基于分层调度模型的生产计划和调度集成研究-Simflow.PDF

林慧苹，范玉顺，吴澄，《计算机集成制造系统CIMS》，Vol.8，No .8，2002 ，pp.602-606 基于分层调度模型的生产计划和调度集成研究 林慧苹，范玉顺，吴澄，清华大学自动化系，北京100084 摘要：针对已有的规划方程方法和基于多代理的方法在解决复杂的生产计划和调度集成问题 时所面临的建模过程复杂、求解困难等问题，本文提出了一种基于工作流技术的分层调度模 型WBHSM ，采用面向过程的思想分别描述计划过程和调度过程。然后，本文提出了基于协 调的生产计划和调度集成系统CWISS 及其相应的集成算法PSIA 。实例证明，本文提出的方 法在建模方法易于直观理解，求解快速有效。 关键词：生产计划和调度集成，工作流技术，分层调度模型 1 介绍 现代制造过程的计划和调度是一个复杂的决策过程，它通常被分解为若干决策子问题以 便求解，再通过某种手段去协调各子问题之间的关系。由于良好的计划有利于生产的平稳进 行并提高生产效益，因此近年来生产计划和调度的集成研究受到越来越多的重视。 目前已有的生产计划和调度集成方法主要包括规划方程和基于多代理系统的求解等。 J.B.Lassette等人提出了一种双层的规划方程模型[1] ，上层 （分批层）利用一个给定的下层作 业排序作为约束，得到一个可行计划；下层 （调度层）利用上层得到的产品批量求的一个新 的作业排序。给定一个初始的计划，迭代过程就在上、下两层间交替进行，以求最后得到最 优的可行计划。这种方法的最大缺点在于，它只能收敛于局部最优解。 由于制造系统是一个动态的和分布的系统，因此，多代理技术很自然的被用于制造系统 的协调、计划和控制，研究人员提出了多种基于多代理的生产计划和调度系统[2,3,4]。在这些 基于代理的分布调度系统中，一般都把各个任务分配给不同的代理，通过代理间的协调构成 分布调度系统。 规划方程和多代理系统在集成生产计划和调度的应用中都有各自的局限性。规划方程建 模复杂，而且双层模型增加了方程的数量和求解的复杂程度。目前虽然已经有多种基于多代 理技术的原型系统，但是大多数研究都只停留在系统结构上，而没有说明构成系统的代理是 如何工作的。 本文提出一种新的基于工作流技术的生产计划和调度集成方法。工作流技术是90 年代 迅速发展起来的一项过程建模、过程执行和过程管理技术，它能够有效的支持任务间的协作。 参考文献[5] 已经研究了基于工作流技术的单纯调度问题，证明它是一种可行的和有效的方 法。在此基础上，本文采用工作流建模的核心思想，建立分层调度模型和相应的调度子系统 来定义计划和调度过程，并扩展了工作流管理系统中任务协作的概念，通过不同层次调度子 系统之间的有序的信息交换和目标协调来实现生产计划和调度的集成。本文将从问题描述、 系统结构和算法等三个方面讨论基于工作流技术的生产计划和调度集成方法。 2 问题描述 生产计划和调度集成的复杂性表现为对象复杂性、任务复杂性、目标多样性、和关联复 杂性。这里首先对本文所讨论的生产计划和调度问题作一个界定：假设已知m 种产品的交 货期、交货数量和每种产品的加工过程，则生产计划是根据已有的库存数量来确定每一种工 件的每批加工数量 n、和加工区间(tbegin ，tend) 。为了进一步简化问题，假设采用零库存加工 方式，因此产品交货数量等于产品的加工数量。调度过程则是在能力约束和资源约束条件下 1 ― ― 林慧苹，范玉顺，吴澄，《计算机集成制造系统CIMS》，Vol.8，No .8，2002 ，pp.602-606 确定设备调度、以及每一道工序的起止加工时间，以保证生产计划的按时完成。 为了解决调度和计划集成过程中存在的复杂的生产过程和有限的模型描述能力之间的 矛盾，本文提出了基于工作流技术的分层调度模型 WBHSM （Workflow-based Hierarchy Scheduling Model ）。工作流建模具有描述全面、建模柔性、模型直观易懂[6]等优点，是复杂 系统的一种强有力的描述工具。 如图 1 所示，分层调度模型 WBHSM 由控制层调度模型 CSM （ Control Scheduling