基于供應鏈的協同生產調度研究

1、基于供應鏈的協同生產調度研究         08-07-06 16:36:00     作者：未知    編輯：Studa_hasgo122          一、引言    知識經濟時代國際競爭的日趨激化，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)務關系的合作伙伴和客戶，形成

2、了整個價值 鏈上企業(yè)內及企業(yè)間網絡的集成?，F在不斷出現的虛擬企業(yè)、敏捷制造、動態(tài)聯盟等概 念都是強調了企業(yè)間的合作和優(yōu)勢互補，以提高制造系統的敏捷性。其實質都是供應鏈 環(huán)境下的企業(yè)集成。    對于制造業(yè)來說，面對日益激化的國際競爭，單個企業(yè)的生產計劃、生產調度問題的 解決已經不能完全滿足現在供應鏈環(huán)境中企業(yè)協作生產的需要。多代理系統(Multi-Agent System，簡稱MAS)在供應鏈和生產調度方面的研究已經成為當前的熱點之 一。但是大部分的研究局限在企業(yè)內部，考慮供應鏈環(huán)境下企業(yè)生產調度的論文相對較 少。而在現代化大生產中，企業(yè)已經不單單是一個孤立的個體

3、，而是供應鏈中的一個部 分，這是一個更加廣闊的企業(yè)級結構模式。    運用基于MAS對于充分發(fā)揮車間制造系統的功能、調度過程中完善調度策略、供應鏈環(huán) 境下多企業(yè)協同生產以及生產過程的高效、穩(wěn)定運行都是有很大幫助的。因此，為滿足 企業(yè)在國際化生產的前提下進行合理的生產計劃和生產調度，本文提出了基于供應鏈環(huán) 境下的兩層MAS體系結構，建構了解決企業(yè)在供應鏈環(huán)境下的動態(tài)調度以及調度優(yōu)化問 題的模型。            二、供應鏈下的協同生產調度 &

4、#160;  生產調度問題可以描述為：在一定的時間范圍內為完成特定的生產任務而分配共享資 源，并使得預定的某些生產指標最優(yōu)1。傳統的生產調度問題基本屬于一個企業(yè)內部 的生產調度。車間調度問題有以下特點：(1)復雜性。由于車間調度問題是在等式或不 等式約束下求性能指標的優(yōu)化，在計算量上往往是NP完全問題，因而使得一些常規(guī)的最 優(yōu)化方法往往無能為力。(2)動態(tài)隨機性。(3)多目標。實際的車間調度往往是多目標的 ，并且這些目標間可能發(fā)生沖突。調度目標一般分為基于作業(yè)交貨期的目標、基于作業(yè) 完成時間的目標、基于生產成本的目標三大類。    生產制造車間的計劃與調

5、度是一個非常復雜的、需要多方面知識與信息的決策過程， 近年來，人工智能技術、Agent技術在車間計劃與調度中得到廣泛應用，且應用的類型 很多。Riyaz sikora等2介紹了在敏捷企業(yè)中，車間的生產組織方式發(fā)生變化，不再 是傳統的固定式階梯型方式，以及如何利用MAS來根據任務的變化對資源進行動態(tài)調整 。Kap Hwan Kim等3介紹了一個用于制造系統調度與車間控制的框架結構?？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綜復雜 的通信關系。Saad A等4分析研究了柔性制造系統中的分布式調度，建立了分布式調 度模型，在制造系統中建立了機床和工件智能代理，采

6、用基于合同網協議的機制，將以 零件為中心的談判機制和以機床為中心的談判機制相結合。郭文勝等5提出了基于Multi-Agent的虛擬車間調度作業(yè)原理與算法，利用動態(tài)形成Agent對資源進行動態(tài)調整 。楊根科等6提出了在動態(tài)聯盟下，從銷售代理的角度，研究供應鏈的最小成本制造 規(guī)劃的問題。傅小華等7研究了現代生產作業(yè)調度的特殊要求，既要滿足系統整體目 標，也要注意各子系統的具體特征及局部目標的實現，以及MAS的運用。    而供應鏈下的協同生產計劃調度優(yōu)化過程是一個復雜的隨機、多目標、動態(tài)調度問題 ，不同于單個企業(yè)的生產調度。供應鏈環(huán)境中，車間的生產組織方式發(fā)生了變化。

7、隨著 市場需求向小批量、多品種和短交貨期的發(fā)展及企業(yè)生產的橫向聯合，現代制造系統往 往具有異地分布和異構化的特征。供應鏈環(huán)境下進行生產調度，要同時兼顧企業(yè)內部生 產調度的合理性以及供應鏈中各企業(yè)之間的生產銜接、利益分配等。    SCOR(Supply-Chain Operations Reference-model)是第一個標準的供應鏈流程參考模 型，是供應鏈的診斷工具，涵蓋所有行業(yè)。SCOR模型的第一層描述了五個基本流程：計 劃(Plan)，采購(Source)，生產(Make)，交貨(Deliver)和退貨(Return)，如圖1所示。 它定義了供應鏈運作參

8、考模型的范圍和內容，并確定了企業(yè)競爭性能目標的基礎。我們 可以看到，供應鏈上游企業(yè)交貨直接影響到下游企業(yè)的生產計劃和調度，而現在的很多 企業(yè)供應鏈的設計，都是面向訂單進行生產的。          三、基于Multi-Agent的體系結構    MAS是一個高度交叉的研究領域，對于Agent，現在還沒有一個統一的定義，一般認為 ，Agent是由具有知識、信念、意向、期望等因素組成的一個實體8。但是Agent的核 心概念自治性已經被普遍接受。Michael Wooldridge

9、9認為Agent是具有智能性、 自治性、理解力、學習能力、可以代替用戶完成特定功能的軟硬件系統。目前的Agent 研究主要在計算機軟件領域展開，Agent是一個具有自治性的計算實體，能根據動態(tài)變 化的環(huán)境信息做出決策。MAS利用Agent來表示制造中的各種資源，通過網絡及Agent通 訊協議將它們連接成一個MAS，然后采用MAS的理論和方法對Agent進行研究。而在大規(guī) 模定制生產方式下的供應鏈計劃調度優(yōu)化過程是典型的隨機、動態(tài)、多目標優(yōu)化過程1 0，進一步根據計劃進行生產調度就更加復雜。根據Agent的特點，我們可以將Multi-Agent技術運用在供應鏈環(huán)境下的生產調度中。 &#

10、160;  現在，MAS被認為是模擬和支持這些分布式的復雜系統和環(huán)境的一個比較好的方法。MAS是一個包括若干個代理的、并以特定方式相互作用的復雜處理系統。MAS中的組織結 構主要有以下幾種：黑板結構、團體結構、合作規(guī)劃結構、基于合同網協議的組織結構 等。而基于合同網協議的結構在MAS被廣泛采用，它模擬了合同行為中的招標、投標、 中標者。合同網中的代理具有多個層次，可以既是下層代理的管理者，同時又是上層代 理的承包者。    因此，對于供應鏈下的各企業(yè)協同生產調度，我們可以利用Agent來表示生產中的各類 資源，通過網絡和協議組成一個MAS系統，并利用MAS的方法通過協議、合作來完成各個 企業(yè)的協同生產。基于MAS系統實現供應鏈企業(yè)協同生產的系統體系結構見圖2所示。    由于供應鏈下的企業(yè)生產調度關系到多企業(yè)、多車間調度策略的確定，因此，我們可 以把模型劃分成企業(yè)級和車間級進行區(qū)分。企業(yè)級代表了整個企業(yè)進入供應鏈的網絡， 與其他企業(yè)的Agent進行協商、合作和調度。企業(yè)內部車間級別的Agent主要是在企業(yè)內 部發(fā)揮作用，保證了企業(yè)優(yōu)化生產