董 鵬，于昌利，董銀紅，崔春生，董乃全，趙良輝

(1.卡萊(梅州)橡膠制品有限公司計(jì)劃部，廣東 梅州 514759；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 船舶工程學(xué)院，山東 威海 264209；3.中南民族大學(xué) 管理學(xué)院，武漢 湖北 430074；4.河南財經(jīng)政法大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，河南 鄭州 450046；5.天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300132；6.五邑大學(xué) 管理學(xué)院，廣東 江門 529020)

全球化背景下的制造業(yè)生產(chǎn)調(diào)度體系探討

董 鵬1，于昌利2，董銀紅3，崔春生4，董乃全5，趙良輝6

(1.卡萊(梅州)橡膠制品有限公司計(jì)劃部，廣東 梅州 514759；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 船舶工程學(xué)院，山東 威海 264209；3.中南民族大學(xué) 管理學(xué)院，武漢 湖北 430074；4.河南財經(jīng)政法大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，河南 鄭州 450046；5.天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300132；6.五邑大學(xué) 管理學(xué)院，廣東 江門 529020)

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。

生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)；系統(tǒng)集成；生產(chǎn)不確定性

引 言

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、及用于換刀具、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)[1]。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(jì)適宜的計(jì)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(jì)與分析[3]。雖然對車間調(diào)度領(lǐng)域的研究已有60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(jì)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(jì)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(jì)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)行有著重要地影響。

一、生產(chǎn)調(diào)度的分類、影響因素及優(yōu)化模型

（一）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(jì)劃優(yōu)化也不例外，但是約束計(jì)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]。

（二）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(jì)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(jì)劃，質(zhì)量和規(guī)格通過設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)劃趕不上變化”的困境。

（三）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(jì)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，

式中，A為加工對象的生產(chǎn)計(jì)劃；W(A)為企業(yè)收益，C(A)為加工成本a1,a2???an；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；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(Nondeterministic Polynomial)問題，它的計(jì)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(jì)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。

二、傳統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度系統(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(jì)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(jì)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?，?dǎo)致作業(yè)計(jì)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(jì)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：

（一）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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)劃調(diào)度人員僅僅根據(jù)所主管的型號安排計(jì)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。

（二）現(xiàn)行調(diào)度在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的缺陷表現(xiàn)在：

1.延遲性。

生產(chǎn)車間的實(shí)時動態(tài)變化，統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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。

（三）生產(chǎn)計(jì)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(jì)劃的安排，會造成正反饋的累積效應(yīng)，使得計(jì)劃越來越脫離實(shí)際。

（四）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(jì)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(jì)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。

（五）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(jì)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(jì)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)。

（六）部門間缺乏有效溝通。

多個生產(chǎn)計(jì)劃之間缺乏協(xié)商，在實(shí)施過程中經(jīng)?；ハ鄾_突。各型號產(chǎn)品在定計(jì)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(jì)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(jì)，而不關(guān)心生產(chǎn)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)劃未落實(shí)、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃銜接失誤、設(shè)備維修計(jì)劃失誤等。

（七）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)。

三、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)境都是惟一的，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(jì)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(jì)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?，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(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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)劃與調(diào)度面臨的難題包括不確定性的描述與求解、計(jì)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(jì)算效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)計(jì)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60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(jì)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。

四、不確定條件下的生產(chǎn)調(diào)度策略及評價指標(biāo)

（一）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(jì)劃或成組技術(shù)的調(diào)度策略，可以大大降低問題的計(jì)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(jì)劃；一旦最優(yōu)排產(chǎn)計(jì)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(jì)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(jì)劃、調(diào)度與監(jiān)控集成策略。

生產(chǎn)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)劃的原則性，要圍繞完成計(jì)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(jì)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(jì)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。

（二）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(jì)劃實(shí)施評價是計(jì)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(jì)劃實(shí)施過程中的所有不確定因素，會使計(jì)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(jì)劃的調(diào)整或者新計(jì)劃的編制提供依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。有必要定期把計(jì)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(jì)劃實(shí)施的評價可以在計(jì)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：

(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(jì)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。

五、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(jì)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：

(一)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(jì)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)。

(二)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(jì)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(jì)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。

(三)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(jì)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。

(四)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惟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惟一確定的傳統(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。

(五)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)避免拖期及無故等待時間，對計(jì)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(jì)劃的精確度及效率，建立高精度的未來生產(chǎn)計(jì)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(jì)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NPHard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。

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Discussion on Globalization of Manufacturing Production Scheduling System

DONG Peng1,YU Chang-li2,DONG Yin-hong3, CUI Chun-sheng4,DONG Nai-quan5,ZHAO Liang-hui6
(1.Carlisle(Meizhou)Rubber Manufacturing Co.,Ltd,Meizhou 514759,china; 2.School of Naval Architecture，Harbin Institute of Technology，Weihai 264209,china; 3.School of Management,South-Central Nationalities University,Hubei 430074,china; 4.School of Computer,Henan University of Economics and Law,Zhengzhou 450046,china; 5.Tianjin Electronic Information Vocational Technology College,Tianjin 300132,china; 6.School of Management,Wuyi University,Jiangmen,jiangmen 529020,china)

To meet the demand of customers,the manufacturing production scheduling system should promote the production efficiency,dynamics and agility.This paper takes the manufacturing production scheduling system as a research target,aims at objectives,methods,means and resources of the production workshop scheduling,summarizes actual problems the system used in the production,generalizes the production scheduling methods and measures to be improved in the perspective of system integration,and introduces the production scheduling strategy and evaluation indexes under uncertainty.By using the idea of system integration,this paper probes into the manufacturing production scheduling system model in the context of supply chain,suggesting a development direction for an integrated,dynamic,efficient intelligent, fl exible and scheduling visualized production scheduling system.

Production Scheduling System;System Integration;Production Uncertainty

F406.2

A

1008-2395(2012)01-0095-10

2011-06-05

1.董鵬(1980-)，男，APS研究員，生產(chǎn)調(diào)度主管，主要從事生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理、供應(yīng)鏈管理等研究；2.于昌利(1981-)，男，博士研究生，主要從事生產(chǎn)調(diào)度，造船精度管理、船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等研究；3.董銀紅(1982-)，男，中南民族大學(xué)管理學(xué)院講師，中國人民大學(xué)技術(shù)經(jīng)濟(jì)及管理博士，中國社科院數(shù)量經(jīng)濟(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)博士后。主要從事企業(yè)管理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等研究；4.崔春生(1974-)，男，北京理工大學(xué)博士，河南財經(jīng)學(xué)院講師，主要從事生產(chǎn)調(diào)度智能算法、數(shù)量經(jīng)濟(jì)和系統(tǒng)過程等研究；5.董乃全(1957-)，男，副教授，經(jīng)濟(jì)學(xué)博士，主要從事生產(chǎn)管理、物流管理等研究；6.趙良輝(1973-)，男，講師、博士，主要從事生產(chǎn)調(diào)度，信息系統(tǒng)研究。