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

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(jì)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(diǎn)：兩類車間間調(diào)度類類型流水車間間調(diào)度問問題的簡(jiǎn)化模型啟發(fā)式方方法簡(jiǎn)介結(jié)合啟發(fā)發(fā)式算法法的改進(jìn)進(jìn)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(duì)產(chǎn)產(chǎn)品需求求的快速速變化,以及市場(chǎng)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的的日趨激激烈,現(xiàn)代制造造企業(yè)需需要進(jìn)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(jì)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(duì)對(duì)生產(chǎn)過過程中所所出現(xiàn)的的各種信信息進(jìn)行行及時(shí)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(shí)用用價(jià)值。調(diào)度的定定義：所謂調(diào)度度,就是為了了實(shí)現(xiàn)某某一目的的而對(duì)共共同使用用的資源源進(jìn)行時(shí)時(shí)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(duì)目標(biāo)函函數(shù)所進(jìn)進(jìn)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(gè)世世紀(jì)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(yùn)運(yùn)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(yùn)運(yùn)籌學(xué)中中的線性性規(guī)劃、、整數(shù)數(shù)規(guī)劃、、目標(biāo)標(biāo)規(guī)劃、、動(dòng)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(jì)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(jì)計(jì)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(xiàng)項(xiàng)式確定定問題）），計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)實(shí)際調(diào)度問題題,不可避免地會(huì)會(huì)遇到難以逾逾越的障礙。從20世紀(jì)80年代初開始,人們就一直在在嘗試并致力力于解決實(shí)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(jì)算智智能和實(shí)時(shí)智智能研究成果果,解決實(shí)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(tái)。智智能調(diào)度方法法和基于反饋饋控制的實(shí)時(shí)時(shí)調(diào)度理論和和方法為解決決實(shí)際調(diào)度問問題展示了光光明的前景。。生產(chǎn)計(jì)劃與生生產(chǎn)調(diào)度的區(qū)別和聯(lián)系生產(chǎn)計(jì)劃（ProductionPlanning）系統(tǒng)：是以企企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營營活動(dòng)為主要要依據(jù)，根據(jù)據(jù)產(chǎn)品的市場(chǎng)場(chǎng)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(jìn)行行平衡分析，，根據(jù)不同的的生產(chǎn)狀態(tài)和和計(jì)劃類型模模型，運(yùn)用優(yōu)優(yōu)化方法對(duì)企企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)經(jīng)營進(jìn)行優(yōu)化化設(shè)計(jì)，輔助助計(jì)劃人員完完年度、季度度、月度計(jì)劃劃編制，為企企業(yè)決策者提提供相關(guān)預(yù)測(cè)測(cè)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(dòng)為中心的的因素：原料料供應(yīng)、產(chǎn)能能、市場(chǎng)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(biāo)為最終終目標(biāo)；生產(chǎn)計(jì)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(chǎng)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(jì)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(shí)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(jì)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(diǎn)：時(shí)間：它將長長期生產(chǎn)計(jì)劃劃分解為短期期計(jì)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(shí)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(biāo)：以最少少的消耗保質(zhì)質(zhì)保量地完成成生產(chǎn)計(jì)劃；；生產(chǎn)計(jì)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(dòng)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(chǎng)需求波動(dòng)；產(chǎn)品運(yùn)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(jì)決策五層結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

(TheodoreJ.Williams,1989) 企業(yè)資源計(jì)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(dòng)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(jì)劃的分解：：將生產(chǎn)計(jì)劃劃合理分解，，并編制成便便于執(zhí)行的短短期計(jì)劃。靜態(tài)計(jì)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(chǔ)存物流流銷售正常）），可以根據(jù)據(jù)選定的目標(biāo)標(biāo)函數(shù)進(jìn)行分分解；動(dòng)態(tài)計(jì)劃分解解：又稱滾動(dòng)動(dòng)計(jì)劃。指在在生產(chǎn)要素存存在擾動(dòng)的情情況下，遵循循月生產(chǎn)計(jì)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(fù)荷荷生產(chǎn)等為分分解原則，將將計(jì)劃分解成成2日或5日不等的滾動(dòng)動(dòng)作業(yè)計(jì)劃。實(shí)時(shí)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(gè)個(gè)控制變量、、操作變量的的實(shí)時(shí)測(cè)量值值，生產(chǎn)設(shè)備備的狀態(tài)等信信息收集并存存儲(chǔ)。以供調(diào)調(diào)度人員實(shí)時(shí)時(shí)查看和調(diào)度度系統(tǒng)動(dòng)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(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營營活動(dòng)，保障障生產(chǎn)過程的的連續(xù)平穩(wěn)和和經(jīng)濟(jì)性，有有效地實(shí)現(xiàn)企企業(yè)的目標(biāo)。。外部協(xié)調(diào)：重重點(diǎn)協(xié)調(diào)產(chǎn)、、供、銷、運(yùn)運(yùn)的活動(dòng)，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(gè)個(gè)生產(chǎn)階段、、各個(gè)裝置之之間的物料平平衡，使物料料流在流動(dòng)過過程中相互銜銜接。同時(shí)，，維持公用工工程中水電汽汽風(fēng)的供需平平衡。動(dòng)態(tài)調(diào)度：在在生產(chǎn)發(fā)生為為預(yù)期事件，，使實(shí)際進(jìn)度度和調(diào)度進(jìn)度度表不符時(shí)，，對(duì)原調(diào)度進(jìn)進(jìn)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(jì)報(bào)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(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營營活動(dòng)，保障障生產(chǎn)過程的的連續(xù)平穩(wěn)和和經(jīng)濟(jì)性，有有效地實(shí)現(xiàn)企企業(yè)的目標(biāo)。。外部協(xié)調(diào)：重重點(diǎn)協(xié)調(diào)產(chǎn)、、供、銷、運(yùn)運(yùn)的活動(dòng)，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(gè)個(gè)生產(chǎn)階段、、各個(gè)裝置之之間的物料平平衡，使物料料流在流動(dòng)過過程中相互銜銜接。同時(shí)，，維持公用工工程中水電汽汽風(fēng)的供需平平衡。動(dòng)態(tài)調(diào)度：在在生產(chǎn)發(fā)生為為預(yù)期事件，，使實(shí)際進(jìn)度度和調(diào)度進(jìn)度度表不符時(shí)，，對(duì)原調(diào)度進(jìn)進(jìn)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(jì)報(bào)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(gè)工件在m臺(tái)機(jī)器上加工工；一個(gè)工件分為為k道工序，每道道工序要求不不同的機(jī)器加加工。N個(gè)工件在m臺(tái)機(jī)器上價(jià)格格順序相同，，工件i在機(jī)器j上的加工時(shí)間間是給定的，，設(shè)為Tij。調(diào)度問題的目目標(biāo)函數(shù)是求求N個(gè)工件的最優(yōu)優(yōu)加工順序，，使加工時(shí)間間最小。簡(jiǎn)言之，不同同的產(chǎn)品在多多臺(tái)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(gè)工件件的集合和一一個(gè)機(jī)器的集集合；一每個(gè)工件包括括多道工序，，每道工序需需要在一臺(tái)給給定的機(jī)器上上非間斷的加加工一段時(shí)間間；每臺(tái)機(jī)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(jī)機(jī)器上某個(gè)時(shí)時(shí)間段。目標(biāo)函數(shù)是找到最優(yōu)的的調(diào)度，使加加工時(shí)間最小小。流水車間調(diào)度度問題的簡(jiǎn)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(gè)工件要在m臺(tái)機(jī)器上加工工；每個(gè)工件需要要經(jīng)過m道工序，每每道工序要求求不同的機(jī)器來完成；n個(gè)工件在m臺(tái)機(jī)器上加工工的順序相同同；工件i在機(jī)器m上的加工時(shí)間間是給定的，，設(shè)為tij(i=1,2……n，j=1,2……m)；問題的目標(biāo)是是確定n個(gè)工件在每臺(tái)臺(tái)機(jī)器上的最最優(yōu)加工順序序，使最大流流程時(shí)間達(dá)到到最小。流水車間調(diào)度度問題的簡(jiǎn)化模型啟發(fā)式方法簡(jiǎn)簡(jiǎn)介定義：一個(gè)基于直觀或或者經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造造的算法；在可接受的花花費(fèi)下，給出出組合優(yōu)化問問題的一個(gè)可可行解；該可行解和最最優(yōu)解的偏差差是無法預(yù)計(jì)計(jì)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(jìn)遺遺傳算法使用啟發(fā)式算算法改進(jìn)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(gè)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(duì)第第N代種群中的最最優(yōu)值進(jìn)行鄰鄰域搜索，提提高算法的鄰鄰域搜索能力力；參