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1、杭州电子科技大学 硕士学位论文 基于时间槽模型的批处理短期调度的研究与应用 姓名：许华民 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：周晓慧 20091201 杭州电子科技大学硕士学位论文 I 摘 要 面对全球化的经济危机和日益激烈的市场竞争环境，我国的印染行业只有通 过实施信息化建设，降低生产成本、提高产品及服务质量和缩短市场响应时间， 才能获得更好的经济效益，在竞争中立于不败之地。近些年来，随着相关建模方 法和求解技术的发展及计算能力的提高， 批处理短期调度方法的研究取得了很大 的进步。但该领域的大部分研究成果只涉及到冶金、化工等少数几个行业，在印 染行业的研究还处在起步阶段，
2、本文的目的就是在这方面做一些探索。相对于连 续生产过程，印染批处理生产过程的自动化和生产管理比较复杂，所以还有很多 问题尚未得到解决。同时由于多品种、多规格、小批量的市场需求越来越明显， 相应的批处理生产在整个印染行业的份额逐渐增大， 因此对于印染行业批处理短 期调度问题的研究不仅具有学术意义，还具有经济效益。目前，对这方面的研究 已成为自动化领域的一个热点问题，并在不断取得新的研究成果。 本文研究的内容主要有以下几个方面： 1. 回顾了生产调度的研究历史与现状，综述了生产调度问题的特征和研究 方法以及未来发展趋势。 2. 在对调度问题总体分析的基础上，详细介绍了批处理调度问题的分类和 优化模
3、型的描述方法， 重点讨论了在连续时间域上基于时间槽的 MILP 模型的建 模方法。 3. 以浙江美欣达印染企业的车间生产过程为研究背景，分析了印染行业的 生产特点，建立了符合印染生产需求的优化调度模型，即在连续时间域上基于时 间槽的 MILP 模型。 4. 定义美欣达印染企业实际生产调度模型的参数和决策变量以及约束描述 和目标函数， 并在 ILOG OPL Studio 中对基于时间槽的 MILP 数学模型进行 OPL 语义实现。 5. 以美欣达印染企业生产车间的实际调度数据为例，根据求解的结果集绘 制相应的甘特图，论证本文所建立的优化调度模型的有效性和可行性。 6. 最后总结全文，展望有待进
4、一步研究和解决的问题。 关键词：生产调度，批处理生产，MILP 模型，印染生产，ILOG OPL 杭州电子科技大学硕士学位论文 II ABSTRACT In the face of the globalization of economic crisis and increasingly fierce market competition, Chinese printing and dyeing industry can obtain better economic benefits to be invincible in the competition only by implementin
5、g information technology, reducing production costs, improving product int nbUnits = .; int nbStages = .; int nbSlots = .; /订单、运行设备单元和工序变量的取值范围 range Boolean 0.1, Orders 1.nbOrders, Units 1.nbUnits, Stages 1.nbStages, Slots 1.nbSlots; /订单结构体（包含订单交货期） struct OrderType int id; float DueTime; float Len
6、gth; ; /运行设备单元结构体 struct UnitType int id; float UnitsCT; /设备的启动准备时间 float SpeedOrders; ; /定义运行设备单元与工序之间的关系（一个单元只能对应在一个工序） Boolean UnitsInAStageStages,Units=.; /定义运行设备单元与订单之间的关系（订单能否在运行单元上加工） Boolean UnitsProccessAnOrderUnits,Orders=.; /定义订单和工序的关系 Boolean OrderHavingStagesOrders,Stages=.; /设备与时间槽的分配关
7、系 Boolean SlotsAssignOnUnitSlots,Units=.; /定义设备上时间槽的开始时间 float+ UnitStartTimeInASlotUnits,Slots, 杭州电子科技大学硕士学位论文 50 /定义设备上时间槽的结束时间 float+ UnitEndTimeInASlotUnits,Slots, /定义订单在工序上的开始时间 float+ OrderStartTimeInAStageOrders,Stages, /定义订单在工序上的结束时间 float+ OrderEndTimeInAStageOrders,Stages, /定义时间槽分配 Boolean
8、 变量 Boolean StageOfAnOrderAssignedOnSlotOfAUnitOrders,Units, Stages,Slots, /目标变量 float+ ObjectValue; 2.目标函数和模型约束定义(部分) minimize ObjectValue subject to ObjectValue = sum(i in Orders) (0.2*MaxDueTime/orderi.DueTime*LastStageOfOrder)*（orderi.DueTime -OrderEndTimeInAStagei,LastStageOfOrder）; /分配约束，订单的某一
9、工序只能分配到某一设备的某个时间槽上 forall(i in Orders,l in Stages: OrderHavingStagesi,l=1) sum(j in Units:UnitsProccessAnOrderj,i=1 /带有松弛的分配约束 forall(j in Units,k in Slots:SlotsAssignOnUnitk,j=1) sum(i in Orders:UnitsProccessAnOrderj,i=1,l in Stages:OrderHavingStagesi,l=1 、 、 、 、 、 、 /时间槽、工序起始时间约束 forall(j in Units
10、,k in Slots:SlotsAssignOnUnitk,j=1 forall(i in Orders,l in Stages:OrderHavingStagesi,l=1 /订单的交货期约束 forall(i in Orders) OrderEndTimeInAStagei,LastStageOfOrder=orderi. DueTime; /松弛变量约束 杭州电子科技大学硕士学位论文 51 forall(j in Units,k in Slots:kLastSlotOnUnitj) SlotOnUnitNotAssignedj,k = SlotOnUnitNotAssignedj,k+
11、1; 3数据文件定义(部分) nbOrders =3; /订单数量 nbUnits =24; /设备数量 nbStages =10; /工序数量 nbSlots = 47; /时间槽数量 /订单 order= , /订单号，交货期，订单量即加工坯布长度 , ; unit= , ,/以此类推 , 、 、 、 、 、 、 , , ; UnitsInAStage= 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 、 、 、 、 、 、 0 0 0 0 0 0
12、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 ; UnitsProccessAnOrder= 1 1 1 1 1 1 、 、 、 、 、 、 1 1 1 1 1 1; OrderHavingStages= 1 1 1 1 0 0 0 1 0 11 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1; SlotsAssignOnUnit= 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
13、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 、 、 、 、 、 、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 ; 杭州电子科技大学硕士学位论文 52 致 谢 致 谢 本论文是在我的导师周晓慧教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、撰写 到最终的定稿无不凝聚着导师的心血。 周老师的教学思想和科研指导方法令人备 受鼓舞，给了我极大的启迪和教诲。另外，周老师知识渊博、治学严谨，尤其在 处理问题的思想方法上见解独到，这些
14、都使我受益匪浅。在论文即将结束之际， 特向周老师表示衷心的感谢。 同时感谢在课题进行中关心和帮助我的其他老师和同学， 感谢你们在我遇到 困难感到沮丧时，给与我信心。在此也特别感谢我们信息与控制研究所的左燕老 师，在我写论文的过程中给了极大的帮助，尤其在很多细节方面给了我诸多颇有 建设性的意见。也感谢室友林剑雄及梁杰、徐雍等2007级的其他所有同学陪我 一起走过了硕士生涯的这段美好时光。 最后，感谢家人，是他们给我生活的勇气和动力，并不断支持我前进。也感 谢信息与控制研究所， 这里良好的设施和实验室氛围给我的学习和科研提供了便 利的条件。 杭州电子科技大学硕士学位论文 53 参 考 文 献 1
15、李歧强生产过程的智能决策与调度D杭州：浙江大学，1998. 2 田建军. 现代企业管理与发展M. 北京：清华大学出版社，2008. 3 黄君国. 生产库存管理新方法-MRPM. 北京：机械工业出版社，1987. 4 程控. MRP/ERP 实施与管理M. 北京： 清华大学出版社，2003. 5 Conway R.W., Maxwell W.L., Miller L.W. Theory of SchedulingN. MA: Addison Wesley, 1967. 6 Miller R.E., Thatcher J.W. Complexity of Computer ComputationN. New York: Plenum Press, 1972. 7 Cook S.A. The complexity of theorem proving proceduresC. In: Pr
