生产计划和调度的解决方法

1、消费型企业的消费方案和调度处理方案及工业运用实例陈玉旺 博士研讨生上海交通大学自动化系&铜陵市科技局: 提纲 消费型企业概述消费型企业信息化过程消费方案和调度系统功能消费方案和调度处理方案工业运用实例炼钢连铸消费方案与调度处理方案热轧消费调度系统研讨领域和工程实施方向消费型企业概述消费系统物质资源人 力原资料辅助资料零配件等信息消费方案技术规范工艺规程效益目的消费过程加工制造按预定技术要求改动对象的外形、尺寸物理性质和化学性质的过程物质资源产品效力废品 信息本钱质量进度系统情况反 馈输出输入消费过程既是物料耗费过程，同时也是消费对象的价值增值过程。随着原资料和各种

2、辅助资料的耗费，逐渐改动消费对象的物理性质和化学性质，最终变为产废品副产品、环保要求。消费型企业类型按消费过程的延续性质分:延续式消费运作系统流程式 延续式消费是指物料按一定的工艺顺序、延续地经过消费过程各环节，在运动中不断地改动其形状和性能，最后转化成产废品的消费方式(化工、石油、冶金、食品、造纸等)。离散式消费运作系统(加工装配式 物料分别在不同时间和地点消费出零部件，再按一定的要求集合装配成产废品的消费运作方式(如电子、轻工、机械等产品。消费型企业类型按与市场需求的关系分:消费-库存式消费系统(Make-To-Inventory)预测需求确定方案组织消费废品入库销售库存式消费运作方式可以

3、较好地满足随机小批量需求；同时企业消费运作系统运转平衡，质量稳定、人力、设备等自然可以得到较充分的运用。但运作过程的产废品占用的流动资金大，具有一定的市场风险，对需求变化的顺应性较差。普通用于通用产品消费。订单-消费式消费系统(Make-To-Order)客户订货确定方案组织消费交货订单式消费可以大幅度地减少产废品库存量，降低流动资金占用额，防止市场风险。但这种方式对消费运作系统的管理程度要求高，需求随机动摇对运作过程影响大，消费方案、人力资源、设备利用、质量保证等任务难度大，要求消费运作系统具有良好的顺应性。消费-储存-装配式(Assemble-To-Order)总量需求预测零部件消费方案零

4、部件库存客户订货装配方案产品组装产品交货按ATS方式运作的前提条件是产品个性化，零部件通用化，储存一定数量的通用零部件，满足不同客户的订货要求。这种运作方式具有前面两种方式的优点。消费型企业生存环境消费科技高速开展加速产品更新换代速度如医药产品50%是近5年研制出来的，每两年计算机就有一次重要的技术突破。技术环境的变化使消费系统的顺应性、创新性，快速反响才干，成了企业生存和开展的关键。用户需求趋向个性化、多样化客户开场采取多种类、小批量、多批次的订货方式。市场竞争日益猛烈客户随着世界市场一体化进程的加快，国内企业、特别是中小型企业面临的竞争压力日益加大。为了生存和开展，企业消费运作系统必需满足

5、高质量、高效率、低本钱、高柔性、短且准时的交货期要求。全球化供应链运作方式快速开展全球供应链运营理念和方式，使企业间的竞争变为供应链之间的竞争，强调企业间的中心竞争力和供应链的整体竞争力。消费型企业消费方式六、七十年代八、九十年代大批量消费方式定制式消费方式消费型企业制造战略50 -60 年代：消费规模70 年代：消费本钱80 年代：产质量量90 年代：市场呼应速度生产型企业制造战略的变化过程消费型企业制造战略如何顺应新的消费企业生存环境，实施消费型企业的制造战略，实现制造过程的信息化和综合自动化是提升企业中心竞争力的重要手段？十六大报告明确指出“实现工业化依然是我国现代化进程中艰巨的历史性义

6、务。信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带开工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源耗费低、环境污染少、人力资源优势得到充分发扬的新型工业化路子。：“对于降低消费本钱、提高产质量量、快速呼应市场需求、减少环境污染和资源耗费只能经过全流程自动控制系统的优化设计来实现。消费型企业信息化过程阶段企业运营方面问题提出管理软件开展阶段实际根底I60年代追求降低本钱手工订货发货消费缺货频繁如何确定订货时间和订货数量时段式MRP系统库存管理实际、主消费方案、 BOM与物料需求方案、期量规范II70年代方案偏离实践人工完成车间作业方案如何保证方案得到有效实施和及时

7、调整闭环式MRP系统才干需求方案车间作业管理 方案、实施、反响与控制的循环III80年代追求竞争优势各子系统缺乏联络，矛盾重重如何实现企业管理系统的一体化MRPII系统系统集成技术物流管理决策与仿真IV90年代追求创新要求顺应市场环境的迅速变化如何在社会范围内利用一切可利用的资源ERP系统供应链管理混合型消费管理预测控制ERP开展历程消费型企业信息化过程MRP阶段(Material Require Planning)企业的信息管理系统对产品构成进展管理，借助计算机的运算才干及系统对客户订单，在库物料，产品构成的管理才干，实现根据客户订单，按照产品构造清单展开并计算物料需求方案.MRP阶段(Ma

8、nufacture Resource Planning)在MRP管理系统的根底上,系统添加了对企业消费中心、加工工时、消费才干等方面的管理，以实现计算机进展消费排程的功能，同时也将财务的功能囊括进来，在企业中构成以计算机为中心的闭环管理系统，这种管理系统已能动态监察到产、供、销的全部消费过程。消费型企业信息化过程ERPEnterprise Resource Planning 企业资源方案系统建立在信息技术根底上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供消费管理和决策的管理平台。ERP系统系统添加了包括财务预测、消费才干、调整资源调度等方面的功能。配合企业实现JIT管理全面、质量管理和消费资源

9、调度管理及辅助决策的功能。 进一步地，我们可以从管理思想、软件产品、管理系统三个层次给出它的定义：由美国著名的计算机技术咨询和评价集团Garter Group Inc.提出的一整套企业管理系统体系规范，其本质是在MRP IIManufacturing Resources Planning,“制造资源方案 根底上进一步开展而成的面向供应链Supply Chain的管理思想；综合运用了客户机/效力器体系、关系数据库构造、面向对象技术、图形用户界面、第四代言语4GL、网络通讯等信息产业成果，以ERP管理思想为灵魂的软件产品；是整合了企业管理理念、业务流程、根底数据、人力物力、计算机硬件和软件于一体的

10、企业资源管理系统。消费型企业信息化过程70年80年90年2000年代客户 本企业供应商MRP主机MRPII3gl小型计算机ERP4gl客户效力器SCMo/o网络计算机消费型企业信息化过程消费型企业信息化过程ERP(Enterprise Resource Planning)PCS(Process Control System)MES (Manufacturing Execution System)economic decisionenterprise managementproduction schedulingprocess optimizationprocess control 过程控制、过

11、程优化、生产调度、企业管理和经济决策五层结构的综合自动化系统 (Theodore J. Williams,1989) 企业资源计划（ERP）/制造执行系统（MES）/过程控制系统（PCS）三层结构的自动化系统 (柴天佑, 2003)消费型企业信息化过程国际制造执行系统协会Manufacturing Execution System Association，MESA对MES的定义是“MES提供为优化从订单投入到产品完成的消费活动所需的信息。MES运用及时、准确的信息，指点、启动、呼应并记录工厂活动，从而可以对条件的变化做出迅速的呼应、减少非增值活动、提高工厂运作过程的效率。MES不但可以改善设备

12、投资报答率，而且有助于及时交货、加快库存周转、提高收益和现金流的绩效。MES在企业和供应链间，以双向交互的方式提供消费活动的根底信息。美国的权威机构先进制造研讨中心AMRAdvanced Manufacturing Research提出的： MES是位于上层的方案管理系统与工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统。它为操作人员/管理人员提供方案的执行和跟踪以及一切资源人员、设备、物料、客户需求等的当前情况。消费型企业概述如何提高消费型企业中心竞争力？提升消费型企业的信息化程度采用先进的信息化技术，开发如ERP、MES 、APS 、等从管理到消费的软件系统实现企业级ERP管理系统和现场自动化系

13、统的有效衔接开发消费方案和调度辅助决策系统，以根据工厂和车间的实时工况信息，制定出科学合理的消费调度方案，完成消费排程义务，以降低本钱，减小库存，快速呼应客户订单消费方案和调度系统功能消费调度为供应链管理的一个重要组成部分，其实现的义务是在一段时间内根据消费约束进展消费线上的资源分配和消费作业安排设备分配、工序流程和加工时间等 ，以满足某些给定的调度目的Makespan 、 产品本钱、 效力质量等 。调度优化器消费订单调度目的调度结果用户界面GUIERPMES消费车间调度模型消费约束消费方案和调度系统功能消费方案是根据市场需求、思索企业现有消费才干和资源供应条件，对未来一定时期内的消费作业活动

14、和各项资源的运用作出的统筹安排。消费调度目的调度目的：消费才干目的：最大消费率、最短消费周期等，在给定产品需求条件下，实现消费才干最大化以提高效益。本钱目的：最小化产品本钱、最小化运转费用和最大化投资报答率，运转费用包括库存本钱、消费本钱和交货拖期损失等。客户称心目的：最小提早或者拖后交货期、提高产品效力程度等。建立高性能的消费方案和调度，将大大缩短调度方案作业的编制时间和实践消费过程中的非作业等待时间，有利于提高消费效率、降低能源与原资料耗费，获得显著的经济效益。消费方案和调度系统功能订单池 预备时间加工时间订单池消费线 1消费线 2订单属性: 订单 ID, 产品类别, 数量, 交货期, 客

15、户等单消费线多消费线消费线 1消费线 2消费订单过渡时间过渡方式利润 (经济)模型商业数据消费数据参数消费调度预测利润(本钱)ERPWIP 和库存数据消费方案和调度系统功能经济模型S1L11S1L12S1L13S2L21S2L22S2L23S2L24Line SchedulesMV参数预测利润/本钱消费方案和调度系统功能 Proc_Time (MGP, M)TQCycle TimeThroughputRevenue = Throughput * Price CostsCosts = WIP + BOM + Late PenaltyWIP = Throughput * Cycle TimeFac

16、tor = Cycle Time / Processing TimeQueueWIP PositionUnit WIP Costs消费方案和调度系统功能F1F2Pareto边境Pareto点：即改善该点恣意一个目的，都会对其他至少一个目的产生不利影响；一切的Pareto点构成Pareto边境。消费方案和调度系统功能消费方案和调度系统功能静态调度根据消费订单、消费约束和调度时间范围进展机器分配和消费安排，以最大化消费利润，提高产质量量、消费产量和客户效力程度，并降低在制品数量。动态调度和重调度针对消费订单和车间形状的改动对存在的调度结果进展重调度与动态调度，如插入或取消订单、机器缺点、原资料延迟

17、等。人工调整经过调度系统的人机界面人为调整调度方案任 务j1j2j3j4j5j6j7j8加工时间tj836127532交货期dj191293348403723消费方案和调度系统功能流水型排序问题n项义务，等待多台串联设备组成的消费线加工，各项义务的工艺顺序一样。例：8项义务、单台设备，数据如下：任 务j8j2j7j6j3j5j1j4加工时间 tj233567812交货期 dj231237409481934流程时间Fi2581319263446延期量Dj00001001513最小加工时间规那么(SPT)按各义务加工时间的大小，从小大到排序。 本规那么可得到最小平均流程时间，最小平均在制品占用量。

18、但能够出现延期交货。消费方案和调度系统功能消费方案和调度系统功能平均流程时间平均交货延期量任 务j3j2j1j8j4j7j6j5加工时间 tj638212357交货期 dj912192334374048流程时间Fi69171931343946延期量Dj0000000 0最早交货期规那么(EDD)按义务规定的交货期先后，从小到大排序。可使交货延期量最小化，但平均流程时间相对较大，平均在制品数较大。消费方案和调度系统功能消费方案和调度系统功能平均流程时间平均交货延期量 = 0任 务j3j2j1j8j4j7j6j5加工时间 tj638212357交货期 dj912192334374048流程时间Fi

19、69171931343946延期量Dj00000000EDD-SPT综合规那么按EDD规那么排序所的方案的根底上，按SPT规那么对其调整。消费方案和调度系统功能任 务j2j3j8j1j7j4j6j5加工时间 tj362831257交货期 dj129231937334048流程时间Fi39111922343946延期量Dj000000001、找出最大流程时间max Fi ;2、找出满足条件：djmax Fi 的义务，当满足条件的义务只需一项时，该义务不调整，当满足条件的义务有多项时，对这些义务按SPT规那么调整。去掉已调整的义务，对剩余义务反复用第二步直至一切义务调整完消费方案和调度系统功能消费

20、方案和调度系统功能平均流程时间平均交货延期量 = 0任 务j1j2j3j4j5j6j7j8加工时间tj836127532交货期dj191293348403723消费方案和调度系统功能流水型排序问题n项义务，等待多台串联设备组成的消费线加工，各项义务的工艺顺序一样。例：8项义务、单台设备，数据如下： 任 务j1j2j3j4j5j6j7j8 Ma taj836 12 7 532 Mb tbj9253410711消费方案和调度系统功能N项义务、两台设备的排序N项义务，均按 Ma-Mb 的工艺顺序加工，要求最大流程时间最小化的最优排序方案。 任务j8j7j6j1j3j5j4j2 Ma taj2 23

21、5 5 10 8 18 6 24 7 31 12 43 3 46 Mb tbj11 137 20 10 30 9 39 5 444 48 3 51 2 53消费方案和调度系统功能用哈姆表算法，求得各义务在各设备上的完工时间如下表升序陈列J8-J7-J6-J1-J3-J5-J4-J2 任 务j1j2j3j4j5j6j7j8 Ma taj8 83 116 17 12 29 7 36 5 413 44 2 46 Mb tbj9 172 195 243 324 40 10 517 5811 69消费方案和调度系统功能排序前的流程时间计算消费调度问题处理方案Step 1: 问题描画和定义 Step 2:

22、 问题建模数学方法Step 3: 在模型根底上给出优化算法产生调度处理方案问题模型处理方案调度方案的优劣依赖于问题描画、系统模型和优化方法目的 、约束调度目的、约束和调度方案间的关系 满足目的和约束的优化调度结果消费调度问题处理方案消费调度问题建模方法离散事件仿真模型网络模型形状空间和数学模型多智能体模型流体网络模型混合模型消费调度问题处理方案消费调度问题优化算法运筹学方法，线性规划、非线性规划、整数规划和约束规划等启发式方法，如Tabu搜索、模拟退火等进化算法, 如遗传算法等.多目的优化算法人工智能算法，蚁群算法、粒子群算法.Extremel 优化算法混合优化算法钢铁消费流程高炉(BF)转炉

23、(BOF)冷轧(CM)板坯库热轧 (HSM)Plate MillPlates冷轧钢板&钢带热轧钢板&钢带铁矿石石灰石焦炭钢渣铁水氧气炼钢&连铸消费炼铁板坯物料流 信息流资金流钢铁消费是Market-Driven的多级、多产品大规模消费线热连轧连铸机(CC)钢铁企业主要调度问题炼钢连铸调度 (SCC)多产品、多级、多消费线调度热轧调度 (HSM) 多产品、单消费线或多消费线调度精轧调度 (FL)多产品、单消费线或多消费线调度炼钢连铸和热轧集成调度炼钢连铸消费方案与调度处理方案炼钢连铸调度系统功能性分析批量方案消费订单的炉次和浇次分配问题 连铸调度优化BOF 、连铸机上的工序安排与MES、ERP的

24、有效集成快速呼应的动态调度和重调度，人机交互式调整调度结果调度目的：- 炼钢、精炼和连铸的衔接 - 最大化消费才干、提高产质量量和按时交货程度- 减小在制品数量，降低产品本钱- 提高消费效率炼钢连铸消费方案与调度处理方案炼钢连铸调度处理方案调度算法模块是炼钢连铸调度系统的中心，可运用分步式求解战略，将连铸消费调度问题分解为两个算法模块批量方案包括组炉和组浇问题连铸调度优化分解为作业排序，初始调度，数学模型优化三个子问题炼钢连铸消费方案与调度处理方案数学模型炼钢连铸消费方案与调度处理方案炼钢连铸调度系统功能炼钢连铸消费方案与调度处理方案炼钢连铸调度结果FSBCrop ShearReheating

25、 Furnace2Hi-R14Hi-R2HSBSPDCSlab(20 cm) 加工到Strip (mm)热轧消费调度系统热轧消费流程ReheatingFurnacesRoughingMillSlabFinishingMillCooling & CoilingCoil热轧消费调度系统热轧调度系统功能性分析 针对消费订单，热轧调度系统在满足消费约束的根底上给出调度结果，以最大化经济目的，并提高产量、消费效率、产质量量和客户效力程度。调度目的：最小化WIP 、产品本钱、E/T等，最大化产量、产质量量等。调度约束：板坯宽度、厚度、硬度跳变方式，轧辊才干约束、交货期约束等。数学模型热轧消费调度系统complicated objectives and constraints (