第8章制造系统的调度控-课件

第八章制造系统的调度控制8-1概述8-2流水排序调度方法8-3非流水排序调度方法8-4基于规则的调度方法8-5基于仿真的调度方法8-6智能调度方法

制造系统计划与控制

层次模型经营战略计划生产计划大纲主生产计划车间层计划调度与控制1底层计划调度与控制1工厂级协调与控制战略层决策车间层计划调度与控制n底层计划调度与控制n战术层决策运行层决策物料需求计划能力需求计划一、调度控制在制造系统管理控制中的地位

调度控制的根本任务是完成MRP给出的零部件生产计划。

计划是一种理想，属于静态的范畴；

调度则是对理想的实施，具有动态的含义。

在离散生产环境下，制造系统中零部件繁多，物流复杂、现场状态瞬息万变，因此，没有好的调度，再优的生产计划也难以产生好的生产效益。由此可见，调度控制在现代制造系统的管理控制中具有非常重要的地位。二、制造过程的基本模型L:装卸站（输入）U:装卸站（输出）Wi:工作站Vi:运输装置Qx:工件队列Qv:运输任务队列三、调度控制问题的描述

调度控制问题：如何控制工件的投放和在系统中的流动以及资源的使用，最好地完成给定的生产作业计划。

调度控制问题包括以下子问题：(1)工件投放控制；(2)工作站输入控制；(3)工件流动路径控制（设备选择）；(4)刀具调度控制；(5)程序与数据的调度控制；(6)运输控制。四、调度控制问题的难点(1)现代制造系统中的调度控制属于实时闭环控制，对信息处理与计算求解的实时性要求很高；(2)被控对象：特殊的非线性动力学系统—离散事件动态系统(DEDS)，难以建摸；(3)没有根据被控对象设计控制器的有效理论方法。状态反馈X输入R输出C调度控制器制造过程控制U五、解决调度控制问题的方法基于排序理论的调度方法：流水排序、非流水排序；(2)基于规则的调度方法：启发式规则调度方法、规则动态组合调度方法等；(3)基于离散事件系统仿真的调度方法；(4)基于人工智能的调度方法：模糊控制方法、专家系统方法、自学习控制方法等。8-2流水排序调度方法一、基本原理与方法

设有n个工件m台设备，每个工件均需按相同的顺序通过这m台设备进行加工，按某种性能指标（如制造总工期最短等）排出各工件进入系统的顺序，得到调度表，然后按调度表控制生产过程。基本算法：(1)单机排序；(2)两机排序；(3)三机排序；(4)m机排序。二、n个工件、1台机床的排序问题描述：有n个工件要在一台机床上加工，并且所有工件都必须经这台机床加工。每个工件都要经过两个时间阶段：等待时间和加工时间。1.规则：工件平均通过时间

MFT（MeanFlowTime）最短式中—i工件的完工时间—i工件的等待和加工时间

···nn-1321加工

等待

SPT（ShortestProcessingTime）优先原则：具有最短加工时间SPT的工件优先加工（处理）证明：由图可知，第2工件的等待时间为：t1第3工件的等待时间为：t1+t2第4工件的等待时间为：t1+t2

+t3···第n工件的等待时间为：t1+t2

+···+tn-12.实现

MFT最短的调度方法按SPT优先原则排序可使MFT最短。因为排在前面的工件权重大，所以将加工时间最短的工件排在最前面，即按照SPT原则排序，可以使总等待时间最短。又因为总加工时间所以，总等待时间最短，即可保证总通过时间最短，从而使平均通过时间最短。总等待时间举例：已知4个工件在机床X上的加工时间，求这些工件的最优排序，以使平均流程时间最短。工件iJ1J2J3J4加工时间ti（分）7685解1——排序AJ1J2J3J4工件WitiCiJ1077J27613J313821J421526合计412667MFT排序A=67/4=16.75分解2——排序BJ2J3J4J1工件WitiCiJ2066J36814J414519J119726合计392665MFT排序A=65/4=16.25分解3——排序CJ4J2J1J3工件WitiCiJ4055J25611J111718J318826合计342660MFT排序A=60/4=15分结论解3最优，证明SPT最短通过时间是正确的。三、n工件两机床流水排序（约翰逊法，1954）问题描述：考虑n各工件必须在两台机床上进行加工，每个工件都是先在M1上加工，然后在M2上进行加工。三、n作业两机流水排序（约翰逊法，1954）规则1：在M1上加工时间最短者最先加工总工期下界式中t1,M1—第1个工件J1在M1上的加工时间

ti,M2

—

第i个作业Ji在M2上的加工时间第一项含义：M1加工完J1后，M2才能开工；第二项含义：在最理想情况下（M2没有闲置时间），M2加工总时间的最小值。

规则2：在M2上加工时间最短者最后加工L1式中第二项为常数，故t1,M1

越小，总工期下限值越低，因此应选M1上加工时间最短者最先加工。总工期下界式中

ti,M1—

第i个作业Ji在M1上的加工时间

tn,M2

—

第n个作业Jn在M2上的加工时间第一项含义：在最理想情况下（M1没有闲置时间），M1加工总时间的最小值；第二项含义：M1加工完最后一项作业Jn后，M2才能加工Jn。

L2式中第一项为常数，故tn,M2

越小，总工期下限值越低，因此应选M2上加工时间最短者最后加工。上述两种情况下的总工期下限值规则1：在M1上加工时间最短者最先加工规则2：在M2上加工时间最短者最后加工基于上述规则，约翰逊提出以下算法：(1)列出各项作业在M1、M2上的加工时间；(2)扫视全部加工时间，找出最小加工时间；(3)如果最小加工时间发生在M1，则该作业最先加工（尽可能地靠前），如果最小加工时间发生在M2，则该作业最后加工（尽可能地靠后）；

(4)除去已排完序的工件（在步骤3中一排好了位置），重复(2)、(3)两步，直到全部排序完成。(5)如果发生在M1、M2上加工时间相等情况，则可任意排在最先或最后，而不影响总工期。工件J1J2J3J4J5J6M147312119M21171081013例：某车间有6项工件，均须先在M1上加工，后在M2上加工，加工时间数据如下表，试找出最优排序使完成全部任务的总工期最小。解：该题为两机床流水排序问题，可采用约翰逊法求解，步骤如下：扫视加工时间表，最短加工时间为3，对应工件和机床为J3、M1。因此，J3应第一加工。J3除去已排序工件J3，重列加工时间表：(2)扫视加工时间表，最短加工时间为4，对应工件和机床为J1、M1。因此，J1在余下的工件中应第一加工，排序表为：作业J1J2J4J5J6M14712119M211781013J3J1除去已排序工件J3、J1，重列加工时间表：(3)扫视加工时间表，最短加工时间为7，对应工件和机床为J2、M1、M2。因此，J2在余下的工件中应排首位（或末位），排序表为：作业J2J4J5J6M1712119M2781013J3J1J2J3J1J2除去已排序工件J3、J1、J2，重列加工时间表：或作业J4J5J6M112119M281013(4)扫视加工时间表，最短加工时间为8，对应工件和机床为J4、M2。因此，J4在余下的工件中应排末位，排序表为：J3J1J2J4J3J1J4J2除去J3、J1、J2、J4，重列加工时间表：或作业J5J6M1119M21013(5)扫视加工时间表，最短加工时间为9，对应工件和机床为J6、M1。因此，J6在余下的工件中应排首位，排序表为：J3J1J2J6J4J3J1J6J4J2(6)将最后一项工件加入排序表得最优排序：J3J1J2J6J5J4J3J1J6J5J4J2或或例：在8台机床上完成5种工件的加工，各工序的加工时间如表5-2所示，四、n工件，m台机床的流水排序表5-2零件加工的工序处理时间（单位：h）零件号机床1机床2机床3机床4机床5机床6机床7机床8J1603135007J2108305943J350609040J4831318200106J557016015113四条规则：规则一：按（B-A）列阵中数值从大到小安排零件加工顺序；规则二：先取（B-A）≧0的数，并对照A列阵中数值从小到大安排零件加工顺序；然后再取（B-A）<0的数，并对照B列阵中数值从大到小安排零件加工顺序；四条规则：规则三：按（B-A）列阵中数值从大到小安排零件加工顺序；规则四：先取（B-A）≧0的数，并对照A列阵中数值从小到大安排零件加工顺序；然后再取（B-A）<0的数，并对照B列阵中数值从大到小安排零件加工顺序；规则一：按（B-A）列阵中数值从大到小安排零件加工顺序；按规则一得到的零件加工顺序为：J3—J5—J2—J4—J1；按规则二得到的零件加工顺序为：J3—J2—J5—J4—J1；规则二：先取（B-A）≧0的数，并对照A列阵中数值从小到大安排零件加工顺序；然后再取（B-A）<0的数，并对照B列阵中数值从大到小安排零件加工顺序；规则三：按（B-A）列阵中数值从大到小安排零件加工顺序；按规则三得到的零件加工顺序为：J4—J3—J5—J1—J2；规则四：先取（B-A）≧0的数，并对照A列阵中数值从小到大安