车间生产计划与作业调度方法1

--- 分批的主要目的在于均匀地、有效地利用单元内各项资源，如：某类零件
的生产数量较多，即使全部机床都来加工该类零件，也不能一次性加工完成， 此时零件就必须分批。
• 由于零件的交货日期参差不齐，只好将零件分批加工，以 保证按期完成任务
---零件分批的原则是加工全部零件所需的批量数最少，全部 机床的平 均利用率最高。 ---分批后应考虑的问题是在完成每批的生产任务中，应当优化利用系 统内的各项资源。
• 分批和均衡是很复杂的有约束优化问题，人工智能和专家 系统以及各种计算机辅助决策软件在此领域应用广泛
• 作业调度
---定义
又称实时调度，是对生产计划的补充和完善。 根据车间实际加工过程中随时出现的故障情况，对车间作业计划 做出调整、修改，使车间生产得以顺利进行，保证零件按期交货。 包括内容：被加工工件的动态排序和系统生产及辅助资源的实时 动态分配。
• 由多黑板/多智能体的车间计划调度系统，如下图所示：
该系统由计划、调度、监控三个黑板体组成
--计划黑板体
功能：可用资源评估、资源分配、零件排序、与外系统的联系、以及 处理监控黑板反馈信息 主要活动：常规计划、紧急计划 其构成如下图所示：
--调度黑板体
功能：1.确定并下发某一确定时间段内车间各种设备的加工任务； 2.响应监控黑板体反馈的车间动态信息； 3.动态修改车间状态； 4.向计划模块反馈重大变化情况，如工件加工完成、工件报废、 机床故障等。 其中设备加工任务确定是调度黑板体最主要的功能，它包括： 1.加工前检查，即在工件实际加工之前检查加工准备是否就绪； 2.加工后修改，即在工件加工完成之后修改工件、设备状态信息，以 便再分配加工任务； 3.超前规则，它是指在当前时刻预测工件加工完成之后资源状 态。 活动：可分为两个阶段 1.工件和设备均处于“等待”或“空闲”状态，调度黑板体使 用加工前检查规则检查车间准备情况，，由此产生加工请求，通过分 配响应的加工任务，工件和设备状态变为“在线加工”或“使用”； 2.使用超前规则，预测该工序加工完成后资源状态，根据加工 后修改规则，把工件状态从“在线加工”改为“等待”，设备状态由 “使用”改为“空闲”。 至此，一个工序加工完毕，循环转入下一工序。
---制造车间中，主要有两种作业排序方法
纵向：一个零件的制造过程是由一系列作业完成的，每个零件对应 一个作业序列。 横向：一个设备有多个作业在等待，作业按照优先级别形成序列， 每个设备对应一个作业序列。 当出现扰动时，要根据系统的实时状态作出适当的调整，改 变零件到加工顺序和工艺路径，做出新的排序，达到新的均衡。
• 调度规则
调度的目的是保证车间生产在动态实时环境下能高效地运行，由
于车间内外部的不确定因素存在，使得车间控制系统必须在系统运行 过程中随时做出各种决策。
决策的依据即各种规则，常见的调度规则有：
---处理时间最短SPT(Shortest Processing Time)规则：该规则使得车间 控制器在等待加工的工件队列里选择处理时间最短的工件进行加工。 -----处理时间最长LPT(Longest Processing Time)规则：该规则使得车间 LPT(Longest Time) 控制器在等待加工的工件队列里选择处理时间最长的工件进行加工。 ---剩余工序加工时间最短SR(Shortest Remaining Processing Time)规 则：该规则使得车间控制器在等待加工的工件队列里选择剩余工序加 工时间最短的工件进行加工。 ---剩余工序加工时间最长LR(Longest Remaining Processing Time)规 则：该规则使得车间控制器在等待加工的工件队列里选择剩余工序加 工时间最长的工件进行加工。 ---下道工序加工时间最长LSOPN(Longest Subsequent Operation)规则： 该规则使车间控制器选择下一道工序加工时间最长的工件首先加工。
---编制车间生产作业计划时，首先要考虑的问题是保证零件交货期。 ---其次要考虑单元间加工任务的均衡，还要考虑车间内生产资源合理、 ---单元作业计划：属于工序级作业计划，不仅要决定每日、班要完成的
制定作业计划的过程
• 首先要把车间下达的作业计划所对应的生产任务分批 --- 分批的主要原因是单元内加工资源的约束，如有限的机床、夹具、刀具等。
---交付期最早EDD(Earliwst Duo Date)规则：该规则选择交付期最早的工件最先加工，以 使该工件尽早完成整个生产过程。 ---剩余工序数最少FOPNR(Fewest Operation Remaining)规则：该规则选择剩余工序数 最少的工件首先进行服务，以便该工件尽早完成加工，减少系统的在制品数。 ---剩余工序数最多MOPNR(Most Operation Remaining)规则：该规则选择剩余工序数最 多的工件首先进行服务，以便该工件完成剩余工序，避免工件完成期的延误。 ---先进先出FIFO(Fist In Fist Out)规则：顾名思义，该规则选择先到达的工件先加工。 ---松弛量最小SLACK(Least Amount of Slack)规则：该规则选择松弛量最小的工件先加工， 工件松弛量=交货期-当前时刻-剩余加工时间。所以，若工件松弛量为负，则该工件不 能按期交付。 ---单位剩余工序数的松弛时间最小Si/OPN(Least Ratio of Slack to Operation)规则：该规 则选择每单位剩余工序数的松弛时间最小的工件首先接受服务。单位剩余工序数的松 弛时间=工件松弛量/剩余工序数。所以，S/OPN的比率越低，完成剩余工序的加工时 间越紧迫。 ---随机选择规则：该规则在等待队列中随机选择一个工件进行加工。 ---下道工序服务队列最短原则：该规则选择这样的工件，完成此类工件下道工序所用设备 的等待加工队列最短。 ---下道工序服务台工作量最少规则：该规则选择这样的工件，完成该工件下道工序所用设 备的工作量最少。
---优先权原则：该规则设定每一工件、设备、道具等均有一定的优先 级。首先加工优先级别高的申请对象。 ---确定性原则：按照事先设定的规则选择加工对象。 ---利用率最低规则：该规则首先给系统中利用率最低设备分配任务， 使设备任务均衡。 ---组合规则：基于SPT规则，优先加工具有负松弛量的工件。
• 控制结构
本系统的黑板控制器由黑板监控器和黑板调度器组成 如下图所示，控制活动分三步：
1.黑板体监控器检查系统状态参数和黑板事件列表，决定是否产生 一个新的黑板事件。 2. 2.黑板调度器从黑板事件表中选择最急需处理的事件。选择通常依 据事件优先级。通过知识源解决黑板事件。 3.激发选中的知识源，求解问题。知识源执行的结果将改变黑板状 态或给出解。 问题求解完成后，黑板体控制器又回复到初始状态等待解决下个 问题。
基于人工智能的车间计划调度系统
• 人工智能在车间计划与调度中得到广泛应用 • 系统结构
基于人工智能的车间计划与调度系统类型很多，本节介绍基于多黑 板/多智能体协调框架。 黑板：一个具有控制器和知识源的共同数据区，知识源可以包括专 家系统，置于黑板上的问题可由知识源共同协作求解。 智能体：既包含数据，又有处理机制的自治体，各自制体可以互通 信息，共同黑板体
主要功能：1.跟踪加工过程中工件和设备的状态； 2.处理并反馈有关采集信息； 3.向上一级黑板体反馈系统状态信息； 4.统计设备使用情况等。
• 知识表示
黑板体中，知识表示的方法： --规则：具有模块化、易扩充； 规则适合于表达黑板控制规则和规则类专家知识。 --类：封闭性、包含性、继承性等； 类适合于面向对象编程，可用作表示资源结构、知识源等信息。 --过程： 主要用于表达优化算法、启发式算法等。
6.3车间生产计划与作业调度方法
常规生产计划调度方法
• 车间计划与作业调度是车间控制系统的核心。 • 生产计划
充分、高效的利用，并据此把车间的任务分解成各单元周作业计划和资源需 求计划。以此为基础，制定单元日或班作业计划和资源供给计划。 零件工序数量，而且还要决定零件进入各单元的先后顺序、每个零件的加工 路径以及所需的设备、刀具、量具、夹具等。制定该计划，突出的问题是在 保证零件交货期的前提下，如何更好的优化使用单元内资源。