制造業(yè)生產(chǎn)調(diào)度體系的研究

摘要：面對(duì)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(dòng)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(duì)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(wèn)題，并概括了系統(tǒng)集成視角下的生產(chǎn)調(diào)度方法。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(dòng)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

Manufacturing production scheduling system

Dong Peng1， Yu Changli2， Dong Yinhong3， Cui Chunsheng4， Dong Naiquan5， Zhao Lianghui6

（1.Carlisle (Meizhou) Rubber Manufacturing Co.， Ltd， Meizhou，514759，Guangdong，China;2. School of Naval Architecture，Harbin Institute of Technology，Weihai 264209，Shandong，China；3. School of management，South-Central Nationalities University ，Wuhan， 430074，Hubei，China;4. School of Computer，Henan University of Economics and Law，Zhengzhou 450046，Henan，China;5. Tianjin Electronics Institute of Information Technology Translation， 300132，Tian Jing，China;6. School of Management， Wuyi University， Jiangmen 529020）

Abstract: In the face of random customer demand， manufacturing production scheduling system should promote the rapid production， dynamic and agility. The paper takes the manufacturing production scheduling system for research object， from the production workshop scheduling objectives， methods， tools， resources and other basic elements with， summed up the traditional production scheduling system in the actual production problems， and a summary of system integration from the perspective of production scheduling method. Application of system integration thought， discusses the supply chain under the environment of the manufacturing production scheduling system model， finally proposed the production scheduling system integration， dynamic， efficient， flexible and intelligent scheduling visualization and development direction.

Keyword: Production Scheduling System System Integration Production Uncertainty

引言

在生產(chǎn)過(guò)程中，很多企業(yè)實(shí)際加工時(shí)間占總加工時(shí)間不到15％，而有85％以上的時(shí)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(shí)間里，切削時(shí)間僅占30％，其余70％的時(shí)間用于零件裝夾及定位、及用于換刀具、測(cè)量、機(jī)床調(diào)整、消除屑末等，多數(shù)機(jī)器90％的時(shí)間處于閑置狀態(tài)。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(guò)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(kù)存、裁減雇員、精簡(jiǎn)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。作業(yè)車間調(diào)度問(wèn)題的研究于1950年展開，國(guó)內(nèi)外對(duì)于生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的諸多研究可以歸結(jié)為兩個(gè)方面：生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的建模和生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題算法設(shè)計(jì)與分析。雖然對(duì)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。

調(diào)度與很多其他經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)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(gòu)供應(yīng)計(jì)劃等。而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，車間生產(chǎn)調(diào)度過(guò)程是一個(gè)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(guò)程獲得準(zhǔn)確信息，充分合理的利用與配置加工過(guò)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(shí)間、降低生產(chǎn)和人工成本、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)調(diào)度圍繞企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行有效組織、指揮、控制和調(diào)節(jié)，根據(jù)市場(chǎng)需求變化和產(chǎn)品訂貨，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，及時(shí)應(yīng)對(duì)和解決生產(chǎn)中的各種矛盾和問(wèn)題，以保證整個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的正常進(jìn)行，保證在合適的時(shí)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。

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(wèn)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(duì)其進(jìn)行分類，就對(duì)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(dòng)態(tài)調(diào)度等；就調(diào)度方法而言，有Gantt圖、分支定界、動(dòng)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(tái)并行機(jī)、流水車間調(diào)度和作業(yè)車間調(diào)度。

1.2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(gè)加工對(duì)象確定具體的加工路徑、時(shí)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，

[求：#8201;#8201;#8201;#8201;#8201;#8201;#8201;#8201;#8201;#8201;#8201;#8201;#8201;Aa1，a2……，an目標(biāo)： #8201;#8201;#8201;#8201;#8201;Max#8201;W(A)#8201;#8201;#8201;#8201;或#8201;#8201;#8201;#8201;Min#8201;C(A)約束條件：#8201;#8201;a1，a2……an∈Ω#8201;#8201;#8201;和#8201;#8201;#8201;#8201;NA∈Φ]（1）

式中，[A]為加工對(duì)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(duì)象的時(shí)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(wèn)題常被稱為排序問(wèn)題、資源分配問(wèn)題或組織優(yōu)化問(wèn)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(gè)任務(wù)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，并使約束得到滿足，同時(shí)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(dòng)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(wèn)題求解過(guò)程是NP(Non-deterministic Polynomial)問(wèn)題，它的計(jì)算量隨問(wèn)題的規(guī)模呈指數(shù)增長(zhǎng)。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(gè)解集，如何從解集中選出一個(gè)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(wèn)題作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，由于系統(tǒng)建模方法的多樣性，以及問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)不同，調(diào)度方法和研究對(duì)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(wèn)題

實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)環(huán)境，存在著大量不確定性因素，往往會(huì)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(chǎng)，雖然每個(gè)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(shí)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(chǎng)工件到達(dá)時(shí)間隨機(jī)性和制造過(guò)程中隨機(jī)發(fā)生的擾動(dòng)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(chǎng)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。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(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)工藝流程、工時(shí)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(gè)全面細(xì)致到位的科學(xué)調(diào)度安排。計(jì)劃的及時(shí)性、均衡性、應(yīng)變性差，造成在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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。產(chǎn)品生產(chǎn)周期不能滿足客戶訂單要求的交貨期，并且各零件的加工狀態(tài)無(wú)法追蹤，生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)度不能動(dòng)態(tài)反映，嚴(yán)重影響了公司的信譽(yù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。（3）生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)未能與庫(kù)存管理系統(tǒng)進(jìn)行有效集成、無(wú)法查看即時(shí)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息或庫(kù)存情況。生產(chǎn)發(fā)生變化時(shí)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。（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(hào)安排計(jì)劃，沒有考慮到生產(chǎn)能力的平衡，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程時(shí)緊時(shí)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)在：

(1)延遲性。生產(chǎn)車間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不能夠及時(shí)地反饋到調(diào)度部門，在時(shí)間上存在很大的滯后性。調(diào)度人員對(duì)數(shù)據(jù)手工分析，進(jìn)而產(chǎn)生調(diào)度指令，時(shí)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(shí)、全面地掌握生產(chǎn)信息，增加了對(duì)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(duì)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）。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(lái)調(diào)節(jié)和控制生產(chǎn)系統(tǒng)行為，具有時(shí)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(cuò)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(shí)間變化的行為、信息集成的因素等原因，造成了優(yōu)先級(jí)的零件得不到及時(shí)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(zhǎng)的零件不能按期完成，拖延產(chǎn)品齊套時(shí)間，影響交期。不能用數(shù)字說(shuō)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(lì)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(shí)存在。

2.3 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(shí)等諸多問(wèn)題已經(jīng)影響到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，造成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)處于應(yīng)急的狀態(tài)，原材料不能按時(shí)到位，延長(zhǎng)了交貨期，有時(shí)貨物不能按時(shí)送達(dá)；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(jiǎn)約等來(lái)獲取有用的信息。（3）生產(chǎn)調(diào)度軟件的問(wèn)題。現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的不可預(yù)測(cè)擾動(dòng)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(huì)造成正反饋的累積效應(yīng)，使得計(jì)劃越來(lái)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(guò)程中，會(huì)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(wèn)題一旦出現(xiàn)，小則造成生產(chǎn)被動(dòng)，大則造成生產(chǎn)過(guò)程中斷，計(jì)劃難以完成。我國(guó)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(shí)監(jiān)控紊亂等方面的問(wèn)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(duì)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(wèn)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(guò)多、劃分過(guò)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(chǎng)變化。同時(shí)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(chǎng)時(shí)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(gè)生產(chǎn)計(jì)劃之間缺乏協(xié)商，在實(shí)施過(guò)程中經(jīng)常互相沖突。傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)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(cè)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(guò)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(guò)程和工序設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)問(wèn)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(shí)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(shì)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(guò)程中，過(guò)長(zhǎng)的計(jì)劃凍結(jié)期也會(huì)帶來(lái)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(guò)長(zhǎng)等因素使得部分半成品被迫離線，而過(guò)長(zhǎng)的計(jì)劃凍結(jié)期會(huì)造成生產(chǎn)線旁半成品的大量累積，導(dǎo)致整個(gè)計(jì)劃不能按時(shí)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(huì)造成轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中不必要的質(zhì)量損失和成本損失，也會(huì)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(cè)不準(zhǔn)、庫(kù)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。

2.7 企業(yè)中存在信息化孤島

企業(yè)在調(diào)度管理時(shí)，自動(dòng)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(shí)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(guò)批量?jī)?yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但隨著用戶對(duì)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(shí)和多樣化的產(chǎn)品。因而自動(dòng)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(guò)程優(yōu)化控制相互脫節(jié)，在過(guò)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(yíng)管理與生產(chǎn)控制。顯而易見，關(guān)鍵是如何選擇實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，使企業(yè)中大大小小的“自動(dòng)化孤島”、“信息化孤島”的信息能夠流暢地進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)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(píng)估目前沒有一個(gè)明確的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)集成視角下的生產(chǎn)調(diào)度方法

生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題同時(shí)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(wèn)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(gè)生產(chǎn)環(huán)境都是唯一的，很難用一個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的調(diào)度方案，去解決另一個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的生產(chǎn)調(diào)度。一旦求解的問(wèn)題改變，相應(yīng)的問(wèn)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(shí)，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(shí)間的一個(gè)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(shí)間。因此，將加工時(shí)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(guó)內(nèi)外企業(yè)界已把注意力轉(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(yíng)決策等功能于一體的綜合自動(dòng)化模式(CIPS)。其核心問(wèn)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益。由于生產(chǎn)環(huán)境的動(dòng)態(tài)性，生產(chǎn)領(lǐng)域知識(shí)的多樣性，調(diào)度問(wèn)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(lái)進(jìn)行生產(chǎn)領(lǐng)域管理調(diào)度問(wèn)題的研究。近20年來(lái)，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)曾總結(jié)了40種先進(jìn)的制造模式，無(wú)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。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?cè)谏a(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(lái)決定下一步操作的調(diào)度方法。Panwalker等人總結(jié)了113個(gè)啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則，將其分為簡(jiǎn)單規(guī)則、復(fù)合規(guī)則、啟發(fā)式規(guī)則，并對(duì)各規(guī)則的適應(yīng)情況做了總結(jié)。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(gè)重要的研究方向。目前有關(guān)車間調(diào)度問(wèn)題的較高效算法的研究與設(shè)計(jì)仍是整個(gè)生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)域的重要研究?jī)?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(guò)程流調(diào)度)；SCM(供應(yīng)鏈管理)等。由于調(diào)度問(wèn)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(duì)調(diào)度問(wèn)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(wèn)題不只是針對(duì)某幾臺(tái)設(shè)備，而是生產(chǎn)全過(guò)程，需要構(gòu)建起覆蓋整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的、簡(jiǎn)單有效的全流程級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)度模型。在過(guò)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(gè)很有現(xiàn)實(shí)意義的問(wèn)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(duì)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(guò)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(guò)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。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(duì)生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行合理的調(diào)度安排。而一個(gè)好的調(diào)度安排需要一個(gè)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(gè)具體車間環(huán)境且只能得到時(shí)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(wú)法考慮各種影響因素，難以反映制造的本質(zhì)特征和動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)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(gè)包羅萬(wàn)象的、普遍適用的調(diào)度策略、調(diào)度模型和算法。

4.結(jié)論及展望

適應(yīng)市場(chǎng)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(jí)的組織與控制方式對(duì)其生產(chǎn)調(diào)度要求更高，因此需要一個(gè)先進(jìn)適用的調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理，對(duì)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，最大限度地減少生產(chǎn)過(guò)程中的非增值時(shí)間。車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為一個(gè)提高車間生產(chǎn)效率、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)。其發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(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(gè)適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境不確定性和市場(chǎng)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(wú)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(gè)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(dòng)態(tài)化。在加工過(guò)程遇到擾動(dòng)和故障時(shí)，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(shí)能力信息和生產(chǎn)資源，能獲取實(shí)時(shí)生產(chǎn)和調(diào)度信息，企業(yè)資源利用得到優(yōu)化。

(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(wèn)題的最優(yōu)或次優(yōu)解，并能對(duì)找到的解進(jìn)行評(píng)估。其中，混合車間調(diào)度算法是當(dāng)前和未來(lái)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(wú)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(huì)智能，對(duì)開放、動(dòng)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(lái)越多的應(yīng)用。

(4)柔性化。在傳統(tǒng)的車間調(diào)度問(wèn)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(dòng)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)限制已被突破，工件具有多個(gè)可選擇的加工路線，即路徑柔性已成為生產(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(wú)辜等待時(shí)間，對(duì)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(shí)也支持?jǐn)?shù)據(jù)的自動(dòng)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(lái)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(tái)機(jī)器設(shè)備或者每位工作人員從明天到未來(lái)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(dòng)力。將信息技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)、工業(yè)過(guò)程控制技術(shù)等相結(jié)合，通過(guò)信息化帶動(dòng)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。

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作者簡(jiǎn)介：

1.董鵬(1980- )，男，漢族，陜西安康人，APS研究員，生產(chǎn)調(diào)度主管。研究方向：生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理、供應(yīng)鏈管理等，已經(jīng)發(fā)表30余篇論文。

2.于昌利(1981- )，男，漢族，山東威海人，博士研究生。研究方向：生產(chǎn)調(diào)度，造船精度管理、船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

3.董銀紅(1982- )，男，漢族，湖北黃岡人，中南民族大學(xué)管理學(xué)院講師，中國(guó)人民大學(xué)技術(shù)經(jīng)濟(jì)及管理博士，中國(guó)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。研究方向：企業(yè)管理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等。

4.崔春生(1974- )，男，漢族，河南南陽(yáng)人，北京理工大學(xué)博士，河南財(cái)經(jīng)學(xué)院講師。研究方向：生產(chǎn)調(diào)度智能算法、數(shù)量經(jīng)濟(jì)和系統(tǒng)過(guò)程等

5.董乃全(1957- )，男，漢族，天津靜海人，副教授，經(jīng)濟(jì)學(xué)博士，研究方向：生產(chǎn)管理、物流管理等。

6.趙良輝(1973- )，男，漢族，湖南邵陽(yáng)人，講師、博士，研究方向：生產(chǎn)調(diào)度，信息系統(tǒng)。