生产调度总体说明及现状

生产调度近年来人们将制造技术与当代信息技术、自动化技术、现代管理技术及系统工程方法相互融合,提出了柔性制造系统、计算机集成制造系统、敏捷制造系统、精良生产系统、虚拟制造系统、企业资源规划、仿生制造系统等许多先进制造模式,尽管这些先进制造模式的原理和实现技术存在很大差异,然而它们都是通过合理配置和优化内外资源、缩短制造周期、降低生产成本来解决企业普遍面临着的许多共性问题。生产调度(ProductionScheduling)正是有效的资源配置和优化手段,能够将作业均衡地安排到各处理机上,并合理安排各作业的加工次序,在满足系统约束条件的前提下优化相关性能指标。因此,生产调度很自然地成为以上各种先进制造模式共同关注的核心内容和重要组成部分。德国汉诺威大学生产系统研究所曾对6个不同行业的企业做过调查,调查结果表明:零件实际加工时间大约仅占总加工周期的15%左右,而85%以上的时间用于等待、搬运和排队。因此,研究先进而实用的调度与控制算法,开发高效而稳定的调度与管理系统已成为企业界的迫切需求,也是理论界的研究热点。1生产调度分类与策略作为管理科学、机械工程、应用数学等多学科的交叉研究热点和难点,生产调度有着深刻的实际背景和广阔的应用前景。生产调度是为完成若干项任务将所需要用到的人、财、物等资源进行最优分配、最优排序。1.1生产调度的概念定义1:针对一项可分解的工作,探讨在尽可能满足约束条件(如交货期、工艺路线、资源情况)的前提下,通过下达生产指令,安排其组成部分(操作)使用哪些资源以及加工时间和加工顺序,以获得某些性能指标(如生产周期、生产成本)的最优。定义2:在给定产品集、计划周期、加工资源集和各产品加工工艺条件下,关于what,when,where,how的一个决策过程。What确定在具体的计划周期内生产的产品品种及其数量。When确定每一个具体操作的开始时间和结束时间。Where确定执行每一个具体操作的设备或处理单元。How确定产品的生产批量、产品进入生产系统的方式、加工设备选择规则、加工优先级规则和中间存储策略等。调度系统的功能在于组织生产过程,一个理想的调度系统要通过合理的生产组织工作,使产品生产的各个工艺阶段、各个生产环节和各道工序之间相互衔接,协调工作,从而保证各种资源得以充分利用,以达到按质、按量、按期、按成本生产出合格产品的目标。调度作为一类复杂的组合优化问题,具有多约束、多目标和随机不确定性的特点,其求解过程的计算量随调度问题规模呈指数增长,绝大多数调度问题都属于NP完备问题。经1.2致生产调度分稿类途生产调度的分交类方法很多虑,晒主要有以下几户种况:讲a.自根据加工系统姑的复杂度轮,葛调度可以分为谊单机调度、多丝机器并行调度贷、度FlowS匆hop阀调度、哑Open翼诚Shop扭调度、唤JobSh许op汗调度等几个基仅本类型溉;框b.皮根据优化准则完,慧可以分为基于足代价的调度和登基于性能的调软度别2吩大类长;宋c.遵根据生产环境军的特点危,歌可将调度分为样确定性调度和棚随机性调度律;零d.勿根据加工任务产的特征晴,捎可将调度分为匠静态调度和动姨态调度。应实际的调度问昌题往往是由厕FlowS慌hop辉和样Job样糠Shop终等基本调度类肌型组合而成蛇,泉基于代价和性堪能界,砌且是随机性的拉、动态的。鸦一般的调度问棵题都是对于具阀体生产环境中骂的复杂的、多观目标、动态的古调度问题的一足种抽象和简化候，因而对一个友调度算法可以歇通过其如何表尺述这些复杂性程进行分类。而思能否适应千差播万别的实际生获产环境，能否膏取得令人满意驴的优化效果，刃就成为了评估触这一个调度算路法的主要标准共。秩其分类可以是类：虑(虎1)茄加工系统的复歇杂度洒根据其加工系稠统的复杂度可变以将其分为单贺台处理机、多牙台并行机、作沉业车间调度遭(指JobSh搞op)收和流水车间调增度臣(刻Flow根Shop)茂。谦单台处理机调仍度舱(共Single斯Shop)稍：在这种车问古中，每个零件鞭只能有一道工芬序。单机调度蕉问题是最简单内的形式，在这志种情况下，要蜡求每个加工任连务都要在一台熄机器上执行一溪次，为此存在权任务的优化排算队问题。单机朵的排序与调度棋是国际上研究取得比较多的模争型之一。名Smith桑解决了约束条司件为交货期的描最短加工时间旦的排序问题；鸣李凯等研究了听以作业完成时枝间之和最小化箱为目标函数的培单机调度问题飞；伴K_aspe晕rski策提出的带模糊捐参数的单机调舒度问题的昌5翅个模型㈣亭J(或其中和3炕个是词NP涝问题菜)汽等。丸多台并行机调递度：并行机调喷度问题与单机刺调度问题有些岸相似，不同的遣是每个加工任陷务可以在任意菊一台机器上加组工一次，它比衫单机调度问题章的优化问题更久为突出。那Bogdan芦Filip倦i宣等用遗传算法凡解决在并行机弄上的创JsP浆问题；黄明等巴研究了带工艺顿约束的并行机欧生产调度问题龟p51浴。外作业车间调度蜂问题宋(研Jop凯．矮shopS丢chedul为ingPr冠oblem答，简称为助JSP)蜓：是许多实际讯生产调度问题益的简化模型，创因此其研究具躬有重要的理论隙意义和过程价场值，它也是目锅前研究最广泛印的一类典型调签度问题。其不腹限制作业操作刑的加工设备，渗并允许一个加过工任务具有不日同的加工路径帜，在这种车间骗中，机床设备颜的布局可以是主任意的，因此既零件的加工路统径也是任意的蜂，并且各零件踩的工序内容和况数量也是任意龙的。传统的启穷发式算法用于求解决奶JSP线问题其计算规抬模小；鉴于局辽部搜索算法的油缺点，近年来健进化计算、模饥拟退火、禁忌逐搜索、噪声方却法、混沌搜索枝、变邻域搜索榆、隧道法等改犯进型领域搜索振算法在作业车勇间调度领域得宁到了广泛的研漫究与应用。研锣究表明，遗传货算法对求解作醋业车间调度问桐题具有较好的桶效果。趴Ponnam纽balam哈等首先用后GA飘方法应用到多奏目标的厕jSp饰；林Park澡和瓦Bauff售ann宝研究了采用堆GA截方法的具有优切先约束的搭JsP役问题【．本Haibin若将装GA狮与神经网络结难合求解苗JSP西问题。由于勾JSP擦问题通常存在嫌众多的约束，肝使其成为非常完难解的体NP礼完全问题。亿流水车间调度雹问题咏(阵Flow坐．彩shopS伯chedul慈ingPr喷oblem音，简称为选FSP)担：假设每个加坟工任务都要在嘉所有工序中的角机器上加工一志次，并有一致壁的加工操作和业加工顺序；在轻这种车间中，器每个零件都有倦相同的加工路布径。这样，机质床设备的布局何如同流水线一蜻样，零件一次就从流水线的一厅端流进，最后纺从另一端流出腰。它是目前研构究最广泛的一酷类典型调度问娘题，引起了许乒多学者的关注怎。整数规划和爬分枝定界法是幼寻求最优解的身常用方法，但内对于一些大规稿模甚至中等规赏模的问题，整呈数规划和分枝相定界方法仍是调难以解决。遗恳传算法、模拟咽退火和人工神检经网络等方法境已经用于求解柔流水车间调度盗问题，抽Masato旧shi嫂等研究了模糊逢交货期下的流谨水车间调度问剥题，戴绍利、肥王浩和黄宇纯螺等结合遗传算舰法和启发式规杏则求解芬FlowS度hop侵调度问题，大尚量研究表明，厘3许台机器以上的融流水车间调度门问题是一个压NP背完全问题，至千今没有一个多穿项式复杂性的队全局优化算法舞。蝴(婆2)次加工特征穿加工任务或被剂加工工件的特闯征主要表述为慨加工任务或者肠被加工工件是点否有优先制约疏、以及其他各片种类型的约束为条件、任意释辞放期或等释放拌期、任意加工谷时间或单位加愤工时间、加工轿任务是否需要良拆分和组合等抖。揉叼根据这一点可洒以把生产调度屈问题分为静态线调度问题和动粒态调度问题两疑大类。拐静态车间调度尖(贫Static刻Sched翻uling)以：静态调度是她指所有待安排苍加工的加工任肝务或工件均处袄于待加工状态匠，进行一次调彼度之后，各个骗加工任务或工掌件的加工顺序时就被确定，在吃以后的加工过狭程中就不再改芹变。车间的调政度不考虑零件未在加工过程中脉出现的意外情漠况，如机床突欲然损坏、零件绕的交货期提前改、有更紧迫的凤零件要求被加警工等等。肯动态车间调度披(纽Dynami很cSche塘duling败)献：动态调度是笔指加工任务或揉工件依次进入茧待加工状态，不各个加工任务左或工件不断进茂入系统接受加烛工，同时完成桐加工的加工任醉务或工件又不袖断离开，还要屑考虑加工环境括中不断出现的撑不可预测的动便态扰动，如操牺作的超时和设帆备的损坏等，虹因此动态调度国要根据系统中反加工任务或工透件、设备等的盗状况，不断地坦进行再调度。浊张纪会等提出美基于贴GA耽的机器学习算桂法，用于动态争调度中的知识慎获取，孔Kim瘦等提出了基于雨规则的再调度兆系统，蔽Ko证等提出了动念夸平移调整法仗(耀DSMM)困、并行单元操等作法章(堡PYOM)什和单元有效检夜测法烂(棕UV势VM)氏等动态重调度送策略劳1761供。其他还有滚毒动优化调度、收最小影响和最洗小斯Makesp碧an墙双目标的柔性宣过程动态调度元。立生产调度的柔购性体现在设备怕使用和设备安月排两个方面，没设备使用的柔特性是指设备可舱用于多个工件脑的多个工序的谣加工；设备安释排的柔性是指姨设备加工路径搞不是固定和预割先确定的，具总有可选的路径杀，可以通过将晶若干机器组织兴为一条或者多啦条生产线加工卖一种工件，使阀得该工件生产扇率最大。生产堤调度的另一个邻柔性体现在柔况性制造系统锅(影Flexib港leMan际ufactu店ringS限ystems热，伯FMS)却，协FMS毙问题包括：工和件选择分配、腾设备分组、生摔产率确定和设迷备负荷、工具装分配等问题，安它的约束包括其设各工具集的裁容量限制、设妄备可用时间和尺设各负荷等。耳国外对车间管仓理系统的研究壁主要着重于对京FMS竹的应用研究，轨因为一些制造擦企业，如飞机烫或汽车制造公初司，资金力量拒和科技力量较副为雄厚，它们鹿直接进行了有陈关箭FMS答的研究与开发奏，并且取得了筝较为明显的效稻果。国内对车笔间管理软件的才研究起步较晚敌，智能调度系激统隶属于企业傻资源计划狮(绝Enterp槽riseR招esourc勒ePlan灌ning傍，遣ERP)牵的决策支持系下统，而决策支真持是目前超ERP揭发展的热点之余一。近年来许纠多企业已经实旺施了完整的片ERP莫系统，并已经睬形成了准确的弄、及时的、完飞整的管理决策宁基础数据，如膏何有效利用和窗挖掘这些信息来数据，参与决抄策，实现决策猾支持已成为当千前及今后驰ERP医的发展趋势和州目标。大部分疲工厂由于技术廉上的制约，它焦们没有找到好吵的车间作业调狱度方法，基本胖上是靠调度人次员的经验进行统车间作业分配总和调度。随着侵遗传算法在作苏业调度方面的帽应用，我国有祥一些高校和研早究机构，例如好清华大学、上尤海交通大学、但西安交通大学腊、北京机械工向业自动化研究摄所等进行此类宇问题的研究，吩并已开发出相照应的计算机辅眯助生产调度与隐管理系统，逐石步从理论研究柱阶段走向应用食阶段。随着各别种特殊调度问迷题的攻克和新押方法、新设备让的出现，车间谷调度研究正在恳向动态、敏捷脚、多资源、智潮能化的方向发跌展。另外生产类的发展对调度赛方法也不断提疮出新要求，从酱单机调度、并提行多机调度、扣流水车间调度申到复杂的衔FMS楼生产调度问题与。即对调度的研究液提出新的挑战鸦。府1.3节生产调度策叮略株调度策略是调祸度的高层次部啄分季,穷由于一般调度功问题的复杂性羽,甩各种不同的具欲体问题往往有艇很多不同的解哪决方法调,读因此需要从策寸略上去考虑调摔度问题朝,拐形成各种研究乎方法策略以指回导对调度的研白究。目前调度续策略大致可以银分为以下几种泊:隆(祥1)护并行或分布策球略替;荡(株2)祥分解与成组策福略感;冈(畏3)译人机交互策略播;期(洋4)液实时或动态重欣调度策略北;耳(踪5)毅多目标决策策富略墙;日(伙6)拣生产计划与调抱度集成策略皆;浴(萌7)雪异地分布式调雄度策略。膜2性耀生产调度方权法研究现状渐调度研究的核粥心内容和重点遮是调度方法。渡尽管调度方法说逐渐走向复杂萌化和多元化扬,办但是它们基本员上可以归结为阁4津种类型坝:申基于运筹学的枪方法、发式调川度方法、基于蔑仿真的方法和绞基于人工智能妹的方法。如a.句基于运筹学的盘方法跌。菜基于运筹学的阴调度方法是针肢对传统的调度毯问题隆,碍主要有时:奋线性规划、混毛合整数线性规体划、动态规划灭、拉氏松弛法撒、分枝定界法配等剪,毁它们的共同特俊点是寻求调度溜特例的多项式蒙时间最优或近嘴优算法担,荐而且随着研究诸对象规模的扩升大以及约束条垄件的复杂化羞,私计算时间将呈窑指数化增长量,留因此它们主要断适合于处理较误小规模的调度绍问题。乖b.机启发式调度方芹法湖。固启发式调度方乱法因其易于实胞现、计算复杂激度低等特性摔,旱能够用于动态撒实时调度系统左中楚,严许多年来一直步受到学者们的研广泛关注王,塞并不断涌现出置许多新调度规序则。启发式调厘度方法的不足沃之处是往往找悬不到全局最优妥解。险c.沟基于仿真的方常法沈。眠仿真调度方法跑是通过对仿真留模型的运行来适收集数据屡,白并运用这些数倒据对实际系统嘴进行性能和状窗态方面的分析稼,溉从而对系统采俭用合适的控制像调度方法。唯纯仿真法虽然沙可以考虑解析吓模型无法描述酬的因素培,下并且可以给使门用者提供一个汉调度性能测试壶的机会辰,杂但其不可避免巧地存在以下问驱题库:目(揪1)醒缺乏理论意义抱;仍(森2)捡应用仿真进行庸调度的费用很衬高蚕;也(列3)躬仿真的准确性卸很大程度受编衣程人员判断和凳技巧的限制。环d.挺基于人工智能驴的方法晋。禾人工智能尺(芦AI)元应用于调度系迷统的标志是睁1983酬年金Carneg正ieMel泽lon龙大学的刑MFox启在博士论文中伴开展基于约束怒传播的智能调傲度。人工智能融调度方法是基筒于人工智能技愁术和人类调度恼专家经验对调羊度问题进行建场模并求解的方匀法总称池,守主要包括以下妇几个分支匙:导(杨1)挠启发式搜索算历法株,棍该方法包括宽扩度优先搜索、巾深度优先搜索醒、常Beam除搜索、宁A穗或跟A哈算法。醉(垒2)么专家系统谈,同它根据系统当途前的状态和给受定的优化目标牲,柜对知识库进行伞有效的搜索并秀进行模糊推理档,加选择最优的调该度策略唱,煌为在线调度提案供智能支持。虚ISIS午是第一个旨在攀解决嘱JobSh后op娱调度问题的专蠢家系统。调度荐专家系统可以双产生复杂的启呀发式规则企,骡利用定性和定飞量知识择,却具有智能性。航但是开发周期亚长、费用昂贵可且所需的经验懂和知识难以获萄取。冈(途3)倾基于带Agent千的调度方法阀,资该方法是针对努日益广泛的分熄布式调度而兴斤起的一种新型墓有效调度技术丢,楼吸引了众多学织者的目光。立骆(摊4)扯约束规划对,穗它是通过限制棒变量选取顺序榴和变量赋值顺倍序来减少搜索逼空间的大小。荒生产调度系统堆OPIS伍产品族是比较劈典型的基于约币束规划的调度之系统。约束规酒划方法由于考伸虑多种约束最,测所以求解代价洗和求解难度比炕较大。局(灵5)抢基于神经网络灰(称NN)护的方法斩,碑它具有一定的偿学习能力售,吵网络的权值也办有明确的物理哄意义。但存在皮学习效率差搅,鼓速度慢链,诱难以表达多知名识等问题。封(假6)避基于模糊数学宪的方法恒,钞针对实际调度谱问题的随机性猜和模糊性螺,芦模糊数学理论哑被引入调度领喜域并形成一个炉新颖的分支林,井例如添Didier彩Duboi接s岁等采用基于模套糊约束扩展代色替清晰参数的耀表示法对韵FlowS鱼hop生进行调度。帐(犯7)刷遗传算法没(铜GA),万它是坛Hollan垒d旬教授基于自然油遗传进化模型神提出的并行优琴化搜索方法等,状它的最大优点沿是利用群体间颂的相互作用警,照保持已经搜索乐到的信息武,肺王凌花[21]拣对遗传算法在情调度领域的应姓用进行了比较徒全面的总结。低然而胳,眉遗传算法也存序在计算速度较杂慢和早熟的问博题。

聚焦(博8)瓶模拟退火算法张(净SA),封由于模拟退火根算法要求具备膛足够高的初温复和足够慢的降扇温速度暑,永才可能收敛到概全局最优值堵,鸟是一种计算效春率比较低的串鞋行优化算法改,干所以一般都要牲对它加以改进度。甩(腔9)雾禁忌搜索算法器(坟TS),拉它通过引入一毕个灵活的存储誓结构和相应的秃禁忌准则来避视免迂回搜索警,必并通过藐视准堪则来赦免一些壳被禁忌的优良帆状态万,选进而保证多样医化搜索以便实通现全局优化。浅然而禁忌搜索耗算法的搜索性怎能完全依赖于浙邻域结构和初文始解。窝(浓10)敬免疫算法刺(狠IA),绳它是最近才提禁出的一种新兴惜优化算法稠,因是一种模拟生将物免疫系统功给能的全局搜索叙智能算法球,淋凭借快速的收宿敛速度和强大浴的全局搜索能蕉力紧,纳免疫算法为调论度问题研究开介辟了新的思路捐。响综上所述畅,拒调度研究至今咐尚未形成一套恐系统的方法和私理论斑,剪理论研究与实蓝际应用之间还钩存在着很大差线距。实际应用夫中的一些调度削方法能够响应俩系统的动态变认化韵,貌但不能保证得咳到好的调度呼;鞭一些理论上的夜最优化方法能痛提供最优调度米,亲但由于计算复挑杂性临,燕并且忽略了很醉多实际因素屈,掩离实际运用还挡有较大距离。约3水．生产调度问拢题的特点沸生产调度问题饼一般可以描述鸡为：粥n标个工件在雷m辣台机器上加工彻，一个工件差k乓道工序，每道扛工序可以在若廊干台机器上加拍工。每台机器休在每个时刻只君能加工某个工间件的某道工序教，而且只能在嚼上道工序加工名完成后才能开脆始下一道工序惧的加工。队生产调度是根售据加工对象的尿加工廊需求，运用不迁同的调度决策瞎规则和优化算旧法，规划系统奋的加工事件，阔并根据系统动驱态仿真运行的叼结果或者优化酱结果形成最佳甜的生产加工顺兴序，同时实现堆设备集和任务腔集的合理最优瞎化结合胁调度的特点是秋多个工件在有瑞限的机器上加批工，每台机器忽在切换不同的颠工件生产时需毯要一定的准备适时间。调度的销决策内容包括晶分配决策最(施工件的加工顺勺序症)粱和时间决策态(降工件各工序的纹加工时间廊)钱以及路径决策健(扩工全件各工序的加犹工设备的分配鸽)汤。筑主要特点：辜（图1炕）复杂性：从莲原材料到产品章，各操作任务娱相互影响、相隶互作用，加之狡产品工艺的多喊样性和环境条窗件的不确定性吧，随着调度问苍题规模的增加竿，调度方案和漏求解调度问题呢所花费的时间驻呈指数性增加扔。由蛇于管N僻P害完全问题的难恶解性，如今人辩们不再苛求能桂够在自己可接劝受的时间内找袭出问题的最优硬解，而倾向于轨针对具体的组悲合优化问题设扛计算法，以求瓦在尽可能短的庙时间内找出尽因可能好的恋解浇—乖—欢通常所说的次仇优解。插（赠2掩）不确定性：匪生产调度的不像确定性主要表娇现在随机性和程模糊性。按照镰不确定因素的花来源。企业经练营和生产过程它的不确定因素千可以分为系统浸固有的不确定凑性、生产过程腥中产生的不确罢定性、外部环逃境的不确定性阳、离散不确定掌性四类。碰（喘3秘）多约束：生齐产资源（人力咬、原料供应、艘设备生产能力召）的数量、缓敏存容量、市场冷需求、产品的拘交货日期以及农产品的工艺流吐程等都是约束裳。众多约束限轨制使调度问题烈建模和求解更巾为复杂。状（浮4池）多目标性：典调度优化的目桨标多，如最短峰生产期、最大忆生产利润、最写小提前／拖期染惩罚、最小费踪用及最满意程螺度等。这些目编标之间往往有云抵触，使各个跌目标都最优往周往是很困难的敲。生产实际中野优化目标常常堂是多目标的综亦合考虑，包括汇成本、资源利详用率、利润目塔标等。茧4盏．离散型制造泽生产调度问题岸的分类公（增1尘）按系统处理粮的复杂性寨。徐副可分为单机储、多机并行枝、驱Flow-S丘ho奸p糖、古Job-Sh组o乏p堤和计Open-s鸣ho盟p当。单机指的是角所有工件均需追在指定的单台爹机器上加工完洲成，即单机排集序问题；多机灯并行指的是能简够完成某种功禾能的机器不止皱一台的种类趴；府Flow-S执ho俊p古问题是指所有极工件的加工路躲线完全相同，隆机床设备的布亚局如同流水线劳一样，零件依去次从流水线的旱一端进入，最舌后从另一端流群出。简称叛为认FSS素P智（虾Flow-S黎hopSc怕heduli妥ngPro膨ble省m衡）；瑞而邮Job-Sh内o越p吧机床设备的布秤局可以是任意菊的，零件的加巴工路径也是任缸意的，并且各扰零件的工序和秘数量也是任意利的，简称祖为嗓FSS璃P口（妄Job-Sh势opSch枪edulin厕gProb寺le老m惧）宰。张Open-s扔h遇o壶p吊指每个零件的考工序之间的加基工顺序是任意个的，由调度者往来决定。棒（门2吸）基于目标指乞标可分为调度扩费用和调度性斧能两大类。偏常用的主要指荡标有使生产所障有工件的总时安间球（杆make拼愉spa冲n繁）最少；使所身有工件的平均落驻留时间类（剥MeanF适lowTi卸m虾e逆）最少；使最营大或平均延滞赔（低Maximu肠m译／合meanT劲ardine锻s阁s露）最小（其中赌延滞指产品完窝成日期和它的燥交货日期之差可的绝对值）；督使切换或装配导（册Change锯ove单r滤／亲Setu悼p徐）的次数（费殊用）最少；使睡生产总成本（棋包括各种生产敞费用，库存贮真备费用，切换转损耗等）最低冒。技（驱3叉）按调度环境文的特点可分为怨静态调度和动姓态调度。矛静态调度是指围待加工的工件穷集合和加工时姥间是确定的，熟且生产时待加读工的工件已经工全部到位，即锐静态调度要求们利用整个生产剥系统的全部信姑息，是信息完兔全的调度，不慕考虑零件在加建工过程中出现警的意外情况，户如机床突然损艇坏、零件的交苗货期提前、插晌单等等；而动咳态调度是指加徐工工件的数目岛和相关的参数弦随时间变化，飘是信息不完全棋的一类调度。促（丹4疼）按资源约束呢种类和数量可休分为单资源车刘间调度悦（芬Single足Resou畜rceCo卫nstrai旷ne录d婚）和多资源车良间调度幻（镰Multi插Resour掠ceCon多strain途e食d挽）。律前者指只有一唐种资源制约着须车间的生产能立力。后者指同偷时有两种以上崇的生产所需资亩源制约着车间伞的生产能力。胖这些资源包括资员工、机床设宋备、机器人、渴物料运送系统昼和辅助资源，粥如货盘、夹具位和刀具等。选（夜5输）按是否考虑轧不确定性因素秀：可分为确定椅性调度和不确龟定性调度两类轰。绘确定条件下的幼调度是指调度貌中所用的参数柱都是确定的数禾值。不确定性侮条件下的调度会是指生产过程根中的某些参数栽不是固定不变累的，而是与处捧理批量的大小座、处理时的反呜应温度、液体贱的流速和反应定罐内的压力等剃因素有关。以5咳．生产调度问牙题优化的主要前目标驰（率1奏）最大能力指核标馆，包括最大生个产率、最短生守产周期等，它洲们都可以归为妙在同定或者无疤限的产品需求并下，最大化生助产能力以提高颠经济效益。在餐假定存在连续拣固定需求的前少提下，工厂通简过库存满足产屑品的需求，则刻凋度的主要目模标是提高生产阔设备的利用率咏、缩短产品的忠生产周期，使湖工厂生产能力带最大。体现该耗类性能指标的饿主要有：生产愈所有产品所需来要的总时间瓶即烦make孙贼spa鸽n蹲；产品的平均丰流时间宾（届FlowT量im摊e仙）即产品完全稀通过生产过程倘所需要的时间室；机床利用率尿（雁Machin怒eUtil疮izatio业n滋）即最大机床安设备的使用效校率；人员利用乳率国（疫Worker妇Utili婶zatio印n乞）为最大加工叛人员的使用效碑率等；它们可疗使过程的资源轰利用率与生产赚率最大。戴（估2妄）成本指标背，包括最大利构润、最小化运蹦行费用、最小舅投资、最大收守益等，其中收柴益指产品销售神收入，运行费漂用包括库存成汤本、生产成本惨和缺货损失等喇。徐（盛3睁）客户满意度画指标朴，包括最短的广延迟，最小提帖前或者拖后惩宿罚，平均延迟井时间匙（颂MeanT恢ardine执s相s争）最小等。服在多层调度结仅构中，高层生米产计划完成原贝料的分配，通短常基于经济的公目标函数；低铃层调度完成任院务的排序与调义度，通常基于娃性能的调度目分标。在传统的杰调度中，一般符以平均流通时辟间最小、制造糖周期最短、满四足交货期为调权度目标，而在挂实际生产中，或由于提前完成庸的产品必须保扰存到交货期，血而拖期产品必互须交付违约金竹。因此，在实健际调度中更加郊重视提前或者感拖后惩罚调度湿。痰4.驰智生产调度基本多要求燥对生产调度工薪作的基本要求样是快速和准确辱。所谓快速，焦是指对各种偏把差发现快，采术取措施处理快接，向上级管理岂部门和有关单灾位反映情况快辈。所谓准确，诊是指对情况的相判断准确，查搅找原因准确，旗采取对策准确都。为此，就必宅须建立健全生阴产调度机构，服明确各级调度旷工作分工，建凡立一套切合实飘际和行之有效汁的调度工作制给度，掌握～套术迅速查明偏差哄产生的原因，伐采取有效对策住的调度工作方拜法。存对生产调度工僚作的其它一些午要求如下所述惹：女(蜂1)膏生产调度工作肚必须以生产进吩度计划为依据研，这是生产调倘度工作的基本骗原则。生产调投度工作的灵活驱性必须服从计寸划的原则性，哨要围绕完成计慧划任务来开展董调度业务。同瓶时，调度人员驻还应不断地总艇结经验，协助然计划人员提高唐生产进度计划祖的编制质量。潮(与2)琴生产调度工作堆必须高度集中既和统一。现代软化大生产中生亡产者成千上万浩，生产情况干云变万化，管理震就必须统一意永志，统一指挥竭，建立一个强羞有力的助手。未各级调度部门砖应根据同级领形导人员的指示求，按照作业计僵划和临时生产在任务的要求，默行使调度权力咱，发布调度命浸令。各级领导旗人员应充分发许挥调度部门的黑作用，维护调清度部门的权威聚。毕(总3)赠生产调度工作棕要以预防为主隆。调度人员的包基本任务是预揭防生产活动中唐可能发生的一税切脱节现象。赌贯彻预防为主伙的原则，就是葛要抓好生产前舅的准备工作，恋避免各种不协愤调的现象产生黑。在组织生产抗的过程中，不碧仅要抓配套保延证装配需要，强还要抓毛坯保偷证加工需要，偏才能取得调度扩工作的主动权薄。鱼(助4)治生产调度工作肆要从实际出发狡，要经常深入基生产第一线，疑亲自掌握第一始手资料，及时扣了解和准确地设掌握生产活动泰中千变万化的丈情况，摸清客却观规律，深入缝细致地分析研拔究问题。窗5.属姥生产调度的分仓工伍企业的生产调司度部门，是实狂施生产作业爸(克进度忙)涛控制，进行日皮常生产管理，荡以实现生产作裤业计划的责任港部门。因此，乱每个工业企业饺都应该按照上叙下贯通、左右掉协调、集中统搭一、灵活有效形的原则建立起判生产调度工作厅系统。在各个量生产环节中都商应设置专职的宵或兼职的调度吧机构和人员，诸负责处理日常练生产活动中产存生的各种偏差谱。一般大中型纤企业设厂级、凤车间和工段三彼级调度。即厂剂部以主管生产刻的厂长为首，醉设总调度室海(付或生产科内设踪调度组约)笛执行调度业务乘；车间在车间烫主任领导下设谨调度组端(漫或调度员券)晋；工段柴(躁班组闯)男设调度员，也请可由工段长蔽(璃班组长恒)抚兼任；在机修缸、工具、供应邮、运输、劳动扑等部门也要建贵立专业性质的犯调度组织。裁调度机构的分微工应根据集中洲与分散相结合溜的原则，以及追每个企业的生此产技术特点来备决定。对于生月产过程连续程谨度较高，各个密生产单位之间姻生产活动联系滴紧密，生产安僚全问题比较突怒出的企业捞(救如化工厂、冶邪金厂、流水作桃业的机械厂等岛)垮，生产调度的胜集中程度就要坡大一些。反之脏，厂内各个生讯产单位的生产阶活动独立程度状比较高的企业岁(遭如特种工艺美似术厂、单件小楼批生产的机械时厂等仅)秤，生产调度工洽作的集中程度贸就应该相对小轨些，可把较多何的权力下放给愤基层。效调度人员分工丢，一般有以下陷三种方式：怒(兽1)损按产品分工。词由每个调度员期主管一种或几亿种产品的调度送业务。从所管纠产品的生产前稻准备、投料、拜生产，一直到拜产品完工的全陪过程，都由分铅管调度人员包蝴干负责到底。捎这种分工的优绝点是：调度人票员了解所分管哲产品的全过程溉，责任明确，湿特别适用于生照产周期长的产塞品和新产品。绑缺点是室：榨容易发生对车壮间菊、蔑工段的多头指代挥，影响调度涝工作的集中统位一。运(帐2)好按车间、部门说分工。由每个仁调度人员分工斩主管一个或几集个车间潮(俱业务部门券)推的调度工作，周全面掌握所管餐车间菊(揉或部门帆)咽所有产品的生击产及业务活动筝。这种分工的拔优点是：调度赠人员能全面了买解该车间生产膊各种产品的情妙况结(各或该业务部门于的全部情况尽)门，便于统筹兼开顾。其缺点是惨：不能了解产概品生产的全过涂程，容易发生钻前后脱节的现钩象。对于品种者较稳定的成批席大量生产，宜弟采用这种分工渡方式。存(浩3)往按产品按车间从相结合的分工炊。即对稳定生到产的品种，实产行按车间分工皂的方式，对特浆殊的、难度大遇的、生产周期诵长的产品，设贴专职调度员，销以保证此类产喜品较顺利地完断成生产全过程屈：同时又尽可晓能减少各种产令品相互冲突，隙对车间、工段眯多元指挥的现毅象。此外，厂缩级的设备、工靠具、供应、运启输、仓库、劳趴动等部门，可消根据实际需要鹊，设立调度组丛，或指定专人酷负责调度工作影。警6.预汉生产调度优化丸技术研究蔽生产调度问题浴一般可以描述拖为：甩个工作怕在悬m笨台机器上加工淋，一个工件分龟为铁k饲道工序，每道乖工序可以在若美干台机器上加怒工。每一台机辩器在每个时刻刷只能加工某个友工件的某道工痒序，只能在上虽道工序加工完娱成后才能开始羡下一道工序的进加工，前者称偏为占用约束，闸后者称为顺序叉约束。晓车间调度问题瞎的决策内容包剩括分配决策努(榜工件的加工顺线序员)胞和时间誉决策越(患工件各工序的逗加工时间和)裂以及路径决策刷(念工件工序的加所工设备的分配点)投。随着所求解限问题时间复杂艳度、空间复杂呆度的扩大，组荷合优化问题的雪搜索空间呈几锐何级数急剧扩婆大，以目前一聋般计算机的处获理能力，用枚薄举法有时很难兔或者甚至不可岔能得到其精确楼最优解。所以介车间调度的实霞质属于验NP-Har罪d(Nond量etermi戏nistic遍polyno圆mial刊．扔Hard)等，非确定性多邀项式难问题骆)马组合问题，对专于这类复杂问荷题，应将精力主放在寻求其近创似最优解上。番目前研究车问例优化调度问题肤的技术比较多症，有确定性最很优化方法、基捞于启发式规则底的调度方法、想基于知识的调拒度方法、仿真状调度方法、基锦于离散事件动音态系统的解析如模型方法、启违发式图搜索法掠、模拟退火法撞、禁忌搜索法低、神经网络优裹化、遗传算法窑、拉氏松弛法季等方法等等，犁主要可以分为铲三类，即数学筑规划算法、人符工智能算法以非及其它算法脊。⑴数学规划法岸数学规划方法帅就是将生产调坚度问题简化为摸数学规划模型孝，采用整数规旱划、动态规划你以及决策分析但等方法来解决闯调度最优化或融近似优化问题估，也称为优化惕调度方法或者亿运筹学方法。积生产调度中广抽泛使用的是混革合整数线性规哭划品(咏mixed坦intege脆rline初arpro堆grammi级ng重，浩MILP)迹和混合整数非羽线性规划肉(百mixedi妨nteger号nonl差inear激progra娃mming却，浙MINLP)配方法。数学规辽划方法的优点盼是任务分配和睛排序的全局性卡比较好，所有池的选择同时进跪行，因此可以母保证求解凸和矿非凸问题的全源局优化，但是完，数学规划方碍法是一种精确衔求解方法，它妄需要对调度问晴题进行统一的铺建模，任何参青数的变化会使赖得算法的重用蔑性很差，对于陈复杂多变的生腾产调度来说，城单一的数学规茂划模型不能覆甜盖所有的因素在，存在求解空柜间大和计算困季难等问题。而登且采用基于枚佩举思想的分枝斥定界法或动态缠规划法进行求慎解，属于灯NP肌．完全问题，棉随着问题规模删的扩大，会发向生组合爆炸，桨以致很难用来适求解大规模的运调度问题，因蹈此，这类方法甩通常是一种解端决小规模调度缴问题的有效算杆法。由于数学林规划方法自身钢的局限性，人盾们在运用时，先不得不附加一查些脱离实际环债境的大规模定愈制企业生产调枯度优化问题研泥究聚假设，这在一编定程度上导致吨了其理论研究搂与实际应用之朗间的差距，通起常在采用数学仓划法进行调度钥问题研究时都盘针对实际问题辉进行建模研究矮。跳Coxhea奖d(1994稿)m1绘使用几个经典沸的肉MILP竟模型对炼油厂吹的调度优化进烛行建模；傲Schust只er打和幕Allen(鞋1998)息㈣建立了一个边线性规划模型杏来分配食品加析工厂里的稀有额资源；挑Adelma统n钻等人采用整数毙规划技术来分枯配电缆生产厂曲里的光纤；算Rainer伞E步．腹Burkar互d例等面向化工企返业建立了一个霞通用的壤MINLP挠模型，目标是贿最小化最大完卫工时间坚(顶makspa帜n)在，确定投产批寻量，该文章提脉出采用贪婪启远发算法，并与奋其它启发式算溪法进行比较。矩Roslof扁等人嘴(拉2001)图魄由1庄开发了一种基估于随MILP表的算法来求解扣生产调度和重衡调度喘(毫resehe将duling雾)挑问题，并且在乓造纸厂和制药专厂进行了应用驾等等。颜Patter轮sonJ种．柴H项．晒(诞1984)曲“堂1抽针对大部分计赚划问题属于敏NP终完全问题，数撤学规划如分枝悟定界法接(必BAB)林中对实际问题字求解的计算量府太大的困难，检为了提高效率橡而采用各种改奇进形式的辣BAB戏算法，或者简柄化计算技术。割Koeis断GR勉．等渡(蚀1988)驶嘲提出一种基算于外部逼近的董两步法。絮Pinto吊J苏等提出了一种叮面向连续生产害，基于外逼近架法和蚂Bender愚分解法的解决远方法。主DiazM听．拥S驻等唐(哄1996)扎运用两步法法匙求解实际优化嘱调度问翅题蔬”寿。王朝晖等筑(便1997)斜田验1外采用先Lagran漠gian飞松弛法在一定摧程度上减少了建求解时间。数危学规划方法对气所有参数值的碍确定和排序决索策具有全局的过观点。因此，崖可以同时进行税所有选择，可牢以得到面向凸葱问题的最优结态果。即使求解滨过程在达到最琴优结果前终止窜，也能提供面烫向凸问题的最罪优解的范围。姨从而，可以对翻结果进行评价疲。面向非凸问逆题，它也是一液种确保结果全端局最优的研究罢方向。但是数膝学规划方法仍旁存在一些缺点绍。尽管通用算状法已经十分强察大，通常还是痰不能在一个合樱理时间内的到茅可行的结果，猾因此必须采用握特定的算法。融另一个重要问谱题是关于模型障的任务。用户戏必须以并未考螺虑直观模型的留抽象词语描述民问题。而且通除用的数学模型某几乎不可能在触实际生产中应访用。誓⑵角人工计算智能绳调度奏①茎．模拟退火算崇法乳模拟退火算法柔将组合优化问问题与统计力学弊中的热平衡问列题类比，通过香模拟退火过程缴，可找到全局慎(千或近似瞧)店最优解。模拟基退火法的改进狼算法有加温退粱火法、有记忆称的模拟退火法腰等。由于模拟祸退火算法收敛班速度较慢，很凭难用于实时动痕态调度环境。很②资．禁忌搜索法国对于复杂的组辫合优化问题，缺禁忌搜索也是谦一种通过局域磁搜索以获取最斥优解的方法志TS议也是一种通过鸣邻域搜索解决枪复杂的组合优亮化问题以获取尊最优解的方法爷，活Glover变在文中阐述了兆它的基本原理丹。由于创建和畅确定芦TS喷中诸多的构造樱因素需要一定朱的技术水平，猎TS贤在车间调度问舱题中的应用还受很少。近十年测来，邻近搜索尺法在组合优化院领域，特别是孤生产调度领域隆得到了相当广公泛的研究和应俱用。由于组合渗优化问题通常戏具有大量局部迅极值点，往往纹是不可微的、证不连续的、多都维的、有约束腥条件的、高度堵非线性的滥NP航．完全问题，尺因此精确地求朵解组合优化闯喉题的全局最优减解需要很长的目时间，而且这便些方法常常依核赖于初始解和饼控制参数的选飞取。相③井．神经网络优座化助Hopfie抓ld宾神经网络模型简的提出为求解蔬各种有约束优眨化问题开辟了抬一条新途径。街用庄Hopfie软ld诱网络解决旅行持商问题就是其瓦在组合优化问付题中的最成功伯的应用之一。挨其应用于生产调调度问题中的喘方式主要有三劣种：城一是利用其并湾行计算能力，挑求解优化调度击，以克服调度建的洒NP裂．完全问题：兽二是利用其自渔学习能力，从棒优化轨迹中提面取调度知识；江三是用神经网牵络来描述调度晌约束或调度策雀略，以实现对织生产过程的可杰行或次优调度延。用微Hopfie川ld戚网络解决海TSP番问题就是其在穗组合优化问题影中最成功的范夸例之一．目前篇，应用神经网乐络来解决搂JobSh握op武调度问题的文践献也较多。④．遗传算法透遗传算法称GA现是一种人工智晕能方法，它的斧机理基于达尔富文的生物进化丈论的适者生存王原理，是由美财国密执根大学孝Hollan别d牛教授通过对生沟物进化过程进共行模拟所抽象降出的一种新的厚并