基于智能优化算法的车间调度问题研究

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1、硕士学位论文1．1调度理论概述第一章绪论在古代社会，生产力水平不高，人口稀少，资源相对比较丰富，资源的有限性问题难以引起人们的普遍重视。自从十八世纪六十年代在英国爆发工业后，人类社会的生产力水平出现了空前的飞跃，对资源的需求量急剧提高，资源的有限性问题逐渐摆在了人们面前，因此，对资源的合理配置与优化利用开始成为科学研究的一个新问题。有限资源的合理配置与优化问题是人类社会面临的最基本的经济学问题，它贯穿于社会生活的各个方面，从社会的宏观经济运行到企业的微观经济活动都要受到资源条件的制约。由此产生了有关这个问题的不同学科和理论，其中在生产领域产生了一个非常重要的理论

2、，即调度理论。所谓调度就是在满足某些约束(操作的先后关系、预定的完成时间、最早开始时间及资源能力等)的条件下对操作进行排序，按照排序的次序进行资源和时间分配，并且使某个执行目标(如生产期、拖期时间或生产费用等)达到最优。调度理论源于对制造车间生产计划与控制的研究，从诞生之日起它就引起了管理科学家和应用数学家的重视，人们在此领域发表了大量的文献著作，另有一些学者从不同的广度和深度考察了调度理论的发展状况。经过几十年的研究和探索，调度理论逐渐发展成为一个比较完整的科学理论，在企业的生产中得到了一定程度的应用【IJ。由于企业车间的生产计划与控制问题在所有调度问题中最具

3、典型性，所以对车间调度问题的研究一直在调度理论中占据主导地位。近年来，很多领域的研究人员都对调度问题产生了浓厚的兴趣，他们利用不同的技术和方法对此问题进行了更为广泛、深入、细致的研究，取得了丰硕的成果。1．2研究背景及意义近几十年来，由于科学技术快速的发展，从而导致生产规模越来越大，复杂性越来越高，市场竞争也越来越激烈，这对企业的管理和对生产过程的监控都提出了很高的要求。现在企业的生产过程的主要特征是生产规模的大型化和生产过程的连续化。在激烈的市场竞争中，为了保证生产的高效稳定地运行，原来简单的、局部的、常规的控制和仅凭经验的管理已经不能满足现代生产的可使企业产

4、生最大的经济效益等问题。为了解决这些问题，美国约瑟夫·哈林顿博士在1973年首次提出计算机集成制造(CIM)的概念。上世纪80年代中期基于CIM理念的系统CIMS开始得到重视，并进行大规模的实施。生产调度是CIMS系统中的一个复杂而且非常重要的部分。它处在CIMS体系结构的中间位置，发挥两方面的作用：一是接受企业决策层的综合生产计划，经表态计划分解，向下面的设备控制层发布调度命令，即各种生产设备和原材料用量的设定值；二是接受设备控制层上报的实时状态信息，进行动态调度，改变部分设定值，并把计划执行情况上报企业决策层。因此，生产计划与调度是实施CIMS的关键，无论是

5、理论研究，还是应用系统的开发都受到学术界和企业界的关注。追根溯源，生产调度来源于对制造车间生产计划与控制的研究，但其与生产计划又有一定的区别。生产计划侧重于经营计划和生产能力的平衡，考虑的时间范围为中长期，如月或年。而生产调度则是在较短的时间内进行，最主要的任务是生产作业的安排与资源的具体分配，涉及实际生产环境的各种约束。生产调度侧重于生产装置的分配利用和物料平衡等细节，考虑的时间范围为短期，一般为周或月。因而，生产调度同时又是生产计划的可行性验证过程。为了便于问题的阐述和研究，本文将调度问题明确为针对加工活动的排序和加工时间的确定问题。需要注意的是，生产调度不

6、同于一般意义上的排序【2J。排序只是确定不同工作任务共享有限资源的顺序，生产调度不仅包括确定任务的处理顺序，还包括确定每个资源处理每个任务的开始时间和结束时间。由于存在“任务等待"和“资源闲置"两种情况，同一个排序结果可以对应多个生产调度，而一种生产调度只对应唯一的一种排序。在我国大多数企业中，均存在设备利用率低、生产准备周期长、成本高、自动化水平低、质量不稳定及资金周期慢等问题。企业要在激烈的市场竞争中求生存、谋发展，最关键的是要运用先进的制造技术和管理方法，提高企业响应市场的快速应变的能力，这就要求企业具有快速的产品开发能力，尽可能短的产品生产周期，较高的产

7、品质量和设备利用率。车间调度系统的目标就是合理地安排车间生产作业计划，充分利用现有的各种资源，消除生产瓶颈，提高设备的利用率和零部件加工质量，缩短生产周期，减少在或消除加班，降低零件加工成本，准确快速地为上级部门提供可靠的各种统计数据。目前，车间调度管理成为组织现代化企业生产的科学哲理和工厂自动化的重要组成部分，在2硕士学位论文现代化企业中的作用越来越重要。随着计算机及计算机网络引进企业，基于信息集成而发展起来的优化调度正在兴起。一种是离线优化调度，即根据各种有关信息，对调度模型进行优化计划，得出的调度指令立即在计算机屏幕上显示，然后由调度人员来决定是否采纳并进

8、行执行。第二种是在线优化