不確定環(huán)境下生產(chǎn)計劃和調(diào)度的研究.pdf

1、生產(chǎn)計劃和調(diào)度不僅是企業(yè)生產(chǎn)和管理的重要環(huán)節(jié)之一，而且是生產(chǎn)決策的有效依據(jù)，計劃和調(diào)度方案的優(yōu)劣決定了企業(yè)的經(jīng)濟效益。生產(chǎn)計劃和調(diào)度橫向覆蓋的范圍廣，縱向包括的層次多，涉及很多不確定因素，例如:產(chǎn)品需求、產(chǎn)品銷售價格、生產(chǎn)成本、公用工程、處理時間、生產(chǎn)能力、交貨時間等不確定因素。以上不確定性因素對生產(chǎn)計劃和調(diào)度有重要的影響，可能使優(yōu)化結(jié)果不是最優(yōu)解甚至是非可行解，從而嚴重影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。本論文研究不確定環(huán)境下的生產(chǎn)計劃和調(diào)

2、度問題，考慮的不確定因素包括:產(chǎn)品需求、產(chǎn)品銷售價格、成本、公用工程等。根據(jù)不確定因素的時間尺度，將不確定因素劃分到計劃層或調(diào)度層中進行區(qū)別處理。與生產(chǎn)計劃相比，生產(chǎn)調(diào)度涉及的約束較多，針對生產(chǎn)調(diào)度問題的建模方法也更多，所以不確定環(huán)境下的生產(chǎn)調(diào)度問題是本文的重點研究內(nèi)容之一。另外，公用工程不確定性與生產(chǎn)過程聯(lián)系緊密，對調(diào)度優(yōu)化結(jié)果的可行性和最優(yōu)性影響較大，但又經(jīng)常被忽視。因此，本論文在調(diào)度層主要圍繞公用工程的不確定問題展開研究，分別從建

3、模方法和生產(chǎn)過程類型兩個方面進行了深入的研究和分析。為了降低公用工程不確定性對生產(chǎn)和經(jīng)濟利益的影響，分別提出變周期調(diào)度策略、公用工程與生產(chǎn)率之間模糊關(guān)系、混合雙層連續(xù)模型、計劃調(diào)度雙層集成模型等方法。本文的主要研究工作和創(chuàng)新點如下:
　　1)在計劃模型中考慮多種不確定因素，例如:產(chǎn)品需求、產(chǎn)品銷售價格和成本的不確定性，采用離散時間建模方法，建立混合整數(shù)線性規(guī)劃（Mixed IntegerLinear Programming，MIL

4、P）不確定計劃模型，并利用機會約束規(guī)劃理論描述以上3種不確定因素。除了基本約束之外，在不確定模型中還考慮了生產(chǎn)率波動和庫存水平超限約束。分析了置信因子的不同取值對優(yōu)化結(jié)果的影響及原因。驗證了所建模型可以處理帶有多種不確定參數(shù)的計劃問題，使含有不確定參數(shù)的約束在大于某概率水平下成立，優(yōu)化結(jié)果為企業(yè)在不同戰(zhàn)略目標(biāo)下的生產(chǎn)決策提供依據(jù)。
　　2)針對間歇生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程，采用離散時間建模方法，分別建立MILP不確定調(diào)度模型，用于降

5、低公用工程擾動對生產(chǎn)過程造成的影響。在間歇生產(chǎn)調(diào)度模型中，引入四維0-1變量，使得生產(chǎn)任務(wù)可以跨越多個調(diào)度周期，有效地解決了公用工程統(tǒng)計量不準(zhǔn)確的問題。在連續(xù)生產(chǎn)調(diào)度模型中，提出變周期調(diào)度策略，解決了調(diào)度周期與公用工程擾動的持續(xù)時間不匹配以及計算復(fù)雜度問題。算例驗證了間歇過程調(diào)度模型在公用工程無擾動情況下，可以準(zhǔn)確地統(tǒng)計公用工程消耗量;在公用工程帶有擾動的情況下，模型的優(yōu)化結(jié)果可以對公用工程擾動做出響應(yīng)，降低了公用工程擾動對優(yōu)化結(jié)果的影

6、響。連續(xù)過程算例驗證了當(dāng)公用工程擾動小于調(diào)度周期時，變周期調(diào)度模型能夠?qū)_動做出響應(yīng)，并獲得更好的優(yōu)化結(jié)果。
　　3)針對間歇生產(chǎn)過程的不確定調(diào)度問題，基于特定單元事件點的連續(xù)時間建模方法，建立混合整數(shù)非線性規(guī)劃(Mixed Integer Nonlinear Programming，MINLP)不確定調(diào)度模型。采用模糊理論描述公用工程的不確定性，并建立公用工程和生產(chǎn)率之間的模糊線性關(guān)系，來間接描述處理時間的不確定性。最后利用加權(quán)

7、平均法將不確定模糊模型轉(zhuǎn)化成確定性模型再求解。通過算例驗證了模型的有效性，并詳細地分析了一些重要的參數(shù)對優(yōu)化結(jié)果的影響及其取值方法。
　　4)特定單元事件點連續(xù)時間模型(Unit-specific Event-based Continuous TimeModel，UEBCTM)存在約束過于嚴格和計算不準(zhǔn)確問題。為了解決UEBCTM模型的缺陷，提出雙層模型結(jié)構(gòu)并建立基于特定單元事件點和時間槽的混合模型。采用UEBCTM建模方法，建立

8、上層MILP模型;采用基于時間槽的連續(xù)時間建模方法，建立下層的非線性模型。此外，在下層模型中引入模糊理論來描述公用工程供給量的不確定性。雙層混合模型的求解通過上、下層模型的迭代獲得。算例驗證了雙層混合模型不但具有UEBCTM模型的優(yōu)點，而且解決了UEBCTM模型的缺陷，并能夠在公用工程不確定的情況下為生產(chǎn)決策提供依據(jù)。
　　5)考慮生產(chǎn)計劃和調(diào)度中的多種不確定因素，建立多周期的計劃和調(diào)度雙層集成模型。計劃層采用離散時間建模方法并引

9、入機會約束隨機規(guī)劃來描述需求不確定性，建立離散時間線性不確定計劃模型，同時考慮了生產(chǎn)率波動和參考庫存約束。調(diào)度層解決帶有公用工程不確定的生產(chǎn)調(diào)度問題，采用UEBCTM建模方法并引入模糊理論建立關(guān)于多用途間歇過程的連續(xù)時間不確定調(diào)度模型。利用滾動優(yōu)化策略對計劃和調(diào)度雙層模型進行迭代求解。仿真結(jié)果驗證了所提方法的有效性和優(yōu)越性。機會約束方法可以結(jié)合不確定信息優(yōu)化產(chǎn)品的產(chǎn)量，為決策者提供更準(zhǔn)確的參考依據(jù)，有利于決策的合理性和有效性。使用模糊理