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案例頻道 摘要：面對客戶隨機(jī)需求，制造業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)促進(jìn)生產(chǎn)的快速性、動態(tài)性和敏捷性。論文以制造業(yè)生產(chǎn)調(diào)度體系為研究對象，從生產(chǎn)車間調(diào)度的目標(biāo)、方法、手段、資源等基本要素入手，總結(jié)了傳統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的問題，并概括了系統(tǒng)集成視角下的生產(chǎn)調(diào)度方法及其改進(jìn)措施，介紹了不確定條件下生產(chǎn)調(diào)度策略及評價指標(biāo)。運(yùn)用系統(tǒng)集成的思想，探討了供需鏈環(huán)境下的制造業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)模式，最終提出了生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的集成化、動態(tài)化、高效智能化、柔性化和排程可視化等發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)；系統(tǒng)集成；生產(chǎn)不確定性
在生產(chǎn)過程中，很多企業(yè)實(shí)際加工時間占總加工時間不到15％，而有85％以上的時間用于等待、搬運(yùn)和排隊(duì)。以機(jī)械加工為例，15％的加工時間里，切削時間僅占30％，其余70％的時間用于零件裝夾及定位、用于換刀具、測量、機(jī)床調(diào)整、消除屑末等，多數(shù)機(jī)器90％的時間處于閑置狀態(tài)[l]。因此，科學(xué)的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)模式就是要降低企業(yè)85%不增值的部分和優(yōu)化生產(chǎn)過程，建立合理的生產(chǎn)調(diào)度模型，尋找有效的調(diào)度方法，改進(jìn)生產(chǎn)調(diào)度方案，設(shè)計適宜的計劃調(diào)度系統(tǒng)。傳統(tǒng)的手段如降低庫存、裁減雇員、精簡機(jī)構(gòu)、增加加工設(shè)備等已經(jīng)達(dá)到了極限，不可能再有較多的進(jìn)展，進(jìn)一步的成本縮減可轉(zhuǎn)向企業(yè)內(nèi)外資源的合理配置和高效利用[2]。作業(yè)車間調(diào)度問題的研究于1950年展開，國內(nèi)外對于生產(chǎn)調(diào)度問題的諸多研究可以歸結(jié)為兩個方面：生產(chǎn)調(diào)度問題的建模和生產(chǎn)調(diào)度問題算法設(shè)計與分析[3]。雖然對車間調(diào)度領(lǐng)域的研究已有六十多年的歷史，但至今尚未形成一套較為完備的系統(tǒng)理論和方法，加強(qiáng)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)理論和應(yīng)用的深入研究非常必要。
生產(chǎn)管理通常分為三個階段：生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)控制，其中生產(chǎn)調(diào)度是生產(chǎn)管理領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。調(diào)度與很多其它經(jīng)營管理活動有關(guān)，如生產(chǎn)計劃的可行性分析、銷售部門接受訂單的提前期、生產(chǎn)線的人力調(diào)配、設(shè)備保養(yǎng)維修、物料采購供應(yīng)計劃等。而實(shí)際生產(chǎn)過程中，車間生產(chǎn)調(diào)度過程是一個多元化管理模式，需要敏捷響應(yīng)和反饋，要求在宏觀上規(guī)劃生產(chǎn)，微觀上調(diào)控生產(chǎn)。科學(xué)合理的生產(chǎn)調(diào)度在滿足客戶要求和生產(chǎn)任務(wù)的前提下，依據(jù)生產(chǎn)過程獲得準(zhǔn)確信息，充分合理的利用與配置加工過程的各種制造資源、高效低耗地使用生產(chǎn)資源、合理安排加工工件的順序、均衡設(shè)備負(fù)荷和生產(chǎn)、提高設(shè)備利用率、縮短換工裝和物料準(zhǔn)備時間、降低生產(chǎn)和人工成本、優(yōu)化生產(chǎn)過程。生產(chǎn)調(diào)度圍繞企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，對企業(yè)生產(chǎn)活動進(jìn)行有效組織、指揮、控制和調(diào)節(jié)，根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)和約束，為每個加工對象確定具體的加工路徑、時間、機(jī)器和操作等，根據(jù)市場需求變化和產(chǎn)品訂貨，及時調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，及時應(yīng)對和解決生產(chǎn)中的各種矛盾和問題，以保證整個生產(chǎn)經(jīng)營活動的正常進(jìn)行，保證在合適的時間，將合適數(shù)量和合格質(zhì)量的物料輸送到合適的地點(diǎn)，由已確定的人員進(jìn)行加工，最后生產(chǎn)出滿足客戶需求的產(chǎn)品。因此，及時準(zhǔn)確地生產(chǎn)調(diào)度對生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行有著重要影響。
1 生產(chǎn)調(diào)度的分類、影響因素及優(yōu)化模型
1.1 生產(chǎn)調(diào)度的分類
在不同的制造資源、約束條件、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)形式和管理方法下，生產(chǎn)調(diào)度問題的目標(biāo)、調(diào)度策略也不同。任何優(yōu)化模型都包含優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，生產(chǎn)計劃優(yōu)化也不例外，但是約束計劃的因素很多，為全面地考慮優(yōu)化模型中的約束因素，需要對其進(jìn)行分類，就對象而言，有模糊調(diào)度、離散事件和連續(xù)事件調(diào)度、靜態(tài)和動態(tài)調(diào)度等；就調(diào)度方法而言，有Gantt圖、分支定界、動態(tài)規(guī)劃、規(guī)則調(diào)度和仿真等；就調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)而言，有正規(guī)性能指標(biāo)和非正規(guī)性能指標(biāo)，如生產(chǎn)成本、提前/延遲(E/T)指標(biāo)等。就調(diào)度加工系統(tǒng)的復(fù)雜度而言，可分為單機(jī)、多臺并行機(jī)、流水車間調(diào)度和作業(yè)車間調(diào)度[4-7]。
1.2 生產(chǎn)調(diào)度的影響因素
現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、協(xié)作關(guān)系復(fù)雜、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)、情況變化快，某一局部發(fā)生故障，或某一措施沒有按期實(shí)現(xiàn)，往往會波及整個生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行。由于調(diào)度問題的復(fù)雜性和生產(chǎn)環(huán)境的動態(tài)性，必須將資源、約束、規(guī)模和方法等因素綜合考慮來研究。在這種更新速度快、生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性差且復(fù)雜多變的制造環(huán)境下，企業(yè)不僅僅要求能生產(chǎn)出質(zhì)量高、性能優(yōu)良的產(chǎn)品，而且還需要快速生產(chǎn)出市場所需求的產(chǎn)品，更要能夠快速、準(zhǔn)確地應(yīng)對生產(chǎn)過程中頻繁發(fā)生的各種擾動，這顯然要求整個生產(chǎn)系統(tǒng)對生產(chǎn)過程中的控制更嚴(yán)格、更有效、更有柔性。任何產(chǎn)品生產(chǎn)的直接因素從空間上看分別來自用戶要求、企業(yè)自身生產(chǎn)狀況和供應(yīng)商的供貨狀況等方面，它們對生產(chǎn)計劃的約束通過施加到企業(yè)內(nèi)部的影響體現(xiàn)出來。
首先，用戶一般提出交貨期、數(shù)量、質(zhì)量、規(guī)格、交貨方式等要求。交貨期和數(shù)量直接約束生產(chǎn)企業(yè)計劃，質(zhì)量和規(guī)格通過設(shè)計部門轉(zhuǎn)化為加工工藝要求，工藝部門進(jìn)一步將加工工藝轉(zhuǎn)化為加工次序和加工時間。用戶需求對計劃的約束體現(xiàn)在交貨期、加工次序、加工時間、運(yùn)輸設(shè)備、運(yùn)輸次序等方面；其次，供應(yīng)商對企業(yè)計劃的約束主要是物料供貨時間（物料到達(dá)企業(yè)的時間，包括物料的出廠時間和運(yùn)輸時間等）；最后，計劃在企業(yè)內(nèi)受到人力、資金、設(shè)備、庫存、后勤保障（水、電、煤、氣等）的約束，其中設(shè)備主要包括運(yùn)輸設(shè)備、工具工裝、加工設(shè)備、場地等，工序負(fù)荷平衡、生產(chǎn)模式、現(xiàn)場實(shí)績等非結(jié)構(gòu)化約束，加上變化的工作條件，需要頻繁地進(jìn)行重調(diào)度。
大多數(shù)的研究對約束問題考慮不是很周全，建模時也對真實(shí)環(huán)境進(jìn)行了大量的簡化，因此，車間調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中時很容易碰上“計劃趕不上變化”的困境。
1.3 生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化模型
在車間生產(chǎn)調(diào)度中，生產(chǎn)計劃調(diào)度的任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)和約束，為每一個加工對象確定具體的加工路徑、時間、制造設(shè)備資源和操作等，以保證車間制造系統(tǒng)的某一性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，具有靜態(tài)特性。生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化模型如式（1）所示，
（1）
式中，A為加工對象的生產(chǎn)計劃；W(A) 為W(A)企業(yè)收益，C (A )為加工成本， 1 2為— — — n加工該加工對象的時間、人員、設(shè)備等生產(chǎn)條件，Ω為企業(yè)所擁有的加工條件等內(nèi)部約束條件，N(A)為生產(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量、數(shù)量等，Φ為用戶所提出的產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量等外部約束條件。
在理論研究中，生產(chǎn)調(diào)度問題常被稱為排序問題、資源分配問題或組織優(yōu)化問題。當(dāng)然，調(diào)度不只是排序，還需要根據(jù)排序結(jié)果確定各個任務(wù)的開始時間和結(jié)束時間，并使約束得到滿足，同時使車間制造系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)或次優(yōu)。這些特點(diǎn)決定了生產(chǎn)調(diào)度高復(fù)雜性、動態(tài)隨機(jī)性、突發(fā)性、多目標(biāo)性、多約束性、多資源相互協(xié)調(diào)、非線性、目標(biāo)可變性、大規(guī)模性和多極小性等特點(diǎn)，并且多數(shù)調(diào)度問題求解過程是NP(Non-deterministicPolynomial)問題，它的計算量隨問題的規(guī)模呈指數(shù)增長。這導(dǎo)致生產(chǎn)調(diào)度要綜合平衡這些條件自己的矛盾與沖突。多目標(biāo)車間調(diào)度最終得到的解是一個解集，如何從解集中選出一個最優(yōu)妥協(xié)解作為實(shí)施方案，使企業(yè)制定出合適的作業(yè)生產(chǎn)計劃。生產(chǎn)調(diào)度問題作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的一個研究熱點(diǎn)，由于系統(tǒng)建模方法的多樣性，以及問題的側(cè)重點(diǎn)不同，調(diào)度方法和研究對象也明顯不同。
2 傳統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度體統(tǒng)下的生產(chǎn)問題
實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)是一個動態(tài)生產(chǎn)環(huán)境，存在著大量不確定性因素，往往會導(dǎo)致計劃、調(diào)度與控制脫節(jié)，不能有效協(xié)調(diào)和均衡的生產(chǎn)，造成企業(yè)成本增加和效益下降。傳統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)作用下的車間實(shí)際生產(chǎn)加工現(xiàn)場，雖然每個待加工的工件都被分配到指定的加工設(shè)備，并按照開始時已經(jīng)規(guī)劃好的調(diào)度方案進(jìn)行加工。但由于實(shí)際生產(chǎn)情況復(fù)雜多變，生產(chǎn)現(xiàn)場工件到達(dá)時間隨機(jī)性和制造過程中隨機(jī)發(fā)生的擾動使得實(shí)際生產(chǎn)出現(xiàn)了與原調(diào)度方案的偏離，加工現(xiàn)場作業(yè)流程混亂，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)不能再按照原有的生產(chǎn)計劃正常運(yùn)行。為了保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，這就要調(diào)整某些零件的加工順序，而改變?nèi)魏我坏拦ば虻捻樞蚨伎赡軙绊懞竺嫠泄ば虻募庸ろ樞颍瑢?dǎo)致作業(yè)計劃要重排。在這些問題還沒得到解決的同時，還要求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)周期短、制造成本低和相應(yīng)市場變化能力迅速等目標(biāo)，這些都要求中小型制造企業(yè)的調(diào)度系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性和實(shí)現(xiàn)能力。因此，現(xiàn)有的落后生產(chǎn)計劃管理模式不僅難以滿足生產(chǎn)要求，也嚴(yán)重影響著公司的成本管理，造成公司效益提高緩慢，競爭力不強(qiáng)。具體體現(xiàn)如下：
2.1 當(dāng)前制造業(yè)企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度體系弊端在生產(chǎn)中的體現(xiàn)
（1）主觀與經(jīng)驗(yàn)性。在組織生產(chǎn)時，經(jīng)常出現(xiàn)工藝流程、工時定額不完善等情況。生產(chǎn)計劃與調(diào)度嚴(yán)重依賴管理者的經(jīng)驗(yàn)、技巧，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精確度低，缺乏科學(xué)的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)代管理理論的支撐，沒有一個全面細(xì)致到位的科學(xué)調(diào)度安排。計劃的及時性、均衡性、應(yīng)變性差，造成在實(shí)際生產(chǎn)過程中，調(diào)度頻繁，生產(chǎn)效率低下等不良現(xiàn)象。
（2）拖期嚴(yán)重。工序流程周轉(zhuǎn)不暢、產(chǎn)品生產(chǎn)周期不能滿足客戶訂單要求的交貨期，零部件的制造周期不能滿足裝配要求的交付期，并且各零件的加工狀態(tài)無法追蹤，生產(chǎn)過程的進(jìn)度不能動態(tài)反映，嚴(yán)重影響了公司的信譽(yù)和市場競爭力。
（3）生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)未能與庫存管理系統(tǒng)進(jìn)行有效集成，無法查看即時的生產(chǎn)現(xiàn)場信息或庫存情況。生產(chǎn)發(fā)生變化時計劃調(diào)整困難，響應(yīng)速度慢，不能滿足快速響應(yīng)的要求。倉庫擺放大量零部件和半成品，可裝配現(xiàn)場仍頻繁缺件，庫存的零部件不是產(chǎn)品裝配所需的零部件。
（4）生產(chǎn)計劃未能充分進(jìn)行資源的平衡。一方面，部分設(shè)備能力不能滿足生產(chǎn)需求，成為加工的瓶頸，而部分設(shè)備卻有能__力富余；另一方面，計劃調(diào)度人員僅僅根據(jù)所主管的型號安排計劃，沒有考慮到生產(chǎn)能力的平衡，使整個生產(chǎn)過程時緊時松，人員和機(jī)器不能達(dá)到很好的利用。
2.2 現(xiàn)行調(diào)度在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的缺陷表現(xiàn)
（1）延遲性。生產(chǎn)車間的實(shí)時動態(tài)變化，統(tǒng)計數(shù)據(jù)不能夠及時地反饋到調(diào)度部門，在時間上存在很大的滯后性。調(diào)度人員對數(shù)據(jù)手工分析，進(jìn)而產(chǎn)生調(diào)度指令，時間上又有了一段延遲，信息處理和反饋速度慢。由于信息滯后，生產(chǎn)調(diào)度人員難以及時、全面地掌握生產(chǎn)信息，增加了對生產(chǎn)異常情況的處理難度，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)正常進(jìn)行。對車間缺乏有效的生產(chǎn)監(jiān)控機(jī)制（包括生產(chǎn)計劃監(jiān)控、零件進(jìn)度監(jiān)控與產(chǎn)品或訂單進(jìn)度監(jiān)控等），很難對生產(chǎn)進(jìn)度實(shí)現(xiàn)有效管控，超差品常常得不到及時補(bǔ)救與處理。目前，調(diào)度管理基本上是采用反饋控制，該法是根據(jù)實(shí)際執(zhí)行結(jié)果的反饋信息來調(diào)節(jié)和控制生產(chǎn)系統(tǒng)行為，具有時滯性，缺乏靈活性和適應(yīng)性。
（2）不準(zhǔn)確性。在調(diào)度管理工作中，從數(shù)據(jù)的匯總、傳遞、分析到指令的下達(dá)等工作，基本采用手工處理，且難以達(dá)到優(yōu)化的目的。由于人工采集的信息數(shù)據(jù)具有不可靠性和不完整性，一方面容易造成決策者錯誤決策，另一方面不能向客戶反映生產(chǎn)進(jìn)度情況，降低了生產(chǎn)的透明度。
（3）調(diào)度低效率。由于系統(tǒng)本身的復(fù)雜和非線性行為、隨時間變化的行為、信息集成的因素等原因，造成了車間信息客觀上的不確定和復(fù)雜性，輕重緩急得不到合理安排，優(yōu)先級的零件得不到及時安排，關(guān)鍵、瓶頸設(shè)備得不到合理使用，造成資源浪費(fèi)；難加工、周期長的零件不能按期完成，拖延產(chǎn)品齊套時間，影響交期。生產(chǎn)過程的脫期任務(wù)變?yōu)榫o急任務(wù)，導(dǎo)致計劃頻頻變更、生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)作效率低下。不能用數(shù)字說話，達(dá)不到科學(xué)管理的要求。沒有考慮到人力資源的重要性，沒有引入人工激勵機(jī)制，沒有將人工的心理因素引入到生產(chǎn)調(diào)度，從而在一定程度上導(dǎo)致了企業(yè)的效率不高。
（4）缺乏全局性和科學(xué)性。由于調(diào)度人員的智力、經(jīng)驗(yàn)和處理能力的限制導(dǎo)致調(diào)度缺乏全局性和科學(xué)有效性，造成生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)安排及生產(chǎn)工序之間不協(xié)調(diào)、物流不暢，生產(chǎn)缺料和車間在制品大的情況同時存在。
2.3 生產(chǎn)計劃和調(diào)度系統(tǒng)信息不完備
（1）信息的缺乏。信息的不統(tǒng)一、不完整、不及時等諸多問題已經(jīng)影響到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營，造成整個生產(chǎn)系統(tǒng)處于應(yīng)急的狀__態(tài)，原材料不能按時到位，延長了交貨期，有時貨物不能按時送達(dá)；生產(chǎn)現(xiàn)場的管理混亂，原材料和半成品堆放隨意，影響生產(chǎn)車間的對外形象。
（2）信息的復(fù)雜性。這主要取決于人們處理大量信息的能力，如分類、簡約等來獲取有用的信息。
（3）生產(chǎn)調(diào)度軟件的問題。由于目前的智能調(diào)度系統(tǒng)并不能真實(shí)反映實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的不確定性，而現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的不可預(yù)測擾動經(jīng)常導(dǎo)致智能算法的最優(yōu)解決方案并不能很好執(zhí)行。如果按照這些算法進(jìn)行生產(chǎn)計劃的安排，會造成正反饋的累積效應(yīng)，使得計劃越來越脫離實(shí)際。
2.4 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中的失控
實(shí)際生產(chǎn)過程中，會遇到各種各樣的情況，有局部的，也有整體的；有內(nèi)部的，也有外部的；有工藝方面的，也有設(shè)備方面的；有主觀因素，也有客觀因素。這些問題一旦出現(xiàn)，小則造成生產(chǎn)被動，大則造成生產(chǎn)過程中斷，計劃難于完成。我國工業(yè)雖已形成較為完整的生產(chǎn)體系，但技術(shù)裝備和管理水平仍然比較落后，尤為突出的是由于缺乏生產(chǎn)計劃造成宏觀生產(chǎn)失控，以及調(diào)度系統(tǒng)不完善導(dǎo)致實(shí)時監(jiān)控紊亂等方面的問題。
2.5 綜合管理能力弱
管理基礎(chǔ)薄弱，生產(chǎn)管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相對較少，缺乏科學(xué)的管理方法和工具是大多數(shù)制造企業(yè)亟待解決的問題。目前大多數(shù)制造企業(yè)仍然采用制度化管理，這種層次過多、劃分過細(xì)的組織結(jié)構(gòu)造成信息的上傳下達(dá)緩慢。部門間分割管理，造成調(diào)度計劃協(xié)調(diào)困難甚至相互矛盾，難以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的全局最優(yōu)。不符合現(xiàn)在靈活、快速、多變的生產(chǎn)制造特點(diǎn)，難以快速響應(yīng)市場變化。同時各管理層各自編制的計劃之間經(jīng)常存在矛盾沖突，當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)現(xiàn)場時才進(jìn)行解決，經(jīng)常產(chǎn)生連鎖不良反應(yīng)。
2.6 部門間缺乏有效溝通
多個生產(chǎn)計劃之間缺乏協(xié)商，在實(shí)施過程中經(jīng)常互相沖突。各型號產(chǎn)品在定計劃時，相關(guān)資源處于空閑狀態(tài)，表面上看，產(chǎn)品交貨節(jié)點(diǎn)可以保證，但是，由于各型號產(chǎn)品是同一時間內(nèi)引用了相同的生產(chǎn)資源，在實(shí)際生產(chǎn)中，各產(chǎn)品會相互沖突，互相占用資源，生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)無法保證。傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中，在工藝設(shè)計階段人們關(guān)心的是加工方法的選擇，加工順序的確定，以及以手冊和經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)的工藝參數(shù)的確定等純技術(shù)設(shè)計，而不關(guān)心生產(chǎn)計劃調(diào)度的內(nèi)容和生產(chǎn)車間的實(shí)際狀態(tài)。同理，在生產(chǎn)計劃和調(diào)度過程中，人們把注意力放在生產(chǎn)進(jìn)度和資源分配，而不考慮工藝過__程和工序設(shè)計的細(xì)節(jié)問題。以卡萊橡膠制品有限公司為例，由于生產(chǎn)車間環(huán)境的變化，大約有30%的工藝加工計劃在實(shí)施時需更改，這些更改往往只由調(diào)度人員進(jìn)行，沒有專業(yè)工藝人員參加，勢必造成加工質(zhì)量與加工效率的下降。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，過長的計劃凍結(jié)期也會帶來較大的負(fù)面影響：設(shè)備故障、人為操作失誤、物料供應(yīng)短缺、工藝流程過長等因素使得部分半成品被迫離線，而過長的計劃凍結(jié)期會造成生產(chǎn)線旁半成品的大量累積，導(dǎo)致整個計劃不能按時完成，延誤了其它產(chǎn)品的生產(chǎn)。半成品的大量離線積壓，會造成轉(zhuǎn)運(yùn)過程中不必要的質(zhì)量損失和成本損失，也會造成部分產(chǎn)能的空閑累積。另外，在生產(chǎn)作業(yè)計劃和實(shí)際作業(yè)之間存在偏差，還有需求變化、預(yù)測不準(zhǔn)、庫存控制指標(biāo)不合理、外協(xié)計劃未落實(shí)、生產(chǎn)作業(yè)計劃銜接失誤、設(shè)備維修計劃失誤等。
2.7 企業(yè)中存在信息化孤島
企業(yè)在調(diào)度管理時，自動化設(shè)備的加工信息不能與電腦建立關(guān)聯(lián)。由于缺乏準(zhǔn)確、及時的企業(yè)數(shù)據(jù)和狀況分析，導(dǎo)致調(diào)度管理失職。在傳統(tǒng)生產(chǎn)中，降低產(chǎn)品成本主要通過批量優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)，但隨著用戶對產(chǎn)品需求的快速變化，不是按照產(chǎn)能生產(chǎn)、而是按照客戶需求生產(chǎn)，用戶要求制造企業(yè)提供質(zhì)量高、成本低、交貨準(zhǔn)時和多樣化的產(chǎn)品。因而自動化孤島模式已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)要求。目前制造業(yè)，特別是機(jī)械工業(yè)中生產(chǎn)調(diào)度和過程優(yōu)化控制相互脫節(jié)，在過程控制和管理信息系統(tǒng)之間存在著“信息鴻溝”，割裂了流程企業(yè)經(jīng)營管理與生產(chǎn)控制。顯而易見，關(guān)鍵是如何選擇實(shí)時關(guān)系數(shù)據(jù)庫，使企業(yè)中大大小小的“自動化孤島”、“信息化孤島”的信息能夠流暢地進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。生產(chǎn)調(diào)度方式已經(jīng)不滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，現(xiàn)行生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)劣評估目前沒有一個明確的評價系統(tǒng)。
3 系統(tǒng)集成視角下的生產(chǎn)調(diào)度方法及其改進(jìn)
生產(chǎn)調(diào)度問題同時也受到工廠管理方法的影響，在不同的管理方法下，調(diào)度問題的優(yōu)化目標(biāo)、優(yōu)化策略及其優(yōu)化數(shù)學(xué)模型均不同，幾乎每一個生產(chǎn)環(huán)境都是唯一的，很難用一個生產(chǎn)環(huán)境的調(diào)度方案，去解決另一個生產(chǎn)環(huán)境的生產(chǎn)調(diào)度。一旦求解的問題改變，相應(yīng)的問題建模方法和調(diào)度軟件就要改變，而原先的算法也不再適用，必須重新?lián)Q用新的方法建立數(shù)學(xué)模型和求解優(yōu)化，即缺乏較為通用的建模方法和優(yōu)化算法。由此可以看出，系統(tǒng)的“適應(yīng)性”和“實(shí)用性”是目前企業(yè)計劃調(diào)度系統(tǒng)的瓶頸所在。與此同時，由于各種隨機(jī)因素，如機(jī)器故障、操作工人的熟練程度、環(huán)境參數(shù)等影響，只能得到加工時間的一個大概數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的可能變化范圍，很少能獲得精確的加工時間。因此，將加工時間按模糊數(shù)處理更加符合生產(chǎn)實(shí)際，更能保證調(diào)度的可行性。
國內(nèi)外企業(yè)界己把注意力轉(zhuǎn)移到節(jié)能降耗、少投入多產(chǎn)出的高效生產(chǎn)模式上。即集直接數(shù)字控制、監(jiān)控優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營決策等功能于一體的綜合自動化模式(CIPS)。其核心問題是充分發(fā)揮信息在生產(chǎn)指揮調(diào)度中的輔助決策作用，有利于從更大范圍更高層次上優(yōu)化資源的配置，從而提高企業(yè)的社會經(jīng)濟(jì)效益。由于生產(chǎn)環(huán)境的動態(tài)性，生產(chǎn)領(lǐng)域知識的多樣性，調(diào)度問題的復(fù)雜性，必須將人、數(shù)學(xué)方法和信息技術(shù)結(jié)合起來進(jìn)行生產(chǎn)領(lǐng)域管理調(diào)度問題的研究。近20年來，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)曾總結(jié)了40種先進(jìn)的制造模式，無論哪一種制造模式都是以優(yōu)化的生產(chǎn)調(diào)度為基礎(chǔ)的[8]。盡管調(diào)度方法逐漸走向復(fù)雜化和多元化，但是它們基本上可以歸結(jié)為4種類型：基于運(yùn)籌學(xué)的方法、啟發(fā)式調(diào)度方法、基于仿真的方法和基于人工智能的方法。規(guī)則調(diào)度法是根據(jù)人們在生產(chǎn)實(shí)踐中所總結(jié)、提煉出的很多行之有效的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則(通常稱其為調(diào)度規(guī)則)來決定下一步操作的調(diào)度方法。Panwalker等人總結(jié)了113個啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則，將其分為簡單規(guī)則、復(fù)合規(guī)則、啟發(fā)式規(guī)則，并對各規(guī)則的適應(yīng)情況做了總結(jié)[9]。隨著分布式人工智能的發(fā)展，特別是多Agent技術(shù)在生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用，促使基于多Agent技術(shù)的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)研究成為了生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)域中的一個重要的研究方向。目前有關(guān)車間調(diào)度問題的較高效算法的研究與設(shè)計仍是整個生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。迄今雖然有些新算法產(chǎn)生，但其性能還有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。現(xiàn)有的研究生產(chǎn)調(diào)度的方法主要有OPT(優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù))；PFS(過程流調(diào)度)；SCM(供應(yīng)鏈管理)等。由于調(diào)度問題涉及面廣、因素復(fù)雜，單純的運(yùn)籌學(xué)方法、隨機(jī)優(yōu)化方法，離散事件仿真和人工智能方法等，尚不能對調(diào)度問題進(jìn)行全面而有效的求解。實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度問題不只是針對某幾臺設(shè)備，而是生產(chǎn)全過程，需要構(gòu)建起覆蓋整個企業(yè)生產(chǎn)過程的、簡單有效的全流程級動態(tài)調(diào)度模型。在過去幾十年中，通常和其他的方法結(jié)合使用，人們將許多算法應(yīng)用于調(diào)度領(lǐng)域，但是人們使用各種調(diào)度算法需要特定的應(yīng)用環(huán)境，判斷何種算法適合何種環(huán)境是一個很有現(xiàn)實(shí)意義的問題。
在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境中，生產(chǎn)任務(wù)的種類、批量、加工設(shè)備、工__裝狀況和任務(wù)進(jìn)度等因素千變?nèi)f化，針對不同的加工環(huán)境，車間調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)能快速地選擇或組合相應(yīng)的調(diào)度模型和算法。實(shí)際上在計劃與調(diào)度過程中，影響系統(tǒng)決策的不確定性因素廣泛存在。在確定性假設(shè)下得到的最優(yōu)計劃和調(diào)度在實(shí)際生產(chǎn)過程中由于不確定因素的影響往往變?yōu)榇蝺?yōu)，甚至不可行，但不確定條件下的計劃與調(diào)度優(yōu)化仍然沒有得到充分的解決和實(shí)際應(yīng)用。車間生產(chǎn)調(diào)度問題的復(fù)雜性和現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)對優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用需求，促使從事現(xiàn)代制造研究人員提出很多解決方法，從而推動車間生產(chǎn)調(diào)度理論與實(shí)踐的發(fā)展。實(shí)際生產(chǎn)中，各種工藝約束，資源約束，生產(chǎn)能力約束等平行存在，這就需要對生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行合理的調(diào)度安排。而一個好的調(diào)度安排需要一個好的優(yōu)化調(diào)度算法。以往車間調(diào)度系統(tǒng)只能適應(yīng)某個具體車間環(huán)境且只能得到時間最短、設(shè)備負(fù)荷平衡一般的調(diào)度方案，這將嚴(yán)重影響企業(yè)的發(fā)展。生產(chǎn)計劃與調(diào)度面臨的難題包括不確定性的描述與求解、計算復(fù)雜性、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、調(diào)度模型及其解算方法等。從已有的研究看，最優(yōu)化方法雖然可以得到“最優(yōu)解”，但單獨(dú)應(yīng)用優(yōu)化模型無法考慮各種影響因素，難以反映制造的本質(zhì)特征和動態(tài)運(yùn)行過程，影響了模型及解的可信性、有效性，而仿真方法、啟發(fā)式規(guī)則、人工智能以及遺傳算法等具有計算效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)計劃與調(diào)度研究中得到重視。因此，難有一個包羅萬象的、普遍適用的調(diào)度策略、調(diào)度模型和算法。
綜上所述，雖然對車間調(diào)度領(lǐng)域的研究已有六十多年的歷史，但是至今仍未形成一套完備的系統(tǒng)理論和方法。主要存在的問題如下：
（1）將算法進(jìn)一步的實(shí)用化。現(xiàn)在許多的研究只注重算法本身，而將算法廣泛地運(yùn)用到實(shí)際中真正解決實(shí)際問題，且能給企業(yè)帶來巨大效益的應(yīng)用成果卻少之又少，因此如何綜合應(yīng)用現(xiàn)有優(yōu)化算法，真正的提高車間調(diào)度的信息化水平有待于進(jìn)一步的研究。由于實(shí)際調(diào)度問題的高度復(fù)雜性和現(xiàn)有計算條件的局限性決定了不可能把實(shí)際調(diào)度中所有影響因素都納入考慮之中，NFL（No Free Lunch theorem）定理表明不存在萬能的適用于任何問題的優(yōu)化算法，因此探索各算法的適用范圍也是一件重要的研究工作。建立系統(tǒng)的算法框架有利于該領(lǐng)域的發(fā)展，并揚(yáng)長避短發(fā)展混合型算法，從而提高算法的性能。
（2）進(jìn)一步確保解的次優(yōu)性。總的來說，生產(chǎn)調(diào)度問題的研究方法主要有精確算法和近似算法。前者只能解決小規(guī)模的車間調(diào)度問題，雖然已有不少的改進(jìn)，但是距離實(shí)用還有一段較大__的距離。近似算法由于能在合理的時間產(chǎn)生比較滿意的解，而被廣泛應(yīng)用于實(shí)際調(diào)度中，但是往往對解的次優(yōu)性不能評估，所以解的次優(yōu)性的保障及定量評估問題也是下一步要解決的問題。
（3）探索新的調(diào)度算法。針對于現(xiàn)有生產(chǎn)調(diào)度算法所存在的局限性，應(yīng)與生物工程及應(yīng)用數(shù)學(xué)等交叉學(xué)科相結(jié)合，探索新的實(shí)用算法。系統(tǒng)、全面、合理的生產(chǎn)調(diào)度方法，己經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)踐的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。
4 不確定條件下的生產(chǎn)調(diào)度策略及評價指標(biāo)
4.1 不確定條件下的生產(chǎn)調(diào)度策略
針對不確定條件下的生產(chǎn)調(diào)度策略問題，近年來出現(xiàn)了一些新方法用來解決NP難題，目前已經(jīng)形成了以下策略。
（1）并行或分布策略。為適合不同車間控制結(jié)構(gòu)與高度復(fù)雜問題的需要，不少學(xué)者利用并行或分布策略來解決車間調(diào)度問題。如用多智能體結(jié)構(gòu)的分布式?jīng)Q策方法對柔性加工系統(tǒng)(FMS)進(jìn)行動態(tài)調(diào)度。
（2）分解與成組策略。利用分解生產(chǎn)計劃或成組技術(shù)的調(diào)度策略，可以大大降低問題的計算復(fù)雜性和規(guī)模，求得調(diào)度問題的較優(yōu)解，同時優(yōu)化系統(tǒng)的一些性能指標(biāo)。
（3）人機(jī)交互策略。大量的研究成果表明：人機(jī)協(xié)同交互的策略可以減少系統(tǒng)的搜索空間，可在有限時間、背景知識條件下解決困難的問題。交互反應(yīng)式調(diào)度的主要優(yōu)點(diǎn)是：在交互反應(yīng)排產(chǎn)之前，通過智能算法(如GA、PSO和ANN等)得到最優(yōu)調(diào)度計劃；一旦最優(yōu)排產(chǎn)計劃出現(xiàn)紊亂和擾動時，可通過交互反應(yīng)，進(jìn)行快速修復(fù)，使得調(diào)度方案能夠快速適應(yīng)變化。采用基于多智能體系統(tǒng)(MAS)的混合方法是解決模型的準(zhǔn)確性、實(shí)用性和求解可行性的有效途徑。
（4）動態(tài)重調(diào)度策略。預(yù)測控制是上世紀(jì)70 年代后期產(chǎn)生的一類新型的計算機(jī)控制算法，其基礎(chǔ)是3個基本原理：預(yù)測模型、滾動優(yōu)化和反饋校正。其與其他傳統(tǒng)最優(yōu)控制的根本區(qū)別在于，在預(yù)測控制中優(yōu)化不是一次離線進(jìn)行，而是反復(fù)在線進(jìn)行。不是用一個對全局相同的優(yōu)化性能指標(biāo)，而是在每一時刻有一個相對于該時刻的優(yōu)化性能指標(biāo)。它放棄了全局最優(yōu)的概念，通過在向優(yōu)化每個滾動區(qū)間，使系統(tǒng)在此區(qū)間內(nèi)達(dá)到最優(yōu)，通過滾動而得到較為滿意的控制結(jié)果。這使預(yù)測控制在工業(yè)過程控制中取得了廣泛的應(yīng)用。這一思想同樣可以用于生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中。方劍等針對Job-shop 調(diào)度問題，提出了基于工件的滾動調(diào)度的方法[10]。張純剛等運(yùn)用基于預(yù)測控制的滾動優(yōu)化的思想，對機(jī)器人路徑進(jìn)行規(guī)劃[11]。把這種思想用于生產(chǎn)調(diào)度，主要的研究內(nèi)容在于怎樣確定滾動窗口，以及怎樣進(jìn)行再調(diào)度以保證生產(chǎn)的連續(xù)性。車間制造過程的隨時性和不確定性需要不斷地進(jìn)行重調(diào)度，以處理突發(fā)的事件。基于目前的研究，對于動態(tài)調(diào)度的具體策略有：周期調(diào)度、連續(xù)調(diào)度、事件驅(qū)動調(diào)度、周期與事件驅(qū)動混合調(diào)度、周期與連續(xù)調(diào)度混合的策略等[12]。因此發(fā)展重調(diào)度和在線調(diào)度系統(tǒng)，建立具有魯棒性的動態(tài)集成模型有現(xiàn)實(shí)意義。
（5）生產(chǎn)計劃、調(diào)度與監(jiān)控集成策略。生產(chǎn)計劃與調(diào)度的集成研究具有全局優(yōu)化的特征，也符合先進(jìn)制造模式的思想，同時提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性。全局調(diào)度與局部控制相結(jié)合：生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)必須在宏觀上把握生產(chǎn)的全過程，又必須對每一個車間和裝置的具體生產(chǎn)作出指導(dǎo)，以保證生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)高效。傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)計劃、調(diào)度和控制三者是相互獨(dú)立的，將三者結(jié)合的集成研究具有全局優(yōu)化的特征，符合先進(jìn)制造模式的思想，是目前研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題。
（6）異地生產(chǎn)調(diào)度策略。作為敏捷制造模式的關(guān)鍵技術(shù)之一，異地生產(chǎn)調(diào)度策略也成為近期的研究熱點(diǎn)，具有比較廣闊的應(yīng)用前景。
（7）生產(chǎn)調(diào)度工作要以預(yù)防為主、以生產(chǎn)進(jìn)度計劃為依據(jù)，這是生產(chǎn)調(diào)度工作的基本原則。生產(chǎn)調(diào)度工作的靈活性必須服從計劃的原則性，要圍繞完成計劃任務(wù)來開展調(diào)度業(yè)務(wù)。貫徹預(yù)防為主的原則，就是要抓好生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作，避免各種不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象產(chǎn)生。在組織生產(chǎn)過程中，不僅要抓配套保證需要，還要抓原輔料保證需要，防止只抓出產(chǎn)不抓投入，抓后不抓前的做法。通過對生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)、外部條件的觀察、調(diào)查、預(yù)測和分析，預(yù)測生產(chǎn)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的結(jié)果，將預(yù)測結(jié)果與期望結(jié)果進(jìn)行比較，對可能存在的偏差或隱患提前采取處理措施，以獲得預(yù)期的生產(chǎn)結(jié)果。生產(chǎn)調(diào)度工作要從實(shí)際出發(fā)，要經(jīng)常深入生產(chǎn)第一線，掌握第一手資料，及時了解和準(zhǔn)確地掌握生產(chǎn)活動中千變?nèi)f化的情況，摸清客觀規(guī)律，深入細(xì)致地分析研究問題。把調(diào)度的生產(chǎn)指令規(guī)范化、具體化，使調(diào)度工作有計劃性、合理性、預(yù)見性，保證生產(chǎn)調(diào)度的各環(huán)節(jié)緊密銜接。加強(qiáng)生產(chǎn)調(diào)度管理，建立上下貫通、左右協(xié)調(diào)、集中統(tǒng)一、靈活高效的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，及時了解、掌握生產(chǎn)進(jìn)度，研究分析影響生產(chǎn)的各種因素，采取相應(yīng)對策，是保證企業(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。因此生產(chǎn)調(diào)度就要及時了解掌握各類影響因素，組織有關(guān)部門、有關(guān)人員處理解決這些不平衡因素，消除隱患，來保證生產(chǎn)長周期安全運(yùn)行，保證生產(chǎn)計劃按要求實(shí)現(xiàn)。
（8）完善成本預(yù)算。企業(yè)成本控制的一個重要方面就是全面實(shí)行成本預(yù)算管理，包括預(yù)算編制、預(yù)算實(shí)施、預(yù)算差異分析、事后對標(biāo)管理、經(jīng)濟(jì)活動分析等。實(shí)踐中的預(yù)算可以時刻生產(chǎn)進(jìn)行差異分析，有效的加強(qiáng)對管理薄弱環(huán)節(jié)的控制，充分的提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率及減少變動成本的浪費(fèi)，從總體上降低生產(chǎn)成本。建立健全專門的預(yù)算管理機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)企業(yè)各部門間的信息溝通和相互約束，加強(qiáng)對預(yù)算執(zhí)行情況的監(jiān)督與考核，并對預(yù)算中不合理的地方做出調(diào)整，根據(jù)部門對預(yù)算的執(zhí)行情況，把成本管理的責(zé)、權(quán)、利落實(shí)到每個職工，將成本指標(biāo)與工作績效掛鉤，嚴(yán)格考核、獎罰，通過預(yù)算管理的全過程來激發(fā)員工。
4.2 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)評價指標(biāo)
企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度方案評估系統(tǒng)，是面向制造企業(yè)，結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)、生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)工藝和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等信息，構(gòu)建的智能決策系統(tǒng)。計劃實(shí)施評價是計劃目標(biāo)與其實(shí)現(xiàn)情況的檢查、對比和分析。實(shí)際的生產(chǎn)往往對一個調(diào)度問題有多個方面的優(yōu)化目標(biāo)，在生產(chǎn)過程中這些目標(biāo)之間可能發(fā)生沖突，導(dǎo)致調(diào)度方案無法產(chǎn)生符合預(yù)期的優(yōu)化效果。多個目標(biāo)常常是交織在一起，需要用一種優(yōu)化算法來找到幾個目標(biāo)的平衡點(diǎn)，這樣就更增加了調(diào)度算法的復(fù)雜性，也增加了生產(chǎn)調(diào)度評估的難度。企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境差異性很大，基于不同的考慮，對于不同的生產(chǎn)方式，企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度評估的側(cè)重點(diǎn)不同。比如有的側(cè)重于效率，有的側(cè)重于客戶的滿意度。因此程序不應(yīng)該一成不變的設(shè)定評定指標(biāo)，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況的需要，由專家靈活的選擇。不同企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)是不同的，實(shí)際的生產(chǎn)過程千差萬別，系統(tǒng)中機(jī)器配置和資源、調(diào)度目標(biāo)、調(diào)度策略均多種多樣，一個企業(yè)在不同市場形勢下的調(diào)度問題也可能大相徑庭。計劃實(shí)施過程中的所有不確定因素，會使計劃的實(shí)際與預(yù)期的目標(biāo)相偏離。而提高對環(huán)境的響應(yīng)能力最根本的是制造系統(tǒng)要將自身的資源進(jìn)行合理快速的重構(gòu)，通過內(nèi)部變化來適應(yīng)外部環(huán)境的變化。實(shí)施評價是一種反饋行為，它可以為計劃的調(diào)整或者新計劃的編制提供依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。有必要定期把計劃的實(shí)際執(zhí)行結(jié)果與原始目標(biāo)比較，作出系統(tǒng)、客觀的評價。計劃實(shí)施的評價可以在計劃的過去、現(xiàn)在和將來之間建立起認(rèn)識的橋梁，增強(qiáng)制造系統(tǒng)適應(yīng)市場的變化能力，它是制造業(yè)策略的目標(biāo)。
生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)評價指標(biāo)體系如表1所示。每方面又各自包含多項(xiàng)評估指標(biāo)，較為全面的概括了生產(chǎn)調(diào)度方案評估的內(nèi)容。每項(xiàng)核心能力下屬的指標(biāo)是該項(xiàng)能力的不同程度反映，在實(shí)際操作中，企業(yè)就可以根據(jù)自身的需求和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)靈活的選用評估指標(biāo)。這些指標(biāo)在進(jìn)行調(diào)度評估時可以作為確定性因素考慮。而對于設(shè)備故障、原料供應(yīng)變化、生產(chǎn)任務(wù)變化等非正常情況都是事先不能預(yù)見的，在進(jìn)行調(diào)度評估時作為非確定性因素考慮。對于當(dāng)今大多數(shù)的制造企業(yè)，生產(chǎn)策略評估的基本準(zhǔn)則仍是安全、質(zhì)量，成本、交付與服務(wù)并重的原則。這要求企業(yè)運(yùn)用先進(jìn)的理論、科學(xué)的工具和與時俱進(jìn)的創(chuàng)新思維，構(gòu)建一套實(shí)用的生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)，通過有效的企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、傳遞、算法分析、評價與改進(jìn)，要充分發(fā)揮信息的作用，把生產(chǎn)線上的反映生產(chǎn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息集中于實(shí)時關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，再利用各種數(shù)據(jù)挖掘手段和工具進(jìn)行開發(fā)，使之變?yōu)楣芾頉Q策信息，為生產(chǎn)調(diào)度決策提供依據(jù)，及時反饋，以達(dá)到生產(chǎn)管理水平的持續(xù)改進(jìn)。生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)評估目標(biāo)主要有：
表1 常用的生產(chǎn)調(diào)度評價指標(biāo)
（1）驗(yàn)證先進(jìn)合理的生產(chǎn)調(diào)度算法。通過優(yōu)化調(diào)度算法，優(yōu)化生產(chǎn)指標(biāo)參數(shù)。
（2）為生產(chǎn)決策提供重要依據(jù)。生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)可以為生產(chǎn)相關(guān)部門提供基本數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行生產(chǎn)決策的基礎(chǔ)。良好的生產(chǎn)作業(yè)排序方案是編制生產(chǎn)作業(yè)計劃的重要依據(jù)。同時，生產(chǎn)調(diào)度方案的順利實(shí)施要靠生產(chǎn)、供應(yīng)、工藝等部門的密切協(xié)作來完成。
（3）提高生產(chǎn)管理水平。生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫及其管理模塊的建立，促進(jìn)了生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)的規(guī)范化，對生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品、零件、加工工藝等實(shí)行有效管理，為整個生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建立與運(yùn)行提供條件。
5 結(jié)論及展望
適應(yīng)市場的變化需要制造業(yè)在向多品種、小批量的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，在這種模式下車間級的組織與控制方式對其生產(chǎn)調(diào)度要求更高，因此需要一個先進(jìn)適用的調(diào)度系統(tǒng)，通過計算機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理，對于下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行一定程度上的智能優(yōu)化調(diào)度，最大程度地減少生產(chǎn)過程中的非增值時間。車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為一個提高車間生產(chǎn)效率、提高企業(yè)競爭力的關(guān)鍵技術(shù)。其發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）集成化。車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)與工藝系統(tǒng)等其他系統(tǒng)的集成已經(jīng)是車間生產(chǎn)發(fā)展驅(qū)使的必然結(jié)果，發(fā)展方向是計劃調(diào)度控制一體化集成。只有將調(diào)度和控制綜合考慮，實(shí)現(xiàn)信息與功能的集成，才能形成一個適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境不確定性和市場需求多變性的全局優(yōu)化的高質(zhì)量、高柔性、高效益的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)能與現(xiàn)有企業(yè)的信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信和信息交換，并作為信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分，這也是生產(chǎn)調(diào)度理論和方法的研究方向之一。信息化則可以在很大程度上使現(xiàn)有管理方式規(guī)范化，增加管理的透明度、增強(qiáng)各部門之間的溝通，使企業(yè)信息流、資金流、物流暢通無阻。調(diào)度層在CIMS結(jié)構(gòu)中占有很大的比重，涉及生產(chǎn)進(jìn)行的各個方面，其是承上啟下、維持生產(chǎn)進(jìn)行的中間環(huán)節(jié)。
（2）動態(tài)化。在加工過程遇到擾動和故障時，調(diào)度方法能根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)修改原定的加工順序和調(diào)度系統(tǒng)的所有資源，使系統(tǒng)持續(xù)地、優(yōu)化地運(yùn)行；生產(chǎn)計劃的安排基于實(shí)時能力信息和生產(chǎn)資源，能獲取實(shí)時生產(chǎn)和調(diào)度信息，企業(yè)資源利用得到優(yōu)化。對生產(chǎn)異常進(jìn)行動態(tài)調(diào)度，系統(tǒng)每發(fā)一組指令，都要在當(dāng)前的模型環(huán)境下運(yùn)行這些調(diào)度指令，預(yù)測其后果，在不發(fā)生沖突并有利于調(diào)度目標(biāo)的情況下，才能執(zhí)行調(diào)度指令，保證生產(chǎn)能夠在異常情況下也能夠得以正常的運(yùn)行。如果動態(tài)調(diào)度結(jié)果影響到下游分廠的生產(chǎn)，應(yīng)及時將本分廠的調(diào)度結(jié)果通知給下分廠，下分廠即可對本廠的作業(yè)計劃進(jìn)行調(diào)整，保證生產(chǎn)的順暢進(jìn)行。進(jìn)行動態(tài)調(diào)度時要在原有模型環(huán)境的基礎(chǔ)上進(jìn)行，減少大范圍調(diào)整造成的生產(chǎn)混亂的局面。通過將動態(tài)多變的復(fù)雜生產(chǎn)調(diào)度與控制問題，轉(zhuǎn)化為分散到各個決策節(jié)點(diǎn)上的局部決策問題，由于局部決__策相對與全局決策規(guī)模小，借助于節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)、合作實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的整體調(diào)度與控制功能。
（3）高效智能化。尋找新的調(diào)度算法，該算法應(yīng)該快速、高效地找到大規(guī)模調(diào)度問題的最優(yōu)或次優(yōu)解，并能對找到的解進(jìn)行評估。其中，混合車間調(diào)度算法是當(dāng)前和未來的研究熱點(diǎn)之一。車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的算法正在朝著人工智能技術(shù)方向發(fā)展，如遺傳算法、蟻群算法及模擬退火算法等。智能化的計算機(jī)具有學(xué)習(xí)功能，可以從舊有調(diào)度案例中獲取調(diào)度規(guī)則用于指導(dǎo)工作，從而避開無法綜合考慮所有影響因素的難題。由于MAS能夠充分體現(xiàn)人類的社會智能，對開放、動態(tài)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境具有良好的靈活性和適應(yīng)性，因此MAS理論受到重視并迅速發(fā)展，在制造領(lǐng)域(如車間資源配置、生產(chǎn)調(diào)度與控制、生產(chǎn)管理決策等)獲得越來越多的應(yīng)用。
（4）柔性化。在傳統(tǒng)的車間調(diào)度問題的研究中，僅考慮每一工件具有唯一確定加工工藝路線的情況。隨著加工技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是FMS的出現(xiàn)，工件加工工藝路線必須唯一確定的傳統(tǒng)限制己被突破，工件具有多個可選擇的加工路線，即路徑柔性己成為生產(chǎn)的實(shí)際需求。車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)正在由單目標(biāo)優(yōu)化向多目標(biāo)優(yōu)化發(fā)展，使車間調(diào)度更貼近實(shí)際車間的情況。
（5）排程可視化、最優(yōu)化、精準(zhǔn)化。在生產(chǎn)能力負(fù)荷范圍內(nèi)避免拖期及無辜等待時間，對計劃變更能做出快速的響應(yīng)。排程系統(tǒng)為柔性的，滿足生產(chǎn)組織的靈活性，支持插單功能，同時也支持?jǐn)?shù)據(jù)的自動調(diào)整與修正等。提升計劃的精確度及效率，建立高精度的未來生產(chǎn)計劃，實(shí)現(xiàn)可視化和目標(biāo)管理，以分鐘的精度建立。工廠的每一臺機(jī)器設(shè)備或者每位工作人員從明天到未來的生產(chǎn)計劃，并且導(dǎo)出可行的生產(chǎn)指令。
隨著生產(chǎn)調(diào)度研究的深入及調(diào)度算法與生產(chǎn)實(shí)踐的進(jìn)一步相結(jié)合，生產(chǎn)調(diào)度研究已經(jīng)從理論探索轉(zhuǎn)移到實(shí)際應(yīng)用階段。目前，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的制定和規(guī)范方面做了大量的工作，如物料的編碼管理等，為企業(yè)進(jìn)一步的信息化集成奠定了良好的規(guī)范化基礎(chǔ)，促進(jìn)企業(yè)向現(xiàn)代企業(yè)模式的轉(zhuǎn)變，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供動力。將信息技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)、工業(yè)過程控制技術(shù)等相結(jié)合，通過信息化帶動工業(yè)化進(jìn)而取得企業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展將是企業(yè)的必由之路。大規(guī)模動態(tài)復(fù)雜生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)是未來研究中的一個熱點(diǎn)與難點(diǎn)，對于生產(chǎn)調(diào)度問題這一具有NP-Hard特性的研究，隨著應(yīng)用數(shù)學(xué)方法的發(fā)展，必然朝著集成化、動態(tài)實(shí)用化、多目標(biāo)化、高度優(yōu)化方向深入。
摘自《自動化博覽》2011年十二期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號