生產(chǎn)調(diào)度及智能優(yōu)化(chen)

1、02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度及智能優(yōu)化,24092499（O）/02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度與運(yùn)籌學(xué),Q：區(qū)別？ 聯(lián)系,生產(chǎn)調(diào)度,運(yùn)籌學(xué),02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,什么是生產(chǎn)調(diào)度,即按時(shí)間分配資源完成任務(wù)/作業(yè)的過(guò)程或方法。要求：任務(wù)/作業(yè)必須是可分割的,生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題 Q：現(xiàn)場(chǎng)有哪些,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度與生產(chǎn)計(jì)劃,都是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的規(guī)劃與控制（均考慮優(yōu)化的目的），主要區(qū)別是考慮的時(shí)間尺度不同，理論上均稱調(diào)度問(wèn)題；生產(chǎn)調(diào)度是生產(chǎn)計(jì)劃的可行性驗(yàn)證過(guò)程,生產(chǎn)計(jì)劃側(cè)重于經(jīng)營(yíng)計(jì)劃和生產(chǎn)能力的平衡，考慮的時(shí)間以月或年計(jì)的中長(zhǎng)期粗,生產(chǎn)調(diào)度則

2、在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，最主要的任務(wù)是生產(chǎn)作業(yè)的安排與資源的具體分配，涉及實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境的各種約束細(xì),02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度與生產(chǎn)計(jì)劃,生產(chǎn)計(jì)劃的制定以企業(yè)的利潤(rùn)最大化為目標(biāo)，而生產(chǎn)調(diào)度則以生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)過(guò)渡/順暢接續(xù)為目標(biāo),生產(chǎn)計(jì)劃的制定，一般是考慮靜態(tài)情況。當(dāng)生產(chǎn)因素比較穩(wěn)定和比較理想時(shí)才能達(dá)到優(yōu)化的預(yù)期目標(biāo),生產(chǎn)過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，要求生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)有一定的柔性，能適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中內(nèi)、外因素的異動(dòng)，以便準(zhǔn)確而靈活地完成生產(chǎn)計(jì)劃；生產(chǎn)調(diào)度側(cè)重于生產(chǎn)裝置的分配利用和物料平衡,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng),優(yōu)化系統(tǒng)可根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)、供、銷狀況，以企業(yè)綜合效益為目標(biāo)，建立合適

3、的數(shù)學(xué)模型，依一定方法求解，分別考慮企業(yè)內(nèi)外約束，進(jìn)而獲得最優(yōu)計(jì)劃；計(jì)劃的實(shí)施，必須充分利用現(xiàn)有資源，優(yōu)化資源配置，提高生產(chǎn)決策的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)效益的最大化,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的功能,計(jì)劃的分解：一般采用時(shí)間分配方法，即滾動(dòng)計(jì)劃,動(dòng)態(tài)監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括數(shù)據(jù)的采集、關(guān)鍵參數(shù)的歷史趨勢(shì)圖分析、圖表及工藝流程的顯示。平衡協(xié)調(diào)，包括外部的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)兩大系統(tǒng)產(chǎn)供銷，內(nèi)部生產(chǎn)過(guò)程人員工位器具等,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的特點(diǎn),復(fù)雜性； 隨機(jī)性； 多約束； 多目標(biāo),Q: 維修作業(yè)調(diào)度 系統(tǒng)特點(diǎn)的表達(dá),02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的一般描述,語(yǔ)義描

4、述：目標(biāo)-任務(wù)集合-資源集合-約束條件； 數(shù)學(xué)描述調(diào)度問(wèn)題的數(shù)學(xué)符號(hào)表達(dá),生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的性能指標(biāo),能力指標(biāo)：最大生產(chǎn)率、最短生產(chǎn)周期等； 成本指標(biāo)：最大利潤(rùn)、最小費(fèi)用等； 客戶滿意度指標(biāo)：最短交付期（提前拖期懲罰）等,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的分類,依模型變量分類：1）連續(xù)變量問(wèn)題；2）離散變量問(wèn)題/組和優(yōu)化問(wèn)題（combinatorial optimization problem: COP） 依生產(chǎn)過(guò)程輸出：1）連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程（連續(xù)的產(chǎn)品流）；2）間隙生產(chǎn)過(guò)程（離散批量）/批處理過(guò)程批處理調(diào)度問(wèn)題；3）離散生產(chǎn)過(guò)程（離散數(shù)量）車(chē)間調(diào)度問(wèn)題 按調(diào)度目標(biāo)：總的作業(yè)時(shí)間最短、總的

5、延遲時(shí)間最小等 其他：依人物特點(diǎn)：可否終端、加工時(shí)限、順序約束等,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的分類,車(chē)間調(diào)度問(wèn)題,車(chē)間 調(diào)度,加工設(shè)備的分配,工件的加工時(shí)間與加工順序,實(shí)質(zhì),生產(chǎn)調(diào)度,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的分類,流水車(chē)間調(diào)度問(wèn)題,分類（基于加工時(shí)間或交付期）：確定型、隨機(jī)型和模糊型/滿意型,生產(chǎn)調(diào)度,02.01.2021,NP難題 工程近似 可用解,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的分類,作業(yè)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題,JSP問(wèn)題可以采用整數(shù)線性規(guī)劃模型描述。前提假設(shè)：所有的任務(wù)在零時(shí)刻都可用，且無(wú)設(shè)備故障，任務(wù)在機(jī)器上執(zhí)行時(shí)間事先已知,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的分類,間隙生

6、產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題,分類：多產(chǎn)品（multi-product）間隙生產(chǎn)過(guò)程所有產(chǎn)品生產(chǎn)順序相同，加工路徑相同，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程分成若干個(gè)生產(chǎn)階段，每個(gè)階段包含若干并行設(shè)備。類似Flow-shop和多用途或多目的（multi-purpose）間隙生產(chǎn)過(guò)程可以是不同的生產(chǎn)線、不同的路徑、不同的工序，可通過(guò)設(shè)備的組織來(lái)調(diào)整。類似Job-shop,排序的 問(wèn)題,中間產(chǎn)品 存儲(chǔ)策略,等待時(shí)間 切換時(shí)間,上層組織路經(jīng)與時(shí)間分配 下層設(shè)備與資源分配決策,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的分類,動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題,靜態(tài)調(diào)度：調(diào)度環(huán)境和任務(wù)已知的前提下的所謂的事前調(diào)度方法例行維修作業(yè),動(dòng)態(tài)調(diào)度：也稱再調(diào)度，指在調(diào)度環(huán)

7、境和任務(wù)存在不可預(yù)見(jiàn)的擾動(dòng)情況下的調(diào)度方案，即依賴于事前調(diào)度環(huán)境和任務(wù)也與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)例行+非例行維修作業(yè),為適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的不確定性和隨機(jī)性，一般采用周期性調(diào)度和再調(diào)度相結(jié)合的策略,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的分類,動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題（續(xù),動(dòng)態(tài)調(diào)度形式：滾動(dòng)調(diào)度（rolling scheduling）和被動(dòng)調(diào)度（reactive scheduling,被動(dòng)調(diào)度目標(biāo)是盡可能維持原靜態(tài)調(diào)度水平，既保持原有的性能指標(biāo),滾動(dòng)調(diào)度：移動(dòng)時(shí)間段內(nèi)的生產(chǎn)調(diào)度； 被動(dòng)調(diào)度：隨生產(chǎn)過(guò)程變化而不可行的調(diào)度的修正,動(dòng)態(tài)調(diào)度的 實(shí)時(shí)性要求,Q：變化（加工時(shí)間、任務(wù)、設(shè)備故障等）調(diào)機(jī)作業(yè),02.01.202

8、1,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度方法,分類：優(yōu)化調(diào)度方法和啟發(fā)式調(diào)度方法,優(yōu)化調(diào)度：精確求解解析模型而獲得最優(yōu)解、近似求解得次優(yōu)解；基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)規(guī)劃；適用：小規(guī)模優(yōu)化問(wèn)題,啟發(fā)式調(diào)度：包括基于規(guī)則的方法、基于人工智能的方法、隨機(jī)搜索方法、基于仿真的方法等，立足當(dāng)前，追求局部最優(yōu)而非全局最優(yōu),方向：二者結(jié)合,啟發(fā)推理,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度,生產(chǎn)調(diào)度方法（續(xù),Model-based and model-free,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法（heuristics algorithm,語(yǔ)義性描述：一個(gè)基于直觀或者經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造的算法，在可接受的代價(jià)下，給出待解決組合優(yōu)化問(wèn)題的一個(gè)可

9、行解,未定義可行解與最優(yōu)解的距離,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法（heuristics algorithm,Johnson問(wèn)題：以最大流程時(shí)間為目標(biāo)的兩臺(tái)機(jī)器流水車(chē)間調(diào)度問(wèn)題依Johnson規(guī)則確定其最優(yōu)調(diào)度,問(wèn)題描述：n 個(gè)工件在機(jī)器1和機(jī)器2上的加工時(shí)間分別為ti1和ti2 ，目標(biāo)是給出最短生產(chǎn)周期的產(chǎn)品序列,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法（heuristics algorithm,基于Johnson規(guī)則構(gòu)造最優(yōu)調(diào)度，步驟如下,02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法（heuristics algorithm,例,問(wèn)題的關(guān)鍵是啟

10、發(fā)式規(guī)則的建立,啟發(fā)式算法通常是以犧牲計(jì)算時(shí)間為代價(jià),02.01.2021,生產(chǎn)調(diào)度的啟發(fā)式算法,啟發(fā)式算法（heuristics algorithm,常用啟發(fā)式規(guī)則： 用優(yōu)先分配規(guī)則來(lái)解決工序中可能的加工沖突（要求算法有識(shí)別所有加工沖突的能力） 基于隨機(jī)分配規(guī)則的啟發(fā)式算法：每一工序都對(duì)應(yīng)啟發(fā)式規(guī)則集/族中的任意規(guī)則，規(guī)則可重用，全部工序遍歷一遍后即可找到生產(chǎn)活動(dòng)調(diào)度工序順序集,02.01.2021,遺傳算法,遺傳算法：借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機(jī)制的隨機(jī)算法,原理：始于多個(gè)初始解，然后通過(guò)一定規(guī)則進(jìn)行逐步迭代產(chǎn)生新的解，合成解集，通過(guò)對(duì)解集中解的性質(zhì)的判斷，篩出需要的解,02.01.20

11、21,遺傳算法,遺傳算法：借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機(jī)制的隨機(jī)算法,算法設(shè)計(jì)的內(nèi)容： 編碼解空間 適應(yīng)度函數(shù)解的質(zhì)量的度量/目標(biāo)函數(shù) 選擇策略大適值解對(duì)應(yīng)大存活概率/機(jī)會(huì) 控制參數(shù)種群規(guī)模、算法代數(shù)/終止準(zhǔn)則、遺傳操作概率等 遺傳算子選擇/遺傳、交叉、變異,缺點(diǎn)：沒(méi)有利用目標(biāo)函數(shù)梯度等信息，造成了解的無(wú)方向性,02.01.2021,基于遺傳算法的車(chē)間調(diào)度問(wèn)題,遺傳算法：把調(diào)度問(wèn)題參數(shù)表達(dá)成按一定結(jié)構(gòu)組成的染色體編碼,部分算法設(shè)計(jì)內(nèi)容： 編碼工件加工順序 適應(yīng)度函數(shù)完成加工作業(yè)可能的最大流程時(shí)間的倒數(shù)（流程時(shí)間越短越好） 選擇策略大適值解對(duì)應(yīng)大存活概率/機(jī)會(huì) 控制參數(shù)種群規(guī)模、算法代數(shù)/終止準(zhǔn)則、遺傳操作概率等 遺傳算子選擇/遺傳、交叉、變異,02.01.2021,基于遺傳算法的模糊車(chē)間調(diào)度方法,主要解決提前/拖期費(fèi)用調(diào)度問(wèn)題利用模糊量表示客戶對(duì)交貨期的滿意程度,Q：航班延誤問(wèn)題 A1：可用隨機(jī)規(guī)則調(diào)度法 A2：也可用模糊調(diào)度法,02.01.2021,基于同一時(shí)間離散化生產(chǎn)調(diào)度,把調(diào)度范圍分成許許多多等長(zhǎng)度的時(shí)間段民航維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)下的派工問(wèn)題，然后明確約束條件（分配約束、容量約束、物料平衡、公共及人力資源限制），最終可表達(dá)為以利潤(rùn)最大為目標(biāo)函數(shù)的調(diào)度問(wèn)題,一個(gè)經(jīng)典的調(diào)度問(wèn)題,02.01.2021,不確定性生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題,生產(chǎn)