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东北犬学硕士学位论文摘要 选矿生产调度系统的研究与开发 摘要 基于e r p m e s p c s 三层结构的c i m s 体系理论的提出摆脱了以往完全按照物 理层次划分并配置控制系统的传统模式，而是按照生产管理与控制任务的要求和 应用功能的分担配置；它可以解决一般选矿企业c i m s 中原本难以处理的生产信 息与管理信息的综合集成问题，促进企业管理从以职能为中心向以过程为中心的 转变。 作为c i m s 的中心环节，生产执行系统m e s 在整个c i m s 中起到承上启下的 作用，是生产活动与管理活动信息的桥梁，是c i m s 技术发展的关键。而作为选 矿企业m e s 极为重要信息来源和管理环节，生产调度管理着重于协调生产过程当 中车间( 作业区) 、各工序的供需平衡，具体包括：从计划的下达，生产实时信息 的采集、分析和调度指令的生成等相互紧密联系、层层递进的几个环节。 本文面向典型的选矿生产流程，综合考虑实际业务，主要围绕选矿m e s 中生 产调度系统的设计与开发问题展开了研究，具体内容包括如下方面： 首先：总结了国内外流程企业生产过程管理系统、生产调度系统的研究与应 用现状，提出存在的问题和改进方法、技术；论述了e l m s 体系结构由五层向三层 演变的过程和意义，在此基础上，研究了基于三层c i m s 体系结构的选矿m e $ 结构 和功能。 其次；结合对选矿企业的调研成果，在选矿m e s 框架之下，分析了选矿生产 调度业务流程，建立了选矿生产调度系统体系结构，突出体现了m e s 在三层c i m s 体系结构中的纽带作用和生产调度在m e s 中的关键作用；深入研究了生产调度计 划编制过程当中的月滚动计划分解模型，并给出相应的计算方法。 最后；整理选矿生产调度系统软件设计与实现方案，在设计系统框架、功能 结构、开发平台、开发流程的基础上，结合酒钢选矿厂具体背景，进行了软件开 发，并取得了良好的应用效果，对所存在的主要问题进行了简要总结，提出了相 应的改进措施。 关键词：选矿三层结构c i m s生产执行系统面向对象编程 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o f p r o d u c t i o ns c h e d u l i n g s y s t e m i no r ep r o d u c t i o n a b s t r a c t t h ec i m ss y s t e mb a s e do ne r p m e s p c sj l r c e - l a y e rs t r u c t u r eh a sc a u s e di n t e n s e r e a c t i o ns i n c ei tw a sp r o p o s e d ，f o ri tg e t sa w a yf r o mt r a d i t i o n a lm o d ei nw h i c ht h e c o n t r o l s y s t e m i sc l a s s i f i e da n dd i s t r i b u t e db yp h y s i c a lh i b e r a r c h ya n dd i s t r i b u t e s c o n t r o l s y s t e ma c c o r d i n g t o p r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta n d c o n t r o lr e q u i r e m e n ta n d a p p l i c a t i o nf t m c t i o n ，t h ed i f f i c u l tp r o b l e mt h a ti n t e g r a t e sp r o d u c t i o ni n f o r m a t i o na n d m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nf o rg e n e r a li r o na n ds t e e le n t e r p r i s e sc o u l db er e s o l v e db y t h r e e - l a y e r s t r u c t u r e c i m s ，w h i c h w i l l p r o m o t e t h e e n t e r p r i s e sm a n a g e m e n t t o t r a n s f o r m i n gf r o mf o c u s i n go nf u n c t i o nt of o c u s i n go np r o c e s sa n di m p r o v es y s t e m f l e x i b i l i t ys oa st o f i tf o rv a r i a t i o n a lm a r k e tc o n d i t i o n ，a n dr e a l i z ea g i l em a n u f a c t u r e t h u s ，t h et h r e e l a y e rs t r u c t u r ec i m s w i l lb e c o m ei n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o nd i r e c t i o nf o r i r o na n ds t e e le n t e r p r i s e s a st h ec o r eo fc i m s ，m e si st h eb r i d g eb e t w e e np r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n t ，t h ek e y o fc i m s t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t a s a n i m p o r t a n ti n f o r m a t i o n s o u m ea n dm a n a g e m e n t p a r t ，p r o d u c t i o ns c h e d u l i n gm a n a g e m e n ti s u s e dt ok e e pm a t e r i a lb a l a n c eb e t w e e n s u p p l ya n d d e m a n dd u r i n gp r o d u c t i o np r o c e s s ，i n c l u d i n gp a s sp l a n n i n g ，c o l l e c tt i m e l y i n f o r m a t i o n ，a n a l y z ea n dm a k es c h e d u l i n go r d e ra n ds oo n t h i sp a p e rd e s c r i b e st h e d e s i g na n dd e v e l o p m e n to fp r o d u c t i o ns c h e d u l i n gm a n a g e m e n t o f m e s ，w h i c hi sf a c e d t oo r ep r o d u c t i o np r o c e s sa n dp r a c t i c a lo p e r a t i o np r o c e s s ，a n dt h em a i nc o n t e n ti sa s f o l i o w s ： f i r s tc o n c l u d et h ep r o d u c t i o np r o c e s sm a n a g e m e n ta n da c t u a l i t yo ft h ea p p l i c a t i o na n d s t u d yo f p r o d u c t i o ns c h e d u l i n gs y s t e m o f f l o w e n t e r p r i s e i n s i d ea n do u t s i d e0 1 1 rc o u n t r y ， r e f e rt ot h eq u e s t i o na n di m p r o v e m e n tm e t h o da n d t e c h n o l o g y ；t a l ka b o u tt h em e a n i n g a n dp r o c e s so fc i m sa r c h i t e c t u r et r a n s f e rf r o mf i v e - l a y e ri n t ot h r e e - - l a y e r , a n do nt h i s u l ， 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t b a s e ，s t u d yo r e c o n c e n t r a t i o nm e ss t r u c t u r ea n df u n c t i o no nb a s eo ft h r e e l a y e r a r c h i t e c t u r e s e c o n d ，c o m b i n e d t h e i n v e s t i n g r e s u l ti no r e e n t e r p r i s e ，u n d e r t h ef r a m eo f m i s a n a l y s e st h eo p e r a t i o nf l o wa b o u to r ep r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ，b u i l tu p a r c h i t e c t u r e o fo r e p r o d u c t i o ns c h e d u l i n gs y s t e m ，o u t s t a n d i n g l ye m b o d i e s t h et i ee f f e c to fm e si n t h r e e - l a y e rc i m s a r c h i t e c t u r ea n dk e ye f f e c to f p r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ；d e e p l ys t u d i e s d e c o m p o s e dm o d e lo fm o n t hr o l l i n gp l a ni n t h ec o u r s eo fp l a n n i n gi np r o d u c t i o n s c h e d u l i n g ，a n dg i v e so u tc o r r e s p o n d i n g c a l c u l a t e dm e t h o d a tl a s t ，c l e a n s u pt h ed e s i g no fs y s t e ms o f t w a r ea n dr e a l i z e d s c h e m ea b o u to r e p r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ，o nt h e b a s eo fd e s i g n e ds y s t e mf r a m ea n dt h es t r u c t u r eo f f u n c t i o na n dd e v e l o p m e n t p l a t f o r ma n dd e v e l o p m e n tf l o w , c o m b i n e s t h eb a c k g r o u n do f j i u s t e e l ，p r o g r a m s s o f t w a r e ，a n d o b t a i n sw e l l a p p l i e d e f f e c t ，m a d e s i m p l y c o n c l u s i o na b o u t e x i s t i n g m a i n p r o b l e m ，a n db r i n g s f o r w a r d c o r r e s p o n d i n g i m p r o v e m e n t m e a s u r e k e yw o r d s ：o r e ，t h r e e l a y e r s t r u c t u r e c i m s ，m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m , o b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g i v 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得其他学位而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中做了明确的说明并表示致谢。 本人签名： 冬丐私 日期：2 0 0 4 年2 月 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 在当今的信息化时代，信息技术所促使的经济全球化的到来必将进一步推动社 会信息化的步伐。伴随着我国加入世贸组织，企业对整个采购、生产、管理、销 售、服务流程都提出了更高的要求，国内企业将直面以下几大难题：第一，如何 提高生产力；第二，如何提高管理效率；第三。如何提高市场竞争力：第四，如 何同国际规范化、标准化的管理模式接轨；第五，如何提高服务水平及响应速度。 其中最主要的是提高经济效益，而其核心问题在于信息的采集、处理、交换和反 馈等，企业要想在竞争激烈的信息时代取胜就必须对企业实行信息化，从而提升 企业综合竞争力。 引入了先进的管理理念，利用了现代信息技术、自动化技术的c i m s 作为流程 制造企业实行信息化的必要手段，已被国内外知名的企业纷纷采用，在整个行业 技术改造、管理创新和提高经济效益方面起到显著效果，并造就了韩国的浦项、 美国的美钢联、日本三井石油化学工业公司、中国的宝钢集团等一批具有较强综 合竞争力的流程企业。这些事实证明，建立c i m s 对于降低企业生产成本、提 高产品质量等方面起到重要作用，是企业赢得竞争优势和可持续发展的关 键因素”“j 。 我国的钢铁、铝、黄金等冶金工业已经取得了跨越式的发展，其产量已位居世 界前列。冶金工业需要持续稳定的原料资源供应基础，因此要求有坚实的材料工 业做后盾，来充分保障生产。选矿生产是材料工业的基础，我国现有的上于家选 矿厂，自动化程度低，生产成本高，资源消耗大，管理手段落后、信息利用率低 下，已经成为制约中国材料工业发展的瓶颈【3 1 1 。因此。迫切地需要建立c i m s 。 而作为三层结构c i m s ( p c s m e s e r p ) 的中心环节，生产执行系统m e s 在整 个c i m s 中起到承上启下的作用，是生产活动与管理活动信息的桥梁，是c i m s 技术发展的关键 3 2 o 特别地，在m e s 系统中的生产调度管理子系统承担着生产 计划的下达与执行、生产信息的监控与反馈的重任，将实时数据采集与分析、指 令下达等功能结合在一起，是整个m e s 系统的主线。因此，有必要围绕生产调度 这个主线来深入挖掘m e s 系统所蕴藏的内涵、原理、目标等具体问题。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 连续生产过程管理系统的研究与应用现状 针对当今世界生产管理模式的发展趋势的观察，可以清晰地看出，企业行为势 必从单项、局部的改善向着综合、集成的优化转变，尤其是计划、组织、控制三 大职能的整体优化，更是企业实现经营目标和获得竞争优势的重点和难点。生产 管理系统主要用来解决整体优化中，生产计划与生产过程的脱节问题一这一问题 长期以来不仅直接影响企业的生产效率，而且成为制约现代流程企业内部信息集 成的瓶颈。 伴随着市场对产品需求的多样化，连续生产企业，即流程制造业的生产方式开 始由大批量的刚性生产转向多品种少批量的柔性生产；以计算机网络、大型数据 库等i t 技术和先进的通讯技术的发展为依托，企业的生产管理系统也开始从局部 的、事后处理方式转向全局指向的、实时处理方式。在这一现状下，诸如e r p ( 企 业资源计划) 、m e s ( 制造执行系统) 、p d m ( 产品数据管理) 、p l m ( 产品生命周期 管理) ，b p r ( 业务流程再造) 、c r m ( 客户关系管理) 、s c m ( 供应链管理) 、h r m ( 人 力资源管理) 等针对企业流程、服务方面的管理理念和管理思想开始浮出水面，并 迅速地得到了不同行业领域内的认可、推广和发展。而作为必要的手段，相应的 产品也逐步地在市场当中占据了一席之地。例如，高端市场的国外s a p 公司的e r p 软件系列中的bo n e ，o r a c l e 公司的数据仓库产品b a a np e o p l e s o f tj d em a n m a n x ， i b m 公司开发的p o m s ( 过程管理系统) ，又如中低端市场的国内金蝶k 3 、金思维 j s e r p 、用友u f 8 等e r p 系列软件产品，都是针对行业领域的部分业务的共性 进行归纳整理后所形成的产品。综合起来，从模块的意义上来说，生产过程管理 软件包括财务管理、车间管理、进销存管理、j i t 管理、资产管理、成本管理、设 备管理、质量管理、分销资源计划管理、人力资源管理、供应链管理( s c m ) 、客户 关系管玛t ( c g m ) 等模块。 流程企业的信息化是针对整个业务流程的，是将信息技术、自动化技术、现代 管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新、企业管理模式的 创新、企业间协作关系的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过 程控制的智能化、制造装备的数字化、咨询服务的网络化。其中主要内容是要实 现原料采购、产品设计、产品生产、产品销售和整个管理流程的信息化或数字化。 因此，生产过程管理系统在流程企业中有广泛的应用，很多流程企业纷纷引入了 不同类型的生产过程管理系统，并取得了期望的效果。据美国生产与库存控制学 会a p i c s 统计，成功地运用和实施生产过程管理系统。平均可以为企业带来如下 东北大学硕士学位论文第一章绪论 经济效益： 1 ) 库存下降3 0 至5 0 。这是人们说得最多的效益。因为它可使一般用户的库 存投资减少i 4 至1 5 倍，库存周转率提高5 0 。 2 1 延期交货减少8 0 。当库存减少并稳定的时候，用户服务的水平提高了，使 企业的准时交货率平均提高5 5 ，误期率平均降低3 5 ，也使销售部门的信誉大 大提高。 3 ) 采购提前期缩短5 0 。采购人员有了及时准确的生产计划信息，就能集中精 力进行价值分析，货源选择，研究谈判策略，了解生产问题，缩短了采购时间和 节省了采购费用。 4 ) 停工待料减少6 0 。由于原材料需求的透明度提高，计划也作了改进，能够 做到及时与准确，原材料也能以更合理的速度准时到达，因此，生产线上的停工 待料现象将会大大减少。 5 ) 制造成本降低1 2 。由于库存费用下降，劳力的节约，采购费用节省等一系 列人、财、物的效应，必然会引起生产成本的降低。 6 1 管理水平提高，管理人员减少1 0 ，生产能力提高1 0 至1 5 。 在这种背景下，流程企业引入科学的管理理念和先进的管理系统，成为流程企 业信息化道路上的一条捷径。 3 1 1 2 生产调度管理系统研究与应用现状 以下分别从方法研究与生产应用两个角度来阐述生产调度管理系统的现状。 1 2 1 国内外生产调度方法研究现状 生产调度分为动态调度和静态调度两大类。静态调度是在已知调度环境和任务 的前提下的所谓事前调度方案。动态调度是指在调度环境和任务存在着不可预测 的扰动情况下的调度方案，它不仅依赖于事前调度环境和任务，而且与当前状态 有关。目前，主要的调度方法可归结为优化调度方法和启发式调度方法。优化方 法从全局的角度出发，在所有的装置、操作任务和感兴趣的时间段内进行搜索， 能够得到优化解，而启发式方法往往从当前角度出发，根据决策点时刻装置、任 务所处的状况进行调度，保证了局部最优，但难以保证全局最优。优化方法建立 在数学规划基础之上，随着装置数和任务数的增加，感兴趣时间段的增长，其解 析模型的规模急剧增大，求最优解往往是n p 难题，即求解时间随问题规模量指数 被增长，而启发式方法在这方面显示了很大的优越性。由于调度问题的复杂性， 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 实际生产调度的目标应定为寻找一个好的、可行的解决方案而常常不是最优的方 案。尽管有大量的解决调度的方案，但是只有少数的方法应用于实际。其中，基 于智能的调度方法应用人类专家的经验及特殊领域的知识，在解决调度问题上已 经做出了很多成绩。 1 优化调度方法：是通过一定的模型化手段，将调度闯题表示成优化命题。 r i c h s e t a 1 ( 1 9 8 6 ) ：k o n d i l i e e t a 1 ( 1 9 8 8 ) , k u h m ( 1 9 8 8 ) ；w e l l o n s m c e t a 1 ( 1 9 9 1 ) 采用 统一时间长度方式划分时间段，建立混合整数线性规划( m l i p ) 优化模型。 k o n d i l i e e t a 1 ( 1 9 9 3 ) 7 j 入状态一任务网络( s t n ) 表示化工处理过程，建立化工生产 调度问题的模型。m o e k u s l e t a 1 ( 1 9 9 7 ) 采用非统一时间长度方式划分时间段，建立 优化模型。尽管m i l p 形式理论上能提供调度问题的最优解，但求解实际问题的计 算量太大，如分枝定界法( s a b ) 。为了提高求解效率，采用了各种改进形式的b a b 算法( p a t t e n r s o n j h 19 8 4 ) ；或者简化计算技术( s h a h n e t a 1 19 9 3 ) 。l a g r a n g i a n 松 弛法( 王朝晖等，1 9 9 7 ) ，在一定程度上减少了求解时间。另一方面，为求解m i n l p 问题的全局最优解，k o c i s g r e t a 1 ( 1 9 8 8 ) 提出一种基于外部逼近的两步法( o a ， o u t e r a p p r o x i m a t i o nm e t h o d ) ：f t o u d a s c a e t a 1 ( 1 9 8 9 ) 提出一种广义b e n d e r 分解法， 但这两种方法只适用于具有某种特殊结构的非凸m i n l i p 问题：d i a z m s e t a 1 ( 1 9 9 6 ) 运用o a 法求解实际优化调度问题；m o c k u s l e 1 a 1 ( 1 9 9 6 ，c ) 基于贝叶斯启发 ( b a y e s i a nh e u r i s t i c ) 方法，运用m r p 规则启发式近似求解。采用数学规划的建模方 法，表达清晰，易于在计算机上求解，但生产环境具有很多不确定性因素，存在 建摸不确定性和求解空间太大，造成计算困难，特别是不能反映特定调度领域的 自然结构，所以很难应用经验知识去处理调度问题( m u l v e h i l l ，1 9 8 8 ；n o r o n h a e t a 1 ， 1 9 9 1 ) 。 2 人工智能方法 近年来，人工智能技术被引入生产调度领域，是解决调度问题的有效途径，成 为一个热门课题。利用人工智能技术结合人类调度专家的经验，对生产调度问题 进行建模并求解，取得了令人满意的成果( r e k l a i f i s g v 1 9 9 5 ) 。m c b r i d e e t a 1 ( 1 9 9 3 ) 就数学规划方法和人工智能技术、专家系统的结合作了一个较好的论述。 d a s h e t a 1 ( 1 9 9 0 ) ；k u h m e t a l ，( 1 9 9 1 ) ；t a n d o n m e t a 1 ( 1 9 9 1 ) ；田澎等( 1 9 9 3 ) 等采用模拟 退火算法( s a ) 求解串行m u l t i - p r o d u c t 型调度问题，结果优于启发式方法。 m u r a k a m i y e t a 1 ( 1 9 9 7 ) 采用重复s a 方法求解实际调度问题，取得了较好的结果。 y u a n x - g e t a 1 ( 1 9 9 7 ) 提出求解生产调度问题的s a l p 混合优化方法。 l e e c h e t a 1 ( 1 9 9 5 ) 将遗传算法( g a ) 应用于m u l t i p r o d u c t 型调度问题。c h e n 东北大学硕士学位论文第一章绪论 c e t a 1 ( 1 9 9 6 ) 将g a 应用于连续过程f l o w - s h o p 问题的求解。黄宇纯等( 1 9 9 6 ) 结合遗 传算法和r e a s 启发式规则，求解f l o w - s h o p 调度问题。张纪会等( 1 9 9 9 ) 提出基于 g a 的机器学习算法，用于动态调度中的知识获取。 近年来对d a i 基础性研究与制造系统的应用研究，表明基于智能、自治的a g e n t 的相互合作的分布式制造系统可以敏捷地响应环境变化。各国科学家在m _ a s 技术 应用于制造业上已做了很多工作，建立了各种各样基于a g e n t 的制造系统原型或 仿真系统。各国科学家在m a s 技术应用于制造业上已做了很多工作，在生产动态 调度的研究领域。k h a l i dk o u i s s 等人针对动态调度问题，设计了基于全局优 化目标的a g e n t 调度系统。a k w o r k a n dd n o r r i e 把m a s 设计思想应用于a g v ， 用s m a l l t a l k 语言实现了r u l e b a s e do b j e c t 系统。e l p i d a s t 提出了基于订单生产的 随机制造系统f r m s ) ，该系统中包括可决定自动调度安排的加工a g e m ，引入投标、 招标机制进行调度，增加生产的柔性和适应性，满足动态变化的生产要求。 3 规则调度方法 规则调度是指系统运行时，根据一定的规则和策略来决定下一步操作的调度方 法。它是动态调度的典型代表，它的优点是直观、简单实用，且花费的求解时间 较少、易于实现，在实际生产中获得了广泛的应用。产生式规则系统 ( k a n e t e t a l ，1 9 8 7 ；n o r o n h a e t a l ，1 9 9 1 ；k u d v a e t a l ，1 9 9 4 ) 是生产调度中最常用的方法。 这主要是由于产生式规则是由有经验的决策管理人员和工程技术人员总结出来的 一套行之有效的经验法则，既有有关专业领域知识的，又有关于问题求解的，较 好地反映了原问题的自然结构，符合人们利用经验处理问题的方法。因此，能较 好地解决一些复杂的实际问题。规则调度是局部优化方法，难以得到全局优化结 果，当系统规模较大，规则较多时，规则匹配速度很慢，而且产生式规则系统自 适应能力( 学习能力) 很差，很难适应动态调度环境。另外，规则具有全局敏感性， 利用不同的规则可产生不同的调度方案，而且规则在不同的场合所起的作用也不 相同，调度系统的性能取决于规则的选择。因此，规则的选择成为规则调度方法 的主要障碍。p a r k e t a l ( 1 9 9 5 ) 提出了回归启发式分类原则和动态启发式分类方法， 加快了规则的匹配速度。k u r i y a n e t a l ( 1 9 8 9 ) 分析了分派规t j ( l p t 、s p t ) 对周期最短 的生产调度问题的影响，k a n e t e t a l ( 1 9 8 7 ) 贝z j 研究了基于规则的专家调度系统。 k i m m e t a 1 ( 1 9 9 7 ) 提出了一个基于规则的再调度系统，处理m u l t i p u r p o s e 型生产过 程中的不可预料事件。在专家系统的基础上，增加了一个调度控制层，用以实现 调度规则的启发式分类，高红、熊光楞( 1 9 9 5 ) 分析了规则与性能指标的关系，给出 了合理选择规则的建议，这在一定程度上解决了匹配速度慢的问题。任艳频等( 1 9 9 9 ) 东北大学硕士学位论文第一章绪论 则运用p e t f i 网给规则调度系统建模，得到调度规则的形式化表示，分析规则调度 系统的性能。规则调度系统的自适应能力有待进一步研究。由于容量和资源的约 束也难以用规则实现，因此，从实用角度分析，规则调度方法很少在流程工业生 产中应用( a p p l e q u i s t g e t a 1 1 9 9 7 ) 。基于规则的调度在流程工业生产调度中也有所 应用( s t e p h a n o p o u l o s c t e t a 1 1 9 9 6 ) ) 。k u d v a e t a l ( 1 9 9 4 ) 通过考虑中间产品的提用、原 料的进料、有限中间产品存贮和订单到期这些因素，利用启发式规则，求解间隙 式化工厂的m u l t i p r o d u c t 型生产调度问题。 德国o l d e n b u r g 大学的j u r g e r ts a u e r 教授及高级软件工程师r a l fb r u n s 联合研 究基于知识的调度系统，为实际的调度系统建立了一个通用的框架，它支持算法 的重用并把基于知识的技术应用于环境的组织，同时适应各种动态的变化。他们 把这一思想成功地应用于实际，并建立了各种实用的调度系统，其中有连续过程 的调度系统、医疗行业调度系统及最有普遍意义的i 曲s h o p 调度系统。在解 决j o b s h o p 计划调度问题中，这些由大学研究人员及实际应用人员组成的项目组， 首先实现了原型系统，并不断对其进行修改扩充，直到它能满足实际的要求，然 后把该系统应用于生产管线零配件的s i e k m a r mf i t t i n g s 公司，设计开发了p s y ( 生 产计划与调度系统) 。该系统使用p r o l o g 语言在s u n s p o t 工作站上开发，包括：人 机界面、人机编程接口、与关系数据库( o r a c l e 等) 的接口，调度系统能够做长期和 短期调度计划，能显示调度表与调度过程，用户可以直接参与选择调度策略及修 改命令与操作。该系统的使用，极大地减少了调度时间，满足用户的需求，功能 强大，目前已开始商品化并走向市场。 4 基于p e t r i 网的生产调度 p e t r i 网作为一种图形和数学工具，为离散事件系统的模型化、性能分析和设计 提供了一个统一的环境( z h o u m c e t a 1 ，1 9 9 3 ) ，因而，基于p e t f i 网仿真调度在离散 制造业中得到许多成功的应用( f a a y s e t a 1 ，1 9 9 7 ) 。用普通p e t r i 网不自模型化生产 调度的优化问题。为此，杨盛等( 1 9 9 6 ) 提出了逆正规p e t r i 网的概念，即根据目标 输出标识确定开放变迁集，再由开放变迁集确定输入标识，由此实现由优化目标 到输入变量确定的转化。p e 拄i 网建模虽然较为直观，但很难用传统的数学方法去 分析它的状态演变，般采用顺序搜索方法( c a o e t 。a 1 ，1 9 9 5 ) 、启发式搜索方法 ( s u n e t a l ，1 9 9 4 ) 。当系统规模较大且较为复杂时，p e t r i 网的规模也大大增加，便 失去了其原有的直观性。为了克服这一困难。有关p e t r i 网的分解简约方法 ( l e e e t a 1 ，1 9 8 5 ) 和染色p e t r i 网( d a v i d e t a 1 ，1 9 9 4 ) 越来越受到人们的重视。利用 改进的p e t r i 网对混杂系统建模、分析与控制，已成为热门课题。b a i l 。e t a 1 f 1 9 9 1 、 东北大学硕士学位论文第一章绪论 提出了一类连续p e t r i 网和一般离散p e t r i 网组合的混杂p e t r i 网。x u x h e t a 1 ( 1 9 9 6 ) 把连续过程的生灭对应于p e t r i 网某个位置一个特定令牌的流入和流出，既保留 p e t r i 网在描述d e d s 的有效性，又能推算不同时刻的系统状态，提出一类广义混 杂p e t r i 网。陈浩勋等( 1 9 9 7 ) 提出描述混杂系统中时延、连续状态跳变等现象的混 杂p e t f i 网。h a n i s c h 利用p e t r i 网对聚合生产过程进行建模，从而解决生产调度问 题。 5 基于神经网络的调度 神经网络生产调度模型是用不同类型的单元网络表示不同类型的约束条件，然 后通过适当连接这些单元神经网络，得到资源约束和排序约束的网络表示，实现 生产调度的建模( y u e t a 1 ，1 9 9 7 ；v a i e t a 1 ，1 9 9 5 ) 。l i n ( 1 9 9 1 ) 和j a n g ( 1 9 9 3 ) 研究了一种 基于神经网络的模糊推理系统，结合了神经网络和模糊推理的优点，因此既具有 一定的学习能力，而且网络的权值也有明确的物理意义。但学习效率差，速度慢， 难以表达多知识等问题。t s u j i n o ( 1 9 9 5 ) 通过神经网络和决策树的对等转换在一定程 度上克服了网络结构困难、不易学习符号知识的难点。龚宇等( 1 9 9 7 ) 提出了依靠机 器学习动态选择规则。杨圣祥等( 1 9 9 7 ) 利用神经网络( n n ) 具有从例子中归纳学习和 泛化的能力，实现智能选择规则进行调度。 2 3 埘】 1 2 2 国内外生产调度管理系统应用现状 对于生产调度系统的具体应用而言，最具有说服力的莫过于用工程应用和成形 产品，主要目的是借鉴相关领域成功实现的经验，充分汲取其中的优点，客观分 析存在的不足，并在此基础上进行提升。以下分别以国内、外相关产品或工程来 举例说明。 1 、国内生产调度系统相关工程 ( 1 ) 中国铝业总公司生产调度系统 实现了总部对分布于全国不同地区的各分公司生产过程的统一管理，使总部能 够及时准确地了解各分公司的实际情况，并根据生产实际制定相应的措施，保证 生产的正常、稳定地运行。满足了中铝生产部和总部对日生产情况、消耗情况、 储备情况原料供应情况的数据统计和分析；分公司经由互联网直接录入上报数据， 数据存储在总部服务器，总公司能够以数据报表、图形报表、专题图、趋势图等 多种形式进行统计和分析，以达到辅助决策的功能。 功能概况： 生产数据信息的及时汇总 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 总部能够及时、准确地获取各分公司的各类统计资料和报表，站在全局的角度， 总揽公司总体生产资料和分类统计结果。 信息的统一管理 生产调度系统的实施，为总部下达各分公司的生产计划、文件、指标提供有效 畅通的信息信道，并及时了解计划、任务的执行情况和结果a 指导生产 借助系统的运行来发现生产管理、生产技术等方面存在的问题和漏洞，为进一 步提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量提供准确的事实依据。 其特点如下： 1 1 报表自定义 2 1 图形追踪分析 3 ) 文档处理 4 ) 离线录入 5 ) 权限控制机制 6 1 客户端零安装 7 ) 数据挖掘技术 在基础数据库的基础之上建立数据仓库，分别按时间、公司、产品、库存、原 料供应等建立不同的纬，然后按不同的切片来进行数据的挖掘，从不同的对比角 度得到丰富的数据资料。达到了数据的高度共享和充分利用。 ( 2 ) 生产调度管理及预警系统： 南京大学管理科学与工程研究院所开发的“生产调度管理及预警系统”，主要由 局域网络、数据库管理系统和调度预警系统等部分组成；能够实现对生产数据的 采集、流程图画面、实时历史曲线显示、实时声光报警、报表打印、记录、管理 和回放，并且能协同支持e r p 系统、决策支持系统紧急报警系统对特殊事件进行 记录。系统主要结构为： 1 ) d c s 通信工作站数据获取及传输通信子系统 2 ) 生产调度管理及预警流程图组态软件系统 3 ) 生产调度管理及预警系统运行软件系统 4 ) 历史回访子系统 其中，通信工作站子系统主要实现生产现场和生产调度系统的数据接口；组态 软件子系统则根据用户需求实现一个系统定制和配置平台：在运行软件子系统中 实现对各生产车间现场数据的集中监控和管理，并在次基础上实现多级报警管理、 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 实时诊断推理等功能，为生产实际过程中的事故引发原因诊断、事故责任追究以 及生产人员的危机状况处理能力的培训提供了方便的技术平台。 2 、国外生产调度系统相关产品 ( 1 ) s t g 产品 s t g 公司成立于1 9 8 7 年，是全球主要的为制造业与供应链服务的先进计划与 调度( a p s ) 解决方案的供应商，他们以优化生产技术( o p t i m i z e dp r o d u c t i o n t e c h n o l o g y ，简称o p t ) 为基础，通过解决制造过程的各种约束条件，来最有效地 满足客户要求。s t g 是提出o p t 哲理的作者们的简称，s t g 公司是唯一一家使用 这一著名思想解决优化调度问题的软件公司。o p t 通过提供仿真、计划与调度工 具，优化供应链，合理安排资源、工具、劳动力与物质，使得企业能够缩短决策 时间、减少库存，提高产量，并帮助企业提供1 0 0 的客户服务。s t g 公司并不能 提出一个解决所有问题的万能药，而是提供强大而实用先进的计划与调度工具， 来支持决策制订。无论是供应链管理、高层计划仿真还是详细的s h o pf l o o r 调度， o p t 解决方案能得到满意的结果。 ( 2 ) c s s 产品 美国c s s 集团有限公司是为制造企业提供软硬件产品的集成商，其软件产品 可以在s c oo p e ns e r v e r 和w i n d o w sn t 上运行。其中著名的软件产品s h o p m a n a g e r 是针对j o bs h o p 系统管理( 即调度自动化、核算、控制等) 来使企业保持竞 争优势。其调度模块的实现是通过估算每个操作而产生一个s h o pf l o o rt r a v e l e r ，物 料单和每个服务都传给t r a v e l e r ，任务或加工中心将从t r a v e l e r 自动产生调度计划。 其它主要的功能模块还有：j o bc o s t i n g ( 该模块收集并计算车间劳动力、物质及相 应的服务成本，核算加工中心的工时及雇员的费用，并产生比较报告来显示任何 时间的估算与实际消耗的差异) 、d a t ac o l l e c t i o n ( 该模块代替人实时采集每个雇员 的工作活动、物料消耗等】。 其他还有： ( 3 ) m a d r i g a l 软件公司提供的工程管理与协调及调度软件工具。 ( 4 ) 美国i e t i n t e l l i g e n te l e c t r o n i c s 公司提供的主要产品w - 6s e r v i c es c h e d u l e r 是一个智能分布式调度应用软件。 ( 5 ) s c h e d u l eb u i l d e r 提供的智能调度软件系统。 ( 6 ) n o r t h e r nc o m p u t e rs y s t e m 提供先进计划与调度软件a p s 。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 3 发展展望 对于生产调度管理系统需要可以从以下几方面去定位今后的发展方向： 应用领域的推广：不仅将软件应用推广到同行业内部，也有必要将其推广到其 它领域( 如离散行业) 应用当中去。 调度方法的引入：将当今的研究热点，如m a s 技术，结合到实际软件实现当中， 验证和改进，并成功加以提升。 软件构架的建立：将基于软件构件的多层分布式软件构架引用到实际应用当 中，实现真正意义上的软件复用。1 2 1 。1 1 3 实现选矿生产过程调度系统的关键 生产调度管理是m e s 乃至c i m s 的个关键问题，还有许多如下一些问题需 要解决： ( 1 ) 流程工业过程包含复杂的物理、化学反应，具有高度随机性和不确定性，而 且，物流连续或复杂，因而只有有限的中间存储策略。目前生产调度和过程优化 控制相互脱节，例如，过程优化控制往往强调只考虑单一品种、满负荷生产、稳 定工况条件下的线性最优控制，以追求最大产量，但在目前市场竞争环境下，应 该综合考虑销售、产量、质量、原料消耗、环境保护等情况，以取得最大的经济 效益和社会效益。缺少面向生产调度和过程控制集成技术的研究，难以真正实现 计算机集成优化生产。因此，只有将调度和控制综合考虑，实现信息与功能的集 成，才能形成一个适应生产环境不确定性，和市场需求多变性的全局优化的高质 量、高柔性、高效益