制定出科學(xué)合理的生產(chǎn)調(diào)度方案，完成生產(chǎn)排程任務(wù)，以降低成本，減調(diào)度方案，完成生產(chǎn)排程任務(wù)，以降低成本，減小庫(kù)存，快速響應(yīng)客戶訂單小庫(kù)存，快速響應(yīng)客戶訂單Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University18s生產(chǎn)調(diào)度為供應(yīng)鏈管理的一個(gè)重要組成部分，其實(shí)現(xiàn)的任務(wù)是在一段時(shí)生產(chǎn)調(diào)度為供應(yīng)鏈管理的一個(gè)重要組成部分，其實(shí)現(xiàn)的任務(wù)是在一段時(shí)間內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)約束進(jìn)行生產(chǎn)線上的資源分配和生產(chǎn)作業(yè)安排（設(shè)備分配、間內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)約束進(jìn)行生產(chǎn)線上的資源分配和生產(chǎn)作業(yè)安排（設(shè)備分配、工序流程和加工時(shí)間等）工序流程

19、和加工時(shí)間等） ，以滿足某些給定的調(diào)度目標(biāo)（，以滿足某些給定的調(diào)度目標(biāo)（Makespan 、 產(chǎn)品成本、產(chǎn)品成本、 服務(wù)質(zhì)量等）服務(wù)質(zhì)量等） 。調(diào)度優(yōu)化器生產(chǎn)訂單調(diào)度目標(biāo)調(diào)度結(jié)果用戶界面GUIERPMES生產(chǎn)車間調(diào)度模型調(diào)度模型生產(chǎn)約束Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University19s 生產(chǎn)計(jì)劃是根據(jù)市場(chǎng)需求、考慮企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)能力和資源供生產(chǎn)計(jì)劃是根據(jù)市場(chǎng)需求、考慮企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)能力和資源供應(yīng)條件，對(duì)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的生產(chǎn)作業(yè)活動(dòng)和各項(xiàng)資源的使應(yīng)條件，對(duì)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的生產(chǎn)作業(yè)活動(dòng)和各項(xiàng)資源的使用作出的統(tǒng)籌安排。用作出的統(tǒng)籌安排。s 生產(chǎn)調(diào)度目

20、標(biāo)（調(diào)度指標(biāo)）：生產(chǎn)調(diào)度目標(biāo)（調(diào)度指標(biāo)）： 生產(chǎn)能力指標(biāo)生產(chǎn)能力指標(biāo)：最大生產(chǎn)率、最短生產(chǎn)周期等，在給定產(chǎn)品需求條件：最大生產(chǎn)率、最短生產(chǎn)周期等，在給定產(chǎn)品需求條件下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力最大化以提高效益。下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力最大化以提高效益。 成本指標(biāo)成本指標(biāo)：最小化產(chǎn)品成本、最小化運(yùn)行費(fèi)用和最大化投資回報(bào)率，：最小化產(chǎn)品成本、最小化運(yùn)行費(fèi)用和最大化投資回報(bào)率，運(yùn)行費(fèi)用包括庫(kù)存成本、生產(chǎn)成本和交貨拖期損失等。運(yùn)行費(fèi)用包括庫(kù)存成本、生產(chǎn)成本和交貨拖期損失等。 客戶滿意指標(biāo)客戶滿意指標(biāo)：最小提前或者拖后交貨期、提高產(chǎn)品服務(wù)水平等。：最小提前或者拖后交貨期、提高產(chǎn)品服務(wù)水平等。s 建立高性能的生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度，

21、將大大縮短調(diào)度計(jì)劃作業(yè)的建立高性能的生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度，將大大縮短調(diào)度計(jì)劃作業(yè)的編制時(shí)間和實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的非作業(yè)等待時(shí)間，有利于提高編制時(shí)間和實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的非作業(yè)等待時(shí)間，有利于提高生產(chǎn)效率、降低能源與原材料消耗，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)效率、降低能源與原材料消耗，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University20訂單池訂單池 準(zhǔn)備時(shí)間準(zhǔn)備時(shí)間加工時(shí)間加工時(shí)間訂單池訂單池生產(chǎn)線 1生產(chǎn)線 2訂單屬性訂單屬性: 訂單 ID, 產(chǎn)品類別, 數(shù)量, 交貨期, 客戶等單生產(chǎn)線多生產(chǎn)線Dept. of Automation, Shan

22、ghai Jiaotong University21生產(chǎn)線生產(chǎn)線 1生產(chǎn)線生產(chǎn)線 2生產(chǎn)訂單生產(chǎn)訂單過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡模式過(guò)渡模式利潤(rùn) (經(jīng)濟(jì))模型商業(yè)數(shù)據(jù)商業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)參數(shù)參數(shù)生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)調(diào)度預(yù)測(cè)利潤(rùn)預(yù)測(cè)利潤(rùn)(成本成本)ERPWIP 和庫(kù)存數(shù)據(jù)和庫(kù)存數(shù)據(jù)Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University22經(jīng)濟(jì)模型S1L11S1L12S1L13S2L21S2L22S2L23S2L24MV參數(shù)預(yù)測(cè)利潤(rùn)/成本Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University23 Proc_Time (MG

23、P, M)TQCycle TimeThroughputRevenue = Throughput * Price CostsCosts = WIP + BOM + Late PenaltyWIP = Throughput * Cycle TimeFactor = Cycle Time / Processing TimeQueueWIP PositionUnit WIP CostsDept. of Automation, Shanghai Jiaotong University24F1F2Pareto邊界Pareto點(diǎn)：即改善該點(diǎn)任意一個(gè)目標(biāo)，都會(huì)對(duì)其他至少一個(gè)目標(biāo)產(chǎn)生不利影響；所有的Pareto

24、點(diǎn)構(gòu)成Pareto邊界。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University25s 靜態(tài)調(diào)度靜態(tài)調(diào)度根據(jù)生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)約束和調(diào)度時(shí)間范圍進(jìn)行機(jī)器分配和生根據(jù)生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)約束和調(diào)度時(shí)間范圍進(jìn)行機(jī)器分配和生產(chǎn)安排，以最大化生產(chǎn)利潤(rùn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)產(chǎn)量和客產(chǎn)安排，以最大化生產(chǎn)利潤(rùn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)產(chǎn)量和客戶服務(wù)水平，并降低在制品數(shù)量。戶服務(wù)水平，并降低在制品數(shù)量。s 動(dòng)態(tài)調(diào)度和重調(diào)度動(dòng)態(tài)調(diào)度和重調(diào)度針對(duì)生產(chǎn)訂單和車間狀態(tài)的改變對(duì)存在的調(diào)度結(jié)果進(jìn)行重調(diào)針對(duì)生產(chǎn)訂單和車間狀態(tài)的改變對(duì)存在的調(diào)度結(jié)果進(jìn)行重調(diào)度與動(dòng)態(tài)調(diào)度，如插入或取消訂單、機(jī)器故障、原材

25、料延遲度與動(dòng)態(tài)調(diào)度，如插入或取消訂單、機(jī)器故障、原材料延遲等。等。s 人工調(diào)整人工調(diào)整通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)的人機(jī)界面人為調(diào)整調(diào)度方案通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)的人機(jī)界面人為調(diào)整調(diào)度方案Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University26任 務(wù)j1j2j3j4j5j6j7j8加工時(shí)間tj836127532交貨期dj191293348403723s 流水型排序問(wèn)題流水型排序問(wèn)題n項(xiàng)任務(wù)，等待多臺(tái)串聯(lián)設(shè)備組成的生產(chǎn)線加工，各項(xiàng)任務(wù)的工藝順序相同。例：8項(xiàng)任務(wù)、單臺(tái)設(shè)備，數(shù)據(jù)如下：Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong Universi

26、ty27任 務(wù)j8j2j7j6j3j5j1j4加工時(shí)間 tj233567812交貨期 dj231237409481934流程時(shí)間Fi2581319263446延期量Dj00001001513s 最小加工時(shí)間規(guī)則最小加工時(shí)間規(guī)則(SPT)按各任務(wù)加工時(shí)間的大小，從小大到排序。 本規(guī)則可得到最小平均流程時(shí)間，最小平均在制品占用量。但可能出現(xiàn)延期交貨。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University28 15max75. 48131510iDD；s 平均流程時(shí)間平均流程時(shí)間s 平均交貨延期量平均交貨延期量1 .1984634261913852FDep

27、t. of Automation, Shanghai Jiaotong University29任 務(wù)j3j2j1j8j4j7j6j5加工時(shí)間 tj638212357交貨期 dj912192334374048流程時(shí)間Fi69171931343946延期量Dj0000000 0s 最早交貨期規(guī)則最早交貨期規(guī)則(EDD)按任務(wù)規(guī)定的交貨期先后，從小到大排序?？墒菇回浹悠诹孔钚』?，但平均流程時(shí)間相對(duì)較大，平均在制品數(shù)較大。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University30s 平均流程時(shí)間平均流程時(shí)間s 平均交貨延期量平均交貨延期量 = 013.25

28、846393431191796FDept. of Automation, Shanghai Jiaotong University31任 務(wù)j3j2j1j8j4j7j6j5加工時(shí)間 tj638212357交貨期 dj912192334374048流程時(shí)間Fi69171931343946延期量Dj00000000s EDD-SPT綜合規(guī)則綜合規(guī)則按EDD規(guī)則排序所的方案的基礎(chǔ)上，按SPT規(guī)則對(duì)其調(diào)整。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University32任 務(wù)j2j3j8j1j7j4j6j5加工時(shí)間 tj362831257交貨期 dj1292319

29、37334048流程時(shí)間Fi39111922343946延期量Dj000000001、找出最大流程時(shí)間max Fi ;2、找出滿足條件：djmax Fi 的任務(wù)，當(dāng)滿足條件的任務(wù)只有一項(xiàng)時(shí)，該任務(wù)不調(diào)整，當(dāng)滿足條件的任務(wù)有多項(xiàng)時(shí)，對(duì)這些任務(wù)按SPT規(guī)則調(diào)整。去掉已調(diào)整的任務(wù)，對(duì)剩余任務(wù)反復(fù)用第二步直至所有任務(wù)調(diào)整完Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University33s 平均流程時(shí)間平均流程時(shí)間s 平均交貨延期量平均交貨延期量 = 087.22846393422191193FDept. of Automation, Shanghai Jiaoto

30、ng University34任 務(wù)j1j2j3j4j5j6j7j8加工時(shí)間tj836127532交貨期dj191293348403723s 流水型排序問(wèn)題流水型排序問(wèn)題n項(xiàng)任務(wù)，等待多臺(tái)串聯(lián)設(shè)備組成的生產(chǎn)線加工，各項(xiàng)任務(wù)的工藝順序相同。例：8項(xiàng)任務(wù)、單臺(tái)設(shè)備，數(shù)據(jù)如下：Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University35 任 務(wù)j1j2j3j4j5j6j7j8 Ma taj836 12 7 532 Mb tbj9253410711s N項(xiàng)任務(wù)、兩臺(tái)設(shè)備的排序項(xiàng)任務(wù)、兩臺(tái)設(shè)備的排序N項(xiàng)任務(wù)，均按 Ma-Mb 的工藝順序加工，要求最大流程時(shí)間最小

31、化的最優(yōu)排序方案。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University36 任務(wù)j8j7j6j1j3j5j4j2 Ma taj2 23 5 5 10 8 18 6 24 7 31 12 43 3 46 Mb tbj11 137 20 10 30 9 39 5 444 48 3 51 2 53用哈姆表算法，求得各任務(wù)在各設(shè)備上的完工時(shí)間如下表bjajtt升序排列J8-J7-J6-J1-J3-J5-J4-J2Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University37 任 務(wù)j1j2j3j4j5j6j7j8 M

32、a taj8 83 116 17 12 29 7 36 5 413 44 2 46 Mb tbj9 172 195 243 324 40 10 517 5811 69排序前的流程時(shí)間計(jì)算Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University38s Step 1: 問(wèn)題描述和定義問(wèn)題描述和定義 s Step 2: 問(wèn)題建模（數(shù)學(xué)方法）問(wèn)題建模（數(shù)學(xué)方法）s Step 3: 在模型基礎(chǔ)上給出優(yōu)化算法產(chǎn)生調(diào)度解決方在模型基礎(chǔ)上給出優(yōu)化算法產(chǎn)生調(diào)度解決方案案問(wèn)題模型解決方案調(diào)度方案的優(yōu)劣依賴于問(wèn)題描述、系統(tǒng)模型和優(yōu)化方法調(diào)度方案的優(yōu)劣依賴于問(wèn)題描述、系統(tǒng)模型

33、和優(yōu)化方法目標(biāo)目標(biāo) 、約束、約束調(diào)度目標(biāo)、約束和調(diào)度調(diào)度目標(biāo)、約束和調(diào)度方案間的關(guān)系方案間的關(guān)系 滿足目標(biāo)和約束的優(yōu)滿足目標(biāo)和約束的優(yōu)化調(diào)度結(jié)果化調(diào)度結(jié)果Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University39s 生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題建模方法生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題建模方法 離散事件仿真模型離散事件仿真模型 網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型 狀態(tài)空間和數(shù)學(xué)模型狀態(tài)空間和數(shù)學(xué)模型 多智能體模型多智能體模型 流體網(wǎng)絡(luò)模型流體網(wǎng)絡(luò)模型 混合模型混合模型Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University40s 生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題優(yōu)化算法生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題優(yōu)

34、化算法 運(yùn)籌學(xué)方法運(yùn)籌學(xué)方法，線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和約束規(guī)，線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和約束規(guī)劃等劃等 啟發(fā)式方法啟發(fā)式方法，如，如Tabu搜索、模擬退火等搜索、模擬退火等 進(jìn)化算法進(jìn)化算法, 如遺傳算法等如遺傳算法等. 多目標(biāo)優(yōu)化算法多目標(biāo)優(yōu)化算法 人工智能算法人工智能算法，蟻群算法、粒子群算法，蟻群算法、粒子群算法. Extremel 優(yōu)化算法優(yōu)化算法 混合優(yōu)化算法混合優(yōu)化算法Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University41高爐高爐(BF)轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐(BOF)冷軋冷軋(CM)板坯庫(kù)板坯庫(kù)熱軋熱軋 (HSM)Plate Mil

35、lPlates冷軋鋼板冷軋鋼板&鋼帶鋼帶熱軋鋼板熱軋鋼板&鋼帶鋼帶鐵礦石鐵礦石石灰石石灰石焦炭焦炭鋼渣鋼渣鐵水鐵水氧氣氧氣煉鋼煉鋼&連鑄生產(chǎn)連鑄生產(chǎn)煉鐵煉鐵板坯板坯物料流 信息流資金流鋼鐵生產(chǎn)是Market-Driven的多級(jí)、多產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)線熱連熱連軋軋連鑄機(jī)連鑄機(jī)(CC)Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University42s 煉鋼連鑄調(diào)度煉鋼連鑄調(diào)度 (SCC)多產(chǎn)品、多級(jí)、多生產(chǎn)線調(diào)度多產(chǎn)品、多級(jí)、多生產(chǎn)線調(diào)度s 熱軋調(diào)度熱軋調(diào)度 (HSM) 多產(chǎn)品、單生產(chǎn)線或多生產(chǎn)線調(diào)度多產(chǎn)品、單生產(chǎn)線或多生產(chǎn)線調(diào)度s 精軋調(diào)

36、度精軋調(diào)度 (FL)多產(chǎn)品、單生產(chǎn)線或多生產(chǎn)線調(diào)度多產(chǎn)品、單生產(chǎn)線或多生產(chǎn)線調(diào)度s 煉鋼連鑄和熱軋集成調(diào)度煉鋼連鑄和熱軋集成調(diào)度Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University43s 煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)功能性分析煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)功能性分析 批量計(jì)劃（生產(chǎn)訂單的爐次和澆次分配問(wèn)題）批量計(jì)劃（生產(chǎn)訂單的爐次和澆次分配問(wèn)題） 連鑄調(diào)度優(yōu)化（連鑄調(diào)度優(yōu)化（BOF 、連鑄機(jī)上的工序安排）連鑄機(jī)上的工序安排） 與與MES、ERP的有效集成的有效集成 快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度和重調(diào)度，人機(jī)交互式調(diào)整調(diào)度結(jié)果快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度和重調(diào)度，人機(jī)交互式調(diào)整調(diào)度結(jié)果 調(diào)度目標(biāo)

37、：調(diào)度目標(biāo)：- 煉鋼、精煉和連鑄的銜接煉鋼、精煉和連鑄的銜接 - 最大化生產(chǎn)能力、提高產(chǎn)品質(zhì)量和按時(shí)交貨水平最大化生產(chǎn)能力、提高產(chǎn)品質(zhì)量和按時(shí)交貨水平- 減小在制品數(shù)量，降低產(chǎn)品成本減小在制品數(shù)量，降低產(chǎn)品成本- 提高生產(chǎn)效率提高生產(chǎn)效率Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University44s 煉鋼連鑄調(diào)度解決方案煉鋼連鑄調(diào)度解決方案 調(diào)度算法模塊是煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)的核心，可應(yīng)用分步式調(diào)度算法模塊是煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)的核心，可應(yīng)用分步式求解策略，將連鑄生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題分解為兩個(gè)算法模塊求解策略，將連鑄生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題分解為兩個(gè)算法模塊 批量計(jì)劃批量計(jì)劃（包

38、括組爐和組澆問(wèn)題）（包括組爐和組澆問(wèn)題） 連鑄調(diào)度優(yōu)化連鑄調(diào)度優(yōu)化（分解為作業(yè)排序，初始調(diào)度，數(shù)學(xué)模型優(yōu)化三個(gè)（分解為作業(yè)排序，初始調(diào)度，數(shù)學(xué)模型優(yōu)化三個(gè)子問(wèn)題）子問(wèn)題）Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University451)(,2, 1;,2, 1),(),()1,(qnQqqjiTxxnnnqvnqv MiiGjjiSkkjikjikjiQKQqqkjikjiWkjijiTxxckxkf1)(11),(1),()1,()1,(2)1()(1)1,(),(),(,(min1), (, 2 , 1),1, (), (), (, (),() 1,

39、(jiSkkjikjiWkjijiTxxkjikji1),()1,(; 1)(, 2 , 1;),(),(nnnnnqvnqviiqnqqDqjiTxx1),()1,(; 1)(, 2 , 1;),(),(nnnnnqvnqviiqnqqLqjiTxxs 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University46s 煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)功能煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)功能Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University47s 煉鋼連鑄調(diào)度結(jié)果煉鋼連鑄調(diào)度結(jié)果Dept. of Automation, S

40、hanghai Jiaotong University48Slab(20 cm) 加工到Strip (mm)s 熱軋生產(chǎn)流程熱軋生產(chǎn)流程ReheatingFurnacesRoughingMillSlabFinishingMillCooling & CoilingCoilDept. of Automation, Shanghai Jiaotong University49s 熱軋調(diào)度系統(tǒng)功能性分析熱軋調(diào)度系統(tǒng)功能性分析 針對(duì)生產(chǎn)訂單，熱軋調(diào)度系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)約束的基礎(chǔ)上給針對(duì)生產(chǎn)訂單，熱軋調(diào)度系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)約束的基礎(chǔ)上給出調(diào)度結(jié)果，以最大化經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并提高產(chǎn)量、生產(chǎn)效率、出調(diào)度結(jié)果，以最大

41、化經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并提高產(chǎn)量、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和客戶服務(wù)水平。產(chǎn)品質(zhì)量和客戶服務(wù)水平。 調(diào)度目標(biāo)：最小化調(diào)度目標(biāo)：最小化WIP 、產(chǎn)品成本、產(chǎn)品成本、E/T等，最大化產(chǎn)量、等，最大化產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量等。產(chǎn)品質(zhì)量等。 調(diào)度約束：板坯寬度、厚度、硬度跳變模式，軋輥能力約調(diào)度約束：板坯寬度、厚度、硬度跳變模式，軋輥能力約束、交貨期約束等。束、交貨期約束等。Dept. of Automation, Shanghai Jiaotong University50s 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型.)(, 0, 1, 0, 1.)1 (.otherwise, 0 round scheduling in the includednot is slabth theif, 1otherwise, 0 slabafter ly immedidate processed is slab if, 100001001TxptxtNjxNixstdtxcobjixijxiiniiiijjniijnjijNiiiNiNiijijiiiicomplicated objectives and constraints (nonlinear ) negate “