（系统工程专业论文）企业柔性的调度及其度量方法.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 2 1 世纪制造业的竞争将是柔性和响应速度的竞争，以适应全球市场的动 态市场的动态变化。柔性制造业系统正式由于具有高度柔性和高度自动化而 成为目前最先进的一种自动化制造系统。从优化模型看，遗传算法非常适合 用于求解基于柔性制造系统优化设计问题。但由于局部搜索能力差，收敛速 度慢，以及处理约束问题困难等缺点，因而在柔性制造系统优化设计上应用 较少。数学规划方法是寻求调度问题最优解的传统方法，它的出发点是把调 度问题的解决看成是一个资源限制的寻优过程。 在实际应用中，人们越来越倾向于以接近现实的次优调度取代纯理论的 最优调度。柔性制造系统在运行中经常受到偶发性事件的影响，因此调度必 须适应运行环境的变化。系统为适应环境变化而采取的调度策略就是在调度 问题。目前对柔性制造系统问题的研究大都集中在静态类型的调度上，而对 动态的再调度问题研究较少，因此要综合研究柔性制造系统的柔性调度。 本文从五个部分对柔性在企业中调度及其度量方法作出了阐述和分析： 第一部分：对柔性的定义及其含义进行了全面的剖析，在柔性控制中讨 论了柔性的能力构成与柔性的表现形态的关系。讨论柔性和柔性度量的三维 指标，分析反应柔性的时间和费用组成，建立了柔性度量多维性的层次分析 结构。 第二部分：通过分析企业处理环境不确定性变化的过程，指出决策能力、 实现决策能力及反应速度这三者表现出来的综合能力反应了企业处理不确定 性的能力，在此基础上建立了柔性的度量方法并且给出实例加以说明。 第三部分：结合企业的信息处理能力、决策能力和生产能力建立了柔性 的科学度量体系。将企业的经济效益与柔性研究相结合，在此基础上建立了 柔性的度量方法并且给出实例加以说明，结果表明经济效益度量法更合理、 更实用。 第四部分：研究了制造柔性的概念，讨论了制造柔性的特点及其对制造 系统综合运行性能的影响，探讨了制造柔性的度量方法，包括调度问题的描 述，解决方法及再调度问题，并指出调度的柔性是影响系统柔性的一个重要 因素，并引入效益系数的概念，给出了相应的度量模型，讨论了模型的特点。 第五部分：把c l p 用作计算每一代样本的约束检验手段，有利于在遗传 算法的搜索中获得更好的解和更高的解算效率。资源约束最短时间调度问题 是一类n p 完全问题，提出一种采用混合策略的遗传算法求解该类问题，混合 墨坚里三2 堂堡主堂堡丝奎 策略中包含启发式的调度规则。理论分析表明混合策略的遗传算法是全局收 敛的，实际应用表明该算法快速有效优于传统算法。 关键词：柔性；制造柔性；效益系数；约束逻辑规划；遗传算法 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec o m p e t i t i o no fc e n t u r y2 1 s tm a n u f a a t u r ew i l lb et h ec o m p e t i t i o no ff l e x i b i l i t ya n d r e f l e c t i n gs p e e d ，b e i n gm f o rg i o b l e - m a r k e td y n a m i cc h a n g e f l e x i b l em a n u f a c t u r es y s t e mh a s a d v a n c e df l e x i b i l i t ya n da d v a n c e da u t o m a t i z a t i o na n di tb e c o m e st h em o s ta d v a n c e d a u t o m a t i z a t i o ns y s t e m i n t e l l i g e n tc o m p u t e ra r t i m e t i cd o e s n to n l yh a v ea d v a n c e df u n c t i o n ， b u ta l s oa s kf o rl e s sg o a lf u n c t i o na n dd e s i g nv a r i a b l e i te v d o e s n tn e e ds h o we x p r e s s i o n a l g o a lf u n c t i o n s og ai sv e r yf i tt oc o p ew i t hb e i n gb a s e do nf l e x i b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m d e s i g nq u e s t i o n s b u tt h ep a r ts e a r c h i n gc o m p e t e n c ei sb a d ，a d v a n c e ds p e e di ss l o w 。a n ds o m e d i s a d v a n t a g e si nc o p i n gw i t hl i m i t e dq u e s t i o n s ，l e s si nf l e x i b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m d e s i g n m a t h e m a t i c ss y s t e m a t i cm e t h o d sa r el o o k i n gf o rt h et r a d i t i o n a lm e t h o d si nd i s p a t c h q u e s t i o n s i ti s s e e nab e g i n n i n ga sa na d v a n c e dp r o c e s s i o ni nc o p i n gw i t hd i s p a t c h i n g q u e s t i o n s i n p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，p e o p l em o r ea n dm o r ei n t e n dt oa c h i e v et h em o s ta d v a n t a g e d i s p a t c h s i m u l a t i o n ，a r t i f i c i a li n t e l l i g e n ta n dn e r v a ln e tm e t h o d sa r el o o k i n gf o rs u b s t i t u t e m e t h o d s f l e x i b l em a n u f a c t u r es y s t e mi si n f l u e n c e db ya c c i d e n t a li n c i d e n t si nr u n n i n g ，s o d i s p a t c hm u s tb ef i tf o rc h a n g i n go f r u n n i n ge n v i r o n m e n t s y s t e mt a k e sm e a s u r e si nd i s p a t c h q u e s t i o n si no r d e rt ob es u i t a b l et oe n v i r o n m e n t a lc h a n g i n g a tp r e s e n tt h er e s e a r c ho f f l e x i b l e m a n u f a c t u r es y s t e mf o c u s e sm o s t l yo ns t a t i cd i s p a t c h ，b u tl e s si nd y n a m i cd i s p a t c hq u e s t i o n s a g a i n s ow es h o u l dc o m p l e t e l ys t u d yf l e x i b l ed i s p a t c ho f f l e x i b l em a n u f a c t u r es y s t e m t h et h e s i si sd i v i d e di nf i v es e c t i o n s d e f i n i n ga n de x p l a i n i n gf l e x i b l ed i s p a t c hi n e n t e r p r i s ea n dd i s p a t c hc a l c u l a t i o nm e t h o d s s e c t i o n1 ：t h ed e f i n i t i o na n dc o m p l e t e l ya n a l y s i so ff l e x i b i l i t y ，a n a l y z e dt h ea c t u a l i t y w i t hp e r f o r m a n c ef r o mt h ef l e x i b i l i t ya n dl a t e n tf l e x i b i l i t y , w ec a nr e a l i z ef l e x i b i l i t yw i t h l a t e n ta n df l e x i b l e d i s c u s s e di nf l e x i b l ec o n t r o l ，t h ef l e x i b l ea b i l i t yc o n s t i t u t e sw i t ht h e r e l a t i o no f t h ef l e x i b l ep e r f o r m a n c ea p p e a r a n c e t h ed i s c u s s i o ni st h r e et r i a n g l e so f f l e x i b i l i t y a n df l e x i b l ea d j u s t i n g ，t h ea n a l y s i sr e s p o n d sg e n t l et i m ea n dc o n s t i t u t ew i t he x p e n s e s i n e x p a t i a t i n gt i m ew i t ha c c o r d i n gt ot h ei m p o r t a n ta n df o u n d a t i o no ft h et i m es t r a t e g y , e s t a b l i s h e d m a n yt r i a n g l e sl e v e lo fs t r u c t u r eo fg e n t l eg e n e r o u sc h a r a c t e rt h ea n a l y s i s c o n s t r u c t i o n s e c t i o n 2 ：a c c o r d i n gt ob u s i n e s se n t e r p r i s et h a ta n a l y z e sp r o c e s sh a n d l i n ge n v i r o n m e n t i n d e t e r m i n a t i o nv a r i e t y ，p o i n to u tt h ea b i l i t yo f m a k i n gp o l i c ya n dr e a l i z e sd e c i s i o na b i l i t ya n d r e s p o n d i n gs p e e d t h et i n g ea s p e c t sc o m eo u to fs y n t h e s i z et h ea b i l i t y i tr e s p o n d st h e i l l 武汉理工大学硕士学位论文 b u s i n e s se n t e r p r i s eh a n d l i n gi n d e t e r m i n a t i o na b l l i 廿，t h ef o u n d a t i o na s c e n d e dt oe s t a b l i s ht h e f l e x i b l ec a l c u l a t i o nm e t h o de n dg i v et h es o l i de x a m p l et a k e si n t ot h ee l u c i d a t i o n a n a l y z e d f l e x i b i l i t ya n di n v e s t i g a t i v ep r e s e n tc o n d i t i o na n di t se x i s t e n tp r o b l e m s ，i tg i v e st h eg e n t l e d e f i n i t i o no f m a n a g i n gt h es u b - s y s t e m s e c t i o n 3 ：t h ei n f o r m a t i o nt h a t j o i n st o g e t h e rt h eb u s i n e s se n t e r p r i s eh a n d l i n ga b i l i t y ， d e c i s i o n a b i l i t y w i t h p r o d u c i n g t h ea b i l i t ye s t a b l i s h e df l e x i b l es c i e n c ec a l c u l a t i o n s y s t e m c o m b i n i n g t o g e t h e r w i t h f l e x i b l e r e s e a r c h t h ee c o n o m i c p e r f o r m a n c e o f t h e b u s i n e s s e n t e r p r i s e ，i ta n n o u n c e st op u b l i cf l e x i b i l i t yo f t w oc h a r a c t e r i s t i c s t h ef o u n d a t i o ni sa s c e n d e d t oe s t a b l i s ht h ef l e x i b l ec a l c u l a t i o nm e t h o de n dg i v et h es o l i de x a m p l et ot a k ei n t ot h e e l u c i d a t i o n t h er e s u l te x p r e s s e sm o r er e a s o n a b l ea n dm o r ep r a c t i c a le c o n o m i cp e r f o r m a n c e c a l c u l a t i o nm e t h o d s e c t i o n 4 ：s t u d ym a n u f a c t u r i n gf l e x i b i l i t yc o n c e p t ，d i s c u s st h ef l e x i b l ec h a r a c t e r i s t i c si n m a n u f a c t u r i n ga n di t ss y n t h e s i z et h ei n f l u e n c eo f t h em o v e m e n tf u n c t i o n t 0t h em a n u f a c t u r i n g s y s t e m ，p u tf o r w a r dac o n c e p tf o ru s i n gf o rt of l e x i b l ep r o c e e d i n gc l a s s i f i c a t i o nm a n u f a c t u r i n g f l a m e ，i n q u i r ei n t of l e x i b l ec a l c u l a t i o ni nm a n u f a c t u r i n gm e t h o d ，p r o c e e dt ot h ea d j u s t i n go f g e n t l em a n u f a c t u r i n gs y s t e mi n s i d eat oe x p a t i a t ed e t a i l ，i n c l u d et oa d j u s ta d e s c r i b ew i t h s o l u t i o nm e t h o da n da d j u s t i n gap r o b l e m ，a n dp o i mo u tf l e x i b i l i t yt h a ti st oa f f e c tt h es y s t e m f l e x i b i l i t ya l li m p o r t a n tf a c t o r ，l e a dt ot h ec o n c e p to ft h ep e r f o r m a n c e ，g i v eah o m o l o g o u s t a l e u l a t i o nm o d e l ，d i s c u s st h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h em o d e l s e c t i o n 5 ：a c c o r d i n gt o t h ee n v i r o n m e n t a lc h a r a c t e r i s t i c si ng e n t l ep r o d u c t i o n ，i t d e s c r i b e sc l pa n dg ai na d j u s t i n gap r o b l e mi n s i d ea tt h ea p p l i e df r a u l e u s i n gt h es t i p u l a t i o n e x a m i n a t i o nm e a n so ft h ee a c hg e n e r a t i o ni nc a l c u l a t i o ns a m p l et ot h ec l p ，i tb e n e f i t st o a c q u i r et h eb e t t e rs o l u t i o ni nm a n h u n tt h a ti n h e r i tc a l c u l a t ew a yt oc a l c u l a t et h ee f f i c i e n c y w i t ht h eh i g h e rs o l u t i o n t h er e s o u r c e sc o n t r o lm o s ts h o r tt i m ea d j u s t i n gah e r e d i t yf o rt h e p r o b l e mt h a ti sac o m p l e t ep r o b l e mi nn p ，p u tf o r w a r dak i n do f a d o p t i o na d m i x t u r es t r a t e g y c a l c u l a t ew a yb e g ss o l u t i o nt h et y p e sp r o b l e m ，m i x i n gw i t ht oi n c l u d ei nt h es t r a t e g yt h e i n s p i r et y p ea d j u s t i n gar u l e t h e o r i e sa n a l y s i se x p r e s s e sw h a tt h eh e r e d i t yc a l c u l a t ew a yo f t h es t r a t e g yo fa d m i x t u r e t h et h e s i sp u t sf o r w a r da no v e r a l ls i t u a t i o nt or e f r a i nf r o mr a s h a c t i o n ，a c t u a la p p l i c a t i o ne x p r e s s e st h a tc a l c u l a t ew a ya b o u tt h ef l e e t n e s sv a l i ds u r p a s sa n d t r a d i t i o n a lc a l c u l a t ew a y k e yw o r d s ：f l e x i b i l i t y ；m a n u f a c t o r ef l e x i b i l i t y ；b e n e f i c i a lq u o t i e t y ；c l p ( c o n s t r a i n i n gl o g i c p l a n ) ：g a ( g e n e t i ca r i t h m e t i c ) w 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 选题目的与意义 第一章绪论 制造业正面临着越来越激烈的全球化市场竞争，制造业企业必须不断推 出创新的产品，以更短的新产品上市时间、更优的产品质量、更低的产品成 本、更好的服务和满足环保要求的六要素去赢得客户和更大的市场份额。产 品是一切制造业企业生产经营活动的主体，产品开发是这一活动主体的源头。 国内外企业的分析表明，产品开发方式的改善是企业从应用技术中获得更大 潜在效益的重要因素，改进产品的开发过程比改进产品的生产过程获得的效 益更为显著。随着生产方式的进一步发展，产品开发已经发展成为一个具有 协作性的国际化活动。这种全球化的产品开发活动不仅仅在于企业通过一定 的供应链进行产品零部件的购销活动，而且要求必须借助于全球化网络环境 进行跨企业之间以技术合作为主的协作开发活动。产品的复杂性使得各个企 业无法通过自身完全地研发所有的零部件，以紧缩或松散形式进行协作开发 已经成为企业生存的重要形式。 系统的柔性【”，即系统适应变化的能力，还存在着潜在性和表现性的问题 根据潜在性和表现性，柔性体现为3 种形态：潜在柔性、可实现柔性和现实 柔性。潜在柔性是由系统物理结构决定的应付环境变化能力；可实现柔性是 由物理结构和一些管理因素及人员素质决定的应付环境变化能力；现实柔性 是系统一段时期内的行为决定的应付环境变化能力。柔性存在于企业的各个 部门，而企业本身又是一个极其复杂的社会系统，这就决定了柔性的复杂性。 在企业的运行过程中，柔性表现为各种不同的能力，但就反映柔性本质而言， 可将柔性定义为经济而快速地响应变化环境的能力。从敏感性和稳定性的角 度分析这一能力，系统的敏感性是指在不至于引起绩效恶化的情况下系统所 能容忍变化的程度；而系统的稳定性决定了需要响应时系统能否做出响应， 并决定了变化值的范围。例如，绩效不受机器故障影响的生产系统比绩效受 机器故障影响的系统缺少敏感性，而即能响应工具磨损又能响应工具损坏的 系统比只能响应工具损坏的系统更稳定。因此，降低敏感性，增加稳定性意 味着柔性的提高。 企业必须针对环境的变化做出决策以减少环境变化的不确定性对企业的 干扰，决策的任务通常由组织管理子系统来完成。决策使企业有了明确的目 标，为了高效率地实现这些目标，必须在企业内部进行职能划分与专业分工， 武汉理工大学硕士学位论文 使企业的每个子系统都承担一部分任务，这些任务可看成是子系统的目标。 企业目标的实现过程是通过一系列子目标的实现而最终实现。因为这些子目 标不是相互独立的，这就决定了在企业内部存在着广泛的协作关系，为了整 体效益必须有一专门机构来指挥协调各部门的工作，这个任务又落在了组织 管理系统的肩上。因此组织管理系统必须具有一定的柔性才能进行有效的决 策、协调和管理。把握住不确定性不仅能使企业免于干扰带来的损失，而且 也能让企业获得一次发展机遇。科学技术日新月益的发展是产生干扰源的重 要原因之一，技术先进的产品必然要替代相对落后的产品。若企业能比较准 确地预测这一发展过程，就可以相应地减少老产品的生产，从而避免大量库 存，而将资源转移到新产品的生产中去，使企业获得了一次发展机遇。很多 大企业都是在经历了一次次环境的波动之后发展壮大起来的。由于不确定性 的二重性，仅仅把柔性看成是减少不确定性干扰造成损失的能力是片面的， 因此必须从减少损失和增加效益两方面来考察柔性。 2 1 世纪制造业的竞争将是柔性和响应速度的竞争，以适应全球市场的动 态市场的动态变化。柔性制造业系统正式由于具有高度柔性和高度自动化而 成为目前最先进的一种自动化制造系统。智能计算机算法不具有全局寻优功 能，而且对目变函数和设计变量要求少，甚至不要求显示表达1 7 1 标函数，因 此，从优化模型看，遗传算法非常适合用于求解基于柔性制造系统优化设计 问题。但由于局部搜索能力差，收敛速度慢，以及处理约束问题困难等缺点， 因而在柔性制造系统优化设计上应用较少。数学规划方法是寻求调度问题最 优解的传统方法，它的出发点是把调度问题的解决看成是一个资源限制的寻 优过程。这类方法能够把复杂而多样的调度环境考虑在内，因而受到理论工 作者的重视，从5 0 年代开始到8 0 年代末出现了一批研究成果。但这一类方 法的一个明显缺点是：时间耗费随问题规模的增大呈指数增长。因此，在实 际应用中，人们越来越倾向于以接近现实的次优调度取代纯理论的最优调度。 仿真、人工智能、神经网络方法正是寻找次优解的方法。柔性制造系统在运 行中经常受到偶发性事件的影响，因此调度必须适应运行环境的变化。系统 为适应环境变化而采取的调度策略就是在调度问题。目前对柔性制造系统问 题的研究大都集中在静态类型的调度上，而对动态的再调度问题研究较少， 因此要综合研究柔性制造系统的柔性调度。 综上所述，分析了柔性研究的现状及其存在的问题，要侧重从柔性的能 力构成分析了缓冲能力、适应能力、创新能力，从柔性的潜在性和表现性分 析了现实柔性、可实现柔性和潜在柔性，要在柔性控制中讨论柔性的能力构 2 武汉理工大学硕士学位论文 成与柔性的表现形态的关系。应该结合企业的信息处理能力、决策能力和生 产能力建立柔性的科学度量体系，时间和基于时间策略的重要性的基础上， 建立柔性度量多维性的层次分析结构，要研究制造柔性的概念，讨论了制造 柔性的特点及其对制造系统综合运行性能的影响，提出一个用于对制造柔性 进行分类的概念框架，探讨了制造柔性的度量方法。 柔性是有效地响应变化的环境的能力，柔性是一个系统所具有的有效地 处理环境变化或由环境引起的不确定性的能力。柔性这一定义包含了构成柔 性的几个关键要素，如能力、系统、处理、变化，不确定性、有效性。这些 要素的组合，揭示了柔性的实质特征。对柔性的定义及其含义进行了全面的 剖析，侧重从柔性的能力构成分析了缓冲能力、适应能力、创新能力，从柔 性的潜在性和表现性分析了现实柔性、可实现柔性和潜在柔性。在柔性控制 中讨论了柔性的能力构成与柔性的表现形态的关系。 企业决策反应能力、实现反应能力所协调出来的应付环境变化的能力称 为企业柔性【l 】。本文分析了柔性研究的现状及其存在的问题，给出了管理子系 统的柔性定义。结合企业的信息处理能力、决策能力和生产能力建立了柔性 的科学度量体系。通过分析企业处理环境不确定性变化的过程，指出决策能 力、实现决策能力及反应速度这三者表现出来的综合能力反应了企业处理不 确定性的能力，在此基础上建立了柔性的度量方法并且给出实例加以说明。 将企业的经济效益与柔性研究相结合，揭示了柔性的两个特征，在此基础上 建立了柔性的度量方法并且给出实例加以说明，经济效益度量法t 2 也很合理、 实用。并且研究了制造柔性的概念，讨论了制造柔性的特点及其对制造系统 综合运行性能的影响，提出一个用于对制造柔性进行分类的概念框架，探讨 了制造柔性的度量方法。 1 2 国内、外研究现状 ( i ) 柔性和系统柔性 m a n d e l b a u m ( 1 9 7 8 ) 和z e l e n o v i c ( 1 9 8 2 ) 将柔性定义为有效地响应变化的环 境的能力；m a s c a r e n h a s ( 1 9 8 1 ) 和b u z a c o t t ( 1 9 8 5 ) 将柔性定义为系统所具有的处 理变化的环境或环境引起的不稳定的能力；e df r a z e l l e ( 1 9 8 6 ) 将柔性定义为能 快速而不昂贵地响应变化的或新的情况的能力：c h u n gc h 和c h e ni j ( 1 9 9 0 ) 将柔性定义为经济而快速地响应变化的环境的能力；g u p t a 和b u z a c o t t ( 1 9 8 9 ) 将柔性定义为系统处理变化的能力。柔性是有效地响应变化的环境的能力， 柔性是一个系统所具有的有效地处理环境变化或由环境引起的不确定性的能 武汉理工大学硕士学位论文 力。柔性这一定义包含了构成柔性的几个关键要素，这些要素的组合，揭示 了柔性的实质特征。 系统的柔性【l 】，即系统适应变化的能力，存在着潜在性和表现性的问题。 根据潜在性和表现性，柔性体现为3 种形态：潜在柔性、可实现柔性和现实 柔性。潜在柔性是由系统物理结构决定的应付环境变化能力；可实现柔性是 由物理结构和一些管理因素及人员素质决定的应付环境变化能力；现实柔性 是系统一段时期内的行为决定的应付环境变化能力。潜在柔性和可实现柔性 的概念最早由p y o u n & c h o i ( 1 9 8 9 ) 提出，讨论的都是潜在的能力。之后g e r w i n ( 1 9 9 3 ) 区分了潜在柔性、现实柔性和需求柔性，现实柔性不再是系统的一种 潜能，是对系统行为的体现。需求柔性是外界需求和不确定性的反映，它不 是系统柔性的形态，是要求系统柔性达到的水平和目标。通过分析企业处理 环境不确定性变化的过程，指出决策能力、实现决策能力及反应速度这三者 表现出来的综合能力反应了企业处理不确定性的能力。 ( 2 ) 企业柔性 根据m a n d e l b a u m 给出的定义，即柔性是指对变化环境有效的反映能力。 企业没有感觉器官不可能针对环境的变化做出本能反应。任何反应是为了实 现一定目标的企业活动，这个过程可以分为决策过程与实现决策过程。决策 过程的作用在于制定目标的正确性，实现过程在于发挥企业的现有能力( 包括 潜能) 将决策变为现实。由于环境是不断变化的而且其变化具有不确定性，企 业必须针对环境的变化及时做出并实现多种决策来有效对付环境变化的干 扰，使环境朝着有利于企业的方向发展。企业的这种能力不同于一般的决策 能力，它不仅要求保证决策的正确性而且要求较大范围和较快的决策速度称 之为决策反应能力。而对实现能力也有范围和速度的要求，称之为实现反应 能力。光有决策反应能力和实现反应能力还不够，还要求两者相匹配，具有 较高的协调速度。将决策反应能力、实现反应能力、协调程度所表现的综合 能力称为企业系统柔性【i j 。 ( 3 ) 柔性制造系统中的调度 近年来，国内外对产品开发的研究热点集中在并行工程、协同设计、产 品开发过程建模、产品开发过程重组等。资源优化调度算法与模型研究方面， 目前国内外学者提出了多种资源配置分析方法和模型，关于柔性资源的优化 配置的研究相对而言比较少。现有对复杂产品协同开发的研究缺少从资源调 度的角度优化开发过程，尤其是缺乏柔性资源对提高产品协同开发绩效的作 用机理的研究。复杂产品的开发活动涉及大量的包括柔性资源在内的资源和 4 武汉理工大学硕士学位论文 信息高度耦合、动态变化的开发任务。资源总数的有限性，使得资源冲突随 时可能发生在同一个或不同的产品开发活动之间。因此，必须从系统的角度 对产品开发过程中的资源调度问题进行探讨，并借助人工智能、计算机仿真 等领域的方法解决调度问题计算规模过于庞大的瓶颈。 ( 4 ) 企业柔性资源的度量 企业间竞争的日益加剧和需求多样化将使企业的环境变得更加复杂与不 确定性，柔性问题的研究将是未来企业关注的热点，要能给予企业管理者以 思想上的启迪，对于企业的生存与发展具有战略意义。柔性的度量1 4 】公式为企 业柔性的评价奠定了基础，企业应该以此为契机，重组和再构企业资源，着 力于提高企业柔性，以立于不败之地。 把握住不确定性不仅能使企业免于干扰带来的损失，而且也能让企业获 得一次发展机遇。科学技术日新月益的发展是产生干扰源的重要原因之一， 技术先进的产品必然要替代相对落后的产品。若企业能比较准确地预测这一 发展过程，就可以相应地减少老产品的生产，从而避免大量库存，而将资源 转移到新产品的生产中去，使企业获得了一次发展机遇。很多大企业都是在 经历了一次次环境的波动之后发展壮大起来的。由于不确定性的二重性，仅 仅把柔性看成是减少不确定性干扰造成损失的能力是片面的，因此必须从减 少损失和增加效益两方面来考察柔性。 1 3 研究目标内容与思路 研究目标：本论文对柔性的定义及其含义进行了全面的剖析，侧重从柔 性的能力构成分析了缓冲能力、适应能力、创新能力，从柔性的潜在性和表 现性分析了现实柔性、可实现柔性和潜在柔性。在柔性控制中讨论了柔性的 能力构成与柔性的表现形态的关系。通过分析企业处理环境不确定性变化的 过程，指出决策能力、实现决策能力及反应速度这三者表现出来的综合能力 反应了企业处理不确定性的能力。在此基础上建立了柔性的度量方法并且给 出实例加以说明，并且基于约束逻辑规划和遗传算法的柔性调度。研究了制 造柔性【2 7 】的概念，讨论了制造柔性的特点及其对制造系统综合运行性能的影 响，提出一个用于对制造柔性进行分类的概念框架，探讨了制造柔性的度量 方法。将企业的经济效益与柔性研究相结合，揭示了柔性的两个特征，在此 基础上建立了柔性的度量方法并且给出实例加以说明。 研究方法：企业外部环境的变动导致柔性战略适应变化战略措施的实施， 企业内部资源配置的复杂化扩展了利用变化的创新空间，利用变化空间的非 武汉理工大学硕士学位论文 对称性，利用变化的空间延展与制造变化时空的区别。柔性资源智能调度算 法主要解决将合适的资源在合适的时间分配到合适的位置并保证目标函数最 优。调度问题在计算量上往往是n p 完全问题，并且存在着很多不确定的因素， 因此在核心算法上试图将模糊规划、随机规划、遗传算法、人工神经网络、 启发式规则等智能方法结合起来。应用系统分析方法，结合国际上对优化产 品开发过程采用的先进技术，运用现代数学工具、过程建模工具等方法建模； 综合运用多种智能算法求解，并采用计算实验和计算机仿真手段对柔性资源 在复杂产品协同开发过程中的智能调度方案进行分析。本论文涉及系统工程、 控制论、运筹学、机械和计算机等多学科理论和知识，因此，需要多学科密 切配合，采用定性与定量相结合、理论探索与模拟实验相结合的原则进行研 究。 研究成果和创新点：对柔性的定义及其含义进行了全面的剖析。侧重 从柔性的能力构成分析了缓冲能力、适应能力、创新能力，从柔性的潜在性 和表现性分析了现实柔性、可实现柔性和潜在柔性。将企业的经济效益与 柔性研究相结合，揭示了柔性的两个特征，在此基础上建立了柔性的度量方 法。建立了拥有柔性资源的复杂产品协同开发过程模型；提出了面向复杂 产品协同开发过程的柔性资源调度模型及其智能求解方案。讨论柔性和柔 性度量的三维指标1 1 6 j ，分析反应柔性的时间和费用组成。在阐述了时间和基 于时间策略的重要性的基础上，建立了柔性度量多维性的层次分析结构。结 合企业的信息处理能力、决策能力和生产能力建立了柔性的科学度量体系。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第二章柔性度量的三维指标分析 2 1 柔性的定义及特征 随着市场竞争日趋激烈化和国际化，企业正面临着复杂多变的环境，如： 快速的技术革新、顾客需求和品味的变化、越来越短的产品生命周期以及供 应资源的不确定性等。如何在这种变化的环境中立于不败之地是每个企业都 要面对的严峻考验。多数成功企业的经验表明：柔性是企业在剧烈变化的环 境中求得生存和发展的一个重要和不可缺少的因素。正如x a v i e r d e g r o o t e 所 指出的，柔性的特性是“可作为应付变化的屏障”。柔性的概念有各种定性化、 定量化的描述。然而这些不管是国外还是国内的研究多数是针对柔性制造系 统t 2 3 1 ( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，f m s ) ，而且大多是关于战术技术上的 运作分析，局限在柔性的技术实现方法上。由于这些研究没有考虑到重要的 人的因素和组织因素对柔性的影响，因此对于评价企业过程的柔性来说它们 是不完善的，也不具有一般性，而且很难用于其他行业柔性的评价中；即使 是制造业，它们也只适用于分析生产过程。实际上，柔性的问题是很广泛的， 具有一定的普遍性，不只是制造业，多数服务性行业也具有柔性问题。本论 文从系统的角度出发，给出了柔性的一般性定义，分析了影响企业过程柔性 的因素：综合技术、组织等，给出了企业过程柔性的形式化描述及其性质， 提出了定量化描述的方法和柔性度的概念，建立了企业过程柔性的概念框架。 柔性和柔性度量的三维指标，分析反应柔性的时间和费用组成。在阐述了时 间和基于时间策略的重要性的基础上，建立了柔性度量多维性【1 6 】的层次分析 结构。 许多国外著名的学者对柔性1 2 i 】进行了定义及分类。m a n d e l b a u m ( 1 9 7 8 ) 和 z e l e n o v i c ( 1 9 8 2 ) 将柔性定义为有效地响应变化的环境能力；m a s e a r e n h a s ( 1 9 8 i ) 和b u z a e o t t ( 1 9 8 5 ) 将柔性定义为系统所具有的处理变化的环境或环境引起的 不稳定的能力；e df r a z e l l e ( 1 9 8 6 ) 将柔性定义为能快速而不昂贵地响应变化的 或新的情况的能力；c h u n gc h 和c h e ni j ( 1 9 9 0 ) 将柔性定义为经济而快速地响 应变化的环境的能力；g u p t a 和b u z a c o a ( 1 9 8 9 ) 将柔性定义为系统处理变化的 能力。在柔性的诸多定义中，引用最多的是m a n d e l b a u m ( 1 9 8 9 ) 所给的即柔性 是有效地响应变化的环境能力。在此基础上我们提出柔性定义：柔性是一个 系统所具有的有效地处理环境变化或由环境引起的不确定性的能力。柔性这 一定义包含了构成柔性的几个关键要素，如能力、系统、处理、变化、不确 7 武汉理工大学硕士学位论文 定性和有效性。这些要素的组合，揭示了柔性的实质特征： ( 1 ) 柔性是一种处理变化的能力。还有学者将柔性划分为“以变应变”的 应变能力和“以不变应变”的缓冲能力。 ( 2 ) 柔性是一个“系统”的能力。柔性不是单一的概念，它是相对系统而 言的，它是系统的一种特征，系统的柔性才是我们研究的对象。 ( 3 ) 柔性是一个系统处理环境“变化”或由环境引起的“不确定性”的能 力。“变化”和“不确定性”是柔性存在的前提，“变化”、“不确定性”和“处 理变化的能力”是因果关系。环境的“变化”和“不确定性”的存在客观上 要求系统具有一定的适应环境变化和处理各种不确定性的能力。 ( 4 ) 柔性是一个系统“有效”地处理环境变化和由环境引起的不确定性的 能力。首先，是否“有效”需通过一些指标来衡量，如变化范围、响应速度、 经济性等。应该说，能在较大范围内快速、平稳经济变化的系统比那些以很 大的费用或较长时间而获得同样变化的系统更具柔性。其次，柔性的“有效 性”相对外部需求的，柔性不单纯是系统的内部要素的函数，而应该是对外 部需求的反应函数。 根据柔性定义，柔性是一个系统所具有的有效地处理环境变化或由环境 引起的不确定性的能力。柔性是相对“变化”和“不确定性”而言的一种能 力。变化分为“可预料的变化”和“不可预料的变化，企业面临的不确定性 分为内部不确定性和外部不确定性。企业采取行动，应付变化的方法归纳为 三种，从简单到复杂依次为：减少和缓冲变化；适应变化；创造变化。根据 系统应付变化的方式，柔性的能力从低级到高级划分为：缓冲能力、适应能 力、创新能力。 ( 1 ) 缓冲能力是指系统的要素和各环节具备有的吸收或减少环境变化对 系统影响的能力。缓冲能力是柔性的一种，是系统抵御环境变化的一种手段。 系统之所以具有缓冲能力，在于系统储备了缓冲变化的各种资源。缓冲一般 可以分为实物缓冲、能力缓冲和时间缓冲。以储备方式缓冲变化时，除了考 虑储备量的多少，还要考虑储备品种的多少，也就是所谓充实度，充实度是 系统中具有不同功能的资源的多寡程度，它被提出作为度量柔性的一个指标。 缓冲是一种消极地应付变化的方法，出发点是“以不变或少变应变”。 ( 2 ) 适应能力是指系统的要素和各环节具有随环境变化而迅速适应变化 的能力。适应是指当环境出现变化时，系统并不改变其萋本特征的前提，能 作出相应的调整适应其变化的能力。在这种情况下，柔性表现为稳定性。稳 定性是指