（管理科学与工程专业论文）基于遗传算法的生产计划与批量优化研究.pdf

一一一一一一一一一一j p处 % 逆崖 f l o w s h o p模型的区别， 进而研究了 j o b s h o p调度问题的一般方法， 在利用遗传算 法处理j o b s h o p 调度与f l o w s h o p 调度时的编码规则区别在于: 任意一个序列都是 f l o w s h o p的有效染色体， 而对 j o b s h o p则可能形成无效的染色体， 因而在进行编 码时的不同处理手段是如何避免无效染色体的形成， 遗传算法对 j o b s h o p调度具 有良好运行效果和较短收敛时间， 是一种理想的算法; 同时， 证明了交换变异和倒 位、移位本质上的相同性。 4 .对单机排序调度问题进行了深入的研究， 该类问题的研究方法和 f l o w s h o p调度问题有很大的相似之处， 都是若干个工件的排序问题， 任意一个排 序都是有效的染色体， 约束条件相对较少， 但是可以使用不同的约束条件建立不同 模型，算法大都采用自 然数码， 使用起来简单、方便，收敛速度和结果良 好，具 有较强的鲁棒性. 文中设计了一种改进遗传算法对有能力约束的单机排序问题进 行 了 研 究 ， 结 果 表 明 算 法 具 有 良 好 的 收 敛 效 果 。 、 关键词:生产管理;生产计划;排序;批量;遗传算法;仿真技术 西南交通大学博士学位论文第 i i i页 a b s t r a c t m anu f a c t u r i n g i s o n e o f m a i n s t a y i n d u s t ry , and s e q u e n c e and s c h e d u l i n g a r e t h e m o s t im p o rt ant t h in g s i n any m a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e s , w h i c h p l a y t h e b a s i c r o l e s i n p la n n i n g t h e p r o d u c t i o n a c t iv it i e s and w h ic h a re t h e c o n d it i o n s t o m a k e o t h e r p l ans . t h e a i m s o f s e q u e n c e and s c h e d u l i n g a r e t o t a k e a d v anta g e o f t h e l i m it e d r e s o u r c e s f o r m a k i n g as e n o u g h p r o d u c t s a s p o s s i b l e i n o r d e r t o s a t i s f y t h e v a ryin g n e e d s in t h e m a r k e t . a n a l y z i n g t h e c u r r e n t d e v e l o p m e n t o f s e q u e n c e and s c h e d u l i n g t h e o ry an d u s i n g t h e b o o m in g g a ( g e n e t ic a l g o r i t h m s ) a s t h e t o o l . i t w i l l b e s i g n i f i c ant i n t h e o ry and a p p l i c a t i o n f o r i n c r e as i n g t h e e ff i c i e n c y and b e n e f i t o f m an u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e s . t h e d i s s e r t a t i o n f o c u s e s o n t h e m e t h o d s y s t e m o f s e q u e n c e and s c h e d u l i n g b y a b s o r b i n g and d e v e lo p i n g t h e u p - t o - t h e - m i n u t e re s e a r c h re s u l t s , w h i c h h a s t h e d e c is i v e v a l u e i n i n c r e a s i n g t h e e f f i c ie n c y and b e n e f i t o f m anu f a c t u r i n g e n t e r p r i s e s . o n t h e b a s i s o f s t u d y i n g t h e t h e o ry d e v e l o p m e n t s o f s e q u e n c e and s c h e d u l i n g , t h e d i s s e rt a t io n e x p l o i t s t h e i r t h e o ry and m e t h o d b y u s i n g g a , o r ( o p e r a t i o n s r e s e a r c h ) and s i m u l a t i o n t e c h n o l o g y as t h e t o o l s . t h e w h o l e p a p e r i s d i v i d e d in t o f i v e p a r t s : t h e d e v e l o p m e n t h i s t o ry o f s e q u e n c e and s c h e d u l i n g , t h e t h e o ry and i m p r o v e m e n t o f g a , t h e g a o f fl o w - s h o p , t h e g a o f j o b - s h o p and t h e g a o f a s i n g l e m a c h i n e . t h e y i n c l u d e s a s t h e f o l l o w i n g c o n t e n t s : 1 . t h e o r e t i c ana l y s i s o f b in a ry g a i s d o n e b y c o n s id e r i n g s e le c t io n o p e r a t o r , c r o s s o v e r o p e r a t o r and m u t a t i o n o p e r a t o r p l a y s t h e r o l e r e s p e c t i v e l y u s i n g t h e p r o b a b i l i t y t h e o ry . a n d a l s o i t is p r o v e d t h a t g a m a i n t a in in g t h e b e s t s o l u t i o n f o u n d o v e r t i m e a ft e r s e l e c t i o n c an c o n v e r g e t o t h e g l o b a l o p t i m u m b y u s i n g t h e s t o c h a s t ic p r o c e s s t h e o ry . s c h e m a t h e o r e m and i m p l i c i t p a r a l l e l i s m a r e g i v e n i n t h e d i s s e rt a t i o n . t h e a i m s o f t h e a b o v e c o n t e n t s a r e t o p r o v e t h e g l o b a l c o n v e r g e n c e o f g a f r o m d iff e r e n t r e s p e c t s . f u z z y a d a p t iv e g a and m any - r and o m g a a r e p u t f o r w a r d t o , w h i c h h a v e t h e g o o d c h a r a c t e r s i n s o l v i n g t h e c o m p l e x f u n c t io n s o p t i m i z a t i o n and s e q u e n c ing . 2 . t h e d e v e l o p m e n t t h e o ry o f s e q u e n c e and s c h e d u l i n g i s s t u d i e d i n t h is d i s s e r ta t i o n . i t p o i n t o u t t h a t s e q u e n c i n g and s c h e d u l i n g a re t h e i m p o rt ant p r o b l e m s i n any m anu f a c t u r i n g w a y . a n d s e v e r a l t y p i c a l m o d e l s o f s c h e d u l i n g and l o t - s iz i n g a r e g i v e n . s e v e r a l b as i c m e t h o d s i n s t u d y i n g p r o d u c t i o n p l a n n i n g and lo t - s i z in g 一一一一一一一一一 ff it 5 z it jq * t* f * li it 3 z -一-一羌 iv o p t i m iz a t i o n a r e d i s c u s s e d , in w h i c h h e u r i s t i c a l g o r i t h m s f o r o r d e ri n g a r e e s p e c ia l l y g i v e n . a n d d i ff e r e n t a lg o ri t h m d e s i g n s f o r t h e b as ic m o d e l s o f o r d e ri n g a r e s h o w n b y u s i n g p a rt h e n o - g a a n d h e u ri s t i c - g a . mu l t i - s t a g e , m u l t i - m a c h i n e p r o b l e m i s a l s o t r i e d t o re s o l v e w i t h g a . mu l t i - r a n d o m fl o a t i n g g a i s d e s i g n e d t o s t u d y t h e b as i c m o d e l t h e a b o v e a l g o ri t h m s a r e t h e s a m e as f o l l o w e d : ) o r d e r c o d i n g i s u s e d i n a l l a lg o ri t h m s ; 2 ) o p e r a t o r s a r e i m p r o v e d t o s a t i s f y t h e n e e d s o f t h e p r o b l e m s ; 3 ) s i m u l a t i o n t e c h n o lo g y i s u s e d . t h e t h re e c o n t e n t s re p re s e n t t h e t r e n d o f t h e c u r r e n t r e s e a r c h o f g a . 3 . t h e m o d e l s o f j o b - s h o p p r o b l e m s a r e s t u d i e d , w h i c h a re d i ff e r e n t f r o m t h e m o d e l s o f fl o w - s h o p . t h e b as i c m e t h o d s f o r j o b - s h o p p r o b l e m s a re g i v e n . t h e d i ff e re n c e b e t w e e n j o b - s h o p a n d fl o w - s h o p i s t h a t a n y o r d e ri n g c h r o m o s o m e i s e ff e c t i v e f o r t h e l a tt e r a n d p o s s i b l y e ff e c t i v e f o r t h e f o r m e r . s o m u c h a tt e n t i o n m u s t b e p u t t o d e a l w i t h t h e t w o c a t e g o ri e s o f p r o b l e m s . e v e n s o , g a i s s t i l l a n e f f i c ie n t a l g o r i t h m i n d e a l i n g w i t h j o b - s h o p p ro b l e m , w h i c h c a n f i n d a b e tt e r r e s u l t i n a s h o r te r t i m e . a n d th e c h a r a c t e ri s t ic s o f s w a p m u t a t i o n a n d e x c h a n g e o p e r a t o r i s t h e s a m e in n a t u re. 4 . t h e o r d e ri n g p ro b l e m i n a s i n g le m a c h in e i s d e e p l y s t u d i e d . t h e m e t h o d s o f t h i s p r o b l e m a n d t h e fl o w - s h o p p ro b l e m a r e m u c h a l i k e b e c a u s e a n y o r d e ri n g o f a s e t o f j o b s i s a n e ff e c t i v e c h r o m o s o m e . a n d t h e re i s m u c h l e s s c o n d i t io n s in t h e b as i c mo d e l . s o o t h e r c o n d i t i o n s c a n b e a d d e d t o t h e b asi c mo d e l f o r mu c h b e tt e r r e s u l t s . o r d e r c o d i n g i s u s e d m u c h w i d e l y i n t h e s e q u e n c e a n d s c h e d u l i n g o f a s i n g l e m a c h in e t h e e ff e c t o f g a i n t h e s i n g l e m a c h in e p r o b l e m i s b e tt e r t h a n o t h e r h e u ri s t i c a l g o ri t h m s . a n i m p r o v e d g a i s d e s i g n e d t o s o l v e t h e c a p a c i t a t e d s e q u e n c e o f a s i n g l e m a c h i n e . t h e s i m u l a t i o n s h o w s t h a t g a c o n v e r g e s t o a b e tt e r r e s u l t . k e y w o r d s : p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t ; p r o d u c t i o n p l a n n i n g ; s e q u e n c e a n d s c h e d u l e ; l o t - s i z ing; g e n e t i c a l g o ri t h m ; s i m u l a t i o n t e c h n o l o g y 西南交通大学博士学位论文第 1 页 第1 章绪论 1 . 1引言 随着科学技术进步和社会经济的发展，各种有形产品和无形服务的生命周期 大大缩短，更新换代加快，社会消费水平不断提高，需求呈现多样化、层次化， 使市场竞争日 趋激烈， 现代企业所处的环境与过去相比，发生了 深刻的变化。 新 的环境对企业的生产系统和管理系统提出了一系列前所未有的考验，传统的生产 管理理论和方法已无法适应时代发展的要求。与此同时，由于科学技术的飞速发 展，尤其是电子技术、自 动化技术和计算机技术的发展， 还有系统论、 信息论、 控制论等科学理论的提出和迅速成熟，给先进生产管理的发展提供了新的基础理 论和先进的现代管理工具与方法， 历史发展和客观基础孕 育了 现代生产管理。 生产管理是将人力、物力、设备、技术、信息、能源等生产要素投入进去 变换成有形产品和无形服务等产出的过程。其中，制造业企业生产有形物质产品 的过程在二十世纪九十年代以前一直占据着主体地位，服务业仅仅处于萌芽状 态。但是，由于科学技术的飞速发展，生产技术日 益先进，劳动生产效率大大提 高，服务业也急需紧跟发展，形成社会经济的协调增长。因此，现代生产管理己 经突破了传统制造业企业的生产过程管理，扩大到了各种非制造业的服务过程和 服务提供系统。服务业由 于自 身的 特点，一方面独立发展壮大，另一方面不断借 鉴制造业的研究成果改进、充实。从而，对制造业企业的生产过程管理研究仍然 具有重要的理论价值和重大的现实意义。 自1 9 7 9年我国实行改革开放政策以来， 计划手段调节经济机制的作用正在 不断削弱， 市场手段调节经济机制的作用正在不断加强，正在建立以社会主义市 场经济为目 标的经济体制，再加之我国加入世界贸易组织的日 子己经来临我国 社会主义市场经济与世界经济一体化的局面正在形成， 我国经济与世界经济的相 互依赖、相互促进日 益强烈，企业面临的竞争不仅来自国内同行业或相关行业的 企业，而且更多的是来自国际市场上的同行业或相关行业的企业。由于我国企业 的资金、技术相对于发展成熟的国外企业而言是不足和落后的，要想把产品打入 国际市场或代替进口，必须能灵活快速地响应市场的瞬息变化，不断开发出高性 能高质量的产品:必须周密计划，以有限的资源去适应无限的机遇，不断控制和 降低产品成本，提高生产效率，以强有竞争力的商品价格和满意度高的服务，持 续牢固地占领国际、国内市场，保持自己的竞争优势，使企业保持长期地可持续 西南交通大学 博士 学 位论文第z 页 置氰-一 提高 企 业的 竞 争 优势， 保持企业长期的 可持 续发 展， 不仅要依靠 技术 进步 和资金的 注人， 更重要的是要依靠企业的 管理进步。 如果企业忽略了 管理进步， 没有行之有效的 现代企业管理措施， 没有形成企业自己 的企业文化， 再好的 技术 人刁 和资金也 难以 造就优秀的企业， 不会发挥出良 好的 经济效益和社会效益。 西 蒙认为， 管理就是决策。 尽管管理涉及的 理论丰富多 彩、 博大精深， 但是为了 突 出企业面临的 长期地、 不断地决策的重要性， 也是为 理论界、 学术界和广大 人们 所认可的。 企业面临的竞争环境是 激烈的， 要想在瞬息万变的竞争 环境中 求得生 存与发展，就必须具有先进的技术、科学合理的 管理， 作出比对手更快的响应和 正确的决策。 长期以 来利用的 粗放式管理也仅 适宜于 缺乏竟争或竞争不激烈、时 效性差的 行业， 先进的 企业要求管理的科学化、 信息 化、 计算机化， 保持 对市场 良 好的、动态的响应，具备捕捉市场机会强大能力。 企业按照生产数量划分的生产类型有:大量生产、成批生产和单件生产川 。 随 着科学技术的 进步和社会经济的发展， 人们的 生 活条件不断改善， 消费 者的价 值观念不断变化，消费需求呈现多样化、复杂化，从而引起产品生命周期的大大 缩短，对市场变化的反应速度大大加快，新产品的研究和开发任务日益紧迫。企 业面临着一个不确定的急剧变化的市场，在这种不断变化的市场需求强有力的拉 动下，作为以 经济利益最大化为目标的企业必须反应迅速、快捷，从而要求企业 的生产方式发生相应的调整、变革。企业的生产方式从大批量生产向多品种小批 量生产转变， 2 1世纪多品种变批量的生产方式会占 据主导地位，因此，多品种 批量生产的生产计划一直是当前生产理论研究的主要内容。在多品种批量生产 中，由于产品种类的多样化、生产过程的灵活性、生产设备的复杂化以及外部条 件的不确定性都给企业的生产计划和作业计划的编制带来了巨大的困难，给企业 的管理人员提出了一个富有挑战性的课题，这将是未来生产管理研究的一个长期 的战略任务。一旦多品种小批量生产方式的技术成熟，生产方式又会发生一场翻 天覆地的变化。 企业的生产实际上就是生产要素的投入到产品的产出产出的转化过程，这 一过程必须要求对生产要素作出周详的计划，否则企业的生产会出现混乱或低效 率运作.生产计划就是企业根据市场需求、行业竞争、国家法规政策等外部条件 的状况确定生产的目 标，对企业的生产经营活动进行系统的研究、分析和安排， 充分整合各种资源， 采用预定的方法、程序，发挥企业的资源优势和产业优 势，以取得预期得经济效果和社会效益。生产计划是对企业生产活动带有指导性 的系统规划和统筹安排。在具体的生产活动中，生产计划与生产的批量优化往往 是相辅相成，同时进行的。一般而言，根据编制生产计划的时间长短，可以将企 西南 交 通 大 学 博士学 位论文第3 页 腐l 恭 彝 : 锡靛it l i1m t - * ft i戒,j 1121 ( 一)战略性计划。 企业的战略性计划一般在一年以 上， 通常有的三年或 五 年， 也 有五年以 上更 长 远的 发 展 规划。 战略 性计 划 要 反 映 企 业的 基本目 标和组 织 方 针， 制定 企 业的 生 产战 略、 产品 战略、 投资战 略、 营 销 战略、 企业文 化战 略 等， 对企业的长期可持续发展作出 系统的规划，保证企业长期稳定的发展。战略 性计划得制定需要利用财务 管理、 生产管理、市场营销管理和人力资源管理的模 型， 主要根据国 家的 经济发 展规划、长期预测， 对客 观政治、经济、 社会等因素 的 判断来制定，以 定性为主， 属于程序性决策。企业的战 略性生产计划的基本内 容有: ( 1 )确定企业的发展方针;生产规模、新产品开发、销售市场的规划、企 业的发展方向以及企业生产国际化等问题。 c z ) 确定企业各项资源的有效利用和分配，即人力、 材料、设备和资金的 合理使用。 ( 二)战术性计划。战术性计划是指企业为决定某一时期 ( 年或月)应生 产的产品种类和数量等的实施性计划。 按照计划期的 长短不同，又可分为: ( u 长期生产计划 ( 年度计划或生产大纲) 。由于计划期较长，通常又分 为几个计划期，各个计划期的需求量可能各不相同， 从而计划具有动态性质。主 要制定主生产计划和确定物料及生产能力需求计划。主生产计划是对高层计划规 定的中、短期生产的描述。主生产计划要根据顾客的定单和可得到的物料及可动 用的生产能力来测算需求之间的平衡状况。分配需求计划为更低层的各执行计 划，其保证供应物料资源，并对各执行计划进行必要的调整，执行计划包括资金 控制、库存控制、定货控制和生产活动控制等。 c z )短期生产计划 ( 季度或月计划) 。短生产计划 ( 季度或月计划)是指 某一个计划期，由于市场需求已知， 不存在需求量的变化问题， 计划呈静态性质。 由于短期生产计划时间较短，市场需求变化较小， 它实际上可以成为长期生产计 划的组成部分，起着连接长期生产计划和生产作业计划的桥梁. ( 3 )生产作业计划。生产作业计划是生产计划的具体执行计划，依据生产 计划的各项指标，安排各个生产环节在单位时间内的生产任务。就是要求在车间 或班组内规定什么时候、由谁、在哪台设备、用什么方法，完成什么作业。生产 作业计划把企业短期生产任务具体地分配到各车间、工段、班组以至每个工作地 和个人，规定他们在旬、周、日以至轮班和小时内的具体生产任务，包括生产的 作业排序，定货高峰期的接受原则，劳动力、设备维修及库存的调整。 当企业确定了战略性计划以后，按照长期生产计划、短期生产计划和生产 作业计划依次逐层执行，落实到具体的、最小的生产活动中去，体现在产品的直 西南交通大学博士学位论文 接生产加 工上去。 企 业的 微 观计 划是企亚更硕1 1 爵砰履下 第 4页 日. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ，对其的研究有着重 大的理论价值和现实意义， 它一直是现代企业管理理论和方法的重要研究课题。 1 . 2生产计划理论的研究现状 企业的生产过程是社会财富的主要来源，是企业创造价值从而实现利润的 主要环节。企业生产管理控制的主要目 标是质量、成本、时间和柔性，它们是企 业竞争力的根本源泉。 特别是近二三十年以来， 现代企业的生产规模不断扩大， 产品本身的技术和知识密集程度不断提高，产品的生产过程和服务过程日 趋复 杂，市场需求日益多样化、多变化，世界范围内的竞争日 益激烈，企业竞争也全 球化。 生产计划是指在产品生产期内，如何合理分配劳动力、原材料、设备和时 间，合理地安排产品的加工顺序和路径，在满足现有的生产条件下，使生产成本 最小，经济效益最大化。生产计划技术成为凝聚企业产品关键因素之一，己引起 企业管理和理论研究地广泛关注。在企业管理中，由于世界市场上产品竞争日 趋 激烈，而先进的生产计划能够提高企业的生产、经营和管理效率，优化企业资源 要素，发挥企业整体竞争优势， 提高企业在国际市场上的竞争力。同时， 这种激 烈的竞争促使企业引 进先进的、复杂的、 知识密集型的制造技术和系统， 如g t , f ms和c i m 驴i等， 与 此同 时， 这些技术和系统又产生了 新的生产计划问 题， 促 进了理论界的 研究领域。而理论界的独立研究又产生和引进了 许多复杂的理论和 方法，比如系统仿真4 1 、人工智能方法15 1 ，它们的研究成果又为生产计划的理论 研究开拓了 新的 领域，促进企业管理中新成果的推广和应用。正是山于企业生产 管理和理论界的互相激励，刁 推动了生产管理方式一次又一次的革新。 1 . 2 . 1企业生产过程的构成 生产过程是每一个工业企业最基本的过程 0 。 任何产品都必须经过一定的 生产过程刁 能制造出来。企业的生产过程作为社会物质财富的生产过程组成部 分，是劳动过程和自 然过程的总和。 一般的企业生产过程是由 基本生产过程、 辅助生产过程、生产服务过程及 附属生产过程所组成。由于专业化协作水平和技术水平以及企业生产的性质和特 点不同，生产过程这些组成部分在不同企业中有着很大的差别，而且随着生产技 术的发展也会发生变化。 西南交通大学博士学位论文第 5 页 - ， 尸4 * 1 羲n 愧 舞 窟 黑 撇 7 h 1 j 1j 4 1 e .j y . 薪 蔫7 k 产 过 程。 企 业的 基 本产品 是以 营销 为目 的， 满 足社会或市场需 要而生 产的 产品。 基 本生 产 过 程是 企 业的 主 要活动， 它 代 表 着企 业的 基 本特征 和专 业化 水平。 2 . 辅助生 产过程 辅 助生 产过程是指为 保证基本生产过程的实 现， 而 从 事 的 辅 助 产品 的 生 产过 程。 辅 助产品 不以 营 销为目 的， 不 构 成基 本 产品 实体， 仅 为实 现基本产品的生产， 所必须的自 用产品。 辅助生产过程的产品 有各种工具、 动力以 及设备 维修用备件等。 有些辅助生产的 产品，除了 供企业需要之外， 还可 能外销一部分，但仍属于辅助产品。 3 .生产服务过程生产服务过程是指为基本生产过程和辅助生产过程的 正常 进行而从事的 服务性活动。 属于生产服务过程的有: 原材料和半 成品的供 应、 运输和检验等。 4附属生产过程附属生产过程是指企业根据自 身的条件和可能，生产 市场所需要的非属于企业专业方向的产品而进行的生产过程。 基本生产过程和辅助生产过程都由工艺过程和非工艺过程所组成。工艺过 程和非工艺过程都是生产过程不可分割的组成部分，只有两者密切配合，互相衔 接，刁 能保证生产过程的有效实现。 1 . 2 . 2影响生产过程构成的因素 不同的企业有着不同的生产过程构成，生产过程的构成取决于下列因素: 1 .产品的特点产品的特点是指产品品种、结构的复杂程度、精度等级、 工艺要求以 及原材料的种类等。产品的这些特点不能不影响生产过程的构成以及 相互之间的比 例关系。 2 . 生产规模 在产品专业方向相同的条件下，生产规模越大，生产过程的 构成就越齐全，相互分工也越细;反之，生产规模越小，生产过程的构成就没有 条件划分得很细，生产过程也不那么齐全，许多零件、部件和毛坯等主要通过外 部协作来解决。 3 .专业化协作水平社会专业化协作水平越高，企业内部生产过程就越趋 于简化，而经济效果也越高，某些原属企业辅助生产过程的产品或某些基本生产 的工艺阶段的半成品，就可由厂外其他专业工厂提供。 4 .生产技术和工艺水平企业产品相同，但技术条件和工艺水平不同，生 产过程的构成有很大差别。随着科学技术的发展，生产过程的构成也将发生深刻 的变化。 西南交通大学博士学位论文 第 6页 1 . 2 . 3 生产过程的基本要求 生 产 过 程 有 以 下 基 本 要 求 .7 fe1 t1 1 生产过程的连续性生产过程的连续性是指产品和它的零部件在生产过 程的各个环节上的运动， 自 始至终处于连续状态， 不产生或少产生不必要的中断、 停顿和等待现象。产品形成过程中的间断越少，连续性就越高。提高连续性，可 以 缩短生 产周期，减少在制品的数量， 减少流动资金的占 用，减小厂房及仓库面 积， 提高设备的利用率，使企业的技术经济指标上升。因此，要从生产组织方面 采取措施， 努力使产品不停顿地流过生产的各个阶段和工序，尽量做到各工作之 间在时间上的紧密衔接。 2 生产过程的平行性生产过程的平行性是指加工对象在生产过程的各工 艺阶段和各工序上的生产应平行交叉地进行。在一定时间内同时进行生产的产品 或其组成部分越多，重叠程度就越高，平行性也就越高，完成同样数量的 产品所 需的生产周期也就会成倍地减少。因 此，在生产组织过程中常采用平行作业的方 式。 3 . 生产过程的比例性生产过程的比例性是指生产过程中 基本生产过程和 辅助生产过程之间， 基本生产中各车间、 各工段、 各工序之间以及各种设备之间， 在生产能力上保持适合产品制造数量和质量要求的比例关系。生产过程的比例性 的。生产过程的比 例性既是合理组织生产过程的基本要求，又是发展生产，从企 业内 部挖掘潜力， 取得良 好经济效果的 要求保证条件。同种产品的生产， 在各环 节所需的生产能力随批量不同而变化， 但这些生产能力之间的比例关系却大体保 持不变，它主要由产品的具体结构与工艺过程决定。因此，生产过程中各环节的 生产能力应符合这一比例关系。 4 .生产过程的均衡性生产过程的均衡性是指生产过程的各个阶段，从投 料到最后完工入库，都能保持按计划有节奏或均衡地进行，要求在相同的时间间 隔内 生产大致相同 数量或递增数量的 产品， 避免前松后紧， 计划期 末突击加班， 或者时 松时 紧使生产经常处于不正常 状态。 均衡性越高， 生产秩序就 越稳定，越 容易保证产品质量和降低生产费用。 5 .生产过程的适应性生产过程的适应性是指企业产品进行改型换代或品 种组成发生变化时，能够由 一种产品 迅速转到生产另一种产品的 应变能力。由于 科学技术的迅猛发展，产品更新换代的 速度加快，社会对新产品的需求也日 新月 异，促使企业必须不断开发新产品和更新品种花色以适应社会的需求。 这是当代 生产发展的以大特点，因而对组织生产过程提出了适应性的要求。建立柔性制造 系统是提高生产过程适应性的有效措施，在一般情况下，一个生产系统很难将较 西南交通大学博士学位论文第 7页 a m r 蔽 花 f u m 哥花 东 苹 写 衰 福 蔽矛畴藏荡硫氰巍瓜军荃4犷瑞菊函瘾 系统则具有这一特点。所谓 “ 柔性”是指用同一组设备和工人，在生产组织不变 的条件下，它具有适应加工不同产品的生产能力，并且能保持高生产率和良好的 经济效益。 1 . 2 . 4 生产计划与批且的属性 企业的市场需求状况和企业的生产能力决定了生产计划与批量的编制，因而 生产计划与批量的编制必须反映这两个方面的约束。市场需求状况对企业起决定 作用，企业只能适应它或最多对它起一点引导作用。而企业的生产能力则是企业 能控制的因素，它是由影响生产过程的因素制约的，从而生产计划与批量的制定 必须体现合理组织生产过程的五个基本要求。生产作业计划与批量的编制，就是 将企业年、 季度生产计划及定货合同所规定的生产任务， 按一定的时间阶段 ( 季、 月及月内短期) ，逐级分配到车间、工段、班组和工作地， 从而确定操作顺序， 分配资源和制定期量标准。企业生产计划与批量的制定会影响企业内部的各项业 务活动，制定企业生产计划与批量计划是生产管理的主要业务，其在业务内容的 构成和编制方法上尚为规范化1 ,。在编制一个生产计划与批量计划时要体现以下 属性18 1 1 .计划期的衔接一个生产与批量计划总是在一定的时间里完成的，它从 某个时间点 起， 跨越某个时间 段， 在什么时候结束。 前后两个计划互相依赖，前 个计划的终点是后个计划的起点， 后个计划的内 容是以 前个计划的内 容为基础 的，因而生产与批量计划是计划的计划，它必须适应和兼容生产系统的初态。同 时，它还应为下一个生产与批量计划留有余地，形成了互相依赖、前后相承的关 系。从而具有继承性、 可拓展性和兼容性的特点。 2 .批量的大小和转换成本 离散的部件可分批生产， 大批量可减少设备启 动和转换次数，减少成本;小批量生产则减少在制品存量和增加作用计划的动机 性。因而一个好的生产与 批量计划应根据其目 标和条件来灵活地确定其批量的大 小。 3 .操作顺序在实际的生产环境中，操作顺序是十分复杂的甚至是动态变 化的，因不同的设备有不同的加工时间、加工特性等，所以加工操作顺序依赖于 设备的 选择。因而一个好的 作 业与 批t计划应该对各种加工 操作顺序有良 好的 弹 性。 4 . 随机事件的 干扰 实际的生产环境中具有大量的随机事件， 急件、 缺勤、 西南交通大学博士学位论文第8 页 5 # t it j 漏# 男氰握声戳.载 it f 1j s . 绩效准则和多目 标 企业管理的目 标是使设备和资 源利用的最大化，减 小生产、管理成本， 使企 业利润最大化。而生产作业与批量计划的目 标往往还包 括使作业压力减小 ( 如提高 计划与批量的稳定性、 减少混乱、使员工尽量舒适和 安 抚顾客) ，从而可能会有意降 低设备的 利用率以 减少 库存、 排队 和确保可靠性。 因 而一个好的计划应能 够均衡兼顾这些绩效准则和多目 标。 1 . 2 . 5生产计划与批量优化研究理论和方法 自 从人类社会以 来，生产活动就一直不停地发展着。但真正系统、深入的 生产管理则使发生在二十世纪初，泰勒提出科学管理和时间 研究才开辟了生产管 理 研究的 新天地。 第二次 世界大战产生的新兴学科一 一运筹学，再加上现代数学 及边缘学科和交叉学科的不断涌现，都为生产计划理论与批量优化研究和实际应 用注入了新的活力， 展现出 蓬勃的生机，使生产计划的 理论与批量优化研究更加 丰富、完善。主要有以 下几个方面的内容: ( 一) 运筹学 ( o p e r a t i o n a l r e s e a r c h ) 方法 1 . 解析法1 0 1解析 法包 括数 学规划与随机 优化。 在数学 规划方 法中， 主 要 研究与应用的是线性规划 ( 单纯形法) 、整数规划 ( 分枝定界法、割平面法、 0 - 1 规划) 、动态规划 ( 网络计划技术) 、非线性规划、目 标规划、多目 标规划等方法 以 及数学分析中 经典的拉格朗日 乘子法。在随机优化方法中， 排队论、 存贮论与 可 靠性理论。 但是，由 于 作业计划是n p问 题 4115 ， 求解过程中 会产生组合爆炸， 到目 前为止，还没有一套行之有效的方法。 2 . 启发式方法11 0 1启发式方法是寻求解决问 题的 方法和策略，是面向某种 具体问 题的 一种方法。 它 建 立在经验和判断的基础上， 体现了 人的主观能动性和 创造力。 对启发式方法主 要集中 在调度准则上，不同 的调 度准则则适用于不同 的 生 产系统和生产环境。启 发式方法强调满意解原则， 因而 求出的解未必满足所有 的约束条件，并无法确定 优劣，从而需要专家的经验来判断。 ( 二) 控制论方法 控制理论 1 是一门 发 展比 较成熟 理论， 它是美国 数 学家维纳于 1 9 4 8年创 立，其标志性著作为 “ 控制论) ) 。企业生产计划与批量管理的控制原理，是运 用控制的 荃本理论来揭示生 产管理中 关于控制职能的本 质和基本规律。 利用控制 理论来处理生产计划与批量问题， 使之对信息的不确定性具有一定的适应能力和 良 好的弹性， 从而减少设备故障、原料短缺、随机定货、员工缺勤等随机因素对 fv ak 4 #tl;jt it v j m v % . 翼卿 戮 h 粼蒸 h fi f .遵 1些 k s 星 - - h i 进 , 西南交通大学博士学位论文第 9页 真 瓦 弃 矍 祥 箱 骊显截糯层券荷疑芡藕而薇菠林海系r家 这种选择就确定了各项工作的顺序、维修计划、加班及原料订购的时间所形成的 轨迹，使受控系统状态从无序到有序的转变，这条轨迹应保证信息的畅通，否则 计划的实现就会落空，达不到合理组织生产、优化资源的目的。 ( 三)离散事件系统的数字仿真 离散事件系统叫是指事件的发生过程在时间上和空间上都是离散的，它和 连续系统有很大的区别。 在这类系统中， 各事件以某种顺序或在某种条件下发生， 并且大都属于随机性的，或是由于有随机的 输入，或是由于系统元素的属性值作 随机变化，使得不能用常规的方法去研究。在离散事件系统的仿真中，系统变量 是反映系统各部分相互作用的一些事件，系统模型则是反映这些事件状态的数 集，仿真结果是产生处理这些事件的时间历程。 多数制造系统非常复杂，不可能用数学解析的方法进行定量地描述，仿真 技术是处理这类问 题的有效手段.系统仿真并不是单纯追求系统参数之间的数学 关系，重在对系统过程中逻辑关系的描述。在生产计划与批量优化研究中应用仿 真技术不仅能对系统进行比较、分析、评价和选择，分析生产系统随时间变化的 动态特性，而且能够选择系统结构和优化系统的参数。 离散系 统的建 模方法(1 3 1 有事件调 度法 ( e v e n t s c h e d u l i n g m e t h o d ) 、 活动扫 描 法 ( a c t iv i t y s c a n n in g m e t h o d ) 和 进程交 互法 ( p r o c e s s i n t e r a c t i n g m e t h o d ) 。 离散 事 件系统的仿真技术可以将具有优先规则的启发式方法组合起来， 提出交互仿真工 具的 概念 ， 用户能够看到动态显示的 模型， 并与模型对话， 对模型进行执行、 修订和 停止等操作. ( 四)人工留能的方法 在人工智能g + 1 s 领域内， 专家系统首先被应用到生产计划中，己 经取得了 一 些成功的范 例， 但其广泛应用还存在着一些问 题， 深入研究还有必要。专家系 统的 适应性差，因为专家系统的知识库往往有限，它较适合相对稳定的系统，然 而， 企 业的 生产系统高度不稳定， 计划与 批量目 标常常由 于随机因 素的影响而改 变， 并 且是多目 标的、 动态的、 冲 突的， 从而专家 系统的 适用 性较差。 甚 至 有人 认为对 制定 生产作业计划与批量 优化研究有无专家系统表示怀疑。因为生产作业 计 划与 批量