1.1 经典车间生产调度问题模型及其算法

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1 绪论

本章内容介绍传统调度问题和智能生产系统的调度问题两部分,对调度问题的由来以及调度问题的基本概念与形式进行介绍,便于读者了解调度问题的本质。

1.1 传统调度问题

众所周知,生产系统的更迭与工业革命的步伐保持一致,由最初的机械化,到电气化,再到自动化、数字化,一直到现在的智能化。生产系统的初级阶段并不存在调度问题,因为生产系统的资源是充足的,不需要对生产资源进行合理的调配,以满足生产需求。因此,调度的概念在大规模生产系统出现后被提出,即就是通过对有约束的生产资源进行合理的安排,以满足一定的生产目标要求,调度问题的目标一般是,完工时间(makespan)最短、生产线负载最均衡或生产资源的消耗最少。
按照生产方法不同的,可以分为作业车间调度(JSP,job-shop scheduling)和流程车间调度(FSP,flow-shop scheduling)两类调度问题。
JSP经常用于对机械加工车间进行建模,即各工件之间不存在约束,仅工件的加工顺序需要满足加工工艺要求。比如,有2个工件在2台机器上进行加工,其各自的加工工艺要求如下:J1(M1-M2),J2(M2-M1-M2)。意思是,工件1需要顺序完成工序1(机器1上加工)和工序2(机器2上加工),工件2需要在对应的加工机器上顺序完成工序1,工序2和工序3。这类研究问题根据机器的多少,可以分为单机调度和多机调度问题,在后续章节分别介绍。
FSP经常用于对流程生产或装配过程进行建模,即各工件需要顺序通过一些的加工机器,各工件所经过的机器顺序是相同的。比如,有2个工件在2台机器上加工,流程顺序是(M1-M2-M1)。意思是,工件1和工件2都要顺序经过机器1,机器2和机器1。这类研究问题不属于本系列文章的相关内容,后续将不再涉及。
此类问题的研究较多,主要解决方法有混合整数规划、启发式算法、人工神经网络等,但是传统算法的适应性较低,且算法难以用于大规模问题求解,后续章节将主要介绍启发式算法和人工神经网络。

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