多智能計劃調(diào)度系統(tǒng)

1、 1 生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)控制本章的主題是：生產(chǎn)計劃生產(chǎn)作業(yè)計劃生產(chǎn)作業(yè)控制1.1 生產(chǎn)計劃一、生產(chǎn)計劃的內(nèi)容和主要指標(biāo)（一）生產(chǎn)計劃系統(tǒng)的層次生產(chǎn)計劃系統(tǒng) 長期生產(chǎn)計劃 中期生產(chǎn)計劃 短期生產(chǎn)計劃（主生產(chǎn)計劃；物料需求計劃；能力需求計劃；作業(yè)計劃；生產(chǎn)控制與反饋） 1.1 生產(chǎn)計劃公司戰(zhàn)略經(jīng)營環(huán)境需求預(yù)測企 業(yè) 計 劃生 產(chǎn) 計 劃生 產(chǎn) 作 業(yè) 計 劃1.1 生產(chǎn)計劃（二）生產(chǎn)計劃的主要指標(biāo)1產(chǎn)品品種指標(biāo) 2產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) 3產(chǎn)品產(chǎn)量指標(biāo) 4產(chǎn)品產(chǎn)值指標(biāo) 1.1 生產(chǎn)計劃二、生產(chǎn)能力的核定 生產(chǎn)能力，是指企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)在一定的生產(chǎn)組織和技術(shù)水平下，直接參與生產(chǎn)的固定資產(chǎn)在一定時期內(nèi)（一般為一年）所能

2、生產(chǎn)的產(chǎn)品最大數(shù)量或所能加工的最大原材料總量，一般以生產(chǎn)系統(tǒng)的輸出量描述其大小。 它一般用實物量來表示，包括設(shè)計能力、查定能力、計劃能力三種。 設(shè)計能力，是指企業(yè)設(shè)計任務(wù)書和技術(shù)設(shè)計文件中所規(guī)定的生產(chǎn)能力。 1.1 生產(chǎn)計劃查定能力（修正的設(shè)計能力），是指在沒有設(shè)計能力或雖有設(shè)計能力，但由于企業(yè)的生產(chǎn)組織、技術(shù)、水平、品種結(jié)構(gòu)等發(fā)生了變化而不能正確反映企業(yè)的生產(chǎn)水平的情況下，根據(jù)企業(yè)新的生產(chǎn)組織情況和技術(shù)水平審查核定的生產(chǎn)能力。 計劃能力（有效生產(chǎn)能力），是指企業(yè)在計劃期內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)水平，所能夠達(dá)到的生產(chǎn)能力。 1.1 生產(chǎn)計劃影響企業(yè)生產(chǎn)能力的主要因素有以下五個方面： 固定資產(chǎn)的數(shù)量

3、固定資產(chǎn)在計劃期的有效工作時間 固定資產(chǎn)的生產(chǎn)效率 加工對象的技術(shù)工藝特征 生產(chǎn)與勞動組織 1.1 生產(chǎn)計劃(一)單一品種生產(chǎn)能力的核定1當(dāng)生產(chǎn)能力取決于設(shè)備組時，其生產(chǎn)能力公式為： 1.1 生產(chǎn)計劃2當(dāng)生產(chǎn)能力取決于生產(chǎn)面積時，其生產(chǎn)能力的計算公式為：3當(dāng)采用連續(xù)開機的聯(lián)動生產(chǎn)時，其生產(chǎn)能力的計算公式為： 1.1 生產(chǎn)計劃4當(dāng)采用流水生產(chǎn)線生產(chǎn)時，原則是以關(guān)鍵設(shè)備的能力為標(biāo)準(zhǔn)計算生產(chǎn)線的能力，即選擇加工工時最長的一道工序為關(guān)鍵工序。其生產(chǎn)能力的計算公式為： (二)多品種生產(chǎn)能力的核定 1標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品法 2代表產(chǎn)品法 3假定產(chǎn)品法 1.1 生產(chǎn)計劃（三）系統(tǒng)生產(chǎn)能力的核定 （四）生產(chǎn)能力的技術(shù)經(jīng)濟

4、分析（五）生產(chǎn)能力計劃長期生產(chǎn)能力計劃（3-5年）中期生產(chǎn)能力計劃（1-2年）短期生產(chǎn)能力計劃（1-3個月）計劃目標(biāo)與企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào)提高生產(chǎn)能力利用率充分挖掘生產(chǎn)潛力設(shè) 備廠房建設(shè)計劃、設(shè)備購置和改造計劃修改基本建設(shè)和技術(shù)改造計劃提高廠房設(shè)備利用強度技術(shù)組織措施計劃人 員智力開發(fā)方針、人才招聘、職工培訓(xùn)的戰(zhàn)略安排職工招聘和培訓(xùn)計劃合理配備臨時調(diào)動加班計劃物 資取得資源的方針落實訂貨計劃原材料和零部件的發(fā)送1.1 生產(chǎn)計劃三、生產(chǎn)任務(wù)的綜合平衡 (一)科學(xué)地確定產(chǎn)品的產(chǎn)量 損益分歧點分析模型是分析企業(yè)產(chǎn)量、成本、利潤三者關(guān)系的數(shù)學(xué)方法。 (二)產(chǎn)品生產(chǎn)進度安排1.大量生產(chǎn)產(chǎn)品產(chǎn)出進度的安排

5、。 2季節(jié)性需求商品生產(chǎn)進度的安排 1.1 生產(chǎn)計劃(三)品種搭配 進行合理的品種搭配。這主要應(yīng)該考慮幾個方面的問題： 1對經(jīng)常生產(chǎn)和產(chǎn)量較大的產(chǎn)品，要考慮在保證市場供應(yīng)和滿足顧客訂貨的前提下，盡量在全年各季度、各月份安排均衡生產(chǎn)，以保持企業(yè)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。 2對于企業(yè)生產(chǎn)的非主要品種，組織“集中輪番”生產(chǎn)，加大產(chǎn)品生產(chǎn)的批量，完成一種產(chǎn)品的全年生產(chǎn)任務(wù)之后，再安排其他品種的生產(chǎn)，以減少設(shè)備調(diào)整和生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備的時間和費用。 1.1 生產(chǎn)計劃3復(fù)雜產(chǎn)品與簡單產(chǎn)品、大型產(chǎn)品與小型產(chǎn)品、尖端產(chǎn)品與一般產(chǎn)品，在生產(chǎn)中應(yīng)合理搭配，以使各個工種、設(shè)備以生產(chǎn)面積得到充分的利用。 4新老產(chǎn)品的交替要有一定的

6、交叉時間，在交叉時間內(nèi)，新產(chǎn)品產(chǎn)量逐漸增加，老產(chǎn)品產(chǎn)量逐漸減少，以避免齊上齊下給企業(yè)生產(chǎn)造成大的震動，這也有利于逐漸培養(yǎng)熟練工人，提高新產(chǎn)品生產(chǎn)的合格率。1.2 生產(chǎn)作業(yè)計劃生產(chǎn)作業(yè)計劃就是詳細(xì)描述生產(chǎn)什么產(chǎn)品、生產(chǎn)多少、何時生產(chǎn)的計劃。生產(chǎn)作業(yè)計劃是生產(chǎn)計劃的具體執(zhí)行過程，是生產(chǎn)計劃的延續(xù)和補充，是組織企業(yè)日常生產(chǎn)活動的重要依據(jù)。 一、生產(chǎn)作業(yè)計劃的概念與步驟（一）生產(chǎn)作業(yè)計劃的概念1.2 生產(chǎn)作業(yè)計劃（二）制定生產(chǎn)作業(yè)計劃的步驟1挑選被包括在主生產(chǎn)計劃中的產(chǎn)品。2決定主生產(chǎn)計劃的時間長度及單位。3獲得計劃中的每個產(chǎn)品的需求信息。4通過計算獲得一個初步的主生產(chǎn)計劃 5按此初步的主生產(chǎn)計劃進行

7、粗能力平衡，即對生產(chǎn)設(shè)備負(fù)荷、人員負(fù)荷與生產(chǎn)能力進行一次平衡工作，找出瓶頸資源，進行調(diào)整。6修改主生產(chǎn)計劃，使能力得到平衡。 1.2 生產(chǎn)作業(yè)計劃二、生產(chǎn)作業(yè)計劃的特點（一）計劃期短（二）計劃內(nèi)容具體（三）計劃單位小 三、期量標(biāo)準(zhǔn)的制定 (一)批量和生產(chǎn)間隔期 1.2 生產(chǎn)作業(yè)計劃1經(jīng)濟批量法 2最小批量法 3以期定量法 (二)生產(chǎn)周期和生產(chǎn)提前期 (三)在制品定額 1.2 生產(chǎn)作業(yè)計劃四、生產(chǎn)作業(yè)計劃的編制 (一)在制品定額法 (二)累計編號法 (三)生產(chǎn)周期法 1.3 生產(chǎn)作業(yè)控制 生產(chǎn)控制的步驟主要包括確立標(biāo)準(zhǔn)、衡量績效和糾正偏差三個階段。生產(chǎn)作業(yè)控制，是生產(chǎn)控制的主要內(nèi)容，它是指在生產(chǎn)

8、作業(yè)計劃的執(zhí)行過程中，對有關(guān)產(chǎn)品或零部件的數(shù)量和生產(chǎn)進度進行控制，它是實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)計劃的保證 一、生產(chǎn)調(diào)度 (一)提高生產(chǎn)調(diào)度工作質(zhì)量的要求 (二)加強生產(chǎn)調(diào)度工作應(yīng)采取的措施 1.3 生產(chǎn)作業(yè)控制 生產(chǎn)進度控制，是指對原材料投入生產(chǎn)到成品入庫為止的全過程進行控制，是生產(chǎn)作業(yè)控制的關(guān)鍵。 二、生產(chǎn)進度控制 （一）投入進度控制（二）出產(chǎn)進度控制（三）工序進度控制1.3 生產(chǎn)作業(yè)控制 在制品占用量控制，是指對生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)的在制品實物和帳目進行控制。 三、在制品占用量控制 （一）控制車間各工序之間在制品的流轉(zhuǎn)（二）控制跨車間協(xié)作工序的在制品流轉(zhuǎn)（三）控制檢查站的在制品流轉(zhuǎn)1.3 生產(chǎn)作業(yè)控制 生

9、產(chǎn)模式 2 制造系統(tǒng)的智能調(diào)度概述生產(chǎn)調(diào)度的定義及研究方法規(guī)則調(diào)度基于狀態(tài)性能反饋的規(guī)則調(diào)度面向多工藝規(guī)劃的調(diào)度2-1 概述制造系統(tǒng)是一個復(fù)雜的、可辨別的動態(tài)實體，它由為“把原材料變換成所需的有用產(chǎn)品”這一目的而進行不同特征活動的一些相互關(guān)聯(lián)、相互依賴的子系統(tǒng)所組成制造系統(tǒng)的目的就是把原材料變換成產(chǎn)品，或者說原材料和產(chǎn)品分別是系統(tǒng)的基本輸入和輸出與一般制造系統(tǒng)相比，數(shù)字制造系統(tǒng)組成與運行模式具有以下特點： 數(shù)字制造系統(tǒng)中普遍采用以CNC機床、機器人、坐標(biāo)測量機等數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備，它們一般由計算機控制，信息處理能力強，工作柔性大，可以處理多種傳感器信息，可以完成多種生產(chǎn)任務(wù)2-2 生產(chǎn)調(diào)度的定義及

10、研究方法生產(chǎn)調(diào)度及其復(fù)雜性調(diào)度問題的研究方法2-2-1 生產(chǎn)調(diào)度及其復(fù)雜性(1)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度本質(zhì)上是一類廣泛的約束優(yōu)化問題，調(diào)度問題一般可描述為在滿足一定技術(shù)與資源約束的前提下，安排工件的投放順序，指定各工件的加工路徑、加工開始時間和完成時間，并盡可能滿足生產(chǎn)管理者的生產(chǎn)目標(biāo)生產(chǎn)調(diào)度問題主要涉及生產(chǎn)設(shè)備、被加工工件和調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，我們稱其為調(diào)度三要素(或生產(chǎn)運行要素) 2-2 生產(chǎn)調(diào)度的定義及研究方法2-2-1 生產(chǎn)調(diào)度及其復(fù)雜性(2)調(diào)度問題可以根據(jù)這三個要素進行分類按制造系統(tǒng)包含的生產(chǎn)設(shè)備，可以將調(diào)度問題分為單機調(diào)度和多機調(diào)度按工件的加工路徑，可以將調(diào)度問題分為并行機調(diào)度、流水線車間

11、調(diào)度、柔性流車間調(diào)度、單件車間調(diào)度、可重入生產(chǎn)調(diào)度和任意加工路徑調(diào)度。按調(diào)度目標(biāo)，可以將調(diào)度問題分為單目標(biāo)調(diào)度和多目標(biāo)調(diào)度此外，調(diào)度問題還可以分為確定性調(diào)度和隨機性調(diào)度，靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度等。2-2 生產(chǎn)調(diào)度的定義及研究方法2-2-2 調(diào)度問題的研究方法運籌學(xué)方法統(tǒng)計分析法極大代數(shù)法Petri網(wǎng)方法智能調(diào)度方法計算機仿真方法智能調(diào)度方法(1)采用人工智能理論與技術(shù)求解生產(chǎn)調(diào)度問題統(tǒng)稱為智能調(diào)度其主要包括基于符號智能的專家系統(tǒng)調(diào)度，基于計算智能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度、模糊規(guī)則調(diào)度和基因算法調(diào)度，基于多智能體合作求解技術(shù)的分布式生產(chǎn)調(diào)度等多層感知機(MLP)是另一個常用于解決生產(chǎn)調(diào)度問題的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基因

12、算法(GA)以其按自然進化法則、群體優(yōu)化搜索的特點，成為優(yōu)化問題的另一種解決方案 智能調(diào)度方法(2)基因方法本質(zhì)上是一類隨機尋優(yōu)方法，雖然可用各種啟發(fā)式規(guī)則指導(dǎo)搜索過程，但只有當(dāng)這些啟發(fā)式能正確反映該搜索問題的本質(zhì)時，啟發(fā)式搜索才會產(chǎn)生較好結(jié)果基于多智能體合作求解技術(shù)的分布式智能調(diào)度方法，提供了一種組態(tài)靈活、快速響應(yīng)市場的生產(chǎn)調(diào)度機制，通過智能體(Agent)之間的合作與協(xié)調(diào)來完成生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)度，并達(dá)到預(yù)先規(guī)定的生產(chǎn)目標(biāo) 計算機仿真方法 通過建立制造系統(tǒng)仿真運行模型，利用離散事件仿真技術(shù)，可以對調(diào)度問題的多個側(cè)面進行分析研究(1) 仿真可以捕捉和分析制造資源之間的動態(tài)相互影響，評價調(diào)度中的矛盾

13、條件，解決各種沖突問題。(2) 生產(chǎn)調(diào)度可以看成是一個多級決策過程，各決策點可能存在多種決策方案，通過仿真，可以比較不同決策方案對系統(tǒng)性能的影響，進而選擇最佳決策方案。(3) 利用仿真工具直接產(chǎn)生調(diào)度方案。這方面的研究尚處于起步階段，尤其是怎樣利用仿真技術(shù)實現(xiàn)調(diào)度方案的優(yōu)化，其控制機理有待深入研究。 2-3 規(guī)則調(diào)度定義及分類簡單調(diào)度規(guī)則典型規(guī)則調(diào)度模型與算法2-3-1 定義及分類(1)定義: 通過一定的排序規(guī)則，對工件/設(shè)備進行優(yōu)先級排序，安排工件的加工順序和加工開始時間，從而控制制造系統(tǒng)中的物流過程，以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)的目的，這種調(diào)度方法稱為基于規(guī)則的調(diào)度，簡稱為規(guī)則調(diào)度，所采用的排序規(guī)則稱為

14、調(diào)度規(guī)則(Scheduling/or Dispatching /or Priority rule)2-2 生產(chǎn)調(diào)度的定義及研究方法2-3-1 定義及分類(2)據(jù)調(diào)度過程中對調(diào)度規(guī)則的使用方法，規(guī)則調(diào)度一般可分為：單一規(guī)則調(diào)度混合規(guī)則調(diào)度有序規(guī)則集調(diào)度專家系統(tǒng)調(diào)度(或基于知識庫的調(diào)度)適應(yīng)規(guī)則調(diào)度(簡稱適應(yīng)調(diào)度)2-2 生產(chǎn)調(diào)度的定義及研究方法2-3-1 定義及分類(3)規(guī)則調(diào)度主要研究以下問題1、調(diào)度規(guī)則評價2、適應(yīng)規(guī)則調(diào)度3、工藝柔性與規(guī)則調(diào)度2-2 生產(chǎn)調(diào)度的定義及研究方法2-3-2 簡單調(diào)度規(guī)則基于加工時間的調(diào)度規(guī)則 基于交貨期的調(diào)度規(guī)則基于工序數(shù)的調(diào)度規(guī)則基于費用的調(diào)度規(guī)則基于到達(dá)時間

15、和隨機因素的調(diào)度規(guī)則基于松弛時間和允許時間的調(diào)度規(guī)則基于機器信息2-2 生產(chǎn)調(diào)度的定義及研究方法基于加工時間的調(diào)度規(guī)則 最短加工時間(SPT)優(yōu)先規(guī)則最短工序完成時間優(yōu)先規(guī)則最長加工時間(LPT)優(yōu)先規(guī)則最長工序完成時間優(yōu)先規(guī)則最短剩余加工時間和(LWKR)優(yōu)先規(guī)則最長剩余加工時間和(MWKR)優(yōu)先規(guī)則基于交貨期的調(diào)度規(guī)則EDD優(yōu)先規(guī)則OPNDD優(yōu)先規(guī)則基于工序數(shù)的調(diào)度規(guī)則最小剩余工序數(shù)優(yōu)先規(guī)則最大剩余工序數(shù)優(yōu)先規(guī)則LHALF優(yōu)先規(guī)則FHALF優(yōu)先規(guī)則基于費用的調(diào)度規(guī)則最大價值優(yōu)先規(guī)則最小罰單優(yōu)先規(guī)則基于到達(dá)時間和隨機因素的調(diào)度規(guī)則FIFO優(yōu)先規(guī)則LIFO優(yōu)先規(guī)則RANDOM優(yōu)先規(guī)則基于松弛時

16、間和允許時間的調(diào)度規(guī)則最小松弛量(SLK)優(yōu)先規(guī)則S/OPN優(yōu)先規(guī)則S/WRK優(yōu)先規(guī)則最小允許時間(ALL)優(yōu)先規(guī)則ALL/OPN優(yōu)先規(guī)則最小關(guān)鍵比(CR)優(yōu)先規(guī)則S/ALL優(yōu)先規(guī)則基于機器信息NINQ優(yōu)先規(guī)則WINQ優(yōu)先規(guī)則2-3-3 典型規(guī)則調(diào)度模型與算法單機調(diào)度并行機調(diào)度流水車間調(diào)度柔性流車間調(diào)度開放車間調(diào)度單件車間調(diào)度2-2 生產(chǎn)調(diào)度的定義及研究方法單機調(diào)度 單機生產(chǎn)環(huán)境是一種簡單而特殊的生產(chǎn)方式，對單機調(diào)度問題的研究，不僅能深化對單機生產(chǎn)系統(tǒng)的認(rèn)識，而且為更復(fù)雜的生產(chǎn)調(diào)度問題提供了啟發(fā)式規(guī)則并行機調(diào)度 工件僅包含一道工序，可以在一組并行排列的設(shè)備中的一臺設(shè)備上完成加工，這類調(diào)度問題稱

17、為并行機調(diào)度如果生產(chǎn)設(shè)備完全相同，具有相同的加工能力和加工速度，則稱為相同并行機調(diào)度，記為Pm；否則稱為不同并行機調(diào)度，記為Qm某些工件加工起始時間的推遲并不增加系統(tǒng)總的生產(chǎn)時間，這些工件被稱為松弛工件，而另一些工件起始加工時間的推遲必然增加系統(tǒng)的生產(chǎn)時間，這些工件被稱為關(guān)鍵工件，由關(guān)鍵工件組成的加工路徑稱為關(guān)鍵路徑如圖8-1圖2-1 加工順序約束圖流水車間調(diào)度 如果一個串行生產(chǎn)環(huán)境由m臺設(shè)備組成，每一個工件依次在m臺設(shè)備上加工，即所有工件具有相同加工路徑，這類生產(chǎn)調(diào)度問題稱為流水線車間(Flow Shop)調(diào)度2-4 基于狀態(tài)性能反饋的規(guī)則調(diào)度制造系統(tǒng)運行狀態(tài)及其分類制造系統(tǒng)運行性能及度量性

18、能的關(guān)鍵因素調(diào)度目標(biāo)函數(shù)反饋規(guī)則調(diào)度原理迭代優(yōu)化調(diào)度應(yīng)用舉例2-4-1 制造系統(tǒng)運行狀態(tài)及其分類在制造系統(tǒng)運行過程中，刻畫系統(tǒng)中設(shè)備和工件運行屬性的變量稱為系統(tǒng)狀態(tài)變量設(shè)備狀態(tài)變量設(shè)備需求量設(shè)備需求趨勢工件狀態(tài)變量2-4 基于狀態(tài)性能反饋的規(guī)則調(diào)度工件狀態(tài)變量(1) 工件的加工時間(2) 工件的工序數(shù)(3) 工件的松弛量(4) 工件的允許時間2-4-2 制造系統(tǒng)運行性能及度量性能關(guān)鍵因素運行性能指標(biāo)是衡量制造系統(tǒng)運行情況的評價標(biāo)準(zhǔn)制造系統(tǒng)運行性能與運行狀態(tài)密切相關(guān)，性能可以看成是狀態(tài)的累積效應(yīng)制造系統(tǒng)運行性能指標(biāo)分類 如圖2-2設(shè)備關(guān)聯(lián)指標(biāo)工件完工指標(biāo) 工件流動指標(biāo) 2-4 基于狀態(tài)性能反饋的

19、規(guī)則調(diào)度設(shè)備關(guān)聯(lián)指標(biāo)平均設(shè)備利用率設(shè)備負(fù)荷不平衡率工件完工指標(biāo)平均工件延誤時間最大工件延誤時間延誤工件數(shù)工件流動指標(biāo) 平均工件加工時間平均工件等待時間最大工件等待時間平均工件通過時間最大工件通過時間圖2-2 制造系統(tǒng)運行性能指標(biāo)分類 2-4-3 調(diào)度目標(biāo)函數(shù)調(diào)度目標(biāo)與系統(tǒng)運行性能是兩個不同的概念系統(tǒng)運行性能是對系統(tǒng)運行情況的客觀評價；而調(diào)度目標(biāo)則是生產(chǎn)管理者的主觀意愿，是生產(chǎn)管理者對系統(tǒng)特定運行性能的追求常見的調(diào)度目標(biāo)有： 提高平均設(shè)備利用率，降低平均工件延誤時間等，或使若干運行性能加權(quán)和最優(yōu)2-4 基于狀態(tài)性能反饋的規(guī)則調(diào)度2-4-4 反饋規(guī)則調(diào)度原理在傳統(tǒng)規(guī)則調(diào)度的基礎(chǔ)上，如果引入狀態(tài)性能

20、反饋，根據(jù)生產(chǎn)過程的運行狀態(tài)和系統(tǒng)運行性能，采用迭代優(yōu)化和學(xué)習(xí)方法，改進調(diào)度規(guī)則的決策參數(shù)，則可進一步優(yōu)化生產(chǎn)過程基于狀態(tài)/性能反饋的規(guī)則調(diào)度原理如圖8-3所示基于狀態(tài)/性能反饋的規(guī)則調(diào)度的實現(xiàn)方式與生產(chǎn)條件有關(guān)，下面介紹兩種調(diào)度方法： 迭代優(yōu)化調(diào)度學(xué)習(xí)調(diào)度 2-4 基于狀態(tài)性能反饋的規(guī)則調(diào)度迭代優(yōu)化調(diào)度迭代優(yōu)化調(diào)度是基于狀態(tài)/性能反饋的規(guī)則調(diào)度原理的一種實現(xiàn)方法迭代優(yōu)化調(diào)度與一般規(guī)則調(diào)度的主要區(qū)別在于： 系統(tǒng)有一個明確的調(diào)度目標(biāo)函數(shù) 系統(tǒng)采用組合調(diào)度規(guī)則c對設(shè)備/工件進 行優(yōu)先級排序。 系統(tǒng)中存在狀態(tài)/性能反饋學(xué)習(xí)調(diào)度 當(dāng)生產(chǎn)周期很長，生產(chǎn)過程平衡或呈周期性變化時，可以將整個生產(chǎn)周期劃分為若

21、干時間片段，每個時間片斷為一個調(diào)度周期.第K個調(diào)度周期的控制律為:基本規(guī)則調(diào)度采用單一調(diào)度規(guī)則r完成對設(shè)備/工件的優(yōu)先級排序。如果將r擴展為if-then形式的調(diào)度知識，則基本規(guī)則調(diào)度轉(zhuǎn)化為適應(yīng)規(guī)則調(diào)度2-4-5 迭代優(yōu)化調(diào)度應(yīng)用舉例符號定義簡單規(guī)則的迭代優(yōu)化調(diào)度基于適應(yīng)策略的迭代優(yōu)化調(diào)度2-4 基于狀態(tài)性能反饋的規(guī)則調(diào)度簡單規(guī)則的迭代優(yōu)化調(diào)度調(diào)度目標(biāo)函數(shù)基本調(diào)度規(guī)則組合調(diào)度規(guī)則迭代優(yōu)化策略基于適應(yīng)策略的迭代優(yōu)化調(diào)度調(diào)度知識調(diào)度知識完成從制造系統(tǒng)工作狀態(tài)到調(diào)度規(guī)則的映射迭代優(yōu)化策略基于適應(yīng)策略的迭代優(yōu)化調(diào)度存在兩類控制參數(shù)： 組合調(diào)度規(guī)則rcj中的可調(diào)節(jié)參數(shù)。 調(diào)度知識中狀態(tài)閾值2-5 面向多

22、工藝規(guī)劃的調(diào)度多工藝規(guī)劃(Multiple Process Plans)是提高制造系統(tǒng)柔性的一種有效方法，然而多工藝規(guī)劃使復(fù)雜的調(diào)度問題更加復(fù)雜現(xiàn)有研究一般采用兩種方法處理多種工藝規(guī)劃，一種典型的方法是根據(jù)特定的制造設(shè)備、生產(chǎn)任務(wù)和調(diào)度目標(biāo)，從多種工藝規(guī)劃中選擇一個合適的工藝規(guī)劃，進而完成生產(chǎn)調(diào)度多工藝規(guī)劃表示及其柔性評價結(jié)點優(yōu)先級判據(jù)應(yīng)用舉例2-5-1 多工藝規(guī)劃表示及其柔性評價我們僅討論多種工藝規(guī)則的拓樸結(jié)構(gòu)及多工藝規(guī)劃間的相互關(guān)系，忽略各操作的具體加工參數(shù)與加工條件多種工藝規(guī)劃一般可用樹表示(如圖8-3)，稱為工藝規(guī)劃樹定義1定義2 2-5 面向多工藝規(guī)劃的調(diào)度定義1工件的工藝規(guī)劃數(shù)稱為

23、工件的工藝規(guī)劃柔性(flexibility of process planning) 。在工藝規(guī)劃樹中，工件的工藝規(guī)劃柔性為樹中存在的路徑(或葉子結(jié)點)數(shù)。定義2工件加工至操作i(對應(yīng)于工藝規(guī)劃樹中結(jié)點i)，其剩余工藝規(guī)劃柔性定義為以i為根結(jié)點的子樹所覆蓋的路徑(或葉子結(jié)點)數(shù)，也稱為結(jié)點i的柔性圖2-3 工藝規(guī)劃樹2-5-2 結(jié)點優(yōu)先級判據(jù)結(jié)點優(yōu)先級 工藝規(guī)劃樹中，結(jié)點i的優(yōu)先級記為wi，且如下確定：wi等于結(jié)點i所在路徑的平均路徑柔性衰減率決策過程中，wi越小,結(jié)點i的優(yōu)先級越高在每一個決策點，增加了系統(tǒng)的決策空間，一方面能使系統(tǒng)尋找更好的決策，另一方面，由于存在多種備選方案，從而增加了系

24、統(tǒng)對不可預(yù)見因素的響應(yīng)能力2-5 面向多工藝規(guī)劃的調(diào)度2-5-3 應(yīng)用舉例調(diào)度系統(tǒng)采用如下有序規(guī)則集調(diào)度： (1) 選擇優(yōu)先級最高(即w值最小)的加工操作(2) 選擇競爭度最低的操作(操作競爭度： 當(dāng)前時刻可以完成該操作的空閑設(shè)備數(shù))(3) 多臺設(shè)備可同時完成一個加工操作時，相對加工效率最高的設(shè)備優(yōu)先圖8-4為考慮工藝規(guī)劃柔性(考慮調(diào)度規(guī)則1)時制造系統(tǒng)運行結(jié)果 圖8-5不考慮工藝規(guī)劃柔性時制造系統(tǒng)運行結(jié)果 2-5 面向多工藝規(guī)劃的調(diào)度圖2-4 考慮工藝規(guī)劃柔性時系統(tǒng)運行結(jié)果圖2-5 不考慮工藝規(guī)劃柔性時系統(tǒng)運行結(jié)果3.1 智能體及其特征智能體（Agent）是處在某個環(huán)境中的計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)

25、有能力在這個環(huán)境中自主行動以實現(xiàn)其設(shè)計目標(biāo)。一個智能體必須具有以下四種特點：（1）自治性：指智能體可以在沒有人或其它智能體的控制下運行，并且對自己的行為和內(nèi)部狀態(tài)有某種控制能力。（2）反應(yīng)性：指智能體可以感知它們的環(huán)境，并可以對環(huán)境發(fā)生的變化及時做出反應(yīng)，以滿足他們的設(shè)計目標(biāo)。（3）預(yù)動性：指智能體能夠主動產(chǎn)生目標(biāo)引導(dǎo)的行為。（4）社會能力：指智能體具有與其它智能體進行交互的能力。3 多智能體系統(tǒng)及其特征3.2 多智能體系統(tǒng) 多智能體系統(tǒng)（Multi-agent System，MAS）是通過某種協(xié)議而松散聯(lián)系的智能體形成的網(wǎng)絡(luò)，各智能體之間互相協(xié)作和協(xié)調(diào)，共享知識和信息，解決單個智能體不能處理

26、的問題。MAS具有以下四種特點：（1）每個智能體只擁有部分的、不完備的信息或者只具有求解部分問題的能力，因此每個智能體的能力是有限的。（2）多智能體系統(tǒng)沒有一個全局的控制系統(tǒng)。（3）數(shù)據(jù)是分散處理和存儲的。（4）能夠?qū)崿F(xiàn)異步計算。 FMS的各個生產(chǎn)單元具有自治性、分布性、并行性等特征，引入多智能體系統(tǒng)，用于FMS的動態(tài)調(diào)度，是研究FMS調(diào)度系統(tǒng)的另外一個方法和手段。 智能體角色的概念以及角色建模是由Kendall首先提出來的。角色屬性一般可以分成結(jié)構(gòu)屬性和行為屬性這兩類。 從結(jié)構(gòu)屬性來看，智能體的建模有兩個層次，類型（type）/類（class）層次和實例（instance）層次。智能體的類是

27、一組具有相似特性和行為（即共性）的集合。如果要給角色賦予個性，則必須引入類型和實例這樣兩個概念，類型引入了通用角色關(guān)系，如聚合（aggregation）和泛化（generalization）。而角色實例在很多方面都是必須的，即如果角色作為協(xié)議的參與者要保存它的交互狀態(tài)的時候，實例就必須提供必要的狀態(tài)信息。如果一個智能體需要扮演同一類型的多個角色，則需要多個角色實例，這種情況下，角色根據(jù)它們的狀態(tài)被嚴(yán)格區(qū)分，稱為多樣性（multiplicity）。角色實例也是構(gòu)建智能體的物理組件，一個智能體和它所具有的所有角色實例共同構(gòu)成一個實體（entity），也就是說，一個角色實例在同一時間不可能被不同的智

28、能體所共有。因此，角色實例具有弱ID，即角色實例依賴3.3 角色 所屬智能體的ID。從這種意義上來說，智能體和它的角色具有相同的ID。角色實例的存在與否也依賴于智能體是否扮演這種角色。角色實例隨智能體的消失而消失，即它的生命周期依賴于所屬智能體的生命周期。角色可以動態(tài)地從智能體上添加或取消，這個特征使得角色可以從一個智能體轉(zhuǎn)移到另一個智能體。 多樣的屬性決定了角色的行為。角色用來構(gòu)建智能體的不同接口（interface），這樣可以控制智能體特性的可視性，同時處理是否允許訪問智能體的內(nèi)部狀態(tài)和角色服務(wù)。角色使得所屬智能體的特性可視，但同時也淡化了該智能體的其它角色。通過這些接口，角色就可以像對象

29、（object）一樣工作，這種屬性通常稱為反應(yīng)性。至于內(nèi)部行為，角色會根據(jù)目標(biāo)處理相應(yīng)的職責(zé)，即它們具有預(yù)動性。最后，為了達(dá)到目標(biāo)，智能體角色能夠自治的執(zhí)行任務(wù)。 柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing System）最重要的特性是生產(chǎn)的高效性和柔性。如何有效利用FMS的優(yōu)點進行生產(chǎn)以滿足快速多變的市場需求，這在很大程度上依賴于FMS的生產(chǎn)調(diào)度。根據(jù)工件加工的特點，F(xiàn)MS調(diào)度系統(tǒng)一般分為靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度，由于靜態(tài)調(diào)度在系統(tǒng)運行之初就確定了工件的加工順序，考慮到生產(chǎn)系統(tǒng)的不確定因素，靜態(tài)調(diào)度無法發(fā)揮FMS系統(tǒng)的優(yōu)點，因此FMS系統(tǒng)一般采用動態(tài)調(diào)度的方式進行工件的調(diào)度，

30、國內(nèi)外許多學(xué)者在動態(tài)調(diào)度的基礎(chǔ)上采用各種方法優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，以期最大限度發(fā)揮FMS系統(tǒng)的優(yōu)點。隨著智能體（Agent）學(xué)說從理論轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，多智能體系統(tǒng)被用來模擬、優(yōu)化、仿真和控制不確定環(huán)境下的分布式系統(tǒng) FMS的調(diào)度系統(tǒng)被建模成智能體社會，每一個智能體僅對它自己的目標(biāo)負(fù)責(zé)。在這里我們把組成系統(tǒng)的智能體劃分為四類：服務(wù)器智能體、訂單智能體、生產(chǎn)智能體和運輸智能體，花括號中的數(shù)字表示數(shù)量，如圖1所示。系統(tǒng)工作過程： 3.4 FMS多智能體調(diào)度系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) FMS多智能體調(diào)度系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Your company slogan step1：訂單、生產(chǎn)、運輸智能體向服務(wù)器智能體進行注冊/注銷，形成一個動

31、態(tài)工作集體。 step2：外部環(huán)境（操作員或者其它系統(tǒng)的輸出）向訂單智能體下達(dá)訂單，外部環(huán)境可通過訂單智能體隨時查詢訂單的執(zhí)行情況。 step3：訂單智能體根據(jù)加工工藝數(shù)據(jù)庫將訂單分解成多個子任務(wù)（工件的一道工序）。 step4：訂單智能體把第一批子任務(wù)（每個工件的第一道工序）的加工任務(wù)向外公開招標(biāo)。 step5：獲得標(biāo)的物的生產(chǎn)智能體向運輸智能體請求運輸任務(wù)。 step6：運輸智能體根據(jù)規(guī)則調(diào)度AGV將工件輸送給獲得標(biāo)的物的生產(chǎn)智能體。 step7：獲得標(biāo)的物的生產(chǎn)智能體所在的機床加工工件的該工序完成后通知訂單智能體，同時檢查該工件是否有下一道工序，如果沒有則請求運輸智能體將該工件運輸入庫，

32、否則將下一道工序的加工任務(wù)向生產(chǎn)智能體（包括本身和其它生產(chǎn)智能體）進行新一輪的公開招標(biāo)。 step8：回到第5步。 以上各個步驟并不一定是順序執(zhí)行，在第1步，除了在系統(tǒng)開始運行時進行外，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備發(fā)生故障或故障恢復(fù)時都將發(fā)生；在第2步，外部環(huán)境隨時可以將訂單提交給訂單智能體；等等。3.5 智能體的角色分配 智能體可以看成是一個扮演一個或一個以上角色的實體?？梢詫ο到y(tǒng)的服務(wù)器智能體、訂單智能體、生產(chǎn)智能體和運輸智能體的角色分配進行如下描述： （1）服務(wù)器智能體 服務(wù)器智能體主要負(fù)責(zé)多智能體調(diào)度系統(tǒng)的管理工作，因此必須含有“管理部門”這個角色，“管理部門”角色在多智能體系統(tǒng)中為供普通智能體注冊/

33、注銷、查詢系統(tǒng)信息的職能角色。服務(wù)器智能體有一個智能體信息數(shù)據(jù)表，只供“管理部門”支配。通信模塊在智能體中并不作為角色的概念出現(xiàn)，而是負(fù)責(zé)其它智能體與其所在的智能體中的某一角色進行交互的橋梁。 2）訂單智能體訂單智能體是FMS多智能體調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)外的聯(lián)系管道，起著承上啟下的作用，“承上”是接受/拒絕系統(tǒng)外部環(huán)境下達(dá)的訂單，以及供外部客戶查詢?！皢⑾隆笔前焉a(chǎn)任務(wù)向系統(tǒng)內(nèi)部的生產(chǎn)者派送（招標(biāo)）。因此訂單智能體除了包含通信模塊以外至少還須存在三種角色：“接待員”、“辦事員”和“招標(biāo)主席”，如圖4所示。“接待員”角色的功能之一是接受/拒絕外界下達(dá)的訂單，外界向系統(tǒng)下達(dá)訂單的時候，“接待員”對訂單進行評

34、估，如果該訂單在本系統(tǒng)的能力之內(nèi)則接收并向辦事員提交，否則拒絕；“接待員”的另外一個功能是作為外界的查詢接口，由于每一個訂單是由多個子任務(wù)組成，每當(dāng)完成一個子任務(wù)，生產(chǎn)智能體就會向“辦事員”匯報任務(wù)進度，當(dāng)外界查詢時，“接待員”就可以把相應(yīng)任務(wù)的狀態(tài)向用戶反饋；“辦事員”接收到接待員提交的訂單后，根據(jù)工藝數(shù)據(jù)表將任務(wù)分解成一系列的子任務(wù)，并保存在訂單狀態(tài)數(shù)據(jù)表中，然后把分解后的任務(wù)提交給“招標(biāo)主席”；“招標(biāo)主席”有招標(biāo)任務(wù)時，將公開招標(biāo)，然后評估各“投標(biāo)者”的標(biāo)書，確定中標(biāo)者。訂單智能體有兩個數(shù)據(jù)表：訂單狀態(tài)數(shù)據(jù)表和工藝數(shù)據(jù)表，其中“接待員”、“辦事員”和“招標(biāo)主席”共享訂單狀態(tài)數(shù)據(jù)表，而工藝

35、數(shù)據(jù)表由“辦事員”支配。訂單智能體角色模型類圖3）生產(chǎn)智能體機床加工完一道工序后，生產(chǎn)智能體會檢查該工件是否已完成所有工序，如果沒有的話，生產(chǎn)智能體會把該工件的下一道工序?qū)ν膺M行招標(biāo)。因此生產(chǎn)智能體具有投標(biāo)和招標(biāo)兩種功能。除此之外，生產(chǎn)智能體還需具有排序的功能，便于做出投標(biāo)策略和安排生產(chǎn)。因此生產(chǎn)智能體除了通信模塊以外還需含有三種角色：“投標(biāo)者”、“招標(biāo)主席”和“生產(chǎn)調(diào)度員”，如圖5所示?！罢袠?biāo)主席”和“投標(biāo)者”的功能在訂單智能體中已經(jīng)提及，這里不再重復(fù)。在生產(chǎn)智能體待加工列表中有多個工件的情況下，“生產(chǎn)調(diào)度員”會根據(jù)一定的目標(biāo)和約束對這些工件進行排序，安排生產(chǎn)，此外在做投標(biāo)策略的時候，“生產(chǎn)

36、調(diào)度員”也會參與。除了與訂單智能體共享訂單狀態(tài)數(shù)據(jù)表外，生產(chǎn)智能體還具有自己的數(shù)據(jù)表待加工工件數(shù)據(jù)表。生產(chǎn)智能體角色模型類圖 4）運輸智能體 運輸智能體的任務(wù)隊列為非空的時候，會從自己所管轄的AGV中挑選出最適合完成任務(wù)的AGV去執(zhí)行運輸任務(wù)，因此運輸智能體含有一個角色“運輸調(diào)度員”。如圖所示。運輸智能體含有一個數(shù)據(jù)表待運輸任務(wù)表。運輸智能體角色模型類圖生產(chǎn)調(diào)度問題 由于傳統(tǒng)的ERP系統(tǒng)計劃模型只考慮對車間生產(chǎn)進度控制的綜合效果，即根據(jù)“主生產(chǎn)計劃”生成并下達(dá)“生產(chǎn)作業(yè)計劃”，對作業(yè)任務(wù)生產(chǎn)的優(yōu)先次序僅僅根據(jù)訂單的交貨期來安排，缺乏對企業(yè)運營的動態(tài)支持，最后往往會造成訂單的延期交貨。生產(chǎn)調(diào)度在企業(yè)管理中起著承上啟下的作用，合理的生產(chǎn)計劃和調(diào)度方法能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)對生產(chǎn)過程的有效的調(diào)節(jié)和控制，提供精確的交貨日期，及時為上層決策系統(tǒng)提供信息支持。集成環(huán)境下生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)需求分析 生產(chǎn)調(diào)度，是指根據(jù)確定的生產(chǎn)計劃和訂單交貨期安排，按照產(chǎn)品的加工工藝路線，將有限資源安排給不同的工作，并決定何時開始，由哪部設(shè)備加