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王 超,刘阶萍,常伟涛,赵军/不确定条件下的作业车间生产调度

时间:2015-07-29来源:未知 作者:admin点击:
不确定条件下的作业车间生产调度综述 王超1,刘阶萍1,常伟涛2,赵军3 (1.北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;2.北京金港机场建设有限责任公司,北京100071;3.大连生生绿谷生物工程有限公司,北京116023) 摘要: 在分析了确定性生产调度问
不确定条件下的作业车间生产调度综述

王  超1,刘阶萍1,常伟涛2,赵军3

(1.北京交通大学 机械与电子控制工程学院,北京 100044;2.北京金港机场建设有限责任公司,北京 100071;3.大连生生绿谷生物工程有限公司,北京 116023)

摘  要:在分析了确定性生产调度问题存在的假设前提与实际生产过程中存在的大量干扰因素相违背情形的基础上,进一步分析了目前解决不确定条件下生产调度问题的建模方法、调度方案以及优化算法的研究现状,并对不确定条件下的生产调度的进一步的研究内容作了展望。
关键词:生产调度;不确定性;调度建模;调度方案;调度算法
Progress on Technology of JSP Dynamic Scheduling

WANG Chao1, LIU Jie-ping1,CHANG Wei-tao2 ,ZHAO Jun3 
(1. Beijing Jiaotong University , Beijing 100044,China; 2. Beijing Golden Port Airport Construction Co., Ltd., Beijing 100071, China; 3. Dalian Green BIO-TECH Co., Ltd.,Beijing 116023,China) 
Abstract:On the basis of the analysis to the contrary between the assumption of the deterministic scheduling problems and the large number of interfering factors during the actual production process, gives a further analysis of the current study status of modeling, program, and algorithm to the problem under uncertain conditions , also with the outlook of the further research.
Key words: scheduling; uncertainty; modeling;program;algorithm

作者简介:王  超(1985—),女,吉林长春人,硕士研究生在读,研究方向为先进制造过程及系统、不确定条件下的作业车间生产调度方法研究。

 
       在生产调度的实施过程中,存在着各种形式的确定和不确定因素,影响着生产调度的正常执行。在正常情况下,诸如生产批量、加工工艺路线、成本限制、加工设备和原材料的可用性、加工顺序、生产能力等约束因素,是必须满足或者要达到一定的满意度即可的。对每一个生产厂家来说,我们可视这些约束因素为相应生产厂家生产调度中的确定因素。但是,在实际的生产调度实施过程中,总是会出现一些无法预料的不确定因素。由于不确定因素的存在,给生产调度带来的直接后果,就是原来由确定性的生产调度模型优化,或者其他方式(比如启发式规则)得到的调度方案,难以顺利执行或性能指标发生变化。最常见的现象一般表现在:任务的开始或结束时间、物料的数量、性能指标及任务之间的相关性或独立性等方面。因此,对于决策者来说,如何处理生产调度过程中的不确定因素,成为必须要考虑的问题。
 
1.生产调度技术 
 
1.1 生产调度相关概念
       生产调度是计算机集成制造系统(CIMS)的一个重要组成部分,连接着管理层和控制层,是生产管理的核心和关键技术。系统、全面、合理的生产调度方法,己经成为先进制造技术实践的基础和关键。所以,对其研究具有重要的理论和实用价值,对缩短产品生产周期、确保产品交货期、降低生产成本,以适应多变的市场需求,均具有重要的意义,这不仅有助于提高企业的综合自动化水平,而且可以为企业部门带来显著的经济效益。
 
       图1 CIMS结构图
 
       生产调度问题一般可以描述为:针对某项可以分解的工作,在一定的约束条件下,如何安排其组成部分(操作)所占用的资源、加工时间及先后顺序,以获得产品制造时间或成本等的最优。
       其中所涉及的资源主要包括:原料、设备(加工、存储、运输)、人力、资金和能源等。性能指标一般定为成本最低、库存费用最少、生产周期最短、生产切换最少、设备利用率最高、三废最少等。
       生产调度问题非常复杂,通常表现为多约束、多目标的优化问题,而且问题的规模一般比较大,求解过程的计算量随着问题规模增长而呈指数增长,并已经被证明是NP完全问题。
对于生产调度的理论研究,一般集中对生产过程的建模和优化算法上。面对不同的生产背景,处理的方法也不尽相同。
1.2 确定性生产调度的描述及存在问题
       传统的研究生产调度的方法,是确定性生产调度研究。确定性的生产调度,是在一定的假设条件下安排的:
    (1)假定调度的工件集合是确定的,没有考虑到生产过程中突发事件的发生,如预先确定订单的取消以及急件的加入等;
    (2)假定工件的加工时间是确定的,并且在安排计划时,全部工件都已经到达可用,这是一种很理想化的状态,但是在实际生产中,加工时间的延误经常发生;
    (3)假定用以加工工件的机器是连续可用的,没有将机器设备发生故障的可能性加以考虑;
    (4)假定所有参与调度的产品的工艺设计描述和约束都不变,然而一个产品的设计描述,是随客户需求进行变更的;
    (5)假定在调度过程中所需要的知识库与数据库都集中在一个地方,然而在实际生产中,所有这些资源都有可能分布在不同的地理位置。
       在实际生产过程中,上述被假定的情况,是时有发生的,存在着多种多样的不确定性的干扰因素(如表1所列),研究显示这些干扰情况,会影响生产系统的执行。
 
       表1 生产过程中的干扰因素

干扰种类 干  扰  例  子
涉及生产能
力的干扰
机器故障
失效的工具
生产人员的缺席
涉及订单
的干扰
加工原料的短缺、延迟
质量问题返工
紧急订单
订单优先级别的改变
预期交货日期的改变/订单取消
涉及生产数
据的干扰
预测与实际时间的差距(例如设备维修时间的估计)
预测与实际产量之间的差距
 
       在传统的研究方法中,调度模型假设一些参数是确定的,而在实际调度应用中,这些调度参数往往是不确定的,很难用精确数字来描述。此外,真实车间还充斥着大量的其他不确定干扰因素,如机器损坏、负载有限、工序延误、原材料延期到达等。这些不确定因素,通常会导致调度方案无法按预定目标正常执行,即使可执行,也会严重影响调度结果的准确性,因此需要另寻解决方法。
1.3 不确定条件下的生产调度
       由于不确定因素的存在,使得静态的确定性的优化调度,很可能不能一直顺利执行,而引起调整或者再调度的问题。B. Srinivasan 指出,工业环境中,优化技术的应用“瓶颈”,在于模型不匹配,以及干扰所造成的不确定性[1]。由于各种不确定性因素的存在,使得应用确定性的模型,很难取得预想的结果。而且正是由于不确定性的存在,经典的离线计算最优输入开环执行的方法,一般不会产生最优的性能。
       关于调度问题大部分的优化研究,都忽略了这样一个事实:就是优化实际上就是一个不断追逐的过程,希望能保持在一个随时间变化的最优解上。因此不确定条件下的生产调度问题,不再是单纯地根据确定性的调度模型寻找最优的调度方案,而是一个不断优化的过程。
 

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