单件小批MES作业计划与调度综合优化理论与方法研究

To solve the applicability and practicality problem of the existing job shop scheduling algorithms applied in single and small batch Manufacturing Execution System(MES), job shop scheduling integrated optimization theory and method of single and small batch MES will be studied used systenms engineering mathod based on complexity sciences theory. We expect that the practicality of job shop scheduling optimization in single and small batch MES can be increased through its intelligence, agility, robustness and flexibility; thereby job shop scheduling global optimization can be realized. The main research work includes the following aspects: (1) The hierarchy job shop scheduling integrated optimization model of single and small batch MES will be established in order to form a closed loop plan-control-change system with organic relation among static job shop scheduling optimization, work monitoring and dynamic job shop scheduling optimization. (2) The job shop scheduling optimization algorithm library will be established, the work monitoring technique and the evaluation system of effectiveness of scheduling will be studied, the dynamic job shop scheduling change algorithm will be designed. (3)The job shop scheduling integrated optimization prototype system of single and small batch MES which takes Harbin Electric Machinery Co., Ltd as application object will be developed. Job shop scheduling integrated optimization theory and method of single and small batch MES proposed in this research will be validated through simulation experiment. The reaserch will help to promote the application of MES in single or small batch manufacturing and improve the management level of discrete manufacturing industry.

针对作业计划与调度优化算法应用于单件小批MES中的适用性、实用性问题，基于复杂性科学理论，利用系统工程方法，对单件小批MES作业计划与调度综合优化理论和方法进行深入研究，以期通过提高作业计划与调度优化的智能性、敏捷性、鲁棒性和柔性来提高它的实用性，实现对作业计划与调度的全局优化。 本项目主要进行三方面的研究：(1)建立分层递阶单件小批MES作业计划与调度综合优化模型，形成静态作业计划与调度优化、作业监控和动态作业计划与调度优化有机联系的计划、控制与调节的闭环系统；(2)构造作业计划与调度优化算法库、研究作业监控技术和调度有效性评价体系、设计作业计划与调度变更算法；(3)开发单件小批MES作业计划与调度综合优化原型系统，通过仿真实验验证所提出的理论和方法。 本项目的研究有利于促进MES在单件小批制造业的应用，提高我国离散型制造业整体制造管理水平。

单件小批MES是制造企业车间生产实现高效管理的关键系统，其中的作业计划与调度综合优化更是体现MES先进性的核心技术，因此，本项目主要研究了单件小批MES 作业计划与调度综合优化这一问题。而与此同时，随着物联网、云计算以及大数据等一系列新兴信息技术的出现，单件小批MES正逐渐向云制造模式演化，为此，本项目既探索了单件小批MES 作业计划与调度综合优化这一复杂过程的内在规律，也分析了云制造环境下单件小批MES作业计划与调度综合优化系统的演化规律。. 具体的说，首先针对单件小批MES作业计划与调度综合优化问题，提出了一个从作业计划静态制定，到作业执行情况实时监控与主动感知，再到异常事件智能响应，最后到作业调度动态调节的单件小批MES作业计划与调度综合优化模型；接着重点针对作业监控过程中车间生产异常发现问题，设计了支持车间生产异常高效发现的智能预警模型及相关的挖掘与分析算法；然后针对不同场景下不同特征的作业车间调度问题，设计了一系列相应的数学模型及其相应的优化算法，并采用云计算技术构建了算法服务云平台，通过对作业车间调度优化算法的封装、发布、请求与共享，实现了制造企业对作业车间调度优化算法的按需调用。最后，设计并实现了一套单件小批MES 作业计划与调度综合优化原型系统，来验证本项目提出的理论和方法的实用性。. 在上述研究阶段，项目组在国内外重要学术期刊和国际会议上录用/发表论文20篇，其中被SCI/EI检索7篇，同时利用开发的原型系统申请了软件著作权登记1 项，此外负责人刘胜辉前往台湾中华大学、台北城市科技大学、台湾东华大学和香港理工大学进行了学术访问交流。. 总的来说，本项目提出的模型与算法，可以从根本上提高作业计划与调度综合优化方法的实用性，提高作业车间调度的有效性，为求解新技术环境下的单件小批MES 作业计划与调度综合优化问题提供新的理论和方法。

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