運籌學(xué)優(yōu)超原則精選(九篇)

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第1篇：運籌學(xué)優(yōu)超原則范文

【關(guān)鍵詞】 AHP； DEA； 灰色關(guān)聯(lián)分析； 理想解法； 農(nóng)超對接；

1 前言

決策是人們在經(jīng)濟、政治、技術(shù)和日常生活中普遍存在的一種行為，它是為了實現(xiàn)特定的目標，根據(jù)客觀的可能性，在一定信息和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，借助一定的工具、方法和技巧，對影響目標實現(xiàn)的各種因素進行分析、計算和判斷選優(yōu)后，對未來行動作出決定。一般情況下決策指的是多準則決策，它包括多目標決策和多屬性決策。解決多屬性決策一般涉及三方面內(nèi)容，各指標的權(quán)重的確定，決策矩陣的規(guī)范化和方案的優(yōu)劣排序。

主要方法包括在確定指標權(quán)重的過程中，本文介紹了層次分析法。層次分析法是一種結(jié)合主觀和客觀的方法，該方法要將層次內(nèi)各項指標進行單排序和不同層次間各項指標的總排序，決策者在指標的基礎(chǔ)上，比較它們的重要程度，構(gòu)成判斷矩陣，計算出特征向量和最大特征值，并進行一致性檢驗。當判斷的數(shù)據(jù)很多時，決策者很難準確的進行判斷，甚至不能通過一致性檢驗，需要進行不斷地調(diào)整各項指標重要程度的比值，這樣也影響了判斷的效果。簡解數(shù)據(jù)包絡(luò)法因此便提出改進權(quán)重測定層次分析法的方案，它克服了在屬性間比較過程中難以判斷的問題，節(jié)省計算量，不需要進行一致性檢驗。通過AHP和改進權(quán)重確定方案的AHP比較，也證實了改進權(quán)重確定方案的可行性。

利用層次分析法可以對具有多屬性的決策目標進行排序，然而層次分析法主觀性很強，為了解決層次分析法是過于主觀的問題，本文對層次分析法與其他方法進行結(jié)合，達到既能滿足決策者的主觀偏好，又能得到客觀的評價目標。

對于多屬性決策問題，在進行綜合排序之前，必須消除屬性的量綱，屬性類型和數(shù)量級對決策的影響，利用一定的方法把量綱與不同性質(zhì)的屬性值轉(zhuǎn)化為綜合處理的“量化值”，通常把屬性值變換到[0，1]范圍內(nèi)。本文通過數(shù)據(jù)包絡(luò)法，經(jīng)過搜集各指標下的輸入輸出數(shù)據(jù)，得出每個方案在指標下的效率值，得出決策矩陣。

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，農(nóng)超對接模式也在不斷發(fā)展，本文以農(nóng)超對接模式為案例進行研究，希望通過有效的績效評價體系的建立，對應(yīng)用農(nóng)超對接模式企業(yè)的運營能力進行評價，能夠為企業(yè)提出更好的改善措施和建議。

2 AHP評價方法

層次分析法（analytic hierarchy process， AHP法）是美國運籌學(xué)家沙旦（T. L. saaty）于20世紀70年代提出，是多目標決策分分析方法，定性與定量分析相結(jié)合的方法，該方法中，評價者首先將復(fù)雜的問題分成若干要素，然后將這些要素按照支配的關(guān)系形成層次結(jié)構(gòu)模型，然后通過對比確定層次中各要素的相對權(quán)重，最后結(jié)合權(quán)重計算各要素的綜合評價值，并根據(jù)綜合評價進行決策判斷。AHP法體現(xiàn)了人們在決策判斷的過程中進行分解判斷和綜合的特點，由于層次分析法能夠統(tǒng)一解決定性與定量結(jié)合得問題，因此具有系統(tǒng)性、簡潔性和實用性的優(yōu)點，尤其是將決策者的經(jīng)驗判斷予以量化，對于目標結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜而且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下更為實用，近年來在我國的實際應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。

2.1AHP法基本原理和步驟

2.1.1AHP法原理

面對比較復(fù)雜的決策問題，首先要對所涉及的問題進行分類，然后構(gòu)建出各種要素相互關(guān)聯(lián)的層次結(jié)構(gòu)模型。因素可分為三類，包括目標類、準則類和措施類。在遞階層次結(jié)構(gòu)模型中總體可分為三層，最高層作為目標層唯一要素，表示評價的目標和理想結(jié)果；中間層為準則層，包括二級準則層和三、四級子準則層，層次要素用來衡量目標能否實現(xiàn)的標準；最低層也稱方案層或者措施層，表示實現(xiàn)目標的方案、方法和手段等。要構(gòu)造好各類問題的層次模型結(jié)構(gòu)圖，是一件非常細致的分析工作，要有一定的判斷和分析的經(jīng)驗，確定好各層要素的相對權(quán)重，才能夠得出措施層中各類方案的相對權(quán)重，據(jù)此判斷出各方案的優(yōu)劣次序，供決策者進行更好的選擇。

有矩陣理論可以看出，n為特征值，W為特征向量。當W為不可知時，可以根據(jù)決策者的主觀判斷，得到兩兩物體間的比值，進而得到各物體間的相對權(quán)重。然而決策者采用兩兩比較時，往往不可能做到判斷的完全一致性，存在一定程度的比較誤差，這必然會導(dǎo)致特征值和特征向量的誤差。

2.1.2 構(gòu)建判斷矩陣

當層次結(jié)構(gòu)模型建立以后，層次之間的隸屬和支配關(guān)系已經(jīng)確定，為了判斷出層次中因素的重要性，就需要進行彼此之間的相互比較，并引入判斷的標尺并予以量化，構(gòu)造出判斷矩陣。根據(jù)心理學(xué)家研究得出了結(jié)論：人們區(qū)分信息等級的極限能力為7。為了使各因素進行兩兩比較時得到量化的判斷矩陣，將按照1～9比例標度進行賦值。用近似計算法判斷出矩陣的最大特征值與特征向量。

2.1.3 計算方法

通過決策者比較得出判斷矩陣后，應(yīng)相繼求出矩陣的最大特征值和特征向量，一般的講，在層次分析法中，并不需要特別強的精度，所以可以用近似法來進行計算。常用的方法有方根法、和積法與冪法等方法，在這里主要介紹和積法。

2 建立加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理想解法

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析基本原理

灰色關(guān)聯(lián)分析指的是對一個系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢的定量描述和比較的方法，它通過確定參考數(shù)據(jù)列和相關(guān)比較數(shù)據(jù)列的幾何形狀相似程度來判斷之間聯(lián)系的緊密程度，它反映了曲線間的關(guān)聯(lián)程度。

1982年我國著名教授鄧聚龍發(fā)表首篇中文論文《灰色控制系統(tǒng)》標志著灰色系統(tǒng)這一學(xué)科的誕生。1985年灰色系統(tǒng)研究會成立，標志著灰色系統(tǒng)相關(guān)研究的飛速發(fā)展。1989年海洋出版社出版了英文版《灰色系統(tǒng)論文集》，同年，國際刊物《灰色系統(tǒng)》雜志正式創(chuàng)刊。目前，大概有200多種期刊發(fā)表灰色系統(tǒng)論文，很多國際會議把灰色系統(tǒng)列為討論專題。國際著名檢索已檢索500多我國學(xué)者的灰色系統(tǒng)論著?；疑到y(tǒng)理論應(yīng)用范圍涉及到工業(yè)、經(jīng)濟、社會、能源、農(nóng)業(yè)、石油、地質(zhì)等眾多科學(xué)領(lǐng)域，成功解決了生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究中大量的實際問題，并取得了較好的成果。

2.2 理想解法基本原理

1981年Hwang與Yoon提出了理想解法（Technique for Order Preference by Sinilarity to Ideal Solution， TOPSIS），它是一種有效的多屬性決策方法，根據(jù)接近理想解的程度進行排序。該方法通過構(gòu)造決策問題的理想解和負理想解，并根據(jù)決策方案的屬性值靠近理想解和遠離負理想解的兩個基準作為評價依據(jù)。

其中，理想方案就是設(shè)想中最期待的方案，它的每個屬性值都達到所有備選方案中的最優(yōu)值。負理想方案便是最不期望的結(jié)果，它的每個屬性值是所有備選方案各個屬性下的最差值。通過結(jié)合比較備選方案離理性方案和負理想方案的距x，對方案進行優(yōu)劣排序。所以最優(yōu)方案是離負理想最遠離理想方案最近的方案。

但是，進行決策判斷時，經(jīng)常會遇到一些方案，它們是離理想方案最近但離負理想方案并不是最遠的。于是便融合了稱為方案的相對貼近度函數(shù)，根據(jù)方案的貼近度對備選方案進行擇優(yōu)排序。

2.3 加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理想解法的建立

在傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析過程中，先計算出備選方案與理想方案的關(guān)聯(lián)系數(shù)，再根據(jù)算術(shù)平均法計算關(guān)聯(lián)度。但是，一般情況下各指標的重要性程度是不同的，必須考慮到它們的權(quán)重大小。本文則根據(jù)加權(quán)關(guān)聯(lián)分析（weighted grey correlation analysis， WGCA）來確定關(guān)聯(lián)度，對傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)分析有所改進。

理想解法是基于數(shù)據(jù)樣本本身，具有很大程度的客觀性，但是在多屬性決策過程中統(tǒng)計數(shù)據(jù)往往是有限的，再加上人為因素會導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動較大，直接用進行數(shù)據(jù)分析很難保證決策結(jié)果的正確性。而灰色關(guān)聯(lián)分析方法具有原理簡單，運算方便，所需數(shù)據(jù)少和易于挖掘數(shù)據(jù)規(guī)律等優(yōu)點，將理想解法和灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)合起來，在有限信息的情況下，首先進行灰色關(guān)聯(lián)分析，挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)在的規(guī)律，然后結(jié)合理性解法對方案進行排序。

本文根據(jù)層次分析法或改進權(quán)重方案的層次分析法對指標因素進行賦權(quán)，然后結(jié)合 指標權(quán)重和灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣確定關(guān)聯(lián)度，建立加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理想解法?；疑P(guān)聯(lián)理想解法中，首先確定決策方案與評價指標，利用層次分析法或改進權(quán)重確定方案的層次分析法確定指標的權(quán)重。然后根據(jù)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法對方案在各指標下進行績效分析，產(chǎn)生效率矩陣，確定理想方案與負理想方案，再應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法，構(gòu)造出備選方案與理想方案與負理想方案的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，并利用加權(quán)確定出灰色關(guān)聯(lián)度，最后算出貼近度對方案進行擇優(yōu)排序。

3算例分析

3.1 農(nóng)超對接

農(nóng)超對接是一種對農(nóng)產(chǎn)品實現(xiàn)超市、合作社和生產(chǎn)基地建立無縫化銜接的流通模式，由農(nóng)戶與商家簽訂協(xié)議然后向超市直供鮮活農(nóng)產(chǎn)品的新型農(nóng)產(chǎn)品物流方式。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品需要尋求更為廣闊的市場，很多地方開展鮮活農(nóng)產(chǎn)品“農(nóng)超對接”試點，積極探索鮮活農(nóng)產(chǎn)品“農(nóng)超對接”的有效途徑和措施，此模式對農(nóng)產(chǎn)品流通費用的降低和農(nóng)民收入的提高具有很大的作用，對建立現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品物流體制與促進城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展有重要的理論和實踐意義。目前“農(nóng)超對接”的主要環(huán)節(jié)是超市、專業(yè)合作社和農(nóng)戶，因此超市為合作社與農(nóng)戶的主要對接對象。

判斷農(nóng)超對接模式是否完美的完成了預(yù)定目標，及完成的情況、取得的收益水平和付出的代價，要進行農(nóng)超對接績效評價。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，及時性的反饋信息顯得尤為重要，因此農(nóng)超對接模式的績效評價對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的發(fā)展至關(guān)重要，只要能通過有效的評價方法找出農(nóng)超模式的優(yōu)勢與不足，就能夠更合理的制定今后的戰(zhàn)略目標和戰(zhàn)略措施。評價過程中構(gòu)建指標體系的方法和角度有很多，本文按照農(nóng)超對接的業(yè)務(wù)流程，建立了采購和配送指標、倉儲指標，流通加工指標和發(fā)展?jié)摿χ笜怂膫€指標，并在各指標中選取部分子指標以建立農(nóng)超對接的績效評價體系。

3.2績效評價

3.2.1AHP方法的對比

在本文中介紹了層次分析法與改進權(quán)重確定方案的層次分析法，通過確定權(quán)重系數(shù)對各個指標進行中要素排序。層次分析法計算比較繁瑣，檢驗一致性的時候有時需要多次調(diào)整才能通過檢驗，而改進權(quán)重確定方案的層次分析法相對簡單，它用0和1進行標度，只需弄清兩兩物體的相對重要性即可，不用進行復(fù)雜的重要性程度判斷，不需要驗證一致性。在此我們通過農(nóng)超對接的案例來表示結(jié)論的可行性。

3.2農(nóng)超對接績效評價

農(nóng)超對接四項指標相對績效評價的相對權(quán)重得出后，需要對決策單元進行DEA效率評價，這樣才能對各個決策單元進行績效評價總排序。經(jīng)過對調(diào)查報告的搜集，本文對某地區(qū)8家大型連鎖超市和中型便利超市展開調(diào)查，對它們的四項指標進行了了解，對考察結(jié)果的輸入輸出進行構(gòu)造，按照數(shù)據(jù)包絡(luò)法中輸入指標越小越好，輸出指標越大越好的原則，最終得到8家待評價超市的輸入輸出數(shù)據(jù)。

依次對8家超市的4個二層指標下的輸入輸出數(shù)據(jù)采用DEAP軟件進行分析，得到各決策單元相對二層指標的效率值，構(gòu)成決策矩陣。

4 結(jié)論

在現(xiàn)實生活中，企業(yè)或者個人都會遇到各種各樣簡單或復(fù)雜的問題，如何正確的處理決策問題關(guān)系到企業(yè)的發(fā)展和個人的成敗，其中最重要的是選擇正確合理的決策方法。開展決策分析理論方法的應(yīng)用研究，對指導(dǎo)復(fù)雜的決策活動和發(fā)展科學(xué)的決策體系具有重要的意義。

在實際決策的過程中，面臨的決策問題往往比較復(fù)雜，很難完全用數(shù)學(xué)模型進行精確刻畫，即使建立精確的數(shù)學(xué)模型，其求解和分析的過程也可能很難進行，尤其是在統(tǒng)計數(shù)據(jù)有限的情況下。因此灰色系統(tǒng)理論得到了很好地應(yīng)用，特別是灰色關(guān)聯(lián)分析法能夠有效的解決這種情況。傳統(tǒng)的灰色關(guān)聯(lián)分析法沒有考慮指標的權(quán)重差異來確定關(guān)聯(lián)度，進行分析的過程中要進行加權(quán)處理。

決策問題往往有很多復(fù)雜性和不確定性，憑借一種方法很難有效的解決現(xiàn)實問題，因此人們會提出很多方法結(jié)合的思想，更好的解決現(xiàn)實中的問題。本文根據(jù)AHP法或者使用改進權(quán)重確定方案的AHP法來確定多屬性決策問題中各指標的權(quán)重，然后根據(jù)數(shù)據(jù)包絡(luò)法得到各指標下方案的績效值，得到?jīng)Q策矩陣，解決了屬性量綱不統(tǒng)一的問題。然后提出理想解法與加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的思想，建立加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理想解法，以關(guān)聯(lián)度替代歐氏距離，計算灰色關(guān)聯(lián)相對貼近度，根據(jù)貼近度對方案進行優(yōu)劣排序。最后結(jié)合農(nóng)超對接模式的例子，確定該方法的可行性。

本文在指巳ㄖ胤治齬程中，利用層次分析法，體現(xiàn)了決策者偏好的優(yōu)點，同時提出改進權(quán)重確定方案的層次分析法，當使用1-9標度無法通過一致性檢驗時，為了解決難以精確判的問題，可使用0-1標度法，不再需一致性檢驗，不足之處是所確定的權(quán)重比較粗略，不能精確的得出指標間相對權(quán)重的大小。在確定決策矩陣時，使用數(shù)據(jù)包絡(luò)法計算二層指標下企業(yè)運營的相對效率值，避免了判斷的主觀傾向，顯示出數(shù)據(jù)包絡(luò)的客觀性和科學(xué)性。通過主觀和客觀數(shù)據(jù)的結(jié)合，既考慮到了決策者的偏好又具有客觀數(shù)據(jù)的科學(xué)性，具有主客觀分析的優(yōu)勢。一些利用灰色關(guān)聯(lián)分析對傳統(tǒng)理想解法的改進方法中，采用算術(shù)平均法確定關(guān)聯(lián)度，忽略了指標權(quán)重的差異，因而采用指標權(quán)重和灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣進行加權(quán)確定灰色關(guān)聯(lián)度，建立了加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理想解法，豐富和完善了在有限信息下的多屬性決策方法。

參考文獻

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第2篇：運籌學(xué)優(yōu)超原則范文

論文關(guān)鍵詞：生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)集成，生產(chǎn)不確定性

0引言

在生產(chǎn)過程中，很多企業(yè)實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、搬運和排隊。以機械加工為例，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、及用于換刀具、測量、機床調(diào)整、消除屑末等，多數(shù)機器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、精簡機構(gòu)、增加加工設(shè)備等已經(jīng)達到了極限，不可能再有較多的進展，進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)控制系統(tǒng)集成，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)?？茖W(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)備負荷和生產(chǎn)、提高設(shè)備利用率、縮短換工裝和物料準備時間、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，對企業(yè)生產(chǎn)活動進行有效組織、指揮、控制和調(diào)節(jié)，根據(jù)生產(chǎn)目標和約束，為每個加工對象確定具體的加工路徑、時間、機器和操作等，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，由已確定的人員進行加工，最后生產(chǎn)出滿足客戶需求的產(chǎn)品。因此，及時準確地生產(chǎn)調(diào)度對生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運行有著重要地影響。

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、調(diào)度策略也不同。任何優(yōu)化模型都包含優(yōu)化目標和約束條件，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)化目標而言，有正規(guī)性能指標和非正規(guī)性能指標，如生產(chǎn)成本、提前/延遲(E/T)指標等。就調(diào)度加工系統(tǒng)的復(fù)雜度而言，可分為單機、多臺并行機、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、情況變化快，某一局部發(fā)生故障，或某一措施沒有按期實現(xiàn)，往往會波及整個生產(chǎn)系統(tǒng)的運行。由于調(diào)度問題的復(fù)雜性和生產(chǎn)環(huán)境的動態(tài)性系統(tǒng)集成，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、運輸設(shè)備、運輸次序等方面；其次，供應(yīng)商對企業(yè)計劃的約束主要是物料供貨時間（物料到達企業(yè)的時間，包括物料的出廠時間和運輸時間等）；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)備主要包括運輸設(shè)備、工具工裝、加工設(shè)備、場地等，工序負荷平衡、生產(chǎn)模式、現(xiàn)場實績等非結(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，建模時也對真實環(huán)境進行了大量的簡化，因此，車間調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用到實際生產(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)的某一性能指標達到最優(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，為加工對象的生產(chǎn)計劃；為企業(yè)收益，為加工成本；為加工該加工對象的時間，人員，設(shè)備等生產(chǎn)條件，為企業(yè)所擁有的加工條件等內(nèi)部約束條件；為生產(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量，數(shù)量等，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)束時間系統(tǒng)集成，并使約束得到滿足，同時使車間制造系統(tǒng)的性能達到最優(yōu)或次優(yōu)。這些特點決定了生產(chǎn)調(diào)度高復(fù)雜性、動態(tài)隨機性、突發(fā)性、多目標性、多約束性、多資源相互協(xié)調(diào)、非線性、目標可變性、大規(guī)模性和多極小性等特點，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，由于系統(tǒng)建模方法的多樣性，以及問題的側(cè)重點不同，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)度方案進行加工。但由于實際生產(chǎn)情況復(fù)雜多變，生產(chǎn)現(xiàn)場工件到達時間隨機性和制造過程中隨機發(fā)生的擾動使得實際生產(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)計劃正常運行。為了保證生產(chǎn)順利進行，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?，?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，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。具體體現(xiàn)如下：

2.1 當前制造業(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)度嚴重依賴管理者的經(jīng)驗、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系統(tǒng)集成，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)過程的進度不能動態(tài)反映，嚴重影響了公司的信譽和市場競爭力。（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，人員和機器不能達到很好的利用。

2.2 現(xiàn)行調(diào)度在企業(yè)實際生產(chǎn)中的缺陷表現(xiàn)在：(1)延遲性。生產(chǎn)車間的實時動態(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，嚴重制約了生產(chǎn)正常進行。對車間缺乏有效的生產(chǎn)監(jiān)控機制（包括生產(chǎn)計劃監(jiān)控、零件進度監(jiān)控與產(chǎn)品或訂單進度監(jiān)控等），很難對生產(chǎn)進度實現(xiàn)有效管控，超差品常常得不到及時補救與處理。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、分析到指令的下達等工作，基本采用手工處理，且難以達到優(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)進度情況系統(tǒng)集成，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；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)運作效率低下。不能用數(shù)字說話，達不到科學(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；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)并不能真實反映實際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的不確定性，而現(xiàn)實生產(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際。

2.4 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中的失控。實際生產(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)薄弱系統(tǒng)集成，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、劃分過細的組織結(jié)構(gòu)造成信息的上傳下達緩慢。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，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，當產(chǎn)品到達現(xiàn)場時才進行解決，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，在實施過程中經(jīng)?；ハ鄾_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)進度和資源分配，而不考慮工藝過程和工序設(shè)計的細節(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施時需更改，這些更改往往只由調(diào)度人員進行，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系統(tǒng)集成，會造成轉(zhuǎn)運過程中不必要的質(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)計劃和實際作業(yè)之間存在偏差，還有需求變化、預(yù)測不準、庫存控制指標不合理、外協(xié)計劃未落實、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

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、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，由于各種隨機因素，如機器故障、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)濟效益。由于生產(chǎn)環(huán)境的動態(tài)性系統(tǒng)集成，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)實踐中所總結(jié)、提煉出的很多行之有效的經(jīng)驗和規(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，但其性能還有待進一步研究和驗證?，F(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，單純的運籌學(xué)方法、隨機優(yōu)化方法，離散事件仿真和人工智能方法等，尚不能對調(diào)度問題進行全面而有效的求解。實際生產(chǎn)當中，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)實意義的問題。

在現(xiàn)實生產(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際應(yīng)用。車間生產(chǎn)調(diào)度問題的復(fù)雜性和現(xiàn)實生產(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)度理論與實踐的發(fā)展。實際生產(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)備負荷平衡一般的調(diào)度方案，這將嚴重影響企業(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。從已有的研究看系統(tǒng)集成，最優(yōu)化方法雖然可以得到“最優(yōu)解”，但單獨應(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)性強等優(yōu)點，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）將算法進一步的實用化?，F(xiàn)在許多的研究只注重算法本身，而將算法廣泛地運用到實際中真正解決實際問題，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一步的研究。由于實際調(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，并揚長避短發(fā)展混合型算法，從而提高算法的性能。

（2）進一步確保解的次優(yōu)性?？偟膩碚f，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，但是距離實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)成為先進制造技術(shù)實踐的基礎(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

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。

（3）人機交互策略。大量的研究成果表明：人機協(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)系統(tǒng)集成，進行快速修復(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確性、實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70 年代后期產(chǎn)生的一類新型的計算機控制算法，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)化不是一次離線進行，而是反復(fù)在線進行。不是用一個對全局相同的優(yōu)化性能指標，而是在每一時刻有一個相對于該時刻的優(yōu)化性能指標。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]。張純剛等運用基于預(yù)測控制的滾動優(yōu)化的思想，對機器人路徑進行規(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行重調(diào)度，以處理突發(fā)的事件?；谀壳暗难芯?，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，符合先進制造模式的思想，是目前研究領(lǐng)域中的熱點問題。

（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，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系統(tǒng)集成，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)長周期安全運行，保證生產(chǎn)計劃按要求實現(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行成本預(yù)算管理，包括預(yù)算編制、預(yù)算實施、預(yù)算差異分析、事后對標管理、經(jīng)濟活動分析等。實踐中的預(yù)算可以時刻生產(chǎn)進行差異分析，有效的加強對管理薄弱環(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，從總體上降低生產(chǎn)成本。建立健全專門的預(yù)算管理機構(gòu)，加強企業(yè)各部門間的信息溝通和相互約束，加強對預(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)、利落實到每個職工，將成本指標與工作績效掛鉤，嚴格考核、獎罰系統(tǒng)集成，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

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、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)。計劃實施評價是計劃目標與其實現(xiàn)情況的檢查、對比和分析。實際的生產(chǎn)往往對一個調(diào)度問題有多個方面的優(yōu)化目標，在生產(chǎn)過程中這些目標之間可能發(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的平衡點，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，而應(yīng)根據(jù)實際情況的需要，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，實際的生產(chǎn)過程千差萬別，系統(tǒng)中機器配置和資源、調(diào)度目標、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。計劃實施過程中的所有不確定因素，會使計劃的實際與預(yù)期的目標相偏離。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。有必要定期把計劃的實際執(zhí)行結(jié)果與原始目標比較，作出系統(tǒng)、客觀的評價。計劃實施的評價可以在計劃的過去、現(xiàn)在和將來之間建立起認識的橋梁，增強制造系統(tǒng)適應(yīng)市場的變化能力，它是制造業(yè)策略的目標。

生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)評價指標體系如表1所示。每方面又各自包含多項評估指標，較為全面的概括了生產(chǎn)調(diào)度方案評估的摘要有：

(1)驗證先進合理的生產(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、加工工藝等實行有效管理，為整個生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建立與運行提供條件。

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，因此需要一個先進適用的調(diào)度系統(tǒng)，通過計算機進行準確的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)集成，對于下達的生產(chǎn)任務(wù)進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)進行的各個方面，其是承上啟下、維持生產(chǎn)進行的中間環(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)化地運行；生產(chǎn)計劃的安排基于實時能力信息和生產(chǎn)資源，能獲取實時生產(chǎn)和調(diào)度信息，企業(yè)資源利用得到優(yōu)化。對生產(chǎn)異常進行動態(tài)調(diào)度，系統(tǒng)每發(fā)一組指令，都要在當前的模型環(huán)境下運行這些調(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)計劃進行調(diào)整，保證生產(chǎn)的順暢進行。進行動態(tài)調(diào)度時要在原有模型環(huán)境的基礎(chǔ)上進行，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)點間的協(xié)調(diào)、合作實現(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，并能對找到的解進行評估。其中，混合車間調(diào)度算法是當前和未來的研究熱點之一。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)工作系統(tǒng)集成，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)的實際需求。車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)正在由單目標優(yōu)化向多目標優(yōu)化發(fā)展，使車間調(diào)度更貼近實際車間的情況。

(5)排程可視化、最優(yōu)化、精準化。在生產(chǎn)能力負荷范圍內(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，同時也支持數(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，實現(xiàn)可視化和目標管理，以分鐘的精度建立。工廠的每一臺機器設(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)實踐的進一步相結(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)進一步的信息化集成奠定了良好的規(guī)范化基礎(chǔ)，促進企業(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)化進而取得企業(yè)的進步和發(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與難點，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)實用化、多目標化、高度優(yōu)化方向深入。

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