生產(chǎn)型企業(yè)的生產(chǎn)計劃和調(diào)度解決方案及工業(yè)應(yīng)用實例

生產(chǎn)調(diào)度方法法綜述2011.6.8提綱生產(chǎn)調(diào)度度的定義調(diào)度理論的起起源和發(fā)發(fā)展生產(chǎn)計劃劃與生產(chǎn)產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度度系統(tǒng)的的功能生產(chǎn)調(diào)度度問題特特點：兩類車間間調(diào)度類類型流水車間間調(diào)度問問題的簡化模型啟發(fā)式方方法簡介結(jié)合啟發(fā)發(fā)式算法法的改進進遺傳算算法生產(chǎn)調(diào)度度的定義義產(chǎn)生背景景：隨著用戶對產(chǎn)產(chǎn)品需求求的快速速變化,以及市場場競爭的的日趨激激烈,現(xiàn)代制造造企業(yè)需需要進行行多品種種、小小批量生生產(chǎn),這種生產(chǎn)產(chǎn)方式使使生產(chǎn)的的計劃、、組織織和控制制變得更更加復(fù)雜雜,另外要求求企業(yè)對對生產(chǎn)過過程中所所出現(xiàn)的的各種信信息進行行及時反反饋和處處理,因此,生產(chǎn)調(diào)度度問題作作為生產(chǎn)產(chǎn)管理系系統(tǒng)的核核心內(nèi)容容和關(guān)鍵鍵問題,其研究具具有重要要的理論論和實用用價值。調(diào)度的定定義：所謂調(diào)度度,就是為了了實現(xiàn)某某一目的的而對共共同使用用的資源源進行時時間上的的分配。。從數(shù)學(xué)學(xué)規(guī)劃的的角度來來說,生產(chǎn)調(diào)度度問題可可表述為為在等式式或不等等式約束束下,對目標函函數(shù)所進進行的優(yōu)優(yōu)化。調(diào)度理論論的起源源和發(fā)展展從上個世世紀50年代起,調(diào)度問題題的研究究就受到到應(yīng)用數(shù)數(shù)學(xué)、運運籌學(xué)學(xué)、工工程技術(shù)術(shù)等領(lǐng)域域科學(xué)家家的重視視,科學(xué)家們們利用運運籌學(xué)中中的線性性規(guī)劃、、整數(shù)數(shù)規(guī)劃、、目標標規(guī)劃、、動態(tài)態(tài)規(guī)劃及及決策分分析方法法,研究并解解決了一一系列有有代表意意義的調(diào)調(diào)度和優(yōu)優(yōu)化問題20世紀70年代,人們開始始注意并并重視調(diào)調(diào)度復(fù)雜雜性問題題的研究究,提出了用用于研究究算法有有效性和和問題難難度的計計算復(fù)雜雜度理論論,許多調(diào)度度問題被被證明NP完全問題（非多項項式確定定問題）），計算算復(fù)雜。70年代后，，經(jīng)典調(diào)調(diào)度理論論得到發(fā)發(fā)展并作作為了一一門基本本成熟的的應(yīng)用數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)科科。但是是實際調(diào)調(diào)度問題題與經(jīng)典典調(diào)度問問題還有有相當(dāng)?shù)牡木嚯x。調(diào)度理論的起起源和發(fā)展實際調(diào)度問題往往往都是非常復(fù)復(fù)雜的,沒有確定的物物理和自然規(guī)規(guī)律可循,因此是非常難難解的,并且大多是沒沒有精確解的的。因此,僅僅依靠經(jīng)典典調(diào)度理論中中基于解析優(yōu)優(yōu)化的技術(shù)和和方法,試圖解決屬于于NP完全問題的實實際調(diào)度問題題,不可避免地會會遇到難以逾逾越的障礙。從20世紀80年代初開始,人們就一直在在嘗試并致力力于解決實際際調(diào)度問題,調(diào)度研究由理理論研究轉(zhuǎn)向向應(yīng)用研究階階段。在這樣樣的歷史背景景下,應(yīng)用人工智能能、計算智智能和實時智智能研究成果果,解決實際調(diào)度度問題的智能能調(diào)度方法就就走上了歷史史的舞臺。智智能調(diào)度方法法和基于反饋饋控制的實時時調(diào)度理論和和方法為解決決實際調(diào)度問問題展示了光光明的前景。。生產(chǎn)計劃與生生產(chǎn)調(diào)度的區(qū)別和聯(lián)系生產(chǎn)計劃（ProductionPlanning）系統(tǒng)：是以企企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營營活動為主要要依據(jù)，根據(jù)據(jù)產(chǎn)品的市場場需求、原料料供應(yīng)情況、、企業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)能力、裝置置的檢修情況況，綜合考慮慮企業(yè)的管理理成本以及生生產(chǎn)過程中成成品、半成品品的成本，利利用物料平衡衡、物料物性性數(shù)據(jù)等進行行平衡分析，，根據(jù)不同的的生產(chǎn)狀態(tài)和和計劃類型模模型，運用優(yōu)優(yōu)化方法對企企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)經(jīng)營進行優(yōu)化化設(shè)計，輔助助計劃人員完完年度、季度度、月度計劃劃編制，為企企業(yè)決策者提提供相關(guān)預(yù)測測和決策信息息，卻把企業(yè)業(yè)利潤最大。。與生產(chǎn)經(jīng)營活活動為中心的的因素：原料料供應(yīng)、產(chǎn)能能、市場需求求、生產(chǎn)設(shè)備備狀態(tài)等；以產(chǎn)銷平衡為為核心；以利潤企業(yè)利利潤最大化和和完成中長期期目標為最終終目標；生產(chǎn)計劃與生生產(chǎn)調(diào)度的區(qū)別和聯(lián)系生產(chǎn)調(diào)度（ProductionScheduling）系統(tǒng)：在滿滿足裝置設(shè)備備和工藝要求求的條件下，，根據(jù)市場的的需求，合理理的、最佳地地安排與組織織生產(chǎn)過程，，以提高過程程系統(tǒng)的操作作最優(yōu)性，為為企業(yè)帶來現(xiàn)現(xiàn)出的經(jīng)濟效效益。內(nèi)容包括：產(chǎn)品的生產(chǎn)批批次數(shù)和每批批的量；使用的生產(chǎn)線線；產(chǎn)品的生產(chǎn)順順序和時間安安排；原料供應(yīng)、水水、電、氣、、汽、冷、人人力等資源保保障和限制；；生產(chǎn)計劃與生生產(chǎn)調(diào)度的區(qū)別和聯(lián)系生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的特特點：時間：它將長長期生產(chǎn)計劃劃分解為短期期計劃并執(zhí)行行，例如2天、5天，這可以大大大降低問題題的復(fù)雜性；任務(wù)：生產(chǎn)安安排和資源分分配——涉及及到實際生產(chǎn)產(chǎn)環(huán)境的各種種約束；核心：生產(chǎn)裝裝置的分配利利用和物料平平衡；目標：以最少少的消耗保質(zhì)質(zhì)保量地完成成生產(chǎn)計劃；；生產(chǎn)計劃與生生產(chǎn)調(diào)度的區(qū)別和聯(lián)系生產(chǎn)調(diào)度的動態(tài)性原材料供應(yīng)延延誤；產(chǎn)品交貨期變化；能源供應(yīng)不足；設(shè)備出現(xiàn)異常；市場需求波動；產(chǎn)品運輸因素；economicdecisionenterprisemanagementproductionschedulingprocessoptimizationprocesscontrol 過程控制、過程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理和經(jīng)濟決策五層結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)

(TheodoreJ.Williams,1989) 企業(yè)資源計劃（ERP）/制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）/過程控制系統(tǒng)（PCS）三層結(jié)構(gòu)的自動化系統(tǒng)

(柴天佑,2003)ERP(EnterpriseResourcePlanning)PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)的功能生產(chǎn)計劃的分解：：將生產(chǎn)計劃劃合理分解，，并編制成便便于執(zhí)行的短短期計劃。靜態(tài)計劃分解解；在正常的的生產(chǎn)條件下下（生產(chǎn)設(shè)備備狀態(tài)正常，，生產(chǎn)要素供供應(yīng)正常、產(chǎn)產(chǎn)品儲存物流流銷售正常）），可以根據(jù)據(jù)選定的目標標函數(shù)進行分分解；動態(tài)計劃分解解：又稱滾動動計劃。指在在生產(chǎn)要素存存在擾動的情情況下，遵循循月生產(chǎn)計劃劃，在生產(chǎn)信信息在線反饋饋的基礎(chǔ)上，，以生產(chǎn)裝置置出力最大、、以銷定產(chǎn)、、穩(wěn)定滿負荷荷生產(chǎn)等為分分解原則，將將計劃分解成成2日或5日不等的滾動動作業(yè)計劃。實時監(jiān)督：通通過數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)（SCADA）、DSC系統(tǒng)，將生產(chǎn)產(chǎn)流程中各個個控制變量、、操作變量的的實時測量值值，生產(chǎn)設(shè)備備的狀態(tài)等信信息收集并存存儲。以供調(diào)調(diào)度人員實時時查看和調(diào)度度系統(tǒng)動態(tài)調(diào)調(diào)度使用。生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)的功能平衡協(xié)調(diào)：平平衡協(xié)調(diào)好各各項生產(chǎn)經(jīng)營營活動，保障障生產(chǎn)過程的的連續(xù)平穩(wěn)和和經(jīng)濟性，有有效地實現(xiàn)企企業(yè)的目標。。外部協(xié)調(diào)：重重點協(xié)調(diào)產(chǎn)、、供、銷、運運的活動，保保障產(chǎn)供銷三三者的平衡。。內(nèi)部協(xié)調(diào)：生生產(chǎn)過程內(nèi)部部協(xié)調(diào)配合，，以保證各個個生產(chǎn)階段、、各個裝置之之間的物料平平衡，使物料料流在流動過過程中相互銜銜接。同時，，維持公用工工程中水電汽汽風(fēng)的供需平平衡。動態(tài)調(diào)度：在在生產(chǎn)發(fā)生為為預(yù)期事件，，使實際進度度和調(diào)度進度度表不符時，，對原調(diào)度進進行修改、調(diào)調(diào)整，以維持持生產(chǎn)性能最最優(yōu)的任務(wù)。統(tǒng)計報表生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)的功能平衡協(xié)調(diào)：平平衡協(xié)調(diào)好各各項生產(chǎn)經(jīng)營營活動，保障障生產(chǎn)過程的的連續(xù)平穩(wěn)和和經(jīng)濟性，有有效地實現(xiàn)企企業(yè)的目標。。外部協(xié)調(diào)：重重點協(xié)調(diào)產(chǎn)、、供、銷、運運的活動，保保障產(chǎn)供銷三三者的平衡。。內(nèi)部協(xié)調(diào)：生生產(chǎn)過程內(nèi)部部協(xié)調(diào)配合，，以保證各個個生產(chǎn)階段、、各個裝置之之間的物料平平衡，使物料料流在流動過過程中相互銜銜接。同時，，維持公用工工程中水電汽汽風(fēng)的供需平平衡。動態(tài)調(diào)度：在在生產(chǎn)發(fā)生為為預(yù)期事件，，使實際進度度和調(diào)度進度度表不符時，，對原調(diào)度進進行修改、調(diào)調(diào)整，以維持持生產(chǎn)性能最最優(yōu)的任務(wù)。統(tǒng)計報表生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)的功能流水車間調(diào)度度問題（Flow-ShopschedulingproblemFSP）一般可以描述述為：N個工件在m臺機器上加工工；一個工件分為為k道工序，每道道工序要求不不同的機器加加工。N個工件在m臺機器上價格格順序相同，，工件i在機器j上的加工時間間是給定的，，設(shè)為Tij。調(diào)度問題的目目標函數(shù)是求求N個工件的最優(yōu)優(yōu)加工順序，，使加工時間間最小。簡言之，不同同的產(chǎn)品在多多臺設(shè)備上加加工流程固定定。生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)的功能作業(yè)車間調(diào)度度問題（Job-shopSchedulingProblemJSP）一般可以描述為：：給定一個工件件的集合和一一個機器的集集合；一每個工件包括括多道工序，，每道工序需需要在一臺給給定的機器上上非間斷的加加工一段時間間；每臺機器一次次最多只能加加工一道工序序；調(diào)度就是把工工序分配給機機器上某個時時間段。目標函數(shù)是找到最優(yōu)的的調(diào)度，使加加工時間最小小。流水車間調(diào)度度問題的簡化模型建立調(diào)度模型流水水車間調(diào)度問問題一般可以以如下描述:n個工件要在m臺機器上加工工；每個工件需要要經(jīng)過m道工序，每每道工序要求求不同的機器來完成；n個工件在m臺機器上加工工的順序相同同；工件i在機器m上的加工時間間是給定的，，設(shè)為tij(i=1,2……n，j=1,2……m)；問題的目標是是確定n個工件在每臺臺機器上的最最優(yōu)加工順序序，使最大流流程時間達到到最小。流水車間調(diào)度度問題的簡化模型啟發(fā)式方法簡簡介定義：一個基于直觀或或者經(jīng)驗構(gòu)造造的算法；在可接受的花花費下，給出出組合優(yōu)化問問題的一個可可行解；該可行解和最最優(yōu)解的偏差差是無法預(yù)計計的求解快速，可可以得到優(yōu)化化的可行解經(jīng)典Johnson算法CDS算法：NEH算法結(jié)合啟發(fā)式算算法的改進遺遺傳算法使用啟發(fā)式算算法改進遺傳傳算法第N代的種群質(zhì)量量：使用啟發(fā)發(fā)算法，產(chǎn)生一個基本的優(yōu)化化排序規(guī)律，，檢查第N代種群中是染染色體是否都都滿足該規(guī)律律，如果不滿滿足則按照規(guī)規(guī)律改造染色色體。參見：黃宇純王王樹青，《Flow-shop調(diào)度問題的遺遺傳啟發(fā)算法法》，信息與與控制，1996.8使用啟發(fā)算法對第第N代種群中的最最優(yōu)值進行鄰鄰域搜索，提提高算法的鄰鄰域搜索能力力；參