車間作業(yè)變批量調(diào)度優(yōu)化研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　畢 業(yè) 論 文 題 目 車間作業(yè)變批量調(diào)度優(yōu)化研究 </p><p>　　學院專業(yè)班級 </p><p>　　學 生 姓 名

2、 性別 </p><p>　　指 導 教 師 職稱 </p><p>　　2012年6月14日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

3、　　隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，市場競爭日趨激烈，多品種、小批量生產(chǎn)方式已經(jīng)逐漸成為制造業(yè)的發(fā)展主流。因此，為了適應日益激烈的市場競爭，就要求制造企業(yè)能夠合理安排工序，高效利用生產(chǎn)資源，降低生產(chǎn)成本。研究變批量調(diào)度的優(yōu)化方法，對于制造業(yè)的現(xiàn)代化具有重要的理論價值和實際意義。</p><p>　　本文介紹了作業(yè)車間調(diào)度的概念及其發(fā)展過程、研究背景和發(fā)展趨勢；對車間調(diào)度的各種研究方法進行了簡要的介紹和比較；對Job-Shop

4、批量調(diào)度問題進行了研究并做了詳細闡述。</p><p>　　對Job-Shop調(diào)度過程中的變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度進行研究比較；并基于eM-Plant軟件，建立以生產(chǎn)周期為優(yōu)化目標和以提前、拖期懲罰費用以及與生產(chǎn)周期相關的生產(chǎn)線運行費用之和為優(yōu)化目標的不同的仿真模型；通過實例仿真，比較兩種方案的優(yōu)劣，證明變批量調(diào)度在Job-Shop調(diào)度中的作用。</p><p>　　關鍵字：作業(yè)車間；批量調(diào)度

5、；變批量；仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of market economy , market competition becomes increasingly fierce , variety and small batch production mode has become

6、 the main way of manufacturing gradually . In order to adapt to the increasingly fierce competition in the market , manufacture enterprises should be asked to range sequences rationally , take advantage of resource effi

7、ciently , shorten time limit for a project and reduce the cost of producing . The study of optimization method for batch scheduling is very </p><p>　　The conception , development and the main researches in c

8、urrent and in the future of job shop scheduling are introduces ; some research methods are introduced and compared ; Study the Job-shop batch scheduling problem and do a detailed description .</p><p>　　Study

9、 the lot splitting scheduling and the non-lot splitting scheduling in the process of the Job-Shop Scheduling , and compare them ; based on eM-Plant software , set up different simulation models with production cycle as o

10、ptimized object and with the sum of the punish costs of abvance and tardiness and the operation costs of production line which related to production cycle as optimized object ; through the simulation to compare the two s

11、cheme of the pros and cons , to prove the role of lot s</p><p>　　Key words: Job-shop ; batch sheduling ; lot splitting ; simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　

12、　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1選題背景及研究意義1</p><p>　　1.1.1 選題背景

13、1</p><p>　　1.1.2研究意義2</p><p>　　1.2 車間調(diào)度問題概述3</p><p>　　1.3 變批量調(diào)度問題3</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容4</p><p>　　第二章 車間作業(yè)變批量調(diào)度問題研究6</p><p><b>　

14、　2.1 引言6</b></p><p>　　2.1.1 變批量調(diào)度基本概念的介紹6</p><p>　　2.1.2 變批量調(diào)度問題的提出6</p><p>　　2.2 變批量調(diào)度問題的描述及其分類7</p><p>　　2.2.1 變批量調(diào)度問題的描述7</p><p>　　2.2.2 變批量調(diào)

15、度問題的分類7</p><p>　　2.3 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度的比較8</p><p>　　2.3.1 傳統(tǒng)調(diào)度問題描述8</p><p>　　2.3.2 傳統(tǒng)調(diào)度方法的一般假設條件8</p><p>　　2.3.3變批量調(diào)度問題的一般假設條件9</p><p>　　2.3.4 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度比較9

16、</p><p>　　2.4 變批量調(diào)度模型建立10</p><p>　　2.5 變批量調(diào)度研究現(xiàn)狀12</p><p>　　第三章 車間作業(yè)變批量調(diào)度算法研究14</p><p>　　3.1 區(qū)分批次準備時間和工件加工時間14</p><p>　　3.2 分批策略15</p><p&g

17、t;　　3.2.1 分批基本理論15</p><p>　　3.2.2 批量大小與生產(chǎn)周期的關系16</p><p>　　3.2.3 本文分批策略的選擇17</p><p>　　3.3 eM-Plant仿真方法分析18</p><p>　　3.3.1 遺傳算法的應用分析18</p><p>　　3.3.2 仿真

18、方法的應用分析19</p><p>　　3.3.3 運用eM-Plant進行仿真的基本思想19</p><p>　　3.4 零件投產(chǎn)順序20</p><p>　　3.5 緩沖區(qū)中的零件加工順序20</p><p>　　第四章 車間作業(yè)變批量調(diào)度仿真22</p><p>　　4.1 仿真實例總體方案22<

19、;/p><p>　　4.1.1 仿真流程22</p><p>　　4.1.2 主要步驟23</p><p>　　4.2 仿真軟件介紹23</p><p>　　4.3 仿真模型基本元素24</p><p>　　4.4 仿真優(yōu)化模塊26</p><p>　　4.5 仿真實例28</p&

20、gt;<p>　　4.5.1 實例128</p><p>　　4.5.2 實例239</p><p>　　4.5.3 仿真結論43</p><p>　　第五章 總結與展望44</p><p>　　5.1 全文總結44</p><p>　　5.2 車間調(diào)度存在的問題與研究展望44</p&g

21、t;<p>　　5.2.1 車間調(diào)度目前存在的問題44</p><p>　　5.2.2 研究展望46</p><p>　　附錄 Method中SimTalk代碼47</p><p><b>　　參考文獻51</b></p><p><b>　　致 謝52</b></

22、p><p><b>　　附錄Ⅰ 外文翻譯</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ 外文原文</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1選題背景及研究意義</p><p>　　1.1.1 選題背景</p&g

23、t;<p>　　制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，是國家經(jīng)濟實力的重要體現(xiàn)。制造業(yè)的水平先進與否，既是國家科技實力的體現(xiàn)，也是促使科學技術發(fā)展的強大動力。而科技的進步既為制造業(yè)的發(fā)展帶來了機遇，也加劇了制造業(yè)的競爭，企業(yè)必須在競爭中求生存、在競爭中求發(fā)展。企業(yè)要在現(xiàn)時的環(huán)境中立于不敗之地，縮短產(chǎn)品上市的時間、提高產(chǎn)品質量以及降低產(chǎn)品的成本無疑是企業(yè)成功的必由之路，要實現(xiàn)這些目的，不僅要提高企業(yè)以及車間的管理水平，同時也要提高生產(chǎn)過程

24、中計劃、調(diào)度以及決策的水平。</p><p>　　自從20世紀90年代開始，隨著信息化和全球化的迅速發(fā)展以及人們生活水平的提高，全球的市場環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，市場表現(xiàn)出了不同于工業(yè)經(jīng)濟時代的特征：（1）技術的迅猛發(fā)展和經(jīng)濟全球化導致了市場競爭程度空前激烈，以顧客需求為中心的買方市場正在取代以企業(yè)生產(chǎn)能力為中心的賣方市場。（2）顧客的價值觀念發(fā)生了根本變化，隨著基本物質生活需求得到了滿足，人們的需求日趨主體化、個

25、性化和多樣化（需求異質性），表現(xiàn)為不斷衍生出新的需求市場，為企業(yè)帶來新的市場機遇。（3）顧客需求的多變性，即顧客需求的迅速變化。表現(xiàn)為企業(yè)產(chǎn)品生命周期的迅速縮短，產(chǎn)品交貨期成為競爭的第一要素，市場風險空前增加，企業(yè)面臨一個迅速變化且難以預測的買方市場。在這樣的市場環(huán)境下，傳統(tǒng)的大批量制造模式與變化的市場需求不適應問題日益突出，面臨著巨大的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在一下三方面：第一，在知識經(jīng)濟時代，情況發(fā)生了根本變化，由于顧客需求的多樣化、個性化特

26、征及產(chǎn)品生命周期的縮短，企業(yè)必須密切關注市場，隨時掌握市場需求的變化，把握市場機會，充分利用各種資源，不斷進行制造資源配置方式的調(diào)整和產(chǎn)品創(chuàng)新。第二，在知識經(jīng)濟時代，隨著國內(nèi)市場的國際化，市場競</p><p>　　生產(chǎn)調(diào)度是制造系統(tǒng)生產(chǎn)管理的核心，生產(chǎn)管理任務順利實施與完成，最終要靠合理地車間調(diào)度來保證。生產(chǎn)調(diào)度研究的是如何合理配置加工過程的各種資源，減少零件的加工準備、等待與傳送時間，從而提高設備利用率與生產(chǎn)

27、效率，降低生產(chǎn)成本。車間調(diào)度對任務的交貨時間、各項生產(chǎn)任務的生產(chǎn)周期、設備利用率和在制品占有率都有影響。因此，及時準確的車間調(diào)度對生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運行有著重要的影響，主要表現(xiàn)在：生產(chǎn)計劃的有效實施；高效低耗地使用生產(chǎn)資源；均衡生產(chǎn)及準時生產(chǎn)，減少在制品的資金占用。所以，車間調(diào)度是制造業(yè)生產(chǎn)種最活躍和生產(chǎn)系統(tǒng)研究的前沿問題之一。</p><p><b>　　1.1.2研究意義</b></p

28、><p>　　據(jù)國際生產(chǎn)與研究工程協(xié)會對歐美等工業(yè)國家的調(diào)查統(tǒng)計表明：在機械制造中就產(chǎn)品的產(chǎn)量而言，多品種小批量（約50-1000件以下）生產(chǎn)占50%左右，就產(chǎn)值而言占60%左右。進一步調(diào)查多品種小批量生產(chǎn)中的材料和工件在車間總時間分配現(xiàn)狀可知：制造過程95%的時間消耗在非加工過程中?？梢娕可a(chǎn)尤其是中小批量生產(chǎn)已經(jīng)成為當今生產(chǎn)車間中比較重要的一種生產(chǎn)方式。</p><p>　　在線代經(jīng)濟環(huán)

29、境下，隨著市場的多變以及市場對產(chǎn)品個性化的需求，多品種、小批量生產(chǎn)方式已經(jīng)逐漸成為制造業(yè)的發(fā)展主流，車間生產(chǎn)中多品種小批量生產(chǎn)的產(chǎn)量和產(chǎn)值還會進一步的增大。車間批量調(diào)度在先進制造系統(tǒng)的生產(chǎn)實際中具有普遍性。車間優(yōu)化調(diào)度問題尤其是批量調(diào)度技術關系到企業(yè)的生存和前途。有效地調(diào)度方法與優(yōu)化技術的研究和應用已經(jīng)成為先進制造技術實踐的基礎和關鍵。研究車間批量調(diào)度的優(yōu)化方法，不僅可以促使調(diào)度理論發(fā)展，而且對于企業(yè)提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)成本

30、有著重要的意義。</p><p>　　1.2 車間調(diào)度問題概述</p><p>　　所謂調(diào)度，就是在滿足某些約束（比如作業(yè)的先后關系、預定的交貨期、最早開始時間和資源限制等）的條件下對作業(yè)進行的排序，按照所排好的次序給它們分配資源和時間，使得某個或某些目標（如生產(chǎn)周期、生產(chǎn)費用等）達到最優(yōu)。</p><p>　　車間調(diào)度問題是調(diào)度問題的一個子集，實際上是一個資源分配

31、問題，主要是指設備資源分配，問題的求解目標主要是找到一個可以使作業(yè)能“最優(yōu)”完成的方案。通常情況下，車間調(diào)度問題約束的數(shù)目非常大，就使得該問題成為一個NP-hard問題。</p><p>　　車間調(diào)度問題一般可以描述為：生產(chǎn)車間有M臺機床，生產(chǎn)N種工件，每種工件有Ni個，每種工件都有多道工序，每道工序可以在多臺性能不同的機床上加工。調(diào)度的目標是將作業(yè)合理地安排到各機床以及合理地使用其它生產(chǎn)資源，并且合理安排作業(yè)的

32、加工次序和加工時間，使約束條件被滿足，同時優(yōu)化一些生產(chǎn)性能指標。</p><p>　　之所以會出現(xiàn)車間調(diào)度問題，主要是因為生產(chǎn)資源受到了限制而形成的。有N個不同的工件，就至少有N條不同的工藝加工路線，如果有足夠多的機床設備和其它生產(chǎn)資源分配給每條工藝加工路線，即每一道工序獨立占用一臺機床設備和相應的生產(chǎn)資源，那么一切都會井然有序，也就不存在調(diào)度問題。但是，這樣勢必會造成資源浪費，增加生產(chǎn)成本。于是出現(xiàn)了工件和相應

33、的工序數(shù)量多余機床設備和其它生產(chǎn)資源的情況，車間調(diào)度問題也就自然而然的出現(xiàn)了。</p><p>　　1.3 變批量調(diào)度問題</p><p>　　在傳統(tǒng)的調(diào)度問題中，被加工的產(chǎn)品或工件是不可分割的，盡管其中可以或可能包含若干個子工件。只有在一臺機器上被加工產(chǎn)品或工件整體加工完成以后，才可以整體轉運到下一臺機器加工。為了縮短加工周期， Reiter于1966年首次提出單一產(chǎn)品的Lot Stre

34、arning問題。</p><p>　　與傳統(tǒng)調(diào)度不同的是，Lot Streaming是把一個被加工的產(chǎn)品批量劃分為若干個子批量(sublot)，按子批量分別組織加工和工序間的運輸，當在一臺機器上一個子批量加工完成以后，而且相繼機器空閑，這個子批量無須等待其余子批量在此機器上的加工完成，就可以直接轉運到下臺機器上進行加工，亦即采取平行加工的方式，允許同一產(chǎn)品加工的相繼操作在時間上部分重疊。充分利用了加工機器和加工

35、時間，達到提高生產(chǎn)效率的目的。Lot Streaming問題屬于NP難問題。</p><p>　　Kalir和Sarin介紹了在流水車間中應用Lot Streaming調(diào)度方法后所帶來的一些益處，包括:</p><p>　　1.采用Lot Streaming 調(diào)度方法使Cmax大大縮小，縮短生產(chǎn)實踐，從而縮短交貨期。</p><p>　　2.減少工件進程中的庫存，減

36、少相關的庫存費用。</p><p>　　3.減少中間存儲和空間需求。</p><p>　　4.減少了工件對機器加工能力的需求。</p><p>　　2和3 主要體現(xiàn)在:當交貨期相同的情況下，采用Lot Streaming調(diào)度方法，存儲材料所需工作進程中的庫存和中間存儲空間比傳統(tǒng)凋度方法要小，因此也就降低了相關的庫存費用和空間需求。4 主要體現(xiàn)在:當交貨期相同的情況下

37、，加工相同的工件，采用Lot Streaming調(diào)度方法比傳統(tǒng)調(diào)度方法所需要的機器加工能力要小。</p><p>　　總之，在調(diào)度中采用Lot Streaming調(diào)度方法，能夠縮短生產(chǎn)時間從而縮短交貨期，提高固定資產(chǎn)的利用率從而降低成本，提高生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)率，提高競爭力，強化服務。</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　第一章 緒論

38、 闡述了選題背景與研究意義；闡述了車間調(diào)度的基本概念；簡單介紹了變批量調(diào)度，并與傳統(tǒng)調(diào)度進行了比較。</p><p>　　第二章 車間作業(yè)變批量調(diào)度問題研究 對變批量調(diào)度問題進行了描述，簡單介紹了其分類；；與傳統(tǒng)調(diào)度進行了比較詳細的比較，分析并建立了相應的數(shù)學模型；最后對其研究現(xiàn)狀進行了簡單介紹。</p><p>　　第三章 車間作業(yè)變批量調(diào)度算法研究 對批次準備時間與工件加工時

39、間進行了區(qū)分；對變批量調(diào)度的分批策略進行了研究；對仿真方法的幾個關鍵問題進行了分析介紹。</p><p>　　第四章 車間作業(yè)變批量調(diào)度仿真 介紹了仿真的總體方案與步驟；對仿真軟件進行了簡單的介紹；利用仿真軟件建立仿真模型，通過實例來說明變批量調(diào)度算法的可行性。</p><p>　　第五章 總結與展望 總結了本文完成的各項工作，并提出了未來研究過程中需要改進與學習的地方。&

40、lt;/p><p>　　第二章 車間作業(yè)變批量調(diào)度問題研究</p><p><b>　　2.1 引言</b></p><p>　　2.1.1 變批量調(diào)度基本概念的介紹</p><p>　　在介紹變批量類型之前，首先介紹幾個基本概念:一致子批量、可變子批量、不允許混排、混排。</p><p>　　一致子

41、批量( consistent):如果一個產(chǎn)品的一個子批量的大小在各加工工序保持不變，則稱為一致子批量，即一個子批量的大小在所有加工機器上都是相同的。</p><p>　　可變子批量(variable):和一致子批量相反，如果一個產(chǎn)品的一個子批量的大小在各加工工序是變化的，稱它為可變子批量.即一個子批量的大小在各機器上是不相同的。</p><p>　　不允許混排:一旦一個產(chǎn)品的一個子批量在機

42、器上進行加工，這個產(chǎn)品的所有子批量要連續(xù)加工，不允許分散加工，直到這個產(chǎn)品的所有子批量都加工完，才能加工其它產(chǎn)品的子批量。</p><p>　　混排:在加工一個產(chǎn)品的各個子批量之間允許加工其它產(chǎn)品的子批量，也就是允許一個產(chǎn)品的子批量不必連續(xù)加工，可以是分散加工的。</p><p>　　2.1.2 變批量調(diào)度問題的提出</p><p>　　單批量的變批量調(diào)度問題有Re

43、siter（1966）首次定義，即一個生產(chǎn)批量包含Q個相同的單元，需在m臺機器上依次生產(chǎn)，每一單元在機器i上的加工時間為pi，在相繼機器i、i+1間存在n次轉運，因此Q個單元在機器i上分成n個子批量來生產(chǎn)，每完成一個子批量即轉運至機器i+1，令Lij表示機器i上第j個子批量中的單元數(shù)，則，對同一j，若Lij=L1j，i=2,3，…，m，稱一致子批量（用C表示），否則稱可變子批量（用V表示）。問題是要尋找一組適當?shù)腖ij，i=1,2，…，

44、m；j=1,2，…n，使第一臺機器上開始調(diào)整以便加工第一個單元到最后一臺機器上加工完最后一個單元止所用的時間Cmax最小。</p><p>　　2.2 變批量調(diào)度問題的描述及其分類</p><p>　　2.2.1 變批量調(diào)度問題的描述</p><p>　　Job-shop的變批量調(diào)度可描述如下：m臺設備，k種零件，每種零件的需求數(shù)量包含多個，零件的交貨期確定，每種零

45、件包含s道工序，能加工某一工序的機床有多臺，工序的加工時間隨機床的不同而變化。</p><p>　　變批量調(diào)度的目的是確定每種零件的批次數(shù)量、每個批次的批量大小、每種工件各個批次的投產(chǎn)順序這三者的最佳組合，從而滿足特定的優(yōu)化目標。</p><p>　　在經(jīng)典作業(yè)調(diào)度問題研究中，由于沒有過多的考慮批量因素，因此很多關于輔助時間的限制條件可以進行忽略，然而在變批量調(diào)度中引入批次的影響后這些限制

46、條件需要重新考慮。當零件分成多個批次后，實際生產(chǎn)過程中零件的運輸、裝卸以及刀具、夾具的安裝調(diào)整時間相比經(jīng)典作業(yè)調(diào)度而言將顯著增加，這部分時間在變批量調(diào)度中不可進行忽略。這些加工以外的時間我們可以統(tǒng)稱為生產(chǎn)輔助時間?？偠灾?，生產(chǎn)輔助時間可以分為兩類：一類是與單個工件相關的輔助時間，包括工件的裝、卸時間；另一類是與工件單個批次相關的時間，包括刀、夾具的安裝以及機床的調(diào)整，這類時間每個批次只需要一次，稱為批次輔助時間。對于第一類與單個工件相

47、關的輔助時間，我們可以將其歸入到加工時間進行考慮；對于第二類與批次相關的批次輔助時間，由于批次數(shù)量增多導致批次輔助時間增大，這時需要單獨考慮其影響。</p><p>　　2.2.2 變批量調(diào)度問題的分類</p><p>　　變批量調(diào)度問題可按照不同的準則進行不同的分類。按照被加工產(chǎn)品的數(shù)量（種類），可以分為：單一產(chǎn)品和多產(chǎn)品變批量調(diào)度問；按照加工流程的不同，可以分為：流水車間、單件車間、開

48、放車間變批量調(diào)度問題；按照機器數(shù)量的不同可以分為：單臺處理機和多臺并行處理機變批量調(diào)度問題；按照工藝約束的不同可以分為：有一般的和無等待變批量調(diào)度問題研究；按照目標函數(shù)可以分為：時間標準的和費用標準的變批量調(diào)度問題。</p><p>　　2.3 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度的比較</p><p>　　2.3.1 傳統(tǒng)調(diào)度問題描述</p><p>　　n個任務{(diào)J1，J2，…

49、，Jn}要被加工，m個機器{M1，M2，…，Mm}可用，每一個任務要在這些機器上或其中的一部分機器上加工，任務Ji在機器Mj上的加工叫做一個操作（Oij），它對應一個加工時間（Pij），每一個任務還有與之相對應的就緒時間（Rj），即Ji可以開始進入加工的時間，還有交貨期（Dj），即Ji必須完成的期限。每一個任務還需要有一個工藝約束，它要求該任務按照一定的工序要求在這些機器上加工。所以一個調(diào)度就是在一定時間內(nèi)任務在機器上的一個分派，調(diào)度問

50、題就是尋找一個任務在機器之間的傳遞序列，它要求滿足2個要求：</p><p>　　1.符合工藝要求，即調(diào)度是可行的；</p><p>　　2.對應于某些執(zhí)行目標調(diào)度是最優(yōu)的。</p><p>　　2.3.2 傳統(tǒng)調(diào)度方法的一般假設條件</p><p>　　調(diào)度問題通常要遵循以下假設：</p><p>　　1.工件數(shù)、機

51、器數(shù)、工件在各臺機器上的加工時間及工件加工的工藝約束—加工路線是已知的。</p><p>　　2.一個工件在同一時刻僅能在一臺機器上加工，一臺機器同一時間僅能加工一個工件。</p><p>　　3.對整個工件來說，在加工過程中采取平行移動方式。即當上一道工序完成時，立即送下道工序加工。</p><p>　　4.加工過程不允許中斷，一個工件一旦開始在某工序加工，必須持

52、續(xù)到該工序加工完畢，不允許中間插入其他工件。</p><p>　　5.允許工件在工序之間等待，允許機器在工件未到達時閑置。</p><p>　　6.所有工件的就緒時間為0，即：在加工開始時，所有工件都具有加工條件。</p><p>　　7.機器是不會損壞的。</p><p>　　以上假設條件允許改變和放松，由此可構成不同類型的調(diào)度問題。滿足以

53、上假設條件的調(diào)度問題成為傳統(tǒng)調(diào)度問題。</p><p>　　2.3.3變批量調(diào)度問題的一般假設條件</p><p>　　1.假設在零時刻，所有產(chǎn)品準備就緒。</p><p>　　2.產(chǎn)品數(shù)、機器數(shù)、每種產(chǎn)品每個零件在各臺機器上的加工時間及產(chǎn)品加工的工藝約束加工路線是已知的。</p><p>　　3.被加工的產(chǎn)品批量劃分為若于個子批量，按子批量

54、分別組織加工和工序問的運輸。</p><p>　　4.當在一臺機器上一個子批量加工完成以后，而且相繼機器空閑，這個子批量無須等待其余子批量在此機器上的加工完成，就可以直接轉運到下臺機器土進行加工。</p><p>　　5.子批量的大小是一致的。</p><p>　　6.子批量的加工時間和它的大小成正比。</p><p>　　7.獨立的調(diào)整時間

55、(或可分離的設置時間〕:在一臺機器上，從加工一種產(chǎn)品轉到加工另一種產(chǎn)品要求機器的調(diào)整。</p><p>　　8.允許產(chǎn)品在工序之間等待，允許機器在產(chǎn)品未到達時閑置。</p><p>　　以上假設條件允許改變和放松，由此可構成不同類型的變批量凋度問題。</p><p>　　2.3.4 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度比較</p><p><b>

56、　　圖2-1</b></p><p>　　圖2-1是傳統(tǒng)調(diào)度與變批量調(diào)度的對比圖。可以看出采用變批量調(diào)度可以明顯縮短生產(chǎn)周期。從圖中也可以看出，采用傳統(tǒng)方法進行調(diào)度比采用變批量調(diào)度所需工作進程中的庫存要大，采用變批量調(diào)度提高了機器的利用率，因而總成本降低。在實際生產(chǎn)中，我們可以進一步優(yōu)化變批量調(diào)度中各個批次的生產(chǎn)順序，從而進一步提高調(diào)度性能。</p><p>　　2.4 變批量

57、調(diào)度模型建立</p><p>　　在Job-shop調(diào)度研究中，常見的目標函數(shù)有：</p><p>　　1. 制造期。最小的制造期通常意味著機器的高利用率。</p><p>　　2. 最大延遲。最大延遲反映了生產(chǎn)滯后交貨期的最壞情況。</p><p>　　3. 加權完成時間和。它是一個由庫存成本決定著的成本函數(shù)。</p><

58、;p>　　4. 滯后工作數(shù)量。它等價于按期發(fā)貨的百分比。</p><p>　　5. 提前懲罰費用。它反映了工件先于交貨期完成產(chǎn)生的庫存、維護等費用。</p><p>　　6. 拖期懲罰費用。它反映了工件晚于交貨期完成產(chǎn)生的合同違約費用。</p><p>　　在實際生產(chǎn)中，一個調(diào)度方案不可能同時滿足所有的優(yōu)化目標，只能以其中某個或者某幾個目標作為優(yōu)化方向。<

59、;/p><p>　　隨著制造業(yè)競爭的不斷加劇，制造企業(yè)的生產(chǎn)自主權越來越少，更多的是采取按訂單生產(chǎn)的方式。在這種前提下，車間生產(chǎn)計劃要實現(xiàn)的目標主要就是制定準時化的生產(chǎn)計劃，也就是JIT 的思想。企業(yè)要做到盡量按期交貨，既不提前也不拖期，減少庫存費用和拖期懲罰費用。因此，以準時生產(chǎn)為目標的提前/拖期問題逐漸成為一個越來越受重視的研究領域。訂單的制造期，從總體上反映了車間設備的利用效率。制造期結合車間單位時間的運行費用

60、，可以得出車間在制造期內(nèi)的總體運行費用。</p><p>　　在本文的變批量調(diào)度研究中，調(diào)度模型需要滿足一下約束條件：</p><p>　　1.任何工件不允許提前加工。</p><p>　　2.在零時刻所有工件都可以開始加工。</p><p>　　3.不存在工序超越，所有工件都是按照工序流水中的工序先后順序進行加工。</p>&

61、lt;p>　　4.工件的優(yōu)先級相同，且不同工件的工序之間沒有任何約束關系。</p><p>　　5.工序一旦開始加工則不允許中斷。</p><p>　　6.同一個批次的工件在一臺設備必須連續(xù)加工，加工過程中不能插入其它批次的工件。</p><p>　　7.特定時刻一個設備只能加工一個工件的一道工序。</p><p>　　8.工件在特定設

62、備上的加工時間是確定的，單個工件的裝卸時間計算在加工時間內(nèi)。</p><p>　　9.工件的裝卸時間并入加工時間，工件的運輸時間并入批次輔助時間。</p><p>　　10.工件的分批規(guī)則是確定的，且在加工過程中批量不再發(fā)生變化。</p><p>　　11.除了特殊說明，緩沖區(qū)的容量無限大。</p><p>　　本文采用不同的目標函數(shù)來進行研

63、究，在滿足以上約束條件的情況下，建立以下兩個數(shù)學模型：</p><p>　　1. 用最小化提前完工懲罰費用、拖期懲罰費用以及生產(chǎn)線運行費用三者之和作為目標函數(shù):</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　s.t.</b></p><p><b>　　（2-

64、2）</b></p><p><b>　　（2-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　（2-5）</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>

65、;<b>　　式中符號定義為：</b></p><p><b>　　的完工時間</b></p><p><b>　　訂單的總生產(chǎn)周期</b></p><p><b>　　的提前完工時間</b></p><p>　　單位提前完工時間的懲罰費用</p&g

66、t;<p><b>　　的拖期完工時間</b></p><p>　　單位拖期完工時間的懲罰費用</p><p>　　生產(chǎn)線單位時間的運行費用</p><p><b>　　表示第k種零件</b></p><p><b>　　表示的第L個</b></p>

67、<p><b>　　的需求數(shù)量為</b></p><p><b>　　的交貨期為</b></p><p>　　2. 用最小化總生產(chǎn)周期作為目標函數(shù):</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p><b>　　訂單的總生產(chǎn)周期</b&

68、gt;</p><p>　　2.5 變批量調(diào)度研究現(xiàn)狀</p><p>　　Job-Shop批量調(diào)度問題在實際生產(chǎn)中已得到廣泛的應用，然而國內(nèi)外對這方面的研究卻不多。南京航空航天大學孫志峻老師對批量調(diào)度進行了一定的研究，以優(yōu)化生產(chǎn)周期為目標獲得了最優(yōu)調(diào)度，但是沒有考慮工件輔助加工時間。Jeong采用啟發(fā)式方法研究了單工藝路線生產(chǎn)車間動態(tài)批量分批調(diào)度，區(qū)分了生產(chǎn)輔助時間與加工時間，先把一批工

69、件作為整體調(diào)度，然后按照分批原則進行調(diào)整，在一定程度上改進了調(diào)度性能。潘全科采用遺傳算法，假定了最小加工批量，研究了生產(chǎn)車間多工藝路線的批量調(diào)度問題，其以優(yōu)化生產(chǎn)周期為目標，提出了一種基于工序優(yōu)先級的調(diào)度算法。Candido和Khatorlnl經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)把一批工件分多次運輸能縮短生產(chǎn)周期。Chinyao Low研究了等量和非等量的分批方式對調(diào)度性能的影響，其結論認為等量分批的性能要優(yōu)于非等量分批。Felix將批量調(diào)度問題分解成兩個獨立

70、的問題來解決：1、確定分批的方案（包括子批次數(shù)以及各子批次的批量）2、分批的方案確定后，如何進行調(diào)度。最后通過遺傳算法進行了求解。在研究的過程中，他將1，2兩個問題分別求解無法說明其為全局最優(yōu)解。Udo Buscher以最小化加工周期為優(yōu)化目標</p><p>　　第三章 車間作業(yè)變批量調(diào)度算法研究</p><p>　　3.1 區(qū)分批次準備時間和工件加工時間</p><

71、;p>　　傳統(tǒng)的調(diào)度方法往往把批次準備時間、工件裝卸時間都包含在工件加工時間內(nèi)。事實上，工件裝卸是在工件到達后進行的工作，它耗費的時間是可以統(tǒng)一計入工件加工時間內(nèi)的，而調(diào)整機床刀具和夾具是在工件到達之前就可以進行的工作，如果事先知道加工工件的后續(xù)工序的加工機床，提前做好批次準備工作，工件到達后就可以立即開工，這樣也就縮短了生產(chǎn)周期。</p><p>　　下面就舉個簡單的例子來說明此問題：</p>

72、<p>　　假設有批量大小為5的一種工件，包含兩道工序，第一道工序在機床1上加工，加工時間為4，批次準備時間為5，第二道工序在機床2上加工，加工時間為6，批次準備時間為5。則不提前進行批次準備的調(diào)度結果如圖3-1，生產(chǎn)周期為60。區(qū)分批次準備時間和工序加工時間的調(diào)度結果如圖3-1，生產(chǎn)周期縮短為55。</p><p><b>　　圖3-1</b></p><

73、p><b>　　圖3-2</b></p><p><b>　　3.2 分批策略</b></p><p>　　3.2.1 分批基本理論</p><p>　　分批劃分，即把一批工件分成若干較小批量，對每一小批量工件獨立運輸和加工。</p><p>　　基于機器負荷分批算法的基本思想為：零件會長時間

74、占有機床，從而使其它種類的零件處于等待狀態(tài)而不能被及時加工，而有些機床會由于得不到零件而處于空閑狀態(tài)。如果將加工時間很長的零件適當劃分子批，則既可以減少零件的等待時間，又可以減少機床的空閑時間，從而縮短最大完成時間。</p><p>　　基于最大完成時間的分批算法基本思路是：首先確定分批數(shù)；然后計算每個子批包含的工件數(shù)，計算每道工序的加工時間，并加上工序的準備時間。這時每個子批可以看成一個獨立的工件，所有工件在車

75、間中的加工方式便成了平行移動方式，按下面的公式計算一類工件單獨加工的最大完成時間：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中，T為最大完成時間；m為工序數(shù)；n為批數(shù)；ti為第i工序的加工時間；tL為最長工序的加工時間。算出某種批數(shù)情況下的最大完成時間，與前一種批數(shù)的最大完成時間比較，若前者大，則算法停止，否則繼續(xù)增加分批數(shù)。</p

76、><p>　　分批算法首先要考慮如何分批，其次要對各子批的加工進行排序。在一次迭代過程中，當分批方案確定后，批數(shù)、每個子批包含的工件數(shù)都已經(jīng)確定，可以視為確定性作業(yè)車間調(diào)度問題，唯一不同的是，同臺機器上同類工件的不同子批連續(xù)加工時，不需要工序準備時間。</p><p>　　3.2.2 批量大小與生產(chǎn)周期的關系</p><p>　　在作業(yè)車間變批量調(diào)度問題中，生產(chǎn)批量與生

77、產(chǎn)周期存在U型關系，如圖3-3，即過大過小的批量都會導致較長的生產(chǎn)周期。</p><p>　　圖3-3 加工批量與生產(chǎn)周期的U型關系示意圖</p><p>　?。?）加工批量過小?？傆媱澚恳欢?，當工件加工批量過小時，工件的子批數(shù)量相應增大，將導致機床的調(diào)整時間和工件的運輸搬運時間增加，導致生產(chǎn)周期變長，同時增加了生產(chǎn)管理的難度。而且隨著子批數(shù)量的增大，問題的搜索空間也會相應增大，造成算法的

78、搜索效率下降，所求調(diào)度解的質量也會相應下降，那么生產(chǎn)周期也會變長。</p><p>　　（2）加工批量過大?？傆媱澚恳欢ǎ敼ぜ庸づ窟^大時，較大批量工件占有當前正在加工的機床，會使后續(xù)機床長時間處于閑置等待狀態(tài)，從而降低工作效率，另外，這樣也會造成個別機床生產(chǎn)負荷過重，這樣不僅導致工作效率下降、設備負荷不均、資源利用不平衡，而且會使生產(chǎn)周期增大。</p><p>　　由于車間生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)

79、度與工件批量分割有關，確定批量分割與工件加工排序的最優(yōu)組合成為解決問題的關鍵。適當?shù)呐糠指罘椒ú坏苡行p少機床的空閑等待時間，提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，而且可以盡可能減少所分得的子批數(shù)量。</p><p>　　3.2.3 本文分批策略的選擇</p><p>　　通常情況下，一共有四種不同的分批方式：1、等批量分割，子批次間無間歇時間；2、等批量分割，子批次間有間歇時間；3、不等批量分

80、割，子批次間無間歇時間；4、不等批量分割，子批次間有間歇時間。對于方式1和方式3而言，它們與不分批沒有本質的區(qū)別，有學者對方式2和方式4進行了研究，結果表明等量分批方式的性能要優(yōu)于非等量分批方式，而且非等量分批將增大車間現(xiàn)場管理的難度。因此，本文將采用等量分批的策略。</p><p>　　在已有的批量調(diào)度研究過程中，不管是等量分批還是非等量分批，大多數(shù)學者都認為生產(chǎn)批量可以為任意整數(shù)值，他們在此假設基礎上進行優(yōu)化

81、計算。在實際生產(chǎn)實踐中，這種假設有很大的局限性，因為有諸多因素限制批量的大小: 1、原材料限制；2、工裝夾具限制；3、質量控制要求；4、零件裝配要求。</p><p>　　1、原材料限制：機加工生產(chǎn)中，很多零件的原材料都是棒料或者型材等形式。為了保證最大的材料利用率和減少切割次數(shù)，一般都存在一個切割數(shù)量的參考數(shù)值。同時，對于同一種棒料，不同個體的性能也會存在區(qū)別，一般要求會要求同原料的零件一起加工以保證產(chǎn)品質量。

82、</p><p>　　2、工裝夾具限制：零件在加工過程中，通常需要各種各樣的夾具進行定位、輔助加工。在某些情況下，為提高生產(chǎn)效率，很多夾具都設計成同時裝配多個零件的形式。</p><p>　　3、質量控制的要求：零件的加工最終目的是生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，質量控制是伴隨著整個加工過程。目前，實際生產(chǎn)使用較多的質量管理SPC、SPD等方法，都對零件的加工批量有一定的限制。</p>&

83、lt;p>　　4、零件裝配的要求：零件在加工過程中必然存在誤差，同一批次加工的零件，其誤差的同向性較好。取同一批次的零件進行裝配，不僅易于裝配，而且也有利于提高整體性能。</p><p>　　綜合考慮以上幾個方面，本文認為存在一個基準批量的概念。在組織生產(chǎn)時，應該按照基準批量值的整數(shù)倍進行分批、投產(chǎn)。</p><p>　　綜合考慮以上因素，本文將采用基準批量加等量分批的策略。實際處理

84、過程中，可能存在不能嚴格按基準批量的倍數(shù)進行等量分批的情況，在這種情況下可以將多余零件并入最后一個批次。</p><p>　　描述為：零件A需求數(shù)量為D，基準批量值為B</p><p><b>　　分批數(shù)量的取值為：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b

85、>　　批量L為：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　對于D小于B的特殊情況不進行分批操作。</p><p>　　3.3 eM-Plant仿真方法分析</p><p>　

86、　3.3.1 遺傳算法的應用分析</p><p>　　遺傳算法在車間作業(yè)調(diào)度上的應用，是近年來才發(fā)展起來的研究方向。車間生產(chǎn)過程中，涉及到的可變因素非常多，導致生產(chǎn)調(diào)度問題在很多情況下使用數(shù)學模型難以精確求解。目前在現(xiàn)實生產(chǎn)中，調(diào)度員往往主要靠經(jīng)驗來進行調(diào)度，效率低，調(diào)度的有效性也無法保證。自從遺傳算法引入生產(chǎn)調(diào)度問題后，很多專家學者都運用遺傳算法進行求解并取得了一些研究成果，但是在研究過程中也反映出了遺傳算法在

87、解決車間調(diào)度問題上的一些局限性：</p><p>　　第一，在運用遺傳算法時必須建立相應的數(shù)學模型。鑒于車間調(diào)度問題的復雜性要建立起考慮車間各種因素的數(shù)學模型相當困難，因此學者們在進行研究時只能考慮最基本的約束（也即古典車間調(diào)度問題），這就造成了研究結果與應用實踐的脫節(jié)，往往結果只有理論上的意義不能直接用于生產(chǎn)實踐。</p><p>　　第二，遺傳算法是一種很好的算法框架，它不依賴于問題的

88、種類，因此應用范圍非常廣泛。但正是由于這個原因，我們在運用遺傳算法時，需要通過大量的編程才能實現(xiàn)算法的流程，對研究人員的編程能力要求較高。尤其是在車間調(diào)度這類復雜的問題上，如果要考慮的變量較多，算法的編程周期肯呢過較長。</p><p>　　第三，運用遺傳算法求解車間調(diào)度問題時，即使是車間的生產(chǎn)線局部發(fā)生改變，也會導致需要修改算法程序。在實際的生產(chǎn)車間中，生產(chǎn)線的情況往往是多變的，因此遺傳算法的靈活性有待提高。&

89、lt;/p><p>　　3.3.2 仿真方法的應用分析</p><p>　　仿真技術作為解決車間調(diào)度問題的一種主要支持工具，早已被人們廣泛接受，而且一直是熱門的研究領域。武漢科技大學的黃竹君和熊禾根教授分析了動態(tài)車間調(diào)度的特點，利用仿真的方法研究了各種啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則對生產(chǎn)的實際調(diào)度性能，從而為啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則在車間作業(yè)計劃中的應用提供了重要的選擇依據(jù)。四川大學的唐茂和劉勝青教授對敏捷化車間調(diào)度作

90、業(yè)流程進行了深入分析，提出了適用于并行多機和作業(yè)車間生產(chǎn)類型的智能調(diào)度算法，并利用仿真的方法進行了驗證。重慶大學的蔣勝龍和鄭忠教授利用仿真的方法研究煉鋼車間的調(diào)度問題，張啟忠和陳曉慧教授利用仿真研究了鋼管生產(chǎn)線的車間調(diào)度問題，建立了生產(chǎn)線的仿真模型，制定了多種可行的調(diào)度策略，最后通過多次仿真進行了策略效果的驗證。</p><p>　　隨著基于仿真的調(diào)度方法研究的不斷深入，我們發(fā)現(xiàn)在單獨使用仿真方法處理調(diào)度問題時存

91、在著諸多局限性。從根本上來講，仿真調(diào)度的基本原理是：根據(jù)生產(chǎn)車間的實際邏輯建立仿真調(diào)度模型，然后按照一定的調(diào)度決策規(guī)則，在模型上模擬整個生產(chǎn)作業(yè)過程，對該模擬過程中系統(tǒng)狀態(tài)的變化進行記錄，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理產(chǎn)生相應的性能數(shù)據(jù)。因此仿真調(diào)度方法實際上是一種實驗性和試探性的方法，雖具有較強的適應性但不是一種系統(tǒng)優(yōu)化法，不能求系統(tǒng)的最優(yōu)解，只能讓人們依據(jù)對系統(tǒng)模型動態(tài)運行的效果，進行反復仿真，實現(xiàn)間接的優(yōu)化。這樣在進行研究時，為了尋找最優(yōu)化

92、的方法，需要進行多次重復仿真。對于像車間調(diào)度這類大規(guī)模的問題上，如果單獨使用仿真的方法進行優(yōu)化則人工參與的工作量過大，難以尋找到最優(yōu)解。</p><p>　　3.3.3 運用eM-Plant進行仿真的基本思想</p><p>　　車間調(diào)度的研究由來已久，產(chǎn)生了形形色色的方法，但是這些算法單獨使用時總會存在一些劣勢。因此，通過幾個算法的結合，可以使其相互取長補短，達到一個比較理想的效果。遺傳

93、算法的主要劣勢在于處理復雜的車間調(diào)度問題時，數(shù)學模型的建立比較困難，同時要實現(xiàn)算法流程需要的編程工作量較大且不易于修改模型；其優(yōu)勢主要在于可以對各種可行方案進行迅速優(yōu)化，在較短時間內(nèi)可以得出最優(yōu)解或近優(yōu)解。仿真方法的主要劣勢在于它是一種實驗性質的方法，在大多數(shù)情況下都是用于對某個可行方案進行評價，而無法直接進行方案的自動優(yōu)化；其優(yōu)勢主要在于可以通過成熟的仿真軟件迅速對實際生產(chǎn)車間進行建模反映車間的運行邏輯，并且模型修改十分方便，靈活性高

94、。</p><p>　　eM-Plant軟件有內(nèi)置的GA優(yōu)化模塊，通過使用eM-Plant軟件來進行仿真，可以結合遺傳算法與仿真的方法，我們可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢進行互補，從而達到一個較理想的狀態(tài)。</p><p>　　3.4 零件投產(chǎn)順序</p><p>　　在生產(chǎn)作業(yè)計劃安排中，其中一個最基本的工作就是確定零件的投產(chǎn)順序，即排序問題。尤其當零件分成多個批次進行生

95、產(chǎn)時，零件生產(chǎn)過程中的資源爭用將會大量增加，這時訂單中所有零件分批完成后得到的批次相互之間的投產(chǎn)順序對整個調(diào)度的性能影響將更大。因此調(diào)度過程中，各個批次進入生產(chǎn)系統(tǒng)的順序即投產(chǎn)順序，是調(diào)度過程中需要進行優(yōu)化的一個問題。</p><p>　　eM-Plant不僅提供了優(yōu)秀的可視化仿真建模功能，同時也包含了功能強大的基于遺傳算法工程優(yōu)化模塊，該模塊可以和系統(tǒng)的仿真模型進行無縫結合，也就是說在不需要對模型進行任何修改的

96、前提下，可以對模型進行各種優(yōu)化，從而獲得最佳的方案。同時，它還內(nèi)置了幾種常見的優(yōu)化任務：序列優(yōu)化、數(shù)值范圍優(yōu)化、選擇優(yōu)化等，用戶通過簡單設置即可非常方便的利用這些功能。本文的投產(chǎn)順序優(yōu)化問題是典型的序列優(yōu)化問題，所以可以通過序列優(yōu)化模塊來完成。因此在本文中，對于零件批次投產(chǎn)順序的優(yōu)化利用仿真平臺的序列優(yōu)化功能進行處理，優(yōu)化目標與目標函數(shù)相同。這樣就形成了一個內(nèi)層優(yōu)化方案：對于種群中的每一個分批方法將存在多種不同的投產(chǎn)順序，在仿真過程中可

97、以對投產(chǎn)順序進行優(yōu)化，提高算法的全局優(yōu)化性，形成最優(yōu)的調(diào)度方案。然后將最優(yōu)方案計算所得的目標函數(shù)值返回到外層遺傳算法，作為對應該個體的適應度值。</p><p>　　3.5 緩沖區(qū)中的零件加工順序</p><p>　　當設備上發(fā)生多個零件等待時，如何安排等待零件的加工順序是我們在調(diào)度過程中需要解決的一個問題。對于此問題總的來說有兩類解決方案，一類是采用各種智能算法進行優(yōu)化計算；另一類是采用

98、基于規(guī)則的啟發(fā)式方法。這兩種方法各有優(yōu)劣，智能算法更易于得到最優(yōu)解，但是計算復雜不容易操作；而基于規(guī)則的啟發(fā)式算法簡單易行且易于滿足各種約束，但是要求得最優(yōu)解較難。鑒于批量調(diào)度問題的復雜性，本文采用基于規(guī)則的啟發(fā)式方法來解決此問題。具體操作方式是：根據(jù)相應的規(guī)則，將設備的等待隊列中任務排列好，每當有新任務進入等待隊列時就必須重新進行排列。在實際的生產(chǎn)過程中，常用的啟發(fā)式規(guī)則如表3-1所示。</p><p><

99、;b>　　表3-1</b></p><p>　　在眾多規(guī)則中FIFO對于減少平均通過時間是最優(yōu)的。因此，根據(jù)我們建立的調(diào)度模型可知采用FIFO的規(guī)則來決定工件的加工順序對于獲取優(yōu)化的調(diào)度方案是有利的，所以本文采用FIFO的規(guī)則。</p><p>　　第四章 車間作業(yè)變批量調(diào)度仿真</p><p>　　本章根據(jù)對Job-shop車間變批量調(diào)度問題的需

100、求分析以及車間生產(chǎn)運行邏輯的調(diào)研，結合本文所述的針對變批量調(diào)度問題的算法，運用先進的建模和仿真工具eM-Plant，結合應用面向對象的方法，進一步深入細化車間作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的模型。利用eM-Plant中的SimTalk語言對各個對象及活動進行編程控制，使得整個系統(tǒng)模型的邏輯層次更加清晰，以選擇出較優(yōu)的調(diào)度策略，合理的較優(yōu)的作業(yè)計劃，很好地描述了基于車間作業(yè)生產(chǎn)的特性模型。</p><p>　　4.1 仿真實例總體方

101、案</p><p>　　4.1.1 仿真流程</p><p>　　eM-Plant仿真流程圖如圖4-1</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　4.1.2 主要步驟</p><p>　　本仿真實例的主要步驟是：</p><p>　　1. 分析需求、

102、確定目標：應該對所研究的系統(tǒng)進行全面的了解，確定仿真研究的所要達到的目標，以及主要的實現(xiàn)的方案包括算法、實現(xiàn)環(huán)境等。</p><p>　　2. 采集相關數(shù)據(jù)：對車間進行調(diào)研，收集系統(tǒng)相關的數(shù)據(jù)包括設備情況、任務情況以及有關的基礎數(shù)據(jù)。</p><p>　　3. 相關軟件選型：分析各種仿真軟件的特性，確定具體的仿真平臺。</p><p>　　4. 建立仿真模型：根據(jù)所

103、收集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在仿真平臺上建立相應的仿真模型。在仿真模型中設置好相應的參數(shù)。</p><p>　　5．實現(xiàn)相關控制函數(shù)：根據(jù)算法中所設計的功能，在仿真模型中實現(xiàn)各種控制函數(shù)。</p><p>　　6. 進行實驗性仿真：確保模型的有效性。</p><p>　　7. 進行仿真。運行仿真程序，得出仿真結果。</p><p>　　8. 對結果進行分

104、析，評價算法的有效性。</p><p>　　4.2 仿真軟件介紹</p><p>　　eM-Plant軟件是Tecnomatix公司采用C++開發(fā)的主要用于生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的建模與仿真的軟件系統(tǒng)，是面向對象的、圖形化的、集成建模和仿真工具，其系統(tǒng)結構和實施都滿足面向對象的要求。許多世界級的制造商和物流系統(tǒng)開發(fā)商都在使用eM-Plant做全局規(guī)劃，用它來評估不同的方案以做出科學的生產(chǎn)、經(jīng)營

105、決策。軟件的面向對象的技術可以幫助生產(chǎn)結構合理的層次模型，同時考慮了外部和內(nèi)部的供應鏈、生產(chǎn)資源和與生產(chǎn)和經(jīng)營過程相關的環(huán)節(jié)。</p><p>　　這里，對一些eM-Plant的功能作綜合介紹：</p><p><b>　　1. 用戶界面</b></p><p>　　面向對象的圖形用戶環(huán)境，具有窗口、菜單和鼠標功能；圖形化表示模型信息；面向應用

106、的對話窗口的數(shù)據(jù)輸入；用戶定義對話窗口；屏幕的布局控制；集成的工作環(huán)境；漸進式的建模方式；非程序化的操作；在線幫助。</p><p><b>　　2. 建模的方法</b></p><p>　　eM-Plant不需要預先進行過程的定義：交互式面向對象的建模環(huán)境將對象的圖形與邏輯關系集成在一起，可在模型建立后隨時對某些單元進行修改和定義，且修改完畢，模型能繼續(xù)運行。<

107、;/p><p>　　eM-Plant軟件具有豐富的建模單元，能夠模擬和模仿生產(chǎn)和運輸系統(tǒng)。</p><p>　　物料移動單元有：產(chǎn)生加工品的單元，用于對加工品送料口的建模；物體單元，用于對加工品的建模；分流口單元，用于對分合流口的建模；單處理單元，用于對加工單元的建模；雙處理單元，用于對雙加工單元的建模；排序單元，用于對排列工序的建模；軌道單元，用于對道路的建模；小車單元，用于對運輸車輛的建模

108、；線單元，用于對輸送帶的建模；緩沖區(qū)單元，用于對緩沖站的建模；調(diào)控單元，用于對調(diào)節(jié)分配資源的人的建模；出戰(zhàn)單元，用于出站口的建模；仿真鐘，控制仿真的運行。</p><p>　　信息流單元有：表文件單元，可將統(tǒng)計的數(shù)據(jù)放入表單元中；觸發(fā)器單元，控制程序調(diào)用與否及調(diào)用條件，對于面向對象建模的仿真尤其吻合現(xiàn)實；文件接口單元，可將仿真統(tǒng)計出的數(shù)據(jù)與其他應用程序進行通信；文件連接單元，可將其他應用程序生成的文件為eM-Pl

109、ant使用；程序單元，控制仿真的運行條件。</p><p>　　3. 建模中的信息處理</p><p>　　eM-Plant提供了一種類似C的仿真開發(fā)語言SimTalk，它可以通過簡單的命令和語言結構，建立面向對象的建模語言來完成對象間信息的傳遞，或同來彌補基本對象的其他功能，這使得eM-Plant使用的彈性很大，能夠針對不同的行業(yè)進行物流仿真，使用戶可通過編程實現(xiàn)對仿真流程的控制。<

110、;/p><p>　　4. 使用遺傳算法對系統(tǒng)參數(shù)進行自動優(yōu)化，本文主要利用此模塊進行車間作業(yè)調(diào)度優(yōu)化。</p><p><b>　　5. 仿真</b></p><p>　　在開始仿真時，進行任意的裝載；在仿真過程中可以存儲模型狀態(tài)；在仿真過程中改變模型和參數(shù)；任意設置仿真的速度；仿真中能夠進行數(shù)據(jù)交換；在仿真中或仿真完成后，對模型值進行圖形表示和評

111、估。</p><p>　　4.3 仿真模型基本元素</p><p>　　實現(xiàn)車間作業(yè)變批量調(diào)度仿真的第一步是建立系統(tǒng)的仿真模型，車間調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)一般包含下面幾類設備資源，在eM-Plant中逐一進行創(chuàng)建。</p><p><b>　?。?）機床類</b></p><p>　　車間調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的機床類設備可以視為工作站。一般的

112、加工單元可以用SingleProc來建立模型。SingleProc從與它連接的上一個物流對象獲得移動對象MU（Moving Units），在SingleProc中可以設置該加工單元的加工時間（Processing time）、準備時間（Set-up time）、故障恢復時間（Recovery time）等，還可以設置工件進出該加工單元的動作，可以很方便地對加工設備進行仿真。工作站是生產(chǎn)線上最基本的實體單元，其對象功能有其成員函數(shù)完成，如