車間作業(yè)變批量調(diào)度優(yōu)化研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　畢 業(yè) 論 文 題 目 車間作業(yè)變批量調(diào)度優(yōu)化研究 </p><p>　　學(xué)院專業(yè)班級(jí) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名

2、 性別 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 職稱 </p><p>　　2012年6月14日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

3、　　隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，多品種、小批量生產(chǎn)方式已經(jīng)逐漸成為制造業(yè)的發(fā)展主流。因此，為了適應(yīng)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，就要求制造企業(yè)能夠合理安排工序，高效利用生產(chǎn)資源，降低生產(chǎn)成本。研究變批量調(diào)度的優(yōu)化方法，對(duì)于制造業(yè)的現(xiàn)代化具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。</p><p>　　本文介紹了作業(yè)車間調(diào)度的概念及其發(fā)展過程、研究背景和發(fā)展趨勢(shì)；對(duì)車間調(diào)度的各種研究方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹和比較；對(duì)Job-Shop

4、批量調(diào)度問題進(jìn)行了研究并做了詳細(xì)闡述。</p><p>　　對(duì)Job-Shop調(diào)度過程中的變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度進(jìn)行研究比較；并基于eM-Plant軟件，建立以生產(chǎn)周期為優(yōu)化目標(biāo)和以提前、拖期懲罰費(fèi)用以及與生產(chǎn)周期相關(guān)的生產(chǎn)線運(yùn)行費(fèi)用之和為優(yōu)化目標(biāo)的不同的仿真模型；通過實(shí)例仿真，比較兩種方案的優(yōu)劣，證明變批量調(diào)度在Job-Shop調(diào)度中的作用。</p><p>　　關(guān)鍵字：作業(yè)車間；批量調(diào)度

5、；變批量；仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of market economy , market competition becomes increasingly fierce , variety and small batch production mode has become

6、 the main way of manufacturing gradually . In order to adapt to the increasingly fierce competition in the market , manufacture enterprises should be asked to range sequences rationally , take advantage of resource effi

7、ciently , shorten time limit for a project and reduce the cost of producing . The study of optimization method for batch scheduling is very </p><p>　　The conception , development and the main researches in c

8、urrent and in the future of job shop scheduling are introduces ; some research methods are introduced and compared ; Study the Job-shop batch scheduling problem and do a detailed description .</p><p>　　Study

9、 the lot splitting scheduling and the non-lot splitting scheduling in the process of the Job-Shop Scheduling , and compare them ; based on eM-Plant software , set up different simulation models with production cycle as o

10、ptimized object and with the sum of the punish costs of abvance and tardiness and the operation costs of production line which related to production cycle as optimized object ; through the simulation to compare the two s

11、cheme of the pros and cons , to prove the role of lot s</p><p>　　Key words: Job-shop ; batch sheduling ; lot splitting ; simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　

12、　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1選題背景及研究意義1</p><p>　　1.1.1 選題背景

13、1</p><p>　　1.1.2研究意義2</p><p>　　1.2 車間調(diào)度問題概述3</p><p>　　1.3 變批量調(diào)度問題3</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容4</p><p>　　第二章 車間作業(yè)變批量調(diào)度問題研究6</p><p><b>　

14、　2.1 引言6</b></p><p>　　2.1.1 變批量調(diào)度基本概念的介紹6</p><p>　　2.1.2 變批量調(diào)度問題的提出6</p><p>　　2.2 變批量調(diào)度問題的描述及其分類7</p><p>　　2.2.1 變批量調(diào)度問題的描述7</p><p>　　2.2.2 變批量調(diào)

15、度問題的分類7</p><p>　　2.3 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度的比較8</p><p>　　2.3.1 傳統(tǒng)調(diào)度問題描述8</p><p>　　2.3.2 傳統(tǒng)調(diào)度方法的一般假設(shè)條件8</p><p>　　2.3.3變批量調(diào)度問題的一般假設(shè)條件9</p><p>　　2.3.4 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度比較9

16、</p><p>　　2.4 變批量調(diào)度模型建立10</p><p>　　2.5 變批量調(diào)度研究現(xiàn)狀12</p><p>　　第三章 車間作業(yè)變批量調(diào)度算法研究14</p><p>　　3.1 區(qū)分批次準(zhǔn)備時(shí)間和工件加工時(shí)間14</p><p>　　3.2 分批策略15</p><p&g

17、t;　　3.2.1 分批基本理論15</p><p>　　3.2.2 批量大小與生產(chǎn)周期的關(guān)系16</p><p>　　3.2.3 本文分批策略的選擇17</p><p>　　3.3 eM-Plant仿真方法分析18</p><p>　　3.3.1 遺傳算法的應(yīng)用分析18</p><p>　　3.3.2 仿真

18、方法的應(yīng)用分析19</p><p>　　3.3.3 運(yùn)用eM-Plant進(jìn)行仿真的基本思想19</p><p>　　3.4 零件投產(chǎn)順序20</p><p>　　3.5 緩沖區(qū)中的零件加工順序20</p><p>　　第四章 車間作業(yè)變批量調(diào)度仿真22</p><p>　　4.1 仿真實(shí)例總體方案22<

19、;/p><p>　　4.1.1 仿真流程22</p><p>　　4.1.2 主要步驟23</p><p>　　4.2 仿真軟件介紹23</p><p>　　4.3 仿真模型基本元素24</p><p>　　4.4 仿真優(yōu)化模塊26</p><p>　　4.5 仿真實(shí)例28</p&

20、gt;<p>　　4.5.1 實(shí)例128</p><p>　　4.5.2 實(shí)例239</p><p>　　4.5.3 仿真結(jié)論43</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望44</p><p>　　5.1 全文總結(jié)44</p><p>　　5.2 車間調(diào)度存在的問題與研究展望44</p&g

21、t;<p>　　5.2.1 車間調(diào)度目前存在的問題44</p><p>　　5.2.2 研究展望46</p><p>　　附錄 Method中SimTalk代碼47</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)51</b></p><p><b>　　致 謝52</b></

22、p><p><b>　　附錄Ⅰ 外文翻譯</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ 外文原文</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1選題背景及研究意義</p><p>　　1.1.1 選題背景</p&g

23、t;<p>　　制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要體現(xiàn)。制造業(yè)的水平先進(jìn)與否，既是國家科技實(shí)力的體現(xiàn)，也是促使科學(xué)技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。而科技的進(jìn)步既為制造業(yè)的發(fā)展帶來了機(jī)遇，也加劇了制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)必須在競(jìng)爭(zhēng)中求生存、在競(jìng)爭(zhēng)中求發(fā)展。企業(yè)要在現(xiàn)時(shí)的環(huán)境中立于不敗之地，縮短產(chǎn)品上市的時(shí)間、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及降低產(chǎn)品的成本無疑是企業(yè)成功的必由之路，要實(shí)現(xiàn)這些目的，不僅要提高企業(yè)以及車間的管理水平，同時(shí)也要提高生產(chǎn)過程

24、中計(jì)劃、調(diào)度以及決策的水平。</p><p>　　自從20世紀(jì)90年代開始，隨著信息化和全球化的迅速發(fā)展以及人們生活水平的提高，全球的市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，市場(chǎng)表現(xiàn)出了不同于工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的特征：（1）技術(shù)的迅猛發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化導(dǎo)致了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)程度空前激烈，以顧客需求為中心的買方市場(chǎng)正在取代以企業(yè)生產(chǎn)能力為中心的賣方市場(chǎng)。（2）顧客的價(jià)值觀念發(fā)生了根本變化，隨著基本物質(zhì)生活需求得到了滿足，人們的需求日趨主體化、個(gè)

25、性化和多樣化（需求異質(zhì)性），表現(xiàn)為不斷衍生出新的需求市場(chǎng)，為企業(yè)帶來新的市場(chǎng)機(jī)遇。（3）顧客需求的多變性，即顧客需求的迅速變化。表現(xiàn)為企業(yè)產(chǎn)品生命周期的迅速縮短，產(chǎn)品交貨期成為競(jìng)爭(zhēng)的第一要素，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)空前增加，企業(yè)面臨一個(gè)迅速變化且難以預(yù)測(cè)的買方市場(chǎng)。在這樣的市場(chǎng)環(huán)境下，傳統(tǒng)的大批量制造模式與變化的市場(chǎng)需求不適應(yīng)問題日益突出，面臨著巨大的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在一下三方面：第一，在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，情況發(fā)生了根本變化，由于顧客需求的多樣化、個(gè)性化特

26、征及產(chǎn)品生命周期的縮短，企業(yè)必須密切關(guān)注市場(chǎng)，隨時(shí)掌握市場(chǎng)需求的變化，把握市場(chǎng)機(jī)會(huì)，充分利用各種資源，不斷進(jìn)行制造資源配置方式的調(diào)整和產(chǎn)品創(chuàng)新。第二，在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，隨著國內(nèi)市場(chǎng)的國際化，市場(chǎng)競(jìng)</p><p>　　生產(chǎn)調(diào)度是制造系統(tǒng)生產(chǎn)管理的核心，生產(chǎn)管理任務(wù)順利實(shí)施與完成，最終要靠合理地車間調(diào)度來保證。生產(chǎn)調(diào)度研究的是如何合理配置加工過程的各種資源，減少零件的加工準(zhǔn)備、等待與傳送時(shí)間，從而提高設(shè)備利用率與生產(chǎn)

27、效率，降低生產(chǎn)成本。車間調(diào)度對(duì)任務(wù)的交貨時(shí)間、各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)的生產(chǎn)周期、設(shè)備利用率和在制品占有率都有影響。因此，及時(shí)準(zhǔn)確的車間調(diào)度對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行有著重要的影響，主要表現(xiàn)在：生產(chǎn)計(jì)劃的有效實(shí)施；高效低耗地使用生產(chǎn)資源；均衡生產(chǎn)及準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)，減少在制品的資金占用。所以，車間調(diào)度是制造業(yè)生產(chǎn)種最活躍和生產(chǎn)系統(tǒng)研究的前沿問題之一。</p><p><b>　　1.1.2研究意義</b></p

28、><p>　　據(jù)國際生產(chǎn)與研究工程協(xié)會(huì)對(duì)歐美等工業(yè)國家的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明：在機(jī)械制造中就產(chǎn)品的產(chǎn)量而言，多品種小批量（約50-1000件以下）生產(chǎn)占50%左右，就產(chǎn)值而言占60%左右。進(jìn)一步調(diào)查多品種小批量生產(chǎn)中的材料和工件在車間總時(shí)間分配現(xiàn)狀可知：制造過程95%的時(shí)間消耗在非加工過程中。可見批量生產(chǎn)尤其是中小批量生產(chǎn)已經(jīng)成為當(dāng)今生產(chǎn)車間中比較重要的一種生產(chǎn)方式。</p><p>　　在線代經(jīng)濟(jì)環(huán)

29、境下，隨著市場(chǎng)的多變以及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化的需求，多品種、小批量生產(chǎn)方式已經(jīng)逐漸成為制造業(yè)的發(fā)展主流，車間生產(chǎn)中多品種小批量生產(chǎn)的產(chǎn)量和產(chǎn)值還會(huì)進(jìn)一步的增大。車間批量調(diào)度在先進(jìn)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)際中具有普遍性。車間優(yōu)化調(diào)度問題尤其是批量調(diào)度技術(shù)關(guān)系到企業(yè)的生存和前途。有效地調(diào)度方法與優(yōu)化技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)踐的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。研究車間批量調(diào)度的優(yōu)化方法，不僅可以促使調(diào)度理論發(fā)展，而且對(duì)于企業(yè)提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)成本

30、有著重要的意義。</p><p>　　1.2 車間調(diào)度問題概述</p><p>　　所謂調(diào)度，就是在滿足某些約束（比如作業(yè)的先后關(guān)系、預(yù)定的交貨期、最早開始時(shí)間和資源限制等）的條件下對(duì)作業(yè)進(jìn)行的排序，按照所排好的次序給它們分配資源和時(shí)間，使得某個(gè)或某些目標(biāo)（如生產(chǎn)周期、生產(chǎn)費(fèi)用等）達(dá)到最優(yōu)。</p><p>　　車間調(diào)度問題是調(diào)度問題的一個(gè)子集，實(shí)際上是一個(gè)資源分配

31、問題，主要是指設(shè)備資源分配，問題的求解目標(biāo)主要是找到一個(gè)可以使作業(yè)能“最優(yōu)”完成的方案。通常情況下，車間調(diào)度問題約束的數(shù)目非常大，就使得該問題成為一個(gè)NP-hard問題。</p><p>　　車間調(diào)度問題一般可以描述為：生產(chǎn)車間有M臺(tái)機(jī)床，生產(chǎn)N種工件，每種工件有Ni個(gè)，每種工件都有多道工序，每道工序可以在多臺(tái)性能不同的機(jī)床上加工。調(diào)度的目標(biāo)是將作業(yè)合理地安排到各機(jī)床以及合理地使用其它生產(chǎn)資源，并且合理安排作業(yè)的

32、加工次序和加工時(shí)間，使約束條件被滿足，同時(shí)優(yōu)化一些生產(chǎn)性能指標(biāo)。</p><p>　　之所以會(huì)出現(xiàn)車間調(diào)度問題，主要是因?yàn)樯a(chǎn)資源受到了限制而形成的。有N個(gè)不同的工件，就至少有N條不同的工藝加工路線，如果有足夠多的機(jī)床設(shè)備和其它生產(chǎn)資源分配給每條工藝加工路線，即每一道工序獨(dú)立占用一臺(tái)機(jī)床設(shè)備和相應(yīng)的生產(chǎn)資源，那么一切都會(huì)井然有序，也就不存在調(diào)度問題。但是，這樣勢(shì)必會(huì)造成資源浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本。于是出現(xiàn)了工件和相應(yīng)

33、的工序數(shù)量多余機(jī)床設(shè)備和其它生產(chǎn)資源的情況，車間調(diào)度問題也就自然而然的出現(xiàn)了。</p><p>　　1.3 變批量調(diào)度問題</p><p>　　在傳統(tǒng)的調(diào)度問題中，被加工的產(chǎn)品或工件是不可分割的，盡管其中可以或可能包含若干個(gè)子工件。只有在一臺(tái)機(jī)器上被加工產(chǎn)品或工件整體加工完成以后，才可以整體轉(zhuǎn)運(yùn)到下一臺(tái)機(jī)器加工。為了縮短加工周期， Reiter于1966年首次提出單一產(chǎn)品的Lot Stre

34、arning問題。</p><p>　　與傳統(tǒng)調(diào)度不同的是，Lot Streaming是把一個(gè)被加工的產(chǎn)品批量劃分為若干個(gè)子批量(sublot)，按子批量分別組織加工和工序間的運(yùn)輸，當(dāng)在一臺(tái)機(jī)器上一個(gè)子批量加工完成以后，而且相繼機(jī)器空閑，這個(gè)子批量無須等待其余子批量在此機(jī)器上的加工完成，就可以直接轉(zhuǎn)運(yùn)到下臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行加工，亦即采取平行加工的方式，允許同一產(chǎn)品加工的相繼操作在時(shí)間上部分重疊。充分利用了加工機(jī)器和加工

35、時(shí)間，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。Lot Streaming問題屬于NP難問題。</p><p>　　Kalir和Sarin介紹了在流水車間中應(yīng)用Lot Streaming調(diào)度方法后所帶來的一些益處，包括:</p><p>　　1.采用Lot Streaming 調(diào)度方法使Cmax大大縮小，縮短生產(chǎn)實(shí)踐，從而縮短交貨期。</p><p>　　2.減少工件進(jìn)程中的庫存，減

36、少相關(guān)的庫存費(fèi)用。</p><p>　　3.減少中間存儲(chǔ)和空間需求。</p><p>　　4.減少了工件對(duì)機(jī)器加工能力的需求。</p><p>　　2和3 主要體現(xiàn)在:當(dāng)交貨期相同的情況下，采用Lot Streaming調(diào)度方法，存儲(chǔ)材料所需工作進(jìn)程中的庫存和中間存儲(chǔ)空間比傳統(tǒng)凋度方法要小，因此也就降低了相關(guān)的庫存費(fèi)用和空間需求。4 主要體現(xiàn)在:當(dāng)交貨期相同的情況下

37、，加工相同的工件，采用Lot Streaming調(diào)度方法比傳統(tǒng)調(diào)度方法所需要的機(jī)器加工能力要小。</p><p>　　總之，在調(diào)度中采用Lot Streaming調(diào)度方法，能夠縮短生產(chǎn)時(shí)間從而縮短交貨期，提高固定資產(chǎn)的利用率從而降低成本，提高生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)率，提高競(jìng)爭(zhēng)力，強(qiáng)化服務(wù)。</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　第一章 緒論

38、 闡述了選題背景與研究意義；闡述了車間調(diào)度的基本概念；簡(jiǎn)單介紹了變批量調(diào)度，并與傳統(tǒng)調(diào)度進(jìn)行了比較。</p><p>　　第二章 車間作業(yè)變批量調(diào)度問題研究 對(duì)變批量調(diào)度問題進(jìn)行了描述，簡(jiǎn)單介紹了其分類；；與傳統(tǒng)調(diào)度進(jìn)行了比較詳細(xì)的比較，分析并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；最后對(duì)其研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。</p><p>　　第三章 車間作業(yè)變批量調(diào)度算法研究 對(duì)批次準(zhǔn)備時(shí)間與工件加工時(shí)

39、間進(jìn)行了區(qū)分；對(duì)變批量調(diào)度的分批策略進(jìn)行了研究；對(duì)仿真方法的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析介紹。</p><p>　　第四章 車間作業(yè)變批量調(diào)度仿真 介紹了仿真的總體方案與步驟；對(duì)仿真軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹；利用仿真軟件建立仿真模型，通過實(shí)例來說明變批量調(diào)度算法的可行性。</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望 總結(jié)了本文完成的各項(xiàng)工作，并提出了未來研究過程中需要改進(jìn)與學(xué)習(xí)的地方。&

40、lt;/p><p>　　第二章 車間作業(yè)變批量調(diào)度問題研究</p><p><b>　　2.1 引言</b></p><p>　　2.1.1 變批量調(diào)度基本概念的介紹</p><p>　　在介紹變批量類型之前，首先介紹幾個(gè)基本概念:一致子批量、可變子批量、不允許混排、混排。</p><p>　　一致子

41、批量( consistent):如果一個(gè)產(chǎn)品的一個(gè)子批量的大小在各加工工序保持不變，則稱為一致子批量，即一個(gè)子批量的大小在所有加工機(jī)器上都是相同的。</p><p>　　可變子批量(variable):和一致子批量相反，如果一個(gè)產(chǎn)品的一個(gè)子批量的大小在各加工工序是變化的，稱它為可變子批量.即一個(gè)子批量的大小在各機(jī)器上是不相同的。</p><p>　　不允許混排:一旦一個(gè)產(chǎn)品的一個(gè)子批量在機(jī)

42、器上進(jìn)行加工，這個(gè)產(chǎn)品的所有子批量要連續(xù)加工，不允許分散加工，直到這個(gè)產(chǎn)品的所有子批量都加工完，才能加工其它產(chǎn)品的子批量。</p><p>　　混排:在加工一個(gè)產(chǎn)品的各個(gè)子批量之間允許加工其它產(chǎn)品的子批量，也就是允許一個(gè)產(chǎn)品的子批量不必連續(xù)加工，可以是分散加工的。</p><p>　　2.1.2 變批量調(diào)度問題的提出</p><p>　　單批量的變批量調(diào)度問題有Re

43、siter（1966）首次定義，即一個(gè)生產(chǎn)批量包含Q個(gè)相同的單元，需在m臺(tái)機(jī)器上依次生產(chǎn)，每一單元在機(jī)器i上的加工時(shí)間為pi，在相繼機(jī)器i、i+1間存在n次轉(zhuǎn)運(yùn)，因此Q個(gè)單元在機(jī)器i上分成n個(gè)子批量來生產(chǎn)，每完成一個(gè)子批量即轉(zhuǎn)運(yùn)至機(jī)器i+1，令Lij表示機(jī)器i上第j個(gè)子批量中的單元數(shù)，則，對(duì)同一j，若Lij=L1j，i=2,3，…，m，稱一致子批量（用C表示），否則稱可變子批量（用V表示）。問題是要尋找一組適當(dāng)?shù)腖ij，i=1,2，…，

44、m；j=1,2，…n，使第一臺(tái)機(jī)器上開始調(diào)整以便加工第一個(gè)單元到最后一臺(tái)機(jī)器上加工完最后一個(gè)單元止所用的時(shí)間Cmax最小。</p><p>　　2.2 變批量調(diào)度問題的描述及其分類</p><p>　　2.2.1 變批量調(diào)度問題的描述</p><p>　　Job-shop的變批量調(diào)度可描述如下：m臺(tái)設(shè)備，k種零件，每種零件的需求數(shù)量包含多個(gè)，零件的交貨期確定，每種零

45、件包含s道工序，能加工某一工序的機(jī)床有多臺(tái)，工序的加工時(shí)間隨機(jī)床的不同而變化。</p><p>　　變批量調(diào)度的目的是確定每種零件的批次數(shù)量、每個(gè)批次的批量大小、每種工件各個(gè)批次的投產(chǎn)順序這三者的最佳組合，從而滿足特定的優(yōu)化目標(biāo)。</p><p>　　在經(jīng)典作業(yè)調(diào)度問題研究中，由于沒有過多的考慮批量因素，因此很多關(guān)于輔助時(shí)間的限制條件可以進(jìn)行忽略，然而在變批量調(diào)度中引入批次的影響后這些限制

46、條件需要重新考慮。當(dāng)零件分成多個(gè)批次后，實(shí)際生產(chǎn)過程中零件的運(yùn)輸、裝卸以及刀具、夾具的安裝調(diào)整時(shí)間相比經(jīng)典作業(yè)調(diào)度而言將顯著增加，這部分時(shí)間在變批量調(diào)度中不可進(jìn)行忽略。這些加工以外的時(shí)間我們可以統(tǒng)稱為生產(chǎn)輔助時(shí)間?？偠灾?，生產(chǎn)輔助時(shí)間可以分為兩類：一類是與單個(gè)工件相關(guān)的輔助時(shí)間，包括工件的裝、卸時(shí)間；另一類是與工件單個(gè)批次相關(guān)的時(shí)間，包括刀、夾具的安裝以及機(jī)床的調(diào)整，這類時(shí)間每個(gè)批次只需要一次，稱為批次輔助時(shí)間。對(duì)于第一類與單個(gè)工件相

47、關(guān)的輔助時(shí)間，我們可以將其歸入到加工時(shí)間進(jìn)行考慮；對(duì)于第二類與批次相關(guān)的批次輔助時(shí)間，由于批次數(shù)量增多導(dǎo)致批次輔助時(shí)間增大，這時(shí)需要單獨(dú)考慮其影響。</p><p>　　2.2.2 變批量調(diào)度問題的分類</p><p>　　變批量調(diào)度問題可按照不同的準(zhǔn)則進(jìn)行不同的分類。按照被加工產(chǎn)品的數(shù)量（種類），可以分為：?jiǎn)我划a(chǎn)品和多產(chǎn)品變批量調(diào)度問；按照加工流程的不同，可以分為：流水車間、單件車間、開

48、放車間變批量調(diào)度問題；按照機(jī)器數(shù)量的不同可以分為：?jiǎn)闻_(tái)處理機(jī)和多臺(tái)并行處理機(jī)變批量調(diào)度問題；按照工藝約束的不同可以分為：有一般的和無等待變批量調(diào)度問題研究；按照目標(biāo)函數(shù)可以分為：時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的和費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)的變批量調(diào)度問題。</p><p>　　2.3 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度的比較</p><p>　　2.3.1 傳統(tǒng)調(diào)度問題描述</p><p>　　n個(gè)任務(wù){(diào)J1，J2，…

49、，Jn}要被加工，m個(gè)機(jī)器{M1，M2，…，Mm}可用，每一個(gè)任務(wù)要在這些機(jī)器上或其中的一部分機(jī)器上加工，任務(wù)Ji在機(jī)器Mj上的加工叫做一個(gè)操作（Oij），它對(duì)應(yīng)一個(gè)加工時(shí)間（Pij），每一個(gè)任務(wù)還有與之相對(duì)應(yīng)的就緒時(shí)間（Rj），即Ji可以開始進(jìn)入加工的時(shí)間，還有交貨期（Dj），即Ji必須完成的期限。每一個(gè)任務(wù)還需要有一個(gè)工藝約束，它要求該任務(wù)按照一定的工序要求在這些機(jī)器上加工。所以一個(gè)調(diào)度就是在一定時(shí)間內(nèi)任務(wù)在機(jī)器上的一個(gè)分派，調(diào)度問

50、題就是尋找一個(gè)任務(wù)在機(jī)器之間的傳遞序列，它要求滿足2個(gè)要求：</p><p>　　1.符合工藝要求，即調(diào)度是可行的；</p><p>　　2.對(duì)應(yīng)于某些執(zhí)行目標(biāo)調(diào)度是最優(yōu)的。</p><p>　　2.3.2 傳統(tǒng)調(diào)度方法的一般假設(shè)條件</p><p>　　調(diào)度問題通常要遵循以下假設(shè)：</p><p>　　1.工件數(shù)、機(jī)

51、器數(shù)、工件在各臺(tái)機(jī)器上的加工時(shí)間及工件加工的工藝約束—加工路線是已知的。</p><p>　　2.一個(gè)工件在同一時(shí)刻僅能在一臺(tái)機(jī)器上加工，一臺(tái)機(jī)器同一時(shí)間僅能加工一個(gè)工件。</p><p>　　3.對(duì)整個(gè)工件來說，在加工過程中采取平行移動(dòng)方式。即當(dāng)上一道工序完成時(shí)，立即送下道工序加工。</p><p>　　4.加工過程不允許中斷，一個(gè)工件一旦開始在某工序加工，必須持

52、續(xù)到該工序加工完畢，不允許中間插入其他工件。</p><p>　　5.允許工件在工序之間等待，允許機(jī)器在工件未到達(dá)時(shí)閑置。</p><p>　　6.所有工件的就緒時(shí)間為0，即：在加工開始時(shí)，所有工件都具有加工條件。</p><p>　　7.機(jī)器是不會(huì)損壞的。</p><p>　　以上假設(shè)條件允許改變和放松，由此可構(gòu)成不同類型的調(diào)度問題。滿足以

53、上假設(shè)條件的調(diào)度問題成為傳統(tǒng)調(diào)度問題。</p><p>　　2.3.3變批量調(diào)度問題的一般假設(shè)條件</p><p>　　1.假設(shè)在零時(shí)刻，所有產(chǎn)品準(zhǔn)備就緒。</p><p>　　2.產(chǎn)品數(shù)、機(jī)器數(shù)、每種產(chǎn)品每個(gè)零件在各臺(tái)機(jī)器上的加工時(shí)間及產(chǎn)品加工的工藝約束加工路線是已知的。</p><p>　　3.被加工的產(chǎn)品批量劃分為若于個(gè)子批量，按子批量

54、分別組織加工和工序問的運(yùn)輸。</p><p>　　4.當(dāng)在一臺(tái)機(jī)器上一個(gè)子批量加工完成以后，而且相繼機(jī)器空閑，這個(gè)子批量無須等待其余子批量在此機(jī)器上的加工完成，就可以直接轉(zhuǎn)運(yùn)到下臺(tái)機(jī)器土進(jìn)行加工。</p><p>　　5.子批量的大小是一致的。</p><p>　　6.子批量的加工時(shí)間和它的大小成正比。</p><p>　　7.獨(dú)立的調(diào)整時(shí)間

55、(或可分離的設(shè)置時(shí)間〕:在一臺(tái)機(jī)器上，從加工一種產(chǎn)品轉(zhuǎn)到加工另一種產(chǎn)品要求機(jī)器的調(diào)整。</p><p>　　8.允許產(chǎn)品在工序之間等待，允許機(jī)器在產(chǎn)品未到達(dá)時(shí)閑置。</p><p>　　以上假設(shè)條件允許改變和放松，由此可構(gòu)成不同類型的變批量凋度問題。</p><p>　　2.3.4 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度比較</p><p><b>

56、　　圖2-1</b></p><p>　　圖2-1是傳統(tǒng)調(diào)度與變批量調(diào)度的對(duì)比圖?？梢钥闯霾捎米兣空{(diào)度可以明顯縮短生產(chǎn)周期。從圖中也可以看出，采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行調(diào)度比采用變批量調(diào)度所需工作進(jìn)程中的庫存要大，采用變批量調(diào)度提高了機(jī)器的利用率，因而總成本降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們可以進(jìn)一步優(yōu)化變批量調(diào)度中各個(gè)批次的生產(chǎn)順序，從而進(jìn)一步提高調(diào)度性能。</p><p>　　2.4 變批量

57、調(diào)度模型建立</p><p>　　在Job-shop調(diào)度研究中，常見的目標(biāo)函數(shù)有：</p><p>　　1. 制造期。最小的制造期通常意味著機(jī)器的高利用率。</p><p>　　2. 最大延遲。最大延遲反映了生產(chǎn)滯后交貨期的最壞情況。</p><p>　　3. 加權(quán)完成時(shí)間和。它是一個(gè)由庫存成本決定著的成本函數(shù)。</p><

58、;p>　　4. 滯后工作數(shù)量。它等價(jià)于按期發(fā)貨的百分比。</p><p>　　5. 提前懲罰費(fèi)用。它反映了工件先于交貨期完成產(chǎn)生的庫存、維護(hù)等費(fèi)用。</p><p>　　6. 拖期懲罰費(fèi)用。它反映了工件晚于交貨期完成產(chǎn)生的合同違約費(fèi)用。</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，一個(gè)調(diào)度方案不可能同時(shí)滿足所有的優(yōu)化目標(biāo)，只能以其中某個(gè)或者某幾個(gè)目標(biāo)作為優(yōu)化方向。<

59、;/p><p>　　隨著制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，制造企業(yè)的生產(chǎn)自主權(quán)越來越少，更多的是采取按訂單生產(chǎn)的方式。在這種前提下，車間生產(chǎn)計(jì)劃要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)主要就是制定準(zhǔn)時(shí)化的生產(chǎn)計(jì)劃，也就是JIT 的思想。企業(yè)要做到盡量按期交貨，既不提前也不拖期，減少庫存費(fèi)用和拖期懲罰費(fèi)用。因此，以準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)為目標(biāo)的提前/拖期問題逐漸成為一個(gè)越來越受重視的研究領(lǐng)域。訂單的制造期，從總體上反映了車間設(shè)備的利用效率。制造期結(jié)合車間單位時(shí)間的運(yùn)行費(fèi)用

60、，可以得出車間在制造期內(nèi)的總體運(yùn)行費(fèi)用。</p><p>　　在本文的變批量調(diào)度研究中，調(diào)度模型需要滿足一下約束條件：</p><p>　　1.任何工件不允許提前加工。</p><p>　　2.在零時(shí)刻所有工件都可以開始加工。</p><p>　　3.不存在工序超越，所有工件都是按照工序流水中的工序先后順序進(jìn)行加工。</p>&

61、lt;p>　　4.工件的優(yōu)先級(jí)相同，且不同工件的工序之間沒有任何約束關(guān)系。</p><p>　　5.工序一旦開始加工則不允許中斷。</p><p>　　6.同一個(gè)批次的工件在一臺(tái)設(shè)備必須連續(xù)加工，加工過程中不能插入其它批次的工件。</p><p>　　7.特定時(shí)刻一個(gè)設(shè)備只能加工一個(gè)工件的一道工序。</p><p>　　8.工件在特定設(shè)

62、備上的加工時(shí)間是確定的，單個(gè)工件的裝卸時(shí)間計(jì)算在加工時(shí)間內(nèi)。</p><p>　　9.工件的裝卸時(shí)間并入加工時(shí)間，工件的運(yùn)輸時(shí)間并入批次輔助時(shí)間。</p><p>　　10.工件的分批規(guī)則是確定的，且在加工過程中批量不再發(fā)生變化。</p><p>　　11.除了特殊說明，緩沖區(qū)的容量無限大。</p><p>　　本文采用不同的目標(biāo)函數(shù)來進(jìn)行研

63、究，在滿足以上約束條件的情況下，建立以下兩個(gè)數(shù)學(xué)模型：</p><p>　　1. 用最小化提前完工懲罰費(fèi)用、拖期懲罰費(fèi)用以及生產(chǎn)線運(yùn)行費(fèi)用三者之和作為目標(biāo)函數(shù):</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p><b>　　s.t.</b></p><p><b>　?。?-

64、2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>

65、;<b>　　式中符號(hào)定義為：</b></p><p><b>　　的完工時(shí)間</b></p><p><b>　　訂單的總生產(chǎn)周期</b></p><p><b>　　的提前完工時(shí)間</b></p><p>　　單位提前完工時(shí)間的懲罰費(fèi)用</p&g

66、t;<p><b>　　的拖期完工時(shí)間</b></p><p>　　單位拖期完工時(shí)間的懲罰費(fèi)用</p><p>　　生產(chǎn)線單位時(shí)間的運(yùn)行費(fèi)用</p><p><b>　　表示第k種零件</b></p><p><b>　　表示的第L個(gè)</b></p>

67、<p><b>　　的需求數(shù)量為</b></p><p><b>　　的交貨期為</b></p><p>　　2. 用最小化總生產(chǎn)周期作為目標(biāo)函數(shù):</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　訂單的總生產(chǎn)周期</b&

68、gt;</p><p>　　2.5 變批量調(diào)度研究現(xiàn)狀</p><p>　　Job-Shop批量調(diào)度問題在實(shí)際生產(chǎn)中已得到廣泛的應(yīng)用，然而國內(nèi)外對(duì)這方面的研究卻不多。南京航空航天大學(xué)孫志峻老師對(duì)批量調(diào)度進(jìn)行了一定的研究，以優(yōu)化生產(chǎn)周期為目標(biāo)獲得了最優(yōu)調(diào)度，但是沒有考慮工件輔助加工時(shí)間。Jeong采用啟發(fā)式方法研究了單工藝路線生產(chǎn)車間動(dòng)態(tài)批量分批調(diào)度，區(qū)分了生產(chǎn)輔助時(shí)間與加工時(shí)間，先把一批工

69、件作為整體調(diào)度，然后按照分批原則進(jìn)行調(diào)整，在一定程度上改進(jìn)了調(diào)度性能。潘全科采用遺傳算法，假定了最小加工批量，研究了生產(chǎn)車間多工藝路線的批量調(diào)度問題，其以優(yōu)化生產(chǎn)周期為目標(biāo)，提出了一種基于工序優(yōu)先級(jí)的調(diào)度算法。Candido和Khatorlnl經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)把一批工件分多次運(yùn)輸能縮短生產(chǎn)周期。Chinyao Low研究了等量和非等量的分批方式對(duì)調(diào)度性能的影響，其結(jié)論認(rèn)為等量分批的性能要優(yōu)于非等量分批。Felix將批量調(diào)度問題分解成兩個(gè)獨(dú)立

70、的問題來解決：1、確定分批的方案（包括子批次數(shù)以及各子批次的批量）2、分批的方案確定后，如何進(jìn)行調(diào)度。最后通過遺傳算法進(jìn)行了求解。在研究的過程中，他將1，2兩個(gè)問題分別求解無法說明其為全局最優(yōu)解。Udo Buscher以最小化加工周期為優(yōu)化目標(biāo)</p><p>　　第三章 車間作業(yè)變批量調(diào)度算法研究</p><p>　　3.1 區(qū)分批次準(zhǔn)備時(shí)間和工件加工時(shí)間</p><

71、;p>　　傳統(tǒng)的調(diào)度方法往往把批次準(zhǔn)備時(shí)間、工件裝卸時(shí)間都包含在工件加工時(shí)間內(nèi)。事實(shí)上，工件裝卸是在工件到達(dá)后進(jìn)行的工作，它耗費(fèi)的時(shí)間是可以統(tǒng)一計(jì)入工件加工時(shí)間內(nèi)的，而調(diào)整機(jī)床刀具和夾具是在工件到達(dá)之前就可以進(jìn)行的工作，如果事先知道加工工件的后續(xù)工序的加工機(jī)床，提前做好批次準(zhǔn)備工作，工件到達(dá)后就可以立即開工，這樣也就縮短了生產(chǎn)周期。</p><p>　　下面就舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子來說明此問題：</p>

72、<p>　　假設(shè)有批量大小為5的一種工件，包含兩道工序，第一道工序在機(jī)床1上加工，加工時(shí)間為4，批次準(zhǔn)備時(shí)間為5，第二道工序在機(jī)床2上加工，加工時(shí)間為6，批次準(zhǔn)備時(shí)間為5。則不提前進(jìn)行批次準(zhǔn)備的調(diào)度結(jié)果如圖3-1，生產(chǎn)周期為60。區(qū)分批次準(zhǔn)備時(shí)間和工序加工時(shí)間的調(diào)度結(jié)果如圖3-1，生產(chǎn)周期縮短為55。</p><p><b>　　圖3-1</b></p><

73、p><b>　　圖3-2</b></p><p><b>　　3.2 分批策略</b></p><p>　　3.2.1 分批基本理論</p><p>　　分批劃分，即把一批工件分成若干較小批量，對(duì)每一小批量工件獨(dú)立運(yùn)輸和加工。</p><p>　　基于機(jī)器負(fù)荷分批算法的基本思想為：零件會(huì)長時(shí)間

74、占有機(jī)床，從而使其它種類的零件處于等待狀態(tài)而不能被及時(shí)加工，而有些機(jī)床會(huì)由于得不到零件而處于空閑狀態(tài)。如果將加工時(shí)間很長的零件適當(dāng)劃分子批，則既可以減少零件的等待時(shí)間，又可以減少機(jī)床的空閑時(shí)間，從而縮短最大完成時(shí)間。</p><p>　　基于最大完成時(shí)間的分批算法基本思路是：首先確定分批數(shù)；然后計(jì)算每個(gè)子批包含的工件數(shù)，計(jì)算每道工序的加工時(shí)間，并加上工序的準(zhǔn)備時(shí)間。這時(shí)每個(gè)子批可以看成一個(gè)獨(dú)立的工件，所有工件在車

75、間中的加工方式便成了平行移動(dòng)方式，按下面的公式計(jì)算一類工件單獨(dú)加工的最大完成時(shí)間：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　其中，T為最大完成時(shí)間；m為工序數(shù)；n為批數(shù)；ti為第i工序的加工時(shí)間；tL為最長工序的加工時(shí)間。算出某種批數(shù)情況下的最大完成時(shí)間，與前一種批數(shù)的最大完成時(shí)間比較，若前者大，則算法停止，否則繼續(xù)增加分批數(shù)。</p

76、><p>　　分批算法首先要考慮如何分批，其次要對(duì)各子批的加工進(jìn)行排序。在一次迭代過程中，當(dāng)分批方案確定后，批數(shù)、每個(gè)子批包含的工件數(shù)都已經(jīng)確定，可以視為確定性作業(yè)車間調(diào)度問題，唯一不同的是，同臺(tái)機(jī)器上同類工件的不同子批連續(xù)加工時(shí)，不需要工序準(zhǔn)備時(shí)間。</p><p>　　3.2.2 批量大小與生產(chǎn)周期的關(guān)系</p><p>　　在作業(yè)車間變批量調(diào)度問題中，生產(chǎn)批量與生

77、產(chǎn)周期存在U型關(guān)系，如圖3-3，即過大過小的批量都會(huì)導(dǎo)致較長的生產(chǎn)周期。</p><p>　　圖3-3 加工批量與生產(chǎn)周期的U型關(guān)系示意圖</p><p>　?。?）加工批量過小?？傆?jì)劃量一定，當(dāng)工件加工批量過小時(shí)，工件的子批數(shù)量相應(yīng)增大，將導(dǎo)致機(jī)床的調(diào)整時(shí)間和工件的運(yùn)輸搬運(yùn)時(shí)間增加，導(dǎo)致生產(chǎn)周期變長，同時(shí)增加了生產(chǎn)管理的難度。而且隨著子批數(shù)量的增大，問題的搜索空間也會(huì)相應(yīng)增大，造成算法的

78、搜索效率下降，所求調(diào)度解的質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)下降，那么生產(chǎn)周期也會(huì)變長。</p><p>　?。?）加工批量過大?？傆?jì)劃量一定，當(dāng)工件加工批量過大時(shí)，較大批量工件占有當(dāng)前正在加工的機(jī)床，會(huì)使后續(xù)機(jī)床長時(shí)間處于閑置等待狀態(tài)，從而降低工作效率，另外，這樣也會(huì)造成個(gè)別機(jī)床生產(chǎn)負(fù)荷過重，這樣不僅導(dǎo)致工作效率下降、設(shè)備負(fù)荷不均、資源利用不平衡，而且會(huì)使生產(chǎn)周期增大。</p><p>　　由于車間生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)

79、度與工件批量分割有關(guān)，確定批量分割與工件加工排序的最優(yōu)組合成為解決問題的關(guān)鍵。適當(dāng)?shù)呐糠指罘椒ú坏苡行p少機(jī)床的空閑等待時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，而且可以盡可能減少所分得的子批數(shù)量。</p><p>　　3.2.3 本文分批策略的選擇</p><p>　　通常情況下，一共有四種不同的分批方式：1、等批量分割，子批次間無間歇時(shí)間；2、等批量分割，子批次間有間歇時(shí)間；3、不等批量分

80、割，子批次間無間歇時(shí)間；4、不等批量分割，子批次間有間歇時(shí)間。對(duì)于方式1和方式3而言，它們與不分批沒有本質(zhì)的區(qū)別，有學(xué)者對(duì)方式2和方式4進(jìn)行了研究，結(jié)果表明等量分批方式的性能要優(yōu)于非等量分批方式，而且非等量分批將增大車間現(xiàn)場(chǎng)管理的難度。因此，本文將采用等量分批的策略。</p><p>　　在已有的批量調(diào)度研究過程中，不管是等量分批還是非等量分批，大多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為生產(chǎn)批量可以為任意整數(shù)值，他們?cè)诖思僭O(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化

81、計(jì)算。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，這種假設(shè)有很大的局限性，因?yàn)橛兄T多因素限制批量的大小: 1、原材料限制；2、工裝夾具限制；3、質(zhì)量控制要求；4、零件裝配要求。</p><p>　　1、原材料限制：機(jī)加工生產(chǎn)中，很多零件的原材料都是棒料或者型材等形式。為了保證最大的材料利用率和減少切割次數(shù)，一般都存在一個(gè)切割數(shù)量的參考數(shù)值。同時(shí)，對(duì)于同一種棒料，不同個(gè)體的性能也會(huì)存在區(qū)別，一般要求會(huì)要求同原料的零件一起加工以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

82、</p><p>　　2、工裝夾具限制：零件在加工過程中，通常需要各種各樣的夾具進(jìn)行定位、輔助加工。在某些情況下，為提高生產(chǎn)效率，很多夾具都設(shè)計(jì)成同時(shí)裝配多個(gè)零件的形式。</p><p>　　3、質(zhì)量控制的要求：零件的加工最終目的是生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，質(zhì)量控制是伴隨著整個(gè)加工過程。目前，實(shí)際生產(chǎn)使用較多的質(zhì)量管理SPC、SPD等方法，都對(duì)零件的加工批量有一定的限制。</p>&

83、lt;p>　　4、零件裝配的要求：零件在加工過程中必然存在誤差，同一批次加工的零件，其誤差的同向性較好。取同一批次的零件進(jìn)行裝配，不僅易于裝配，而且也有利于提高整體性能。</p><p>　　綜合考慮以上幾個(gè)方面，本文認(rèn)為存在一個(gè)基準(zhǔn)批量的概念。在組織生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)該按照基準(zhǔn)批量值的整數(shù)倍進(jìn)行分批、投產(chǎn)。</p><p>　　綜合考慮以上因素，本文將采用基準(zhǔn)批量加等量分批的策略。實(shí)際處理

84、過程中，可能存在不能嚴(yán)格按基準(zhǔn)批量的倍數(shù)進(jìn)行等量分批的情況，在這種情況下可以將多余零件并入最后一個(gè)批次。</p><p>　　描述為：零件A需求數(shù)量為D，基準(zhǔn)批量值為B</p><p><b>　　分批數(shù)量的取值為：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b

85、>　　批量L為：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　對(duì)于D小于B的特殊情況不進(jìn)行分批操作。</p><p>　　3.3 eM-Plant仿真方法分析</p><p>　

86、　3.3.1 遺傳算法的應(yīng)用分析</p><p>　　遺傳算法在車間作業(yè)調(diào)度上的應(yīng)用，是近年來才發(fā)展起來的研究方向。車間生產(chǎn)過程中，涉及到的可變因素非常多，導(dǎo)致生產(chǎn)調(diào)度問題在很多情況下使用數(shù)學(xué)模型難以精確求解。目前在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，調(diào)度員往往主要靠經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行調(diào)度，效率低，調(diào)度的有效性也無法保證。自從遺傳算法引入生產(chǎn)調(diào)度問題后，很多專家學(xué)者都運(yùn)用遺傳算法進(jìn)行求解并取得了一些研究成果，但是在研究過程中也反映出了遺傳算法在

87、解決車間調(diào)度問題上的一些局限性：</p><p>　　第一，在運(yùn)用遺傳算法時(shí)必須建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。鑒于車間調(diào)度問題的復(fù)雜性要建立起考慮車間各種因素的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)困難，因此學(xué)者們?cè)谶M(jìn)行研究時(shí)只能考慮最基本的約束（也即古典車間調(diào)度問題），這就造成了研究結(jié)果與應(yīng)用實(shí)踐的脫節(jié)，往往結(jié)果只有理論上的意義不能直接用于生產(chǎn)實(shí)踐。</p><p>　　第二，遺傳算法是一種很好的算法框架，它不依賴于問題的

88、種類，因此應(yīng)用范圍非常廣泛。但正是由于這個(gè)原因，我們?cè)谶\(yùn)用遺傳算法時(shí)，需要通過大量的編程才能實(shí)現(xiàn)算法的流程，對(duì)研究人員的編程能力要求較高。尤其是在車間調(diào)度這類復(fù)雜的問題上，如果要考慮的變量較多，算法的編程周期肯呢過較長。</p><p>　　第三，運(yùn)用遺傳算法求解車間調(diào)度問題時(shí)，即使是車間的生產(chǎn)線局部發(fā)生改變，也會(huì)導(dǎo)致需要修改算法程序。在實(shí)際的生產(chǎn)車間中，生產(chǎn)線的情況往往是多變的，因此遺傳算法的靈活性有待提高。&

89、lt;/p><p>　　3.3.2 仿真方法的應(yīng)用分析</p><p>　　仿真技術(shù)作為解決車間調(diào)度問題的一種主要支持工具，早已被人們廣泛接受，而且一直是熱門的研究領(lǐng)域。武漢科技大學(xué)的黃竹君和熊禾根教授分析了動(dòng)態(tài)車間調(diào)度的特點(diǎn)，利用仿真的方法研究了各種啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則對(duì)生產(chǎn)的實(shí)際調(diào)度性能，從而為啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則在車間作業(yè)計(jì)劃中的應(yīng)用提供了重要的選擇依據(jù)。四川大學(xué)的唐茂和劉勝青教授對(duì)敏捷化車間調(diào)度作

90、業(yè)流程進(jìn)行了深入分析，提出了適用于并行多機(jī)和作業(yè)車間生產(chǎn)類型的智能調(diào)度算法，并利用仿真的方法進(jìn)行了驗(yàn)證。重慶大學(xué)的蔣勝龍和鄭忠教授利用仿真的方法研究煉鋼車間的調(diào)度問題，張啟忠和陳曉慧教授利用仿真研究了鋼管生產(chǎn)線的車間調(diào)度問題，建立了生產(chǎn)線的仿真模型，制定了多種可行的調(diào)度策略，最后通過多次仿真進(jìn)行了策略效果的驗(yàn)證。</p><p>　　隨著基于仿真的調(diào)度方法研究的不斷深入，我們發(fā)現(xiàn)在單獨(dú)使用仿真方法處理調(diào)度問題時(shí)存

91、在著諸多局限性。從根本上來講，仿真調(diào)度的基本原理是：根據(jù)生產(chǎn)車間的實(shí)際邏輯建立仿真調(diào)度模型，然后按照一定的調(diào)度決策規(guī)則，在模型上模擬整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)過程，對(duì)該模擬過程中系統(tǒng)狀態(tài)的變化進(jìn)行記錄，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理產(chǎn)生相應(yīng)的性能數(shù)據(jù)。因此仿真調(diào)度方法實(shí)際上是一種實(shí)驗(yàn)性和試探性的方法，雖具有較強(qiáng)的適應(yīng)性但不是一種系統(tǒng)優(yōu)化法，不能求系統(tǒng)的最優(yōu)解，只能讓人們依據(jù)對(duì)系統(tǒng)模型動(dòng)態(tài)運(yùn)行的效果，進(jìn)行反復(fù)仿真，實(shí)現(xiàn)間接的優(yōu)化。這樣在進(jìn)行研究時(shí)，為了尋找最優(yōu)化

92、的方法，需要進(jìn)行多次重復(fù)仿真。對(duì)于像車間調(diào)度這類大規(guī)模的問題上，如果單獨(dú)使用仿真的方法進(jìn)行優(yōu)化則人工參與的工作量過大，難以尋找到最優(yōu)解。</p><p>　　3.3.3 運(yùn)用eM-Plant進(jìn)行仿真的基本思想</p><p>　　車間調(diào)度的研究由來已久，產(chǎn)生了形形色色的方法，但是這些算法單獨(dú)使用時(shí)總會(huì)存在一些劣勢(shì)。因此，通過幾個(gè)算法的結(jié)合，可以使其相互取長補(bǔ)短，達(dá)到一個(gè)比較理想的效果。遺傳

93、算法的主要劣勢(shì)在于處理復(fù)雜的車間調(diào)度問題時(shí)，數(shù)學(xué)模型的建立比較困難，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)算法流程需要的編程工作量較大且不易于修改模型；其優(yōu)勢(shì)主要在于可以對(duì)各種可行方案進(jìn)行迅速優(yōu)化，在較短時(shí)間內(nèi)可以得出最優(yōu)解或近優(yōu)解。仿真方法的主要劣勢(shì)在于它是一種實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的方法，在大多數(shù)情況下都是用于對(duì)某個(gè)可行方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，而無法直接進(jìn)行方案的自動(dòng)優(yōu)化；其優(yōu)勢(shì)主要在于可以通過成熟的仿真軟件迅速對(duì)實(shí)際生產(chǎn)車間進(jìn)行建模反映車間的運(yùn)行邏輯，并且模型修改十分方便，靈活性高

94、。</p><p>　　eM-Plant軟件有內(nèi)置的GA優(yōu)化模塊，通過使用eM-Plant軟件來進(jìn)行仿真，可以結(jié)合遺傳算法與仿真的方法，我們可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行互補(bǔ)，從而達(dá)到一個(gè)較理想的狀態(tài)。</p><p>　　3.4 零件投產(chǎn)順序</p><p>　　在生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃安排中，其中一個(gè)最基本的工作就是確定零件的投產(chǎn)順序，即排序問題。尤其當(dāng)零件分成多個(gè)批次進(jìn)行生

95、產(chǎn)時(shí)，零件生產(chǎn)過程中的資源爭(zhēng)用將會(huì)大量增加，這時(shí)訂單中所有零件分批完成后得到的批次相互之間的投產(chǎn)順序?qū)φ麄€(gè)調(diào)度的性能影響將更大。因此調(diào)度過程中，各個(gè)批次進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)的順序即投產(chǎn)順序，是調(diào)度過程中需要進(jìn)行優(yōu)化的一個(gè)問題。</p><p>　　eM-Plant不僅提供了優(yōu)秀的可視化仿真建模功能，同時(shí)也包含了功能強(qiáng)大的基于遺傳算法工程優(yōu)化模塊，該模塊可以和系統(tǒng)的仿真模型進(jìn)行無縫結(jié)合，也就是說在不需要對(duì)模型進(jìn)行任何修改的

96、前提下，可以對(duì)模型進(jìn)行各種優(yōu)化，從而獲得最佳的方案。同時(shí)，它還內(nèi)置了幾種常見的優(yōu)化任務(wù)：序列優(yōu)化、數(shù)值范圍優(yōu)化、選擇優(yōu)化等，用戶通過簡(jiǎn)單設(shè)置即可非常方便的利用這些功能。本文的投產(chǎn)順序優(yōu)化問題是典型的序列優(yōu)化問題，所以可以通過序列優(yōu)化模塊來完成。因此在本文中，對(duì)于零件批次投產(chǎn)順序的優(yōu)化利用仿真平臺(tái)的序列優(yōu)化功能進(jìn)行處理，優(yōu)化目標(biāo)與目標(biāo)函數(shù)相同。這樣就形成了一個(gè)內(nèi)層優(yōu)化方案：對(duì)于種群中的每一個(gè)分批方法將存在多種不同的投產(chǎn)順序，在仿真過程中可

97、以對(duì)投產(chǎn)順序進(jìn)行優(yōu)化，提高算法的全局優(yōu)化性，形成最優(yōu)的調(diào)度方案。然后將最優(yōu)方案計(jì)算所得的目標(biāo)函數(shù)值返回到外層遺傳算法，作為對(duì)應(yīng)該個(gè)體的適應(yīng)度值。</p><p>　　3.5 緩沖區(qū)中的零件加工順序</p><p>　　當(dāng)設(shè)備上發(fā)生多個(gè)零件等待時(shí)，如何安排等待零件的加工順序是我們?cè)谡{(diào)度過程中需要解決的一個(gè)問題。對(duì)于此問題總的來說有兩類解決方案，一類是采用各種智能算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；另一類是采用

98、基于規(guī)則的啟發(fā)式方法。這兩種方法各有優(yōu)劣，智能算法更易于得到最優(yōu)解，但是計(jì)算復(fù)雜不容易操作；而基于規(guī)則的啟發(fā)式算法簡(jiǎn)單易行且易于滿足各種約束，但是要求得最優(yōu)解較難。鑒于批量調(diào)度問題的復(fù)雜性，本文采用基于規(guī)則的啟發(fā)式方法來解決此問題。具體操作方式是：根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則，將設(shè)備的等待隊(duì)列中任務(wù)排列好，每當(dāng)有新任務(wù)進(jìn)入等待隊(duì)列時(shí)就必須重新進(jìn)行排列。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，常用的啟發(fā)式規(guī)則如表3-1所示。</p><p><

99、;b>　　表3-1</b></p><p>　　在眾多規(guī)則中FIFO對(duì)于減少平均通過時(shí)間是最優(yōu)的。因此，根據(jù)我們建立的調(diào)度模型可知采用FIFO的規(guī)則來決定工件的加工順序?qū)τ讷@取優(yōu)化的調(diào)度方案是有利的，所以本文采用FIFO的規(guī)則。</p><p>　　第四章 車間作業(yè)變批量調(diào)度仿真</p><p>　　本章根據(jù)對(duì)Job-shop車間變批量調(diào)度問題的需

100、求分析以及車間生產(chǎn)運(yùn)行邏輯的調(diào)研，結(jié)合本文所述的針對(duì)變批量調(diào)度問題的算法，運(yùn)用先進(jìn)的建模和仿真工具eM-Plant，結(jié)合應(yīng)用面向?qū)ο蟮姆椒?，進(jìn)一步深入細(xì)化車間作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的模型。利用eM-Plant中的SimTalk語言對(duì)各個(gè)對(duì)象及活動(dòng)進(jìn)行編程控制，使得整個(gè)系統(tǒng)模型的邏輯層次更加清晰，以選擇出較優(yōu)的調(diào)度策略，合理的較優(yōu)的作業(yè)計(jì)劃，很好地描述了基于車間作業(yè)生產(chǎn)的特性模型。</p><p>　　4.1 仿真實(shí)例總體方

101、案</p><p>　　4.1.1 仿真流程</p><p>　　eM-Plant仿真流程圖如圖4-1</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　4.1.2 主要步驟</p><p>　　本仿真實(shí)例的主要步驟是：</p><p>　　1. 分析需求、

102、確定目標(biāo)：應(yīng)該對(duì)所研究的系統(tǒng)進(jìn)行全面的了解，確定仿真研究的所要達(dá)到的目標(biāo)，以及主要的實(shí)現(xiàn)的方案包括算法、實(shí)現(xiàn)環(huán)境等。</p><p>　　2. 采集相關(guān)數(shù)據(jù)：對(duì)車間進(jìn)行調(diào)研，收集系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)包括設(shè)備情況、任務(wù)情況以及有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。</p><p>　　3. 相關(guān)軟件選型：分析各種仿真軟件的特性，確定具體的仿真平臺(tái)。</p><p>　　4. 建立仿真模型：根據(jù)所

103、收集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在仿真平臺(tái)上建立相應(yīng)的仿真模型。在仿真模型中設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)。</p><p>　　5．實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制函數(shù)：根據(jù)算法中所設(shè)計(jì)的功能，在仿真模型中實(shí)現(xiàn)各種控制函數(shù)。</p><p>　　6. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性仿真：確保模型的有效性。</p><p>　　7. 進(jìn)行仿真。運(yùn)行仿真程序，得出仿真結(jié)果。</p><p>　　8. 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分

104、析，評(píng)價(jià)算法的有效性。</p><p>　　4.2 仿真軟件介紹</p><p>　　eM-Plant軟件是Tecnomatix公司采用C++開發(fā)的主要用于生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的建模與仿真的軟件系統(tǒng)，是面向?qū)ο蟮?、圖形化的、集成建模和仿真工具，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)施都滿足面向?qū)ο蟮囊?。許多世界級(jí)的制造商和物流系統(tǒng)開發(fā)商都在使用eM-Plant做全局規(guī)劃，用它來評(píng)估不同的方案以做出科學(xué)的生產(chǎn)、經(jīng)營

105、決策。軟件的面向?qū)ο蟮募夹g(shù)可以幫助生產(chǎn)結(jié)構(gòu)合理的層次模型，同時(shí)考慮了外部和內(nèi)部的供應(yīng)鏈、生產(chǎn)資源和與生產(chǎn)和經(jīng)營過程相關(guān)的環(huán)節(jié)。</p><p>　　這里，對(duì)一些eM-Plant的功能作綜合介紹：</p><p><b>　　1. 用戶界面</b></p><p>　　面向?qū)ο蟮膱D形用戶環(huán)境，具有窗口、菜單和鼠標(biāo)功能；圖形化表示模型信息；面向應(yīng)用

106、的對(duì)話窗口的數(shù)據(jù)輸入；用戶定義對(duì)話窗口；屏幕的布局控制；集成的工作環(huán)境；漸進(jìn)式的建模方式；非程序化的操作；在線幫助。</p><p><b>　　2. 建模的方法</b></p><p>　　eM-Plant不需要預(yù)先進(jìn)行過程的定義：交互式面向?qū)ο蟮慕－h(huán)境將對(duì)象的圖形與邏輯關(guān)系集成在一起，可在模型建立后隨時(shí)對(duì)某些單元進(jìn)行修改和定義，且修改完畢，模型能繼續(xù)運(yùn)行。<

107、;/p><p>　　eM-Plant軟件具有豐富的建模單元，能夠模擬和模仿生產(chǎn)和運(yùn)輸系統(tǒng)。</p><p>　　物料移動(dòng)單元有：產(chǎn)生加工品的單元，用于對(duì)加工品送料口的建模；物體單元，用于對(duì)加工品的建模；分流口單元，用于對(duì)分合流口的建模；單處理單元，用于對(duì)加工單元的建模；雙處理單元，用于對(duì)雙加工單元的建模；排序單元，用于對(duì)排列工序的建模；軌道單元，用于對(duì)道路的建模；小車單元，用于對(duì)運(yùn)輸車輛的建模

108、；線單元，用于對(duì)輸送帶的建模；緩沖區(qū)單元，用于對(duì)緩沖站的建模；調(diào)控單元，用于對(duì)調(diào)節(jié)分配資源的人的建模；出戰(zhàn)單元，用于出站口的建模；仿真鐘，控制仿真的運(yùn)行。</p><p>　　信息流單元有：表文件單元，可將統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)放入表單元中；觸發(fā)器單元，控制程序調(diào)用與否及調(diào)用條件，對(duì)于面向?qū)ο蠼５姆抡嬗绕湮呛犀F(xiàn)實(shí)；文件接口單元，可將仿真統(tǒng)計(jì)出的數(shù)據(jù)與其他應(yīng)用程序進(jìn)行通信；文件連接單元，可將其他應(yīng)用程序生成的文件為eM-Pl

109、ant使用；程序單元，控制仿真的運(yùn)行條件。</p><p>　　3. 建模中的信息處理</p><p>　　eM-Plant提供了一種類似C的仿真開發(fā)語言SimTalk，它可以通過簡(jiǎn)單的命令和語言結(jié)構(gòu)，建立面向?qū)ο蟮慕ＵZ言來完成對(duì)象間信息的傳遞，或同來彌補(bǔ)基本對(duì)象的其他功能，這使得eM-Plant使用的彈性很大，能夠針對(duì)不同的行業(yè)進(jìn)行物流仿真，使用戶可通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真流程的控制。<

110、;/p><p>　　4. 使用遺傳算法對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，本文主要利用此模塊進(jìn)行車間作業(yè)調(diào)度優(yōu)化。</p><p><b>　　5. 仿真</b></p><p>　　在開始仿真時(shí)，進(jìn)行任意的裝載；在仿真過程中可以存儲(chǔ)模型狀態(tài)；在仿真過程中改變模型和參數(shù)；任意設(shè)置仿真的速度；仿真中能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；在仿真中或仿真完成后，對(duì)模型值進(jìn)行圖形表示和評(píng)

111、估。</p><p>　　4.3 仿真模型基本元素</p><p>　　實(shí)現(xiàn)車間作業(yè)變批量調(diào)度仿真的第一步是建立系統(tǒng)的仿真模型，車間調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)一般包含下面幾類設(shè)備資源，在eM-Plant中逐一進(jìn)行創(chuàng)建。</p><p><b>　?。?）機(jī)床類</b></p><p>　　車間調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床類設(shè)備可以視為工作站。一般的

112、加工單元可以用SingleProc來建立模型。SingleProc從與它連接的上一個(gè)物流對(duì)象獲得移動(dòng)對(duì)象MU（Moving Units），在SingleProc中可以設(shè)置該加工單元的加工時(shí)間（Processing time）、準(zhǔn)備時(shí)間（Set-up time）、故障恢復(fù)時(shí)間（Recovery time）等，還可以設(shè)置工件進(jìn)出該加工單元的動(dòng)作，可以很方便地對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行仿真。工作站是生產(chǎn)線上最基本的實(shí)體單元，其對(duì)象功能有其成員函數(shù)完成，如