基于智能優(yōu)化算法的車間調(diào)度問題研究

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1、碩士學(xué)位論文1．1調(diào)度理論概述第一章緒論在古代社會，生產(chǎn)力水平不高，人口稀少，資源相對比較豐富，資源的有限性問題難以引起人們的普遍重視。自從十八世紀六十年代在英國爆發(fā)工業(yè)后，人類社會的生產(chǎn)力水平出現(xiàn)了空前的飛躍，對資源的需求量急劇提高，資源的有限性問題逐漸擺在了人們面前，因此，對資源的合理配置與優(yōu)化利用開始成為科學(xué)研究的一個新問題。有限資源的合理配置與優(yōu)化問題是人類社會面臨的最基本的經(jīng)濟學(xué)問題，它貫穿于社會生活的各個方面，從社會的宏觀經(jīng)濟運行到企業(yè)的微觀經(jīng)濟活動都要受到資源條件的制約。由此產(chǎn)生了有關(guān)這個問題的不同學(xué)科和理論，其中在生產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生了一個非常重要的理論

2、，即調(diào)度理論。所謂調(diào)度就是在滿足某些約束(操作的先后關(guān)系、預(yù)定的完成時間、最早開始時間及資源能力等)的條件下對操作進行排序，按照排序的次序進行資源和時間分配，并且使某個執(zhí)行目標(如生產(chǎn)期、拖期時間或生產(chǎn)費用等)達到最優(yōu)。調(diào)度理論源于對制造車間生產(chǎn)計劃與控制的研究，從誕生之日起它就引起了管理科學(xué)家和應(yīng)用數(shù)學(xué)家的重視，人們在此領(lǐng)域發(fā)表了大量的文獻著作，另有一些學(xué)者從不同的廣度和深度考察了調(diào)度理論的發(fā)展狀況。經(jīng)過幾十年的研究和探索，調(diào)度理論逐漸發(fā)展成為一個比較完整的科學(xué)理論，在企業(yè)的生產(chǎn)中得到了一定程度的應(yīng)用【IJ。由于企業(yè)車間的生產(chǎn)計劃與控制問題在所有調(diào)度問題中最具

3、典型性，所以對車間調(diào)度問題的研究一直在調(diào)度理論中占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來，很多領(lǐng)域的研究人員都對調(diào)度問題產(chǎn)生了濃厚的興趣，他們利用不同的技術(shù)和方法對此問題進行了更為廣泛、深入、細致的研究，取得了豐碩的成果。1．2研究背景及意義近幾十年來，由于科學(xué)技術(shù)快速的發(fā)展，從而導(dǎo)致生產(chǎn)規(guī)模越來越大，復(fù)雜性越來越高，市場競爭也越來越激烈，這對企業(yè)的管理和對生產(chǎn)過程的監(jiān)控都提出了很高的要求。現(xiàn)在企業(yè)的生產(chǎn)過程的主要特征是生產(chǎn)規(guī)模的大型化和生產(chǎn)過程的連續(xù)化。在激烈的市場競爭中，為了保證生產(chǎn)的高效穩(wěn)定地運行，原來簡單的、局部的、常規(guī)的控制和僅憑經(jīng)驗的管理已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的可使企業(yè)產(chǎn)

4、生最大的經(jīng)濟效益等問題。為了解決這些問題，美國約瑟夫·哈林頓博士在1973年首次提出計算機集成制造(CIM)的概念。上世紀80年代中期基于CIM理念的系統(tǒng)CIMS開始得到重視，并進行大規(guī)模的實施。生產(chǎn)調(diào)度是CIMS系統(tǒng)中的一個復(fù)雜而且非常重要的部分。它處在CIMS體系結(jié)構(gòu)的中間位置，發(fā)揮兩方面的作用：一是接受企業(yè)決策層的綜合生產(chǎn)計劃，經(jīng)表態(tài)計劃分解，向下面的設(shè)備控制層發(fā)布調(diào)度命令，即各種生產(chǎn)設(shè)備和原材料用量的設(shè)定值；二是接受設(shè)備控制層上報的實時狀態(tài)信息，進行動態(tài)調(diào)度，改變部分設(shè)定值，并把計劃執(zhí)行情況上報企業(yè)決策層。因此，生產(chǎn)計劃與調(diào)度是實施CIMS的關(guān)鍵，無論是

5、理論研究，還是應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)都受到學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的關(guān)注。追根溯源，生產(chǎn)調(diào)度來源于對制造車間生產(chǎn)計劃與控制的研究，但其與生產(chǎn)計劃又有一定的區(qū)別。生產(chǎn)計劃側(cè)重于經(jīng)營計劃和生產(chǎn)能力的平衡，考慮的時間范圍為中長期，如月或年。而生產(chǎn)調(diào)度則是在較短的時間內(nèi)進行，最主要的任務(wù)是生產(chǎn)作業(yè)的安排與資源的具體分配，涉及實際生產(chǎn)環(huán)境的各種約束。生產(chǎn)調(diào)度側(cè)重于生產(chǎn)裝置的分配利用和物料平衡等細節(jié)，考慮的時間范圍為短期，一般為周或月。因而，生產(chǎn)調(diào)度同時又是生產(chǎn)計劃的可行性驗證過程。為了便于問題的闡述和研究，本文將調(diào)度問題明確為針對加工活動的排序和加工時間的確定問題。需要注意的是，生產(chǎn)調(diào)度不

6、同于一般意義上的排序【2J。排序只是確定不同工作任務(wù)共享有限資源的順序，生產(chǎn)調(diào)度不僅包括確定任務(wù)的處理順序，還包括確定每個資源處理每個任務(wù)的開始時間和結(jié)束時間。由于存在“任務(wù)等待"和“資源閑置"兩種情況，同一個排序結(jié)果可以對應(yīng)多個生產(chǎn)調(diào)度，而一種生產(chǎn)調(diào)度只對應(yīng)唯一的一種排序。在我國大多數(shù)企業(yè)中，均存在設(shè)備利用率低、生產(chǎn)準備周期長、成本高、自動化水平低、質(zhì)量不穩(wěn)定及資金周期慢等問題。企業(yè)要在激烈的市場競爭中求生存、謀發(fā)展，最關(guān)鍵的是要運用先進的制造技術(shù)和管理方法，提高企業(yè)響應(yīng)市場的快速應(yīng)變的能力，這就要求企業(yè)具有快速的產(chǎn)品開發(fā)能力，盡可能短的產(chǎn)品生產(chǎn)周期，較高的產(chǎn)

7、品質(zhì)量和設(shè)備利用率。車間調(diào)度系統(tǒng)的目標就是合理地安排車間生產(chǎn)作業(yè)計劃，充分利用現(xiàn)有的各種資源，消除生產(chǎn)瓶頸，提高設(shè)備的利用率和零部件加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，減少在或消除加班，降低零件加工成本，準確快速地為上級部門提供可靠的各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)。目前，車間調(diào)度管理成為組織現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)哲理和工廠自動化的重要組成部分，在2碩士學(xué)位論文現(xiàn)代化企業(yè)中的作用越來越重要。隨著計算機及計算機網(wǎng)絡(luò)引進企業(yè)，基于信息集成而發(fā)展起來的優(yōu)化調(diào)度正在興起。一種是離線優(yōu)化調(diào)度，即根據(jù)各種有關(guān)信息，對調(diào)度模型進行優(yōu)化計劃，得出的調(diào)度指令立即在計算機屏幕上顯示，然后由調(diào)度人員來決定是否采納并進

8、行執(zhí)行。第二種是在線優(yōu)化