1 概述

    傳統(tǒng)的單純依靠人的經(jīng)驗來進行生產(chǎn)調(diào)度的模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)今快速的市場變化了，而MRPⅡ和ERP等生產(chǎn)管理軟件適合于長期計劃指導(dǎo)，MES則是根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，對短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。MES技術(shù)在企業(yè)信息化中扮演著重要的角色，處于信息化的中間層。

    MES(Manufacturing Execution System)即制造執(zhí)行系統(tǒng)的英文縮寫，是20世紀90年代在美國提出的應(yīng)用于公司制造行業(yè)的一個新概念，其在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著重要作用。MES有三類：單一功能的MES、集成的MES和可集成的MES，前兩類屬于傳統(tǒng)的即T-MES，其在新的生產(chǎn)環(huán)境下顯示出很多的缺點，所以具有敏捷性特征的I-MES應(yīng)運而生，它已經(jīng)成為了現(xiàn)今制造企業(yè)的主導(dǎo)制造模式，即敏捷制造。而在MES的功能模塊中，車間作業(yè)調(diào)度與控制是其核心所在。

    生產(chǎn)調(diào)度和控制主要研究在動態(tài)的生產(chǎn)環(huán)境中進行資源優(yōu)化分配、作業(yè)計劃生成和對生產(chǎn)系統(tǒng)進行適應(yīng)性控制的問題。在生產(chǎn)系統(tǒng)中，由于存在大量的各種動態(tài)變化的因素，如生產(chǎn)準備，成本因素，交貨期要求和制作資源的限制等等。使制造加工過程變的異常復(fù)雜。一個復(fù)雜的制作系統(tǒng)的成功依賴于對作業(yè)車間通過實時決策進行有效的生產(chǎn)調(diào)度與控制。

2 車間作業(yè)調(diào)度方法與策略

    國內(nèi)外的相關(guān)人員通過對各種調(diào)度方法與策略的研究，已經(jīng)提出了很多控制系統(tǒng)模型，每種模型都是按照調(diào)度中常用的一個或多個性能指標來設(shè)計的，車間調(diào)度的常用性能指標見表1。

表1 車間調(diào)度的常用性能指標

    當然生產(chǎn)過程是個綜合的過程，就好象我們計算機網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制一樣，往往要綜合考慮多種因素，找到一個最佳的平衡點，才是解決問題的關(guān)鍵。所以實際的調(diào)度問題往往是多目標的，這些目標間并不一致，就好象我們要有好的音質(zhì)和畫面往往就要有存儲空間為代價一樣，調(diào)度中也要平衡多種性能指標，有效地進行多目標調(diào)度。

    作業(yè)車間調(diào)度的研究方法有：最優(yōu)化法及近似/啟發(fā)式方法。研究表明，JSP中尋找最優(yōu)解是很困難的，不如試圖在合理有限的時間內(nèi)尋找到一個近似的、有用的解。

    調(diào)度的策略有：并行或分布策略、分解與成組策略、人機交互策略、動態(tài)重調(diào)度策略、多目標優(yōu)化策略。

3 敏捷制造環(huán)境下的新型調(diào)度方法探討

    現(xiàn)今制造業(yè)的新特點是：多品種、小批量、制造周期短、質(zhì)量要求高，在生產(chǎn)制造的過程中有很大的不確定性，稱之為敏捷制造環(huán)境。在傳統(tǒng)的制造環(huán)境中假定最初便具有全部決策信息的靜態(tài)調(diào)度則不能適應(yīng)新環(huán)境的調(diào)度要求了，所以在敏捷制造環(huán)境下一般要采用動態(tài)調(diào)度。動態(tài)調(diào)度的方法有：人工智能(AI)方法、分布式人式智能(DAI)方法、仿真方法、人機交互方法、基于多代理結(jié)構(gòu)的車間動態(tài)調(diào)度方法等。

    鄭華林等人研究的一種新型的單件小批量生產(chǎn)車間調(diào)度方法中用到的剩余加工時間最大的優(yōu)先分派原則即MWR(Most Work Remaining)進行工序粗排，使工件在系統(tǒng)中的流通時間最短，再在此基礎(chǔ)上，以工件的提前/拖期時間最大的工藝塊為調(diào)整目標，進行細排，從而得到一個優(yōu)化的生產(chǎn)作業(yè)計劃�？梢娊Y(jié)合生產(chǎn)實際確定調(diào)度中重點實現(xiàn)的性能指標，合理的進行工序安排調(diào)度是研究MES車間作業(yè)中新的調(diào)度方法的重要思想。

    王龍生等的《一種新型的作業(yè)車間調(diào)度算法的研究與實現(xiàn)》一文在討論了車間作業(yè)調(diào)度與控制的已有的方法和策略基礎(chǔ)上結(jié)合我國的現(xiàn)有情況，開發(fā)了采用分層分布式控制方式和相對剩余加工最大的優(yōu)先分配原則的新型作業(yè)車間調(diào)度與控制原型系統(tǒng)。其中剩余加工最大的優(yōu)先分配原則是作者提出的一種新型的優(yōu)先分派規(guī)則。優(yōu)先分派規(guī)則就如同計算機操作系統(tǒng)中的作業(yè)管理中有先來先服務(wù)算法、最短作業(yè)優(yōu)先算法、優(yōu)先級算法等等。已有的優(yōu)先分派規(guī)則見表2。

表2 優(yōu)先分派規(guī)則

    我們知道生產(chǎn)一個工件通常要由很多道工序組成，所以上面LPT與MWR的區(qū)別就是：LPT只比較單個工序的用時長短而MWR則比較的是工件所剩余的后繼工序的時間之和。而本文作者提出的相對剩余加工時間最大的分配原則于MWR又有所不同：MWR中的剩余總加工時間相當于本文作者定義4中的絕對剩余加工時間TAR，而作者對工序的排序依據(jù)是定義5中的相對剩余加工時間TRR，因為在工件實際的加工過程中往往會有不同工件對同一機器的競爭，使得工件的工序加工不能總是在連續(xù)進行中，可能會有等待，這樣考慮相對剩余時間最長進行優(yōu)先排序的方法應(yīng)該說更符合生產(chǎn)實際，從而就更可能有效地實現(xiàn)最大流程時間最小或平均流程時間最小的性能目標。

    可以這樣理解：制造系統(tǒng)內(nèi)每一臺機床前都存在一隊列(集合)，該集合中存放的是當前該設(shè)備能夠加工的工序(機床的可加工工序集合)，稱為機床虛擬工序隊列。在剛開始時，即t=0時，機床虛擬工序隊列集合為空，經(jīng)過初始化，隊列中有了元素(即工序)。設(shè)備的下一個加工工件是在該機床虛擬工序隊列集合中按一定的規(guī)則進行選擇的。此處的選擇即使用的調(diào)度方法，當機床按設(shè)置好的調(diào)度方法選擇好1個工序后，從對應(yīng)的機床虛擬工序隊列集合中刪去該工序?qū)��?yīng)工件的所有工序。所以說調(diào)度只發(fā)生在工序間有對同一機器的競爭中。

4 算法驗證與實現(xiàn)

    一個新提出的作業(yè)車間調(diào)度算法是否是可行的，要對算法有嚴格的定義，建立算法的數(shù)學模型，還要開發(fā)出調(diào)度軟件，通過典型案例驗證算法在工程中的可行性和有效性。調(diào)度問題是許多計算機應(yīng)用領(lǐng)域的重要問題，Job-Shop調(diào)度是其中的一類典型的困難問題，它通常包含多個可并行實現(xiàn)的目標以及實現(xiàn)這些目標的多種方法與資源。作為調(diào)度問題中代表性的Job-Shop調(diào)度，其目標是以盡可能少的時間，同時滿足其它一些約束條件情況下，將各種操作調(diào)度到適當?shù)臋C器上，分別加工某些構(gòu)件，最終生產(chǎn)出某種產(chǎn)品。

    接下來就到了實際設(shè)計階段：首先按照軟件工程的設(shè)計方法對業(yè)務(wù)進行建模，分析需求最后產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計模型，再選擇合適的工具軟件進行系統(tǒng)開發(fā)。

    Oracle Server是一個對象一關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它提供開放的、全面的和集成的信息管理方法。

    WebLogic是美國bea公司出品的一個application server確切的說是一個基于j2ee架構(gòu)的中間件，webserver是用來構(gòu)建網(wǎng)站的必要軟件，用來解析發(fā)布網(wǎng)頁等功能，它是用純java開發(fā)的。

    PL/SQL是Procedural Language/SQL的縮寫，是一種高級數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計語言，PL/SQL語言在將SQL語言的靈活性及功能與第三代語言的可配置能力相結(jié)合方面是獨一無二的。該語言集成了面向過程語言的過程結(jié)構(gòu)和強大的數(shù)據(jù)庫操作，為設(shè)計復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用提供了功能強大、健壯可靠的程序設(shè)計語言。該語言專門用于在各種環(huán)境下Oracle數(shù)據(jù)庫進行訪問。由于該語言集成于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，所以PL/SQL代碼可以對數(shù)據(jù)進行快速高效的處理。

5 結(jié)論

    MES在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁。不實施MES，管控一體化只是一句空話。同時，MES的發(fā)展和應(yīng)用也是一個過程，它需要我們IT人員與企業(yè)技術(shù)和管理人員相互配合，最好是有組織的支持，才能取得長期的具有更大價值和意義的成功。

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本文標題：論面向MES的車間作業(yè)調(diào)度算法的研究與實現(xiàn)

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