（机械设计及理论专业论文）s95标准下装饰布企业mes中计划与调度研究.pdf

摘要 随着加入w t o 默后市场竞争的日趋激烈，我国制造企业不仅面临着提高 企业生产率的重任，两且需要全面提升企业竞争力，对企业实施信息化管理成 为各类企业的普遍需要。于是每个企业都在寻求较好盼生产与运作管理方案， 以提高企业的生产、缀营和管理效率，从而提高企业盼核心竞争忧势。而生产 与运作管理的核心是生产作业调度问题能否高效地获得优化解，因此，研究生 产作业调度问题具有裰太鲍理论意义和现实价值。生产调度系统是一个综台的 职能部门，它是企浊的生产指挥中心，对生产活动中自赣各工序、各环节进行系 统的控制与协调。在传统的制造企业生产调度系统中存在着一些瞎题，姆在调 度过程中缺乏必要的现场信息，而控制层也不能及时将生产过程中可能发生或 已经发生的脱离计划的偏差信息反映给计划层。 制造执行系统( m e s ) 其定义为：“位于上层的计划管理系统与底层的牛 产控制之闻的面目车闻屡的笛理信息系统”。它建立了以生产作业管理为中心盼 计算机辅助车间管理信息系统，能够很好地解决上述所存在问题。m e s 将来良 企业计划层的计划信患转他为指令下发到生产控制层，并从! 卜产控带蝎中获得 ，圭产实绩数据，向计始层及时地提供生产实际状况信患。 本论文以企业控锩4 系统集成$ 9 5 标准为方法和基础。简要介绍了砸s 婚概 念及$ 9 5 标准之后依据s 9 5 标准分析了m e s 中的计戈啦调度活动，并依此建立 了装饰银企q k 计划调度活动的活动模型，分析了计划诱度活动的十b 关信息，详 细论述了生产能力信息。之后分析了装饰布企业生产的特点以及存在盼问题， 提出车间作业调度具体方案。在分析车间作、l k 调度内容的基础上，提出了装饰 布企业生产模式下工序缀作监调度与设备组内作业分配相结合的分层滑度模 型，分别介绍两个层次礴度的目标与规则的选取以及算法步骤。最后通过企业 中的实例，验证了该方法的可行性。 关键词：m e s ，$ 9 5 ，装饰布企q k ，生产调度 a bs t r a c t a f t e rc h i n a se n t r yi n t ow t o ，o u re n t e r p r i s e ss h o u l dn o to n l yi n c r e a s et h e i r p r o d u c t i v i t y , b u ta l s oe n h a l k et h ec o m p e t i t i v ep o w e r , t h ee n t e r p r i s ei n f o r m a t i z a t i o n h a sb e c o m et h ep o p u l a rd e m a n db yd i v e r s ee n t e r p r i s e s e a c he n t e r p r i s ei ss e a r c h i n g f o rag o o dm a n a g e m e n ts y s t e mf o rp r o d u c t i o na n do p e r a t i o nt oi m p r o v ee f f i c i e n c y i np r o d u c t i o n ，o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n ta sw e l l ，t h e r e b ye n h a n c ei t so w nc o r e c o m p e t i t i v ea d v a n t a g e w h i l et h ek e yi sw h e t h e rt h ep r o d u c t i o na n ds c h e d u l i n g p r o c e s sc o u l da c h i e v ei b eo p t i m a ls o l u t i o n ，t h er e s e a r c ho nt h ep r o d u c t i o np l a n n i n g a n ds c h e d u l i n gi so fg r e a tv a l u eb o t hi n t h e o r ya n di np r a c t i c e p r o d u c t i o n s c h e d u l i n gs y s t e mi sac o m p r e h e n s i v ef u n c t i o n a ld e p a r t m e n ta n di t s a l s ot h e p r o d u c t i o nc o m m a n dc e r l l e ro ft h ee n t e r p r i s eb e c a u s ei tc o n t r o l sa n dc o o r d i n a t e s e a c hp r o c e s sa n dt a c h o ft h ep r o d u c t i o na c t i v i t i e s ，i nt h ep r o d u c t i o ns c h e d u l i n g s y s t e mo ft r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e ，i tb r i n g so u tm a n yp r o b l e m ss u c ha s t h ep l a nl a y e ri sl a c ko ft h en e c e s s a r yc u r r e n ti n f o r m a t i o nd u r i n gt h ep r o c e s so f s c h e d u l i n ga n dc o n t r o l l i n gl a y e rc a nn o ts e n dt h eo u t p l a no rw i n d a g ei n f o r m a t i o n t h a tm a yw i l lt a k ep l a c eo rh a v et a k e np l a c ed u r i n gp r o d u c t i o nt ot h ep l a nl a y e r t i m e l y m e sc a nb ed e f i n e da sam a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e ml i eb e t w e e nt h el a y e r o fp l a nm a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h eb o t t o ml a y e ro fp r o d u c t i o nc o n t r o l l i n gw h i c h s e tt o w a r dt ot h ew o r k s h o p m e sb u i l tt h ec o m p u t e ra i d i n gw o r k s h o pm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e ma i m e dt om a n a g et h ep r o d u c t i o nt a s kw h i c hc a nd e a lw i t h p r o b l e m s m e n t i o n e da b o v e t h i sm e so nt h eo n eh a n dc o n v e r t st h e p l a n i n f o r m a t i o nc o m ef r o m p l a nm a n a g e m e n ts y s t e m o ft h e e n t e r p r i s e i n t ot h e i n s t r u c t i o na n dt h e ns e n di tt ot h ep r o d u c t i o np r o c e s sc o n t r o l l i n gs y s t e m ，o nt h e o t h e rh a n di tc a na c q u i r e h ec u r r e n ti n f o r m a t i o nf r o mt h es p o tp r o d u c t i o np r o c e s s c o n t r o l l i n gs y s t e ma n dt h e ns e n dt h i st op l a nm a n a g e m e n ts y s t e m b a s e do f ft h e t h o u g h t a n dm e t h o do f e n t e r p r i s e c o m r o ls y s t e m t n t e g r a t i o n ( s 9 5 ) ，t h et h e s i si n t r o d u c e st h et h e o r yo fm e sa n d $ 9 5 ，t h e ni ta n a l y s e t h ea c t i v i t yo fs c h e d u l i r i ga n dd i s p a t c h i n gi nm e s he s t a b l i s h st h em o d e lo f s c h e d u l i n ga c t i v i t ya n dd i s p a t c h i n ga c t i v i t yi nv e s t e ee n t e r p r i s e ，a n a l y s e st h e i n c o r m a t i o na b o u tt h et w oa e f i v i 缸e s ，a d 如e s s e sp r o d t m f i o nc a p b i l i t yi n f o r m a t i o ni n d e t a i l a f t e rt h a tt h et h e s i sa n l y s e st l ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ee x i s t i n gp r o b l e m so f t 睡p r o d u c t i o ni nv e s t e ee 埔耗唧哦as g h e i 随l i n gm e t h o di sp u tf o r w a r d o n t h e 硒s i so fa n a l y s i so f w o r k 蛳p l 羽m 函管a n ds c h e d u ! , i ”g ，t h et w ol a y e r so fs c h e d u l i n g m o d ew i t ht h es c h e d u l i r 堆o fw o r k i n gp r o c e d u r ea n d s c h e d u l i n g i n w o r k i n g p r o c e d u r ei sp u tf o r w a r da n dt h i sm e t h o do fs c h e d u l i n gi sd e s c r i b e d k e y w o r d s ：m e s ，s 9 鱼v e 8 舰e n t e r p r i s e ，p r o d u c t i o ns c h e d u l i n g 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 在经济令球化环境下，市场竞争更加激烈，面对市场和技术的瞬息力变， 企业要想在国内外的竞争中立于不败之地，就必须对客户和市场的要求做出快 速响应。企业必须通过先进的生产运作和管理模式，按市场的要求实现低成本、 商质量、准确交货期地把产品交付到客户手中。交货期( t i m e ) 、质量( q u a l i t y ) 、 成本( c o s t ) 和服务( s e r v i c e ) 是影响利润的四项主要因素。制造企业的主要 活动是生产，生产管理是企业管理中最重要的部分，而生产管理的大部分工作 最终都要落实到车间，那么车间管理的重要性自然不同于企业其它职能部门的 管理。因此，必须加强对车间生产的管理和控制，以提高企业的竞争力。 制造资源计划( m a t e r i a lr e s o u r c ep l a n n i n g ，m r p i i ) 、企业资源计划 ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) 、优化生产技术( o p t i m i z e dp r o d u c t i o n t c l m o l o g y ，o p t ) 和准时生产( j u s ti nt i m e ，j i t ) 等理论和方法、以及基于 这些理论的生产管理系统在实际的企业管理中得到很多成功的应用，为企业的 生产：管理提供了有效的解决方法和工具。但是，由于车间生产管理强调生产计 划的执行，以及生产现场数据的采集和回馈，而e r p 、j i t 等强调企业的计划 健。因此，在车间生产管理和控制上，e r p 、j i t 等就显得力不从心。 因此，解决生产计划的适应性以及增加底层生产过程的信息流动，提高计 埘盼实时性和灵活性，已经成为一个重要的研究课题。 1 。2 计划控制技术 蓬勃发展，使得企业所面临的全球化竞争程度与日俱增。然而 资源，企业不可能无限甫4 地投入任何资源。冈此，较佳的资源 升企业的竞争力。e r p 是一科呵将企业的财务会计、管理会计、 物料管理、销售与分销等几个主要功能的信息集成的应用管理 自动将这些部门的信息都纳入一个跨部门、跨地区的整合工作 企业经营数据纳为决策信息，以实施监控并支持公司的各项关 武汉理上人学硕士学髓论文 键决策，提岛资源管理效率。因此，e r p 系统可使企业的f 言息流紧密整合，以 改善企业的作业流程及生产力，继而提高市场竞争力。 2 0 世纪6 0 年代初，随着计算机技术的发展，一种新的生产管理技术 物料需求计划f m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ，m r v ) 首先在美国发展起来。m r p 使用物料清单f b i l lo fm a t e r i a l ，b o m ) 对系统的最终需求展开为对零部件和原 材料的需求；在考虑现有库存和生产提前期的丽提下，下达制造或采购计划【2 1 。 到了7 0 年代，为了及时调整需求计划，对制造资源的能力和负荷有及时的了解， 出现了有反馈功能的闭环m r p 。在增加了能力平衡、成本核算、帐务管理、订 货管理等之后，l v l r p 发展为对企业制造资源进行全面管理的m r p i i 。进入9 0 年代，m r p l l 经过进一步发展完善，形成了目前的e r p 系统。与m r p i i 相比， e r p 除了包括和加强m r p i i 的各种功能之外，更加面向全球市场，管理覆盖面 更宽，并涉及了企业供应连管理，从企业全局角度进行经营与生产计划，是制 造食业综合的集成管理系统。从理论体系上来看，m r p 、m r p i i 和e r p 一脉相 承，其核心的闭坏m r p 思想保持不变【3 l 。 目前国内应用最广泛的生产管理系统是m r p i i 系统。m r p i i 的基本思想是 围绕物料转化组织制造资源，实现按需求准时生产，通过产品生产的时间和数 量计划，根据工序反推出所有零部件的投入产出时i h j 和数量，进而确定对制造 资源( 机器设备、场地、工具、工装、人力、资余等) 所需要的时问和数量， 由此围绕物料的转化组织制造资源，实现准时生产。但是按照m r p l l 方式组织 生产，存在四个明硅的问题1 2 1 ： 1 ) 不确定的产品结构的引入： 2 ) 陈旧的工时定额数据； 3 ) 不合实际的提前期定义； 4 ) 缺乏来自生产现场的反馈而导致计划的不准确。 凼此，实际应用过程中，存存在制品的库存最过多，造成管理混乱和资金 占用过多的问题。e r p 系统是在m r p i i 系统基础上进行了扩展，仍然没有解决 如何获得准确的生产计划和实时的生产控制的问题。 8 0 年代中期j i t 技术开始引入。j i t 的核心是适时、适量生，。，其基本思 想是“只在需要的时刻，按照需要的数量，生产需要的产品”。j i t l 产方式力 图通过“彻底摊除浪费”来实现最大利润目标，为了排除浪费，j i t 相应地产 ，卜了适时、适量生产、弹性配置作、j k 人数以及保证质量等基本方法 4 】。实行j i t 武汉理。正大学硕十学位论文 生产模式必须满足以下条件：生产计划平稳、减少调整准备时问、提高工a 素 质、生产车间重新椎局、准时采赙、消除原材料和外构件的库存、施强质量管 理、消除废品。f 1 前书因企渣实理玎f 模式生产缺乏很多的基础条体晰。 从事车间生产管理软件酶开发公司和研究单位很多。如s a pe 德，的r d 3 s y s t e m 、利玛信息技本公司的c a p m s 等，这些管理软件属于企业的e 层生产 计划管理系统，其中有些软件是从财务管理和物料管理角度开发，在_ i 序领秘 造执行过程管理上基本币能或不姥完善解决调度过程中出现的复杂多变瞄题， 软件的适应性比较差。目前瓣大多数e r p 、m r p l l 商品软件只能做到零件级生 产计划，而没有做至工序级生产计划，在实际的应片 中，难以充分秘用企业鲍 所用资源和能力，造成生产时紧时橙，原料、工装或辅料等短缺阱。 2 0 世纪9 0 年代铆期，全藤南蜗竞争更加激烈，作为上层计划管理系绕盼 e r p 受市场影响越来越大，计嫩盼适应性问题愈来愈突出，明显感到计划更不 上变化。企业的决策者逐渐诫设到计划的制定和执行要依赖于市场御实际作监 执行状态，而不能完全以物科和库存目报来控制生产。解决生产计魑的适应性 以及增加底层生产过程的信息流动，提高计划的实时性和灵活性，已经成为一 个重要的研究课题。为解决这个问题，美国先进制造研究机构a m r ( a d v a n c e d m a n u f a c t u r i n gr e s e 雒咄) 摇逝7 “镪造执行系统( m a n u f a c t u r i n g 匦e c u m 洒 s y n e m ，m e s ) ”，重点解决车阚生产瞎题。m e s 是针对m r p i i 在生产管瓒方 面的限制和不足产牛的，是m i l p r 的必要补充。m e s 和m r p i i 足互相依存的， 两者并不矛盾，是生产管理系统申紧密褶连的不同层面。m e s 为m r p l l 的应 用提供强有力的支持和功能补充。如何将m e s 与m r p i i 集成于一体，形成整 个食业的生产管理自动化系统，成为m e s 成功的关键，并为m e s 提供了一次 延伸和提高m r p i 系统骑畿艴枫会辟l 。它的应用软件由美国c o n s i i f a m 公司面 向半导体和电子行业襁继歼发盼w o e k s l r e a m ( m e si ) 和f a b 3 0 0 ( m e s i i ) 1 6 ) ；美隧 h o n e y w e l l 公司面f 的锚药行监开发的p o m s m e s l 6 1 ；美国的i i l t e l l u h o b 公司面的 多种行业丌发的f i xf o r w i n d o w s ，并在日本三菱汽车获得很大成功；广州今朝 科技有限公一j 开发的制造自行系统t o d a y m e s 。 通过以上叙述可眺看到。随着计算桃技术的，“泛应用，仓业信息他进程币 断加快，导入或开发一套信息管理系统是非常必要的。车间是组织生产的蓬要 单i ，如何控制和蟹l 织好工序级的生产活动，必将决定企、k 的最终市场竞争能 力，而毋庸省疑，车问作业计娥是车i 时生产所关心的重要内容，对牛产作业计 武汉理下太学硕十学位论文 划合理适当的调整将显得格外关键。 1 3 生产作业谚度 生产作业润度阕题是一粪具有时蛳约束、次序约束和资源约束的组合优化 问题。理论上已经诬嗡是一个n 粼n o p o l y n o m i a l ) l n j 题，可以描述为：n 令工件 在m 台机器上加工，一个工件在台机器上的加工成为一道l ：序，一个工件分 为k 道工序，每道工序可以在若干台枫器上加工。用加_ r = 路线表示工件的加二e 工艺流程，加工路线是实鼹络定的。用加工顺序表示各台机器上工件加工的先 后次序。因此，工雠工序婚排序瞎题是作业调度要觯决的主要问题1 7 。 排序问题是运簿学晦一令较年轻鳃分支，同时也是在实践巾应飕鼹广的运 筹学分支之一。排序问题有不t 瞬的分类方法，最常用的分类法是按褫器、! e 僻 和目标函数的特征分类。其中，按机器种类、数量和各攻颦的加工路线是否一 致，町将排序问题德海：译台机器摊序、流水车间排序( f l o w s h o p 、单件车 间排序( j o b s h o p ) 三神情况。肇台机器摊序最为简单，所有的操作侄务都在 单台机器上完成，文献脚巾伟f 详细讨论；流水车间( f l o w s h o p ) 排序假设所 有作业都在同样设磐- 6 ：趣鞋i ：，并且每个工件在所有机器上的加工路线一致i 单 件车间( j o b s h o p ) 排序并不限审b 作业操作的加工设备，允许每个工佛在帆器 上的加工路线不一致”j 。 在对调度问题进行研究的瘌法上，蠼初是集中杠整数规划、仿真和简单的 规则上，这些方法不是调度结果不理想就是难以解决复杂的问题。随着各种新 的相关学科与优化技术的建立与发展，调度问题的研究方法向多元化方向发展， 比如运筹学方法、恭于规财的方法、基于仿真的方法、基于排序的亦法船整予 智能的调度方法。边垦筒草穷绍+ 下这些方法及各自的优缺点： 1 运筹学力法 运筹学方法是将生产濒度阎题简化为数学规划模型，采用基于枚举思想舱 分支界定法或动态规划算法进行解决调度最优化或近优化问题，属于精确方法。 对于各种不同的分支定界法，其不附点主要在于分析规则、定界机制和 ：界的 。生这三方面存在差异。这类方法盟然从型论上能求得最优解，但出于计算复 杂性而难获得真l 卜实用。对于复杂蛉作、 p 调度问题，这种纯数学方法有模犁描 取困难、运算量大和算法难以实现的弱点。 4 武汉理i 人学硕十学位论文 2 基于燃财盼龙法 对生产搠工任务进行调度的最传统方法是使用谴度勰赋，已青许多调度规 则被廉用，孵媳调度规则简单、易j ：实现、计算复杂度低等膝因，能够用于动 态奥瞰调度系统中，多年来一直受到学者的广泛研究，并不断涌现出瓤蠲度规 则。常用的优党旗赠有恍：交货期最早的攻坚优先加工；蜃缝陡烈中加上时间 短腾卫件优兔递入当前队列；加工时间最短的工件傀先加工：先进入队列的工 件优先加工；最后进入队列的工件优先加工；停滞时问与私余工序数之比晟小 的工件优先加工。文献| l o j 提出了求解j o b s h o p 调度问题的粗捧算法与细摊算法 有橇纬合起来的方法；文献】提出了解决具有开完工限制约柬如k 幽唧生产调 度婚题的一币咿新方法：文献1 12 j 提出了在j i t 意义下由i n ( m 2 ) 台加工设备组 成滁柔性涮选系统一炎零件排序问题的通用模型，证明该衄器是一个n p 完全 问题，构造逸袋解埃模型的一个启发式算法。总地束说，密发式规则直观、简 单、易于实现。但是，近十年的研究表明并不存在个全局最优的调度规则， 它伟，鼢有效性依赖于特殊性能需求的标准及生产条件。 置基于镑真的方法 雉下仿真鳓方法通过运行仿真模型来收集数据，能对实际系统进行性能、 状态等方面盼分枥，从而能对系统采用合适的控锚调度方法。计算帆仿真的优 点鹰俺用：它珥噙通过模拟待建系统数学模型的碘惫状况，分拆锻想系统运行 所襻掰的箨祷数据，确定所规划没计的真实系统盼特性，遂兔豳谤度不当造成 损失；它是对复杂黼造系统进行动态分析的唯一肖娥方法。运用系统分析方法， 充分考虑系统全部参数，考察调度系统复杂的动态特征，找她系统的瓶颈环节， 从两使系统盼设计和运行可靠、有效；仿真虽没有优化能力，僭它能评价系统 能倦，设备礴愚率以及考察作业调度和排序方法，就而可雌通过反复模拟获取 一个满意方案；幽彤仿真所生成的过程动态现时蠢$ 定量分析系统存在的问题， 了解系统的限赫；计算机仿真能十分准确评价不同船运行策略砖嚣碲成本田素 估算值的影响，把投资风险减到最小。基于纯仿真仍存在以下阀题：鉴丁i 其实 验梅，很难对生产调度理论做出贡献；应用仿真进行生产谓度费用高；仿真的 准髓性受编程人员削断和技巧限制，甚至很高精度的仿真模型墩无法保证总能 找鲥麓优或次饯解。 4 基f - 排序的方法 该类方法实现由呼行性加工顺序，然后才确定每个操作的开工时f 叫，并对 武汉理下人学颈士学位论文 这个顺序优化，虽属近似算法，但又肯能达到最优调度。这类方法包括扁发式 圈搜索法，模拟退火法，禁总搜索法，遗传算法等。它们存在各自的不足，很 多学者采取混合算法来弥补单一方法的不足。 ( 】) 启发式图搜索法。对于表述为整数规划的调度问题，最初采用分支定 界法来解决，而后其它的启发式图搜索法也被应用于解决调度问题。启发式方 法的思想是按照调度规则从尚未调度的工序的一个子集种选择个工序进行调 度，直到所有的工序都被调度为止。由于调度规则是基于经验和特定问题，故 没有普遍适用的调度规则存在；某规则只能运用于一定场合的问题，所求得 的解只是可行解。 ( 2 ) 模拟退火法。其基奉思想是将一个优化问题比作一个物理系统，将优 忧问题的目标两数比成物理系统的能量，通过模拟物理系统逐步降温以达到最 低能量状态的退火过程而获得优化问题的全局最优解。该算法是一个通用性强 和优化程度较高的随机搜索算法。当解决的问题复杂性较高而且规模较太时， 特别是在对问题的邻域知识了解甚少的情况下，采用该算法最合适。因为利用 该算法求解时对目标函数几乎没有什么要求，因此适用范围较广；然而也存在 着收敛速度比较慢，难于设置复杂的退火进程等缺点。 ( 3 ) 禁忌搜索法。该方法足一种迭代方法，开始于一个初始可彳j + 解s ，然后 移动到邻域n ( s ) 中最好解s ，然后从新的开始点重复此法。为避免死循环，禁 忌搜索把最近进行的t 个移动( t 可崮定也可变化) 放在一个称作t a b ul i s t 的 表中，在目前的迭代中这些移动是被禁止的，在一定数日的迭代后又被释放出 莨。文献( 1 2 j 提出了一种遗传禁忌混合算法求解j o b s h o p 调度问题的整个解空间， 禁忌搜索算法充当遗传算法中的变异算子，完成对某个界领域进行寻优以提高 算法整体寻优性能。 ( 4 ) 神经网络优化。h o p f i e l d 神经网络模型的提出为求解各种有约束优化问 题歼辟了一条新途径，用h o p f i e l d 神经网络解决j s p ( j o b s h o ps c h e d u l i n g p r o b l e m ) l 、口j 题就是其在族和优化问题中的最成功的应用之一。其土要思路是通 过一个能量函数构造网络的极值，当网络迭代收敛时，能量函数达到极小，使 与能量函数对应的目标函数得到优化。 ( 5 ) 遗传算法( g e n e t i ca g o r i t h m ，g a ) 。基本思想是一种基于进化论优胜 劣汰、自然选择、适者生存和物种遗传思想的随机优化搜索算法，通过群体的 进化来进行全局性优化搜索。用该算法求解调度问题时通常基于这样的思路： 武汉理工大学硕士学位论文 首先将所有3 ：f l - 的每一道j i ：序定义为一个操作，然后将所有操作的排列定义为 一祭染色体，染色体上的每一个基因代表+ 个操作，基因的排列顺序就是操作 的实现顺序，随机产生的染色体通过进化( 复制、交叉和变异等遗传算子的操 作) 达到最大程度的环境适应性。其特点有简单通用、鲁棒性强、适用于并行 处理以及应用范围广等。与普通的优化搜索方法比，具有以下优点：搜索过程 不直接作用在变量上，而是在参数集上进行编码的个体，编码操作可以使遗传 算法直接对结构对象( 集合、序列、矩阵、树、图、链和袁) 进行操作；搜索 过程是从一组解迭代到另一组解，采用同时处理群体中多个个体的方法，易于 并行化；对搜索空间没有任何特殊要求，只利用适应性信息，不需要导数等其 他辅助信息，适应范围更广；采用概率的变迁规则来指导搜索方向，而不采用 确定性搜索规则；遗传算法在搜索过程中不容易陷入局部最优，即使在所定义 的适应值丽数是不连续的、非规则的或有噪声的情况下，它也能以很大概率找 到整体最优解；遗传算法具有隐含并行性，非常适应于大规模并行计算机。 5 基于智能的调度方法 基于智能的调度方法主要包括智能调度专家系统、基于智能搜索的方法及 基于多代理技术( m a s ) 的合作求解方法等 1 埘。其中智畿调度专家系统是人工 智能应用的体现。由于专家系统中知识获取和推理速度这些瓶颈，使得神经网 络逐渐被聚用，但存在训练速度慢，探索能力弱等缺点。基f 多代理技术合作 求解方法是较新的智能调度方法，它提供了种动态灵活，快速响应市场的调 度枫制；以分靠式人工智能中的多代理机制作为新的生产组织与运行模式，通 过代理问的合作及m a s 系统协调来完成生产任务调度，并达到预先规定生产 目的及牛“状态。目前人工智能应用调度问题己有许多研究成果。文献【”】将机 器学习和遗传算法结合，设计了种j o b 。s h o p 动态谰度系统，机器学习模块主 要是学习工件释放策略，而遗传算法主要用于解决每个桃器卜侄务的分配问题。 文献| i7 l 将机器学习算法i d 3 应用到智能车间调度系统中，以获取调度知识，其 计箨量较人。文献| l 埘基于分散性选择机制的改进遗传算法，提出一种新犁机器 学习算法用 动念调度中的知识获取。文献 1 9 1 提出了+ 种基f 多代理技术的 j o b - s h o p 调度模型，使用a g e n t 模型束描述生产过程中的各种资源实体，以 m a s 机制作为车渊新的生产组织与运彳模式，为传统调度方法研究提供了一个 较新的思路。 武汉理e 犬学硬十学位论文 1 4 装饰布企业1 1 5 v i e s 申计燃谔度国内外研究现状 随着消费者对产暖的需惑愈瓣多榉他，制造业的生产方式开始由犬批量雕 刚性生产转向多品穆多量的藁惶生产。伴随着计算机网络和大型数据摩等h 技术的发展，企业的信息系统也开始从局部的、事后处理系统方式转向全局的， 实时处理系统方式。企业信息挞术应燃的焦点已经由e r p 转向m e s 。溉s 压 是一个特定行q k 的概念，面是应用予各种制造_ k 的重要信息系统。 在国外，目前彤成了炼油互业、化学工k 、医药工业、食品工业、化纤编 织工、叭机器制造业、航空业、半导体制造业、冶金业等不同行业和领域的 m e s 。m e s 在流程下盟的发展辘淹突逝，对于流程丁业，作为填补冲麓嚷绕襁 控制系统狭缝的m s 的主要魄熊楱疑，一般包括短期生产计划、佟监摊产裰 调度，过程控制和管骚，缝妒管艘，投本信息管理，过程优化控制等。其中德 秀的产品如针对流程工业尤其是用于石油化工工业的h o n e y w e l l 的m e s 方案， 由价值链管理、先进计划与调度、运行管理、油品调和及储运自动他，襁噬产管 理5 个套件共3 0 个模块组成，岳 飞镩对纺织企业的，。品还没看到。 在困内，m e s 仍以研究厝参。两旺仍处于潜层研究；就产品来讲，自主研 发才刚刚丌始，尽管有少数国内珏公司一方面模仿国外的模式，同时也总结提 炼中国工业企业m e s 层露晦缀验，但是任意实验室产品居多。就应用来说， 像冶金、石化、烟草、食品等橱业显已有应用，但仍属拓荒者和先行卷四l 。醛 在纺织行业还很陌生，缒耋年鲰缝步受到关注。其实，纺织企业多年柬应厢盼 棉纺织厂自动监测系统、服装厂车阈生产物流系统、印染厂生产过程集中管理 系统等都属于m e s 范畴。由于长期被看作不同的应用系统，不能钕辨综合集 成，往往成为信息孤岛。作愿没有得掰充分发挥。而随着企业用户需浅的不断 深入，在e r p 或设餐控错暴绕设计实施时都涉及中间的车间管理层，对m e s 的需求就应运而牛。姗北京雪莲革缄集田和铜牛针织集团在实施e r p 之后，都将 f 个日标定位于m e s 。但是针对装饰布企业研究其m e s 中的计划与谵度尚属空 白。 武汉理工大学硕十学位论文 1 5 课题婚来源及本文的主要研究内容 l s i 课题来源 本课题来源于： 武汉市重点攻关项目( 项目编号：2 0 0 4 3 0 0 7 0 7 7 - 0 1 i ) “篝予膀络的饩车装饰 布生产企业熏要信患系统集成” l i 5 - 2 本文盼羁 窕意义和主要研究内容 随蒿市场竞争的锄劂和产品向多样化和个性化麓展，缩短产品生产厨辫、 确保产品交货期、降低生产成本，以适应多变的生产需蕊，黜装饰布企业来滋 是嘏常重要的。车间生产凋度在生产系统起着重要的糕甩，静晨一些贸力比较 摩的盎监蹒撼海的e | 潆等信息化管理软件也对生产潺魔显锫无能为力或支持 力度不够。毒4 遗执行系统靛引入成为解决问题的趋势。 这些问题的硒究可以为m r p i 瓶r p 更好的发挥作用提供令车间。层盼平 台；杏蕊于泛篷鼹赢装饰稻企业的交货水平，提高企业鲍市；场搬环境应变能办， 从两楗薅金娆腑场竞争力；对推动该类企业的信愈忧建设，据赢企业的管理 水平和经济效盏也具有重要的实际意义。 本文是嗡s $ b 撅准下的m e s 的理论为基础，羊硅爆优先褥度规赋，研究装 饰书盘监瓣蛰秘依渣计划与调度问题。 主要研究内容为： 1 装饰靠企业$ 9 5 标准下m e s 中的计鲻调度的滔魂模型、信息流、信息 鼬象研究。 在详细分桥s 标准fm e s 中的计划调度活动伪基础上。着重研究装饰 谁企业访嫩潺瘸潘磅盼模型与信息流。 2 装饰钸金业车闸作业调度特点分析及调度方法的选择。 在了解、分析装饰布企业的牛产特点的基础卜，允绍本文提出的优先规贼 方法，研究装2 i 睁布企、盐车瓣调度方法。 3 装褥稚硷啦m e s 中调度模璎的建立及求解。 建立工席级作业调度。j 设备组缴作业调度模型，并分别研究二者的调度e l 标、规贼的选取以及计算步骤。 武瀵理上大学硕士学位论文 2 1 引言 繁2 章$ 9 5 标准下的制造执行系统 8 0 年代中麟以后，侔隧巷清费者对产品的需求愈加多样化，锄遥业的生产 方式开始由大批量的刚性生产转向多品种小批量的柔性生产；伴随着计算辊网 络和大型数据库等i t 技本的发展，企业的信息系统也开始从局韶鼢、事后姓瑗 系统方式转向食硒的、宾嘟处理系统方式。在制造管理领域出现了准时生产 ( j i t ) 、约束理论哟c ) 等新酌理念和方法；在管理系统软件领域粥r 跚系 统迅速普及，e r p 系统崭露头镌。 尽管企业信息化的各个镰城帮有了跃足的发展，但是在工厂以及企业范围 信息集成豹实践过程中，仍然难以解决信息断层带来的各种问题，澍如，在计 划过程中无法准穗及时蛾把握生产实际状况，在生产过程中得不臻切实可行盼 作业计划，工厂管理人瑟藕懔作人员难以跟踪产品的生产过程，不能有效地控 制在制品库存，甩户无法了解订单的执行状况。，“生这些问题的主要原医仍然 在与生，“：管理监务系统与生产过程控制系统的相互分离，计划系统和过程控制 系统之间的界戳鼹糨，溃乏紧密飑联系。 随着m e s 的发展，在实际应用集成中，不管是最终用户逐是集成商舔恧 临着一些问题，如集成没有公共模型，不同厂商的产品集成十分瞪难，与最终 用户的需求之游i 嗣匝有阈题。人馑l 将时间花在统一技术术语 而不是解决阃题 上。为了解决概应的问题，园际上不目的组织和用户一起做了大量的工作。仪 表、系统张自动忧协会( 受a ) 的一个委员会s p 9 5 丌发的一系歹出黼准称作“企 业控制系统集成”标准，简称为$ 9 5 标准。a n s i i s a 一9 5 企业控错系统集成不 仅以数据方式描述了m e s 过程，同时还通过各种功能及功能 u 的相互作用柬 描述m e s 过程。镁多供麻商、用户、顾问都参与了该标准的锻定牺定义。遮 就确保了法标准兵行警1 羹鲶基础以及高度的可用性。 2 2m e s 的定义及s 掰标准 制造执行系统翰概念最早形成于2 0 世纪8 0 年代末，进入9 0 年代逐步成型 武汉理e 太学硕士学何论文 并获得迅速发展。制造执行系统国际瞰会( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y 啦w n a s s o c i a t i o n ，m e s a ) 的成立更推动了m e s 的发展。按照m e s a 所给出盼定义 “制造执行系统是能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整乍产 盛生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时作出相应的反应和 撮告，并用当前准确的数据麟其进行帼庶的指导和处理”。从定义可以看逝， m e s 具有如卜特点l ”j ： m e s 是介于企业的“计划层”和制造“设备层”之间，对企业生产计 翅进行“再计划”，“指令”生产设备“协同”或“同步”动作，对产品生产过 程进行及时的响应，适用当晦准确的数据对生产过程进行及时调整、更改或干 预等处理。 m e s 采用双向直接孵通讯，在整个企业的产品供需链中，既向生产过 稷人员传达企、i k 的期望( 计翅) ，又向有关的部门提供产品制造过程状态酹信息 反馈。m e s 采集从接受定货强制成最终产品全过程的各种数据和状态信患，h 的在于优化管理活动。它强调的是当前视角，即精确的实时数据。 m e s 是围绕企业乍产这一为企业直接带来效益的价值增值过程进行 赡，m e s 强调控制和协调。 1 9 9 2 年a m r 提出了3 鹰企业集成模理如图2 1 所示： 图2 - 1a m r 三层企业集成模型 该模型揭示了过程控鼬i 与m r p i i e r p 系统问的明显的断层，并将各秭厂家 提供的位于巾间执 j ：层的系统称作m e s 。 图2 1 巾，位于顶层的计划层通常是m r p i i 和e r p 等系统，其作用是管理 企、中的各种资源、管理销售和服务、制定生产计划等；位于底层的控制层包 括d c s ( 分厕i 式控制系统) 、d n c ( 分作式数控系统) 、p l c 、s c a d a 等系统， 其怍用是，卜产过程和设备的控制；位于中闻层的制造执行系统则是介于i 划层 和控制层之间，而向带4 造工厂管理的生产调度、设备管理、质量管理、物料跟 武汉理t 大学颐士学位论文 踪等系统。 $ 9 5 标准包括以下部分：a n s | i s a - 9 5 0 0 ，o l 一2 0 0 0 ，定义了企业商业系 统和控制系统之问的集成所用的模型和术语，丰要分成三个层次，即企业功能 豁分，信息流部分和控制功能韶分。a n s f i s a 一9 5 0 0 0 2 2 0 0 1 ，定义了中 模型的数据结构和属性。i s a - 9 5 0 0 0 3 2 0 0 4 ，定义了制造运行管理的活动模 型，包括企业生产：、质量、库存和维护方面的常规活动，指出了各活动问的信 息流。同时定义了8 种基本生产活动：定义管理，资源管理，生产详细计划， 生产部署，生产执行，跟踪，分析和数据采集。i s a d r a f t9 5 0 0 0 4 2 0 0 4 ，定 义了中各个活动模型的属性。 i s a s p 9 5 0 0 o l 的标准规定了4 种主要资源类型，即人员、材料、设备和流 樱段( p r o c e s s s e g m e n t ) 。前3 种资源定义袁示人员、材料和设备的信息，可进行 静念或动态数据交换；第4 种资源从澍造流程的角度向经营管理系统提供关f 榭料、劳力和设备的计划和成本的信息。浚标准还规定了4 个附加的交换信息 集合：生产能力信息、产品信息、生产要求和生产响应。这些信息的动态交换 通常是在系统之间进行，也是当前大多数经营管理与制造信息集成的基础。谈 标准定义了这类数据的结构和表达这些信息之间的复杂相互关系的方法。生产 髓力界定经营管理调度所需要的信息；产品界定包括生产一种单一产品( 或某种 产品的一个生产批次) 所需要的材料、设备和人员。生产要求或称排产调度 ( 糖r e d u c t i o n s c h e d u l e s ) 界定安排其进行生产的工厂及相关材料、设各相人员。生 产响应或称生产特性则界定实际生产的t 厂和实际所用的材料、设备和人员 1 2 2 1 。 i s a s 7 9 5 0 0 0 2 仓业控制系统集成第2 部分数据结构和属性在2 0 0 1 年卜半 每成为i s a 的正式标准。该部分并未增加任何有关集成模型的新概念，但是对 第l 部分所定义的内容做出详缡的规定，并通过举例和图解进行进一步的解释。 例如按可使用的人员、所用的树料和已施工的材料所用的设备，以及所用的摊 产调度和成本控制的流程段来描述生产信息。在该标准的第1 和第2 部分没有 耐系统之间的信息交换规定一种正式的协议或详尽的格式，仅仪提供了发生交 换的基础。正在编制巾的第3 部分将要定义为了最终达到企业信息集成，而必 须肘发生存 产制造与经营管理和后勤支持系统之州的各种活动进行非对称采 集的模型【2 2 1 。 i s as p 9 5 的第三部分试阿通过定义和详细规定发生存管理层与制造层之 武汉理工大学礤上学位淦文 阳的数据流褪胁淹米重点解决互操作性的阿题。它定义最巾 或基本功链组件)